以[乾冰]為主題的科學(xué)創(chuàng)意實(shí)驗(yàn)

1、以乾冰為主題的科學(xué)創(chuàng)意實(shí)驗(yàn)一、教學(xué)目標(biāo)：了解二氧化碳的物理和化學(xué)性質(zhì)與用途1. 藉由有趣的乾冰實(shí)驗(yàn)，引發(fā)學(xué)習(xí)興趣，並瞭解二氧化碳的性質(zhì)與用途。2. 了解二氧化碳和人類生活的關(guān)係與應(yīng)用。二、教材設(shè)計(jì)原理乾冰對(duì)國(guó)中學(xué)生來(lái)說(shuō)，可能是比較不容易接觸的物質(zhì)，但是另一方面，乾冰相關(guān)的概念跟我們的理化卻是息息相關(guān)，所以我們有必要讓學(xué)生對(duì)乾冰有更進(jìn)一步的認(rèn)知。在學(xué)生學(xué)完乾冰相關(guān)的概念之後，適時(shí)引入這個(gè)活動(dòng)，將教材融入遊戲與實(shí)驗(yàn)中，並使學(xué)生在遊戲?qū)嶒?yàn)中對(duì)乾冰有更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)教材設(shè)計(jì)理念參考自Forgaty的課程統(tǒng)整的張網(wǎng)式、Beane的概念統(tǒng)整課程的設(shè)計(jì)模式與李坤崇、歐淑敏概念或?qū)W科的主題統(tǒng)整模式。這種模式即是

2、一種擴(kuò)散性 的思考模式（如圖4）， 其設(shè)計(jì)模式如下： 三、教材設(shè)計(jì)的架構(gòu) 首先以乾冰為主題，讓再思考理化與乾冰相關(guān)的概念。進(jìn)而以遊戲及體驗(yàn)的方式設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)。經(jīng)由討論後發(fā)展出幾個(gè)的教學(xué)活動(dòng)。 1. 教學(xué)活動(dòng)一是乾冰的外觀：包括觀察乾冰與冰的不同2. 教學(xué)活動(dòng)二是二氧化碳的不助燃：觀察燭火與二氧化碳相遇時(shí)的反應(yīng) 3. 教學(xué)活動(dòng)三是乾冰的昇華：並了解昇華的現(xiàn)象及物質(zhì)的三相變化，乾冰所產(chǎn)生的二氧化碳會(huì)使金屬產(chǎn)生震動(dòng)。4. 教學(xué)活動(dòng)四是二氧化碳水溶液：二氧化碳溶於水呈酸性5. 教學(xué)活動(dòng)五是乾冰的氧化還原：鎂帶置入乾冰內(nèi)燃燒將產(chǎn)生黑色的碳。 6. 教學(xué)活動(dòng)六是乾冰與石灰水的反應(yīng)7. 教學(xué)活動(dòng)七:乾冰趣味

3、遊戲?yàn)榱俗尳虒W(xué)活動(dòng)更吸引人，因此筆者依各個(gè)概念的名稱再另訂活動(dòng)名稱， 四. 主題教學(xué)設(shè)計(jì)概念：因?yàn)槲覀兇舜位顒?dòng)的教學(xué)對(duì)象是國(guó)二升國(guó)三學(xué)生，他們已經(jīng)上過(guò)國(guó)中理化一二冊(cè)二氧化碳、浮力、密度等相關(guān)概念，對(duì)於乾冰的相關(guān)概念及其與生活的應(yīng)用已有初步的認(rèn)知，但是可能不近完全，此時(shí)引入這個(gè)活動(dòng)剛好可以讓他們對(duì)乾冰有更多的興趣與體會(huì)，此時(shí)建立好他們的觀念，對(duì)於將來(lái)教材的銜接與連貫有相當(dāng)大的幫助。藉由一連串乾冰實(shí)驗(yàn)鍛鍊學(xué)生學(xué)理與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象之連結(jié)、分析觀察能力及思考判斷能力，並經(jīng)由活動(dòng)讓學(xué)生對(duì)於乾冰箱性質(zhì)能夠更加熟悉，能將之前所學(xué)的觀念有更進(jìn)一步的釐清及更深入的探討。五. 主題教學(xué)活動(dòng)：乾冰與冰的觀察目的：觀察乾冰

4、與冰的不同，並了解昇華的現(xiàn)象及物質(zhì)的三相變化。器材：乾冰、衛(wèi)生紙、冰塊、手套。方法：（1）發(fā)給每人一塊乾冰及一塊冰塊及數(shù)張衛(wèi)生紙。（2）將乾冰、冰塊分別放在衛(wèi)生紙上。（3）數(shù)分鐘後放冰塊的衛(wèi)生紙溼了，放乾冰的衛(wèi)生紙依然是乾的?！靖拍顚?dǎo)引】（1）乾冰是冰嗎？乾冰是什麼？為什麼叫做乾冰？參考答案：冰中文的定義應(yīng)該是固態(tài)的水，注意呦含有水的成分。乾冰呢？卻完全不含有水的成分，它不是水凝結(jié)而成的，而是固態(tài)的二氧化碳，是無(wú)色、無(wú)味的氣體二氧化碳凝結(jié)而成的。（2）固體的乾冰不會(huì)經(jīng)過(guò)溶化為液體的階段，只會(huì)直接蒸發(fā)為氣體的二氧化碳，這種由固體直接變成氣體，不經(jīng)過(guò)液體狀態(tài)的現(xiàn)象，叫做昇華。（3）比較乾冰的昇華現(xiàn)

5、象與冰塊融化時(shí)濕淋淋的感覺(jué)，同學(xué)可輕易了解為何固態(tài)的二氧化碳稱為乾冰。乾冰與冰1. 觀察：(1) 兩張衛(wèi)生紙的不同？(2) 濕濕的是因?yàn)楸闪?，那乾冰變成，這種現(xiàn)象稱為。(3) 乾冰周遭產(chǎn)生白煙，（加水更明顯）這是什麼？（可以再帶入各種白煙是什麼狀態(tài)的概念）(4) 把臉靠近乾冰感覺(jué)，這是什麼現(xiàn)象？尖叫的金屬片目的：了解熱的傳導(dǎo)現(xiàn)象及振動(dòng)產(chǎn)生聲音。器材：乾冰、冰塊、金屬製品（如：湯匙、硬幣、鐵尺等）、手套。方法：聽看看乾冰與冰和金屬製品接觸的話，會(huì)有聲音嗎？【概念導(dǎo)引】將乾冰和金屬製品接觸的話會(huì)有"滋滋"的聲音。請(qǐng)問(wèn)一下這是什麼原理呢？尖叫連連1. 產(chǎn)生聲音的條件? 2. 放

6、在乾冰上的金屬為何會(huì)發(fā)出尖銳的聲音? 3. 用手觸摸金屬感覺(jué)涼涼的,這是熱的 現(xiàn)象。乾冰瀑布目的：觀察乾冰遇水急速汽化的現(xiàn)象、了解雲(yún)霧的形成原理器材：乾冰、茶壺等容器、冷熱水。方法：（1）選用具有夾縫設(shè)計(jì)的容器，夾縫開口朝向?qū)W生。（2）將乾冰（片狀或塊狀皆可）放入盆子內(nèi)， 詢問(wèn)學(xué)生觀察到的現(xiàn)象。【概念導(dǎo)引】（1）觀察到的白色煙霧是什麼？參考答案：乾冰遇水迅速吸熱而昇華為氣態(tài)的二氧化碳，過(guò)程中由於吸收許多熱，使得二氧化碳?xì)怏w周圍的水氣冷凝成小水滴，而產(chǎn)生白色的煙霧；而二氧化碳是無(wú)色氣體。（2）為何白色煙霧會(huì)向下流形成瀑布狀？盆內(nèi)為何會(huì)騰雲(yún)駕霧，大部分的煙霧不會(huì)飄起來(lái)？ 參考答案：二氧化碳分子量4

7、4 g/mole，比空氣平均分子量28.8g/mole重，加上溫度較低，所以飛不起來(lái)。（3）為什麼乾冰一放入水中就有劇烈沸騰的現(xiàn)象？參考答案：乾冰與水接觸時(shí)，因?yàn)槲諢崃?，迅速昇華為二氧化碳?xì)怏w，造成視覺(jué)上的沸騰現(xiàn)象無(wú)形的水目的：了解二氧化碳比空氣重及應(yīng)用二氧化碳滅火。器材：乾冰、容器、蠟燭、打火機(jī)、手套。方法：（1）容器內(nèi)裝入乾冰 （2）將容器中的二氧化碳倒上點(diǎn)燃的蠟燭，燭火就熄滅，顯示產(chǎn)生的氣體二氧化碳不具有助燃性?！靖拍顚?dǎo)引】為何無(wú)形的水可以用來(lái)滅火?以點(diǎn)燃的蠟燭接近白色煙霧，燭火就熄滅，顯示產(chǎn)生的氣體二氧化碳不具有助燃性。滅火器即利用產(chǎn)生的二氧化碳來(lái)滅火。煮沸的牛奶目的：了解二氧化碳的

8、檢驗(yàn)方法。器材：乾冰、水、杯子、澄清石灰水、手套。方法：將一顆小乾冰丟入準(zhǔn)備好的澄清石灰水倒入即可?！靖拍顚?dǎo)引】澄清石灰水溶液與水中的二氧化碳接觸，產(chǎn)生白色混濁的碳酸鈣。CO2 + Ca(OH)2 è CaCO3 + H2O乾冰氣球炸彈目的：了解發(fā)生相變後，氣體體積遠(yuǎn)大於固體體積。器材：小塊乾冰數(shù)個(gè)、水、寶特瓶數(shù)個(gè)、氣球數(shù)個(gè)、手套。方法：（1）準(zhǔn)備數(shù)個(gè)寶特瓶，並在瓶?jī)?nèi)各裝約2/3滿的水。（2）準(zhǔn)備好可以塞入寶特瓶口大小之乾冰塊數(shù)小塊。（3）將乾冰放入保特瓶中，並將氣球套在寶特瓶口，稍以手扶著瓶子固 定氣球，觀察氣球膨脹注意：提醒同學(xué)勿將寶特瓶蓋蓋上，否則由於氣體體積迅速膨脹，將脹破寶

9、特瓶! 【概念導(dǎo)引】由這個(gè)遊戲，可以讓學(xué)生體驗(yàn)物質(zhì)在固體與氣體體積上明顯的差異。乾冰孵蛋蛋目的：利用乾冰急速汽化的二氧化碳來(lái)吹泡泡，以產(chǎn)生特殊的效果，並具體體驗(yàn)乾冰昇華之速度。器材：乾冰、水、造型杯子、圓形盆、洗碗精、手套。方法：（1）將乾冰放入各種特殊造型的杯子或盆子中。 （2）於容器內(nèi)放入少許的洗碗精。（4）不同容器將產(chǎn)生不同的特殊效果，如：瘦深形狀的杯子，跑出一條白蛇！圓形的盆子裡，不斷的孵出許多蛋蛋！【概念導(dǎo)引】由於乾冰放在水中，氣體受到壓力自然形成氣泡，這些氣泡若遇到洗碗精時(shí)，就像吹泡泡一樣，由於洗碗精的表面張力大，足以將二氧化碳?xì)怏w限制在泡泡中。又因?yàn)槎趸急瓤諝庵?，不?huì)飄揚(yáng)起來(lái)

10、，一個(gè)個(gè)氣泡又迅速生成，加上氣泡間彼此的吸附效果，就像一顆顆小蛋蛋接踵生出！無(wú)重力狀態(tài)目的：利用二氧化碳密度比空氣大的原理，來(lái)?yè)巫∨菖?，以產(chǎn)生特殊的效果器材：乾冰、水、盆子、泡泡槍、手套。方法：（1）將部分乾冰放入水槽中。 （2）在盆子上吹出泡泡（3）觀察泡泡漂浮情形【概念導(dǎo)引】為何泡泡會(huì)浮在水槽上?無(wú)重力狀態(tài)1. 吹出來(lái)的泡泡中所含的氣體大部分是 2. 物體要浮，必須考慮。3. 泡泡要浮在空中必須密度要空氣！4. 為什麼泡泡會(huì)浮在乾冰上呢？火與冰目的：利用鎂的活性比碳大，而使的鎂帶能夠在低溫的乾冰中燃燒，發(fā)生氧化還原現(xiàn)象器材：乾冰、鎂帶、鎂粉、電鑽、手套。方法：（1）將部分乾冰鑽洞，以便放入

11、鎂粉。 （2）將鎂帶插入鎂粉（3）點(diǎn)燃鎂帶並將乾冰蓋上【概念導(dǎo)引】燃燒需要氧，所以蠟燭可在空氣中燃燒，而正在燃燒的蠟燭遇到二氧化碳就會(huì)熄滅，可是在實(shí)驗(yàn)中鎂粉可在密閉的乾冰中繼續(xù)燃燒，氧氣從哪裡來(lái)呢？冰與火1. 燃燒除了可燃物，達(dá)燃點(diǎn)，還要2. 鎂帶要放在酒精燈火焰的哪一部位燃燒時(shí)，速度較快？為什麼？3. 鎂帶與鎂粉哪一個(gè)反應(yīng)較快？為什麼？4. 乾冰蓋住時(shí)，鎂粉還繼續(xù)燃燒，氧氣從哪裡來(lái)？5. 雖然二氧化碳，但鎂的活性比碳，所以會(huì)進(jìn)行反應(yīng)，燃燒結(jié)束會(huì)產(chǎn)生黑色的。（ps：建議先做無(wú)形的水的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生了解二氧化碳不助燃，會(huì)滅火?。┣淖兩珜?shí)驗(yàn)?zāi)康模豪枚趸既莒端纬伤嵝匀芤?，配合多樣的酸鹼指示劑製造出多變的顏色器材：乾冰、酸鹼指示劑、燒杯、手套。方法：（1）將酸鹼指示劑滴入容器並且加水 （2）將乾冰放入燒杯中加水【概念導(dǎo)引】1.二氧化碳溶於水形成酸性溶液2.將半顆乾冰加入紫高麗菜汁中，結(jié)果高麗菜汁會(huì)變成色？會(huì)不會(huì)冒出煙霧？ 3.將半顆乾冰加入藍(lán)色指示劑中，結(jié)果藍(lán)色指示會(huì)變成色？4.在透明的酚酞水溶液(500CC)中放入一粒的氫氧化鈉，攪拌一下，結(jié)果水溶液會(huì)變成什麼色？ 色，將變色的水溶液放入一小粒的乾冰，結(jié)果水溶液會(huì)