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        “二氧化碳滅燭實(shí)驗(yàn)”的簡約化改進(jìn)

        2019-05-15 10:54:06楊寶權(quán)
        化學(xué)教學(xué) 2019年4期
        關(guān)鍵詞:簡約化對(duì)比實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

        楊寶權(quán)

        摘要: 按教材“二氧化碳滅燭實(shí)驗(yàn)”方法實(shí)驗(yàn),成功率較低。在分析其原因的基礎(chǔ)上,參考已有文獻(xiàn)上的改進(jìn)成果,通過反復(fù)實(shí)踐,對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)方法作簡約化再改進(jìn)。利用原教材裝置與改進(jìn)后裝置作對(duì)比實(shí)驗(yàn),可以進(jìn)一步優(yōu)化教學(xué)過程?;诮虒W(xué)實(shí)踐,對(duì)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)進(jìn)行反思,并對(duì)教材內(nèi)容提出意見和建議。

        關(guān)鍵詞: 二氧化碳滅燭實(shí)驗(yàn); 簡約化; 實(shí)驗(yàn)改進(jìn); 對(duì)比實(shí)驗(yàn)

        文章編號(hào): 10056629(2019)4007803中圖分類號(hào): G633.8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: B

        “二氧化碳滅燭實(shí)驗(yàn)”是二氧化碳性質(zhì)的重要實(shí)驗(yàn)之一,通過實(shí)驗(yàn)學(xué)生可以了解二氧化碳密度比空氣大、二氧化碳不燃燒、一般也不支持燃燒的性質(zhì)。因此,本實(shí)驗(yàn)對(duì)幫助學(xué)生理解二氧化碳的性質(zhì)具有重要意義,在目前國內(nèi)使用的所有九年級(jí)化學(xué)教材中都有此實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

        1 存在的問題

        人教版教科書多年來一直使用圖1實(shí)驗(yàn)方案,滬教版教科書則采用玻璃片阻隔傾倒氣體(圖2),這兩種方法異曲同工,存在相同的問題,例如操作要求高,會(huì)產(chǎn)生很多意外情況: 實(shí)驗(yàn)時(shí)燭焰有可能無法熄滅,有的學(xué)生會(huì)因蠟燭燃燒釋放的熱量而燙傷;燭焰也有可能一起熄滅;甚至有可能高的先熄滅??傊瑢?shí)驗(yàn)的成功率較低。

        2 問題的原因分析

        研究表明,人教版或滬教版實(shí)驗(yàn)方式成功率低的原因大致有以下幾點(diǎn):

        (1) 由于收集的二氧化碳?xì)怏w不足,或者傾倒二氧化碳時(shí)過于謹(jǐn)慎,速度緩慢,往往只是火焰晃動(dòng)幾下就又正常燃燒了;

        (2) 由于二氧化碳傾倒位置過于靠前,使大部分二氧化碳?xì)怏w先接觸上方蠟燭,因此造成上面的蠟燭先熄滅;

        (3) 由于傾倒的速度過快,蠟燭熄滅的前后順序不明顯,看似同時(shí)熄滅;

        (4) 階梯蠟燭放置的高度差較小,致使兩支蠟燭熄滅的順序不符合預(yù)期現(xiàn)象;

        (5) 蠟燭燃燒時(shí)的火焰較大,放出熱量多,不僅使操作無法施展,同時(shí)也使附近氣體對(duì)流增強(qiáng),結(jié)果兩支蠟燭都不熄滅,操作者也易被燒傷。

        上述因素中既包括操作者的經(jīng)驗(yàn)因素,也包括實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備的細(xì)節(jié),致使實(shí)驗(yàn)的重復(fù)性較差,不僅學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)成功率低,而且教師的演示實(shí)驗(yàn)也不能確保成功,許多教師每次做這個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)都感到如履薄冰,大大影響了教學(xué)效果。

        3 已有的改進(jìn)成果

        針對(duì)上述存在的問題及可能的原因分析,許多研究者提出了眾多改進(jìn)方案。雖然創(chuàng)新迭出,但概括起來可分為以下幾種情況。

        3.1 縮小容器的口部

        教材中二氧化碳收集在集氣瓶中,由于集氣瓶口較大,在傾倒時(shí)二氧化碳大面積涌出,導(dǎo)致上面的蠟燭先熄滅或兩支蠟燭同時(shí)熄滅等現(xiàn)象的發(fā)生。周云標(biāo)、陳迪妹[1]利用礦泉水瓶來盛裝二氧化碳?xì)怏w(如圖3a),由于礦泉水瓶的容積比集氣瓶大,而瓶口比集氣瓶瓶口小,這樣不僅保證了二氧化碳充足的量,也使得二氧化碳在傾倒時(shí)不容易大量涌出,從而大大提高了實(shí)驗(yàn)的成功率;鄧九皋[2]將原實(shí)驗(yàn)裝置中集氣瓶口的毛玻璃片改用橡膠塞,并將粗試管(25mm×20mm)截去2/3長,只留距管口1/3長,并插入橡膠塞中,同時(shí)插入一直角導(dǎo)氣管至集氣瓶底部,以便空氣進(jìn)入瓶的底部,有利于倒出二氧化碳(如圖3b);盧洪福[3]將兩支蠟燭分別插入沙子中,使蠟燭高低不同,同時(shí)將二氧化碳收集在有一小孔的塑料瓶中(小孔事先用棉花堵?。瑢?shí)驗(yàn)時(shí)用鑷子把棉花取走,再旋開瓶蓋,二氧化碳就從小孔“流”出來(如圖3c)。

        3.2 改進(jìn)傾倒方式

        傾倒二氧化碳時(shí),為使其能順利地到達(dá)燒杯底部,許多一線教師在實(shí)驗(yàn)過程中增加了輔助用品,使燒杯分隔成兩個(gè)區(qū)域——燃燒區(qū)與傾倒區(qū),這也是目前該實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的主要方向。例如戴榮澤[4]使用了漏斗(如圖4a),將收集滿CO2氣體的集氣瓶(250mL規(guī)格),往漏斗中慢慢倒入CO2;肖利輝[5]在燒杯內(nèi)一側(cè)放l塊玻璃片,再從燒杯的一側(cè)緩緩將集氣瓶中的二氧化碳倒入(如圖4b);陳勇[6]等則使用了寬背板的金屬階梯,并于板后傾倒二氧化碳(如圖4c);張莉[7]進(jìn)一步突破燒杯中完成實(shí)驗(yàn)的思維限制,將生成的二氧化碳?xì)怏w經(jīng)過Y形導(dǎo)管,分別對(duì)準(zhǔn)兩支高低不同、燃燒著的蠟燭火焰(如圖4d)。

        3.3 改變蠟燭階梯形態(tài)

        蠟燭的階梯放置是本實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵因素之一,因此有教師從改變蠟燭的放置方式著眼,簡化實(shí)驗(yàn)操作,優(yōu)化實(shí)驗(yàn)效果。例如,李娜[8]重新設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)裝置(如圖5a),實(shí)驗(yàn)時(shí)二氧化碳沿著導(dǎo)氣槽進(jìn)入實(shí)驗(yàn)裝置底部;潘淑蘭[9]等將高低蠟燭換成自制雙頭酒精燈(如圖5b),解決了階梯蠟燭高度差及火焰大小不能恒定的問題。

        3.4 改變操作順序

        傳統(tǒng)的操作是將二氧化碳倒入燒杯中,其中事先放置點(diǎn)燃著的高低蠟燭,大多數(shù)的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)也遵循著這樣的操作順序,然而盧洪福[10]突破固定思維,進(jìn)行逆向操作: 先把二氧化碳傾倒入燒杯中(見圖6a),再把燃著的蠟燭伸入(見圖6b)。

        將已有該實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與教科書中實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行比較,不難看出其優(yōu)劣所在??陀^地講,已有的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置雖然提高了實(shí)驗(yàn)的成功率,但有的裝置存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、操作繁瑣、影響實(shí)驗(yàn)觀察、不利于學(xué)生操作等不足,影響其推廣使用;有的改進(jìn)裝置背離了教材中的實(shí)驗(yàn)意圖,無法體現(xiàn)(強(qiáng)化)滅火中二氧化碳的全部性質(zhì),說服力不夠,特別是改變操作的順序引起較大的爭議[11]。將上述成果進(jìn)一步梳理,發(fā)現(xiàn)本實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵是避開火焰與二氧化碳的正面接觸。由此,根據(jù)教材中的實(shí)驗(yàn)裝置,筆者不斷實(shí)踐與總結(jié),最終設(shè)計(jì)一種新的簡約裝置,通過對(duì)比優(yōu)化教學(xué)的實(shí)驗(yàn)方案。

        4 實(shí)驗(yàn)的再改進(jìn)

        4.1 實(shí)驗(yàn)用品

        石灰石、稀鹽酸、帶導(dǎo)管的單孔橡皮塞、燒杯(250mL)一只、小蠟燭兩支、鋁制階梯一副、粗鐵絲(或鋼絲)一根、集氣瓶、火柴、玻璃片

        4.2 實(shí)驗(yàn)裝置

        教材中蠟燭階梯懸掛在燒杯壁上放置(如圖7a),筆者現(xiàn)改為將蠟燭階梯懸掛于粗鐵絲上,然后將鐵絲一端置于燒杯口處、另一端不斷調(diào)整位置使蠟燭靠邊放置(如圖7b)。

        4.3 實(shí)驗(yàn)操作

        (1) 由上至下依次點(diǎn)燃兩支蠟燭,并將鋁制階梯掛在粗鐵絲上,粗鐵絲擔(dān)擱在燒杯口部,一端置于燒杯口處,另一端調(diào)整位置最終使蠟燭靠燒杯的右邊壁;

        (2) 用玻璃片蓋住集氣瓶口部,留一小的出口,將集氣瓶中二氧化碳沿?zé)淖筮叡诰徛谷霟校ㄈ鐖D8)。

        為防止蠟燭火焰灼傷手部,集氣瓶應(yīng)側(cè)向偏離火焰。

        4.4 改進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)

        (1) 本實(shí)驗(yàn)裝置簡約易行,在原有實(shí)驗(yàn)用品的基礎(chǔ)上只需增加一根粗鐵絲即可,還可以多次重復(fù)使用。

        (2) 既保留了教科書中實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)簡單、操作便捷、容易觀察的優(yōu)點(diǎn),又大大提高了實(shí)驗(yàn)的成功率。

        5 反思

        (1) 通常實(shí)驗(yàn)教學(xué)課前化學(xué)教師先要把相關(guān)實(shí)驗(yàn)器材從化學(xué)實(shí)驗(yàn)室拿到辦公室,上課時(shí)再從辦公室轉(zhuǎn)移到教室。所以化學(xué)實(shí)驗(yàn)器材應(yīng)盡量簡約,化學(xué)教師才能輕裝上陣,順利完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)。因此,實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)不僅要考慮實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性和現(xiàn)象更明顯,還要考慮儀器裝置的簡約性和實(shí)驗(yàn)操作的簡單化。

        (2) 將實(shí)驗(yàn)改進(jìn)與教學(xué)聯(lián)系起來,使實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)回歸教學(xué)的原點(diǎn)。學(xué)生通過兩種實(shí)驗(yàn)方法完成情況的對(duì)比,不僅清晰掌握了二氧化碳滅火的原理,更體驗(yàn)了科學(xué)探究的學(xué)習(xí)過程,嘗試著從“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”角度進(jìn)行學(xué)習(xí)方法的建構(gòu),有利于培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)探究的能力與創(chuàng)新的意識(shí)。

        參考文獻(xiàn):

        [1]周云標(biāo)、 陳迪妹. 對(duì)傾倒二氧化碳實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)[J]. 中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考, 2012, (8): 99.

        [2]鄧九皋. 二氧化碳熄滅階梯燭火實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J]. 化學(xué)教育, 1994, (8): 34~35.

        [3][10]盧洪福. 二氧化碳熄滅蠟燭火焰的新設(shè)計(jì)[J]. 化學(xué)教學(xué), 2015, (3): 48~49.

        [4]戴榮澤. 兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的巧妙組合[J]. 中學(xué)化學(xué), 2014, (9): 21.

        [5]肖利輝. 九年級(jí)化學(xué)上冊(cè)教材幾個(gè)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J]. 實(shí)驗(yàn)教學(xué)與儀器, 2010, 27(3): 25~27.

        [6]陳勇、 周良建. CO2熄滅蠟燭火焰實(shí)驗(yàn)的再改進(jìn)[J]. 化學(xué)教學(xué), 2017, (6): 68~70.

        [7]張莉. 對(duì)“傾倒二氧化碳”實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J]. 中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考, 2017, (5): 54.

        [8]李娜. 傾倒二氧化碳熄滅階梯蠟燭實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J]. 化學(xué)教育, 2014, (5): 70~72.

        [9]潘淑蘭、 吳晗清. “二氧化碳滅蠟實(shí)驗(yàn)”的改進(jìn)[J]. 首都師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2017, 38(5): 48~50.

        [11]鄭瑩. 二氧化碳滅燭實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的商榷[J]. 新課程(上), 2014, (3): 19.

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