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現代教育通訊 61期 前期教訊:
語文 數學課程改革 ── 小學常識科科學部分的新發現 燃燒蠟燭實驗的謬誤

小學常識科科學部分的新發現 燃燒蠟燭實驗的謬誤

◎凌兆興
香港教育學院

傳統的蠟燭實驗是錯誤的﹖
傳統上,很多人用蠟燭實驗來演示燃燒會用去空氣中的氧。在香港小學常識科中,《空氣的成分》這單元,就用了蠟燭實驗,來示範燃燒會用去空氣中的氧。本課節內容分為三部分。

  1. 提出問題:點燃的蠟燭,用杯子蓋上,蠟燭會慢慢熄滅,為什麼會這樣?這是本課的引入。
  2. 指導學生用實驗的方法對空氣的成分進行分析。用分組的實驗方法,通過實驗,希望學生得出以下結論:空氣中至少有兩種氣體,一種氣體支持燃燒,另一種氣體不能支持燃燒。
  3. 在以上實驗的基礎上,引導學生思考,並講解空氣的主要成分及比例。

傳統實驗是這樣的:
在一水盆中燃點一蠟燭,將一空的集氣瓶或杯子倒蓋在蠟燭上。不久,蠟燭熄滅,而水走進了集氣瓶內,水量約佔全集氣瓶容積的一成(10%)多。

傳統的解釋是:蠟燭燃燒時用去瓶內的氧氣,故此水會流進集氣瓶內,補充燃燒用去氧氣的空間,導致瓶內水位升高。由於蠟燭未能完全用盡集氣瓶內的氧氣,故此在集氣瓶內的水量不足二成(20%)。

但傳統的解釋是錯誤的。當蠟燭燃燒時,它會產生二氧化碳,而二氧化碳也會佔有空間的,而且二氧化碳在水的溶解度並不高。

那麼,為甚麼水位會升高呢?原來當集氣瓶倒蓋在蠟燭上時,已收集了很多燃燒蠟燭上的熱空氣。當蠟燭熄滅後,熱空氣冷卻,體積收縮,水就流進集氣瓶內,這是主因。

杯子倒蓋在燃燒蠟燭上的快慢有關?為什麼?)
証明熱空氣與水位上升有關的實驗

1.燃燒三支蠟燭來代替一支

2.將一空集氣瓶或杯子
倒蓋在三支燃燒蠟燭上

3.水量比燃燒一支蠟燭上升更高

証明傳統解釋有問題的方法
您可以略為簡單修改以上的實驗,用燃燒三支蠟燭來代替一支,就能說明傳統的解釋是有問題的。實驗如下:將一空集氣瓶或杯子倒蓋在三支燃燒蠟燭上。蠟燭熄滅後,水就流進集氣瓶內,水量約佔全集氣瓶容積的三成(30%)。比氧氣在空氣中所佔的比例 (約二成) 還要多。見後左三圖。

您若用五支蠟燭,水位會升高到五成。(您做實驗時,是否留意到水位上升的高低,與您將集氣瓶或因此,蠟燭實驗主要是示範了熱空氣冷卻時體積的收縮。為了更好說明以上猜想。我們重做這個實驗,不過今次我們先放好集氣瓶,才點蠟燭(猜猜我們怎樣做),這樣就避免了蓋上集氣瓶時,預先收集了燃燒蠟燭上的熱空氣。從實驗結果,我們發現水位基本不改變,沒有上升。

放好集氣瓶才燃點蠟燭的實驗

1.發熱絲接上電源繞在蠟燭芯上

2.用物件墊高,蓋上集氣瓶後通電使蠟燭燃燒

3.蠟燭熄滅後漲高的水位會回降

放好集氣瓶,才點蠟燭
用一根連有導線的發熱線 25分鐘。

當然,另一極端是膽大妄為,放學生「羊」。完全沒有對兒童探索作多方啟迪誘導,鼓勵支持和給予幫助。這樣的「自主」,當然有問題。可幸的是,這樣的老師,在優秀的香港教師隊伍中,是萬中無一的。