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上，參考已有文獻上的改進成果，通過反復實踐，對實驗裝置和實驗方法作簡約化再改進。利用原教材裝置與改進后裝置作對比實驗，可以進一步優(yōu)化教學過程。基于教學實踐，對實驗改進進行反思，并對教材內(nèi)容提出意見和建議。

關鍵詞： 二氧化碳滅燭實驗; 簡約化; 實驗改進; 對比實驗

文章編號： 10056629（2019）4007803中圖分類號： G633.8文獻標識碼： 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?，實驗的成功率較低。

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氣體不足，或者傾倒二氧化碳時過于謹慎，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，使大部分二氧化碳氣體先接觸上方蠟燭，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，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，也包括實驗準備的細節(jié)，致使實驗的重復性較差，不僅學生實驗時成功率低，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，大大影響了教學效果。

3 已有的改進成果

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、陳迪妹[1]利用礦泉水瓶來盛裝二氧化碳氣體（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，同時插入一直角導氣管至集氣瓶底部，以便空氣進入瓶的底部，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?。?，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 改進傾倒方式

傾倒二氧化碳時，為使其能順利地到達燒杯底部，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]進一步突破燒杯中完成實驗的思維限制，將生成的二氧化碳氣體經(jīng)過Y形導管，分別對準兩支高低不同、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]重新設計了實驗裝置（如圖5a），實驗時二氧化碳沿著導氣槽進入實驗裝置底部;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)的實驗改進也遵循著這樣的操作順序，然而盧洪福[10]突破固定思維，進行逆向操作： 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與教科書中實驗方法進行比較，不難看出其優(yōu)劣所在?？陀^地講，已有的改進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)復雜、操作繁瑣、影響實驗觀察、不利于學生操作等不足，影響其推廣使用;有的改進裝置背離了教材中的實驗意圖，無法體現(xiàn)（強化）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]。將上述成果進一步梳理，發(fā)現(xiàn)本實驗成功的關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)，最終設計一種新的簡約裝置，通過對比優(yōu)化教學的實驗方案。

4 實驗的再改進

4.1 實驗用品

石灰石、稀鹽酸、帶導管的單孔橡皮塞、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燒杯的左邊壁緩慢倒入燒杯中（如圖8）。

為防止蠟燭火焰灼傷手部，集氣瓶應側(cè)向偏離火焰。

4.4 改進的優(yōu)點

（1） 本實驗裝置簡約易行，在原有實驗用品的基礎上只需增加一根粗鐵絲即可，還可以多次重復使用。

（2） 既保留了教科書中實驗裝置設計簡單、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） 通常實驗教學課前化學教師先要把相關實驗器材從化學實驗室拿到辦公室，上課時再從辦公室轉(zhuǎn)移到教室。所以化學實驗器材應盡量簡約，化學教師才能輕裝上陣，順利完成實驗教學。因此，實驗的改進不僅要考慮實驗的科學性和現(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） 將實驗改進與教學聯(lián)系起來，使實驗的改進回歸教學的原點。學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，更體驗了科學探究的學習過程，嘗試著從“證據(jù)推理與模型認知”角度進行學習方法的建構(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：

[1]周云標、 陳迪妹. 對傾倒二氧化碳實驗的創(chuàng)新設計[J]. 中學化學教學參考， 2012， （8）： 99.

[2]鄧九皋. 二氧化碳熄滅階梯燭火實驗的改進[J]. 化學教育， 1994， （8）： 34～35.

[3][10]盧洪福. 二氧化碳熄滅蠟燭火焰的新設計[J]. 化學教學， 2015， （3）： 48～49.

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

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

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

[7]張莉. 對“傾倒二氧化碳”實驗的改進[J]. 中學化學教學參考， 2017， （5）： 54.

[8]李娜. 傾倒二氧化碳熄滅階梯蠟燭實驗的改進[J]. 化學教育， 2014， （5）： 70～72.

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

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