初中生物測量果實發育過程中體積變化的裝置改進

楊建華　李宏英

摘 要 采用逆向思維的方式，對測量果實發育過程中體積變化的裝置進行了改進，裝置采用生活中常見的材料、成本低廉，反向標注刻度、設計思路獨特，實驗過程中操作簡單，使測量果實體積的操作大大簡化而且準確率高，實用性強。

關鍵詞 果實體積 裝置改進 逆向思維 生物學實驗

中圖分類號 G633.91 文獻標志碼 B

1 問題的提出

濟南出版社《生物學》八年級上冊第一章第三節“探究果實發育過程中體積的變化”的探究活動是中學生物教學中比較重要的探究實驗。學生記錄果實生長發育的狀況，在查閱相關資料和數據處理的基礎上，了解果實成長過程中內部發生的化學變化以及果實的生長速度與溫度、光照強度、降水量等因素的關系。

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

在實際的實驗操作中，按照此裝置操作存在以下不足：

（1） 操作繁瑣。測量時，一個人很難操作完成，不僅要拿住溢水杯，將果實放入溢水杯，同時需要用量筒接水。如果兩個人合作，在有限的空間內，兩雙手同時工作，極容易傷害幼果和枝葉，從而使果實停止生長甚至死亡，使實驗無法繼續進行。

（2） 容易造成誤差。在操作過程中，儀器相對較多，在溢水杯裝滿水、將果實放入溢水杯中、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量的不準確，造成人為因素對實驗的干擾，產生一定的誤差。

（3） 步驟較繁雜。在測量果實成長體積的實驗中，需要多次測量果實的體積。實驗采用水溢法，計算每日生長的體積，且要檢測兩次液體的體積，然后進行計算。

有沒有一種簡易實用快捷測量物體體積的實驗裝置和方法呢？在多年的教學實踐過程中，筆者設計制作出一種專門的測量儀器，只需測量一次剩余水的體積，就可直接讀出被測物體的體積，而且測量的精度相對比較高。該裝置在實際的教學過程和學生探究實驗的使用中，也取得良好的效果。

2 實驗裝置的改進

實驗裝置改進的主要思路是采用逆向思維法，設計出專門的實驗儀器，只測一次余下水的體積，就可直接讀出被測物體體積。

裝置主要構件只有一個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，容積可以根據生活用品的實際容積來標明）。

3 裝置的制作方法與步驟

首先要找出一個透明杯子（有無刻度均可），透明杯子內部最好是粗細均勻的空間，方便標明透明杯子的容積。如果使用飲料瓶等瓶口較細的容器，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。

第二步是關鍵的一步，把透明杯子測出容積并劃分好刻度。將粗細均勻的透明杯子（或其他容器）洗凈晾干后，放在水平桌面上，注入10 mL的水，在杯子壁上標明水面的位置；再注入10 mL的水，在杯子壁上標明水面的位置。然后將兩個刻度將平均分成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行標出（也可以根據容器的實際容積標注適宜的刻度）。如果容器不是粗細均勻時，要在標注每毫升的容積相對復雜，需要進行分段標注，盡量精確。

第三步標明透明杯子的刻度。根據容器的最大容積，按照1 mL的寬度打印出容積標注的紙條，依次為零刻度至最大容積；在給容器標刻度時，一定要從上面開始，瓶口處與零刻度對齊，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出，因為在測量的過程中，最后的刻度完全不會用到。這樣一個簡易而又實用的測量果實發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

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

本裝置的設計主要是采用逆向思維的方式，反向標注刻度，做好測量儀器，改變了原來根據溢出的水的體積就是果實的體積來測量溢出水的體積，利用果實排開水后容器內剩余的無水空間為果實體積，來讀出果實的體積。

5 創新點

（1） 本裝置取材容易，可以不使用實驗所采用的溢水杯、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。每一個學生都能夠自主完成。

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

（3） 對容器的刻度作了數學處理，使得看到的刻度是計算差后所得刻度，這樣就更直接讀出被測物體的體積。

（4） 本裝置測量果實體積精確度高，實驗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的實際體積就不會對測量結果有影響，減少了實驗誤差的產生機率。

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

（6） 如果被測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生產中制成倒杯或反標讀數瓶，可以提高測量的精確度和裝置的適用范圍，能夠作為在野外快速測量物體體積的一種工具，如用于地質礦石密度速測、工廠化生產快速測出“檢驗產品”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，本實驗裝置取材容易，成本低廉，設計思路獨特（采用逆向思維法），操作簡單，使測量果實體積的操作大大簡化而且準確率高，實用性強，具有推廣價值和使用價值。