《空氣能占據(jù)空間嗎》實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

文英俏 丁鋒

The Improvement of the Experiment of“Can Air Occupy Space”

WEN Yingqiao[1]， DING Feng[2]

（[1] Wuhan Optics Valley Experimental Primary School， Wuhan， Hubei 430074；[2] Education Development Research Institute of Donghu New Technology Development Zone， Wuhan， Hubei 430074）

中圖分類號(hào)：G424文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.05.043

實(shí)驗(yàn)原型及不足

《空氣能占據(jù)空間嗎》一課中，教材中安排了三個(gè)探索活動(dòng)：在杯子底部放入紙團(tuán)，將杯子豎直倒扣壓入水中，紙團(tuán)不會(huì)濕；接著在杯底扎孔，并將杯子倒扣入水；最后用打氣筒連著球針通過小孔往杯子里面打氣，將水?dāng)D出去。通過這些活動(dòng)學(xué)生知道空氣能占據(jù)空間（如圖1）。在學(xué)生對(duì)空氣占據(jù)空間這個(gè)問題達(dá)成共識(shí)后，再挑戰(zhàn)利用空氣將水從瓶中擠出，幫助學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識(shí)和理解相關(guān)科學(xué)知識(shí)。

在實(shí)際操作中，學(xué)生經(jīng)常會(huì)遇到一些問題：紙團(tuán)是否濕了不夠明顯，總是不小心被打濕影響判斷；小孔與球針大小經(jīng)常不匹配。這些問題常常影響學(xué)生的探究活動(dòng)，降低課堂教學(xué)效率。

實(shí)驗(yàn)材料

一次性輸液器2個(gè)、大小塑料瓶各1個(gè)、普通氣球、尾巴氣球、7號(hào)橡膠塞、5號(hào)橡膠塞、6 mm規(guī)格玻璃管、打氣筒、水槽、色素、熱熔膠槍、打孔器、酒精噴燈、小刀、白紙、透明膠等（如圖2）。

實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

1.改進(jìn)思路

為了解決上述困難，我從以下幾個(gè)方面對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了思考：

（1）增強(qiáng)現(xiàn)象直觀性。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)通過觀察氣球的變化來體驗(yàn)空氣的流動(dòng)以及空氣占據(jù)空間的情況，相較于原實(shí)驗(yàn)中的觀察紙是否變濕以及水位的變化，實(shí)驗(yàn)效果應(yīng)該更明顯。

（2）提升探究實(shí)效性。尋找可調(diào)節(jié)的開關(guān)，通過開關(guān)的打開和關(guān)閉，替代傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中杯底有無小孔情況，用一套實(shí)驗(yàn)裝置完成所有實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。引導(dǎo)學(xué)生充分自主探究，避免指揮學(xué)生進(jìn)行“假探究”。

（3）拓展思維深度。將傳統(tǒng)的定性實(shí)驗(yàn)改進(jìn)為一個(gè)定性和定量相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)，在原“吹氣排水”實(shí)驗(yàn)材料基礎(chǔ)上增加一個(gè)可標(biāo)識(shí)出水容量的刻度條，由學(xué)生嘗試分析測量的方法，通過定量測量的方式分析結(jié)果，形成對(duì)“空氣能占據(jù)空間”這一問題的清晰認(rèn)識(shí)，促進(jìn)學(xué)生發(fā)展形象思維與抽象思維。

2.制作步驟

（1）將兩個(gè)一次性輸液器的軟管剪成15 cm、60 cm長的兩段，取下兩個(gè)流量調(diào)節(jié)器。

（2）在大塑料瓶底部鉆一大小合適的小孔，將15 cm軟管的一端塞入，用熱熔膠槍密封，從軟管另一端套上一個(gè)調(diào)節(jié)器，再連接一個(gè)尾巴氣球。將尾巴氣球的尾巴剪一小口，連接在60 cm長的軟管一端，在軟管另一端套上一個(gè)調(diào)節(jié)器，確保氣球連接處的密封性。

（3）用6 mm尺寸的打孔器在7號(hào)橡膠塞上打一個(gè)小孔，在5號(hào)橡膠塞上打兩個(gè)小孔。用小刀、酒精噴燈將玻璃管截?cái)酁?5 cm、15 cm、10 cm三段，并將15 cm長的玻璃管燒彎。燒彎的玻璃管塞入7號(hào)橡膠塞的小孔，一端連接一個(gè)氣球，連接處密封，另一端套上一截橡膠管，將橡膠塞塞在大塑料瓶瓶口。

（4）根據(jù)小塑料瓶的規(guī)格自制刻度條，用透明膠將刻度條粘貼在小塑料瓶外側(cè)。向瓶內(nèi)加入水，滴入紅色色素。將25 cm和10 cm長的玻璃管分別塞入5號(hào)橡膠塞的兩個(gè)小孔，將橡膠塞塞在小塑料瓶瓶口。

使用方法

1.初步體驗(yàn)空氣占據(jù)空間

將調(diào)節(jié)開關(guān)全部關(guān)閉，一個(gè)同學(xué)扶住大塑料瓶并按住大塑料瓶瓶口的橡膠塞。另一個(gè)同學(xué)用打氣筒連著瓶口處的橡膠管，對(duì)瓶子里的氣球打氣，發(fā)現(xiàn)瓶子里的氣球難以變大（如圖3）。學(xué)生猜想是空氣占據(jù)了瓶子里的空間，只要將瓶子里的空氣擠出去，讓出位置，氣球就能變大。

2.驗(yàn)證空氣能占據(jù)空間

教師給學(xué)生提供一份學(xué)習(xí)記錄單（如圖4），用記錄單為學(xué)生的科學(xué)探究搭建腳手架，讓學(xué)生記錄下兩個(gè)開關(guān)開和關(guān)的不同組合時(shí)，兩個(gè)氣球的變化情況。學(xué)生在探究過程中發(fā)現(xiàn)打開開關(guān)①，關(guān)閉開關(guān)②，用打氣筒打氣，兩個(gè)氣球都可以變大（如圖5）。當(dāng)氣球大到一定程度時(shí)，及時(shí)關(guān)閉開關(guān)②，原先占據(jù)瓶子部分空間的空氣即流入了瓶外的氣球并被收集起來。學(xué)生通過觀察氣球的變化，直觀觀察到空氣占據(jù)空間以及空間被替換這一過程，從而驗(yàn)證空氣確實(shí)能占據(jù)空間。

3.測量空氣占據(jù)的空間

先記錄水平面對(duì)應(yīng)的示數(shù)，將軟管插入短玻璃管內(nèi)，打開開關(guān)②。與軟管連接的氣球慢慢變小，瓶內(nèi)的水從長玻璃管上端排出，輕輕按壓氣球，使氣球內(nèi)空氣全部排出，再次記錄下此時(shí)水平面對(duì)應(yīng)的示數(shù)，計(jì)算排出的水量，即收集的空氣占據(jù)空間的多少（如圖6）。

實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)

和原實(shí)驗(yàn)相比，改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)操作簡單，一套實(shí)驗(yàn)裝置貫穿始終，提高課堂教學(xué)效率，給學(xué)生提供充分探究的機(jī)會(huì)。借助氣球和調(diào)節(jié)開關(guān)，將空氣的流動(dòng)可視化、可控化，使空氣占據(jù)空間生動(dòng)直觀，便于理解。量化空氣占據(jù)的空間，更有說服力。此外，學(xué)生運(yùn)用有結(jié)構(gòu)的探究實(shí)驗(yàn)裝置，進(jìn)行有層次的探究活動(dòng)，由定性到定量，認(rèn)知不斷深化，思維得到進(jìn)階性發(fā)展。