王茜

摘要：對教材上關于“燃燒的條件”這一核心概念在教學實踐過程中遇到的問題進行思考，并從學生角度出發(fā)，提出解決措施。進一步挖掘“鐵絲在氧氣中燃燒”這一實驗的價值，基于提升學生的科學素養(yǎng)設計探究性實驗，和學生一起對教材所描述的“鐵絲在空氣中不能燃燒”這一現(xiàn)象進行修正，進而對“燃燒的條件”這一核心概念進行補充和深度理解。

關鍵詞：燃燒的條件;鐵絲在氧氣中燃燒;探究實驗;教學思考

文章編號：1008-0546（2022）06x-0095-03?? 中圖分類號：G632.41?? 文獻標識碼： 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，第七單元課題1“燃燒和滅火”中關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叫做燃燒。燃燒需要三個條件：（1）可燃物;（2）氧氣（或空氣）;（3）達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。

在學習新知識時適當?shù)鼗仡櫯f知識，是一種有效的學習方法，有助于學生鞏固舊知識，加深對新知識的認識和理解。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，但在氧氣里點燃細鐵絲可以發(fā)生劇烈燃燒，火星四射?！痹趯W習“燃燒的條件”這一新知識時，部分學生會聯(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？

學生的以上疑問是基于教材提出來的，有理有據(jù)。我國《義務教育化學課程標準（2011年版）》提出，義務教育階段的化學課程應該以提高學生的科學素養(yǎng)為主，而不應只停留在讓學生熟背記憶性化學知識的層面，學生發(fā)展了科學探究能力能進一步理解化學基礎知識，掌握基本技能。為了鼓勵學生積極思考，勇于提問的精神，筆者同學生一起對此問題展開討論和探究。

二、問題分析

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

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

查閱義務教育化學課程標準（2011年版），對第七單元課題1“燃燒和滅火”要求，見表1：

從課程標準中可以看出：本部分內容對九年級學生要求并不高，僅限于認識、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。

考慮到教材上相關概念比較寬泛，基于學生提出的問題，通過設計探究性實驗，幫助學生進一步理解核心概念，完善對概念的認識，并發(fā)展科學探究能力。通過文獻研究，查閱近年來學者們對于燃燒的條件的研究文獻，并基于課標要求和學生學情，將教材的概念適當補充說明，但不宜拓展過深以免增加學生學習負擔。

三、文獻研究

華東師范大學王程杰[2]，對中學化學教材中的燃燒“火三角”提出質疑（即助燃物、可燃物、著火點），并對燃燒的條件進行了深入探討。他從燃燒學的視角將燃燒分成蒸發(fā)燃燒、表面燃燒、分解燃燒、預混燃燒等，分別對燃燒的條件進行了闡述，提出了“3+1”的燃燒條件的理論。“3”是原中學化學教材里的“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”是溫度達到閃點，因此它們滅火原理的就應是降溫至“閃點”以下。對于爆鳴這種預混燃燒，“+1”是在一封閉容器內可燃氣體或粉塵的濃度達到爆炸極限范圍。對于鐵絲這種表面燃燒，“+1”是比表面積足夠大?！氨缺砻娣e”是指單位質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（因還原鐵粉的結構較疏松），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)英格中學一分校的朱娟老師[3]，對鐵絲燃燒的實驗進行了創(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，得出結論：影響可燃物燃燒劇烈程度的因素有氧氣的濃度和物質與氧氣接觸的面積。

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

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數(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數(shù)60%以上的氧氣才能燃燒。

綜上所述，對于鐵絲的燃燒，僅僅滿足溫度達到著火點、氧氣（或空氣）、可燃物三因素是不夠嚴謹?shù)?。較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”的基礎上滿足燃燒的條件。義務教育階段，燃燒的三條件作為燃燒學基礎知識的入門，是符合當前學段學生的認知水平的。但對于正在學習“燃燒的條件”這一新知識的學生，經(jīng)過一段時間化學學科的學習，已基本形成化學觀念，科學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，對燃燒的條件進一步探究以解決疑問[8]。在教學中，通過對學生的思維潛能的挖掘，既能加深對新的知識的理解，也能對舊的認知進行鞏固和修正，并有助于培養(yǎng)科學素養(yǎng)。對于探究性實驗的設計，可以引導學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段學生來說太過生澀，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知進行修正。

四、問題解決

[學生質疑]之前的實驗中，我們看到鐵絲在空氣中不能燃燒。

[教師引導]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)象的兩組實驗哪些條件一樣？哪些條件不一樣？有什么啟發(fā)？

[學生討論]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？如何設計實驗探究？

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

[探究活動1]學生分組實驗。

[師生一起]引導學生討論、分析，得出結論一——鐵絲燃燒不一定需要純氧。

設計意圖：通過對氧氣濃度是否影響實驗的思考及討論，鼓勵學生設計相應的探究方案，并進行實驗，進而對學生已有知識體系中的內容作出修正，同時進一步提高學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)驗對學生加以引導，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，可在短時間內燃燒。

[學生討論]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？

[學生討論]用更細的鐵絲或者用鐵粉。

[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，具體的物質可能還具有其特殊性，還需要滿足次要條件。

五、結論與建議

人教版九年級化學教材描述的“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，能在氧氣中燃燒”。這些雖然不是記憶性、考察性知識點，但對于學生來說發(fā)現(xiàn)教材中表述不嚴謹?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思維去解決實際問題，有助于學生的未來發(fā)展。

教材中燃燒的三個條件在義務教育階段符合學生認知水平。但對于發(fā)現(xiàn)問題的學生，應該予以鼓勵，并進一步激發(fā)他們實驗探究和創(chuàng)新精神。學生們通過實驗，親身體會了知識形成的過程，并對教材上的“三個條件”進行補充和完善。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生的學，都要意識到實驗是檢驗真理的重要途徑。

參考文獻

[1]王磊，蘇伶俐，黃燕寧.初中生化學前科學概念的探查：科學學習心理的研究[J].心理發(fā)展與教育，2000，16（1）：37-42.

[2]王程杰.燃燒條件“3+1”[J].化學教學，2016，38（01）：49-55.

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

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

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

[6]陳紅梅.“鐵在氧氣中燃燒”實驗的改進[J].科學教育，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”實驗教學設計[J].化學教學，2014（2）：37-39.