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  1    问题的由来

  围绕“人教版”初中化学教科书《质量守恒定律》章节中“实验5-2”(见图 1)，开展“镁条燃烧实验反应前后质量变化大小的影响因素分析”为主题的研讨活动。查阅文献，从镁条长短、形态、燃烧方式、收集产物方法等不同角度进行对比探究实验，力求寻找出影响质量变化大小的实验操作要点。

  

  图1 镁条燃烧

  Figure 1. Combustion of magnesium ribbon

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  活动中收获很多，但是实验后大家都出现了眼睛胀痛、流泪、畏光等现象，事后分析，认为都是“镁条燃烧”实验惹得祸，导致教研组成员群体谈“镁”色变，从此大家对“镁条燃烧”实验产生了畏惧心理，采取了谨慎、回避的实验态度。不禁产生疑惑：为什么教科书选用镁来做实验？在平时的教学中，尤其在“质量守恒定律”的教学设计中能否回避“镁条燃烧”的实验？

  2    金属镁的性质特点分析

  查阅义务教育化学课程标准(2011年版)^[1]26，其中并没有关于金属镁性质知识的学习要求，仅仅在二级主题“认识几种化学反应”的“活动与探究建议”中，有“镁条燃烧”的实验建议要求。但是翻阅各版本初中化学教科书发现，金属镁是许多化学实验的常见用品，也是一些金属类物质性质实验探究的代表物，尤其是镁条色泽银白光亮，质地柔韧，在空气中易被点燃燃烧，操作方便，现象炫目，相对于常见的铁、铜、铝等金属而言，更易创设实验情境，利于激发学生的探究欲望。并且镁条的价格低廉(1袋25 g化学纯AR的镁条的价格约为10元)，不会给学校化学实验经费带来困难。可见金属镁在化学实验中确实有其特别的性质特点。

  3    “镁条燃烧”实验作用分析

  通过以上例举的分析可见，在初中不同的核心知识学习情境中，“镁条燃烧”实验所表现的作用不同，在高中化学教科书中也有“镁条燃烧”实验的踪迹，如“氢气与氯气混合气体光照爆炸实验”以及“铝热反应”实验等都离不开“镁条燃烧”做出的贡献。但是分析发现，同样关于“质量守恒定律”核心知识的学习，只有“人教版”教科书中选用了“镁条燃烧”实验。

  《义务教育化学课程标准(2011年版)》^[1]52的“教材编写建议”中指出：“应围绕核心知识内容精选有关的实验内容，或提供给学生感性认识，增强知识的直观性，或为学生的科学探究和意义建构提供直接或间接的证据。”基于镁条的特性，目前使用较广泛的几种版本义务教育化学教科书都很宠幸这个“镁宠儿”，围绕一些核心知识选择“镁条燃烧”实验来增强导学的直观性，但作用各异，见表 1。

  表1 “镁条燃烧”实验在不同教材中的作用比较 Table1. Comparison of the functions of "combustion of magnesium ribbon" experiment in different textbooks

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  版本	所在章节	核心知识	实验类型	实验作用分析
  鲁教版	上册[2]，第5页，第一单元第一节	化学变化	教师演示	说明在化学反应中常常伴随着发光、发热等现象，以此阐述可以通过观察实验现象来推断物质是否发生了化学变化
  	下册[3]，第72页，第九单元	探究金属的性质	学生实验	要求学生完成“用坩埚钳夹取一段用砂纸打磨过的镁条，在酒精灯上点燃”的实验。作用是让学生通过实验来真实体验并探究金属的一些性质
  沪教版[4]	上册，第23页，第一章第3节	科学探究方法	学生实验	作为科学探究学习活动的一个物质载体，用于引导学生学习和体验科学探究的方法和过程步骤，并初步学习镁的一些性质
  	上册，第115页，第5章第1节	金属性质和利用	教师演示	目的都是通过镁、铁、锌、铝、铜等金属分别在空气(氧气)中点燃或加热的实验观察与体验，让学生学习和归纳金属与氧气反应的化学性质
  	上册，第133页，学生“基础实验4”	金属性质	学生实验
  人教版[5]	上册，第94-95页, 第五单元课题1	质量守恒定律	教师演示	4个探究实验之一，目的是用通过反应前后天平质量不平衡实验，触发学生的认知冲突，不断揭示矛盾和解决矛盾，引导学生更深入地理解和运用质量守恒定律

  表1 “镁条燃烧”实验在不同教材中的作用比较
  Table1. Comparison of the functions of "combustion of magnesium ribbon" experiment in different textbooks

  4    “镁条燃烧”实验的适切性分析与教学对策

  从一般含义上说，适切性是指某事物与其所处环境中诸多因素的相关程度，通常表现为适当、恰当或适合需要等方面的特征。实验的适切性要求选择的实验要符合学生的心理认知规律，考虑学生的可接受性，不适切的实验也就失去其应有的作为和功效。虽然通过上述的分析可以看到“镁条燃烧”实验在初中化学教学中的作用非凡，但是在“质量守恒定律”章节学习中“镁条燃烧”实验存在适切性欠佳的问题，应该谨慎使用，并采取相应对策进行教学，理由有3个方面。

  4.1    难厘清反应原理的复杂性

  查文献^[8]，镁的熔点为651 ℃，沸点为1 107 ℃，而其燃烧时产生的温度可以达到3 000 ℃^[9]，由此推测，在燃烧过程中还可能因温度过高导致镁条的蒸发而散失。

  由此可见，此实验反应前后质量变化的原因与多种因素有关，如何进行导学呢？在实际教学时，教师应该充分认识到教学具有阶段性和发展性，可以降低分析问题的层次，只要求引导学生从镁条与氧气反应的一种反应原理来分析。至于本反应中涉及其他一些反应原理，可以让学生通过网络学习等形式开展“拓展性学习”，拓宽学生的知识面。

  文献表明^[6-7]：镁条在空气中燃烧，其中反应比较复杂的。既有镁与氧气的反应，又有镁与氮气的反应，同时还有镁能与空气中的二氧化碳反应。其实有一个反应不能忽略，那就是在高温下，镁与水蒸气的反应：$2\text{Mg+2}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{O+}{{\text{O}}_{2}}\underline{\underline{点燃}}2\text{Mg}{{\left( \text{OH} \right)}_{2}}$。因此，生成的固体中，不仅含有氧化镁，还含有氮化镁，甚至含有少量的氢氧化镁。

  4.2    难获得实验结果的多样性

  如何发挥此实验的功效呢？建议在教学设计上分4步：(1)进行猜想：基于已学知识，让学生根据镁与氧气反应生成氧化镁的反应原理做一个实验现象结果的猜想；(2)实验证实：观看一个“质量变大”的“优酷”网络实验视频(“优酷”中都是“质量变大”的视频)，让学生关注反应前后质量的变化，认识到氧气确实参与了反应，并且反应遵循质量守恒定律，反应后质量变大了，进一步巩固质量守恒的认知，实现认识的一次飞跃；(3)“意外”分析：教师演示(或制作实验视频播放)一个“质量变小”的实验，让学生关注白烟现象和质量的变化，引导学生分析“意外现象”产生的原因，实现学生认知的又一次飞跃；(4)思维拓展：让学生思考一个现象：如果某次“镁条燃烧”实验反应前后质量不变呢？引导学生从单因素分析发展成多因素分析，培养实验与理论相结合的意识，以期达到引导学生对实验进行多角度分析的能力升华目的。

  关于“镁条燃烧”反应前后物质的质量变化，2012年版义务教育教师教学参考书^[10]认为，此实验中的镁条燃烧能收集到的白色产物与镁条的质量关系从理论推导上可能有3种现象：或大于，或小于，或等于。但在平时实验中，1次、2次或几次实验无法获得所有现象。若要获得全部现象，可以采用2个方法：(1)实验法：选择不同质量、形状的镁条，采取多种实验方式进行很多次实验。(2)推演法：在理论上进行推导演绎分析。不是什么科学实验结果都需要从实验得出。但对于本节课核心知识的学习，是需要用事实来证实，单一使用一种方法都是欠妥的，方法(1)中做了大量的实验，能否获得3种结果？搜索网络上呈现的实验视频都是“质量变大”的，而教师在平时实际实验中却几乎都是“质量变小”的^[11]，尤其难获得“恰好等于”的实验现象，如果实验现象恰好是“平衡”的“等于”结果，能说明质量守恒还是不守恒？而方法(2)中推演得到的理论结果并不代表实际的事实，缺少事实证据性，这样导学分析也不符合“遵守客观事实为依据”的化学学科特点。

  4.3    难规避实验过程的危害性

  通过以上分析可以看出，“镁条燃烧”实验涉及反应原理多，现象结果多，若要充分发挥其实验作用，将导致耗费学时多，还有不可回避的安全风险多。从一些省市评优课、展示课，或者从一些期刊文章中可以看到，教师也许考虑到以上因素，在教学设计时，一般不选用“镁条燃烧”真实实验，而是采用播放实验视频，只让学生讨论“为什么镁带燃烧后质量变大”的问题，这样设计，可以巧避“伤害”问题，且过程简捷，更可结合多媒体技术展示，或者根据学情采用让学生拆分、组合分子比例模型，手绘微粒变化图形等不同方法，在微观层面上对“微粒守恒”进行充分体验、分析和感悟，突出“守恒定律”的本质与内涵，为衔接高中核心知识“物质的量”的学习奠定基础。

  所以在教学进行“镁条燃烧”实验时，应该尽量用少量镁条进行实验，并做好相应保护眼睛的措施，在实验时一定要戴护目镜，才能让学生近距离的观察。特别建议在学生基础实验中不要安排“镁条燃烧”实验，防止白烟弥漫教室形成烟尘污染。

  (2)防止氧化镁等烟尘造成污染与危害。镁条燃烧还有一个显著现象就是产生大量的烟尘，文献表明^[13]：吸入氧化镁烟尘易引起镁铸造热，其症状是口内有金属味、口渴、咽干、食欲不振、胸部发紧、干咳、头痛、头晕、四肢酸痛、高热恶寒。大量氧化镁粉尘可阻塞皮脂腺管和引起皮肤丘疹、湿疹等。所以在实验中要进行烟尘吸收处理，否则实验产生的烟尘将会弥漫教室，形成烟尘污染和伤害。

  

  图2 加热铜丝

  Figure 2. Heating copper wire

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  (1)防止强光造成的紫外光危害。镁条燃烧最显著的现象就是“耀眼的白光”，在鲁教版教科书下册第72页的学生实验“探究金属的性质”中特别“友情提示”：“镁条燃烧时会发出耀眼的白光，要注意保护眼睛。”说明教科书中已经考虑和预见到此实验的风险，一些医疗案例^[12]也表明此实验能对师生眼睛造成“光性视网膜损伤”。但是客观现状是学校缺少必要的防范措施，初中化学实验室中一般不配备安全防护眼镜，即使有防护眼镜，一般也不具有防光辐射功能，难以避免强光导致的眼睛伤害事件的发生。

  再来从课标中寻找依据。在《义务教育化学课程标准(2011年版)》^[1]27中“质量守恒定律”主题中，本单元可供选择的学习情境素材中是“铜片在空气中灼烧后固体质量的变化”，而不是“镁条燃烧前后固体物质的质量的变化”，说明专家学者们已经考虑到一些科学风险认知因素而提出了建议。查阅以《全日制义务教育化学课程标准(实验稿)》为背景，由胡美玲、何少华、王晶主编的《义务教育课程标准九年级化学实验教科书》上的“镁条燃烧”实验，与现行教材中的“镁条燃烧”实验一样，可见课程标准已体现新意，只是教材未作修订。

  《义务教育初中化学课程标准(2011年版)》^[1]53强调，“教材中选用的实验应该具有教育价值，力求简明易做、安全环保”。即化学实验倡导实验设计的绿色化，杜绝实验中的危害性，避免发生反应中的光、尘、飞溅物等对师生的伤害。“人教版”义务教育教科书上在“质量守恒定律”的探究实验中选择了“镁条燃烧”实验，但在页底注明“建议本实验由教师演示”。那么教科书为什么提出这些建议呢？

  基于以上一些适切性分析及新课标的旨意，建议在“质量守恒定律”章节学习中应该谨慎进行“镁条燃烧”实验，或者更换一个原理单一、操作简单、安全环保的实验，如“加热铜片前后质量的变化反应”来探究质量守恒定律，也可以用如图 2所示方法进行实验，用最简单的杠杆原理显示加热铜丝反应前后质量是否守恒的实验，这样利于学生分析现象与问题，也利于学生对“质量守恒定律”的理解与运用。

• 1. [1]

     中华人民共和国教育部.义务教育化学课程标准(2011年版).北京:北京师范大学出版社, 2012

  2. [2]

     毕华林, 卢巍.义务教育教科书:化学(九年级上册).济南:山东教育出版社, 2012

  3. [3]

     毕华林, 卢巍.义务教育教科书:化学(九年级下册).济南:山东教育出版社, 2012

  4. [4]

     中学化学国家课程标准研制组.义务教育教科书:化学(九年级上册).上海:上海教育出版社, 2012

  5. [5]

     王晶, 郑长龙.义务教育教科书:化学(九年级上册).北京:人民教育出版社, 2012

  6. [6]

     金卫红.杭州教育学院学报, 2000, 17(4):66-69 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-HZJY200004012.htm

  7. [7]

     王大华.化学教与学, 2012(8):95 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-HXJY201208049.htm

  8. [8]

     陈荣三, 张树成, 黄孟健, 等.无机及分析化学.2版.北京:高等教育出版社, 1994:288

  9. [9]

     热值与燃烧温度及燃烧速度[EB/OL].(2010-3-28)[2015-10-16]. http://www.zmhhxl.com/content.asp?newsid=415&classid=22

  10. [10]

      人民教育出版社, 课程教材研究所化学课程教材研究开发中心.义务教育教科书教师教学用书(化学九年级上册).北京:人民教育出版社, 2012:147-148

  11. [11]

      钱胜, 田博文, 刘怀乐, 等.化学教育, 2008, 29(7):77-78 http://www.hxjy.org/CN/abstract/abstract2291.shtml

  12. [12]

      黄炎.眼科研究, 1997(1):14 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-YKYJ701.005.htm

  13. [13]

      分析纯氧化镁[EB/OL].(2014-02-23)[2015-10-16].http://www.baike.com/wiki/%E5%88%86%E6%9E%90%E7%BA%AF%E6%B0%A7%E5%8C%96%E9%95%81

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  图 1  镁条燃烧

  Figure 1  Combustion of magnesium ribbon

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  图 2  加热铜丝

  Figure 2  Heating copper wire

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  表 1  “镁条燃烧”实验在不同教材中的作用比较

  Table 1.  Comparison of the functions of "combustion of magnesium ribbon" experiment in different textbooks

  版本	所在章节	核心知识	实验类型	实验作用分析
  鲁教版	上册[2]，第5页，第一单元第一节	化学变化	教师演示	说明在化学反应中常常伴随着发光、发热等现象，以此阐述可以通过观察实验现象来推断物质是否发生了化学变化
  	下册[3]，第72页，第九单元	探究金属的性质	学生实验	要求学生完成“用坩埚钳夹取一段用砂纸打磨过的镁条，在酒精灯上点燃”的实验。作用是让学生通过实验来真实体验并探究金属的一些性质
  沪教版[4]	上册，第23页，第一章第3节	科学探究方法	学生实验	作为科学探究学习活动的一个物质载体，用于引导学生学习和体验科学探究的方法和过程步骤，并初步学习镁的一些性质
  	上册，第115页，第5章第1节	金属性质和利用	教师演示	目的都是通过镁、铁、锌、铝、铜等金属分别在空气(氧气)中点燃或加热的实验观察与体验，让学生学习和归纳金属与氧气反应的化学性质
  	上册，第133页，学生“基础实验4”	金属性质	学生实验
  人教版[5]	上册，第94-95页, 第五单元课题1	质量守恒定律	教师演示	4个探究实验之一，目的是用通过反应前后天平质量不平衡实验，触发学生的认知冲突，不断揭示矛盾和解决矛盾，引导学生更深入地理解和运用质量守恒定律

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