初中生物測(cè)量果實(shí)發(fā)育過程中體積變化的裝置改進(jìn)

楊建華　李宏英

摘 要 采用逆向思維的方式，對(duì)測(cè)量果實(shí)發(fā)育過程中體積變化的裝置進(jìn)行了改進(jìn)，裝置采用生活中常見的材料、成本低廉，反向標(biāo)注刻度、設(shè)計(jì)思路獨(dú)特，實(shí)驗(yàn)過程中操作簡單，使測(cè)量果實(shí)體積的操作大大簡化而且準(zhǔn)確率高，實(shí)用性強(qiáng)。

關(guān)鍵詞 果實(shí)體積 裝置改進(jìn) 逆向思維 生物學(xué)實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào) G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

1 問題的提出

濟(jì)南出版社《生物學(xué)》八年級(jí)上冊(cè)第一章第三節(jié)“探究果實(shí)發(fā)育過程中體積的變化”的探究活動(dòng)是中學(xué)生物教學(xué)中比較重要的探究實(shí)驗(yàn)。學(xué)生記錄果實(shí)生長發(fā)育的狀況，在查閱相關(guān)資料和數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)上，了解果實(shí)成長過程中內(nèi)部發(fā)生的化學(xué)變化以及果實(shí)的生長速度與溫度、光照強(qiáng)度、降水量等因素的關(guān)系。

教材中測(cè)量果實(shí)體積選用了量筒、溢水杯等儀器，采用排水法進(jìn)行測(cè)量。首先將溢水杯裝滿水，然后將果實(shí)放入溢水杯中，并將溢出的水倒入量筒中。量筒中水的體積就是測(cè)量的果實(shí)體積。測(cè)量果實(shí)每天的生長量即為后一次與前一次的體積變化，每天同樣測(cè)量后依次相減。

在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)操作中，按照此裝置操作存在以下不足：

（1） 操作繁瑣。測(cè)量時(shí)，一個(gè)人很難操作完成，不僅要拿住溢水杯，將果實(shí)放入溢水杯，同時(shí)需要用量筒接水。如果兩個(gè)人合作，在有限的空間內(nèi)，兩雙手同時(shí)工作，極容易傷害幼果和枝葉，從而使果實(shí)停止生長甚至死亡，使實(shí)驗(yàn)無法繼續(xù)進(jìn)行。

（2） 容易造成誤差。在操作過程中，儀器相對(duì)較多，在溢水杯裝滿水、將果實(shí)放入溢水杯中、溢出的水要全部接到量筒等操作過程，都有可能造成水滴的濺出與測(cè)量的不準(zhǔn)確，造成人為因素對(duì)實(shí)驗(yàn)的干擾，產(chǎn)生一定的誤差。

（3） 步驟較繁雜。在測(cè)量果實(shí)成長體積的實(shí)驗(yàn)中，需要多次測(cè)量果實(shí)的體積。實(shí)驗(yàn)采用水溢法，計(jì)算每日生長的體積，且要檢測(cè)兩次液體的體積，然后進(jìn)行計(jì)算。

有沒有一種簡易實(shí)用快捷測(cè)量物體體積的實(shí)驗(yàn)裝置和方法呢？在多年的教學(xué)實(shí)踐過程中，筆者設(shè)計(jì)制作出一種專門的測(cè)量儀器，只需測(cè)量一次剩余水的體積，就可直接讀出被測(cè)物體的體積，而且測(cè)量的精度相對(duì)比較高。該裝置在實(shí)際的教學(xué)過程和學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)的使用中，也取得良好的效果。

2 實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)

實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)的主要思路是采用逆向思維法，設(shè)計(jì)出專門的實(shí)驗(yàn)儀器，只測(cè)一次余下水的體積，就可直接讀出被測(cè)物體體積。

裝置主要構(gòu)件只有一個(gè)容積固定的透明杯子（可用普通家庭用的生活用品，如口杯、嬰兒奶瓶、飲料瓶等來代替，容積可以根據(jù)生活用品的實(shí)際容積來標(biāo)明）。

3 裝置的制作方法與步驟

首先要找出一個(gè)透明杯子（有無刻度均可），透明杯子內(nèi)部最好是粗細(xì)均勻的空間，方便標(biāo)明透明杯子的容積。如果使用飲料瓶等瓶口較細(xì)的容器，可將瓶口裁掉，使用均勻的部分，為第二步劃分刻度減少困難。

第二步是關(guān)鍵的一步，把透明杯子測(cè)出容積并劃分好刻度。將粗細(xì)均勻的透明杯子（或其他容器）洗凈晾干后，放在水平桌面上，注入10 mL的水，在杯子壁上標(biāo)明水面的位置；再注入10 mL的水，在杯子壁上標(biāo)明水面的位置。然后將兩個(gè)刻度將平均分成90份，每一份即為1 mL，并將1 mL的寬度同樣延伸到杯子底部和杯子口部進(jìn)行標(biāo)出（也可以根據(jù)容器的實(shí)際容積標(biāo)注適宜的刻度）。如果容器不是粗細(xì)均勻時(shí)，要在標(biāo)注每毫升的容積相對(duì)復(fù)雜，需要進(jìn)行分段標(biāo)注，盡量精確。

第三步標(biāo)明透明杯子的刻度。根據(jù)容器的最大容積，按照1 mL的寬度打印出容積標(biāo)注的紙條，依次為零刻度至最大容積；在給容器標(biāo)刻度時(shí)，一定要從上面開始，瓶口處與零刻度對(duì)齊，依次向下，逐漸增大。由于大部分容器底部不是平整的，最大容積的刻度可不用標(biāo)出，因?yàn)樵跍y(cè)量的過程中，最后的刻度完全不會(huì)用到。這樣一個(gè)簡易而又實(shí)用的測(cè)量果實(shí)發(fā)育過程中體積變化的裝置就做成了（圖1）。

4 裝置的使用方法及原理介紹

把標(biāo)注好容積的透明杯子注滿水，然后把杯子輕輕放在被測(cè)果實(shí)下方，保持水平并慢慢向上移動(dòng)，直到被測(cè)果實(shí)慢慢浸沒在透明杯子里，這時(shí)水就會(huì)從杯子中溢出，然后在輕輕把杯子向下移動(dòng)，讓被測(cè)果實(shí)離開透明杯子，測(cè)量過程就完成了。把透明杯子放在水平桌面上，就可直接讀出被測(cè)果實(shí)的體積。以后每天重復(fù)該實(shí)驗(yàn)，就可以得到該天的果實(shí)體積。用后一天的體積減去前一天的體積，果實(shí)在發(fā)育過程中體積變化就得到了。

本裝置的設(shè)計(jì)主要是采用逆向思維的方式，反向標(biāo)注刻度，做好測(cè)量儀器，改變了原來根據(jù)溢出的水的體積就是果實(shí)的體積來測(cè)量溢出水的體積，利用果實(shí)排開水后容器內(nèi)剩余的無水空間為果實(shí)體積，來讀出果實(shí)的體積。

5 創(chuàng)新點(diǎn)

（1） 本裝置取材容易，可以不使用實(shí)驗(yàn)所采用的溢水杯、接水杯、量筒等器材，而是采用普通家庭用的生活用品，如口杯，嬰兒奶瓶，飲料瓶等。每一個(gè)學(xué)生都能夠自主完成。

（2） 本裝置測(cè)量果實(shí)體積，簡單又快捷。采用逆向思維法，變兩次測(cè)量為一次測(cè)量。

（3） 對(duì)容器的刻度作了數(shù)學(xué)處理，使得看到的刻度是計(jì)算差后所得刻度，這樣就更直接讀出被測(cè)物體的體積。

（4） 本裝置測(cè)量果實(shí)體積精確度高，實(shí)驗(yàn)過程中裝置不用裝滿水，只要裝置中未裝水的空間小于果實(shí)的實(shí)際體積就不會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果有影響，減少了實(shí)驗(yàn)誤差的產(chǎn)生機(jī)率。

（5） 本裝置使用廣泛，除了在生物學(xué)科中測(cè)量果實(shí)的體積使用外，還可以在數(shù)學(xué)中測(cè)量不規(guī)則物體的體積或在物理學(xué)中浮在水面上物體體積。測(cè)量準(zhǔn)確率同樣比較高（若要測(cè)量浮在水面上的物體可以加一個(gè)固定體積的較重壓塊一起測(cè)量，最后再減去固定壓塊體積值，就是所測(cè)物體的體積；也或用針將物體壓在水面以下進(jìn)行測(cè)量）。

（6） 如果被測(cè)物體是易被水溶解的物體或者為了方便操作等原因，可將排水法改為排沙法（圖6）。

（7） 本裝置如果能在工業(yè)生產(chǎn)中制成倒杯或反標(biāo)讀數(shù)瓶，可以提高測(cè)量的精確度和裝置的適用范圍，能夠作為在野外快速測(cè)量物體體積的一種工具，如用于地質(zhì)礦石密度速測(cè)、工廠化生產(chǎn)快速測(cè)出“檢驗(yàn)產(chǎn)品”的體積或密度等方面的工具，有簡便、快捷、精確的作用。

綜上所述，本實(shí)驗(yàn)裝置取材容易，成本低廉，設(shè)計(jì)思路獨(dú)特（采用逆向思維法），操作簡單，使測(cè)量果實(shí)體積的操作大大簡化而且準(zhǔn)確率高，實(shí)用性強(qiáng)，具有推廣價(jià)值和使用價(jià)值。