“瓶子吞鸡蛋”探究式教学设计的思考

段华兰 柳福提

摘 要：在新课程改革理念指导下，以瓶子吞鸡蛋实验为例，进行情景设置，引导学生探究原因，验证并解释结论。在此基础上进行探究式教学设计来阐述探究在科学教学中的应用，倡导科学教学方式与学习方式的转变。

关键词：瓶子吞鸡蛋；科学探究；教学设计

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2018）7-0030-2

在新一轮基础教育课程改革中，科学教师面临着开发课程资源，进行探究式教学的挑战。科学教学中如何让学生主动参与、乐于探究、勤于动手成为教师在教学设计中思考的首要问题。在一次听课的时候，有一位科学教师成功地完成了瓶子“吞”鸡蛋的演示实验。实验器材为：集气瓶、棉球、酒精、煮熟去壳的鸡蛋、打火机，实验装置如图1[1]。实验步骤是先在瓶底铺一层细沙，把浸有酒精的棉球点燃，放入瓶内，再把煮熟的鸡蛋剥了壳后放在瓶口，把瓶口堵住（鸡蛋略大于瓶口），棉球慢慢熄灭，最后发现鸡蛋被瓶子“吞”了进去。该实验取材容易，现象明显，新奇有趣，激发了学生学习科学的兴趣，很好地达成了教学目标。接下来老师问学生：是什么原因导致鸡蛋被吞了进去？有学生解释道：因为棉球燃烧，消耗掉瓶内的氧气，使瓶内压强减小，在大气压的作用下，鸡蛋最后被压入瓶中。这一解释看似合理，其他很多学生也很赞成，在很多地方也有类似的解释。但稍作思考，就会发现问题。此时，老师为了完成后面的教学计划没有作其他解释，就跟学生说要想知道答案就得好好学习科学，这也可能是老师故意设置悬念。实际上，学生错误的解释就是探究式教学设计的最佳切入点。我们可以充分利用学生的错误概念，进一步设计实验探究，形成科学解释，实现探究式教学。下面对我们的探究式设计的思考进行简单介绍，希望能起到抛砖引玉的作用。

1 瓶子吞鸡蛋原因的讨论

瓶子能够把鸡蛋吞进去，瓶内压强肯定减小，但不是由于燃烧消耗氧气所致。不能直接告诉学生答案，而是从学生的解释出发，进一步展开讨论和实验不断否定原来的错误观念，让学生主动参与探究，得出合理解释。这一过程富有科学探究的思想与精神，对科学教学很有帮助与启发。

1.1 证明不是气体减少导致压强减小

以燃烧酒精棉球为例，在燃烧过程中，虽然消耗了氧气，却要产生二氧化碳和水蒸气，根据化学反应方程式：C2H5OH+3O2→2CO2+3H2O，可以知道，产生得到的二氧化碳和水蒸气的体积比消耗的氧气体积要大（相同的压强与温度下）。如果燃烧的是木炭或纸片，燃烧充分的话，化学式为C+O2→CO2；如果燃烧不充分的话，化学式为2C+O2→2CO。由此可以看出，消耗多少氧气，就会产生同样多的二氧化碳或更多的一氧化碳，气体分子数目增多了，压强不是减小而应该是增大。所以，压强减小不是因为燃烧消耗掉氧氣。

该观点还可以用如图2的实验证明。把带活塞的两个集气瓶用导管相连，其中一个集气瓶装满水，把一块燃烧的木炭放在另一个充满空气的集气瓶里，密封好，在木炭燃烧的时候（由于时间短，瓶内燃烧产生的热量还来不及传递出去），观察导管里面的水位如何变化，从而判断燃烧是否使气体总量减少。结果发现在燃烧的时候，导管里面的水位没有变化，瓶内的气体没有减少，证明前面的分析是正确的。

1.2 证明是温度降低导致压强减小

那究竟是什么原因导致鸡蛋被吞了进去？观察仔细的学生很快发现木炭燃烧熄灭后，导管里面的液面升高甚至会向左侧集气瓶移动，即说明左侧瓶内气体压强在减小，学生提出可能是左侧集气瓶的温度降低的原因。我们设计另一个实验来验证该假设，把瓶内放入燃烧的棉球改为倒入一些沸水，同样把鸡蛋放入瓶口，随着沸水不断地冷却，鸡蛋慢慢滑入瓶里。这时大家便茅塞顿开，恍然大悟，确信鸡蛋被瓶子吞进去是因为瓶内温度下降导致气压减小。当然，还需要寻找理论根据来进行解释：把瓶内气体作为研究对象，近似为理想气体，根据气体状态方程pV=nRT，即p=nRT/V，当瓶内气体的体积、气体的摩尔数没有变化的情况下，燃烧后热量不断向四周传递，温度降低，所以压强减小。

通过前面的讨论与实验，可以得出该实验的正确解释应是瓶内的酒精（或棉球）在燃烧时，瓶内气体温度升高，体积变大，大量气体跑到瓶外；当鸡蛋放在瓶口封住气体时，燃烧停止，瓶内气体热量向四周传递使得气体温度下降，气压减小，外界大气压就将鸡蛋压入了瓶中！

1.3 新的挑战——如何取出鸡蛋

鸡蛋被瓶子吞了进去后，可以设置新的问题来激发学生思考并进一步验证结论，怎样才能完好无损地把鸡蛋取出来呢？同学们能否利用大气压强的变化来解决具体问题？根据前面的解释是否可以把瓶子倒立，让鸡蛋堵住瓶口，往瓶子外面淋热水，使瓶内气体温度升高，增大压强，从而把鸡蛋从瓶内挤出来！

2 瓶子吞鸡蛋探究式教学设计

根据前面的讨论和实验过程，我们觉得可以充分利用这些资源来开发设计一个探究性课题，具体设计如下：

第一步，设置情景，提出问题。教师先把瓶子吞鸡蛋的现象演示一遍，要求学生注意观察，思考原因。

第二步，提出假设，设计实验方案进行探究。学生根据现象，可能提出各种假设。鉴于学生的认知水平与生活经验，有学生认为煮熟的鸡蛋，富有一定的弹性，在重力作用下，慢慢滑入瓶里；有学生认为由于棉球燃烧，要消耗掉瓶内的氧气，压强减小，在大气压的作用下推进瓶里；还有学生认为燃烧温度较高，随着时间的增加，不断向外传递热量，自身内能减少，温度降低，气体密度减小，等等。然后，让学生分组设计实验方案，着手实验，验证假设。

第三步，互相交流，得出结论。各组完成实验探究后，汇报结果，讨论交流，得出结论。最后教师总结探究活动，得出科学解释。

第四步，利用结论解决问题。利用“如何取出鸡蛋”来让学生进一步确认科学解释是否合理，完善自己的认知结构。这一设计道理明晰，思路连贯，方法可控。有人提出为了避免让学生产生误解，建议把实验装置进行改进，在集气瓶底部连接一个两用打气筒[2]，通过抽气或打气改变瓶内气体压强，现象同样明显。但我们认为抽气或打气可能会强化学生认为是气体分子数变化原因所致的观点，缺乏后续的探究趣味性，达不到想要的结果。

回顾这一过程，让学生真正亲身经历了科学探究活动，体验了探究式学习的乐趣，充满科学探究教学思想，对学生学习方式与教师教学方式的转变有重要的启示。

参考文献：

[1]黄继奎，华文清.“瓶吞蛋”实验的新设计[J].数理天地（初中版），2003（10）：44.

[2]华继干.由瓶子吞蛋实验的错解想到的改进做法[J].中学物理，2011，29（6）：26.（栏目编辑 邓 磊）