采用自制教具演示“二氧化碳熄滅蠟燭”實(shí)驗(yàn)

摘要：按照教材所述進(jìn)行“二氧化碳熄滅蠟燭”實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)成功率較低。為此在對已有自制教具進(jìn)行實(shí)踐分析基礎(chǔ)上，經(jīng)過不斷實(shí)踐與優(yōu)化，最終制作了玻璃盒教具，可以取得非常好的實(shí)驗(yàn)效果。并積極思考，以加深對自制教具的認(rèn)識。

關(guān)鍵詞：自制教具；二氧化碳；熄滅蠟燭

文章編號：1008-0546（2021）12-0085-04中圖分類號：G632.41文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.12.021

*本文系江蘇省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃課題“初中化學(xué)學(xué)科關(guān)鍵能力達(dá)成的路徑研究”（編號：E-b/2020/21）的階段性成果。

一、問題的提出

“二氧化碳熄滅蠟燭”實(shí)驗(yàn)是初中化學(xué)二氧化碳性質(zhì)實(shí)驗(yàn)中的重要實(shí)驗(yàn)之一，也是經(jīng)典實(shí)驗(yàn)之一。人教版九年級化學(xué)上冊117頁實(shí)驗(yàn)6-3提出：“將二氧化碳?xì)怏w慢慢倒入燒杯中，觀察現(xiàn)象并分析”（裝置如圖1所示）。希望學(xué)生能觀察到“下面蠟燭先熄滅，上面蠟燭后熄滅”現(xiàn)象，分析得出“二氧化碳密度比空氣大、不能燃燒也不支持燃燒”的性質(zhì)。然而實(shí)驗(yàn)時(shí)卻會出現(xiàn)很多意外現(xiàn)象，例如：（1）蠟燭沒有任何變化；（2）蠟燭火焰搖晃了幾下，然后又正常燃燒；（3）上面蠟燭先熄滅，下面蠟燭后熄滅；（4）上面蠟燭熄滅了，下面蠟燭不熄滅；（5）兩只蠟燭幾乎同時(shí)熄滅?？傊搶?shí)驗(yàn)成功率較低，簡直成了疑難實(shí)驗(yàn)。究其原因，可能有實(shí)驗(yàn)者的操作經(jīng)驗(yàn)問題，可能有實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備的細(xì)節(jié)問題（如蠟燭高度差較小等），還可能有裝置本身的問題（如燒杯口徑較小，不易操作）等等。為此，筆者就想自制一個(gè)簡易教具，來降低該實(shí)驗(yàn)操作要求，使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯、性能穩(wěn)定（無論實(shí)驗(yàn)者是否有經(jīng)驗(yàn)都能獲得實(shí)驗(yàn)成功）、安全可靠（不燙手），適合課堂演示的同時(shí)也適合分組實(shí)驗(yàn)，徹底解決“提心吊膽、如履薄冰”做該實(shí)驗(yàn)的狀況。

二、已有的自制教具

針對以上問題，以“二氧化碳熄滅蠟燭”“傾倒二氧化碳”等關(guān)鍵詞分別在百度學(xué)術(shù)、中國知網(wǎng)上進(jìn)行檢索，發(fā)現(xiàn)了很多改進(jìn)方案，創(chuàng)新跌出，令人回味。筆者對這些改進(jìn)方案進(jìn)行梳理分析，概括起來可分為5種類別[1]：漏斗傾倒法、空間隔離法、導(dǎo)管通氣法、凹槽傾倒法、順序顛倒法。其中也不乏有一些自制教具，令人印象深刻。

例如李娜的“傾倒二氧化碳熄滅階梯蠟燭實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)”[2]，見圖2。該自制裝置由木質(zhì)部分和玻璃槽部分組成，其中玻璃槽比木槽高1 cm，實(shí)驗(yàn)時(shí)將二氧化碳從左側(cè)較寬的通氣口傾倒，可以觀察到底部蠟燭依次熄滅。通過該自制教具，二氧化碳由下而上流通，避免了由于實(shí)驗(yàn)操作不當(dāng)而造成蠟燭熄滅順序不對或者不易熄滅的情況。然而在自制木質(zhì)凹槽時(shí)遇到了一些困難，耗時(shí)耗工，不易制作；同時(shí)實(shí)驗(yàn)需要較多的二氧化碳?xì)怏w才能使蠟燭全部熄滅。

又如趙雅萍和魏銳的“基于便捷理念的二氧化碳的制取及性質(zhì)實(shí)驗(yàn)一體化設(shè)計(jì)”[3]，見圖3。自制凹形塑料階梯（或硬紙質(zhì)階梯），等距離放置圓餅形蠟燭，點(diǎn)燃，從頂端傾倒二氧化碳?xì)怏w，觀察現(xiàn)象。該自制教具雖然簡單易制作，但是實(shí)驗(yàn)效果并不理想，易受環(huán)境氣流影響，經(jīng)常只有最上面的一只蠟燭熄滅，如果想要獲得更好的實(shí)驗(yàn)效果，需要準(zhǔn)備大量的二氧化碳?xì)怏w才行。

徐掌印的“二氧化碳性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)”[4]，見圖4。利用塑料瓶和棒棒冰塑料袋自制實(shí)驗(yàn)裝置，將二氧化碳的多個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，提高了實(shí)驗(yàn)效率。該自制教具材料廉價(jià)易得，但在制作時(shí)，如何將進(jìn)氣孔和出氣孔密封好存在一些困難；同時(shí)該實(shí)驗(yàn)改進(jìn)拋棄了“傾倒氣體”操作，改用導(dǎo)管直接通氣體，致使原實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的教學(xué)功能得不到體現(xiàn)，實(shí)屬遺憾；并且實(shí)驗(yàn)時(shí)，高蠟燭很難熄滅，實(shí)驗(yàn)用時(shí)較長。

周德富和雷開義的“廢物利用，改進(jìn)二氧化碳的滅火實(shí)驗(yàn)”[5]，見圖5。利用去底的塑料瓶、橡膠塞和導(dǎo)管自制“簡易漏斗”，希望二氧化碳?xì)怏w通過“簡易漏斗”流入到燒杯底部，從而實(shí)現(xiàn)下面蠟燭先熄滅的現(xiàn)象。然而一般實(shí)驗(yàn)室擁有的導(dǎo)管直徑都比較小，不利于二氧化碳?xì)怏w向下流動，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)效果非常差，只能偶爾看到下面蠟燭火焰稍微變?nèi)酢?/p>

立足于教材的原型實(shí)驗(yàn)，保留傾倒二氧化碳?xì)怏w的操作，吸取已有自制教具的優(yōu)缺點(diǎn)，取長補(bǔ)短，不斷實(shí)踐與完善，最終制作了如下自制教具，可以非常好地完成“二氧化碳熄滅蠟燭”實(shí)驗(yàn)。

三、筆者的自制教具

1.實(shí)驗(yàn)用品

厚度為0.3 cm的普通玻璃（或?qū)嶒?yàn)室電解槽）、玻璃刀、膠帶、透明玻璃膠、打磨石、鐵質(zhì)階梯、蠟燭、二氧化碳?xì)怏w等。

2.實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置由鐵質(zhì)階梯和玻璃盒（見圖6所示）組成。在玻璃盒（上面敞口）中放有下端有孔的隔板，將玻璃盒分為燃燒區(qū)和傾倒區(qū)，將氣體從傾倒區(qū)倒入，氣體通過隔板下的孔進(jìn)入燃燒區(qū)，最終實(shí)現(xiàn)蠟燭由下而上地熄滅。

3.制作教具

（1）用玻璃刀裁取一塊長11.5 cm、寬9.7 cm的玻璃做教具的底面；

（2）裁取長11.5 cm、寬10.4 cm兩塊玻璃做教具的前后面；再裁三塊長10.4 cm、寬9.0 cm的玻璃片；

（3）將其中一塊（長10.4 cm、寬9.0 cm）玻璃片（在9.0 cm邊）用玻璃刀裁去一個(gè)小缺口（如筆者的是半徑為2 cm的半圓），將此玻璃片作為自制教具的隔板；再取相同一塊玻璃片同樣裁去一個(gè)缺口（如半徑約為3 cm的半圓），將此作為右側(cè)面；分別用打磨石對玻璃進(jìn)行磨邊處理；

（4）用寬膠帶在外圍先將玻璃片粘結(jié)成圖7-a形狀，其中隔板與左側(cè)相距6.8 cm，最右側(cè)玻璃片大約傾斜75°，然后用透明玻璃膠打在玻璃接口（內(nèi)側(cè)），放置24小時(shí)，使玻璃徹底粘結(jié)在一起；

（5）取一塊寬1.6 cm、長17.7 cm的鐵皮，彎曲成可以放兩只蠟燭的階梯，如圖7-a中所示。

4.制作說明

（1）以上尺寸均為筆者制作所用尺寸，并不是標(biāo)準(zhǔn)，可以適當(dāng)增大或縮小；

（2）玻璃邊緣一定要進(jìn)行打磨處理，確保安全，防止劃傷手；裁玻璃等操作可以請玻璃店專業(yè)人員幫忙；

（3）最右側(cè)玻璃片劃去一個(gè)缺口（半徑為3cm的半圓）并傾斜約75°，是為了便于傾倒氣體，同時(shí)縮小右側(cè)傾倒區(qū)的容積，使更多的氣體流到左側(cè)燃燒區(qū)，使現(xiàn)象更明顯，氣體用量更少；

（4）也可以用實(shí)驗(yàn)室電鍍盒（亞克力材質(zhì)）來制作，方法相同，步驟更少更簡單，教具如圖7-b所示。

5.實(shí)驗(yàn)操作

（1）取一只250 mL（或125 mL）的集氣瓶，用排空氣法收集二氧化碳?xì)怏w，備用；

（2）將兩支短蠟燭固定在鐵質(zhì)階梯上，點(diǎn)燃，放入左側(cè)“燃燒區(qū)”中間；

（3）向右側(cè)“傾倒區(qū)”內(nèi)傾倒二氧化碳?xì)怏w（如圖8所示），可以非常明顯地觀察到下面蠟燭先熄滅，上面蠟燭后熄滅；

（4）當(dāng)蠟燭熄滅后，可向玻璃盒內(nèi)伸入燃著的木條，觀察到木條熄滅，也可分析出二氧化碳具有的性質(zhì)（突破固定思維，進(jìn)行逆向操作，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新意識）。

6.教具優(yōu)點(diǎn)

（1）立足教材，服務(wù)教學(xué)。本自制教具立足于化學(xué)教材，保留傾倒二氧化碳實(shí)驗(yàn)操作，回歸教學(xué)的起點(diǎn)，回歸課本，符合科學(xué)知識和科學(xué)過程相統(tǒng)一的原則，可激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新意識，發(fā)展探究能力和理性思維，能很好地服務(wù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

（2）裝置簡單，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。本自制教具取材容易（街上玻璃店或?qū)嶒?yàn)室），結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低廉（玻璃材料與人工共20元，用亞克力電解槽5元），外形簡潔，便于自制。

（3）操作簡便，現(xiàn)象明顯。自制教具完美地繼承了教科書設(shè)計(jì)簡約、容易觀察的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)降低了操作要求，性能穩(wěn)定（無論實(shí)驗(yàn)者是否有經(jīng)驗(yàn)都能獲得實(shí)驗(yàn)成功），安全可靠，一次制作可長期使用，非常適合課堂演示和分組實(shí)驗(yàn)，具有很高的應(yīng)用和推廣價(jià)值。

四、教具在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用與體會

1.教具應(yīng)用

在“二氧化碳熄滅蠟燭”實(shí)驗(yàn)中，筆者的教具表現(xiàn)出非常好的性能，其實(shí)只要稍加改動，還可以完成下列實(shí)驗(yàn)：

（1）檢驗(yàn)蠟燭燃燒產(chǎn)物實(shí)驗(yàn)。點(diǎn)燃階梯蠟燭，放入玻璃盒中，用硬紙板（或玻璃片）蓋好，可以看到四周玻璃上有水霧，等兩只蠟燭都熄滅后，取出蠟燭，從傾倒區(qū)倒入少許澄清石灰水，傾斜，搖晃，可以看到石灰水變渾濁，分析得出蠟燭燃燒生成水和二氧化碳。

（2）驗(yàn)證氧氣密度比空氣大實(shí)驗(yàn)。點(diǎn)燃一支短蠟燭（或圓餅形蠟燭），放入玻璃盒中，向傾倒區(qū)內(nèi)慢慢傾倒250 mL氧氣，可以看到蠟燭燃燒更旺，有白光，分析得出氧氣密度比空氣大，有助燃性。

2.應(yīng)用體會

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，利用本教具來演示（或?qū)W生分組）上述三個(gè)實(shí)驗(yàn)，可讓學(xué)生非常直觀、形象地感知實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，使復(fù)雜問題簡單化，解決課本原實(shí)驗(yàn)（或課本闡釋）存在的問題，消除學(xué)生“到底是不是”的疑惑。為此，筆者越發(fā)覺得，依據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題，就地取材，自制有效的、安全的、方便的、匹配的實(shí)驗(yàn)教具，顯得尤為必要。優(yōu)秀的自制教具，可以給予學(xué)生耳目一新的感覺，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，誘發(fā)探知欲望，引發(fā)理解性探究學(xué)習(xí)，使其在探究中明析原理，在交流中構(gòu)建知識，切實(shí)提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)

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