“二氧化碳滅燭實驗”的簡約化改進(jìn)

楊寶權(quán)

摘要： 按教材“二氧化碳滅燭實驗”方法實驗，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)實踐，對實驗裝置和實驗方法作簡約化再改進(jìn)。利用原教材裝置與改進(jìn)后裝置作對比實驗，可以進(jìn)一步優(yōu)化教學(xué)過程?；诮虒W(xué)實踐，對實驗改進(jìn)進(jìn)行反思，并對教材內(nèi)容提出意見和建議。

關(guān)鍵詞： 二氧化碳滅燭實驗; 簡約化; 實驗改進(jìn); 對比實驗

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

“二氧化碳滅燭實驗”是二氧化碳性質(zhì)的重要實驗之一，通過實驗學(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，本實驗對幫助學(xué)生理解二氧化碳的性質(zhì)具有重要意義，在目前國內(nèi)使用的所有九年級化學(xué)教材中都有此實驗內(nèi)容。

1 存在的問題

人教版教科書多年來一直使用圖1實驗方案，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，會產(chǎn)生很多意外情況： 實驗時燭焰有可能無法熄滅，有的學(xué)生會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瑢嶒灥某晒β瘦^低。

2 問題的原因分析

研究表明，人教版或滬教版實驗方式成功率低的原因大致有以下幾點：

（1） 由于收集的二氧化碳?xì)怏w不足，或者傾倒二氧化碳時過于謹(jǐn)慎，速度緩慢，往往只是火焰晃動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） 蠟燭燃燒時的火焰較大，放出熱量多，不僅使操作無法施展，同時也使附近氣體對流增強(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)驗因素，也包括實驗準(zhǔn)備的細(xì)節(jié)，致使實驗的重復(fù)性較差，不僅學(xué)生實驗時成功率低，而且教師的演示實驗也不能確保成功，許多教師每次做這個實驗時都感到如履薄冰，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不容易大量涌出，從而大大提高了實驗的成功率;鄧九皋[2]將原實驗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（小孔事先用棉花堵住），實驗時用鑷子把棉花取走，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，為使其能順利地到達(dá)燒杯底部，許多一線教師在實驗過程中增加了輔助用品，使燒杯分隔成兩個區(qū)域——燃燒區(qū)與傾倒區(qū)，這也是目前該實驗改進(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驗的思維限制，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驗成功的關(guān)鍵因素之一，因此有教師從改變蠟燭的放置方式著眼，簡化實驗操作，優(yōu)化實驗效果。例如，李娜[8]重新設(shè)計了實驗裝置（如圖5a），實驗時二氧化碳沿著導(dǎo)氣槽進(jìn)入實驗裝置底部;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，其中事先放置點燃著的高低蠟燭，大多數(shù)的實驗改進(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）。

將已有該實驗的改進(jìn)與教科書中實驗方法進(jìn)行比較，不難看出其優(yōu)劣所在。客觀地講，已有的改進(jìn)實驗裝置雖然提高了實驗的成功率，但有的裝置存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、操作繁瑣、影響實驗觀察、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驗意圖，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)本實驗成功的關(guān)鍵是避開火焰與二氧化碳的正面接觸。由此，根據(jù)教材中的實驗裝置，筆者不斷實踐與總結(jié)，最終設(shè)計一種新的簡約裝置，通過對比優(yōu)化教學(xué)的實驗方案。

4 實驗的再改進(jìn)

4.1 實驗用品

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 實驗裝置

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 實驗操作

（1） 由上至下依次點燃兩支蠟燭，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

（1） 本實驗裝置簡約易行，在原有實驗用品的基礎(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驗裝置設(shè)計簡單、操作便捷、容易觀察的優(yōu)點，又大大提高了實驗的成功率。

5 反思

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

（2） 將實驗改進(jìn)與教學(xué)聯(lián)系起來，使實驗的改進(jìn)回歸教學(xué)的原點。學(xué)生通過兩種實驗方法完成情況的對比，不僅清晰掌握了二氧化碳滅火的原理，更體驗了科學(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)實驗探究的能力與創(chuàng)新的意識。

參考文獻(xiàn)：

[1]周云標(biāo)、 陳迪妹. 對傾倒二氧化碳實驗的創(chuàng)新設(shè)計[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驗的改進(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[J]. 化學(xué)教學(xué)， 2015， （3）： 48～49.

[4]戴榮澤. 兩個實驗的巧妙組合[J]. 中學(xué)化學(xué)， 2014， （9）： 21.

[5]肖利輝. 九年級化學(xué)上冊教材幾個實驗的改進(jìn)[J]. 實驗教學(xué)與儀器， 2010， 27（3）： 25～27.

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

[7]張莉. 對“傾倒二氧化碳”實驗的改進(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驗的改進(jìn)[J]. 化學(xué)教育， 2014， （5）： 70～72.

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

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