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二氧化碳灭火实验改进研究和创新设计

范文

彭兰贞苏日平

摘要：现行人教版初中教材中二氧化碳灭火演示实验成功率低，现象可视对比度弱，教学价值效能差，有待优化改进。基于文献研究、分析以往的实验装置，并从实验科学严密性和实验演示效果角度创新设计实验装置：在原教材实验装置基础上增添中间剪缝的隔热铝板，减少热量干扰;用塑料吸管横置导气替代倾倒法，排除气流干扰;气体制取与灭火实验一体化，延长高低蜡烛熄灭时间差。改进后实验科学严谨、成功率高、现象可视对比度强、实用性强。

关键词：二氧化碳;灭火实验;改进研究;创新设计

文章编号：1008-0546（2020）03-0095-03

中图分类号：G632.41

文献标识码：B

doi： 10.3969/j .issn. 1008-0546.2020.03.027

一、问题提出

二氧化碳灭火实验是现行初中人教版教材的重要演示实验（如图1所示），教材旨在通过该实验验证二氧化碳密度比空气大、不支持燃烧、也不能燃烧的性质。但经多次课堂实践发现，倾倒的角度、气流的快慢、热量的干扰和操作的熟练都有可能产生与实验预设现象不符的“异常现象”与“不良后果”：

（1）二氧化碳气体倾倒过快或倾倒角度不恰当，致使高阶蜡烛先熄灭，低阶蜡烛后熄灭，甚至低阶蜡烛不熄灭的现象，导致学生宏观现象认识错误;

（2）二氧化碳气体倾倒过慢，蜡烛燃烧产生热量会导致气体受热上浮逸走，两根蜡烛都不熄灭。此时，教师会另取一瓶二氧化碳进行“补救”实验，有的甚至多次不成功[1]，浪费课堂时间，降低课堂效率，若没有预留多余的二氧化碳气体，则预示实验失败，实验欠缺可控性;

（3）倾倒的角度恰当，但倒人二氧化碳的量不够，或气体受蜡烛热量干扰逸走，低阶蜡烛熄灭，但高阶蜡烛不熄灭的现象，影响现象的对比性。

综上所述，教材实验方案成功率低，导致学生对实验现象的分析产生疑惑甚至导致实验失败[2]。即使出现了阶梯蜡烛自下而上依次熄灭的预设现象，可高低蜡烛熄灭时间间隔短，现象可视对比度弱，缺乏观赏性和实用性，降低了教学价值效能，实验有待优化改进。

二、研究现状与分析

鉴于文献具有代表性、传承性和发展性，笔者基于文献研究法，对收录在CNKI数据库的论文、各地中考题目等相关文献进行归纳、研究和科学分析，发现该实验装置改进案例很多，见图2和表1，但仔细分析部分相关改进案例尚有不足之处：（1）有些实验改进只求得到阶梯蜡烛自下而上依次熄灭的预设现象，但存在科学本质上的错误。（2）-些实验改进没有排除倾倒气体产生的气流干扰，或没有减少蜡烛燃烧的热量干扰，实验尚不够科学严密，成功率低。（3）某些实验改进能延长高低蜡烛熄灭间隔时间，增强了现象的视觉对比，但蜡烛熄灭耗时长。因此，可基于文献进一步研究改进，创新设计一个科学严密、现象明显的实验装置。

三、设计思路

基于文献研究，优化设计的创新实验装置务必在没有科学本质错误的前提下着力解决以下三个问题：一是实验过程中要排除热量干扰、气流干扰，使实验更科学严谨;二是实验操作简单，成功率高，現象可视对比度强;三是实验装置还要具备取材容易、制作简单、便于操作、重复性好、安全可靠等特点[7]。

四、创新设计

1.仪器制作

取铝板剪去中间一部分，形成1cm宽的长方形缝，制成隔热板（如图3所示）。用稍硬的铁丝绑着两根蜡烛置于烧杯左右两边，形成高低蜡烛。把制作的隔热板置于装有高低蜡烛的烧杯中，用粉笔在距离两根蜡烛芯高低相等、左右距离相同的地方标注，定位二氧化碳气体的出气孔位置（如图4所示）。取塑料吸管弯管部分稍剪短，并折成90度角横置导气，用蜡烛滴蜡固定在烧杯上，出气孔位置对准定位点（如图5所示）。

2.实验装置

改进的实验装置如图6所示，A部分是二氧化碳气体发生装置，B部分是二氧化碳灭火实验装置部分。

3.实验改进的优点

（1）科学严密性：塑料吸管横置导气，出气孔离蜡烛火焰高低一致、左右距离相等，气流方向不受限，上下左右都可以选择，排除了气流干扰。其次，用隔板隔热，减少了热量干扰，实验科学严谨，提高实验的可信度，同时培育了师生严谨的科学精神。

（2）成功率高：采用改进装置后发现演示能看到预设现象，成功率高，提高了实验演示效果和教学质量。

（3）可视对比度强：蜡烛在较短时间内自下而上依次熄灭，而且高低蜡烛熄灭时间间隔较长，不会出现两根蜡烛同时熄灭或熄灭时间差太短的情况，学生有充足的观察时间，增强了现象的可视对比度。

（4）实用性强：课堂当场制备二氧化碳气体，不需要提前收集气体，准备时间短，也不怕提前收集的二氧化碳气体泄漏，或者收集的气体不够。仪器制作简单，操作方便，可适用人教版教材要求的学生实验2——二氧化碳的实验室制取与性质。

（5）培养学生学科核心素养：课堂演示实验改进，渗透创新意识，助力培养学生科学探究和创新意识学科核心素养。

五、结语

教材实验是相对具有代表性的，但部分也存在些许问题，一线教师在教学实践中主动探索、积极创新，不仅提高实验教学的质量，丰富中学化学实验教学资源，还能让学生认识到教材实验是可以改进的，潜移默化培养学生质疑精神、创新精神，发展学生学科核心素养。总之，创新实验教学发挥着传授科学知识的基本功能，也是培养学生创新意识和能力的重要载体，其所内含的“知”与“创”两大要素正是创新教育之所求[8]。

参考文献

[1]吴长顺.“二氧化碳性质”实验的简约创新设计[J]化学教育，2015，36（13）：73

[2][3]明月露.二氧化碳性质实验的改进[J].实验教学与仪器，2015，32（21）：58.

[4] 汪小三.让实验教学异常现象变成一次美丽的邂逅——“二氧化碳的制取和性质”观课摭谈[J].中学化学教学参考，2014（21）：41

[5]张泽志，高霞，张颂平.二氧化碳性质实验的创新及微型化[J].河南教育学院学报（自然科学版），2017，26（2）：58-60

[6]徐掌印.二氧化碳性质实验的创新设计[J].教学仪器与实验，2009，25（10）：15

[7]梁胜金.吸热反应实验的新设计[J].化学教学，2018（11）：80-81+89

[8] 易红郡，姜远谋.实验教学40年：回顾与展望[J].课程·教材·教法，2018，38（6）：14-20

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