將抽象問題具體化
——可展示能量變換原理的聽話透明圓桶的設計體驗

◆山東省青島職業技術學院生物與化工學院 曹雨晴

孔子曰：“吾聽吾忘，吾見吾記，吾做吾悟。”我在中小學親歷了數學、物理、化學三大學科中抽象難懂的知識帶來的學習困惑與煩惱。從2009年起，我便開始研究各種教學裝備。

進入大學后，隨著創業條件的成熟及學校對項目的培育和孵化，我在2020年組建了啟夢教學裝備團隊，對小初高各年級教育教學裝備進行研發，力圖讓學科中復雜的問題簡單化，抽象的問題具體化，讓同學們在快樂中學習、成長。下文介紹的這項作品就是目前研究的最新產品。

可展示能量變換原理的聽話透明圓桶

在科學實驗中，“調皮的奶粉桶”是一個介紹能量轉換的著名實驗。該實驗利用生活中的常見物品橡皮筋、螺母、牙簽和奶粉桶做成，能讓奶粉桶在滾動后原路返回，從而展示彈性勢能與動能之間的相互轉化。

實驗者在解釋該原理時，多利用文字和動畫圖片。如何直觀地展示？我設計制作了一個可用于觀測的透明圓筒。

一、實驗材料

有機玻璃圓筒（15 cm~20 cm）、皮筋(6根)、螺母（1~6個，總質量50 g左右）、細鐵絲（可用廢舊的自行車鋼條代替）、細繩（線）。

二、制作方法

螺母的兩側用線繩把2~4根皮筋拴在一起，2~4根皮筋的另一側用自鎖式尼龍扎帶與細鐵絲的十字交叉點固定。

將兩根細鐵絲固定在有機玻璃圓筒的兩端。

有機玻璃圓筒的兩頭外側可以套一塊圓形橡膠墊，便于運動時防止滾動摩擦損傷有機玻璃圓筒的外壁。

三、使用方法

將連接好的有機玻璃圓筒放在平整的地面上輕輕滾動，滾動的有機玻璃圓筒與未滾動的螺母使皮筋纏繞。停止滾動后，在皮筋彈性勢能的作用下，有機玻璃圓筒反向滾動，從而展示動能和彈性勢能之間的轉換，而且可以直觀地看到皮筋的纏繞和展開。

圖1 裝置示意圖

圖2 組裝好的實物圖（皮筋未纏繞）

圖3 滾動后的實物圖（皮筋纏繞）

圖4 項目團隊在指導老師馬雪（前排左二）、左長江（前排右一）的帶領下參觀青島金山園精密模具有限公司

制作之初，我使用的皮筋彈性較差，易纏繞導致超出彈性限度。后來，我購買了多種皮筋，從中選出彈性勢能與動能轉換最合適的，經過多次調整最終制作出教具。教具成品在高中物理課堂上試用后，得到了師生的一致好評。隨后，項目團隊還與器件供應商簽訂了戰略合作協議。

之后，我邀請了更多的行業專家進行技術指導，與意向專家簽訂了長期技術顧問合同。今后，我還將研發更多的產品，與更多行業結合，制作出更多教學裝備，為師生的教與學提供更多便利！