綠色噴泉的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

王素雯

摘 ? 要：選用學(xué)生易得的廢棄礦泉水瓶、筆和輸液管等制作綠色噴泉，變廢為寶，提高了學(xué)生的環(huán)保意識(shí)，體現(xiàn)了綠色噴泉的主題。對(duì)噴泉的噴頭和氣密性方面不斷地改進(jìn)與創(chuàng)新，自制出新教具。從單層單色噴泉到雙層雙色噴泉，直至達(dá)到三層七色彩虹噴泉，最終噴泉效果奪人眼球。

關(guān)鍵詞：自制教具;綠色噴泉;環(huán)保;噴頭

1 ?結(jié)構(gòu)與原理

（1）綠色噴泉的裝置（如圖1）由廢礦泉水瓶A、B、C和廢舊輸液管a、b、c（c連接噴頭）組成，整個(gè)裝置的連接是密閉的。

（2）開啟綠色噴泉，往A瓶中倒入水，淹沒a管的管口。這時(shí)A瓶中的水在重力的作用下，經(jīng)a管流到B瓶?jī)?nèi)，B瓶水位上升， 壓縮B瓶中空氣。由于b管連通B瓶、C瓶上方空氣且密閉，所以C瓶上方氣壓也增大。當(dāng)C瓶?jī)?nèi)氣體壓強(qiáng)大于瓶外大氣壓強(qiáng)與c管液體壓強(qiáng)之和時(shí) ， 水就通過c管的噴頭噴出，形成噴泉。噴出的水回落到A瓶中， 通過a管再流 入B瓶中，這樣不斷地循環(huán)著 ， 直到B瓶?jī)?nèi)水滿或者C瓶?jī)?nèi)水噴完時(shí)，噴泉停止 。調(diào)節(jié)B瓶與C瓶相對(duì)高度可改變噴泉水柱的高低 。

（3）雙層雙色噴泉的設(shè)計(jì)（如圖2）是把單層單色噴泉（圖1）的C瓶設(shè)計(jì)成2個(gè)裝不同顏色水的瓶子C1 、C2，瓶子間用空氣管連接，通過c1、c2管從噴頭噴出雙色噴泉。三層七色的彩虹噴泉在雙層雙色噴泉的基礎(chǔ)上，將C瓶設(shè)計(jì)成裝有紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫水的7個(gè)瓶子C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7，瓶子間用空氣管連接，通過c1、c2、c3、c4、c5、c6、c7 管從噴頭噴出。

2 ?學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的問題和得到的啟示

演示綠色噴泉實(shí)驗(yàn)激發(fā)孩子們的好奇心，師生在物理趣味小實(shí)驗(yàn)里利用礦泉水瓶、廢舊中性筆和熒光筆、輸液管、軟管子、水、小刀、膠水等學(xué)生身邊的日常用品進(jìn)行模仿和改進(jìn)噴泉。

學(xué)生存在性別差異和個(gè)體能力差異，根據(jù)學(xué)生動(dòng)手動(dòng)腦強(qiáng)弱，合理分組分工。為了給每一個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)與發(fā)展提供機(jī)會(huì)，為此開發(fā)出難度遞進(jìn)的噴泉，供學(xué)生選擇。在理解綠色噴泉原理后，小團(tuán)隊(duì)在自制噴泉的過程中，不斷努力總結(jié)成功的經(jīng)驗(yàn)，分析失敗的原因。最后戰(zhàn)勝困難和解決物理問題，鍛煉了孩子們的意志力。同學(xué)們最終看到自己親手制作的綠色噴泉噴涌而出時(shí)，享受成功的喜悅同時(shí)也能增強(qiáng)學(xué)生的自信心。

3 ?綠色噴泉的改進(jìn)和創(chuàng)新點(diǎn)

（1）整體裝置模塊化設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)裝置按照容器A、容器B、容器C分為三個(gè)大的模塊，模塊與模塊之間可拆分開來，既能保證綠色噴泉整體連接的氣密性，同時(shí)也便于收納和移動(dòng)。

（2）噴頭創(chuàng)新

噴頭原來是軟管子延伸出來的一節(jié)，不能直立且開口大，噴出效果不佳 ，容易造成溢泉。單層單色噴泉的噴頭設(shè)計(jì)把寫完了筆水的筆芯去掉筆頭，插入軟管子，開口比較小，改進(jìn)后有一定的噴射效果，并用肩帶使噴頭直立，把透明肩帶中間鉆孔套在筆芯上，肩帶兩邊伸縮頭固定在噴泉池兩邊，可以調(diào)節(jié)位置，使噴頭直立在中央，效果有所改善。

由于原來的單層單色噴泉的噴頭較軟用肩帶固定雖然可調(diào)節(jié)，但不夠美觀，也只有一柱噴泉。雙層雙色噴泉的噴頭是用一支寫完墨水的筆，拆開防滑套并去掉尾塞，將筆的筆尖的滾珠夾掉，尖套刺4個(gè)小孔，筆芯尾端和針管密閉對(duì)接，筆桿尾端和橡皮管密閉對(duì)接，橡皮管側(cè)面開一小口，針管從小口穿出，將小口用膠水密封。筆桿豎直固定在A瓶瓶蓋上，橡皮管另一端與透明管c2密閉連接插入C2，針管c1插入C1瓶。

三層七色彩虹噴泉的噴頭是在雙層雙色噴泉的噴頭外的筆桿上套一支更粗一點(diǎn)熒光筆外殼，在熒光筆外殼的頂端鉆上五個(gè)小孔，用五根細(xì)管從管內(nèi)穿出，細(xì)管頂端用筆芯尖作為噴頭，連接完畢用膠水密封。這樣的噴頭設(shè)計(jì)不用任何其它裝置對(duì)噴頭進(jìn)行固定，使得噴泉中間一柱豎直向上噴射，其余層的噴柱向四周噴灑，惟妙惟肖的仿真現(xiàn)實(shí)生活中的噴泉效果，奪人眼球。

三層七色彩虹噴泉的噴頭組裝（圖3）由里至外，分別是筆芯、中性筆筆殼和熒光筆的外殼。最高層是筆芯噴出的紅色水，第二層是筆芯與中性筆筆殼之間噴出的2柱橙色水，第三層是中性筆筆殼與熒光筆的外殼里面有五根輸液管，每根管噴一種顏色，分別噴出黃、綠、藍(lán)、靛、紫水。在組裝時(shí)要注意五根輸液管不要被卡主，用單根吹氣的方法檢測(cè)是否暢通。

（3）接口創(chuàng)新

管子的對(duì)接創(chuàng)新設(shè)計(jì)，不僅保證密閉性還是可以靈活操作，可隨時(shí)拆接，便于收納。管子的接口取材都是針頭套子與輸液管對(duì)接簡(jiǎn)單易得，但也是經(jīng)過多次嘗試和靈感突現(xiàn)，才配套成功 。

（4）開關(guān)控制器創(chuàng)新

綠色噴泉開啟和暫停的開關(guān)的設(shè)計(jì)，用一次性輸液器的流量控制器安裝在a管或者b管上，方便隨時(shí)控制綠色噴泉的開啟和暫停，可以避免裝置過多的移動(dòng)。

（5）氣密性強(qiáng)

查資料發(fā)現(xiàn)有用AB膠來做密封性，個(gè)人嘗試后發(fā)現(xiàn)其彈性極小，很容易有小裂縫，造成漏氣。氣密性是整套裝置的關(guān)鍵，經(jīng)過對(duì)比各種膠水的效果后，最終選擇玻璃膠和熱熔膠配合使用。熱熔膠比較方便快捷，但溫度較高要注意不要燙到管子，彈性沒有玻璃膠好。玻璃膠比較安全，彈性較好，但需要24小時(shí)以上才能干透。裝置氣密性的檢查，裝置完成后可采用逐個(gè)實(shí)驗(yàn)的方法對(duì)單個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)裝置檢查氣密性。

（6）工藝精巧

打噴孔的方向和大小需要控制好，才能使得噴射噴灑效果更加美觀。所使用的顏料瓶的瓶蓋改裝基本一致，可批量處理，節(jié)省時(shí)間。

（7）直觀性

為了便于學(xué)生觀察噴泉效果和分析噴泉原理，整個(gè)裝置基本是透明的，瓶子和管子定位擺放，并采用不同顏色的水。制作彩色液體的顏料，要求不會(huì)染在皮管上，顏色明顯。制作彩色水的顏料經(jīng)過多次選取，考慮到噴頭孔和管子較細(xì)，最終選擇筆芯墨水。連筆尖滾珠都能流通，那細(xì)孔也可以暢通。通過顏色的調(diào)配，獲得多種顏色水。所有空氣管要干燥，盡量不流入液體，便于區(qū)分出空氣管。在實(shí)驗(yàn)過程中，管道顏色的漸變具有視覺沖擊效果。

4 ?對(duì)自制教具的設(shè)想和體會(huì)

（1） “寓教于樂 ，寓學(xué)于樂”中的 “寓”是寄托的意思。

將教育寄予在樂趣里，教育要通過藝術(shù)和美的形式來激發(fā)并保持學(xué)生有學(xué)習(xí)物理的興趣。單層單色噴泉的效果對(duì)學(xué)生的吸引力還不夠強(qiáng)，為了更吸引學(xué)生的注意，增強(qiáng)探究興趣，對(duì)噴泉效果進(jìn)行改進(jìn)。學(xué)生在模仿制作單色噴泉的過程中，有些同學(xué)大膽設(shè)想是否能做出彩色的噴泉。教師作為一個(gè)研究者，從學(xué)生提出的設(shè)想找到突破口，以一種變化發(fā)展的態(tài)度對(duì)待學(xué)生，不斷創(chuàng)新出新教具。從單層單色噴泉到雙層雙色噴泉，直至達(dá)到三層七色彩虹噴泉，這不僅僅是個(gè)數(shù)的累加，也是對(duì)美的追求和創(chuàng)造性的體現(xiàn)，讓學(xué)生體會(huì)到一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)是由一個(gè)個(gè)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)通過整體結(jié)合的結(jié)晶。

（2）自制教具的創(chuàng)新設(shè)計(jì)是從無到有，教師不僅思維要發(fā)散，更要有耐心。

在一次次的嘗試后，教具才能基本完工，并對(duì)噴泉效果很有期待。而事實(shí)上，剛開始測(cè)試，出現(xiàn)沒有效果或者效果不佳是再正常不過的情況，心里會(huì)有落差。此時(shí)需要靜下心來耐心的運(yùn)用各種方法分析原因，把剛組裝好的教具拆開并進(jìn)行獨(dú)立測(cè)試。最后花了很多時(shí)間下去，也許問題只是出現(xiàn)在一個(gè)小細(xì)節(jié)上。

（3）隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，當(dāng)代初中學(xué)生的物質(zhì)生活也越來越好，但卻存在浪費(fèi)和不文明行為。

為了讓學(xué)生們?cè)讷@得物理知識(shí)的同時(shí)提高保護(hù)環(huán)境及可持續(xù)發(fā)展的意識(shí)，選用學(xué)生易得的廢棄礦泉水瓶和用完的筆和筆芯等進(jìn)行自制教具。教師作為示范者和引導(dǎo)者，在制作教具的過程中潛移默化地向?qū)W生傳輸著正確的人生觀和價(jià)值觀，這也正是綠色噴泉的主題。