二氧化碳滅火實(shí)驗(yàn)改進(jìn)研究和創(chuàng)新設(shè)計(jì)

彭蘭貞 蘇日平

摘要：現(xiàn)行人教版初中教材中二氧化碳滅火演示實(shí)驗(yàn)成功率低，現(xiàn)象可視對(duì)比度弱，教學(xué)價(jià)值效能差，有待優(yōu)化改進(jìn)。基于文獻(xiàn)研究、分析以往的實(shí)驗(yàn)裝置，并從實(shí)驗(yàn)科學(xué)嚴(yán)密性和實(shí)驗(yàn)演示效果角度創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置：在原教材實(shí)驗(yàn)裝置基礎(chǔ)上增添中間剪縫的隔熱鋁板，減少熱量干擾;用塑料吸管橫置導(dǎo)氣替代傾倒法，排除氣流干擾;氣體制取與滅火實(shí)驗(yàn)一體化，延長(zhǎng)高低蠟燭熄滅時(shí)間差。改進(jìn)后實(shí)驗(yàn)科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、成功率高、現(xiàn)象可視對(duì)比度強(qiáng)、實(shí)用性強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：二氧化碳;滅火實(shí)驗(yàn);改進(jìn)研究;創(chuàng)新設(shè)計(jì)

文章編號(hào)：1008-0546（2020）03-0095-03

中圖分類號(hào)：G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi： 10.3969/j .issn. 1008-0546.2020.03.027

一、問題提出

二氧化碳滅火實(shí)驗(yàn)是現(xiàn)行初中人教版教材的重要演示實(shí)驗(yàn)（如圖1所示），教材旨在通過該實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證二氧化碳密度比空氣大、不支持燃燒、也不能燃燒的性質(zhì)。但經(jīng)多次課堂實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，傾倒的角度、氣流的快慢、熱量的干擾和操作的熟練都有可能產(chǎn)生與實(shí)驗(yàn)預(yù)設(shè)現(xiàn)象不符的“異?，F(xiàn)象”與“不良后果”：

（1）二氧化碳?xì)怏w傾倒過快或傾倒角度不恰當(dāng)，致使高階蠟燭先熄滅，低階蠟燭后熄滅，甚至低階蠟燭不熄滅的現(xiàn)象，導(dǎo)致學(xué)生宏觀現(xiàn)象認(rèn)識(shí)錯(cuò)誤;

（2）二氧化碳?xì)怏w傾倒過慢，蠟燭燃燒產(chǎn)生熱量會(huì)導(dǎo)致氣體受熱上浮逸走，兩根蠟燭都不熄滅。此時(shí)，教師會(huì)另取一瓶二氧化碳進(jìn)行“補(bǔ)救”實(shí)驗(yàn)，有的甚至多次不成功[1]，浪費(fèi)課堂時(shí)間，降低課堂效率，若沒有預(yù)留多余的二氧化碳?xì)怏w，則預(yù)示實(shí)驗(yàn)失敗，實(shí)驗(yàn)欠缺可控性;

（3）傾倒的角度恰當(dāng)，但倒人二氧化碳的量不夠，或氣體受蠟燭熱量干擾逸走，低階蠟燭熄滅，但高階蠟燭不熄滅的現(xiàn)象，影響現(xiàn)象的對(duì)比性。

綜上所述，教材實(shí)驗(yàn)方案成功率低，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析產(chǎn)生疑惑甚至導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗[2]。即使出現(xiàn)了階梯蠟燭自下而上依次熄滅的預(yù)設(shè)現(xiàn)象，可高低蠟燭熄滅時(shí)間間隔短，現(xiàn)象可視對(duì)比度弱，缺乏觀賞性和實(shí)用性，降低了教學(xué)價(jià)值效能，實(shí)驗(yàn)有待優(yōu)化改進(jìn)。

二、研究現(xiàn)狀與分析

鑒于文獻(xiàn)具有代表性、傳承性和發(fā)展性，筆者基于文獻(xiàn)研究法，對(duì)收錄在CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)的論文、各地中考題目等相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行歸納、研究和科學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)該實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)案例很多，見圖2和表1，但仔細(xì)分析部分相關(guān)改進(jìn)案例尚有不足之處：（1）有些實(shí)驗(yàn)改進(jìn)只求得到階梯蠟燭自下而上依次熄滅的預(yù)設(shè)現(xiàn)象，但存在科學(xué)本質(zhì)上的錯(cuò)誤。（2）-些實(shí)驗(yàn)改進(jìn)沒有排除傾倒氣體產(chǎn)生的氣流干擾，或沒有減少蠟燭燃燒的熱量干擾，實(shí)驗(yàn)尚不夠科學(xué)嚴(yán)密，成功率低。（3）某些實(shí)驗(yàn)改進(jìn)能延長(zhǎng)高低蠟燭熄滅間隔時(shí)間，增強(qiáng)了現(xiàn)象的視覺對(duì)比，但蠟燭熄滅耗時(shí)長(zhǎng)。因此，可基于文獻(xiàn)進(jìn)一步研究改進(jìn)，創(chuàng)新設(shè)計(jì)一個(gè)科學(xué)嚴(yán)密、現(xiàn)象明顯的實(shí)驗(yàn)裝置。

三、設(shè)計(jì)思路

基于文獻(xiàn)研究，優(yōu)化設(shè)計(jì)的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)裝置務(wù)必在沒有科學(xué)本質(zhì)錯(cuò)誤的前提下著力解決以下三個(gè)問題：一是實(shí)驗(yàn)過程中要排除熱量干擾、氣流干擾，使實(shí)驗(yàn)更科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn);二是實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單，成功率高，現(xiàn)象可視對(duì)比度強(qiáng);三是實(shí)驗(yàn)裝置還要具備取材容易、制作簡(jiǎn)單、便于操作、重復(fù)性好、安全可靠等特點(diǎn)[7]。

四、創(chuàng)新設(shè)計(jì)

1.儀器制作

取鋁板剪去中間一部分，形成1cm寬的長(zhǎng)方形縫，制成隔熱板（如圖3所示）。用稍硬的鐵絲綁著兩根蠟燭置于燒杯左右兩邊，形成高低蠟燭。把制作的隔熱板置于裝有高低蠟燭的燒杯中，用粉筆在距離兩根蠟燭芯高低相等、左右距離相同的地方標(biāo)注，定位二氧化碳?xì)怏w的出氣孔位置（如圖4所示）。取塑料吸管彎管部分稍剪短，并折成90度角橫置導(dǎo)氣，用蠟燭滴蠟固定在燒杯上，出氣孔位置對(duì)準(zhǔn)定位點(diǎn)（如圖5所示）。

2.實(shí)驗(yàn)裝置

改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖6所示，A部分是二氧化碳?xì)怏w發(fā)生裝置，B部分是二氧化碳滅火實(shí)驗(yàn)裝置部分。

3.實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)

（1）科學(xué)嚴(yán)密性：塑料吸管橫置導(dǎo)氣，出氣孔離蠟燭火焰高低一致、左右距離相等，氣流方向不受限，上下左右都可以選擇，排除了氣流干擾。其次，用隔板隔熱，減少了熱量干擾，實(shí)驗(yàn)科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，提高實(shí)驗(yàn)的可信度，同時(shí)培育了師生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)精神。

（2）成功率高：采用改進(jìn)裝置后發(fā)現(xiàn)演示能看到預(yù)設(shè)現(xiàn)象，成功率高，提高了實(shí)驗(yàn)演示效果和教學(xué)質(zhì)量。

（3）可視對(duì)比度強(qiáng)：蠟燭在較短時(shí)間內(nèi)自下而上依次熄滅，而且高低蠟燭熄滅時(shí)間間隔較長(zhǎng)，不會(huì)出現(xiàn)兩根蠟燭同時(shí)熄滅或熄滅時(shí)間差太短的情況，學(xué)生有充足的觀察時(shí)間，增強(qiáng)了現(xiàn)象的可視對(duì)比度。

（4）實(shí)用性強(qiáng)：課堂當(dāng)場(chǎng)制備二氧化碳?xì)怏w，不需要提前收集氣體，準(zhǔn)備時(shí)間短，也不怕提前收集的二氧化碳?xì)怏w泄漏，或者收集的氣體不夠。儀器制作簡(jiǎn)單，操作方便，可適用人教版教材要求的學(xué)生實(shí)驗(yàn)2——二氧化碳的實(shí)驗(yàn)室制取與性質(zhì)。

（5）培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)：課堂演示實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，滲透創(chuàng)新意識(shí)，助力培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究和創(chuàng)新意識(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)。

五、結(jié)語(yǔ)

教材實(shí)驗(yàn)是相對(duì)具有代表性的，但部分也存在些許問題，一線教師在教學(xué)實(shí)踐中主動(dòng)探索、積極創(chuàng)新，不僅提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量，豐富中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，還能讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到教材實(shí)驗(yàn)是可以改進(jìn)的，潛移默化培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑精神、創(chuàng)新精神，發(fā)展學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)。總之，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)揮著傳授科學(xué)知識(shí)的基本功能，也是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和能力的重要載體，其所內(nèi)含的“知”與“創(chuàng)”兩大要素正是創(chuàng)新教育之所求[8]。

參考文獻(xiàn)

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