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摘要：在我们日常生活中，大气压时刻存在并扮演着十分重要的角色。对学生而言，大气压看不见摸不着。因此对于中学教学而言，怎样让学生认识大气压的存在，建立大气压强的概念。让大气压从抽象的事物变为具体的概念，成了教学中的难点。本文从该问题的课堂实际出发，基于创客教育的教学理念。采用3D打印技术，制作实验装置的零件，指导学生动手组装一种简易手压泵。有效地将数字化信息技术与物理学科教育相融合，传递创新教育理念。同时也培养学生的动手、动脑能力。通过针对抽象的自然现象的具体形象化教学的一次尝试，受理论和实践经验的局限，还有很多不足之处，希望起到抛砖引玉的效果。

关键词：大气压；手压泵；抽象；3D打印技术

地球的周围被厚厚的空气包围着，称为大气层。空气可以像液体一样自由的流动，由于空气受到重力作用，所以空气的内部向各个方向都有压强，这个压强被称为大气压。1654年，马德堡半球实验证明了大气压的存在，并由意大利科学家埃万杰利斯塔·托里切利（1608-1647）于1643年第一次成功测量。大气层是地球孕育生命的必要条件，大气压对于人类的生产和生活都有十分重要的作用。但是，因为大气和大气压的特性，虽然我们生活在大气的环境中，却很难直观的感受到大气压的存在。这也给大气压强的教学中带来难点。理论上，1标准大气压可将大约的10米水柱托起。因此，我们设想可以利用大气压强来抽水，教师可根据创客教育理念引导学生制作一个简易的手压泵，通过抽水过程演示，为学生展示一个直观的能具体的感受大气压强的实验。通过制作和使用手压泵，激发学生对大气压强的思考，进而促进学习与提高绩效。

一、实验仪器及装置

本实验利用计算机软件123D Design建模、引导学生了解3D打印技术并3D使用打印机制作水泵主体和手压杆（建模成品如图一）。模型由中间挖空的水泵主体和手压杆及活塞、螺丝、螺母等配件组成。在教师指导下，由学生自己动手装配简易手压泵。

图一

手压泵的结构示意图如图二。其主要结构有1、活塞杆2、出水口3、水泵支柱4、水管，用于连接地底深处5、手压杆6、往复式活塞7、止回阀。

二、实验仪器工作原理分析

如图三所示，先看图左侧吸水过程，当我们向下压手压杆时，活塞杆会带动往复式活塞向上运动。与此同时，上方的止回阀关闭。如果我们继续压手压杆，两个止回阀间的空腔体积就会增大。由Boyle定律v=知，此时体积增大，缸内压强将会减小。若缸内原有气体所占的体积扩大n倍，则缸内气体压强P内将变为原来的1/n。因此，缸内与缸外便产生了一个压力差△P=P外-P内。若开始时缸内气压与缸外气压相等，缸内气体体积扩大n倍，计算可知压力差△P=[1-（1/n）]P外。P外——大气压强。因为压力差的存在，下方的止回阀打开。水会被外界强大的大气压强压入缸内。水被压入缸中的高度可以用均匀液体压强公式P=ρgh求出，此处的P就是缸体内外压力差。水柱能达到的最大高度可将当地气压值、重力加速度以及液体密度带入公式求解得出。

再看图三中间提水过程。将手压杆向上提，使往复式活塞向下运动。此时上侧的止回阀打开。当其移动至水面以下时，井水通过上侧止回阀的孔进入活塞的上方空间。同一时间下侧的止回阀处于关闭状态，防止缸体中的水流回井中。往复上述两个步骤，井水就会被大气压源源不断地“压”出。

通过实验可以启发学生思考这样一个问题，水为什么会源源不断的被压入泵体？什么情况下会抽不出水（比如漏气的情况下），为什么抽不出水？并用实验证明。

三、实验仪器在教学上的应用

学生通过观察手压泵抽水的过程，能够更加直观的感受到大气压强的存在，进而解决教学过程中大气压强这一概念难以理解的问题。教师还可以利用该教具，以实验探索的形式验证Boyle定律以及液体压强公式。实验仪器的制作，可以让学生接触到3D打印技术和3D打印机的工作原理，进而培养学生对科学的探索精神和求实精神。

本实验课程基于创客教育的理念，以寓教于乐，立意创新，突破“死板”的教学模式为方向。通过简易的实验充分调动学生的积极性、主动性和创造性，这样的教学能增强学生的观察能力，提升分析、推理等思维品质，培养交流合作、求真务实的科学态度与责任感。一方面通过引导学生动手制作实验仪器，培养学生们的动手动脑能力。激发学生学习自然科学的兴趣和热情。通过实验过程，增强学生收集、分析信息的能力，提高分析问题解决问题的能力。启迪学生的发散思维；另一方面教师可以尝试挣脱传统教学思维的束缚，通过实验演示，探索用具体形象化教学突破教学难点，把抽象的知识直观化、形象化。真正做到让学生在实验中探索，在探索中学习，从而增强学生学习的主动性和教学双方互动性，最终起到事半功倍的效果。

参考文献：

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[5]高丰村.手压泵的一点改进[J].农业机械，1983，No.252（07）：21.

[6]魏元举.双缸手压泵[J].农业机械，1982，No.110（03）：22.

作者简介：

赵胜嘉，男，浙江人，湖州师范学院理学院科学教育专业级学生

指导老师：呼格吉乐（1980-），男，蒙古族，内蒙古通辽人，正高级实验师，硕士生导师，工程硕士学位，湖州师范学院省级物理实验教学示范中心，从事物理实验教学与物理教学仪器开发。

项目资金来源：国家大学生创新创业训练项目《助力“双减”，青少年三点后项目化学习资源的研发与教学实践》

作者简介：赵胜嘉，湖州师范学院理学院

李俊杰，湖州师范学院理学院

呼格吉乐，湖州师范学院理学院