压强计实验的改进

摘要

针对压强计实验的不足，利用小段橡胶导管和小夹子优化实验流程——不需要拔出橡胶导管，就能让U形管两侧液面相平。这一改进巧妙化解了使用压强计时遇到的操作难题，能够使实验顺利进行。改进实验具有取材容易、制作方便、操作简便、现象清晰和性能稳定的优点，可用于学生分组实验。

Graphical abstract

关键词

压强计 / 实验改进 / 思维

钱临照说：“如果自己设计创造一个新实验，哪怕粗糙简单一点也是好的。”^［1］改进物理实验并使之易于操作，凸显了实验所蕴含的科学思维和科学态度。对实验进行精加工、细改进，具有重要的教学功能和教育价值。

1 问题的提出

探究液体压强的大小，是初中物理教学的难点之一。压强计是初中物理“液体的压强”一节的重要教具，其正确使用是成功完成相关探究任务的关键所在。针对使用压强计之前U形管中两侧液面不相平的问题，盐城市初二期末统考命制了如下试题。

【试题】小明用压强计探究“影响液体内部压强的因素”，使用前，发现U形管中两侧液面不相平，应该进行的操作是。

A.将橡胶导管从U形管一端取下，重新安装；

B.用手捏开橡胶导管口，使其与U形管口间形成缝隙，让空气流通。

教师长期以来的教学示范为A方案。命题者倡议带领学生进行实际操作和探究，采取B方案。在实际操作过程中，若采取A方案，有时橡胶导管还要沾水或者用热水烫一下才能装上去，且装上后，U形管中两侧液面还会有较小的高度差，应先用手堵紧U形管另一端玻璃管口，再安装橡胶导管。因此，A方案确实有欠缺之处。

命题者通过考查实验细节来区分讲实验和做实验的教学方式，旨在引导教师带着学生在亲手操作过程中发现问题，并根据操作的实际情况选出能使U形管两侧液面相平的最佳方案。从教学视角看，引导学生以实验方式得到最优方案，实现从解题到真正解决问题，不仅体现了试题本身的革新性，而且正确回答了“教师怎么教最有效”和“我们要培养什么样的学生”这两个问题，具有教学指导作用。

一些教师对B方案进行了广泛讨论，质疑该方案：①橡胶导管的摩擦系数大，该方案会使橡胶导管变形后不能恢复原状，影响气密性，最终影响实验效果；②若橡皮导管已老化，在捏开时易损坏；③橡胶导管沾水后才能装上去，且会紧紧贴在U形管的管口上，无法捏出缝隙，不易操作；④学生动手能力存在差异性，在一定程度上增加了捏开橡胶导管的难度；⑤A、B方案并无本质区别，仅操作策略不同，即只能择优选择；⑥初中物理重在启蒙教育，连通器原理不是必讲知识，本题方案选择对学生的要求较高；⑦器材使用偏重实用性和可操作性，应聚焦核心知识，非关键细节性问题可以适度忽略，根本性的问题留到更高的学段去研究。

基于以上探讨和思考，笔者改进实验并化解使用压强计遇到的操作难题，助力师生顺畅操作压强计，达成探究液体压强变化规律的教学目标。

2 实验改进

2.1 实验材料

具支U形管、小段玻璃导管、小段橡胶导管、与U形管内径匹配的带孔橡胶塞、轻质小夹子。

2.2 实验过程

（1） 固定具支U形管，将打好孔的橡胶塞塞入U形管一端的管口，再将一小段玻璃导管插入橡胶塞小孔中，最后将一小段橡胶导管放入小段玻璃导管中。

（2） 将另一端装好金属盒的长橡胶导管插入具支U形管侧面的管口中。

（3） 使U形管两侧液面不相平，用小夹子夹住小段的橡胶导管，再将U形管竖直起来。

（4） 松开夹子，U形管两侧液面能瞬间相平；当U形管两边液面静止后，再次夹住小段橡胶导管。

2.3 实验结果

控制夹子，就能使具支U形管两侧的液面相平。

3 总结和建议

3.1 实验改进优点

（1） 突破教学难点，提升物理素养。通过实验改进，突破了原有两种方案在操作难度和协调性上的困局；分析压强计的操作难点，探究如何有效突破难点，能够提高学生的审辨式思维和解决实际问题的能力。

（2） 体验实验过程，培养创新思维。体验压强计的改进过程，有助于学生掌握技能和方法，培养其实验创新意识，体会实验改进背后蕴含的思维，进而感悟物理之美^［2］。

3.2 实验改进反思

（1） 学科融合。压强计中U形管的改进，打破了学科壁垒，促进理化融合，具有跨学科实践的特点；开展创新实验，实现了“1+1＞2”的教学效果。

（2） 习题与实验相融合。用实验化解“U形管两侧液面高度不相平”这一难点问题，体现了创新实验与经典习题的融合，还原了物理学科以观察与实验为基础的课程性质，实现了认知的进阶，培养了学生的核心素养。

（3） 制作花絮。自制压强计——长颈漏斗及橡胶薄膜，将其放入水中（图1），虽可观察到管中液柱高度的变化，但不能演示液体内部某一点来自各个方向的压强^［3］。改进后相对于教材U形管，多了一个管口，没有匹配的刻度面板；该具支U形管是人为固定的，换水需胶头滴管，不太方便；必须等气流稳定后，才能夹住短软管（约0.8 s）。改进方案的更新：在教材U形管（图2）的基础上，定制加工一端是Y形口的U形管，如图3所示；在其侧面多一小段玻璃端口，如图4所示。这样就可以实现与原U形管及面板的无缝对接，解决了改进带来的问题。

3.3 推广价值

（1） 优化实验操作，避免实验难题。笔者在多次实验操作的过程中发现，只要操作规范，就能让U形管两侧液面相平，其操作有100%的成功率；改进实验体现了生活化、简易化和可视化的特点，能巧妙化解问题。

（2） 取材简单，经济实用。只增加了生活中常用的小夹子、小段玻璃导管、小段橡胶导管和带孔橡胶塞，就取得了较好的效果。

（3） 激发兴趣，启迪思维。在开创性改进压强计实验的过程中，学生的思维受到启发，对实验所蕴含的思维产生共鸣。若学生能真正打破思维瓶颈，进入更高阶的思维，则开创性的感受将受益终身^［4］。

4 结语

实验改进能够改变师生的思维方式，激发学生开展创新实验的兴趣，提升其科学探究能力，促成高阶思维的发展，让知识活起来，最终达到启智润心、培根铸魂的效果，达成培育时代新人的目标^［5］。

参考文献

[1] 钱临照.钱临照文集［M］.合肥：安徽教育出版社，2001.

[2] 邢红军.中学物理教学法［M］.北京：北京大学出版社，2020.

[3] 张步青，张世成，王红芳.学科实践：让学生发现着长大：以苏科版“液体压强”教学为例［J］.物理教师，2024，45（02）：42-45.

[4] 邢红军.初中物理高端备课［M］.北京：中国科学技术出版社，2014.

[5] 廖伯琴.义务教育物理课程标准（2022年版）解读［M］.北京：高等教育出版社，2022.

基金资助

江苏省中小学教研室第十五期立项课题“初中物理跨学科实践的资源开发与教学设计研究”(2023JY15-L359)