以[乾冰]為主題的科學(xué)創(chuàng)意實驗

1、以乾冰為主題的科學(xué)創(chuàng)意實驗一、教學(xué)目標：了解二氧化碳的物理和化學(xué)性質(zhì)與用途1. 藉由有趣的乾冰實驗，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)計原理乾冰對國中學(xué)生來說，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)生對乾冰有更進一步的認知。在學(xué)生學(xué)完乾冰相關(guān)的概念之後，適時引入這個活動，將教材融入遊戲與實驗中，並使學(xué)生在遊戲?qū)嶒炛袑η懈M一步的認識教材設(shè)計理念參考自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、一種擴散性 的思考模式（如圖4）， 其設(shè)計模式如下： 三、教材設(shè)計的架構(gòu) 首先以乾冰為主題，讓再思考理化與乾冰相關(guān)的概念。進而以遊戲及體驗的方式設(shè)計教學(xué)活動。經(jīng)由討論後發(fā)展出幾個的教學(xué)活動。 1. 教學(xué)活動一是乾冰的外觀：包括觀察乾冰與冰的不同2. 教學(xué)活動二是二氧化碳的不助燃：觀察燭火與二氧化碳相遇時的反應(yīng) 3. 教學(xué)活動三是乾冰的昇華：並了解昇華的現(xiàn)象及物質(zhì)的三相變化，乾冰所產(chǎn)生的二氧化碳會使金屬產(chǎn)生震動。4. 教學(xué)活動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)活動六是乾冰與石灰水的反應(yīng)7. 教學(xué)活動七:乾冰趣味

3、遊戲為了讓教學(xué)活動更吸引人，因此筆者依各個概念的名稱再另訂活動名稱， 四. 主題教學(xué)設(shè)計概念：因為我們此次活動的教學(xué)對象是國二升國三學(xué)生，他們已經(jīng)上過國中理化一二冊二氧化碳、浮力、密度等相關(guān)概念，對於乾冰的相關(guān)概念及其與生活的應(yīng)用已有初步的認知，但是可能不近完全，此時引入這個活動剛好可以讓他們對乾冰有更多的興趣與體會，此時建立好他們的觀念，對於將來教材的銜接與連貫有相當大的幫助。藉由一連串乾冰實驗鍛鍊學(xué)生學(xué)理與實驗現(xiàn)象之連結(jié)、分析觀察能力及思考判斷能力，並經(jīng)由活動讓學(xué)生對於乾冰箱性質(zhì)能夠更加熟悉，能將之前所學(xué)的觀念有更進一步的釐清及更深入的探討。五. 主題教學(xué)活動：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，是無色、無味的氣體二氧化碳凝結(jié)而成的。（2）固體的乾冰不會經(jīng)過溶化為液體的階段，只會直接蒸發(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、象與冰塊融化時濕淋淋的感覺，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) 濕濕的是因為冰成了，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，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，會有聲音嗎？【概念導(dǎo)引】將乾冰和金屬製品接觸的話會有"滋滋"的聲音。請問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發(fā)出尖銳的聲音? 3. 用手觸摸金屬感覺涼涼的,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)， 詢問學(xué)生觀察到的現(xiàn)象?！靖拍顚?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，過程中由於吸收許多熱，使得二氧化碳氣體周圍的水氣冷凝成小水滴，而產(chǎn)生白色的煙霧；而二氧化碳是無色氣體。（2）為何白色煙霧會向下流形成瀑布狀？盆內(nèi)為何會騰雲(yún)駕霧，大部分的煙霧不會飄起來？ 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。（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，因為吸收熱量，迅速昇華為二氧化碳氣體，造成視覺上的沸騰現(xiàn)象無形的水目的：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、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】為何無形的水可以用來滅火?以點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)生的二氧化碳來滅火。煮沸的牛奶目的：了解二氧化碳的

8、檢驗方法。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備好的澄清石灰水倒入即可。【概念導(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，氣體體積遠大於固體體積。器材：小塊乾冰數(shù)個、水、寶特瓶數(shù)個、氣球數(shù)個、手套。方法：（1）準備數(shù)個寶特瓶，並在瓶內(nèi)各裝約2/3滿的水。（2）準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】由這個遊戲，可以讓學(xué)生體驗物質(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吹泡泡，以產(chǎn)生特殊的效果，並具體體驗乾冰昇華之速度。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，就像吹泡泡一樣，由於洗碗精的表面張力大，足以將二氧化碳氣體限制在泡泡中。又因為二氧化碳比空氣重，不會飄揚起來

10、，一個個氣泡又迅速生成，加上氣泡間彼此的吸附效果，就像一顆顆小蛋蛋接踵生出！無重力狀態(tài)目的：利用二氧化碳密度比空氣大的原理，來撐住泡泡，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】為何泡泡會浮在水槽上?無重力狀態(tài)1. 吹出來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熄滅，可是在實驗中鎂粉可在密閉的乾冰中繼續(xù)燃燒，氧氣從哪裡來呢？冰與火1. 燃燒除了可燃物，達燃點，還要2. 鎂帶要放在酒精燈火焰的哪一部位燃燒時，速度較快？為什麼？3. 鎂帶與鎂粉哪一個反應(yīng)較快？為什麼？4. 乾冰蓋住時，鎂粉還繼續(xù)燃燒，氧氣從哪裡來？5. 雖然二氧化碳，但鎂的活性比碳，所以會進行反應(yīng)，燃燒結(jié)束會產(chǎn)生黑色的。（ps：建議先做無形的水的實驗，讓學(xué)生了解二氧化碳不助燃，會滅火?。┣淖兩珜嶒?zāi)康模豪枚趸既莒端纬伤嵝匀芤海浜隙鄻拥乃猁|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)果高麗菜汁會變成色？會不會冒出煙霧？ 3.將半顆乾冰加入藍色指示劑中，結(jié)果藍色指示會變成色？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