“空气是否占据空间”实验创新报告

“空气是否占据空间”实验创新报告

倪璐

浙江省兰溪市永昌中心小学 321100

【摘要】本实验灵感来源于教科版小学科学三年级上册《水和空气》单元第六课《空气占据空间吗》，教科书上安排了两个活动来证明空气是否占据空间。本人设计了该创新实验，将两个活动合成一个实验，并且除了可以反复证明空气可以占据空间外还能更为直观的观察到空气跑出的现象。

【关键词】小学科学；空气占据空间；实验创新

一、创新实验背景

（一）实验说明

本实验灵感来源于教科版小学科学三年级上册《水和空气》单元第六课《空气占据空间吗》，教科书上安排了两个活动来证明空气是否占据空间。

（二）实验分析

1.活动一：参考乌鸦喝水的方法，看看空气能否像石头一样把瓶子中的水挤出来，如图1-1。理论上在挤压瓶子时瓶内的水会通过吸管被挤出来。但在实践教学中发现，由于橡皮泥与吸管或瓶口之间存在缝隙等问题导致实验现象不明显。

2.活动二：利用覆杯实验证明空气占据空气占据空间，如图1-2。理论上，当杯子倒扣入水中时，由于杯子内有空气存在，纸巾不会湿。但在实践教学过程中发现，由于纸巾的摆放、杯子是否竖直倒扣等问题，实验后可能会看到纸巾湿的情况。另外该实验在实际操作时，三年级的小学生会不小心弄湿纸巾，造成资源浪费。正确操作本实验，虽能说明空气是占据空间的，但后续实验的开展，即水跑进杯子，把空气挤出去这一实验现象不够明显且不直观，以小学三年级学生的认知发展水平来说，理解起来，存在一定的难度。

图1-1 图1-2

二、实验首次创新

（一）创新过程

为了解决以上两个活动存在的问题并且避免由于活动过多造成的时间浪费，本人设计了该创新实验，将两个活动合成一个实验，并且除了可以反复证明空气可以占据空间外还能更为直观的观察到空气跑出的现象。实验装置实物图，如图2-2所示。

图2-2

1.实验材料：水槽、铁架台、去底透明塑料瓶、黄色乒乓球、玻璃管两节、橡皮塞、乳胶管、止水夹、红色塑料袋、电胶布。

2.实验步骤及原理说明：

（1）以去底的透明塑料瓶代替玻璃杯，以乒乓球代替纸巾。（2）用带玻璃管的橡皮塞塞紧塑料瓶口，玻璃管另一端连着一截橡胶管(带止水夹)，橡胶管的另一端连着一根玻璃管，玻璃管上扎着一只塑料袋，用电胶布缠紧，再用一截乳胶管密封，增强了装置的密封性。（3）把塑料瓶竖直固定在铁架台上，。这样，只需控制支架的上下移动就可控制塑料瓶的移动，且保证了塑料瓶是竖直向下倒扣的，避免因倒扣时的角度问题，使得塑料瓶内的空气提前被挤出，影响实验效果。（4）打开止水夹即可看到乒乓球上浮，塑料袋鼓起来，还可以通过挤压塑料袋里的空气观察到乒乓球随水面下降，直观地证明了空气是占据空间的。

（二）首次创新的优缺点

1.优点：用一个支架将透明塑料瓶倒扣固定，这样，只需控制支架的上下移动就可控制塑料瓶的移动，且保证了塑料瓶是竖直向下倒扣的，避免因倒扣时的角度问题，使得塑料瓶内的空气提前被挤出，影响实验效果。打开止水夹即可看到乒乓球上浮，塑料袋鼓起来，用塑料袋收集塑料瓶内被水排出的空气，可以更为直观地观察到空气跑出这一现象，将抽象的问题具体化，直观且形象。还可以通过挤压塑料袋里的空气观察到乒乓球随水面下降，可以反复且直观地证明了空气是占据空间的。改进后的实验仪使得空气占据空间，且空间被替换的现象更为直观、更明显。通过观察黄色乒乓球的位置变化以及塑料袋的鼓起，将原本静态的、抽象的现象转化为动态的、直观的现象，化静为动，通过直观的视觉感受来理解空气占据空间，化抽象为具体，使实验充满趣味性，同时又简化了实验操作，节约了宝贵的课堂时间，提高了学习效率。

2.缺点：在实际教学中发现本实验装置仍存在以下几个问题：

（1）实验仪中的塑料袋颜色暗淡不够显眼，而且容易破，大小也不易把握（2）实验仪中的长方形水槽高度不够而横截面又偏大，以致于塑料瓶外水槽中的水面变化不明显。（3）实验仪中使用的铁架台需要长期浸泡在水中，非常容易生锈。（4）实验仪中的塑料瓶容量只有500毫升，打开止水夹后乒乓球上升速度过快，使实验现象稍纵即过不易控制。（5）铁架台上的两个夹子不能一起移动，使实验操作更加繁琐。

三、实验装置二次创新

（一）二次创新过程

为了解决首次设计的装置存在的问题，我将空气是否占据空间实验演示仪做了二次创新，改进如下：1.用玫红色的铝箔气球代替塑料袋，既显眼又牢固，还方便替换。2.用圆柱形玻璃水缸代替长方形水槽，尽可能让水面上升的现象更明显。3.将铁架台表面喷上防锈漆。4.将用容量2升的大塑料瓶代替原先500毫升的塑料瓶。5.用直径更小的玻璃管和橡胶管代替原先的玻璃管和橡胶管，减慢乒乓球随水面上升的速度。6.在透明塑料瓶身上标上刻度，使实验现象更直观。7.再加一个夹子将原先的两个夹子固定在一起，实现可以一起移动的目的。8.用一截橡胶管代替原先的电胶布来扎紧铝箔气球口，增加装置的气密性。

二次改进后打开止水夹即可看到塑料瓶内水面上升，乒乓球随水面缓慢上浮，铝箔气球鼓起来，塑料瓶外的水面下降。还可以通过挤压铝箔气球里的空气观察到乒乓球随塑料瓶内的水面下降，瓶外的水面上升，证明了空气是占据空间的。

（二）二次创新的装置的优缺点

二次创新后，本实验仪气密性增强，操作更加简便，实验现象更加明显，在实践教学中更加实用。

但本实验仪仍存在一些问题亟需解决。问题如下：

1.铁架台、玻璃缸等实验仪的组件质量都比较大，搬运起来不太方便。能否用更加轻便的材料来代替呢？2.玻璃缸在搬运过程中容易破碎，能否用更加牢固的材料来代替呢？针对以上问题，本人将继续研究，对本实验仪进行改进创新。

【参考文献】

[1] 邓建华，空气占据空间演示器，《教学仪器与实验》，2007（5）：38-38

[2] 陈年安，牛明生，史永刚，自制空气占据空间演示器，《农村青少年科学探究》，2009（10）：