对蜡烛火焰分层实验的再探究

发表时间:2021/7/14   来源:《教学与研究》2021年第12期   作者:符正金
[导读] 从学生提出的问题出发,在核心素养视角下
        符正金
        河南省固始县第九初级中学 465200 []

        [摘要]从学生提出的问题出发,在核心素养视角下,通过实验探究和文献对比,对蜡烛火焰分层实验提出了适合初中学生的阶段性解释,对教材和教师用书提出了修改建议。
         [关键词] 核心素养  蜡烛火焰  分层
         
          “学科核心素养是学科育人价值的集中体现,是学生通过学科学习而逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力。”[[1] 中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准(2017年版)[S].北京:人民教育出版社,2018][1]证据推理是其中的重要组成部分。在核心素养视角下,笔者与学生一起,从学生提出的问题出发,针对人教版义务教育《化学》教科书中蜡烛火焰分层的实验进行了再探究。
         一、基于证据的尖锐提问
         教材《对于蜡烛及其燃烧的探究》中图1-10所示,通过实验应该得出蜡烛的火焰分为外焰、内焰和焰心的常识性结论,但是有学生提出,根据火柴梗部分先炭化的实验现象,只能说明这一部分火焰温度较高,另外一部分火焰温度较低,从而推出蜡烛火焰分为两层,怎么能推出分为三层呢?
         面对这个尖锐提问,一时难以推翻又难以解释。从核心素养的角度,开始了深入的再探究。
        二、对问题的研究与分析
        1.教材图1-10与火焰照片的差距
        仔细对比教材“图1-10蜡烛火焰各层温度比较”中火焰的形状与分层,跟“图1-9燃着的蜡烛”火焰照片,发现实际照片中也看不到明显的三层火焰,只能看出暗淡的焰心,下方的蓝色火焰,上方明亮的火焰。
        2.普遍的简单实验也只能证明火焰分为两层而不是三层
        改用A4纸横着压向火焰1-2秒,纸下表面形成一个烧黑的圆圈。基于严谨的理性思维,多次换用多种材料的实验,也都难以解释这个问题。

蜡烛火焰到底是怎样分层的?火焰的形状是怎样的?
        3. 多数同学得出“火焰分为三层”结论的原因分析
        以前很多老师和学生由于在其他学科中接触过酒精灯的火焰分为三层,又看到图1-10中画出了蜡烛的火焰分为三层,在看到火柴梗上出现有一部分先炭化的现象的时候,会顺势得出火焰分为三层的结论。但这不是科学的基于证据的理性思维,更多的是基于暗示。
        4. 文献中对于蜡烛火焰的形状、温度与分层的研究
        查阅有关文献发现,宋敏等《蜡烛火焰的光谱分析》一文中用光谱分析技术测定的蜡烛火焰各层温度情况如图1所示。[[2] 宋敏 郐新凯.蜡烛火焰的光谱分析[J].光谱学与光谱分析,1994,14(4):77-78][2]可以看出,火焰形状与教材“图1-9燃着的蜡烛”非常接近,证明了“图1-10蜡烛火焰各层温度比较”中火焰示意图不够科学。
        图中显示,蜡芯周围黑色的是焰心;最下面的蓝色火焰连同火焰的周围很薄的一层是外焰,温度最高,冷空气从下端开始上升,这一带接触氧气最最充分,燃烧最旺;黄色的是内焰,温度较高,外焰与内焰之间没有明显的界限。火焰的底部只有焰心与外焰,在高出蜡芯之后,才逐步出现内焰。
        三、结论与建议
        传统的火柴梗实验中,一般把火柴梗放在蜡芯顶处,现象最为明显,因为这里的焰心面积比较大。这个位置的火焰就是分为两层,证明了学生关于火焰分为两层的推测是有道理的。这种基于实际证据的理性思维和独立的批判性思维,正是需要培养的核心素养。
        建议对火柴梗实验做出如下阶段性的表述:限于中学实验室的条件,传统的火柴梗部分先炭化的现象,能说明蜡烛火焰分为两层。精确的实验可以测出蜡烛的火焰分为三层。
        建议修改《教师教学用书》中相关内容为“蜡烛在空气中燃烧,火焰中心蜡芯周围圆锥形的暗淡区域是焰心,温度较低;暗淡区域之外的最明亮处,存在没有完全燃烧的炭粒,是内焰,温度较高;内焰之外,有一层很薄的火焰,与火焰根部明显的蓝色火焰连在一起,是外焰,此处接触氧气最为充分,温度最高。外焰与内焰没有明显的界限,又有不确定的顶部。”
        建议修改教材图1-10等蜡烛火焰的示意图,参照图1的形状把外焰画得薄一些,使之更接近真实的火焰。
        四、引发的思考
        第一,教材和教师教学用书中老师早已习以为常的东西,有时也需要用用尊重事实证据的理性思维对待她。“创新是化学学科核心素养的本质特征”[[3] 郑长龙﹒化学学科理解与“素养为本”的化学课堂教学﹒《课程﹒教材﹒教法》2019年第9期:123
][3]批判性思维和理性思维是创新思维的基础,而批判性思维和理性思维能力的培养就蕴藏在一个个具体的很小的教学问题之中。学生的创新意识被激活,思维像泉水一样活跃,创新能力远超出老师的想象。
        第二,通过探究激发和培养出的热爱科学的品格,是今后学习和发展的最基本的动力,也是化学学科核心素养的重要组成。热爱科学的学生,学习的知识是有温度、有趣味、有活力的,掌握的效果会更好。
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