二氧化碳滅火實驗改進研究和創(chuàng)新設(shè)計

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驗成功率低，現(xiàn)象可視對比度弱，教學(xué)價值效能差，有待優(yōu)化改進。基于文獻研究、分析以往的實驗裝置，并從實驗科學(xué)嚴密性和實驗演示效果角度創(chuàng)新設(shè)計實驗裝置：在原教材實驗裝置基礎(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;氣體制取與滅火實驗一體化，延長高低蠟燭熄滅時間差。改進后實驗科學(xué)嚴謹、成功率高、現(xiàn)象可視對比度強、實用性強。

關(guān)鍵詞：二氧化碳;滅火實驗;改進研究;創(chuàng)新設(shè)計

文章編號：1008-0546（2020）03-0095-03

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j .issn. 1008-0546.2020.03.027

一、問題提出

二氧化碳滅火實驗是現(xiàn)行初中人教版教材的重要演示實驗（如圖1所示），教材旨在通過該實驗驗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)生與實驗預(yù)設(shè)現(xiàn)象不符的“異常現(xiàn)象”與“不良后果”：

（1）二氧化碳氣體傾倒過快或傾倒角度不恰當，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)象認識錯誤;

（2）二氧化碳氣體傾倒過慢，蠟燭燃燒產(chǎn)生熱量會導(dǎo)致氣體受熱上浮逸走，兩根蠟燭都不熄滅。此時，教師會另取一瓶二氧化碳進行“補救”實驗，有的甚至多次不成功[1]，浪費課堂時間，降低課堂效率，若沒有預(yù)留多余的二氧化碳氣體，則預(yù)示實驗失敗，實驗欠缺可控性;

（3）傾倒的角度恰當，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)象的對比性。

綜上所述，教材實驗方案成功率低，導(dǎo)致學(xué)生對實驗現(xiàn)象的分析產(chǎn)生疑惑甚至導(dǎo)致實驗失敗[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，可高低蠟燭熄滅時間間隔短，現(xiàn)象可視對比度弱，缺乏觀賞性和實用性，降低了教學(xué)價值效能，實驗有待優(yōu)化改進。

二、研究現(xiàn)狀與分析

鑒于文獻具有代表性、傳承性和發(fā)展性，筆者基于文獻研究法，對收錄在CNKI數(shù)據(jù)庫的論文、各地中考題目等相關(guān)文獻進行歸納、研究和科學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)該實驗裝置改進案例很多，見圖2和表1，但仔細分析部分相關(guān)改進案例尚有不足之處：（1）有些實驗改進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)上的錯誤。（2）-些實驗改進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，實驗尚不夠科學(xué)嚴密，成功率低。（3）某些實驗改進能延長高低蠟燭熄滅間隔時間，增強了現(xiàn)象的視覺對比，但蠟燭熄滅耗時長。因此，可基于文獻進一步研究改進，創(chuàng)新設(shè)計一個科學(xué)嚴密、現(xiàn)象明顯的實驗裝置。

三、設(shè)計思路

基于文獻研究，優(yōu)化設(shè)計的創(chuàng)新實驗裝置務(wù)必在沒有科學(xué)本質(zhì)錯誤的前提下著力解決以下三個問題：一是實驗過程中要排除熱量干擾、氣流干擾，使實驗更科學(xué)嚴謹;二是實驗操作簡單，成功率高，現(xiàn)象可視對比度強;三是實驗裝置還要具備取材容易、制作簡單、便于操作、重復(fù)性好、安全可靠等特點[7]。

四、創(chuàng)新設(shè)計

1.儀器制作

取鋁板剪去中間一部分，形成1cm寬的長方形縫，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注，定位二氧化碳氣體的出氣孔位置（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，出氣孔位置對準定位點（如圖5所示）。

2.實驗裝置

改進的實驗裝置如圖6所示，A部分是二氧化碳氣體發(fā)生裝置，B部分是二氧化碳滅火實驗裝置部分。

3.實驗改進的優(yōu)點

（1）科學(xué)嚴密性：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，實驗科學(xué)嚴謹，提高實驗的可信度，同時培育了師生嚴謹?shù)目茖W(xué)精神。

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

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

（4）實用性強：課堂當場制備二氧化碳氣體，不需要提前收集氣體，準備時間短，也不怕提前收集的二氧化碳氣體泄漏，或者收集的氣體不夠。儀器制作簡單，操作方便，可適用人教版教材要求的學(xué)生實驗2——二氧化碳的實驗室制取與性質(zhì)。

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

五、結(jié)語

教材實驗是相對具有代表性的，但部分也存在些許問題，一線教師在教學(xué)實踐中主動探索、積極創(chuàng)新，不僅提高實驗教學(xué)的質(zhì)量，豐富中學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)資源，還能讓學(xué)生認識到教材實驗是可以改進的，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)新實驗教學(xué)發(fā)揮著傳授科學(xué)知識的基本功能，也是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和能力的重要載體，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

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[7]梁勝金.吸熱反應(yīng)實驗的新設(shè)計[J].化學(xué)教學(xué)，2018（11）：80-81+89

[8] 易紅郡，姜遠謀.實驗教學(xué)40年：回顧與展望[J].課程·教材·教法，2018，38（6） ：14-20