《空气能占据空间吗》实验改进

文英俏 丁锋

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）

中图分类号：G424文献标识码：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.05.043

实验原型及不足

《空气能占据空间吗》一课中，教材中安排了三个探索活动：在杯子底部放入纸团，将杯子竖直倒扣压入水中，纸团不会湿；接着在杯底扎孔，并将杯子倒扣入水；最后用打气筒连着球针通过小孔往杯子里面打气，将水挤出去。通过这些活动学生知道空气能占据空间（如图1）。在学生对空气占据空间这个问题达成共识后，再挑战利用空气将水从瓶中挤出，帮助学生进一步认识和理解相关科学知识。

在实际操作中，学生经常会遇到一些问题：纸团是否湿了不够明显，总是不小心被打湿影响判断；小孔与球针大小经常不匹配。这些问题常常影响学生的探究活动，降低课堂教学效率。

实验材料

一次性输液器2个、大小塑料瓶各1个、普通气球、尾巴气球、7号橡胶塞、5号橡胶塞、6 mm规格玻璃管、打气筒、水槽、色素、热熔胶枪、打孔器、酒精喷灯、小刀、白纸、透明胶等（如图2）。

实验改进

1.改进思路

为了解决上述困难，我从以下几个方面对实验进行了思考：

（1）增强现象直观性。改进后的实验通过观察气球的变化来体验空气的流动以及空气占据空间的情况，相较于原实验中的观察纸是否变湿以及水位的变化，实验效果应该更明显。

（2）提升探究实效性。寻找可调节的开关，通过开关的打开和关闭，替代传统实验中杯底有无小孔情况，用一套实验装置完成所有实验环节。引导学生充分自主探究，避免指挥学生进行“假探究”。

（3）拓展思维深度。将传统的定性实验改进为一个定性和定量相结合的实验，在原“吹气排水”实验材料基础上增加一个可标识出水容量的刻度条，由学生尝试分析测量的方法，通过定量测量的方式分析结果，形成对“空气能占据空间”这一问题的清晰认识，促进学生发展形象思维与抽象思维。

2.制作步骤

（1）将两个一次性输液器的软管剪成15 cm、60 cm长的两段，取下两个流量调节器。

（2）在大塑料瓶底部钻一大小合适的小孔，将15 cm软管的一端塞入，用热熔胶枪密封，从软管另一端套上一个调节器，再连接一个尾巴气球。将尾巴气球的尾巴剪一小口，连接在60 cm长的软管一端，在软管另一端套上一个调节器，确保气球连接处的密封性。

（3）用6 mm尺寸的打孔器在7号橡胶塞上打一个小孔，在5号橡胶塞上打两个小孔。用小刀、酒精喷灯将玻璃管截断为25 cm、15 cm、10 cm三段，并将15 cm长的玻璃管烧弯。烧弯的玻璃管塞入7号橡胶塞的小孔，一端连接一个气球，连接处密封，另一端套上一截橡胶管，将橡胶塞塞在大塑料瓶瓶口。

（4）根据小塑料瓶的规格自制刻度条，用透明胶将刻度条粘贴在小塑料瓶外侧。向瓶内加入水，滴入红色色素。将25 cm和10 cm長的玻璃管分别塞入5号橡胶塞的两个小孔，将橡胶塞塞在小塑料瓶瓶口。

使用方法

1.初步体验空气占据空间

将调节开关全部关闭，一个同学扶住大塑料瓶并按住大塑料瓶瓶口的橡胶塞。另一个同学用打气筒连着瓶口处的橡胶管，对瓶子里的气球打气，发现瓶子里的气球难以变大（如图3）。学生猜想是空气占据了瓶子里的空间，只要将瓶子里的空气挤出去，让出位置，气球就能变大。

2.验证空气能占据空间

教师给学生提供一份学习记录单（如图4），用记录单为学生的科学探究搭建脚手架，让学生记录下两个开关开和关的不同组合时，两个气球的变化情况。学生在探究过程中发现打开开关①，关闭开关②，用打气筒打气，两个气球都可以变大（如图5）。当气球大到一定程度时，及时关闭开关②，原先占据瓶子部分空间的空气即流入了瓶外的气球并被收集起来。学生通过观察气球的变化，直观观察到空气占据空间以及空间被替换这一过程，从而验证空气确实能占据空间。

3.测量空气占据的空间

先记录水平面对应的示数，将软管插入短玻璃管内，打开开关②。与软管连接的气球慢慢变小，瓶内的水从长玻璃管上端排出，轻轻按压气球，使气球内空气全部排出，再次记录下此时水平面对应的示数，计算排出的水量，即收集的空气占据空间的多少（如图6）。

实验优点

和原实验相比，改进后的实验操作简单，一套实验装置贯穿始终，提高课堂教学效率，给学生提供充分探究的机会。借助气球和调节开关，将空气的流动可视化、可控化，使空气占据空间生动直观，便于理解。量化空气占据的空间，更有说服力。此外，学生运用有结构的探究实验装置，进行有层次的探究活动，由定性到定量，认知不断深化，思维得到进阶性发展。