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      《空氣能占據(jù)空間嗎》實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

      2021-01-10 00:29:07文英俏丁鋒
      科教導(dǎo)刊 2021年15期
      關(guān)鍵詞:玻璃管塑料瓶小孔

      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。

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