《空氣能占據空間嗎》實驗改進

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：G424文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.05.043

實驗原型及不足

《空氣能占據空間嗎》一課中，教材中安排了三個探索活動：在杯子底部放入紙團，將杯子豎直倒扣壓入水中，紙團不會濕；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，將水擠出去。通過這些活動學生知道空氣能占據空間（如圖1）。在學生對空氣占據空間這個問題達成共識后，再挑戰利用空氣將水從瓶中擠出，幫助學生進一步認識和理解相關科學知識。

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

實驗材料

一次性輸液器2個、大小塑料瓶各1個、普通氣球、尾巴氣球、7號橡膠塞、5號橡膠塞、6 mm規格玻璃管、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）。

實驗改進

1.改進思路

為了解決上述困難，我從以下幾個方面對實驗進行了思考：

（1）增強現象直觀性。改進后的實驗通過觀察氣球的變化來體驗空氣的流動以及空氣占據空間的情況，相較于原實驗中的觀察紙是否變濕以及水位的變化，實驗效果應該更明顯。

（2）提升探究實效性。尋找可調節的開關，通過開關的打開和關閉，替代傳統實驗中杯底有無小孔情況，用一套實驗裝置完成所有實驗環節。引導學生充分自主探究，避免指揮學生進行“假探究”。

（3）拓展思維深度。將傳統的定性實驗改進為一個定性和定量相結合的實驗，在原“吹氣排水”實驗材料基礎上增加一個可標識出水容量的刻度條，由學生嘗試分析測量的方法，通過定量測量的方式分析結果，形成對“空氣能占據空間”這一問題的清晰認識，促進學生發展形象思維與抽象思維。

2.制作步驟

（1）將兩個一次性輸液器的軟管剪成15 cm、60 cm長的兩段，取下兩個流量調節器。

（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調節器，再連接一個尾巴氣球。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調節器，確保氣球連接處的密封性。

（3）用6 mm尺寸的打孔器在7號橡膠塞上打一個小孔，在5號橡膠塞上打兩個小孔。用小刀、酒精噴燈將玻璃管截斷為25 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號橡膠塞的小孔，一端連接一個氣球，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）根據小塑料瓶的規格自制刻度條，用透明膠將刻度條粘貼在小塑料瓶外側。向瓶內加入水，滴入紅色色素。將25 cm和10 cm長的玻璃管分別塞入5號橡膠塞的兩個小孔，將橡膠塞塞在小塑料瓶瓶口。

使用方法

1.初步體驗空氣占據空間

將調節開關全部關閉，一個同學扶住大塑料瓶并按住大塑料瓶瓶口的橡膠塞。另一個同學用打氣筒連著瓶口處的橡膠管，對瓶子里的氣球打氣，發現瓶子里的氣球難以變大（如圖3）。學生猜想是空氣占據了瓶子里的空間，只要將瓶子里的空氣擠出去，讓出位置，氣球就能變大。

2.驗證空氣能占據空間

教師給學生提供一份學習記錄單（如圖4），用記錄單為學生的科學探究搭建腳手架，讓學生記錄下兩個開關開和關的不同組合時，兩個氣球的變化情況。學生在探究過程中發現打開開關①，關閉開關②，用打氣筒打氣，兩個氣球都可以變大（如圖5）。當氣球大到一定程度時，及時關閉開關②，原先占據瓶子部分空間的空氣即流入了瓶外的氣球并被收集起來。學生通過觀察氣球的變化，直觀觀察到空氣占據空間以及空間被替換這一過程，從而驗證空氣確實能占據空間。

3.測量空氣占據的空間

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

實驗優點

和原實驗相比，改進后的實驗操作簡單，一套實驗裝置貫穿始終，提高課堂教學效率，給學生提供充分探究的機會。借助氣球和調節開關，將空氣的流動可視化、可控化，使空氣占據空間生動直觀，便于理解。量化空氣占據的空間，更有說服力。此外，學生運用有結構的探究實驗裝置，進行有層次的探究活動，由定性到定量，認知不斷深化，思維得到進階性發展。