劉廣斌 王曙華

摘? ? 要：燃燒的條件實(shí)驗(yàn)在具體教學(xué)中往往存在著不環(huán)保、現(xiàn)象不明顯、實(shí)驗(yàn)不可控等諸多問題，致使許多教師在實(shí)際教學(xué)中不愿意做實(shí)驗(yàn)，多采用錄像播放等形式進(jìn)行教學(xué)。為克服實(shí)驗(yàn)的不足，設(shè)計(jì)采用具支試管、帶托的玻璃管等組裝新型實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置不僅具有對(duì)比性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)便、安全環(huán)保、現(xiàn)象明顯、實(shí)驗(yàn)可控等優(yōu)點(diǎn)，還為學(xué)生提供多種學(xué)習(xí)體驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)教學(xué);創(chuàng)新設(shè)計(jì);燃燒與滅火

在中學(xué)化學(xué)教學(xué)和知識(shí)結(jié)構(gòu)中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生探究能力與創(chuàng)新精神的重要手段，也是讓學(xué)生從接受知識(shí)轉(zhuǎn)向自己去探索知識(shí)形成過程的有效途徑。目前在教學(xué)中，許多教師往往將實(shí)驗(yàn)按照教材中提供的方法與設(shè)計(jì)進(jìn)行演示與操作，這限制了學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)和創(chuàng)造智慧的發(fā)展。這不僅要求教師要突破原有的教學(xué)模式，在創(chuàng)新中構(gòu)建新的教學(xué)模式，而且要求教師要不斷改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，注重實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，提高學(xué)生的綜合素養(yǎng)。

燃燒的條件是初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中一個(gè)非常重要的內(nèi)容。它不僅有燃燒的條件等知識(shí)性內(nèi)容，更涉及對(duì)比探究中有關(guān)技能與方法等內(nèi)容。由于學(xué)生在日常生活中對(duì)這一內(nèi)容已有一定的認(rèn)識(shí)與感悟，同時(shí)作為一個(gè)完整的科學(xué)探究，此實(shí)驗(yàn)應(yīng)包括燃燒現(xiàn)象的發(fā)生、控制與停止三個(gè)方面內(nèi)容，所以此實(shí)驗(yàn)可在創(chuàng)新的基礎(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)一步的深化與拓展。

一、經(jīng)典回放

作為教材推薦的原有實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，這是一個(gè)我們必須充分認(rèn)可的經(jīng)典設(shè)計(jì)。下面，我們先一起來感悟教材原有的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)[1]（如圖1）。

教材實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)：

（1）實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單;實(shí)驗(yàn)用品易得：燒杯、銅片、硬紙圈。

（2）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)比明顯。

①銅片上的白磷與紅磷的對(duì)比，可得出燃燒需可燃物溫度達(dá)到著火點(diǎn)。

②銅片上的白磷與水中的白磷對(duì)比，可得出燃燒需要可燃物與氧氣（或空氣）接觸。

③圖1實(shí)驗(yàn)Ⅱ向熱水中的白磷通入氧氣后，白磷在水下燃燒，可知：只要滿足燃燒的條件，即使在水下，燃燒也可以發(fā)生。

二、分析經(jīng)典

作為一個(gè)經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，其功能性不言而喻，但從探究的完整性、實(shí)驗(yàn)的可控性等方面來看，其可改進(jìn)的空間也很大。如：

（1）銅片上的白磷在開放環(huán)境中燃燒，產(chǎn)生的P2O5不可避免地會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生一定的污染。

（2）銅片上的白磷在開放環(huán)境中燃燒時(shí)，存在著發(fā)生著火、燙傷、燒損衣物等事故的可能性。

（3）若銅片上的白磷與紅磷擺放距離太近，則白磷燃燒時(shí)極有可能會(huì)引燃旁邊的紅磷，使實(shí)驗(yàn)存在一定的不確定因素。

（4）圖1實(shí)驗(yàn)Ⅱ向熱水中的白磷通入氧氣后，白磷在水下燃燒不明顯，且白磷易被吹散，甚至漂浮至水面。

（5）如何隨意控制燃燒的發(fā)生與停止，以及對(duì)影響燃燒現(xiàn)象因素的探究也是本設(shè)計(jì)的一個(gè)軟肋所在。

三、傳承創(chuàng)新

為了發(fā)揚(yáng)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)、傳承傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)理念，同時(shí)解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)難以解決、沒有解決的問題，并提高實(shí)驗(yàn)的震撼效果，以及降低實(shí)驗(yàn)對(duì)設(shè)備與技術(shù)的要求，使學(xué)生對(duì)燃燒和滅火的認(rèn)識(shí)從懵懂提升到初等化學(xué)學(xué)科的水平?，F(xiàn)結(jié)合筆者參加2018年江蘇省初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)技能大賽時(shí)的實(shí)驗(yàn)裝置，對(duì)該實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)剖析如下。

（一）儀器藥品

實(shí)驗(yàn)器材：具支試管、單孔橡皮塞、帶托的玻璃管、儲(chǔ)氣袋（3只）、洗氣瓶、石棉絨、洗耳球。

實(shí)驗(yàn)藥品：紅磷、白磷。

（二）實(shí)驗(yàn)裝置（如圖2Ⅰ）

（三）裝置介紹

（1）3只儲(chǔ)氣袋（如圖2Ⅱ）。第一只預(yù)先充有適量的O2;第二只充有適量的CO2;第三只作為尾氣收集袋，用于收集洗氣瓶仍處理不了的尾氣。

（2）洗氣瓶?jī)?nèi)預(yù)先盛有適量的水（也可用NaOH溶液代替），用于吸收磷燃燒產(chǎn)生的白煙（P2O5）。

（3）帶托的玻璃管（圖2Ⅲ）：用耐高溫（約1000℃）的石英玻璃燒制，并在其中下端燒制一個(gè)玻璃托（托的口徑比具支試管的口徑略小即可），在托的底部、玻璃管兩邊各開一個(gè)小孔（孔徑約為2mm，不可太大，否則白磷在熔融狀態(tài)下會(huì)從小孔流出），用于排水。

（4）為了穩(wěn)定白磷與紅磷，選用石棉絨（或脫脂棉）填充在玻璃托內(nèi)，填充時(shí)在玻璃管的兩側(cè)各搗制一個(gè)小凹槽，分別用于盛放白磷與紅磷。

（四）實(shí)驗(yàn)步驟

（1）按圖2Ⅰ所示連接裝置，并檢查裝置的氣密性。

（2）①向具支試管中加入約占試管容積[13]的熱水（約80℃，以淹沒玻璃托為標(biāo)準(zhǔn)）;②向玻璃托內(nèi)玻璃管兩側(cè)石棉絨小凹槽內(nèi)分別放入少量白磷與紅磷;③將玻璃托插入熱水中，塞緊橡皮塞。

現(xiàn)象：水面下的白磷與紅磷均不燃燒。

（3）輕捏洗耳球，使空氣進(jìn)入具支試管，看到具支試管內(nèi)水面下降，部分熱水沿導(dǎo)管進(jìn)入洗氣瓶，白磷、紅磷分別露出水面。

現(xiàn)象：紅磷不燃燒;白磷燃燒，產(chǎn)生白煙，隨著鼓氣速率加快，帶來大量空氣，同時(shí)帶走大量白煙，試管內(nèi)視野愈加清晰，可看到白磷燃燒，伴有微弱的黃白色火焰。

（4）將洗耳球換成裝有O2的儲(chǔ)氣袋，輕壓儲(chǔ)氣袋。

現(xiàn)象：紅磷仍不燃燒，白磷劇烈燃燒，產(chǎn)生大量白煙，隨著氧氣流的進(jìn)入，帶走大量白煙，看到明顯的黃白色火焰。

（5）將O2儲(chǔ)氣袋換成盛有CO2的儲(chǔ)氣袋，輕壓儲(chǔ)氣袋。

現(xiàn)象：白磷燃燒停止。

（6）將CO2儲(chǔ)氣袋再換成盛有O2的儲(chǔ)氣袋，輕壓儲(chǔ)氣袋。

現(xiàn)象：紅磷不燃燒，白磷再次劇烈燃燒。

（重復(fù)最后兩個(gè)步驟）

（五）價(jià)值提煉

筆者在2018年江蘇省初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)技能大賽實(shí)驗(yàn)中，選用的是大規(guī)格的演示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。其具支試管規(guī)格為外徑[?]45mm，內(nèi)徑[?]40mm，高305mm;玻璃導(dǎo)管外徑[?]13mm、內(nèi)徑[?]10mm;玻璃托口徑[?]35mm，O2、CO2氣體儲(chǔ)氣袋均選用250mL的規(guī)格，尾氣收集袋選用1000mL規(guī)格。其優(yōu)點(diǎn)可歸結(jié)為以下幾個(gè)方面。

1.對(duì)比性強(qiáng)，探究味更濃

（1）用白磷與紅磷進(jìn)行對(duì)比。作為可燃物燃燒條件的探究，筆者將白磷與紅磷分別放在玻璃托中玻璃管的兩邊進(jìn)行對(duì)比。當(dāng)擠壓洗耳球，具支試管內(nèi)熱水水面下降，白磷與紅磷同時(shí)露出水面，通過白磷燃燒、紅磷不燃燒的事實(shí)說明：燃燒需要可燃物的溫度達(dá)到著火點(diǎn)。同時(shí)，在本對(duì)比實(shí)驗(yàn)中，由于玻璃管直徑較大，完全將白磷與紅磷隔離開來，白磷燃燒并不會(huì)引燃紅磷，降低了教材實(shí)驗(yàn)中的不確定性因素。

（2）創(chuàng)造不同體系、不同條件下實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象間的差別來進(jìn)行探究活動(dòng)。本實(shí)驗(yàn)創(chuàng)造了“①在熱水中;②在空氣中;③在純氧中;④在二氧化碳中”四種體系進(jìn)行探究，在避免因素過多可能造成困難的同時(shí)，使探究更全面、更有趣味性、更有思考性。其中①②對(duì)比說明可燃物燃燒需要與氧氣接觸。

2.實(shí)驗(yàn)可控，安全性更高

化學(xué)實(shí)驗(yàn)在設(shè)計(jì)及選取實(shí)驗(yàn)體系時(shí)，應(yīng)當(dāng)將安全放在首位[2]。磷作為一種可燃物，為減少其燃燒時(shí)發(fā)生著火、燙傷等事故的發(fā)生，在做該實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)考慮燃燒可控。本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)在可控性方面具有以下三個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)。

（1）安全性可控。本設(shè)計(jì)將燃燒完全控制在一個(gè)密閉環(huán)境中，安全性更高。

（2）燃燒的劇烈程度可控。通過白磷在空氣中、純氧中燃燒現(xiàn)象的對(duì)比說明：影響燃燒劇烈程度的因素是氧氣的濃度等。由此探究可知：通過控制反應(yīng)物的濃度，從而可控制反應(yīng)的劇烈程度。

（3）燃燒的發(fā)生與停止可控。本實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)通入純氧后，可見燃燒極為劇烈;此時(shí)，改為通入CO2氣體，燃燒立即停止;當(dāng)繼續(xù)通入氧氣，燃燒又繼續(xù)進(jìn)行。可說明：①隔絕氧氣，燃燒會(huì)停止。借此探究可知：隔絕氧氣（或空氣）是常用的滅火原理之一;②CO2一般可用于滅火。

3.綠色環(huán)保，責(zé)任心更強(qiáng)

科學(xué)的價(jià)值最終都應(yīng)聚焦于為人類的全面發(fā)展而服務(wù)。我們?cè)谧非蠡瘜W(xué)科學(xué)技術(shù)應(yīng)用價(jià)值的同時(shí)，還應(yīng)考慮其對(duì)生態(tài)環(huán)境、人類健康的影響，從而承擔(dān)起對(duì)促進(jìn)人類社會(huì)發(fā)展的“社會(huì)責(zé)任”，堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展的意識(shí)和綠色化學(xué)觀理念。所以本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)盡可能地從以下兩方面做到綠色環(huán)保。

（1）防止白煙逸散。磷燃燒產(chǎn)生的P2O5直接排放到空氣中，肯定會(huì)對(duì)環(huán)境造成一定的污染，對(duì)學(xué)生的身心健康造成影響。所以在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置時(shí)，首先考慮的就是設(shè)計(jì)一個(gè)密閉體系進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。其次，由于P2O5能溶于水，所以設(shè)計(jì)一個(gè)洗氣瓶，利用水吸收P2O5。為了加強(qiáng)吸收效果，還可以使用濃NaOH溶液吸收。第三，經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，實(shí)際用洗氣瓶吸收P2O5時(shí)，有80%左右的P2O5能被洗氣瓶吸收，但仍有少量白煙隨著氣流冒出洗氣瓶，所以在洗氣瓶后面再接一個(gè)尾氣吸收袋，從而使本實(shí)驗(yàn)對(duì)環(huán)境的影響降到最低。使實(shí)驗(yàn)不管是在實(shí)驗(yàn)室，還是在教室，都可放心、安全地進(jìn)行。

（2）尾氣吸收袋中的廢棄物便于回收處理。吸收袋中收集到的絕大部分是P2O5，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，可直接用水或堿液處理。

4.易于推廣，普適性更好

實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新不是為了標(biāo)新立異，而應(yīng)是在傳承的基礎(chǔ)上揚(yáng)長(zhǎng)避短，并能加以推廣，使更多的教師能動(dòng)手做得起來，讓更多的學(xué)校用得起這樣的設(shè)備，使更多的學(xué)生從創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)中獲得化學(xué)素養(yǎng)。具體體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。

（1）可替代性強(qiáng)。演示實(shí)驗(yàn)為了使更多的學(xué)生看到更明顯的現(xiàn)象，所以采用的是特制的實(shí)驗(yàn)裝置，但在實(shí)際使用過程中，可使用演示裝置的縮微版。即直接使用20×200mm規(guī)格的普通具支試管、普通玻璃導(dǎo)管代替。玻璃托可以將燃燒匙下面的小銅匙取下，在中間打一小孔，將玻璃管穿于其中，用酒精噴燈將另一根玻璃管拉成絲，在玻璃管上繞一圈以固定小匙。實(shí)驗(yàn)時(shí)，可直接在小匙內(nèi)放入少量白磷進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，尾氣收集袋可用氣球或方便袋替代。

（2）成本可接受。本演示裝置的核心主要在具支試管及帶托的玻璃管部分。其成本可分成兩部分：一是材料成本，二是人工成本。具體數(shù)據(jù)如表1所示。

由此可見，不管是采用大號(hào)的演示裝置，還是學(xué)生實(shí)驗(yàn)裝置，對(duì)于普通10軌學(xué)校而言，在保證實(shí)驗(yàn)正常開展的前提下，以采購(gòu)大號(hào)演示裝置10套，學(xué)生實(shí)驗(yàn)裝置（演示縮微版）100套為基準(zhǔn)，其成本合計(jì)：25.02元/套×10套 + 2.16元/套×100套 = 466.20元。

這是一個(gè)絕大多數(shù)學(xué)校都可承受的價(jià)格。

參考文獻(xiàn)：

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[2]宋心琦.化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革建議之五——燃燒的條件[J].化學(xué)教學(xué)，2012（12）：3-4、11.