简谈进行实验改进的思维策略——以蜡烛燃烧为例

５ ｒ、ｅ 的 尖 嘴 玻 璃 管 进 行 实 验 ， 取 得 很 好 的 ｅ ８ｍ ａ 均
现象 或者 达到 预 期 目的 的 内在 机 理 ， 后从 其 内 然
在机 理 出发 进 行 实验 改 进 。抓 住 了 内在 机理 ， 会 使实 验改 进 的方 向更 加具 有 针 对 性 和 目的性 ， 思 维过 程更 加 有 序化 ， 实验 改 进 会 更 加 有效 。以 下
种 不可 或缺 的 思 维形 式 ， 因推 理 是 根 据 已 观 溯
察现 象去 猜测 其 内 在机 理 的思 维 形 式 。 在 实 验 设 计 中 ， 用溯 因推 理 的 思维 形 式 推 测 产 生 实验 运
将 “ 因 ２ 与 “ 因 ３ 的 改 进 思 路 结 合 起 溯 ” 溯 ” 来， 即玻璃 管 的 一端 变 粗 ， 另一 端 变 细 ， 最简 单 的 用 品是 直径较 粗 的尖嘴玻 璃管 。当然尖 嘴不可 太 细， 这样 可能 会 阻 碍 白烟 的流 出 。笔者 选 用 直 径 为 ７ ｍｍ、 ｒ 尖 嘴 处 直 径 约 为 ３ ｍ， 度 为 ９ ｍ， ａ ａ ｒ 长
了 一 个 实 验 演 示 的 注 意 事项。
探 究 活动 。为 了使 实验 现象更 加鲜 明 、 有趣 ， 多 许
【 因 ２ 如何 引 出 溯 】
更 多 的 白烟 ？需 要 玻璃 管 伸人火 焰 一 端 的 直 径
较 大 ， 而 产 生 改 进 实 从 验 的 思 路 ： 以 检 验 将 可
图 ３
的烟气 较稀 薄 ， 色 发 黑 。如果 在 胶 头 滴 管后 衬 颜
一
张 白纸 ， 并挤 出烟气 ， 可观 察 到明显 的黑 烟 。
（ ） 烛 复 燃 ２灭
【 现有 方案 】 吹灭 蜡 烛 ， 用燃 着 的火柴 接 触 白
烟便 可复 燃蜡烛 。
【 改进 目的 】 火 柴 能 在 距 离 烛 芯 更 远 的 位 使
（ ） 出 白烟 并 点 燃 ２抽
如前文 所述 ， 用胶 头滴管 可 以抽 出 白烟 ， 但胶 头 体 积较小 ， 抽取 白烟 并不 高效 。借助 放大 思维 ， 如果增 大 胶 头 的容 积 就 能 够 提 高 抽 出 白烟 的效 率 。若 要把 胶 头放 大 ， 耳 球 与胶 头材 质 和 形 状 洗
胶头滴 管 ， 胶 头 滴 管 的尖 嘴 伸 人 焰 心 的烛 芯 上 将 端， 挤压 胶头后缓 缓 松开 ， 就可 以看 见 白烟 被 吸人
滴 管中 （ 图 ２ 。将 滴 管 移 出， 嘴 靠 近 蜡 烛 火 如 ） 尖
溯 因并没 有 引发 实 验 的 改进 ， 可 以使 我 们 明 确 却
置点 燃蜡 烛 ， 强实 验 的趣 味性 。 增
【 因 １ 蜡烛 熄 灭后 上 升 的 白烟 越 聚集 ， 溯 】 越
容易 引燃 ， 吹 灭蜡 烛 容 易 使 白烟 飘 散 。如 何 减 而 少 自烟 的飘散 呢 ？答案是 要减 少熄 灭蜡 烛时对 火 焰 的扰动 。接 着 再追 问 ： 有 什 么 方 法可 以熄 灭 还 蜡烛 ？进 而 可 以追溯 燃 烧 的条 件 和灭 火 的途 径 ， 撤 去可燃 物 自然不 可行 ， 降低 温度 不易行 ， 绝空 隔 气 最容 易实 现 。北 京市 石景 山 区特 级教 师 白福 秦 老 师用铜 片 制作成 锥形 “ 灭烛 罩 ” 用 它把 蜡烛 罩 ， 灭， 可使 白烟上 升 得 更 为稳 定 。用 金 属 制作 的原
（ 灭 烛 复 燃 ２）
烟 ， 轻 向上 提起漏 斗 ， 轻 则看 到漏 斗颈 口处 的火焰
顺 着 漏斗 颈 向下移 动 ， 迅速 引燃棉 线 。
来， 这样 即使有 白烟 引 出也 会 与 空 气混 合 并 被 蜡
烛 火焰 引燃 。于 是 ， 出的 只是 浓 重 的黑 烟 。这 引 个 实验带 给我 们 的启示 是 ， 学是 一 门实验学 科 ， 化
一
个好 的想法 必须 付诸 实践检 验是 否可 行 ；பைடு நூலகம்外 ， 另
放 大思 维的放 大 过 程 也是 有 限 的 ， 出一定 的 限 超 度 则适得 其 反 。
【 改进 目的 】 引出更 多 的 白烟 ， 引 出 的 白烟 使
更 容 易被 点燃 。
【 因 １ 从 火焰 的哪个 部位 能 引 出更 多 的 白 溯 】
烟 ？对于 这个 问题 的追 问 ， 不难 回答 ： 焰心 处烛 芯 的顶部 是 火 焰 中 自烟 最 多 的部 位 。在 引 出 白 烟 时 ， 璃 管 的一 端 应 保持 在 这 个 位 置 。尽 管 这 一 玻
ｊ ｐ
１
２ 园 实验 地｛
、
简 谈 进 行 实 验 改 进 的 思 维 策 略
— —
以蜡 烛燃 烧 为 例
口 魏 锐 杨 晶 晶
１北 京 师范大 学化 学 学院 １ ０ ７ ； ０ ８ ５ ２北 京 １ １中学 １０ ９ ０ ００ １
摘 要 以 “ 烛 燃 烧 ” 蜡 为例 ， 绍 了点 燃 引 出 白烟 和 灭 烛复 燃 的各 种 实验 改 进 的 方 案 ， 据 此提 炼 出溯 因思 维 、 大 思 维 和 介 并 放
（ 挑选 合 适 的 滴 管 ， 使 注 射 器 前 段 细 颈 恰 好 能 可
伸人 滴管 大 口端 ， 图 ４所 示 ） 如 。若 将 注射 器 直 接 连接针 头 ， 是这 个 装 置 的 简化 版 。但 由于 针 便 头 太细 ， 凝 的 白烟 容易堵 塞 针头 ， 冷 故使 用胶头 滴 管 与注射 器 配合效果 更好 。
．
蜡 烛 。顺着 这 一 思路 还 可 以进 一 步 放 大 ， 酒精 将 灯 的灯 芯放 在 熔化 的石 蜡 中浸 透 ， 团成 一 团放在
石 棉 网上点 燃 ， 漏 斗罩 灭 ， 燃 漏斗颈 口处 的 白 用 点
的效果 更加 明显 ？文献 ［ ］ 设 计 了玻 璃 管连 接 ７还 干燥 管 、 玻璃 管连 接试 管 的装 置 ， 出的 白烟 可持 引 续燃 烧 。
效 果 较好 。 ２ 放 大 思 维
（ ） 烛 复 燃 ３ 灭
图 ４
根 据溯 因思 维 ， 粗 蜡 烛 和 烛 芯 可 以使 灭 烛 加 复 燃 的效 果更 加 明显 。 白福秦 老师 制作 的蜡烛 直 径 约 ２ ５ ｍ， 芯 直径 约 ６ ｍ， 合 “ 烛 罩 ” ．ｃ 烛 ｍ 配 灭 使
现有 的品牌 的蜡烛 熄 灭 后 有 白烟 ， 的蜡 烛 则 没 有 有 。后经查 证 文献 ， 能是 由于 石蜡 的型 号 不 可
同其 熔 点 不 同所 致 ： 点偏 高 的蜡 烛 ， 体 偏硬 ， 熔 烛
燃 烧 速度 慢 而充分 ， 燃烧 中和熄 灭后 烟少 味小 ， 但 火焰 小 。熔点 偏低 的蜡烛 ， 体软 易变性 ， 烛 燃烧 速 度 快 而不充 分 ， 烧 中和 熄 灭后 烟 大 味 浓 。看 来 燃 在购 买蜡烛 的时候 ， 可选 取质 软 的品种 ， 这样实 验
举 两 例说 明 。 （ ） 出 白烟 并 点 燃 １引
实 验效果 。
【 现有 方 案 】 玻 璃 管 将 白烟 从 火 焰 引 出 点 用
燃（ 图 １。 如 ）
【 因 ４ 若 对该实验 的过 程继续 追 问 ： 溯 】 白烟是
如何 出来 的？是用玻璃 管导出的 ， 是一 种 自动 的流 动 。由这种 “自动 ” 的方 式 出发进 行 思 考 ： 否 有 是 比“ 自动” 为高效 的措施 ？那就是 采用 “ 动” 更 被 的 方式 。换 句话说 ， 若用 一个 装 置把 白烟抽 取 出来 ， 不是会 更有效 吗？我 们身 边 唾手可 得 的用 品就 是
图 １ 引 出 白烟 的 装 置
教师 对蜡 烛燃 烧 的 相关 实 验 进 行 改 进 ， 得 了更 取
好 的教学 效果 。本 文将就 笔 者 自己所 做 的实 验设
计 ， 综合 已有 的 改进方 法 ， 并 反思进 行 实验改 进 的
通用 性思 维策 略 。 １ 溯 因 思 维
用 ， 灭 后 可 在 烛 芯 上 方 １ ｃ 以 上 的 地 方 引 燃 熄 ０ｍ
放大 思维 是顺 承溯 因思维 的思 维策 略 。通 过
・
２ ６ 。
Ｅｄ ｃ ｔ ｎ ｌ ｕｐ ｎ ｄ Ｅ ｐ ｒ ｎ １２８，Ｎｏ ３，２ ２ ｕ ａｉ ａ ｏ Ｅｑ ｉｍｅ ｔ Ａｎ ｘ ｅｉ ｍｅ ｔ Ｖｏ ． ０１
出、 聚集 ， 而 容 易 点 燃 。 其 实 这 其 从
会 发现 烟 气 的状 态 与 点 燃 的 效 果均 不 同 。例 如 ， 火 焰 最 为 明亮 的 部位 抽 出 在
中 已经 使用 了放 大思 维的思 维策 略 。 如果进 一 步放大 ， 继续 加粗 收集端 的 直径 ， 收集 的效果 不 是会更 好 吗？ 有 文 献 称 将 漏 斗 倾 斜 ４ ５度 ， 罩在 火焰 上并靠 近焰 心 ， 漏斗 颈引 从 出的 白烟 容 易被 点 燃 （ 图 ３ 。但 经 笔 者 实 验 ， 如 ） 发 现该方 法无 法成 功 。因将 漏 斗一侧 压在 火焰 上 时， 由于 空气对 流 ， 另一侧 可有 大量 的空 气补充 进
反 向 思 维 等 三种 进 行 实验 改进 的通 用性 思 维 策 略 ， 实验 设 计 提 供 方 法 指 导 ， 阅读 实验 改进 类 文 献提 供 分析 角度 。 为 为
关键 词 实 验 改进 蜡 烛 燃烧 溯因思维 放 大思 维 反 向 思 维
蜡 烛燃 烧 是 学 生非 常 熟 悉 的 话 题 ， 载 了许 承 多 物 理 、 学 知 识 ， 初 中 化 学 课 程 中 一 个 核 心 的 化 是
把 胶 头 滴 管 的胶 头 取 下 ， 注 射 器 与 滴 管 连 接 将
【 因 ２ 若 期望 增 大复燃 时火 柴与 烛芯 的距 溯 】
离， 白烟越 多越 浓 重 ， 果 越 好 。那 么 ， 效 如何 使 白 烟更 浓呢 ？通过 加粗 蜡烛 和烛 芯就可 以实 现 。
顺 便 说 明 的 是 ， 者 在 做 这 个 实 验 的 时 候 发 笔
图 ２
溯 因思维 找 到实 验 改进 的思 路 和切 入 点 ， 这 些 对 切 人点 的特征 进 行 放 大甚 至 是 夸 张处 理 ， 其 特 使 征更 加 突 出 ， 能够 有效增 强实 验 的效 果 。 （ ） 出白烟 并点 燃 １引 根 据溯 因思维 ， 用一 端为 细尖 采 嘴 的粗 玻璃 管 能 够 使 更 多 的 白烟 引
《 学仪器 与 实验》 ２ 教 第 ８卷 ２ １ ０ ２年 第 ３期
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焰， 挤压 胶 头 ， 可观 察 到 白烟 燃烧 。这 一 改 进 方 案 可 以 实 现观察 白烟 和 点 燃 白烟 的 双
重功能 。 类 似 的 ， 尖 嘴 处 于 火 将 焰 中 的不 同 部 位 ， 取 烟 气 ， 抽
因在 于其 容 易加 工 ， 热性好 ， 具隔 绝空气 和 降 导 兼 低 温度 的 双 重 作 用 。若 我 们 用 简 便 易 得 的小 容 器 ， 如青 霉 素小 瓶 、 精 灯 帽 、 截试 管 等进 行 例 酒 半
实 验 ， 可 以取得 类 似的效 果 。 也
都 相 似 ， 容 易想 到 。注 射 器也 是 可 以实 现抽 出 最 白烟 功能 的大容 器 ， 取一 支 １ ｍＬ的 塑料 注 射器 ， ０
玻璃 管一 端 扩 大 后 能否 起 到更好 的效 果 。
在探 索 自然奥 秘 的科 学 思 维 中， 因 推 理是 溯
一
【 因 ３ 如何 使 白烟更 容易被 点燃 ？ 由这 一 溯 】
问题 出发 可 以猜 想 ： 玻璃 管 点 燃 白烟 的一 端 变 若
细 ， 白烟被 聚集 ， 而更 容 易被点燃 。 则 从