設計適合國小學生動手做的化學實驗:國小學童進行電池取火「燃燒火種」活動 / 黃郁芬、辛懷梓、張自立

星期四 , 7, 三月 2019 Leave a comment

設計適合國小學生動手做的化學實驗:

國小學童進行電池取火「燃燒火種」活動

黃郁芬1, 3, *、辛懷梓2、張自立2

1國立臺北教育大學自然科學教育學系碩士在職專班
2國立臺北教育大學自然科學教育學系
3新北市立土城區安和國民小學

*lisa0205@mail.anhoes.ntpc.edu.tw

前言

在國小自然與生活科技五下課程「燃燒與生鏽」單元中,小朋友認識到燃燒的三要素應具備可燃物(紙張)、助燃物(氧氣)及達到燃點(燃燒的溫度)。因為錫箔紙表面存有可供燃燒的碳化物質,可以作為發火的材料,並且檢驗市售物品包裝錫箔紙,例如:青箭口香糖、菸盒內層錫箔紙等。在網路電池取火的影片中,提及利用電池與錫箔紙取火當材料;另外,生鏽實驗中的材料鋼絲絨也可以作為電池取火的發火材料。因此再配合綜合活動野外取火的主題下在任教班級內進行課程的延展,藉由電池取火「燃燒火種」活動讓六年級學生複習燃燒與生鏽單元,以另一種方式認識燃燒。

 

錫箔紙、鹼性乾電池取火原理和概念

目前市售的片裝口香糖都是包一層錫箔紙,錫箔紙的用途是在於防潮,避免口香糖上的糖粉會潮濕、並沾黏,此外也提供基本的隔熱效果,因為溫度會使口香糖膠變軟,相同方式也運用在市售菸盒內以防止香菸受潮。另外,鋼絲絨是由柔軟、有彈性的低碳少於2%鐵細線所組成,亦是很好的發火材料,鋼絲絨主要用在木工的曲面研磨及玻璃的清潔,在國小自然與生活科技五下課程「燃燒與生鏽」單元中,拿來進行生鏽實驗器材。兩者共通性都具有導電性適合進行本次實驗活動。

鹼性乾電池是日常中常見的物品,在實驗中將兩端寬中間窄的錫箔紙連接電池正負極上,會形成短路,過程中產生高溫。紙條中間窄處,是電阻最大的地方,溫度也是最高的地方,因為錫箔紙另一面存有可供燃燒的碳化物質達到燃點時容易將其引燃,進而產生短暫燃燒。所以,實驗中可以用這種方法,引燃需要點燃的可燃物當成火種,如衛生紙或洋芋片。

 

本課程實驗器材

1.厚手套42.錫箔盤43.青箭口香糖  34.1.5V三號乾電池35.衛生紙16. 洋芋片17.濕抹布48.方形9V電池 19.鋼絲絨110.玻璃盤411.剪刀312.盒裝錫箔菸紙金銀兩色各1

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圖一本課程實驗器材 (1)

圖二本課程實驗器材 (2)

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圖三本課程實驗器材 (3)

 

 

教學流程

壹、準備活動

1.教師在課堂上播放YouTube電池取火影片讓全班學生觀察欣賞,並加入以洋芋片燃燒當火種的網路影片與鋼絲絨燃燒,引起學習動機。

2.介紹電池和電阻的關係,並說明電池生火原理。

3.說明電池取火可以應用範圍,非必要避免於日常生活中使用,遇到不同材質如市售口香糖錫紙及盒裝菸紙會有不同的結果的變化。

 

貳、發展活動

活動一:市售口香糖錫箔紙遇到3號鹼性乾電池

1.分組進行影片實驗,將市售口香糖錫箔紙剪出兩端寬中間窄約2~3mm,如圖九所示。

2.實驗學童戴上厚手套進行試驗,學生依照影片所示,將口香糖錫箔紙亮面接連至鹼性電池正負兩極,如圖八所示。學生會發現接觸兩極產生溫度,在溫度瞬間變高時,只造成中間窄處有燒黑情形、並未產生火焰燃燒效果,如圖七所示。

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圖四舊版青箭口香糖包裝紙(網路圖片)

圖五新版青箭口香糖包裝紙

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圖六新版青箭口香糖包裝紙

圖七新版青箭口香糖包裝紙燃燒結果

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圖八學生實驗活動 (1)

圖九學生實驗活動 (2)

 

活動二:市售盒裝菸紙遇到3號鹼性電池

1.分組進行影片實驗,將市售菸盒錫箔紙兩種顏色,各剪出兩端寬中間窄約3~2mm

2.實驗學童戴上厚手套進行試驗,學生如影片所示,將市售菸盒錫箔紙黃色亮面接連至鹼性電池正負兩極。學生會發現接觸兩極產生溫度,在溫度瞬間變高時只造成中間窄處有燒黑情形、並未產生火焰燃燒效果,如圖十所示。

3.實驗學童戴上厚手套進行試驗,學生依照影片所示,將市售菸盒錫箔紙銀色亮面接連至鹼性電池正負兩極,如圖十四所示。學生會發現接觸兩極產生溫度,在溫度瞬間變高時只造成中間窄處有火焰燃燒效果,如圖十三所示。

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圖十盒裝菸紙金色燃燒結果

圖十一盒裝菸紙銀色輕微碰觸結果

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圖十二盒裝菸紙銀色實驗過程

圖十三盒裝菸紙銀色燃燒結果

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圖十四學生實驗活動 (3)

圖十五學生實驗活動 (4)

4.實驗學童在此整理出相同條件下,三種材質的錫箔紙試驗下只有一種會如影片所呈現出現高溫燃燒情形,教師於綜合活動實驗結果討論。

 

活動三:以鋼絲絨配上9V方形乾電池製作簡易「火種」

1.分組進行影片鋼絲絨燃燒實驗,將市售鋼絲絨放於玻璃盤中以9V方形乾電池輕觸表面引火,如圖十六所示。學生加入扇子搧風增加助燃,如圖十七所示。

2.再次引燃鋼絲絨並搧風增加助燃也利用燃燒中的鋼絲絨輕易點燃衛生紙,如圖十八所示。

3.最後,再直接加入洋芋片進行助燃,如圖十九所示。

 4.教師提問:是否修正擺放洋芋片方式呢?(解答:可以利用夾子直立洋芋片,因為洋芋片整片覆蓋在燃燒的鋼絲絨不易燃燒,如圖十九所示。)

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圖十六  9V方形電池鋼絲絨引火

圖十七鋼絲絨燃燒搧風助燃

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圖十八衛生紙助燃

圖十九洋芋片燃燒

 

參、綜合活動

1.對於實驗結果分項討論,對於口香糖錫箔紙及盒裝黃色菸紙不易引火實為包裝材質的更改不單純只有錫箔加紙更多暸膠黏的材質需要更高的燃點火直火才容易被點燃,所以目前這樣的網路實驗造成結果不同。

2.另外,盒裝銀色菸紙還是如同以往材質,上述實驗中也只有此種錫箔紙被乾電

池點燃。如圖二十二十一所示。

3.指導學生填寫課程學習單及課程回饋單。並將實驗器材清洗乾淨歸位並妥善處理垃圾。用電池取火需在比較緊急的情況下進行,不可有玩火的行為。

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圖二十新版青箭口香糖包裝紙

圖二十一盒裝菸紙銀色及黃色

學生課程回饋單

連同學習單並填寫課程回饋單,調查此次實驗學生對活動的想法及學習心得,課程回饋單填寫的是六年級學生共25人,男13人,女12人,問題回饋摘錄如下。

問題1:  你對這個活動所感受到的喜愛程度如何?

表一:學生填寫課程喜愛程度統計

選項

非常喜歡

有點喜歡

普通

不太喜歡

非常不喜歡

人數

14

6

2

2

1

百分比

56%

24%

0.8%

0.8%

0.04%

由表一資料顯示,有56%的學生對於此課程的想法是「非常喜歡」,24%的覺得「有點喜歡」,「普通」及「不太喜歡」的選擇各佔兩位,1位學生表示「非常不喜歡」,教師因此訪問這五位同學,其中表示非常不喜歡的同學因為沒有親自做實驗而覺得不喜歡,但對於觀看實驗過程感覺很有趣。另外,普通及不太喜歡的學生則是因為整個實驗下來無法點燃錫箔紙感到無力。最後在學生心中鋼絲絨引火的課程設計,對此有高度興趣因為教學活動中引燃火苗的機率頗高,過程記憶深刻。

問題2:  承上題,為什麼你會勾這個選項?因為

根據參與學童填寫課程回饋單。本次進行實驗的學生班級共有25位學生,以S01S25為代號,摘錄幾位學生的學習感受(如下所示)

S02:非常喜歡,對於鋼絲絨引火的方式感到新奇,原本看影片還半信半疑,不過經由老師指導實驗真的可以使用在緊急時間。

S08:非常喜歡,依照網路影片試試鋁箔紙及乾電池引火,雖然自己操作沒有成功但是還是很有趣。 

問題3:  在這次的課程中,你學到了什麼?

設計課程的主要目標在活動中主要學習收穫是了解如何利用電阻大產生高溫讓可燃物達到燃點,並複習燃燒要素及安全用火,摘錄幾位學生的學習感受(如下所示)

S012:我學到了方型電池可以輕易讓鋼絲絨引火,但非必要時不要使用這樣的方式引火以免發生意外。

S015:我學到了因為乾電池短路造成高溫以至於可以讓紙起火,但是要注意用火安全。 

教師的教學省思

國小自然課程的實驗讓學生親自動手更容易在學生心中留下印象。透過實際的操作和教師的指導,當然獲得的成效很大,惟須要求學生了解嚴謹實驗的的態度是重要的,而透過有趣且安全的實驗方法,能提升學生學習的動力。教師也可以引導學生探究自然的原理原則,更能增加學生學習意願。

課程實施過程及注意事項

1.課程活動設計需一節課的時間,觀看影片的時間可依實際上課需求增刪,最後課程統整時可將學生實驗結果疑問一併討論。

2.也可以另一種方式取火,錫箔紙單邊剪成鬚狀,各連接乾電池的正負極,將兩側鬚狀接觸時也可以產生高溫以至於起火,也須提醒學生穿戴厚手套應避免高溫燙傷。

3.如進行課程延伸以探究與實作進行,可利用分組實驗跑檯方式來進行。

4.指導學生對廢棄物的處理,實驗後電池回收,錫箔紙及燃燒灰燼可以直接丟棄,並整理周遭環境。

延展課程

1.配合新課程探索與實作增加國小高年級學生對自然實驗的量化紀錄將電池取火中的錫箔紙裁剪大小配合實驗量化並透過紀錄的方式,提高學生探索不同的操縱變因,是否影響實驗結果。

2.另外此課程也可以發展讓學生比較鹼性電池、鋰電池及碳鋅電池之間對錫箔紙取火是否有影響,增加不同的化學課程。

3.延伸到國中課程,可以加入市面上不同箔紙測量電阻課程,以提高學生在電流、電壓與電阻三方面的學習興趣。

結語

國小高年級學生對自然實驗的實作有高度的興趣,利用網路流傳的影片引起學生試試看的心理,讓學生複習五下「燃燒與生鏽」單元,也同時完成一個終結流言或是實用可應急的化學實驗,在教學過程中學生嘗試不同方式的引火,也發現原來不同錫箔紙會影響實驗結果,學生並提出疑問。此課程讓學生了解生活中有趣的自然現象,並試著加以應用,希望學生能以不同方式玩出不一樣的化學課程。

參考資料

1.3D有趣實驗:鋁箔打火機,科學Online-科技部高瞻自然科學教學資源平台,https://www.youtube.com/watch?v=fTFRRt1pXWU

2.電池取火,YouTubehttps://www.youtube.com/watch?v=DWsRunuU28c

3.洋芋片燃燒,YouTubehttps://www.youtube.com/watch?v=gUuHPDMkagk

4.鋼絲絨燃燒,YouTubehttps://www.youtube.com/watch?v=7WAYnpn8ZII

謝誌

感謝國立臺北教育大學自然科學教育學系106學年度碩士在職專班碩一課程化學特論(一)課程周金城教授指導及全體同學協助,提供本文調整與內文修正,在此謹深摯謝忱

附錄

附錄一:教學活動設計簡案

教學活動設計簡案

教學主題名稱

國小學童進行電池取火「燃燒火種」活動

領域類別

自然與生活科技領域

教案設計

黃郁芬

教學年段

六年級

教學時間

40分鐘

教學目標

1.複習燃燒三要素。

2.能觀察並了解錫箔紙、鋼絲絨及乾電池取火的方式並了解安全的用火。

先備經驗

1.學生在五年級學習過燃燒與生鏽等課程並了解燃燒的要素。

2.學生在日常生活中熟悉的物品,改變使用方式會產生不同的變化。

評量方式

實驗操作、學習單、回饋單

~ 教學內容設計    ~

教學活動

教學時間

教學資源

.準備活動

一、播放電池取火影片讓全班學生觀察欣賞。

二、介紹認識錫箔紙、乾電池取火原理和概念。

貮、發展活動

動一:市售口香糖錫箔紙遇到AA鹼性乾電池

1.剪出兩端寬中間窄的錫箔紙條。

2.戴上手套連接乾電池正負極並觀察錫箔紙條變化。

活動二:市售盒裝菸紙遇到AA鹼性乾電池

1.繼續以盒裝菸紙,製作錫箔紙條重複相同實驗。

2.將分別採用黃色及銀色盒裝菸紙,實驗觀察變化。

活動三:以鋼絲絨配上9V方形乾電池製作簡易「火種」

1.鋼絲絨,以9V方形乾電池輕觸引火,再試著以衛生紙或洋芋片助燃。

2.以濕抹布蓋熄已燒盡衛生紙及洋芋片。

參、綜合活動

1.統整課程內容及整理環境。

2.完成學習單上及課程回饋單。

 10分鐘

 

 

 

5分鐘

 

 

10分鐘

 

 

5分鐘

 

 

10分鐘

教學影片

 

 

 

實驗器材

 

 

實驗器材

 

 

實驗器材

 

 

課程學習單

教學回饋單

 

 

附錄二:課程學習單及教學回饋單

六年 (     ) (     ) 號姓名:(             )

一、燃燒原理概念複習

基礎概念:

.燃燒三要件應具備可燃物(紙張)、助燃物(氧氣)及達到燃點(燃燒的溫度)。錫箔紙表面存有可以燃燒的碳化物質。錫箔紙缺口很細,故電阻較大。電阻愈大愈容易產生熱以至於達到燃點產生燃燒。

2.促進燃燒的方式:增加物體與火的接觸面積,增加助燃物。

3.滅火原理:移除可燃物,隔絕助燃物,降低溫度讓可燃物達不到燃點。

二、電池取火實驗步驟

實驗步驟:

1取一錫箔紙連接在乾電池正負極,窄處是否有高溫燒黑現象?      

2用方形乾電池正負極碰觸少量鋼絲絨,鋼絲絨會不會燒起來?  

 

想一想:

1.          實驗步驟2中的鋼絲絨為什麼會燒了起來? 可燃物是、助燃物是,如何達到燃點?                

2.          生活上的發火材或助燃物有哪些                 

 

 

 

 

我對電池取火「燃燒火種」活動心得教學回饋單

 

問題1.你對這個課程活動感受的喜歡程度如何?

□非常喜歡□有點喜歡□普通□不太喜歡□非常不喜歡

 

問題2.承上題,為什麼你會勾這個選項?

 

 

問題3.在此次的課程活動中,你學到了什麼?

 

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