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“连通器”是北师大版八年级物理第八章第三节教学内容，既是对液体压强知识的实际应用，也为大气压强的学习奠定基础，在章节知识体系中起到承上启下的作用。[1]义务教育物理课程标准中对本节提出活动建议：查阅资料，了解长江三峡水利枢纽船闸如何利用连通器原理实现轮船通行。[2]在本节探究连通器特点的教学中，带领学生利用生活中容易找到的塑料瓶、橡胶管、PVC管等为材料，设计和自制了探究和学习的实验器材，具有选材容易、操作方便、过程简单、结果精确、易于理解等特点。同时，通过选用这套自制的实验器材作为素材，设计了一系列有趣的教学活动，不仅可以引导学生探究和学习连通器，培养学生的实践能力和创新能力，训练科学思维的方法和体验科学探究的过程，还可以培养认真严谨、实事求是的科学素养。

1 自制“连体瓶”教具

1.1 教具结构

如图1所示，用短胶管将三个大小、形状不一的塑料瓶连接，连接处靠近瓶底、并用专用胶水密封固定，胶管处于同一水平高度。

图 1 自制“连体瓶”教具整体结构图

Figure 1 “Twin bottles” teaching aid

1.2 实验过程与教学应用

首先，打开1号塑料瓶瓶盖，逐渐向瓶中注入水（水中添加染色剂，便于观察液面变化），引导学生仔细观察现象，并思考现象产生的原因。学生发现：1号瓶灌满水了，2号瓶仅有很少的水（1号瓶水位达到胶管处时流过来的，1号瓶液面超过胶管，很快就断流了），没有水流到3号瓶，如图2所示。奇妙的现象吸引了学生的注意，引导学生带着问题，开展后续的实验。

图 2 仅打开1号瓶盖实验现象

Figure 2 Open the cap of bottle 1

其次，打开3号塑料瓶瓶盖，学生发现水很快就穿过2号瓶流入3号瓶，3号瓶液面逐渐升高，1号瓶液面逐渐降低，2号瓶液面与胶管齐平不再升高，最终1、3号瓶液面保持相平（如图3所示）。这一动态变化的现象打破了学生的常规认知，极易激发其好奇心与求知欲，此时可引导学生对比分析三个塑料瓶的结构差异。

图 3 打开3号瓶盖后的液面现象

Figure 3 Open the cap of bottle 3

再次，打开2号塑料瓶瓶盖，可见1号、3号瓶中的水同步流向2号瓶，待水流静置稳定后，三个瓶内的液面保持相平（如图4所示）。

图 4 打开2号瓶盖后的实验现象

Figure 4 Open the cap of bottle 2

最后，综合分析上述实验现象，总结3个瓶的共同结构特点，建立物理模型，引导学生自主建构连通器概念，思维过程如下：提炼结构特点→画出物理模型→自主命名实验器具→根据结构特点归纳连通器定义。

1.3 教具创新点

充分利用废弃生活用品（饮料瓶）开发实验效果较好的物理教具，教具结构简单，制作方便，可复制性强，体现了“变废为宝”的可持续发展理念。实验操作简便，现象明显且趣味性强，与学生的已有认知相矛盾，引发学生的认知冲突，有利于激发其好奇心和求知欲。通过控制变量，层层推进，引导学生仔细观察实验现象，透过现象看本质，通过比较、分析、归纳、总结等一系列思维过程，自主建构科学知识，促进学生核心素养的养成与发展。

2 自制“连通器”模型，探究连通器的工作特点

2.1 教具结构

教具主要由自制U形管和木质支架构成，整体结构如图5所示。

2.2 实验过程与教学应用

首先组装好器材，进行实验①，往U形管内缓慢注入适量的水（水中添加染色剂），引导学生观察实验现象，待管内液体稳定后，实验现象记录如表1所示。

表 1 探究连通器的工作特点

Table 1 Investigation of the operational characteristics of the connector

其次保持A管位置不变，调整B管位置，依次改变B管的高度、倾斜度（如图6、图7所示），观察并在表1中记录液面稳定后的实验现象。

图 5 自制连通器

Figure 5 Self-made connector

图 6 改变B管高度

Figure 6 Adjust the height of the B tube

图 7 倾斜B管

Figure 7 Tilted B tube

最后固定A、B两管位置，往A管中倒入适量食用油，待管内液体稳定后，将实验现象（如图8所示）记录在表1中。

图 8 A管注入食用油

Figure 8 Administration of edible oil via tube A

2.3 实验分析

首先引导学生分析比较实验①与实验②，得出实验结论；结合实验③现象分析，得出实验结论。在此基础上，归纳总结连通器的工作特点，表述时应注意前提条件。

其次进一步引导学生，建立物理模型，运用前面学过的知识分析解释上述实验现象，通过理论分析促使学生深入理解连通器的工作特点，具体过程如下：建立如图9所示的模型，在U形管底部取一假想液片AB，液体稳定时液片处于平衡状态，则F1=F2，由于液片AB面积不变，由p=F/S，可知液片受到左右两边液柱的压强相等，即p1=p2，由液体压强公式p=ρgh，可知h1=h2，则两侧液柱深度相等、液面相平。

图 9 连通器原理分析图

Figure 9 Diagram of communicator principle analysis

最后引导学生自行建模，并利用所学知识逐步分析推理，合理解释“两管内装密度不同的液体时，液面不相平”的原因，如图10所示。

图 10 加食用油后的分析推理

Figure 10 Analytical reasoning after adding edible oil

2.4 教具创新点

教具取材方便，制作简单，成本低，稳定性好，能够拆装复用，实用性强。实验操作简便，现象明显，运用了控制变量法等物理研究方法，契合“探究连通器的工作特点”的实验需要，可利用本教具开展学生分组探究实验。引导学生运用所学知识，从实验观察和理论分析两个层面分析连通器的工作特点，有助于培养学生的科学思维，提高学生的实验探究能力和分析解决问题的能力。

3 自制“穿黄工程”模拟教具

3.1 设计思路

查看地图可知，“南水北调工程”的东线和中线线路，均要穿过黄河；通过查阅资料，参考中线“穿黄工程”（如图11、图12所示[3]），建立物理模型，并设计教具。

图 11 中线“穿黄工程”

Figure 11 Midline “Yellow River Crossing Project”

图 12 “穿黄工程”原理图

Figure 12 Schematic diagram of “Yellow River Crossing Project”

3.2 教具结构

利用PVC透明管和弯头制作输水管，利用亚克力水槽模拟黄河，制作如图13所示的模拟“穿黄工程”教具。

图 13 模拟“穿黄工程”教具整体结构图（正面与反面）

Figure 13 Teaching aids for the “Yellow River Crossing Project”

3.3 实验过程与教学应用

（1）介绍“南水北调工程”，并呈现路线图，引导学生注意中线和东线工程都需跨越黄河。顺势提问：清洁的南方水源是如何“穿过”黄河的呢？让学生集思广益，讨论问题解决方案。

（2）拿出自制模拟教具进行现场展示，往教具左侧进水端倒水，水提顺利穿过模拟河床，从右侧出水口流出（注意在出水口下方放置烧杯接水）。询问学生，这一效果是怎么实现的。

（3）翻转教具，学生可清晰地看到内部输水管道，该结构实质是个连通器。

（4）引导学生运用所学液体压强知识和连通器工作原理，解读“穿黄工程”的运行逻辑，做到学以致用，让学生意识到国家重大工程的建设离不开基础物理学知识支撑。

4 自制三峡“船闸”模拟教具

4.1 设计思路

三峡大坝拦截了长江干流，正常蓄水位175米，这么高的水位落差，过往船只如何顺利通过三峡大坝？查阅资料，参考船闸工作示意图（如图14所示），建立模型，设计“船闸”模型教具。

图 14 船闸工作示意图

Figure 14 Working schematic diagram of ship lock

4.2 教具结构

（1）利用三维仿真软件设计船闸模型，确定各结构组件规格，通过激光切割亚克力板，制作船闸模型框架。

（2）利用PVC管、PVC球阀（作为船闸阀门）、PVC三通、PVC转接弯头等材料制作输水管道，便于水体从一个闸室向另一个闸室流通。

（3）利用专用胶水，组装整个船闸模型，整体结构如图15所示。

图 15 自制船闸模型整体结构图（右为正面图，左为背面图）

Figure 15 Self-made ship lock model (Right: front view; Left: back view)

4.3 实验过程与教学应用

（1）通过图片和数据介绍三峡大坝，顺势提问：过往船只是如何通过的呢？接下来，结合教材中的原理图，引导学生运用连通器相关知识，逐步分析船闸的工作流程。

（2）拿出自制船闸模拟教具现场展示，分别向三个闸室中注入适量水，将船只模型放入下游闸室1；打开阀门a，让学生亲眼看到水体从闸室2流向闸室1，液面稳定后，两闸室水面保持相平，顺势提问学生该现象产生的原因；打开闸门A，船只模型顺利进入闸室2；关闭闸门A和阀门a，打开阀门b，直至闸室2、闸室3的水面相平，再打开闸门B，船只模型顺利通过“大坝”到达上游区域。

（3）任务驱动：结合连通器知识，让学生课后设计方案，利用塑料瓶、剪刀、胶水（或热熔胶）制作简易船闸模型，并进行实验；次日选择优秀作品，在班级内演示。

4.4 教具创新点

（1）教具取材来源于日常生活用品，制作流程简便，现象明显，实用性较强。

（2）针对学生感兴趣、贴合物理教学的国计民生重大工程题材，利用日常用品设计并开展实验模拟，能吸引学生的注意，提升学生的课堂参与度，改善课堂教学效果。

（3）结合自制模拟教具展示过程，精心设计问题，引导学生运用所学知识分析解决重大工程中的基础物理相关问题，同步渗透课程思政，让学生意识到基础物理知识在国家重大工程中的实用价值，有利于激发学生学习物理及科学知识的热情，培养学以致用、回报社会、服务国家的意识。

5 结语

通过上述教学方式，引导学生实现了从连通器的初步认知到深度理解的跨越，有效搭建了理论知识与实践应用的桥梁。在实验演示环节，通过启发式提问与互动环节，激发学生对现象的细致观察与主动思考，促使他们自主推导实验结论。这一教学过程不仅锻炼了学生的观察、逻辑思维与探究能力，更培养了其自主学习的习惯，为物理学科核心素养的全面提升奠定了坚实基础。

参考文献

[1] 中华人民共和国教育部．义务教育物理课程标准（2022年版）［S］．北京：北京师范大学出版社，2022．

[2] 王秀兰．基于物理核心素养的教学评一致性教学设计——以“连通器”教学为例［J］．中学物理教学参考，2021，50（33）：18-20．

[3] 文明，石羽．穿黄工程：人类历史上最宏大的穿越水利工程［J］．行政科学论坛，2024，11（10）：2，81．