初中生物测量果实发育过程中体积变化的装置改进

杨建华　李宏英

摘 要 采用逆向思维的方式，对测量果实发育过程中体积变化的装置进行了改进，装置采用生活中常见的材料、成本低廉，反向标注刻度、设计思路独特，实验过程中操作简单，使测量果实体积的操作大大简化而且准确率高，实用性强。

关键词 果实体积 装置改进 逆向思维 生物学实验

中图分类号 G633.91 文献标志码 B

1 问题的提出

济南出版社《生物学》八年级上册第一章第三节“探究果实发育过程中体积的变化”的探究活动是中学生物教学中比较重要的探究实验。学生记录果实生长发育的状况，在查阅相关资料和数据处理的基础上，了解果实成长过程中内部发生的化学变化以及果实的生长速度与温度、光照强度、降水量等因素的关系。

教材中测量果实体积选用了量筒、溢水杯等仪器，采用排水法进行测量。首先将溢水杯装满水，然后将果实放入溢水杯中，并将溢出的水倒入量筒中。量筒中水的体积就是测量的果实体积。测量果实每天的生长量即为后一次与前一次的体积变化，每天同样测量后依次相减。

在实际的实验操作中，按照此装置操作存在以下不足：

（1） 操作繁琐。测量时，一个人很难操作完成，不仅要拿住溢水杯，将果实放入溢水杯，同时需要用量筒接水。如果两个人合作，在有限的空间内，两双手同时工作，极容易伤害幼果和枝叶，从而使果实停止生长甚至死亡，使实验无法继续进行。

（2） 容易造成误差。在操作过程中，仪器相对较多，在溢水杯装满水、将果实放入溢水杯中、溢出的水要全部接到量筒等操作过程，都有可能造成水滴的溅出与测量的不准确，造成人为因素对实验的干扰，产生一定的误差。

（3） 步骤较繁杂。在测量果实成长体积的实验中，需要多次测量果实的体积。实验采用水溢法，计算每日生长的体积，且要检测两次液体的体积，然后进行计算。

有没有一种简易实用快捷测量物体体积的实验装置和方法呢？在多年的教学实践过程中，笔者设计制作出一种专门的测量仪器，只需测量一次剩余水的体积，就可直接读出被测物体的体积，而且测量的精度相对比较高。该装置在实际的教学过程和学生探究实验的使用中，也取得良好的效果。

2 实验装置的改进

实验装置改进的主要思路是采用逆向思维法，设计出专门的实验仪器，只测一次余下水的体积，就可直接读出被测物体体积。

装置主要构件只有一个容积固定的透明杯子（可用普通家庭用的生活用品，如口杯、婴儿奶瓶、饮料瓶等来代替，容积可以根据生活用品的实际容积来标明）。

3 装置的制作方法与步骤

首先要找出一个透明杯子（有无刻度均可），透明杯子内部最好是粗细均匀的空间，方便标明透明杯子的容积。如果使用饮料瓶等瓶口较细的容器，可将瓶口裁掉，使用均匀的部分，为第二步划分刻度减少困难。

第二步是关键的一步，把透明杯子测出容积并划分好刻度。将粗细均匀的透明杯子（或其他容器）洗净晾干后，放在水平桌面上，注入10 mL的水，在杯子壁上标明水面的位置；再注入10 mL的水，在杯子壁上标明水面的位置。然后将两个刻度将平均分成90份，每一份即为1 mL，并将1 mL的宽度同样延伸到杯子底部和杯子口部进行标出（也可以根据容器的实际容积标注适宜的刻度）。如果容器不是粗细均匀时，要在标注每毫升的容积相对复杂，需要进行分段标注，尽量精确。

第三步标明透明杯子的刻度。根据容器的最大容积，按照1 mL的宽度打印出容积标注的纸条，依次为零刻度至最大容积；在给容器标刻度时，一定要从上面开始，瓶口处与零刻度对齐，依次向下，逐渐增大。由于大部分容器底部不是平整的，最大容积的刻度可不用标出，因为在测量的过程中，最后的刻度完全不会用到。这样一个简易而又实用的测量果实发育过程中体积变化的装置就做成了（图1）。

4 装置的使用方法及原理介绍

把标注好容积的透明杯子注满水，然后把杯子轻轻放在被测果实下方，保持水平并慢慢向上移动，直到被测果实慢慢浸没在透明杯子里，这时水就会从杯子中溢出，然后在轻轻把杯子向下移动，让被测果实离开透明杯子，测量过程就完成了。把透明杯子放在水平桌面上，就可直接读出被测果实的体积。以后每天重复该实验，就可以得到该天的果实体积。用后一天的体积减去前一天的体积，果实在发育过程中体积变化就得到了。

本装置的设计主要是采用逆向思维的方式，反向标注刻度，做好测量仪器，改变了原来根据溢出的水的体积就是果实的体积来测量溢出水的体积，利用果实排开水后容器内剩余的无水空间为果实体积，来读出果实的体积。

5 创新点

（1） 本装置取材容易，可以不使用实验所采用的溢水杯、接水杯、量筒等器材，而是采用普通家庭用的生活用品，如口杯，婴儿奶瓶，饮料瓶等。每一个学生都能够自主完成。

（2） 本装置测量果实体积，简单又快捷。采用逆向思维法，变两次测量为一次测量。

（3） 对容器的刻度作了数学处理，使得看到的刻度是计算差后所得刻度，这样就更直接读出被测物体的体积。

（4） 本装置测量果实体积精确度高，实验过程中装置不用装满水，只要装置中未装水的空间小于果实的实际体积就不会对测量结果有影响，减少了实验误差的产生机率。

（5） 本装置使用广泛，除了在生物学科中测量果实的体积使用外，还可以在数学中测量不规则物体的体积或在物理学中浮在水面上物体体积。测量准确率同样比较高（若要测量浮在水面上的物体可以加一个固定体积的较重压块一起测量，最后再减去固定压块体积值，就是所测物体的体积；也或用针将物体压在水面以下进行测量）。

（6） 如果被测物体是易被水溶解的物体或者为了方便操作等原因，可将排水法改为排沙法（图6）。

（7） 本装置如果能在工业生产中制成倒杯或反标读数瓶，可以提高测量的精确度和装置的适用范围，能够作为在野外快速测量物体体积的一种工具，如用于地质矿石密度速测、工厂化生产快速测出“检验产品”的体积或密度等方面的工具，有简便、快捷、精确的作用。

综上所述，本实验装置取材容易，成本低廉，设计思路独特（采用逆向思维法），操作简单，使测量果实体积的操作大大简化而且准确率高，实用性强，具有推广价值和使用价值。