基于学生角度对“燃烧条件”探究实验的再创新

摘 要：通过对实验室中的常见器材进行重新思考、分析，并从学生角度出发，本文设计了有利于学生操作的“燃烧条件”探究的创新实验，旨在通过亲身的体验，给予学生参与知识的形成过程的机会，激发学习的内驱力，进而获得深刻的理解，并促进学生实验素养的发展。

关键词：“燃烧条件”的探究；实验素养；创新实验

文章编号：1008-0546（2024）11-0095-02

中图分类号：G632.41

文献标识码：B

一、实验设计理念

《关于加强和改进中小学实验教学的意见》提出，实验教学是国家课程方案和课程标准规定的重要教学内容，是培养创新人才的重要途径。《义务教育化学课程标准（2022年版）》（以下简称《新课标》）提出，认识实验是科学探究的重要形式和学习化学的重要途径。［1］义务教育阶段的化学属于启蒙阶段，学生只需要知道化学实验是进行科学探究的重要方式，具备基本的化学实验技能即可。因此，笔者认为好的改进且可用于学生分组的实验应具有以下几个特点：①装置简单，学生能操作。②操作简便，学生易操作。③安全绿色，学生可操作。④富有启发，学生乐操作。

二、实验改进背景

1. 基于传统实验弊端沪教版化学九年级上册第四章“认识化学变化”第1节“常见的化学反应——燃烧”一课并未提供完整的实验设计，而是通过“交流与讨论”栏目内的四个小问题归纳总结有关燃烧的条件。“燃烧条件”的传统实验装置如图1所示，这也是大多数课堂教学过程中会使用的装置图。

该装置在实际操作过程中主要存在以下两个问题：①此装置为非密闭体系，铜片上的白磷在空气中燃烧生成的产物五氧化二磷不仅会污染环境而且对人体的呼吸道有很大的伤害，不够环保且危害人体健康。

②白磷在铜片上直接燃烧以及烧杯内使用的80℃的热水在实验过程中都存在烧、烫伤等安全隐患。

2. 基于课程标准要求

《新课标》明确提出，燃烧条件的探究是初中化学学生必做实验与跨学科实践活动。通过实验探究认识燃烧的条件，可以激发学生的学习兴趣，锻炼学生的实验技能，培养学生的合作能力，使学生感悟化学学科的价值。但是在日常的教学过程中，鉴于白磷有毒、产物有污染、实验装置和实验条件不完善等多方面的原因，大多数教师在课堂上往往采取纸上谈兵的方式进行教学，学生难以获得亲身的体验，无法增进对知识的理解。笔者查阅文献也发现，虽然有很多的一线教师对燃烧条件的探究实验进行了创新改进，解决了上述传统实验存在的问题，但是大多数改进实验的立足点偏重教师的演示，有的改进后的药品繁多，装置繁杂，操作繁琐，难以用于学生实验。

三、实验装置改进

为了解决上述问题，笔者设计了如下的改进实验，具体改进的创新实验装置如图2所示。

实验仪器：烧杯、弹簧夹、大试管、气球、带导管的双孔塞、注射器、自制铁丝网、镊子。

实验药品：白磷、冷水、热水、富氧空气。

实验步骤具体如下。

（1）组装装置并检查装置的气密性，确定装置气密性良好后充入富氧空气。

［设计意图］传统装置存在的弊端是白磷在空气中燃烧有污染，因此在一个密闭的体系内完成实验可以有效地解决污染的问题。改进后的实验装置需确保装置气密性良好，防止五氧化二磷外逸。后续的实验过程中，试管内产生五氧化二磷等有害物质，可以通过加入硫酸铜溶液等方式进行处理，保证实验绿色化，渗透人与自然和谐发展观。

（2）将白磷装进试管底部并将白磷浸没于冷水中。

［设计意图］选用白磷作为可燃物的一个重要原因是白磷的着火点低，使用少量的热水便可引燃。但是在使用的过程中也有一个很棘手的问题需要解决，即白磷在常温放置时就会有冒白烟的现象产生，会被空气中的氧气氧化，因此本实验初始时将白磷浸没于冷水中封存，降低体系内的温度，可有效解决白磷常温冒白烟、被氧化而导致实验失败的问题。

（3）倒置试管使白磷接触空气，观察实验现象。

［设计意图］该步骤设计过程中有以下两点思考：①由于试管内起始仅注入了少量的冷水，其余为富氧空气，所以当我们倒置试管，便可以为白磷创造一个与氧气接触但是温度尚未达到着火点的环境。②在试管口处有一个由废弃陶土网剪切而来的自制铁丝网，该铁丝网存在的目的是避免倒置试管时，白磷随水一起落入下方水中，从而导致该步实验失败。铁丝网的位置要保证注入热水后，倒置试管时白磷不被热水所浸没。该铁丝网是由废弃石棉网剪切而来，实现了废弃物品的再利用，进一步帮助学生形成节约资源、爱护环境的习惯。

（4）倒置试管，注入约30mL热水，观察实验现象。

［设计意图］注入热水的体积需考虑初始冷水的体积、热水的温度等因素。该实验使用的双孔塞上有两根导管。设计短导管时有以下几点考量：①伸入试管内部的导管长度仅需高于冷水液面，这样在加入冷水后，冷水不会顺着导管回流，避免了在该步需要进行夹紧弹簧夹的操作，简化了实验步骤，更有利于学生的操作。②外部导管末端连接了一段橡胶管，有利于该步中连接注射器注入热水，避免导管与注射器直接相连不密闭，导致热水有外溢的可能性，同时橡胶管也可用弹簧夹夹紧来创造密闭体系。设计长导管时，要注意伸入试管内部的导管长度不宜太长，若长度太长，倒置试管后试管内的热水可能会因装置内压强变大而被挤入气球中。同时在长导管的末端连接的气球，可以在注入热水及白磷燃烧两个过程中起到缓冲气压的作用，避免装置冲塞，减少安全隐患。

（5）再次倒置试管，观察实验现象。

［设计意图］再次倒置试管，此时白磷不仅温度达到了着火点而且与空气接触，满足了燃烧所需的条件，便会发生燃烧，实验现象明显。整个实验中学生需完成的操作是倒置试管和注入热水。然而三次倒置试管所创设的实验条件是不一样的。第一次倒置试管创设了与氧气接触但温度未达到着火点的环境；第二次倒置试管创设了温度达到着火点但是未与氧气接触的环境；第三次倒置试管创设了温度达到着火点同时与氧气接触的环境。同样的操作不同的结果，利用这样“新奇”的操作不仅可以引发学生的好奇心和探究欲，还可以启发学生思考，加深学生对燃烧条件的理解。

四、改进实验创新之处

1. 突出学生主体，注重实验启发

该实验改进的出发点立足于学生，以学生为本，让学生易做、能做、乐做。以初中阶段学生的实际情况为考量，虽学生具备一定的操作能力，但处于较弱的水平；学生乐于做实验，但畏惧困难。因此改进的实验装置简单、操作简便、现象明显，成功概率高，适合推广用于学生实验。该实验不仅重视学生实验操作、实验观察等实验素养的提升，更重视实验是学习化学的方法、是增强实践能力的途径。通过对生活中常见的现象燃烧发生条件的探究，首先建立化学与生活的联接，感受化学来源于生活，服务于生活。其次通过对实验的分析强化学生的对比意识，进一步提升证据推理能力。最后通过对装置、步骤、现象的分析，激发学生的探究欲，引发学生对燃烧条件的思考和理解，并灵活运用于生活中，继而体现出学习化学的学科价值。

2. 突出环保理念，注重素养渗透

绿色化是本实验的另一个明显优势。本实验在密闭体系内进行，污染小且后续污染物的处理简单；对比其他的改进实验，本实验的主要药品是一小块白磷，节约药品；实验装置主体部分可以反复利用，实验使用的部分仪器为废弃物品改造利用。这些改进均向学生渗透了节约资源、可持续发展的理念。

3. 突出异类组合，注重创新思维

创新实验本身不仅可以引导学生创新思维的方向，同时将实验室常见的仪器和废弃陶土网、气球、注射器等组合创新实验，可加强学生对生活中常见物品的再审视和深思考，发展创新思维能力，激发学生的创新意识。

参考文献

［1］中华人民共和国教育部.义务教育化学课程标准（2022年版）［M］.北京：北京师范大学出版社，2022．