臺灣化學教育

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。

圖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克、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。

圖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。

圖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。

圖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。

圖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6～11所示。

圖6：點火燃燒時黑蛇產生情形

圖7：黑蛇由頂端冒出

圖8：從旁邊竄出的黑蛇

圖9：已完成燃燒之蛇炮

圖10：方糖塊過碎產生多頭蛇

圖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。

圖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]和[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。

圖13：用米粒取代方糖當碳水化合物

圖14：設計不同比例配方，找出最佳的蛇砲效果

圖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。

圖16：使用酒精燈加熱控制火源燃燒的時間

圖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/碳酸氫鈉。

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。