“二氧化碳灭烛实验”的简约化改进

杨宝权

摘要： 按教材“二氧化碳灭烛实验”方法实验，成功率较低。在分析其原因的基础上，参考已有文献上的改进成果，通过反复实践，对实验装置和实验方法作简约化再改进。利用原教材装置与改进后装置作对比实验，可以进一步优化教学过程。基于教学实践，对实验改进进行反思，并对教材内容提出意见和建议。

关键词： 二氧化碳灭烛实验; 简约化; 实验改进; 对比实验

文章编号： 10056629（2019）4007803中图分类号： G633.8文献标识码： B

“二氧化碳灭烛实验”是二氧化碳性质的重要实验之一，通过实验学生可以了解二氧化碳密度比空气大、二氧化碳不燃烧、一般也不支持燃烧的性质。因此，本实验对帮助学生理解二氧化碳的性质具有重要意义，在目前国内使用的所有九年级化学教材中都有此实验内容。

1 存在的问题

人教版教科书多年来一直使用图1实验方案，沪教版教科书则采用玻璃片阻隔倾倒气体（图2），这两种方法异曲同工，存在相同的问题，例如操作要求高，会产生很多意外情况： 实验时烛焰有可能无法熄灭，有的学生会因蜡烛燃烧释放的热量而烫伤;烛焰也有可能一起熄灭;甚至有可能高的先熄灭。总之，实验的成功率较低。

2 问题的原因分析

研究表明，人教版或沪教版实验方式成功率低的原因大致有以下几点：

（1） 由于收集的二氧化碳气体不足，或者倾倒二氧化碳时过于谨慎，速度缓慢，往往只是火焰晃动几下就又正常燃烧了;

（2） 由于二氧化碳倾倒位置过于靠前，使大部分二氧化碳气体先接触上方蜡烛，因此造成上面的蜡烛先熄灭;

（3） 由于倾倒的速度过快，蜡烛熄灭的前后顺序不明显，看似同时熄灭;

（4） 阶梯蜡烛放置的高度差较小，致使两支蜡烛熄灭的顺序不符合预期现象;

（5） 蜡烛燃烧时的火焰较大，放出热量多，不仅使操作无法施展，同时也使附近气体对流增强，结果两支蜡烛都不熄灭，操作者也易被烧伤。

上述因素中既包括操作者的经验因素，也包括实验准备的细节，致使实验的重复性较差，不仅学生实验时成功率低，而且教师的演示实验也不能确保成功，许多教师每次做这个实验时都感到如履薄冰，大大影响了教学效果。

3 已有的改进成果

针对上述存在的问题及可能的原因分析，许多研究者提出了众多改进方案。虽然创新迭出，但概括起来可分为以下几种情况。

3.1 缩小容器的口部

教材中二氧化碳收集在集气瓶中，由于集气瓶口较大，在倾倒时二氧化碳大面积涌出，导致上面的蜡烛先熄灭或两支蜡烛同时熄灭等现象的发生。周云标、陈迪妹[1]利用矿泉水瓶来盛装二氧化碳气体（如图3a），由于矿泉水瓶的容积比集气瓶大，而瓶口比集气瓶瓶口小，这样不仅保证了二氧化碳充足的量，也使得二氧化碳在倾倒时不容易大量涌出，从而大大提高了实验的成功率;邓九皋[2]将原实验装置中集气瓶口的毛玻璃片改用橡胶塞，并将粗试管（25mm×20mm）截去2/3长，只留距管口1/3长，并插入橡胶塞中，同时插入一直角导气管至集气瓶底部，以便空气进入瓶的底部，有利于倒出二氧化碳（如图3b）;卢洪福[3]将两支蜡烛分别插入沙子中，使蜡烛高低不同，同时将二氧化碳收集在有一小孔的塑料瓶中（小孔事先用棉花堵住），实验时用镊子把棉花取走，再旋开瓶盖，二氧化碳就从小孔“流”出来（如图3c）。

3.2 改进倾倒方式

倾倒二氧化碳时，为使其能顺利地到达烧杯底部，许多一线教师在实验过程中增加了辅助用品，使烧杯分隔成两个区域——燃烧区与倾倒区，这也是目前该实验改进的主要方向。例如戴荣泽[4]使用了漏斗（如图4a），将收集满CO2气体的集气瓶（250mL规格），往漏斗中慢慢倒入CO2;肖利辉[5]在烧杯内一侧放l块玻璃片，再从烧杯的一侧缓缓将集气瓶中的二氧化碳倒入（如图4b）;陈勇[6]等则使用了宽背板的金属阶梯，并于板后倾倒二氧化碳（如图4c）;张莉[7]进一步突破烧杯中完成实验的思维限制，将生成的二氧化碳气体经过Y形导管，分别对准两支高低不同、燃烧着的蜡烛火焰（如图4d）。

3.3 改变蜡烛阶梯形态

蜡烛的阶梯放置是本实验成功的关键因素之一，因此有教师从改变蜡烛的放置方式着眼，简化实验操作，优化实验效果。例如，李娜[8]重新设计了实验装置（如图5a），实验时二氧化碳沿着导气槽进入实验装置底部;潘淑兰[9]等将高低蜡烛换成自制双头酒精灯（如图5b），解决了阶梯蜡烛高度差及火焰大小不能恒定的问题。

3.4 改变操作顺序

传统的操作是将二氧化碳倒入烧杯中，其中事先放置点燃着的高低蜡烛，大多数的实验改进也遵循着这样的操作顺序，然而卢洪福[10]突破固定思维，进行逆向操作： 先把二氧化碳倾倒入烧杯中（见图6a），再把燃着的蜡烛伸入（见图6b）。

将已有该实验的改进与教科书中实验方法进行比较，不难看出其优劣所在。客观地讲，已有的改进实验装置虽然提高了實验的成功率，但有的装置存在结构复杂、操作繁琐、影响实验观察、不利于学生操作等不足，影响其推广使用;有的改进装置背离了教材中的实验意图，无法体现（强化）灭火中二氧化碳的全部性质，说服力不够，特别是改变操作的顺序引起较大的争议[11]。将上述成果进一步梳理，发现本实验成功的关键是避开火焰与二氧化碳的正面接触。由此，根据教材中的实验装置，笔者不断实践与总结，最终设计一种新的简约装置，通过对比优化教学的实验方案。

4 实验的再改进

4.1 实验用品

石灰石、稀盐酸、带导管的单孔橡皮塞、烧杯（250mL）一只、小蜡烛两支、铝制阶梯一副、粗铁丝（或钢丝）一根、集气瓶、火柴、玻璃片

4.2 实验装置

教材中蜡烛阶梯悬挂在烧杯壁上放置（如图7a），笔者现改为将蜡烛阶梯悬挂于粗铁丝上，然后将铁丝一端置于烧杯口处、另一端不断调整位置使蜡烛靠边放置（如图7b）。

4.3 实验操作

（1） 由上至下依次点燃两支蜡烛，并将铝制阶梯挂在粗铁丝上，粗铁丝担搁在烧杯口部，一端置于烧杯口处，另一端调整位置最终使蜡烛靠烧杯的右边壁;

（2） 用玻璃片蓋住集气瓶口部，留一小的出口，将集气瓶中二氧化碳沿烧杯的左边壁缓慢倒入烧杯中（如图8）。

为防止蜡烛火焰灼伤手部，集气瓶应侧向偏离火焰。

4.4 改进的优点

（1） 本实验装置简约易行，在原有实验用品的基础上只需增加一根粗铁丝即可，还可以多次重复使用。

（2） 既保留了教科书中实验装置设计简单、操作便捷、容易观察的优点，又大大提高了实验的成功率。

5 反思

（1） 通常实验教学课前化学教师先要把相关实验器材从化学实验室拿到办公室，上课时再从办公室转移到教室。所以化学实验器材应尽量简约，化学教师才能轻装上阵，顺利完成实验教学。因此，实验的改进不仅要考虑实验的科学性和现象更明显，还要考虑仪器装置的简约性和实验操作的简单化。

（2） 将实验改进与教学联系起来，使实验的改进回归教学的原点。学生通过两种实验方法完成情况的对比，不仅清晰掌握了二氧化碳灭火的原理，更体验了科学探究的学习过程，尝试着从“证据推理与模型认知”角度进行学习方法的建构，有利于培养实验探究的能力与创新的意识。

参考文献：

[1]周云标、 陈迪妹. 对倾倒二氧化碳实验的创新设计[J]. 中学化学教学参考， 2012， （8）： 99.

[2]邓九皋. 二氧化碳熄灭阶梯烛火实验的改进[J]. 化学教育， 1994， （8）： 34～35.

[3][10]卢洪福. 二氧化碳熄灭蜡烛火焰的新设计[J]. 化学教学， 2015， （3）： 48～49.

[4]戴荣泽. 两个实验的巧妙组合[J]. 中学化学， 2014， （9）： 21.

[5]肖利辉. 九年级化学上册教材几个实验的改进[J]. 实验教学与仪器， 2010， 27（3）： 25～27.

[6]陈勇、 周良建. CO2熄灭蜡烛火焰实验的再改进[J]. 化学教学， 2017， （6）： 68～70.

[7]张莉. 对“倾倒二氧化碳”实验的改进[J]. 中学化学教学参考， 2017， （5）： 54.

[8]李娜. 倾倒二氧化碳熄灭阶梯蜡烛实验的改进[J]. 化学教育， 2014， （5）： 70～72.

[9]潘淑兰、 吴晗清. “二氧化碳灭蜡实验”的改进[J]. 首都师范大学学报（自然科学版）， 2017， 38（5）： 48～50.

[11]郑莹. 二氧化碳灭烛实验改进的商榷[J]. 新课程（上）， 2014， （3）： 19.