書店的玩具自己動手做—蛇炮 / 廖曉玲

星期六 , 25, 四月 2015 Leave a comment

書店的玩具自己動手做蛇炮

廖曉玲

新北市立中和區秀山國民小學
國立臺北教育大學自然科學教育學系碩士在職專班
*liaoberyl049@gmail.com

n  簡介

放學後,學校附近的小書店裡擠滿了孩子,從低年級到高年級各個年齡階層的孩子都聚集到書店裡,那裡的孩子臉上都充滿了笑容,好奇的眼神,身為教師的我,不禁對孩子們在書店裡這麼熱烈地交換意見、快樂的神情驕傲了起來,我們的孩子竟有如此令人期待的表現,走近瞧瞧觀看他們的熱門話題是什麼,發現,竟然不是書籍,而是那一個個握在手裡的科學小玩具:鼻涕蟲、水晶寶寶、爆炸包(開心炮)、蛇炮….等。

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1:市面上販售的童玩~黑蛇煙火

身為科學教育的教師,對這情形更是雀躍不已,若是在課程之中就讓他們可以了解這些小玩具背後的科學原理,讓他們可以自己動手製作自己的小玩具,豈不是啟蒙科學的最佳時機。有了這樣的動機和理由,孩子的學習將會是有著無限的樂趣,也正因為是自己親手製作,學生們更懂得珍惜現象背後的科學原理。上課時正提到熱對物質產生的變化與影響,加上蛇炮的實驗材料準備上相當容易取得,於是在眾多玩具當中選擇了小朋友又愛又怕的黑蛇煙火(蛇炮)來做為題材介紹,製作方法如下:

n  材料和藥品

95%酒精 2 mL、小蘇打粉3~5金屬盤(或奶粉罐蓋子)數個方糖一盒點火槍一支,研缽一個,如圖2所示。

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2:實驗所需材料

n  製作過程

1.        將一顆方糖搗成小碎塊。

2.        加入約2 g小蘇打粉,充分攪拌均勻混合,如圖3所示。

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3:利用研缽,搗碎方糖並加入2 g小蘇打粉充分攪拌

3.        加入2 mL酒精混合,將混合粉末堆成圓錐狀,如圖4所示。

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4加入2 mL酒精混合,將混合粉末堆成圓錐狀

4.        用點火槍點火,觀察其燃燒的現象,如圖5所示。

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5用點火槍點火,觀察其燃燒的現象

n  實驗結果

本實驗過程和結果照片如圖611所示。

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6點火燃燒時黑蛇產生情形

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7黑蛇由頂端冒出

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8從旁邊竄出的黑蛇

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9已完成燃燒之蛇炮

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10方糖塊過碎產生多頭蛇

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11用手摸黑蛇有蓬鬆感

n  實驗注意事項

1.        完全磨碎的方糖黑蛇長成的效果很差,要至少有一個約0.5 cm的糖塊,效果會比較好。因此建議可採用塊狀方糖,如圖12所示。

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12磨碎的方糖黑蛇效果(左)和塊狀方糖延伸出的黑蛇(右)

2.        實驗中可以使用過氯酸銨來取代小蘇打粉的部份,但因過氯酸銨燃燒後可以產生氯氣(Cl2,具毒性)、氮氣(N2),大量氣體造成方糖燃燒後的黑色碳化蓬鬆而膨脹。但因產生氣體具毒性,若在沒有通風櫥及設備的情況下,請勿操作。

n  原理和概念

蛇炮所產生的黑蛇的主要成分是「碳」;由於方糖為蔗糖,是一種碳水化合物,具有可燃性,燃燒產物主要有水、二氧化碳還有黑色的碳。而小蘇打在受熱時能分解出大量的二氧化碳,讓方糖燃燒後的碳更為蓬鬆,形成一邊燃燒、一邊冒出黑蛇的現象。這些反應如反應式[1][2]所示:

2NaHCO3(s) CO2(g) + H2O(l) + Na2CO3(s)    [1]

C12H22O11(s)  12C(s) +11H2O(s)    [2]

n  學生學習與教學感想

當學生已學會蛇炮的基本製作後,紛紛開始對如何製作效果更好的蛇炮產生疑問,學生們自己設計了各種不同的操作變因,用各種方式來檢驗自己的疑問。這些變因例如:(1)尋找原料的替代材質,如圖13所示;(2)蛇砲形成的最佳比例配方,如圖14所示;以及(3)方糖埋放位置影響蛇砲形成,如圖15所示,做了更進一步的深入的探究,學生的學習不再是食譜式的實驗,而是開展出另一個層面的思考與進步,在科學教育的過程技能培養中,不僅僅只學到了觀察蛇砲形成的現象,更發展出了設計實驗,解決疑問的能力,學習的過程中,不僅學到了生活中的化學,更孕育了往後參加科展研究的能力。

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13:用米粒取代方糖當碳水化合物

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14:設計不同比例配方,找出最佳的蛇砲效果

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15:改變埋放的位置,找出影響蛇炮的生成因素

在教學過程中,最讓老師具有成就的即是:孩子們透過教師的引導,最後他們操作了許多的變因(自變因),包括器材的變因,如圖16-17所示。讓蛇泡的製作過程增加科學的探究,不再是只是一個科學小玩具,看著國小學童從有趣的玩具進展到設計實驗變項,學習解決自己心中的疑問,更著手於改良現有的實驗步驟,在這裡,我們確實看到學童的成長,也看到了科學探究的能力正在逐漸形成。

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16:使用酒精燈加熱控制火源燃燒的時間

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17:利用馬達削減方糖,控制方糖重量、大小及形狀

n  結語

從方糖堆裡長出黑蛇,加上可以操作點火器看到實際的燃燒,對國小學童來說是又驚奇又害怕的,日常生活中隨手可得的器材更讓孩子們躍躍欲試,樂於與家人分享,原理簡單又可以融合高年級「熱對物質的變化」和「二氧化碳」的課程單元,不僅可以寓教於樂,更可以藉由此實驗訓練學童控制變項,探究相關的碳水化合物及產生二氧化碳的各種物質,讓孩子在科學玩具中尋找驚奇,種下科學研究的種子。

n  參考資料

1.      郭重吉等(2009),國中自然與生活科技,第四冊,南一出版社。

2.      碳酸氫鈉,維基百科,http://zh.wikipedia.org/zh-tw/碳酸氫

3.      蛇砲,NTCU科學實驗室,http://scigame.ntcu.edu.tw/

4.      白糖變黑蛇,NTCU科學實驗室,http://scigame.ntcu.edu.tw/chemistry/chemistry-010.html

5.      李昂(民83),煙火化學原理與應用,台北市:科技圖書股份有限公司。

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