綠色噴泉的創新設計

王素雯

摘 ? 要：選用學生易得的廢棄礦泉水瓶、筆和輸液管等制作綠色噴泉，變廢為寶，提高了學生的環保意識，體現了綠色噴泉的主題。對噴泉的噴頭和氣密性方面不斷地改進與創新，自制出新教具。從單層單色噴泉到雙層雙色噴泉，直至達到三層七色彩虹噴泉，最終噴泉效果奪人眼球。

關鍵詞：自制教具;綠色噴泉;環保;噴頭

1 ?結構與原理

（1）綠色噴泉的裝置（如圖1）由廢礦泉水瓶A、B、C和廢舊輸液管a、b、c（c連接噴頭）組成，整個裝置的連接是密閉的。

（2）開啟綠色噴泉，往A瓶中倒入水，淹沒a管的管口。這時A瓶中的水在重力的作用下，經a管流到B瓶內，B瓶水位上升， 壓縮B瓶中空氣。由于b管連通B瓶、C瓶上方空氣且密閉，所以C瓶上方氣壓也增大。當C瓶內氣體壓強大于瓶外大氣壓強與c管液體壓強之和時 ， 水就通過c管的噴頭噴出，形成噴泉。噴出的水回落到A瓶中， 通過a管再流 入B瓶中，這樣不斷地循環著 ， 直到B瓶內水滿或者C瓶內水噴完時，噴泉停止 。調節B瓶與C瓶相對高度可改變噴泉水柱的高低 。

（3）雙層雙色噴泉的設計（如圖2）是把單層單色噴泉（圖1）的C瓶設計成2個裝不同顏色水的瓶子C1 、C2，瓶子間用空氣管連接，通過c1、c2管從噴頭噴出雙色噴泉。三層七色的彩虹噴泉在雙層雙色噴泉的基礎上，將C瓶設計成裝有紅、橙、黃、綠、青、藍、紫水的7個瓶子C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7，瓶子間用空氣管連接，通過c1、c2、c3、c4、c5、c6、c7 管從噴頭噴出。

2 ?學生通過實驗發現的問題和得到的啟示

演示綠色噴泉實驗激發孩子們的好奇心，師生在物理趣味小實驗里利用礦泉水瓶、廢舊中性筆和熒光筆、輸液管、軟管子、水、小刀、膠水等學生身邊的日常用品進行模仿和改進噴泉。

學生存在性別差異和個體能力差異，根據學生動手動腦強弱，合理分組分工。為了給每一個學生的學習與發展提供機會，為此開發出難度遞進的噴泉，供學生選擇。在理解綠色噴泉原理后，小團隊在自制噴泉的過程中，不斷努力總結成功的經驗，分析失敗的原因。最后戰勝困難和解決物理問題，鍛煉了孩子們的意志力。同學們最終看到自己親手制作的綠色噴泉噴涌而出時，享受成功的喜悅同時也能增強學生的自信心。

3 ?綠色噴泉的改進和創新點

（1）整體裝置模塊化設計

實驗裝置按照容器A、容器B、容器C分為三個大的模塊，模塊與模塊之間可拆分開來，既能保證綠色噴泉整體連接的氣密性，同時也便于收納和移動。

（2）噴頭創新

噴頭原來是軟管子延伸出來的一節，不能直立且開口大，噴出效果不佳 ，容易造成溢泉。單層單色噴泉的噴頭設計把寫完了筆水的筆芯去掉筆頭，插入軟管子，開口比較小，改進后有一定的噴射效果，并用肩帶使噴頭直立，把透明肩帶中間鉆孔套在筆芯上，肩帶兩邊伸縮頭固定在噴泉池兩邊，可以調節位置，使噴頭直立在中央，效果有所改善。

由于原來的單層單色噴泉的噴頭較軟用肩帶固定雖然可調節，但不夠美觀，也只有一柱噴泉。雙層雙色噴泉的噴頭是用一支寫完墨水的筆，拆開防滑套并去掉尾塞，將筆的筆尖的滾珠夾掉，尖套刺4個小孔，筆芯尾端和針管密閉對接，筆桿尾端和橡皮管密閉對接，橡皮管側面開一小口，針管從小口穿出，將小口用膠水密封。筆桿豎直固定在A瓶瓶蓋上，橡皮管另一端與透明管c2密閉連接插入C2，針管c1插入C1瓶。

三層七色彩虹噴泉的噴頭是在雙層雙色噴泉的噴頭外的筆桿上套一支更粗一點熒光筆外殼，在熒光筆外殼的頂端鉆上五個小孔，用五根細管從管內穿出，細管頂端用筆芯尖作為噴頭，連接完畢用膠水密封。這樣的噴頭設計不用任何其它裝置對噴頭進行固定，使得噴泉中間一柱豎直向上噴射，其余層的噴柱向四周噴灑，惟妙惟肖的仿真現實生活中的噴泉效果，奪人眼球。

三層七色彩虹噴泉的噴頭組裝（圖3）由里至外，分別是筆芯、中性筆筆殼和熒光筆的外殼。最高層是筆芯噴出的紅色水，第二層是筆芯與中性筆筆殼之間噴出的2柱橙色水，第三層是中性筆筆殼與熒光筆的外殼里面有五根輸液管，每根管噴一種顏色，分別噴出黃、綠、藍、靛、紫水。在組裝時要注意五根輸液管不要被卡主，用單根吹氣的方法檢測是否暢通。

（3）接口創新

管子的對接創新設計，不僅保證密閉性還是可以靈活操作，可隨時拆接，便于收納。管子的接口取材都是針頭套子與輸液管對接簡單易得，但也是經過多次嘗試和靈感突現，才配套成功 。

（4）開關控制器創新

綠色噴泉開啟和暫停的開關的設計，用一次性輸液器的流量控制器安裝在a管或者b管上，方便隨時控制綠色噴泉的開啟和暫停，可以避免裝置過多的移動。

（5）氣密性強

查資料發現有用AB膠來做密封性，個人嘗試后發現其彈性極小，很容易有小裂縫，造成漏氣。氣密性是整套裝置的關鍵，經過對比各種膠水的效果后，最終選擇玻璃膠和熱熔膠配合使用。熱熔膠比較方便快捷，但溫度較高要注意不要燙到管子，彈性沒有玻璃膠好。玻璃膠比較安全，彈性較好，但需要24小時以上才能干透。裝置氣密性的檢查，裝置完成后可采用逐個實驗的方法對單個簡單的實驗裝置檢查氣密性。

（6）工藝精巧

打噴孔的方向和大小需要控制好，才能使得噴射噴灑效果更加美觀。所使用的顏料瓶的瓶蓋改裝基本一致，可批量處理，節省時間。

（7）直觀性

為了便于學生觀察噴泉效果和分析噴泉原理，整個裝置基本是透明的，瓶子和管子定位擺放，并采用不同顏色的水。制作彩色液體的顏料，要求不會染在皮管上，顏色明顯。制作彩色水的顏料經過多次選取，考慮到噴頭孔和管子較細，最終選擇筆芯墨水。連筆尖滾珠都能流通，那細孔也可以暢通。通過顏色的調配，獲得多種顏色水。所有空氣管要干燥，盡量不流入液體，便于區分出空氣管。在實驗過程中，管道顏色的漸變具有視覺沖擊效果。

4 ?對自制教具的設想和體會

（1） “寓教于樂 ，寓學于樂”中的 “寓”是寄托的意思。

將教育寄予在樂趣里，教育要通過藝術和美的形式來激發并保持學生有學習物理的興趣。單層單色噴泉的效果對學生的吸引力還不夠強，為了更吸引學生的注意，增強探究興趣，對噴泉效果進行改進。學生在模仿制作單色噴泉的過程中，有些同學大膽設想是否能做出彩色的噴泉。教師作為一個研究者，從學生提出的設想找到突破口，以一種變化發展的態度對待學生，不斷創新出新教具。從單層單色噴泉到雙層雙色噴泉，直至達到三層七色彩虹噴泉，這不僅僅是個數的累加，也是對美的追求和創造性的體現，讓學生體會到一個復雜的系統是由一個個簡單的系統通過整體結合的結晶。

（2）自制教具的創新設計是從無到有，教師不僅思維要發散，更要有耐心。

在一次次的嘗試后，教具才能基本完工，并對噴泉效果很有期待。而事實上，剛開始測試，出現沒有效果或者效果不佳是再正常不過的情況，心里會有落差。此時需要靜下心來耐心的運用各種方法分析原因，把剛組裝好的教具拆開并進行獨立測試。最后花了很多時間下去，也許問題只是出現在一個小細節上。

（3）隨著社會的發展和科技的進步，當代初中學生的物質生活也越來越好，但卻存在浪費和不文明行為。

為了讓學生們在獲得物理知識的同時提高保護環境及可持續發展的意識，選用學生易得的廢棄礦泉水瓶和用完的筆和筆芯等進行自制教具。教師作為示范者和引導者，在制作教具的過程中潛移默化地向學生傳輸著正確的人生觀和價值觀，這也正是綠色噴泉的主題。