化學探究教學:思考才是關鍵—探究蠟燭之蕊 / 林瑞文

星期一 , 9, 五月 2016 2 Comments

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
tyjh057@gmail.com

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POEprediction–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?

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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?

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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)。

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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。

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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)。

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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?

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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。

 

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2 Comments
  • 林瑞文 說:

    可以加上一個新實驗

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