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。 中国论文网 http://www.xzbu.com/9/view-57728.htm 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。 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。 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。 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。 编号问题解释 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 10 为什么焰心引出的气体可燃，外焰的引出气体不可燃？ 燃烧是空气和蜡蒸气发生剧烈的化学反应。焰心空气不足，燃烧不充分，有剩余的可燃气体；外焰空气充足，燃烧充分，无可燃气体剩余 11 火焰的不同部位温度相同吗？如何检测？ 拿张纸在火焰中心一掠，纸上的火痕是环形的，即空气与燃料接触的地方恰好温度最高 12 外焰燃烧产生的黑烟是什么物质？怎么产生的？ 炭，蜡不完全燃烧产生 13 火焰明亮的原因是什么？ 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光 其他相关的案例如：火药与铁粉混合燃烧发光、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 17 蜡烛燃烧产生的水是从哪里来的？ 化学反应生成 18 钾遇到水会发生什么变化？ 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 19 为什么冰会浮在水面上？当加热水产生大量蒸气时水的体积为何有明显变化？ 冰的体积比产生它的水大，所以密度就比水小 水变为蒸气后在体积上的变化是极为悬殊的。若充满热的水蒸气的白铁筒迅速冷却，会变瘪 20 铁粉或铁屑遇到水会有什么现象？ 反应不是很剧烈，但铁屑会逐渐生锈 21 铁屑与高温水蒸气反应生成的气体什么？ 一种可燃性气体（氢气） 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，水又能产生氢气，氢气燃烧生成水 编号问题解释 24 取少量的铜，再注入硝酸会看到什么现象？ 立即产生美丽的红色气体，铜溶解，且无色溶液变为蓝色 25 将2块白金片插入盐（硝酸铜）溶液中，通电，会发生什么变化？若调换2块白金片的位置会有什么现象？ 一块白金片顿时变得像块铜，另一块毫无变化。调换后，铜似乎从原来那块白金片搬家到另外一块白金片上 26 水电解的产物是什么？ 氢气和氧气 27 为什么蜡烛在空气中燃烧不如在氧气中旺？ 蜡烛、灯油、铁丝、硫、磷、木片在氧气中燃烧比空气中剧烈得多。说明氧气有助燃性，空气中氧气只占一部分 28 空气中不能使一氧化氮变红的“老顽固”是什么？ 一氧化氮可与空气中的氧气反应，但不与氮气反应。氮气不具有助燃性 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？ 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 33 小吸盘为什么会吸住桌面？ 小吸盘上面的空气压力把它压住了 34 在装有蜡烛燃烧生成气体的瓶中，倒入澄清石灰水，会有什么变化？ 澄清石灰水变成了乳白色 35 将二氧化碳倒入盛有点燃蜡烛的杯中会有什么现象？说明什么？ 蜡烛熄灭，说明二氧化碳不支持燃烧 36 在天平的一端放上空玻璃筒，另一端置砝码使其平衡，将二氧化碳倒入玻璃筒中会有什么现象？说明什么？ 天平向玻璃筒那端倾斜，说明二氧化碳比空气重。 向盛有二氧化碳的玻璃筒中吹肥皂泡，肥皂泡浮在二氧化碳中，也说明二氧化碳比空气重 37 炭燃烧产生什么？ 二氧化碳，发光而非火焰 编号问题解释 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。同时说明二氧化碳由炭和氧化合而成 39 木片燃烧会产生二氧化碳吗？ 会，可以证明木片中含有碳 40 引火铅（可自燃的铅粉）燃烧与炭燃烧的现象有什么区别？ 引火铅燃烧后的残渣质量变大，而炭燃烧化为气体 41 人类吸入和呼出的气体有什么差别？ 呼出的气体可以熄灭蜡烛、使澄清石灰水变浑浊。说明呼出二氧化碳 42 呼吸过程在我们身体内部发生了什么样的变化？ 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 43 呼吸与蜡烛燃烧有没有共同点？食物在我们身体内部发生了什么变化？ 食物（蔗糖）遇浓硫酸变黑说明碳的存在。呼吸系统将食物中的碳转化为二氧化碳 44 世界上产生的那么多二氧化碳去哪儿了？ 被植物利用转化为养料并放出氧气 45 燃烧反应为什么能发生？为何在不点燃的情况下炭、蜡烛、煤气等可燃物不会燃烧？火药与火棉的燃烧条件为何不同？ 化学亲和力的推动，例如碳与氧的结合作用。可燃物需加热到一定程度才能燃烧。不同的物质有不同的着火点 2.2 教学内容承载的科学观念 布鲁纳认为基本观念可以作为认识以后所接触到的具体知识的基础，具体知识可以当做基本观念的特例来处理。他认为教师在“一门课程的教学进程中，应反复回到这种基本观念，以这些基本观念为基础，直至学生掌握了与这些观念相伴随的完全形式的体系为止”［3］。讲座中，法拉第尽管没有将科学观念作为主要内容或明显的线索，但可以体会他在追问一个个现象的原因时也在渗透科学观念的教育。经过笔者的分析，将其外显出来，主要有：（1）元素守恒与转化。例如蜡烛中的氢转化为水，水再与金属反应放出氢气，氢气燃烧生成水，水电解生成氢气和氧气等。（2）化学亲和力作为反应的推动力。用化学亲和力作为解释统摄各种燃烧反应、呼吸作用以及其他的各种化学变化。（3）反应的引发，不同的反应引发的条件不同。例如蜡烛“你不去点它，它就不肯马上着火燃烧，硬要在那儿等呀，等呀，等上几年，几十年，也不发生什么变化”。（4）辩证的看待问题。例如氮气尽管极其不活泼，但“也是一种非常可贵的物质”，如果没有氮气，地球上将发生无数的火灾。
1860的化学体系还是相当的粗疏，对很多现象更多地停留在宏观描述的层面，化学理论很不健全。吉布斯于1878年引入化学势的概念，1889年阿累尼乌斯提出活化分子和活化能的概念，玻尔模型于1913年提出……法拉第在当时的时代背景下能够对蜡烛燃烧做出这样精彩的阐释，可见这位科学巨匠超凡的洞察力。 2.3 教学内容承载的科学方法 在法拉第的讲座中穿插了大量的实验演示，在这些实验设计中也体现了丰富的思想方法，以下举例说明。 （1）对比分析。法拉第运用了大量的实验现象的对比分析，以说明各种化学变化的相似与差异之处。例如不同物质燃烧现象的对比，钾、铁等不同金属与水反应现象的对比，物质在氧气与空气中燃烧现象的对比等等。 （2）变量控制。例如为了验证由于蜡烛火焰中含有炭颗粒（固体颗粒）使得火焰更明亮的猜想，法拉第通过火药与铁粉混合燃烧发光（固体颗粒本身为反应物），以及白金丝直接加热发光和向氢氧焰中撒石灰粉使火焰更明亮（固体颗粒不参与反应）等实验说明。 （3）溯因思维。在说明蜡烛燃烧有水生成时，我们通常在火焰上方罩一个烧杯，观察水雾生成。法拉第借助溯因分析方法，要使观察到的水更明显，就要使水蒸气冷凝更充分。于是他把装有冰和食盐的小碗置于火焰的上方，可以观察到冷凝的水滴滴下，再用这个水与钾反应，说明水中含有氢。 （4）放大思维。法拉第讲到：“作为科学研究工作者来说，我们既然在蜡烛上得到了一些启发，就必须根据需要，进一步从事大规模试验，以便寻根究底，对问题的各个环节求得彻底的了解。”例如为了更好地说明蜡烛燃烧是汽化的蜡在燃烧，他向玻璃瓶中加入蜡并加热，当产生大量的蜡蒸气后再点燃，使实验现象更明显。再如他为了测定空气的密度，用打气筒向一个铜瓶中打气，使铜瓶中充入大量的空气以满足称质量的要求，再用排水法收集铜瓶里的空气就得到了体积，从而可计算密度。 （5）反向思维。我们在说明二氧化碳密度比空气大的性质时，一般都是用二氧化碳“浇灭”蜡烛或者用天平称量。除此之外，法拉第还向盛有二氧化碳的容器中吹肥皂泡，肥皂泡在二氧化碳中上浮，从而说明。这是利用反向思维进行实验设计。按照正向思维，重的东西（二氧化碳）会下沉，而反向考虑，若参照物（空气）上浮，不也是很好的证据吗？是不是很有趣？ 2.4 教学内容承载的情感态度 法拉第在讲述蜡烛燃烧中的科学原理的同时，还用精美的语言不时地渗透情感态度教育，以下撷取一些片段，可见一斑。 （1）欣赏科学 “一种产品的完美与否，决定于它的实用价值，实用价值是产品的最美之处。对我们说来，最方便、最有利的，不是那些模样儿最漂亮的，而是用处最大、实用价值最高的东西。” “黄澄澄的金子，白花花的银子，很好看，大家都见过，红玉和金刚钻之类的名贵宝石，看起来更加耀眼，大家也见过。可是这些东西，都比不上火焰的明亮和美丽，哪种钻石能像火焰那样光彩夺目呢？在夜里，无论什么钻石，就是依靠了火焰的照射才闪闪发亮的。火焰能在黑暗中煌然辉耀，而黑暗中的钻石，却掩光匿迹，黯然无色，直到受到了火焰的照耀，才重新恢复光泽。” “大家也许根本不会想到，那些以黑色微粒或黑烟形式在全伦敦到处飞扬的物质，恰恰是火焰借来表现其美丽、发挥其生命力的东西。” “大家想想看，这样的变化过程，像炭这样又黑又脏的东西，居然能变得如此白热明亮，岂不是件美妙离奇的事!” （2）学习态度 “古语说得好，吃一堑，长一智，我们在蜡烛身上造成的严重错误和缺点，也和在其他方面所犯的过错一样，常常给我们带来一些宝贵的教训，而这些教训，假如不通过具体实践，是不可能取得的。” “在工作和学习上，在日常生活中，不管碰到什么样的结果，特别是新的结果，就应该立刻追问，‘什么原因？为啥这样？’而这些问题，随着时间的推移，有朝一日，自会水到渠成、迎刃而解的。” （3）安全意识 除了上述哲理美文之外，也有关于实验严谨、安全的强调。例如，“我打算用灰泥把铁粉跟火药和一和，让它们一块儿进行燃烧。不过，我还得来个事先声明，希望大家千万别为了好玩儿，也去如法炮制一番，以致造成什么损伤事故。要知道，这些东西倘若处理得当，还可以大有用场，但如果一知半解、粗心大意，也会后患无穷的。” 3 对课程与教学设计的思路与模式的启示 3.1 以核心事件为主线串联相关科学问题 法拉第探讨的科学问题以及探讨问题的思路非常值得我们学习。他以一个核心事件为主线，把许多相关的科学问题串联起来，并用实验阐释其中蕴含的科学原理，可供课程设计或教学设计借鉴。近年来越来越受重视的项目式学习、研究性学习、综合实践活动其实就是这种模式的深化与发展。在教材与教学设计中，这一模式也受到欢迎。例如，鲁科版《化学与生活》［4］教材在讲解“金属制品的防护”时，以自行车为教材内容展开的明线，从车把、车圈、辐条、车架、链条、轴承、弹簧等部件出发，介绍了镀铬、烤漆、烤蓝、涂机油与凡士林、合金等多种防锈措施，分析了金属腐蚀的电化学原理以及涂防护层、电化学防护、合金等多种防护原理。 3.2 充分揭示教学素材的应用价值 法拉第非常强调讲座的内容与社会实践和听众的生活相联系，因此非常生动有趣。例如，他向听众展示的蜡烛就有当时通常使用的蜡烛、煤矿工人使用的蜡烛、英皇乔治号沉船上发现的蜡烛、硬脂蜡烛、鲸脑油烛、蜂蜡蜡烛、爱尔兰泥炭地里的石蜡制成的蜡烛、来自日本的蜡烛、染成各种颜色的蜡烛、制成各种形状或带有装饰图案的蜡烛等等，“目的无非是想让大家了解，在蜡烛制造的各个方面，人们已经取得了哪些成就，还应该作哪些努力。”除此之外，在讲解每一个科学原理时，法拉第也都设法联系青少年听众的生活经验，还用生活用品进行实验。例如，讲解烛芯的作用时提到了抢葡萄干的游戏，讲解毛细作用时提到了男孩子用一节芦苇点着了含在嘴里模仿大人抽烟，讲解大气压强时提到了用橡皮制成的小吸盘玩具等等。 3.3 通过层层解析和丰富例证得出结论 法拉第对于要讲述的问题往往不是直接告诉听众答案，而是带着听众一步一步解析，通过许多例证的推理论证才得出结论。例如，法拉第讲到蜡烛燃烧产生水，但并未直接说明水是从哪里来的，水的组成是什么。他先检验了水的产生，然后让钾、铁粉与水作用，认识生成的氢气，同时结合锌与酸的反应认识氢气的性质。接下来，他检验氢气燃烧生成的水，电解水又产生氢和另一种气体（氧气）。最后，根据蜡烛在氧气里燃烧得更加剧烈，说明蜡烛在空气中燃烧是与氧气反应，并通过其他物质跟氧气的反应认识氧气的性质。经过这一系列的论证，才说明蜡烛中含有氢、氧元素，以及氢、氧元素在这一系列过程中的转化。他在说明蜡烛中含有碳元素时也采用了类似的思路，通过将蜡烛燃烧生成的炭进一步点燃、木炭的燃烧、木片的燃烧等一组实验说明燃烧生成的二氧化碳来自可燃物中的碳元素。 在各种论证过程中，法拉第总是从不同的角度、设计各种实验来进行充分的阐释，与我们当前教学为了赶课时减少实验数目的做法大相径庭。（1）提出一个问题，然后用多个例证去说明。例如，对什么使火焰更明亮的问题，就借助火药与铁粉混合燃烧、白金丝加热、氢氧焰中撒石灰粉等实验说明。再如，用指纹吸水、食盐柱吸饱和食盐水、毛巾的虹吸现象、铁丝纱管吸水、芦苇芯吸茨烯等各种例证说明毛细现象。（2）同样一个案例，设计各种形式的实验来演示。例如，为了说明焰心处有可燃气体，就采用了灭烛复燃、引出气体并冷凝、引出气体并点燃等多种实验手段，如图2。
图2 说明焰心处有可燃气体的系列实验 3.4 借助类比建立知识之间的联系 类比可以借助已有的认识形象化地解释新的问题，可以促进知识之间的联系与整合，法拉第的讲座给我们呈现了许多使用类比的精妙讲解。例如他把物质的体外燃烧与体内“燃烧”（呼吸作用）进行类比，讨论2者在反应物、生成物、能量释放等方面的相似性。再如，法拉第在讲钾与二氧化碳的反应时，指出这个反应就像钾从水中夺取氧一样，从二氧化碳中夺取氧。这是建立知识间联系的一个新的角度，钾与水、铁与水、钾与二氧化碳的反应都是与氧结合。从化学变化的趋势看，金属与水反应生成氢气或与二氧化碳反应生成炭，生成的这2种单质的“势能”与反应物相比并未下降，但为何反应能够发生呢？原因在于除了生成氢气和炭外，还生成更稳定的物质（氢氧化物或碳酸盐）。金属与酸的反应也是类似，是生成的盐的低“势能”拉动了反应的发生。这是认识化学变化的一个重要角度，而我们在教学中往往更关注现象上更为明显和特殊的部分（氢气的气泡或黑色的炭），这个更本质的视角却被忽略了。 3.5 作为认识工具的化学计量内容的处理 作为科学教育而言，必须揭示出科学探究中量化的一面。而呈现一些定量分析和数据运算对于科普报告而言似乎是不明智的，会增大听众接受的难度，法拉第却这样做了。在他的讲座中涉及到的对化学变化的定量描述有以下内容，主要分布于后3场报告中：油与油燃烧生成的水之间的质量比，水转化为气态前后的体积比，水与氢的质量比，水中的氢氧质量比，空气中氧气与氮气的体积比与质量比，氮气、氧气、空气的密度及空气密度的测定，氢气、氧气、氮气、空气与二氧化碳密度的比较，糖中碳、氢、氧的质量比，呼吸作用消耗的碳的量。法拉第把这些定量的内容作为一种认识工具穿插在相应问题的探讨中，毫不突兀晦涩。与此相反的是，在现行化学教学中往往把质量、浓度、物质的量等相关计算作为单独章节呈现并强化训练，成为一些学生难以逾越的障碍，大大削弱了学生对化学的兴趣。由法拉第的讲座不禁引发我们的反思：到底要教给学生哪些定量运算？这些定量运算的难度应达到什么水平？这些定量运算的内容是独立呈现还是穿插编排？法拉第的做法也许给化学计量内容的编制提供了启示。 4 结语 “科学应为大家所了解，至少我们应该努力使它为大家所了解，而且要从孩子开始。我认为我的讲课，或者正确一点说我的谈话，无论就我所要讲的事物本身，或者就我试图指出的实验，将使年幼的听众感到兴趣。”法拉第就是本着这样的初衷为青少年朋友做了6场精彩的报告，而且确实达到了他预期的目的。 蜡烛燃烧的种种现象，看似那么熟悉和理所当然，于是我们很少留心观察，更不会有意提问。然而，在法拉第的追问和解析下，又变得那么的陌生和不可思议。法拉第对这些平常的现象，问了一个又一个有趣的“为什么”，并引领孩子们追寻答案，他在讲座中传达的这种追问的旨趣值得我们不断去体味。《蜡烛的故事》不仅是一份启迪思考的科普读物，同时又是一套传世不朽的课程文本，值得我们不遗余力地从多角度去解读和诠释。 参考文献 ［1］ 麦•法拉第，查•波易斯．圣诞科学讲座．长沙：湖南教育出版社，1999：1-101 ［2］ 胡美玲主编．义务教育课程标准实验教科书:化学(九年级上册）．北京：人民教育出版社，2006：12-13 ［3］ 余文森．外国教育研究，1992，(3)：13-16 ［4］ 王磊，潘鸿章主编．普通高中课程标准实验教科书：化学与生活（选修）．济南：山东科学技术出版社，2007：101-108
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。 中国论文网 http://www.xzbu.com/9/view-57728.htm 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。 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。 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。 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。 编号问题解释 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 10 为什么焰心引出的气体可燃，外焰的引出气体不可燃？ 燃烧是空气和蜡蒸气发生剧烈的化学反应。焰心空气不足，燃烧不充分，有剩余的可燃气体；外焰空气充足，燃烧充分，无可燃气体剩余 11 火焰的不同部位温度相同吗？如何检测？ 拿张纸在火焰中心一掠，纸上的火痕是环形的，即空气与燃料接触的地方恰好温度最高 12 外焰燃烧产生的黑烟是什么物质？怎么产生的？ 炭，蜡不完全燃烧产生 13 火焰明亮的原因是什么？ 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光 其他相关的案例如：火药与铁粉混合燃烧发光、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 17 蜡烛燃烧产生的水是从哪里来的？ 化学反应生成 18 钾遇到水会发生什么变化？ 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 19 为什么冰会浮在水面上？当加热水产生大量蒸气时水的体积为何有明显变化？ 冰的体积比产生它的水大，所以密度就比水小 水变为蒸气后在体积上的变化是极为悬殊的。若充满热的水蒸气的白铁筒迅速冷却，会变瘪 20 铁粉或铁屑遇到水会有什么现象？ 反应不是很剧烈，但铁屑会逐渐生锈 21 铁屑与高温水蒸气反应生成的气体什么？ 一种可燃性气体（氢气） 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，水又能产生氢气，氢气燃烧生成水 编号问题解释 24 取少量的铜，再注入硝酸会看到什么现象？ 立即产生美丽的红色气体，铜溶解，且无色溶液变为蓝色 25 将2块白金片插入盐（硝酸铜）溶液中，通电，会发生什么变化？若调换2块白金片的位置会有什么现象？ 一块白金片顿时变得像块铜，另一块毫无变化。调换后，铜似乎从原来那块白金片搬家到另外一块白金片上 26 水电解的产物是什么？ 氢气和氧气 27 为什么蜡烛在空气中燃烧不如在氧气中旺？ 蜡烛、灯油、铁丝、硫、磷、木片在氧气中燃烧比空气中剧烈得多。说明氧气有助燃性，空气中氧气只占一部分 28 空气中不能使一氧化氮变红的“老顽固”是什么？ 一氧化氮可与空气中的氧气反应，但不与氮气反应。氮气不具有助燃性 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？ 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 33 小吸盘为什么会吸住桌面？ 小吸盘上面的空气压力把它压住了 34 在装有蜡烛燃烧生成气体的瓶中，倒入澄清石灰水，会有什么变化？ 澄清石灰水变成了乳白色 35 将二氧化碳倒入盛有点燃蜡烛的杯中会有什么现象？说明什么？ 蜡烛熄灭，说明二氧化碳不支持燃烧 36 在天平的一端放上空玻璃筒，另一端置砝码使其平衡，将二氧化碳倒入玻璃筒中会有什么现象？说明什么？ 天平向玻璃筒那端倾斜，说明二氧化碳比空气重。 向盛有二氧化碳的玻璃筒中吹肥皂泡，肥皂泡浮在二氧化碳中，也说明二氧化碳比空气重 37 炭燃烧产生什么？ 二氧化碳，发光而非火焰 编号问题解释 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。同时说明二氧化碳由炭和氧化合而成 39 木片燃烧会产生二氧化碳吗？ 会，可以证明木片中含有碳 40 引火铅（可自燃的铅粉）燃烧与炭燃烧的现象有什么区别？ 引火铅燃烧后的残渣质量变大，而炭燃烧化为气体 41 人类吸入和呼出的气体有什么差别？ 呼出的气体可以熄灭蜡烛、使澄清石灰水变浑浊。说明呼出二氧化碳 42 呼吸过程在我们身体内部发生了什么样的变化？ 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 43 呼吸与蜡烛燃烧有没有共同点？食物在我们身体内部发生了什么变化？ 食物（蔗糖）遇浓硫酸变黑说明碳的存在。呼吸系统将食物中的碳转化为二氧化碳 44 世界上产生的那么多二氧化碳去哪儿了？ 被植物利用转化为养料并放出氧气 45 燃烧反应为什么能发生？为何在不点燃的情况下炭、蜡烛、煤气等可燃物不会燃烧？火药与火棉的燃烧条件为何不同？ 化学亲和力的推动，例如碳与氧的结合作用。可燃物需加热到一定程度才能燃烧。不同的物质有不同的着火点 2.2 教学内容承载的科学观念 布鲁纳认为基本观念可以作为认识以后所接触到的具体知识的基础，具体知识可以当做基本观念的特例来处理。他认为教师在“一门课程的教学进程中，应反复回到这种基本观念，以这些基本观念为基础，直至学生掌握了与这些观念相伴随的完全形式的体系为止”［3］。讲座中，法拉第尽管没有将科学观念作为主要内容或明显的线索，但可以体会他在追问一个个现象的原因时也在渗透科学观念的教育。经过笔者的分析，将其外显出来，主要有：（1）元素守恒与转化。例如蜡烛中的氢转化为水，水再与金属反应放出氢气，氢气燃烧生成水，水电解生成氢气和氧气等。（2）化学亲和力作为反应的推动力。用化学亲和力作为解释统摄各种燃烧反应、呼吸作用以及其他的各种化学变化。（3）反应的引发，不同的反应引发的条件不同。例如蜡烛“你不去点它，它就不肯马上着火燃烧，硬要在那儿等呀，等呀，等上几年，几十年，也不发生什么变化”。（4）辩证的看待问题。例如氮气尽管极其不活泼，但“也是一种非常可贵的物质”，如果没有氮气，地球上将发生无数的火灾。
1860的化学体系还是相当的粗疏，对很多现象更多地停留在宏观描述的层面，化学理论很不健全。吉布斯于1878年引入化学势的概念，1889年阿累尼乌斯提出活化分子和活化能的概念，玻尔模型于1913年提出……法拉第在当时的时代背景下能够对蜡烛燃烧做出这样精彩的阐释，可见这位科学巨匠超凡的洞察力。 2.3 教学内容承载的科学方法 在法拉第的讲座中穿插了大量的实验演示，在这些实验设计中也体现了丰富的思想方法，以下举例说明。 （1）对比分析。法拉第运用了大量的实验现象的对比分析，以说明各种化学变化的相似与差异之处。例如不同物质燃烧现象的对比，钾、铁等不同金属与水反应现象的对比，物质在氧气与空气中燃烧现象的对比等等。 （2）变量控制。例如为了验证由于蜡烛火焰中含有炭颗粒（固体颗粒）使得火焰更明亮的猜想，法拉第通过火药与铁粉混合燃烧发光（固体颗粒本身为反应物），以及白金丝直接加热发光和向氢氧焰中撒石灰粉使火焰更明亮（固体颗粒不参与反应）等实验说明。 （3）溯因思维。在说明蜡烛燃烧有水生成时，我们通常在火焰上方罩一个烧杯，观察水雾生成。法拉第借助溯因分析方法，要使观察到的水更明显，就要使水蒸气冷凝更充分。于是他把装有冰和食盐的小碗置于火焰的上方，可以观察到冷凝的水滴滴下，再用这个水与钾反应，说明水中含有氢。 （4）放大思维。法拉第讲到：“作为科学研究工作者来说，我们既然在蜡烛上得到了一些启发，就必须根据需要，进一步从事大规模试验，以便寻根究底，对问题的各个环节求得彻底的了解。”例如为了更好地说明蜡烛燃烧是汽化的蜡在燃烧，他向玻璃瓶中加入蜡并加热，当产生大量的蜡蒸气后再点燃，使实验现象更明显。再如他为了测定空气的密度，用打气筒向一个铜瓶中打气，使铜瓶中充入大量的空气以满足称质量的要求，再用排水法收集铜瓶里的空气就得到了体积，从而可计算密度。 （5）反向思维。我们在说明二氧化碳密度比空气大的性质时，一般都是用二氧化碳“浇灭”蜡烛或者用天平称量。除此之外，法拉第还向盛有二氧化碳的容器中吹肥皂泡，肥皂泡在二氧化碳中上浮，从而说明。这是利用反向思维进行实验设计。按照正向思维，重的东西（二氧化碳）会下沉，而反向考虑，若参照物（空气）上浮，不也是很好的证据吗？是不是很有趣？ 2.4 教学内容承载的情感态度 法拉第在讲述蜡烛燃烧中的科学原理的同时，还用精美的语言不时地渗透情感态度教育，以下撷取一些片段，可见一斑。 （1）欣赏科学 “一种产品的完美与否，决定于它的实用价值，实用价值是产品的最美之处。对我们说来，最方便、最有利的，不是那些模样儿最漂亮的，而是用处最大、实用价值最高的东西。” “黄澄澄的金子，白花花的银子，很好看，大家都见过，红玉和金刚钻之类的名贵宝石，看起来更加耀眼，大家也见过。可是这些东西，都比不上火焰的明亮和美丽，哪种钻石能像火焰那样光彩夺目呢？在夜里，无论什么钻石，就是依靠了火焰的照射才闪闪发亮的。火焰能在黑暗中煌然辉耀，而黑暗中的钻石，却掩光匿迹，黯然无色，直到受到了火焰的照耀，才重新恢复光泽。” “大家也许根本不会想到，那些以黑色微粒或黑烟形式在全伦敦到处飞扬的物质，恰恰是火焰借来表现其美丽、发挥其生命力的东西。” “大家想想看，这样的变化过程，像炭这样又黑又脏的东西，居然能变得如此白热明亮，岂不是件美妙离奇的事!” （2）学习态度 “古语说得好，吃一堑，长一智，我们在蜡烛身上造成的严重错误和缺点，也和在其他方面所犯的过错一样，常常给我们带来一些宝贵的教训，而这些教训，假如不通过具体实践，是不可能取得的。” “在工作和学习上，在日常生活中，不管碰到什么样的结果，特别是新的结果，就应该立刻追问，‘什么原因？为啥这样？’而这些问题，随着时间的推移，有朝一日，自会水到渠成、迎刃而解的。” （3）安全意识 除了上述哲理美文之外，也有关于实验严谨、安全的强调。例如，“我打算用灰泥把铁粉跟火药和一和，让它们一块儿进行燃烧。不过，我还得来个事先声明，希望大家千万别为了好玩儿，也去如法炮制一番，以致造成什么损伤事故。要知道，这些东西倘若处理得当，还可以大有用场，但如果一知半解、粗心大意，也会后患无穷的。” 3 对课程与教学设计的思路与模式的启示 3.1 以核心事件为主线串联相关科学问题 法拉第探讨的科学问题以及探讨问题的思路非常值得我们学习。他以一个核心事件为主线，把许多相关的科学问题串联起来，并用实验阐释其中蕴含的科学原理，可供课程设计或教学设计借鉴。近年来越来越受重视的项目式学习、研究性学习、综合实践活动其实就是这种模式的深化与发展。在教材与教学设计中，这一模式也受到欢迎。例如，鲁科版《化学与生活》［4］教材在讲解“金属制品的防护”时，以自行车为教材内容展开的明线，从车把、车圈、辐条、车架、链条、轴承、弹簧等部件出发，介绍了镀铬、烤漆、烤蓝、涂机油与凡士林、合金等多种防锈措施，分析了金属腐蚀的电化学原理以及涂防护层、电化学防护、合金等多种防护原理。 3.2 充分揭示教学素材的应用价值 法拉第非常强调讲座的内容与社会实践和听众的生活相联系，因此非常生动有趣。例如，他向听众展示的蜡烛就有当时通常使用的蜡烛、煤矿工人使用的蜡烛、英皇乔治号沉船上发现的蜡烛、硬脂蜡烛、鲸脑油烛、蜂蜡蜡烛、爱尔兰泥炭地里的石蜡制成的蜡烛、来自日本的蜡烛、染成各种颜色的蜡烛、制成各种形状或带有装饰图案的蜡烛等等，“目的无非是想让大家了解，在蜡烛制造的各个方面，人们已经取得了哪些成就，还应该作哪些努力。”除此之外，在讲解每一个科学原理时，法拉第也都设法联系青少年听众的生活经验，还用生活用品进行实验。例如，讲解烛芯的作用时提到了抢葡萄干的游戏，讲解毛细作用时提到了男孩子用一节芦苇点着了含在嘴里模仿大人抽烟，讲解大气压强时提到了用橡皮制成的小吸盘玩具等等。 3.3 通过层层解析和丰富例证得出结论 法拉第对于要讲述的问题往往不是直接告诉听众答案，而是带着听众一步一步解析，通过许多例证的推理论证才得出结论。例如，法拉第讲到蜡烛燃烧产生水，但并未直接说明水是从哪里来的，水的组成是什么。他先检验了水的产生，然后让钾、铁粉与水作用，认识生成的氢气，同时结合锌与酸的反应认识氢气的性质。接下来，他检验氢气燃烧生成的水，电解水又产生氢和另一种气体（氧气）。最后，根据蜡烛在氧气里燃烧得更加剧烈，说明蜡烛在空气中燃烧是与氧气反应，并通过其他物质跟氧气的反应认识氧气的性质。经过这一系列的论证，才说明蜡烛中含有氢、氧元素，以及氢、氧元素在这一系列过程中的转化。他在说明蜡烛中含有碳元素时也采用了类似的思路，通过将蜡烛燃烧生成的炭进一步点燃、木炭的燃烧、木片的燃烧等一组实验说明燃烧生成的二氧化碳来自可燃物中的碳元素。 在各种论证过程中，法拉第总是从不同的角度、设计各种实验来进行充分的阐释，与我们当前教学为了赶课时减少实验数目的做法大相径庭。（1）提出一个问题，然后用多个例证去说明。例如，对什么使火焰更明亮的问题，就借助火药与铁粉混合燃烧、白金丝加热、氢氧焰中撒石灰粉等实验说明。再如，用指纹吸水、食盐柱吸饱和食盐水、毛巾的虹吸现象、铁丝纱管吸水、芦苇芯吸茨烯等各种例证说明毛细现象。（2）同样一个案例，设计各种形式的实验来演示。例如，为了说明焰心处有可燃气体，就采用了灭烛复燃、引出气体并冷凝、引出气体并点燃等多种实验手段，如图2。
图2 说明焰心处有可燃气体的系列实验 3.4 借助类比建立知识之间的联系 类比可以借助已有的认识形象化地解释新的问题，可以促进知识之间的联系与整合，法拉第的讲座给我们呈现了许多使用类比的精妙讲解。例如他把物质的体外燃烧与体内“燃烧”（呼吸作用）进行类比，讨论2者在反应物、生成物、能量释放等方面的相似性。再如，法拉第在讲钾与二氧化碳的反应时，指出这个反应就像钾从水中夺取氧一样，从二氧化碳中夺取氧。这是建立知识间联系的一个新的角度，钾与水、铁与水、钾与二氧化碳的反应都是与氧结合。从化学变化的趋势看，金属与水反应生成氢气或与二氧化碳反应生成炭，生成的这2种单质的“势能”与反应物相比并未下降，但为何反应能够发生呢？原因在于除了生成氢气和炭外，还生成更稳定的物质（氢氧化物或碳酸盐）。金属与酸的反应也是类似，是生成的盐的低“势能”拉动了反应的发生。这是认识化学变化的一个重要角度，而我们在教学中往往更关注现象上更为明显和特殊的部分（氢气的气泡或黑色的炭），这个更本质的视角却被忽略了。 3.5 作为认识工具的化学计量内容的处理 作为科学教育而言，必须揭示出科学探究中量化的一面。而呈现一些定量分析和数据运算对于科普报告而言似乎是不明智的，会增大听众接受的难度，法拉第却这样做了。在他的讲座中涉及到的对化学变化的定量描述有以下内容，主要分布于后3场报告中：油与油燃烧生成的水之间的质量比，水转化为气态前后的体积比，水与氢的质量比，水中的氢氧质量比，空气中氧气与氮气的体积比与质量比，氮气、氧气、空气的密度及空气密度的测定，氢气、氧气、氮气、空气与二氧化碳密度的比较，糖中碳、氢、氧的质量比，呼吸作用消耗的碳的量。法拉第把这些定量的内容作为一种认识工具穿插在相应问题的探讨中，毫不突兀晦涩。与此相反的是，在现行化学教学中往往把质量、浓度、物质的量等相关计算作为单独章节呈现并强化训练，成为一些学生难以逾越的障碍，大大削弱了学生对化学的兴趣。由法拉第的讲座不禁引发我们的反思：到底要教给学生哪些定量运算？这些定量运算的难度应达到什么水平？这些定量运算的内容是独立呈现还是穿插编排？法拉第的做法也许给化学计量内容的编制提供了启示。 4 结语 “科学应为大家所了解，至少我们应该努力使它为大家所了解，而且要从孩子开始。我认为我的讲课，或者正确一点说我的谈话，无论就我所要讲的事物本身，或者就我试图指出的实验，将使年幼的听众感到兴趣。”法拉第就是本着这样的初衷为青少年朋友做了6场精彩的报告，而且确实达到了他预期的目的。 蜡烛燃烧的种种现象，看似那么熟悉和理所当然，于是我们很少留心观察，更不会有意提问。然而，在法拉第的追问和解析下，又变得那么的陌生和不可思议。法拉第对这些平常的现象，问了一个又一个有趣的“为什么”，并引领孩子们追寻答案，他在讲座中传达的这种追问的旨趣值得我们不断去体味。《蜡烛的故事》不仅是一份启迪思考的科普读物，同时又是一套传世不朽的课程文本，值得我们不遗余力地从多角度去解读和诠释。 参考文献 ［1］ 麦•法拉第，查•波易斯．圣诞科学讲座．长沙：湖南教育出版社，1999：1-101 ［2］ 胡美玲主编．义务教育课程标准实验教科书:化学(九年级上册）．北京：人民教育出版社，2006：12-13 ［3］ 余文森．外国教育研究，1992，(3)：13-16 ［4］ 王磊，潘鸿章主编．普通高中课程标准实验教科书：化学与生活（选修）．济南：山东科学技术出版社，2007：101-108