臺灣化學教育

化學探究教學：思考才是關鍵—探究蠟燭之蕊

林瑞文

高雄市立左營國民中學
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n  前言

有一回主持教師研習時，我請在場各組國中自然教師分組討論後，在小白板上寫出自己認為在學科教學時，學生應該要學到的「最重要的能力」，之後我將各組小白板貼在黑板上，然後找出出現最多次的答案，結果是「思考」，表示大部分的自然教師都認同思考能力是科學教學中最核心的能力。反觀現在自然科教學中佔最多時間的卻是灌輸知識，就如同可汗學院的創辦人所說的：學生在學校花12年的時間，學習在Google 0.02秒就可以找到的知識。這實在是很荒謬的事情，因為化學的學科特性，學生必須先習得較多的基本知識，才可以進入化學的學習，所以在國中階段許多學生對化學的認知，就是需要背誦一堆東西，還有一些計算題。事實上我們都知道基本知識是學習化學的起點，但絕不是全部，本教案的設計希望學生藉由實驗觀察與討論啟動思考的本能，引發探究現象背後原因的動力。

n  蠟燭燃燒實驗

蠟燭燃燒現象是很容易進行的實驗，沒有繁雜的實驗過程，學生可以將注意力集中在觀察與思考，也能藉此擺脫食譜式實驗的陰影，以實驗為蒐集證據的方法。在本教學方案中，實驗的問題全是教師所提供，學生設計簡易的實驗步驟後自行尋找答案，這是一種引導式探究教學。在考量國中生的程度和授課時間限制下，這應是可行的選擇，因為一味要學生自己想出實驗，恐將使學生因壓力過大而退縮。在本教案中，實驗的角色猶如鷹架，引導學生進一步思考並觀察到之前錯過的細節。文中的系列實驗，都可以讓學生自己動手，原本用於示範教學的POE（prediction–observation-explanation）策略，本活動則轉變為學生學習科學的模式，使得每一項實驗都提供學生多一點思考的機會，幫助學生探究燭蕊所扮演的角色及相關科學概念。筆者期待以學生為本的POE學習策略，能夠讓學生成為科學實驗教學的學習主體，實驗並不單用以驗證教科書上的理論，更能提供學習情境，以作為探究科學的起點。

筆者知道許多科學教師閱讀教學實務文章時，都著眼於「看到可以拿來用的實驗」，但建議讀者看本文中的實驗應以「實驗可以激起怎樣的思考與討論」為重心。是以本文中不像一般教案，以鉅細靡遺的方式寫明每一步驟，而以「教學重點」提出教學心得與建議。

n  教學流程

此教學過程的學習單，內含四項思考性問題和三項實驗如下所述，亦可參見附錄。

一、   首先讓學生用蒸發皿做一個好像永遠不會燒完的蠟燭（見圖一），請學生討論這樣的蠟燭是否能一直燒下去？

 

圖一：在蒸發皿中的蠟燭好像燒不盡

教學要點：此活動主要讓學生比較蒸發皿中的蠟燭與一般蠟燭的相異之處，進而思考永遠燒不盡的蠟燭這樣的說法是否合理。教師可鼓勵學生說出自己的觀察的心得，先不做任何評斷。

二、   讓學生思考下列問題：如果蠟燭沒有燭蕊可不可以燃燒？請說明原因，你回答的依據是甚麼？

教學要點：此問題的目的是刺激學生思考燭蕊在蠟燭燃燒中所扮演的角色，要求學生不經分組討論，單獨寫出對此問題的看法，之後留作課程最後再檢視修正。

三、   讓學生操作實驗一：用打火機火焰燒蠟燭的燭身，觀察是否可將其點燃（見圖二左）。當打火機火焰燒到燭蕊時（見圖二右），情形又是如何？

 

圖二：以火焰直接燒蠟燭（左），以火焰燒燭蕊（右）

教學要點：此實驗讓學生看到蠟油無法直接點燃，但燒到燭蕊卻能點燃，讓學生思考燭蕊在蠟燭燃燒的功用。

四、   讓學生操作實驗二：將蠟燭切碎，放入試管中（量約半試管），以試管夾夾住後在酒精燈上加熱，待蠟油完全變成液態時，傾斜試管讓管口沾上一些蠟油，再將管口置於火上加熱，觀察發生的現象（見圖三）。

圖三：直接點燃蠟油的實驗

教學要點：蠟油可以直接燃燒嗎？當學生看到管口的蠟油以酒精燈加熱一段時間就會產生火焰，藉此引導學生思考蠟油在那些條件下（變蠟蒸氣）可以燃燒。然後再提問：蠟油要燒一陣子才有火焰，為甚麼我們很容易就點燃蠟燭？

五、   讓學生操作實驗三：用剪刀的雙刃緩慢地靠近燃燒中蠟燭的燭蕊，但不要碰觸燭蕊（見圖四），對蠟燭的燃燒有何影響？試著解釋其原因。

圖四：以剪刀的雙刃靠近燭蕊

教學要點：此實驗要讓學生感受到蠟蒸氣沿燭蕊上升。當剪刀的雙刃靠緊燭蕊時，雙刃以下的燭火會消失，代表燭蕊下半端的蠟蒸氣需靠上端火焰來引燃。

六、   讓學生操作實驗四：同時點燃一根火柴和一支固定好的蠟燭，把火柴拿在蠟燭的上方，將蠟燭吹熄後立刻以火柴靠近（但不碰觸）燭蕊，試著讓蠟燭再被點燃（見圖五）。

圖五：蠟燭復燃現象

教學要點：有人稱此現象為「跳火」，對沒見過的學生而言，是非常神奇的事。當蠟燭剛被吹熄時，上方仍有蠟蒸氣（白煙），學生多嘗試幾次就可以知道燃燒的火柴要靠近白煙，就能輕易使蠟燭復燃，老師可以提問：白煙產自何處？（燭蕊）

七、   討論：經過之前的實驗、思考與討論，你可以寫出燭蕊在蠟燭燃燒時所扮演的功能嗎？請註明你推論的依據（哪一個實驗）。

教學要點：在臺灣現今的教育中，學生較常寫國文的作文，但很少寫與科學有關的論說文句。此階段教學重點在訓練學生將想法寫出來，特別需在文字中言明推論的依據，這是訓練學生論述能力的好機會。學生完成後教師可以分享一些同學的寫法（不具名），讓大家一起來聽聽其中的論述是嚴謹有理或有需補強的地方。

八、   進階問題：有哪些可以代替燭蕊的功用？

圖六：用蠟油浸溼的衛生紙蕊可燃燒半小時

教學重點：教師先讓同學討論依燭蕊的功用，思考具有哪些特性的材質可能作為燭蕊。之後教師拿出衛生紙捲（見圖六），讓學生立刻進行測試，學生多會以為衛生紙會很快就燒完，但事實上衛生紙捲若先用蠟油浸溼後，在蠟油中固定好，燒半小時都沒問題（見圖六）。剛開始點燃衛生紙蕊時，教師還可以提醒學生觀察蠟油在衛生紙蕊中流動的情形，這是使用一般燭蕊看不到的現象。

九、   重新檢視學習單中第一、二題的答案，若有新的想法就用紅筆加以修正。

教學重點：經過教學後讓學生檢視課程剛開始時寫下的想法，促進學生反思從學習得到的新知識與概念。

n  學生學習表現

進行此教學活動時，我發覺拋出開放性問題後，學生先期的反應都較被動，以為不久老師就會公布正確答案，因為傳統教育讓學生習慣以為標準答案才是學習的目的，也養成只重結果輕過程的學習風格。當課程進行一段時間，學生明白從老師的口中不可能得到他們想要的正確答案後，可喜的是他們就自然會轉向由實驗與現象中尋求解答，顯示好奇與求知本是人類學習的本能。在教學的最後讓他們修正自己先前寫的答案時，可讓學生反思過程中所學到的知識與概念，是符合後設認知需求的教學設計。

n  結語

2014年諾貝爾物理獎得主中村修二在他的著作中引用保羅葛蘭素的話說：「即使在最好的高中裡學到的知識，和大學相比也是微不足道的。」，以往臺灣的教育內涵以「知識灌輸」為大宗，因此「知識灌輸」效率最高的講述法盛行，著重讓學生知道許多（把進度上完、超前），至於學生是否慣於思考、擅於提出與解決問題就退居二線了，這與現今「以培養能力」為主軸的教育潮流多有違拗。

本教學活動以促進學生思考為宗旨，安排實驗、觀察與論述表達為教學主軸。蠟燭實驗容易進行又安全，筆者多次對中小學生進行此課程，學生反應都很熱烈，可見有適當的引導設計，學生還是可以樂在思考。

n  附錄：學習單

1.        你認為蒸發皿做成的蠟燭可不可以一直燒下去？理由是甚麼？

2.        蠟燭如果沒有燭蕊可不可以燃燒？請說明原因回答的依據是甚麼？

3.        實驗一：用打火機點燃蠟燭燭身結果如何？當打火機燒到燭蕊時，結果又是如何？由上述實驗我得到那些知識？

4.        實驗二：加熱傾斜試管口的蠟油，你觀察到甚麼現象？由上述實驗我得到那些知識？

5.        實驗三：當剪刀雙刃緩緩靠近燃燒中蠟燭的燭蕊中央處（但不要碰觸燭蕊），對蠟燭的燃燒有何影響？

此現象的原因應該是___________________________________________。

6.        實驗四：要怎樣才能不碰觸燭蕊，而讓蠟燭再被點燃？由上述實驗我得到那些知識？

7.        綜合以上的實驗結果，你可以試著寫出燭蕊在蠟燭燃燒時所扮演的功能嗎？請註明你推論的依據（哪些實驗）。

8.        你認為可以做為燭蕊的物質，應該具有哪些特性？

9.        用紅筆修正學習單前兩題你所寫的答案。