王茜

摘要：對教材上關(guān)于“燃燒的條件”這一核心概念在教學(xué)實踐過程中遇到的問題進(jìn)行思考，并從學(xué)生角度出發(fā)，提出解決措施。進(jìn)一步挖掘“鐵絲在氧氣中燃燒”這一實驗的價值，基于提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)設(shè)計探究性實驗，和學(xué)生一起對教材所描述的“鐵絲在空氣中不能燃燒”這一現(xiàn)象進(jìn)行修正，進(jìn)而對“燃燒的條件”這一核心概念進(jìn)行補(bǔ)充和深度理解。

關(guān)鍵詞：燃燒的條件;鐵絲在氧氣中燃燒;探究實驗;教學(xué)思考

文章編號：1008-0546（2022）06x-0095-03?? 中圖分類號：G632.41?? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.06x.03

一、問題的提出

人教版九年級化學(xué)，第七單元課題1“燃燒和滅火”中關(guān)于燃燒的定義及其條件描述如下：通常情況下，可燃物與氧氣發(fā)生的一種發(fā)光、放熱的劇烈的氧化反應(yīng)叫做燃燒。燃燒需要三個條件：（1）可燃物;（2）氧氣（或空氣）;（3）達(dá)到燃燒所需要的最低溫度（也叫著火點），三者缺一不可，見圖1。

在學(xué)習(xí)新知識時適當(dāng)?shù)鼗仡櫯f知識，是一種有效的學(xué)習(xí)方法，有助于學(xué)生鞏固舊知識，加深對新知識的認(rèn)識和理解。教材實驗2-4“鐵絲在氧氣中的燃燒”是這樣描述現(xiàn)象的：“在空氣中加熱鐵絲時，鐵絲只能發(fā)生紅熱現(xiàn)象，不能燃燒，但在氧氣里點燃細(xì)鐵絲可以發(fā)生劇烈燃燒，火星四射?！痹趯W(xué)習(xí)“燃燒的條件”這一新知識時，部分學(xué)生會聯(lián)想到“鐵絲在氧氣中的燃燒”這一舊知，并在課堂上提出以下疑問：

鐵絲能在氧氣中劇烈燃燒火星四射（見圖2），說明鐵絲是可燃物，且酒精燈能提供達(dá)到其著火點的最低溫度;那么在空氣中用酒精燈加熱鐵絲，同樣具備了“可燃物、氧氣（或空氣）、達(dá)到燃燒所需要的最低溫度（也叫著火點）”三個條件，為什么鐵絲在空氣中不能燃燒（見圖3）？教材前后的表述是否自相矛盾？

學(xué)生的以上疑問是基于教材提出來的，有理有據(jù)。我國《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》提出，義務(wù)教育階段的化學(xué)課程應(yīng)該以提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)為主，而不應(yīng)只停留在讓學(xué)生熟背記憶性化學(xué)知識的層面，學(xué)生發(fā)展了科學(xué)探究能力能進(jìn)一步理解化學(xué)基礎(chǔ)知識，掌握基本技能。為了鼓勵學(xué)生積極思考，勇于提問的精神，筆者同學(xué)生一起對此問題展開討論和探究。

二、問題分析

“燃燒”是學(xué)生十分熟悉，生活經(jīng)驗比較豐富的化學(xué)反應(yīng)。它與人類歷史的發(fā)展和社會的進(jìn)步聯(lián)系緊密。教學(xué)活動是幫助學(xué)生掌握化學(xué)核心概念并建構(gòu)合理的知識框架，養(yǎng)成一定科學(xué)素養(yǎng)的過程，掌握了核心概念和具備了基本素養(yǎng)的學(xué)生，就有了在新的情境下解決相關(guān)問題的基礎(chǔ)。

北京師范大學(xué)吳國慶教授[1]，在談到初中化學(xué)的課程價值時，提出核心概念不是具體的化學(xué)知識，而是從哲學(xué)高度上體現(xiàn)的。一個具有初中文化的公民，在初中畢業(yè)若干年，進(jìn)入社會之后，在頭腦里留存下的化學(xué)基本觀念，是這位具有初中文化的公民，在觀察周圍世界和事物時，具有的化學(xué)思維，它們可以是原子論、分子學(xué)說、化學(xué)反應(yīng)等基本知識，也可以是宏觀辨識與微觀探析、實驗探究與創(chuàng)新意識等學(xué)科素養(yǎng)。

查閱義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版），對第七單元課題1“燃燒和滅火”要求，見表1：

從課程標(biāo)準(zhǔn)中可以看出：本部分內(nèi)容對九年級學(xué)生要求并不高，僅限于認(rèn)識、了解層面，重點理解燃燒的條件和滅火的原理，并能建立與生活的聯(lián)系。

考慮到教材上相關(guān)概念比較寬泛，基于學(xué)生提出的問題，通過設(shè)計探究性實驗，幫助學(xué)生進(jìn)一步理解核心概念，完善對概念的認(rèn)識，并發(fā)展科學(xué)探究能力。通過文獻(xiàn)研究，查閱近年來學(xué)者們對于燃燒的條件的研究文獻(xiàn)，并基于課標(biāo)要求和學(xué)生學(xué)情，將教材的概念適當(dāng)補(bǔ)充說明，但不宜拓展過深以免增加學(xué)生學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)。

三、文獻(xiàn)研究

華東師范大學(xué)王程杰[2]，對中學(xué)化學(xué)教材中的燃燒“火三角”提出質(zhì)疑（即助燃物、可燃物、著火點），并對燃燒的條件進(jìn)行了深入探討。他從燃燒學(xué)的視角將燃燒分成蒸發(fā)燃燒、表面燃燒、分解燃燒、預(yù)混燃燒等，分別對燃燒的條件進(jìn)行了闡述，提出了“3+1”的燃燒條件的理論?！?”是原中學(xué)化學(xué)教材里的“火三角”“+1”是其他影響燃燒的因素。比如酒精、石蠟等蒸發(fā)燃燒，“+1”是溫度達(dá)到閃點，因此它們滅火原理的就應(yīng)是降溫至“閃點”以下。對于爆鳴這種預(yù)混燃燒，“+1”是在一封閉容器內(nèi)可燃?xì)怏w或粉塵的濃度達(dá)到爆炸極限范圍。對于鐵絲這種表面燃燒，“+1”是比表面積足夠大。“比表面積”是指單位質(zhì)量物料所具有的總表面積。如普通鐵片、鐵棒比表面積較鐵絲小，在氧氣中也不會燃燒。細(xì)鐵絲比表面積較大，加熱到發(fā)紅伸入氧氣瓶中便會“火星四射”地燃燒起來。若用還原鐵粉，其比表面積更大（因還原鐵粉的結(jié)構(gòu)較疏松），在空氣中加熱就可以燃燒。在生活中，“+1”通常是錯綜復(fù)雜的，影響燃燒的往往不是1個因素，而是幾個影響因素綜合影響。

湖北省武漢市洪山區(qū)英格中學(xué)一分校的朱娟老師[3]，對鐵絲燃燒的實驗進(jìn)行了創(chuàng)新，探究鐵絲在空氣中是否也能燃燒。她通過控制變量法，用不同直徑的鐵絲在空氣中、氧氣中進(jìn)行燃燒實驗，發(fā)現(xiàn)直徑較小的鐵絲在空氣中也能燃燒，但在氧氣中燃燒更加劇烈，得出結(jié)論：影響可燃物燃燒劇烈程度的因素有氧氣的濃度和物質(zhì)與氧氣接觸的面積。

貴州省雷山縣第三中學(xué)的潘國榮和陳正美老師[4]，在探析有關(guān)鐵在氧氣中燃燒問題時，提出，燃燒是物質(zhì)與助燃劑（不局限于氧氣）發(fā)生的一種發(fā)光發(fā)熱的劇烈的化學(xué)反應(yīng)。燃燒的三個條件應(yīng)該同時滿足：足量的可燃物與足量的助燃劑、溫度（環(huán)境提供熱能或反應(yīng)提供熱能累積達(dá)到的溫度）達(dá)到著火點。

胥光勇[5]、陳紅梅[6]等多位老師的探究實驗表明，直徑在0.18 mm到2.0 mm 的鐵絲都能在氧氣中燃燒，但更合適的是0.2 mm-0.5 mm直徑的鐵絲。參考喬金鎖與劉冷老師[7]的實驗研究，直徑0.23 mm 的2根鋼絲擰在一起，直徑0.2 mm 的3根鐵絲擰在一起，集氣瓶中氧氣體積分?jǐn)?shù)在55%以上便可以燃燒;直徑0.38 mm 的一根鐵絲則需要體積分?jǐn)?shù)60%以上的氧氣才能燃燒。

綜上所述，對于鐵絲的燃燒，僅僅滿足溫度達(dá)到著火點、氧氣（或空氣）、可燃物三因素是不夠嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹］^粗的鐵絲在空氣中不能燃燒，卻能在氧氣中燃燒，說明氧氣的濃度也是一因素;較細(xì)的鐵絲不需要純氧，甚至在空氣中就能燃燒，說明鐵絲的比表面積也是一因素。仔細(xì)思考，對于鐵絲來說，只要比表面積足夠大或者氧氣濃度足夠大，滿足其一就可以在“火三角”的基礎(chǔ)上滿足燃燒的條件。義務(wù)教育階段，燃燒的三條件作為燃燒學(xué)基礎(chǔ)知識的入門，是符合當(dāng)前學(xué)段學(xué)生的認(rèn)知水平的。但對于正在學(xué)習(xí)“燃燒的條件”這一新知識的學(xué)生，經(jīng)過一段時間化學(xué)學(xué)科的學(xué)習(xí)，已基本形成化學(xué)觀念，科學(xué)探究能力也有了較大的提高，故而可以再次重做鐵絲在氧氣中燃燒的實驗，對燃燒的條件進(jìn)一步探究以解決疑問[8]。在教學(xué)中，通過對學(xué)生的思維潛能的挖掘，既能加深對新的知識的理解，也能對舊的認(rèn)知進(jìn)行鞏固和修正，并有助于培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)。對于探究性實驗的設(shè)計，可以引導(dǎo)學(xué)生探究氧氣濃度這一因素對于鐵絲燃燒的影響。鑒于“比表面積”這一新概念對于本學(xué)段學(xué)生來說太過生澀，故避免提出，也不做實驗探究，僅通過教師演示實驗對原有認(rèn)知進(jìn)行修正。

四、問題解決

[學(xué)生質(zhì)疑]之前的實驗中，我們看到鐵絲在空氣中不能燃燒。

[教師引導(dǎo)]之前實驗中，加熱后鐵絲在氧氣中燃燒，在空氣中紅熱，大家想想造成不同現(xiàn)象的兩組實驗?zāi)男l件一樣？哪些條件不一樣？有什么啟發(fā)？

[學(xué)生討論]只有氧氣的濃度不一樣，空氣中氧氣含量少，因此鐵絲不燃燒。故鐵絲燃燒的條件不應(yīng)是“空氣”而是“氧氣”。

[教師提問]鐵絲燃燒，一定需要純氧嗎？如何設(shè)計實驗探究？

[學(xué)生討論]設(shè)計方案（有難度，教師提示）探究氧氣濃度對鐵絲燃燒的影響，并進(jìn)行如表2所示對比實驗，觀察實驗現(xiàn)象。

[探究活動1]學(xué)生分組實驗。

[師生一起]引導(dǎo)學(xué)生討論、分析，得出結(jié)論一——鐵絲燃燒不一定需要純氧。

設(shè)計意圖：通過對氧氣濃度是否影響實驗的思考及討論，鼓勵學(xué)生設(shè)計相應(yīng)的探究方案，并進(jìn)行實驗，進(jìn)而對學(xué)生已有知識體系中的內(nèi)容作出修正，同時進(jìn)一步提高學(xué)生的基本實驗操作技能（如收集氣體的操作、收集不同濃度的氧氣操作等）。

[教師提問]除了氧氣濃度影響鐵絲的燃燒，大家再想想還有沒有其他因素？

用生活經(jīng)驗對學(xué)生加以引導(dǎo)，如木炭塊要在空氣中加熱一段時間才能燃燒，但如果換成木炭，可在短時間內(nèi)燃燒。

[學(xué)生討論]鐵絲與氧氣接觸面積。

[教師提問]如何增加鐵和氧氣的接觸面積？

[學(xué)生討論]用更細(xì)的鐵絲或者用鐵粉。

[探究活動2]教師演示實驗。

在酒精燈火焰上方抖落還原鐵粉，觀察到鐵粉在空氣中燃燒。

[結(jié)論]

①鐵絲在空氣中并非不能燃燒，而是不易燃燒，但如果增加氧氣濃度（不一定用純氧）或增大鐵與氧氣接觸面積，鐵絲就可以燃燒。

②教材上燃燒的三個條件是一個大范圍，也是燃燒的必要條件，在滿足三個條件的情況下，具體的物質(zhì)可能還具有其特殊性，還需要滿足次要條件。

五、結(jié)論與建議

人教版九年級化學(xué)教材描述的“在空氣中加熱鐵絲，鐵絲只能發(fā)生紅熱現(xiàn)象，不能燃燒”與科學(xué)事實不符。建議修正為：“加熱條件下，鐵絲在空氣中不易燃燒，能發(fā)生紅熱現(xiàn)象，在氧氣中劇烈燃燒火星四射”“某些在空氣中不易燃燒的物質(zhì)，能在氧氣中燃燒”。這些雖然不是記憶性、考察性知識點，但對于學(xué)生來說發(fā)現(xiàn)教材中表述不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膯栴}，并通過實驗探究解決問題，有利于完善他們的“核心概念”，在今后的社會生活中也能夠用這種化學(xué)思維去解決實際問題，有助于學(xué)生的未來發(fā)展。

教材中燃燒的三個條件在義務(wù)教育階段符合學(xué)生認(rèn)知水平。但對于發(fā)現(xiàn)問題的學(xué)生，應(yīng)該予以鼓勵，并進(jìn)一步激發(fā)他們實驗探究和創(chuàng)新精神。學(xué)生們通過實驗，親身體會了知識形成的過程，并對教材上的“三個條件”進(jìn)行補(bǔ)充和完善。這種通過“勞動”帶來的收獲和成就感是教師口頭答疑無法替代的。無論是教師的教還是學(xué)生的學(xué)，都要意識到實驗是檢驗真理的重要途徑。

參考文獻(xiàn)

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[3]朱娟.鐵絲在空氣中也能燃燒相關(guān)探究[J].兒童大世界，2019，36（10）：176-176.

[4]潘國榮，陳正美.有關(guān)鐵在氧氣中燃燒實驗問題探析[J].化學(xué)教與學(xué)，2013（8）：86-87.

[5]胥光勇.做好鐵絲在氧氣中燃燒實驗的關(guān)鍵[J].化學(xué)教學(xué)，1993（3）：23-24.

[6]陳紅梅.“鐵在氧氣中燃燒”實驗的改進(jìn)[J].科學(xué)教育，2003（3）：25-25.

[7]喬金鎖，劉冷.鐵絲在氧氣中燃燒的研究[J].化學(xué)教育，2010，31（10）：76-79.

[8]周志源，陳建安.“鐵絲在氧氣中燃燒的探究”實驗教學(xué)設(shè)計[J].化學(xué)教學(xué)，2014（2）：37-39.