以[乾冰]为主题的科学创意实验.doc

以[ 乾冰 ] 為主題的科學創意實驗一、教學目標：了解二氧化碳的物理和化學性質與用途1. 藉由有趣的乾冰實驗，引發學習興趣，並瞭解二氧化碳的性質與用 途2. 了解二氧化碳和人類生活的關係與應用二、教材設計原理乾冰對國中學生來說，可能是比較不容易接觸的物質，但是另一方 面，乾冰相關的概念跟我們的理化卻是息息相關，所以我們有必要讓學 生對乾冰有更進一步的認知在學生學完乾冰相關的概念之後，適時引 入這個活動，將教材融入遊戲與實驗中，並使學生在遊戲實驗中對乾冰 有更進一步的認識教材設計理念參考自Forgaty的課程統整的張網式、Beane勺概念統整課程的設計模式與李坤崇、歐淑敏概念或學科的主題統整模式這種 模式即是一種擴散性 的思考模式（如圖 4），其設計模式如下：Beane Ift念就格課柑r^2 Bran*的概念城整澤程r左^肚⑴旳11)三、教材設計的架構首先以「乾冰」為主題，讓再思考理化與乾冰相關的概念進而以遊戲 及體驗的方式設計教學活動經由討論後發展出幾個的教學活動1. 教學活動一是乾冰的外觀：包括觀察乾冰與冰的不同2. 教學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3. 教學活動三是乾冰的昇華：並了解昇華的現象及物質的三相變化， 乾冰所產生的二氧化碳會使金屬產生震動。

4. 教學活動四是二氧化碳水溶液：二氧化碳溶於水呈酸性5. 教學活動五是乾冰的氧化還原：鎂帶置入乾冰內燃燒將產生黑色的 碳6. 教學活動六是乾冰與石灰水的反應7. 教學活動七：乾冰趣味遊戲 為了讓教學活動更吸引人，因此筆者依各個概念的名稱再另訂活動名 稱，四. 主題教學設計概念:因為我們此次活動的教學對象是國二升國三學生 ，他們已經上過 國中理化一二冊二氧化碳、浮力、密度等相關概念，對於乾冰的相關 概念及其與生活的應用已有初步的認知，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 串乾冰實驗鍛鍊學生學理與實驗現象之連結、分析觀察能力及思考判 斷能力，並經由活動讓學生對於乾冰箱性質能夠更加熟悉，能將之前 所學的觀念有更進一步的釐清及更深入的探討五. 主題教學活動：乾冰與冰的觀察目的：觀察乾冰與冰的不同，並了解昇華的現象及物質的三相變化 器材：乾冰、衛生紙、冰塊、手套方法：（1） 發給每人一塊乾冰及一塊冰塊及數張衛生紙2） 將乾冰、冰塊分別放在衛生紙上3） 數分鐘後放冰塊的衛生紙溼了，放乾冰的衛生紙依然是乾的【概念導引】(1) 「乾冰」是冰嗎？ 「乾冰」是什麼？為什麼叫做「乾冰」？參考答案：「冰」中文的定義應該是固態的水，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 凝結而成的，而是固態的二氧化碳，是無色、無味的氣體 二氧化碳凝結而成的2) 固體的乾冰不會經過溶化為液體的階段，只會直接蒸發為氣體 的二氧化碳，這種由固體直接變成氣體，不經過液體狀態的現 象，叫做「昇華」3) 比較乾冰的昇華現象與冰塊融化時濕淋淋的感覺，同學可輕易了解為何固態的二氧化碳稱為乾冰乾冰與冰1.觀察：(1) 兩張衛生紙的不同？ (2) 濕濕的是因為冰 成 了，那乾冰變成 ，這種現象稱為 3) 乾冰周遭產生白煙，(加水更明顯)這是什麼? (可以再帶入各種白煙是什麼狀態的概念)(4) 把臉靠近乾冰感覺 ，這是什麼現象？ 尖叫的金屬片目的：了解熱的傳導現象及振動產生聲音器材：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. 產生聲音的條件? 2. 放在乾冰上的金屬為何會發出尖銳的聲音 ? 3. 用手觸摸金屬感覺涼涼的，這是熱的 現象乾冰瀑布目的：觀察乾冰遇水急速汽化的現象、了解雲霧的形成原理器材：乾冰、茶壺等容器、冷熱水。

方法：(1) 選用具有夾縫設計的容器，夾縫開口朝向學生2) 將乾冰(片狀或塊狀皆可)放入盆子內， 詢問學生觀察到的現 象概念導引】(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？盆內為何會騰雲駕霧，大 部分的煙霧不會飄起來？參考答案：二氧化碳分子量44 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象無形的水目的：了解二氧化碳比空氣重及應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 產生的氣體二氧化碳不具有助燃性概念導引】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，顯示產生的氣體二氧化碳不具有助燃性滅火器即利用產生的二氧化碳來滅火煮沸的牛奶目的：了解二氧化碳的檢驗方法。

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引】澄清石灰水溶液與水中的二氧化碳接觸，產生白色混濁的碳酸鈣CO2 + Ca(0H)2 CaC03 + H2O 乾冰氣球炸彈目的：了解發生相變後，氣體體積遠大於固體體積器材：小塊乾冰數個、水、寶特瓶數個、氣球數個、手套方法：（1） 準備數個寶特瓶，並在瓶內各裝約 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：提醒同學勿將寶特瓶蓋蓋上，否則由於氣體體積迅速膨脹，將 脹破寶特瓶！【概念導引】由這個遊戲，可以讓學生體驗物質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）於容器內放入少許的洗碗精（4）不同容器將產生不同的特殊效果，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，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！無重力狀態目的：利用二氧化碳密度比空氣大的原理，來撐住泡泡，以產生特殊 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【概念導引】 為何泡泡會浮在水槽上？無重力狀態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,發生氧化還原現象器材：乾冰、鎂帶、鎂粉、電鑽、手套方法：（1）將部分乾冰鑽洞，以便放入鎂粉2） 將鎂帶插入鎂粉（3） 點燃鎂帶並將乾冰蓋上【概念導引】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較快？ 為什麼？ 4. 乾冰蓋住時，鎂粉還繼續燃燒，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，燃燒結束會產生黑色的 。

ps:建議先做無形的水的實驗，讓學生了解二氧化碳不助燃，會滅火！！）乾冰的變色實驗目的：利用二氧化碳溶於水形成酸性溶液，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，結果水溶液會變成什麼色？ 乾冰實驗的危險性有學生卻把乾冰偷偷放入裝水的保特瓶中，而且還關起來，密閉容器有高壓氣體是很危險的事乾冰的溫度極低，有學生去摸乾冰，但若超過 3~5秒鐘，就有可能會凍傷危險3：白色煙霧的主要組成份是水氣與二氧化碳，二氧化碳碰到水，會 形成碳酸，大吸一口，會造成學生呼吸道的強烈刺激，而導致強 烈咳嗽或不適危險4: 二氧化碳濃度可能會過高，請注意通風。