绿色喷泉的创新设计

王素雯

摘   要：选用学生易得的废弃矿泉水瓶、笔和输液管等制作绿色喷泉，变废为宝，提高了学生的环保意识，体现了绿色喷泉的主题。对喷泉的喷头和气密性方面不断地改进与创新，自制出新教具。从单层单色喷泉到双层双色喷泉，直至达到三层七色彩虹喷泉，最终喷泉效果夺人眼球。

关键词：自制教具;绿色喷泉;环保;喷头

1  结构与原理

（1）绿色喷泉的装置（如图1）由废矿泉水瓶A、B、C和废旧输液管a、b、c（c连接喷头）组成，整个装置的连接是密闭的。

（2）开启绿色喷泉，往A瓶中倒入水，淹没a管的管口。这时A瓶中的水在重力的作用下，经a管流到B瓶内，B瓶水位上升， 压缩B瓶中空气。由于b管连通B瓶、C瓶上方空气且密闭，所以C瓶上方气压也增大。当C瓶内气体压强大于瓶外大气压强与c管液体压强之和时 ， 水就通过c管的喷头喷出，形成喷泉。喷出的水回落到A瓶中， 通过a管再流 入B瓶中，这样不断地循环着 ， 直到B瓶内水满或者C瓶内水喷完时，喷泉停止 。调节B瓶与C瓶相对高度可改变喷泉水柱的高低 。

（3）双层双色喷泉的设计（如图2）是把单层单色喷泉（图1）的C瓶设计成2个装不同颜色水的瓶子C1 、C2，瓶子间用空气管连接，通过c1、c2管从喷头喷出双色喷泉。三层七色的彩虹喷泉在双层双色喷泉的基础上，将C瓶设计成装有红、橙、黄、绿、青、蓝、紫水的7个瓶子C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7，瓶子间用空气管连接，通过c1、c2、c3、c4、c5、c6、c7 管从喷头喷出。

2  学生通过实验发现的问题和得到的启示

演示绿色喷泉实验激发孩子们的好奇心，师生在物理趣味小实验里利用矿泉水瓶、废旧中性笔和荧光笔、输液管、软管子、水、小刀、胶水等学生身边的日常用品进行模仿和改进喷泉。

学生存在性别差异和个体能力差异，根据学生动手动脑强弱，合理分组分工。为了给每一个学生的学习与发展提供机会，为此开发出难度递进的喷泉，供学生选择。在理解绿色喷泉原理后，小团队在自制喷泉的过程中，不断努力总结成功的经验，分析失败的原因。最后战胜困难和解决物理问题，锻炼了孩子们的意志力。同学们最终看到自己亲手制作的绿色喷泉喷涌而出时，享受成功的喜悦同时也能增强学生的自信心。

3  绿色喷泉的改进和创新点

（1）整体装置模块化设计

实验装置按照容器A、容器B、容器C分为三个大的模块，模块与模块之间可拆分开来，既能保证绿色喷泉整体连接的气密性，同时也便于收纳和移动。

（2）喷头创新

喷头原来是软管子延伸出来的一节，不能直立且开口大，喷出效果不佳 ，容易造成溢泉。单层单色喷泉的喷头设计把写完了笔水的笔芯去掉笔头，插入软管子，开口比较小，改进后有一定的喷射效果，并用肩带使喷头直立，把透明肩带中间钻孔套在笔芯上，肩带两边伸缩头固定在喷泉池两边，可以调节位置，使喷头直立在中央，效果有所改善。

由于原来的单层单色喷泉的喷头较软用肩带固定虽然可调节，但不够美观，也只有一柱喷泉。双层双色喷泉的喷头是用一支写完墨水的笔，拆开防滑套并去掉尾塞，将笔的笔尖的滚珠夹掉，尖套刺4个小孔，笔芯尾端和针管密闭对接，笔杆尾端和橡皮管密闭对接，橡皮管侧面开一小口，针管从小口穿出，将小口用胶水密封。笔杆竖直固定在A瓶瓶盖上，橡皮管另一端与透明管c2密闭连接插入C2，针管c1插入C1瓶。

三层七色彩虹喷泉的喷头是在双层双色喷泉的喷头外的笔杆上套一支更粗一点荧光笔外壳，在荧光笔外壳的顶端钻上五个小孔，用五根细管从管内穿出，细管顶端用笔芯尖作为喷头，连接完毕用胶水密封。这样的喷头设计不用任何其它装置对喷头进行固定，使得喷泉中间一柱竖直向上喷射，其余层的喷柱向四周喷洒，惟妙惟肖的仿真现实生活中的喷泉效果，夺人眼球。

三层七色彩虹喷泉的喷头组装（图3）由里至外，分别是笔芯、中性笔笔壳和荧光笔的外壳。最高层是笔芯喷出的红色水，第二层是笔芯与中性笔笔壳之间喷出的2柱橙色水，第三层是中性笔笔壳与荧光笔的外壳里面有五根输液管，每根管喷一种颜色，分别喷出黄、绿、蓝、靛、紫水。在组装时要注意五根输液管不要被卡主，用单根吹气的方法检测是否畅通。

（3）接口创新

管子的对接创新设计，不仅保证密闭性还是可以灵活操作，可随时拆接，便于收纳。管子的接口取材都是针头套子与输液管对接简单易得，但也是经过多次尝试和灵感突现，才配套成功 。

（4）开关控制器创新

绿色喷泉开启和暂停的开关的设计，用一次性输液器的流量控制器安装在a管或者b管上，方便随时控制绿色喷泉的开启和暂停，可以避免装置过多的移动。

（5）气密性强

查資料发现有用AB胶来做密封性，个人尝试后发现其弹性极小，很容易有小裂缝，造成漏气。气密性是整套装置的关键，经过对比各种胶水的效果后，最终选择玻璃胶和热熔胶配合使用。热熔胶比较方便快捷，但温度较高要注意不要烫到管子，弹性没有玻璃胶好。玻璃胶比较安全，弹性较好，但需要24小时以上才能干透。装置气密性的检查，装置完成后可采用逐个实验的方法对单个简单的实验装置检查气密性。

（6）工艺精巧

打喷孔的方向和大小需要控制好，才能使得喷射喷洒效果更加美观。所使用的颜料瓶的瓶盖改装基本一致，可批量处理，节省时间。

（7）直观性

为了便于学生观察喷泉效果和分析喷泉原理，整个装置基本是透明的，瓶子和管子定位摆放，并采用不同颜色的水。制作彩色液体的颜料，要求不会染在皮管上，颜色明显。制作彩色水的颜料经过多次选取，考虑到喷头孔和管子较细，最终选择笔芯墨水。连笔尖滚珠都能流通，那细孔也可以畅通。通过颜色的调配，获得多种颜色水。所有空气管要干燥，尽量不流入液体，便于区分出空气管。在实验过程中，管道颜色的渐变具有视觉冲击效果。

4  对自制教具的设想和体会

（1） “寓教于乐 ，寓学于乐”中的 “寓”是寄托的意思。

将教育寄予在乐趣里，教育要通过艺术和美的形式来激发并保持学生有学习物理的兴趣。单层单色喷泉的效果对学生的吸引力还不够强，为了更吸引学生的注意，增强探究兴趣，对喷泉效果进行改进。学生在模仿制作单色喷泉的过程中，有些同学大胆设想是否能做出彩色的喷泉。教师作为一个研究者，从学生提出的设想找到突破口，以一种变化发展的态度对待学生，不断创新出新教具。从单层单色喷泉到双层双色喷泉，直至达到三层七色彩虹喷泉，这不仅仅是个数的累加，也是对美的追求和创造性的体现，让学生体会到一个复杂的系统是由一个个简单的系统通过整体结合的结晶。

（2）自制教具的创新设计是从无到有，教师不仅思维要发散，更要有耐心。

在一次次的尝试后，教具才能基本完工，并对喷泉效果很有期待。而事实上，刚开始测试，出现没有效果或者效果不佳是再正常不过的情况，心里会有落差。此时需要静下心来耐心的运用各种方法分析原因，把刚组装好的教具拆开并进行独立测试。最后花了很多时间下去，也许问题只是出现在一个小细节上。

（3）随着社会的发展和科技的进步，当代初中学生的物质生活也越来越好，但却存在浪费和不文明行为。

为了让学生们在获得物理知识的同时提高保护环境及可持续发展的意识，选用学生易得的废弃矿泉水瓶和用完的笔和笔芯等进行自制教具。教师作为示范者和引导者，在制作教具的过程中潜移默化地向学生传输着正确的人生观和价值观，这也正是绿色喷泉的主题。