創(chuàng)新汽油機(jī)原理演示儀進(jìn)行熱機(jī)有效備課策略

彭妙 謝桂英 余耿華

摘? ?要：通過教具創(chuàng)新演示汽油機(jī)做功沖程實(shí)施“熱機(jī)”教學(xué)，結(jié)合問題驅(qū)動(dòng)進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，闡述了物理核心素養(yǎng)培養(yǎng)為指向的有效備課策略。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);教具創(chuàng)新;問題驅(qū)動(dòng);有效備課

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-6148（2019）10-0051-3

“熱機(jī)”是初中物理知識(shí)的重點(diǎn)內(nèi)容之一，也是學(xué)生理解能量如何進(jìn)行轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)知識(shí)，對(duì)學(xué)生在生活中如何理解汽車運(yùn)行的原理有極強(qiáng)的指導(dǎo)意義。本文是筆者受實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新比賽的啟發(fā)，立足于有效備課的視角，自制教具演示真實(shí)汽油機(jī)做功沖程，以提升學(xué)生核心素養(yǎng)。

1? ? 發(fā)現(xiàn)教學(xué)問題，創(chuàng)新教學(xué)儀器

人教版九年級(jí)教材“熱機(jī)”配套的初中物理實(shí)驗(yàn)室常用的是手搖四沖程汽油機(jī)模型（圖1），各沖程完全由手動(dòng)完成。由于該模型在演示過程中完全由教師通過手搖來(lái)完成飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)、連桿曲軸帶動(dòng)活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)、氣門的開閉情況，火花塞的點(diǎn)火過程也是通過頂端的小燈泡的閃亮來(lái)進(jìn)行模擬的，整個(gè)過程較平淡，不足以激發(fā)學(xué)生的興趣。

筆者參考一些教師在課堂上演示用酒精在塑料瓶?jī)?nèi)點(diǎn)火將紙團(tuán)沖出，演示燃料燃燒將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的過程，結(jié)合創(chuàng)新設(shè)計(jì)制作了“內(nèi)燃機(jī)做功沖程演示儀”。創(chuàng)新制作方法如下：

（1）取材：網(wǎng)購(gòu)長(zhǎng)30 cm、內(nèi)徑30 mm、壁厚10 mm的有機(jī)玻璃筒。取一段長(zhǎng)6 cm、直徑29 mm的木質(zhì)圓柱，并打磨光滑。取長(zhǎng)40 cm的鋁條。

（2）制作流程：在鋁條兩端開孔，制作成連桿。制作一塊直徑16 cm的木質(zhì)圓板作為飛輪。將飛輪和活塞用連桿連接，并在活動(dòng)處加潤(rùn)滑油。在玻璃筒壁上開兩個(gè)小孔，并將打火機(jī)的點(diǎn)火裝置拆下，將兩條引線伸入筒內(nèi)保持正對(duì)，制成“火花塞”（如圖1）。將玻璃筒、活塞、飛輪組裝好后固定在長(zhǎng)木板上，并在玻璃筒頂端開一個(gè)小孔，便于注入燃料。最后，用膠塞塞住玻璃筒底端，防止漏氣，并且筒內(nèi)壓力過大時(shí)可以利用橡膠噴出塞釋放壓力確保安全。在木板側(cè)面鉆孔，設(shè)計(jì)可以方便安裝和卸下的底座。（圖2）

2? ? 精心設(shè)計(jì)問題，培養(yǎng)核心素養(yǎng)

2.1? ? 導(dǎo)入情境

內(nèi)燃機(jī)就是燃?xì)庠谝粋€(gè)封閉空間內(nèi)燃燒，將內(nèi)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置。老師用一個(gè)改進(jìn)版的儀器來(lái)演示其工作過程。

2.2? ? 介紹器材

透明圓柱玻璃筒表示氣缸，木質(zhì)圓柱為活塞，黑色的是連桿，連桿兩端分別連著活塞和飛輪，飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)表示可以帶動(dòng)傳動(dòng)部件使汽車獲得動(dòng)力（教師邊講解邊指示相應(yīng)的部件，最后撥動(dòng)一下飛輪，讓飛輪帶著活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)幾次）?；钊麖臍飧椎囊欢诉\(yùn)動(dòng)到另一端的過程叫一個(gè)沖程。

2.3? ? 師生互動(dòng)

問題1：飛輪要?jiǎng)悠饋?lái)，就必須通過燃燒燃料獲得機(jī)械能，那么燃料是如何進(jìn)入氣缸的呢？（學(xué)生在該問題驅(qū)動(dòng)下容易回答出：活塞向右運(yùn)動(dòng)，把燃料和空氣的混合氣體吸入氣缸中。教師同時(shí)一邊將燃?xì)庾⑷氲綒飧字?，一邊轉(zhuǎn)動(dòng)飛輪，使活塞完成吸氣沖程，如圖3所示，并引出這個(gè)過程叫做吸氣沖程。）

2.4? ? 實(shí)驗(yàn)小結(jié)

通過老師的演示，引出內(nèi)燃機(jī)要完成一次工作循環(huán)，需要幾個(gè)沖程，做了幾次功，飛輪轉(zhuǎn)了幾個(gè)圈。并回顧現(xiàn)象，強(qiáng)調(diào)汽車在何時(shí)獲得動(dòng)力。鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)揮想象：如果汽車只有這一個(gè)氣缸，汽車的運(yùn)動(dòng)情況將是怎樣的？為了使汽車能夠獲得平穩(wěn)持續(xù)的動(dòng)力，設(shè)計(jì)師應(yīng)該如何解決？

3? ? 教學(xué)反思

該創(chuàng)新儀器使用透明有機(jī)玻璃筒，能讓學(xué)生直接觀察到做功沖程時(shí)氣缸內(nèi)燃料燃燒時(shí)產(chǎn)生的火花（體會(huì)內(nèi)能的存在），看到飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)（感受機(jī)械能的產(chǎn)生），從而深刻理解內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的過程。飛輪由于慣性又將活塞推回筒內(nèi)，同時(shí)可以非常清晰地觀察到排氣沖程、吸氣沖程等過程。吸引了學(xué)生更加積極、主動(dòng)地思考教師的問題，有更強(qiáng)烈的興趣進(jìn)行學(xué)習(xí)。該教具兼顧了全體，每位學(xué)生都能夠全面、具體地觀察演示過程，利于突破學(xué)習(xí)的難點(diǎn)。特別是做功過程伴隨的聲響效果給學(xué)生留下了立體的、深刻的印象，對(duì)學(xué)生知識(shí)的遺忘起到極好的防范作用。演示過程，學(xué)生充滿期待。教師的演示過程與學(xué)生的觀察過程促進(jìn)了師生情感的交流與科學(xué)精神的培養(yǎng)。經(jīng)實(shí)踐證明，該器材結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而牢固，操作方便，效果震撼，可以多次循環(huán)使用，燃料的注入只需要按壓打火機(jī)的點(diǎn)火按鈕，而不用滴入酒精的方式，燃料的攜帶、注入非常簡(jiǎn)單方便。團(tuán)隊(duì)成員用該教具在教學(xué)班級(jí)進(jìn)行了演示實(shí)驗(yàn)，均一次就能成功完成演示，效果良好。該教具參加了“廣州市中學(xué)物理和小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教師實(shí)驗(yàn)操作與創(chuàng)新技能競(jìng)賽”，獲得了初中組的二等獎(jiǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]謝桂英.自制低成本教具，提高初中物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性[J].物理實(shí)驗(yàn)，2014（4）：11-14.

（欄目編輯? ? 王柏廬）