本站小編為你精心準備了初中科學注射器系列實驗設計實施參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

摘要：注射器因其“氣壓可調”和“體積可度量”的特點，在中學科學實驗中發揮著獨特的作用．基于《義務教育初中科學課程標準（2011版）》和浙教版《科學》教材，設計了估測大氣壓、吸煙的危害與多用土炮的注射器系列實驗，分析了教學實施效果，并介紹了系列實驗設計的思路．

關鍵詞：注射器；實驗設計；教學實施

實驗教學是物理教學的重要組成部分，也是落實課程目標，全面提高學生科學素養的重要途徑［1］．其中，利用常見儀器進行教學材料的二度開發是有效方法之一．注射器雖然是一種普通的醫療器械，但在中學科學實驗中發揮著獨特作用，已越來越受到廣大科學實驗工作者的鐘愛．本文從注射器“氣壓可調”和“體積可度量”兩個特點出發，基于《義務教育初中科學課程標準（2011年版）》（以下簡稱課程標準）和浙教版《科學》教材（以下簡稱教材），設計了注射器在初中科學教學中的系列實驗，并分析了教學實施情況［2，3］．

1估測大氣壓

1．1背景分析

對于學生而言，大氣壓雖然處處存在于日常生活中，但恰因過于常見，導致學生對大氣壓的認識處于模糊狀態．為了幫助學生建構大氣壓存在及大小的相關認知，課程標準要求學生通過實驗認識大氣壓的大小，并建議用實驗估測大氣壓的大小．但教材刪去了托里拆利實驗，在“大氣壓的大小”模塊僅介紹了空盒氣壓計和水銀氣壓計兩種測量工具，如圖1所示，而學生在作業評價中經常涉及利用注射器進行大氣壓估測的練習．為解決這些矛盾，有必要設計操作性強的大氣壓估測實驗，讓學生通過設計與實施實驗，思考并測量大氣壓的大小．圖1浙教版教材內容

1．2實驗設計

在上述背景下，筆者設計了如圖2所示實驗裝置，利用注射器（5mL）和兩個彈簧測力計（10N）、刻度尺、鐵質T型鉤、細線和橡皮帽等材料相配合進行實驗．在這個實驗裝置中，注射器（5mL）所承受的大氣壓力（一個標準大氣壓下）約為12N，因此需要兩個量程10N的測力計．連接好如圖2所示的裝置，先后兩次拉動注射器活塞，第一次拉動活塞，測量活塞與注射器壁的摩擦力，記錄測力計的示數之和為F1．在第二次測量前，首先排盡注射器內空氣，再用橡皮帽堵住注射器小口，慢慢往外拉動活塞，測量摩擦力與大氣壓力之和，記錄測力計示數之和為F2；兩次示數之差F2－F1即大氣壓力F．然后用刻度尺量出注射器的長度L，體積V即注射器的容積，體積與長度之商VL即為活塞的表面積S，根據：

1．3教學實施分析

在八年級學生第一學期學氣壓章節時，筆者與合作教師開展了相關學習活動．在課堂引入部分，讓每個實驗小組把注射器的活塞推至注射器底部，并用橡皮帽堵住注射器的小孔，然后用另一只手去拉活塞，發現需要較大的力才能拉動，且松手后活塞又被壓回筒內．在教師引導下，學生開始思考是什么力量將活塞壓回去及如何測量這個力等問題．學生的投入狀態被激發，教師順勢而為，讓學生根據事先設計的思維導圖（圖3），以組內合作，組間競爭的方式，開展估測大氣壓的學習活動．注射器估測大氣壓的教學活動有利于學生將科學知識技能、科學推理思維方法等融于一體，其教學實施過程呈現以下功能特點：（1）完成大氣壓部分的課標及教學要求，幫助學生更深入地建構大氣壓的存在及大小的認知．（2）在活動過程中，利用思維導圖與教師的引導作為學習支架，幫助學生厘清問題研究的焦點與進程，部分學生呈現出高投入的學習狀態，教學進程順暢．（3）在教學過程中，學生思維呈現發散趨勢．如在測量改進部分，學生針對誤差來源，提出不一樣的解決思路，例如有人建議用數字化測力計代替彈簧測力計做到精準測量，也有人提出解決讀數不穩定的問題時可以利用樂高小車編寫程序，實現勻速直線運動，從而測量示數．值得說明的是，本實驗設計部分思維含量較高，但在實驗實施部分，需要用到的材料較多，尤其在固定注射器等操作層面，需要教師事先準備好KT板等材料并掌控課堂秩序．在實驗實施環節，筆者建議在實驗活動分析完成后，分發材料施測，以保障課堂秩序．

2吸煙的危害

2．1背景分析

教育的核心旨在于立德樹人，無論是三維目標還是核心素養，都強調培養與促進學生的思想道德素養、科學文化素養、健康素養［4］．因此在科學教學中利用好課程資源去落實這一目標是非常重要的．課程標準明確要求學生不吸煙，不酗酒，形成健康的生活方式，并且知道良好的生活習慣是健康的保障．教材在九年級下冊第三章第6節中安排了“吸煙危害健康”的內容，并設置了探究活動，主題是“香煙的煙霧對小白鼠的影響”，如圖4所示．此實要求用香煙煙霧和小白鼠等進行長周期對照實驗，來探究煙霧對小白鼠生命活動的影響．雖然教材設置的實驗符合課程標準的要求，但在日常教學中，此實驗對實驗資源以及教師的掌控能力提出的要求較高，導致許多教師在教授這一部分內容時，往往只是一言帶過，不多加引導．而根據中國疾病預防控制中心的《2014中國青少年煙草調查報告》顯示，中國吸煙者超過3億，并有7．4億非吸煙者遭受二手煙危害，《中國煙民市場狀況調查報告》指出煙民平均吸煙量為每日17支，并且大多數煙民形成于青少年（14～22周歲）階段［5］．可以想見，國民吸煙狀況十分嚴峻，筆者認為這背后一部分原因應歸咎于基礎教育階段時期的健康教育，換言之，我們對青少年的健康教育不夠．因此，在“吸煙危害健康”這部分內容中，如何通過注射器氣壓可調、體積可度量等特點設計相關實驗來模擬吸煙的危害是筆者思考的重點．

2．2實驗設計

在這一節內容教學中，不宜直接向學生空口描述吸煙的危害，需要基于證據與實驗．因此，筆者設計了如圖5所示的實驗裝置，將吸煙的危害可視化．此裝置利用注射器（100mL）、橡皮管、香煙、棉絮、火柴和熱膠槍等材料配合來工作．連接好圖示裝置，通過熱膠槍將注射器與橡皮管密封相連．在橡皮管中塞入一小團棉絮，此時橡皮管模擬的是氣管，注射器模擬的是肺．將香煙與橡皮管相連，用火柴點燃煙頭，往外慢慢拉動活塞．此時注射器內氣壓低于外部氣壓，通過創設低壓環境，將香煙煙霧壓入注射器內．圖5吸煙的危害實驗裝置

2．3教學實施分析

在教授這部分內容時，合作教師進行了教學效果觀測．在教學過程中，教師通過適當引導，讓學生觀察實驗現象：當煙霧貯滿100mL的注射器時，香煙只燃燒了約十分之一．并將煙民日均吸煙量數據以PPT的形式呈現，學生通過推算可知普通煙民一天吸17支煙，產生的煙霧量是巨大的．隨后，教師引導學生將橡皮管中的棉絮取出，可發現棉絮發黃明顯，如圖6所示，學生在看到這個現象之后，非常驚訝并議論．從這些現象中，可以判定取得了一定的教學效果．進一步反思吸煙的危害教學過程，歸結了該實驗教學的3個特點，并就第3點開展了課后延伸活動．圖6發黃棉絮（1）實驗現象明顯，對比清晰，情感震撼實驗過程中產生了兩處對比，一處是從橡皮管中取出的發黃的棉絮與原始的白棉絮對比，可讓學生產生吸煙的危害既視感；另一處則利用了注射器體積可度量的特點，學生通過對比香煙的燃燒量（約0．1支）與產生的煙霧體積（100mL），倒推吸1根乃至17根香煙，產生的煙霧量大小，從而從量的角度直觀體會吸煙給人體帶來的巨大危害．（2）取材簡單，學生參與度強本實驗選用的材料簡單易得，在學校實驗室中都可取得，降低了探究實驗的難度；此外，通過教學觀察發現：學生在參與這個實驗時，興致高昂，反響熱烈（圖7）．（3）實驗可拓展，課外可延伸注射器中的香煙煙霧還可用于繼續探究香煙煙霧對生物的影響（例如金魚），為香煙煙霧的后續處理提供新思路．根據這個思路，學生將注射器中的香煙煙霧注射到養金魚的水中，并設置對照組，周期性地觀察香煙煙霧對金魚生命活動的影響，從而達成與教材用小白鼠進行探究實驗“異曲同工”的效果．在延伸實驗活動中，學生對這類實驗表現出極大的熱情與極高的參與度（圖8和圖9）．

3多用“土炮”

3．1背景分析

在學習熱機工作原理時，四沖程是教學的重難點，但教材在設置這部分內容時，沒有安排活動幫助學生建構做功沖程概念（圖10）．而在作業評價中，做功沖程等概念經常作為考查的難點出現．熱機四沖程尤其是做功沖程是十分抽象的概念，如無實驗支持，會給學生理解熱機做功和功能關系轉化帶來困難．此外，在實驗教學和作業評價中，教師經常會強調熄滅酒精燈時應用燈帽蓋滅，不能用嘴吹滅，但許多學生甚至教師不知為什么不能用嘴吹滅（圖11）．原因在于用嘴吹可能會使火苗順著棉線吹向酒精燈內部，酒精燈內部是空氣與乙醇的混合氣體，遇到火苗易產生爆炸的危險．因此，通過注射器可營造高壓環境的特點，對這些概念用實驗的方式進行深層次建構，是筆者思考這個問題的出發點．

3．2實驗設計

為了實現實驗現象從“無”到“有“，筆者設計了一個簡易“土炮”裝置，如圖12所示．該裝置利用注射器（10mL）、點火器、細繩、乙醇、棉簽、橡皮帽、電烙鐵和熱膠槍等材料相配合組裝而成．在該實驗中，注射器具有“炮筒”的作用.如圖12所示裝置中的點火器是打火機中用于點火的裝置，利用電烙鐵與熱膠槍將注射器與點火器組裝在一起，并用橡皮帽堵住注射器口．為保障安全，在注射器頭與尾處用細繩相連．用蘸過分析純乙醇的棉簽在注射器壁上涂抹一周，并用捂熱法讓乙醇氣體揮發，與空氣充分混合．此時按下點火器，即可點燃乙醇與空氣的混合氣體，產生火花，活塞被猛烈地推出注射器，并伴隨巨響．筆者設計的“土炮”實驗，不僅能夠通過眼睛觀察，而且還能通過耳朵聽到聲音，給學生留下深刻的印象，對知識的掌握會很牢固．在本實驗中，同時也要充分考慮安全問題，防止造成人身傷害．

3．3教學實施分析

初中生對于新奇的現象充滿好奇，根據皮亞杰的認知發展理論，其認知水平仍處于形式運算階段的初期．因此，教學仍要以實驗手段為主，促進其認知水平發展，學生通過親身感受，可以在腦海中留下深刻印象，深度建構有關認知．土炮實驗不僅可用于模擬做功沖程過程，也很好地說明酒精與空氣混合后，遇到明火的危險性．在熱機四沖程教學中，教學難點在于理解四沖程的功能轉換關系，教師可以演示土炮實驗模擬做功沖程過程，并輔以實驗慢動作視頻，學生可以看到發射過程中的火花，從而更加順暢地理解能量轉換的過程．同樣，在接觸酒精燈的實驗中，教師可以將土炮演示實驗或者慢動作視頻回放作為教學環節的組成部分，向學生說明酒精與空氣混合后，遇到明火的危險性，因此不能用嘴吹．本實驗設計兼具實用性與趣味性，存在許多優點：（1）該裝置簡單易得，成本低廉；（2）實驗現象震撼，易激發學生的興趣；（3）通過實驗現象分析或者慢動作視頻回放可以建構對做功沖程過程與酒精燈不能用嘴吹滅的深入理解．

4結束語

上述注射器系列實驗設計隱含了兩條線索，一條是注射器本身器材的明線，另一條是注射器氣壓可調的暗線．當注射器中氣壓接近真空時，可以進行大氣壓的估測實驗，為低壓時，可以做吸煙的危害實驗，為高壓時，可以制成簡易“土炮”裝置，同時利用體積可度量的特點實現量的控制和體積變化的對比．在教學實施中，每一個設計可以作為各自部分的教學材料，將3個設計組合在一起則可以開展有關注射器的復習課．值得說明的是，在設計一類器材系列實驗時，筆者遵循的邏輯是：從日常教學與作業評價中關注同一類器材的出現頻次，并分析其常見的原因，原因通常與器材本身的設計特點有關，如注射器常見的原因在于其“氣壓可調”和“體積可度量”兩個特點，然后對照課程標準與教材來尋找教學中的痛點，結合器材特點進行實驗的二度開發．在教學實施過程中融學科知識技能、思維方法、觀念精神等于一體，滲透立德樹人理念，以實驗效果引而不發為宜．

參考文獻

1楊萬琴，馬靜，張軼炳．注射器在與真空度相關實驗中的應用及原理分析．物理通報，

2017，36（11）：82～852中華人民共和國教育部．義務教育初中科學課程標準（2011年版）．北京：北京師范大學出版社，2011

3朱清時．義務教育課程標準實驗教科書•科學（八年級上，九年級上，九年級下）．杭州：浙江教育出版社，2013

4田慧生．落實立德樹人根本任務全面深化課程教學改革．課程•教材•教法，2015（1）：3～8

5劉硯青．三億煙民的戒煙難題．芳草（經典閱讀），2015（16）：34～35

作者：馮達 方濤 單位：浙江省杭州濱和中學