法拉第_蜡烛的故事_对中学化学教学的启示_魏锐

氧化碳由炭和氧化合而成
３９
ຫໍສະໝຸດ Baidu 木片燃烧会产 生二氧化碳吗？
会，可以证明木片中含有碳
引 火 铅 （可 自 燃的 铅 粉） 燃 烧 引火 铅 燃 烧 后 的 残 渣 质 量 变 大， ４０ 与炭 燃 烧 的 现 象 而炭燃烧化为气体 有什么区别？
人 类 吸 入 和 呼 呼出的气体可以熄灭蜡烛、使澄
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专论
化 学 教 育 ２０１１ 年 第 １２ 期
法拉第 《蜡烛的故事》对中学化学教学的启示＊
魏 锐１ 黄 婷２ 杨 晶 晶３
（１．北 京 师 范 大 学 化 学 学 院 １００８７５；２．云 南 昆 明 市 第 一 中 学 ６５００３１；３．北 京 １０１ 中 学 １０００９１）
原来那 块 白 金 片 搬 家 到 另 外 一 块 白 若调 换 ２ 块 白 金
金片上 片的 位 置 会 有 什 么现象？
２６
水电解的产物 是什么？
氢气和氧气
为什么蜡烛在
蜡 烛、灯 油、铁 丝、硫、磷、 木 片在氧气中燃烧比空气中剧烈得多。
２７ 空 气 中 燃 烧 不 如 说明 氧 气 有 助 燃 性， 空 气 中 氧 气 只
变化？
４４
世界上产生的 那么 多 二 氧 化 碳
被植 物 利 用 转 化 为 养 料 并 放 出 氧
气
去哪儿了？
燃烧反应为什 么能 发 生？ 为 何 在不 点 燃 的 情 况 化学亲和力的推动，例如碳与氧 下 炭、 蜡 烛、 煤 的结合作用。可燃物需加热到一定 ４５ 气 等 可 燃 物 不 会 程度 才 能 燃 烧。 不 同 的 物 质 有 不 同 燃烧？ 火 药 与 火 的着火点 棉的 燃 烧 条 件 为 何不同？
释，承载着丰富多样的科学知识，可归纳为以下几 个 方 面 ， 见 表 ２。
表 ２ 法 拉 第 讲 座 中 主 要 涉 及 到 的 科 学 知 识
类别
内容
物质的元素组成 蜡烛、空气、水、二氧化碳
气体的质量 与密度
空气，二氧化碳的密度比空气的大
蜡烛燃烧的反应物：汽化的烛油
对蜡烛燃 烧的讨论
燃 烧 的 产 物： 焰 心———白 烟、 外 焰———炭、 最 终 产 物 ——— 炭 、 二 氧 化 碳 、 水
１ 法拉第 《蜡烛的故事》 讲座的展开思路
法拉第从蜡烛的制造谈起，围绕蜡烛燃烧时经历 的化学过 程， 详 尽 地 阐 述 了 氢 气、 氧 气、 氮 气、 水、 空气、碳、二氧化碳等这些日常生活中无时无刻不与 我们同在的物质，并且像剥笋那样，一层层地揭开， 一个个地剖视，深入浅出，处处用生动具体的实验加 以引证。法拉第的讲座思路开阔、涉及面广，他由蜡 烛燃烧衍生出对化学反应、反应条件、电解等各类问 题的探讨，涉及 物 理、 化 学、 生 物 等 多 个 学 科 领 域， 把许多基础学科的核心问题都承载其中。
在氧气中旺？
占一部分
空气中不能使 一氧 化 氮 变 红 的
一氧化氮可与空气中的氧气反应，
２８ “老 顽 固 ” 是 什 但不 与 氮 气 反 应。 氮 气 不 具 有 助 燃
性
么？
２９
空气的成分有 哪些？
氧气、氮气
３０
氮气在空气中 有什么用？
若全是氧气则有无数火灾
３１
如何称量气体 的质量？
为什么？
＊ 教育部人文社会科学研究青年基金项目 （编号：１１ＹＪＣＢ８８０１２２） 的研究成果之一
２０１１ 年 第 １２ 期 化 学 教 育
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编号
问题
续表 解释
９
火焰焰心燃烧 的产物是什么？
汽化 的 蜡 以 及 蜡 不 完 全 燃 烧 的 产 物，即 蜡 烛 吹 灭 时 产 生 的 白 烟， 可
燃烧的现象：发光、发热、火焰的形状、火 焰的温度
其他物质的燃烧 现象及产物 磷、锌、氢气、木片、炭、铁、铅
燃烧的条件：着火点、氧气，氮气与二氧化 碳不支持燃烧
４１ 出 的 气 体 有 什 么 清石 灰 水 变 浑 浊。 说 明 呼 出 二 氧 化
差别？
碳
４２
呼吸过程在我 们身 体 内 部 发 生
吸入 的 空 气 转 变 为 二 氧 化 碳， 同
时产生了维持我们生命所需的能量
了什么样的变化？
呼吸与蜡烛燃 烧有没有 共 同 点？ 食 物 （蔗 糖 ） 遇 浓 硫 酸 变 黑 说 明 ４３ 食 物 在 我 们 身 体 碳的 存 在。 呼 吸 系 统 将 食 物 中 的 碳 内部 发 生 了 什 么 转化为二氧化碳
气，氢气燃烧生成水
编号
问题
续表 解释
２４
取 少 量 的 铜， 再注 入 硝 酸 会 看
立即 产 生 美 丽 的 红 色 气 体， 铜 溶
解，且无色溶液变为蓝色
到什么现象？
将 ２ 块 白 金 片 插入盐 （硝 酸 铜） 溶 液 中， 通 电， 一块白金片顿时变得像块铜，另
一块毫无变化。调换后，铜似乎 从 ２５ 会发生什 么 变 化？
燃
为什么焰心引
燃烧 是 空 气 和 蜡 蒸 气 发 生 剧 烈 的 化学反应。焰心空气不足，燃烧 不
出 的 气 体 可 燃，
１０
充分，有剩余的可燃气体；外焰 空
外焰 的 引 出 气 体
气充足，燃烧充分，无可燃气体 剩
不可燃？
余
火 焰 的 不 同 部 拿张纸在火焰中心一掠，纸上的
１１ 位 温 度 相 同 吗？ 火痕 是 环 形 的， 即 空 气 与 燃 料 接 触
在天平的一端 放 上 空 玻 璃 筒， 天平向玻璃筒那端倾斜，说明二 另一 端 置 砝 码 使 氧化碳比空气重。 ３６ 其 平 衡， 将 二 氧 向盛 有 二 氧 化 碳 的 玻 璃 筒 中 吹 肥 化碳 倒 入 玻 璃 筒 皂泡，肥皂泡浮在二氧化碳中，也 中会有什么现象？ 说明二氧化碳比空气重 说明什么？
向一个密闭的铜瓶中打气再称量
３２
空气到底有多 重？
抽真空实验
小 吸 盘 为 什 么 小吸盘上面的空气压力把它压住
３３ 会吸住桌面？
了
在装有蜡烛燃 烧生 成 气 体 的 瓶 ３４ 中， 倒 入 澄 清 石 澄清石灰水变成了乳白色 灰水， 会 有 什 么 变化？
将二氧化碳倒 入盛 有 点 燃 蜡 烛 蜡烛熄灭，说明二氧化碳不支持 ３５ 的杯 中 会 有 什 么 燃烧 现象？说明什么？
编号
问题
解释
开 始 是 用 动 物 脂 肪———牛 脂 做 原
蜡 烛 是 用 什 么 料，后来 将 动 物 脂 肪 制 成 了 硬 脂
１ 制成的？
（硬脂 酸 ）， 也 可 用 黄 蜂 蜡、 纯 蜂 蜡
或石蜡制造蜡烛
火焰和烛身接 触的 地 方 为 什 么 加热使气体对流，补充进来的冷 ２ 形成 凹 陷 的 杯 子 空气所起到的冷却作用，使其形成 状？烛 油 为 什 么 杯状 不外流？
３７
炭燃烧产生什 么？
二氧化碳，发光而非火焰
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化 学 教 育 ２０１１ 年 第 １２ 期
编号
问题
续表 解释
３８
钾在二氧化碳 中能燃烧吗？
能。就 像 钾 从 水 中 夺 取 氧 一 样， 从二氧 化 碳 中 夺 取 氧。 同 时 说 明 二
表１中问题环环相扣，紧密相连。从蜡烛燃烧的 现象开始，一层一层地解析，然后又拓展到其他形形
色色的科学问题。这些问题的相互关系如图１所示。
图 １ 法 拉 第 讲 座 的 问 题 线 索
２ 对 发 掘 教 学 内 容 的 功 能 与 价 值 的 启 示
２．１ 教 学 内 容 承 载 的 具 体 知 识 从一根小小的蜡烛出发，经过法拉第的精彩阐
如何检测？
的地方恰好温度最高
外焰燃烧产生 １２ 的 黑 烟 是 什 么 物 炭，蜡不完全燃烧产生
质？怎么产生的？
火 焰 中 有 固 体 物 质 （炭 颗 粒 ） 则 明亮，是 由 于 固 体 颗 粒 的 热 辐 射 发
火焰明亮的原 光
１３ 因是什么？
其他 相 关 的 案 例 如： 火 药 与 铁 粉
６
什么 样 的？ 为 什
么呈这种形状？
对流 将 火 焰 拉 成 长 椭 圆 形， 火 焰
的颜色 与 火 焰 的 温 度 以 及 火 焰 中 的
固体颗粒物等有关
火 焰 为 什 么 向 在重力作用下，热气流上升，形
７ 上？
成对流
一堆木柴燃烧 时会 出 现 一 些 小 一堆木柴有很多芯，分化成许多 ８ 火苗， 而 蜡 烛 燃 不同形状的小火舌，这些各自为政 烧只有一个火焰， 的小火舌相当于一支支独立的蜡烛
用钾 检 验 蜡 烛 燃 烧 生 成 并 冷 凝 得 到的 水。钾 遇 到 水 立 即 剧 烈 燃 烧，
并形成火焰
为 什 么 冰 会 浮 冰的体积比产生它的水大，所以 在水 面 上？ 当 加 密度就比水小 １９ 热 水 产 生 大 量 蒸 水变 为 蒸 气 后 在 体 积 上 的 变 化 是 气时 水 的 体 积 为 极为悬殊的。若充满热的水蒸气的 何有明显变化？ 白铁筒迅速冷却，会变瘪
混合燃 烧 发 光、 白 金 丝 直 接 加 热 发
光、向氢氧焰中撒石灰火焰变亮
１４
磷燃烧产生的 烟是什么？
磷燃烧产生的固体微粒
１５
锌粉燃烧产生 的烟是什么？
氧化锌
１６
蜡烛燃烧的产 物是什么？
炭、二氧化碳和水等
蜡烛燃烧产生 １７ 的 水 是 从 哪 里 来 化学反应生成
的？
１８
钾遇到水会发 生什么变化？
２０
铁粉或铁屑遇 到水 会 有 什 么 现
反应 不 是 很 剧 烈， 但 铁 屑 会 逐 渐
生锈
象？
铁屑与高温水 ２１ 蒸 气 反 应 生 成 的 一种可燃性气体 （氢气）
气体什么？
２２
锌与酸反应生 成的气体是什么？
可燃性气体 （氢气）
２３
氢气燃烧产生 什么物质？
水 蜡烛 燃 烧 生 成 水， 水 又 能 产 生 氢
法拉第这一系列讲座在历史上享有盛誉，成为 科普讲 座 中 的 经 典。他 将 许 多 科 学 思 想 渗 透 其 中， 对化学教育而言具有很高的研究价值。蜡烛燃烧是 学生非常熟悉的话题，承载了许多物理、化学知识， 是初中化学课程中一 个 核 心 的 探 究 活 动［２］。中 学 化 学新课程倡导科学探究，重视科学方法的培养，法 拉第的讲座中有很多值得我们体会和借鉴的内容。
关键词 法拉第 蜡烛的故事 教学内容 科学观念 教学设计
著名科学 家 法 拉 第 于 １８６０ 年 圣 诞 节 期 间 在 英 国 皇家学 会 连 续 举 办 科 学 讲 座， 并 邀 请 青 少 年 作 为 听 众。当时很多成年人惊奇和疑惑：皇家学会的大讲堂 为什么要欢迎小孩子去做座上客？对这些在化学方面 一窍不 通 的 小 顽 皮， 谈 论 这 种 富 有 学 术 性 的 化 学 专 题，合适吗？然而事实证明，法拉第的做法是正确的 而且很有必要。他以 《蜡烛的故事》［１］为题连续作了６ 场专题报告，场场都紧紧吸引住听众的注意力，阶梯 型的讲堂中一层层延伸到天花板的凳子上全坐满了少 年儿童，但是整个会场总是秩序井然、鸦雀无声。
摘要 概述了法拉第 《蜡烛的故事》 讲座的展开思路。从教学内容承载的具体知识、科学观 念、科学方法和情感态度等４个方面探讨了该讲座对如何发掘教学内容的功能与价值的启示。从 以核心事件为主线串联相关科学问题，充分揭示教学素材的应用价值，通过层层解析和丰富例证 得出结论，借助类比建立知识之间的联系，作为认识工具的化学计量内容的处理等５个方面探讨 了该讲座对课程与教学设计的思路与模式的启示。
烛油如何脱离 ３ “烛 杯 ”， 跑 到 燃 烛芯的毛细管作用
烧的部位？
为何烛芯不全 ４ 部燃烧？为何烛杯 温度未到达着火点
中的烛油不燃着？
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吹灭蜡烛时产 生的白烟是什么？
主要成分是汽化的烛油
明亮 的 长 椭 圆 形， 长 椭 圆 形 的 上
端比下端亮，烛芯在中间，烛芯 周
火 焰 的 形 状 是 围和接近底部的地方比较暗
讲座基于孩子们非常熟悉的现象激疑发问，提 出的问题生动有趣而又不易回答，法拉第结合演讲
和实验，从这些问题中一点点解析出其中所蕴藏的 科学道理，至今看来都令人拍手称奇。现提炼出法 拉 第 在 讲 座 中 提 出 的 核 心 问 题 ， 见 表 １。
表 １ 法 拉 第 讲 座 中 提 出 的 核 心 问 题 及 解 释