生活中如何理解汽车运行的原理有极强的指导意义。本文是笔者受实验创新比赛的启发，立足于有效备课的视角，自制教具演示真实汽油机做功冲程，以提升学生核心素养。

1    发现教学问题，创新教学仪器

人教版九年级教材“热机”配套的初中物理实验室常用的是手摇四冲程汽油机模型（图1），各冲程完全由手动完成。由于该模型在演示过程中完全由教师通过手摇来完成飞轮的转动、连杆曲轴带动活塞的往复运动、气门的开闭情况，火花塞的点火过程也是通过顶端的小灯泡的闪亮来进行模拟的，整个过程较平淡，不足以激发学生的兴趣。

笔者参考一些教师在课堂上演示用酒精在塑料瓶内点火将纸团冲出，演示燃料燃烧将内能转化为机械能的过程，结合创新设计制作了“内燃机做功冲程演示仪”。创新制作方法如下：

（1）取材：网购长30 cm、内径30 mm、壁厚10 mm的有机玻璃筒。取一段长6 cm、直径29 mm的木质圆柱，并打磨光滑。取长40 cm的铝条。

（2）制作流程：在铝条两端开孔，制作成连杆。制作一块直径16 cm的木质圆板作为飞轮。将飞轮和活塞用连杆连接，并在活动处加润滑油。在玻璃筒壁上开两个小孔，并将打火机的点火装置拆下，将两条引线伸入筒内保持正对，制成“火花塞”（如图1）。将玻璃筒、活塞、飞轮组装好后固定在长木板上，并在玻璃筒顶端开一个小孔，便于注入燃料。最后，用胶塞塞住玻璃筒底端，防止漏气，并且筒内压力过大时可以利用橡胶喷出塞释放压力确保安全。在木板侧面钻孔，设计可以方便安装和卸下的底座。（图2）

2    精心设计问题，培养核心素养

2.1    导入情境

内燃机就是燃气在一个封闭空间内燃烧，将内能转换为机械能的装置。老师用一个改进版的仪器来演示其工作过程。

2.2    介绍器材

透明圆柱玻璃筒表示气缸，木质圆柱为活塞，黑色的是连杆，连杆两端分别连着活塞和飞轮，飞轮转动表示可以带动传动部件使汽车获得动力（教师边讲解边指示相应的部件，最后拨动一下飞轮，让飞轮带着活塞往复运动几次）。活塞从气缸的一端运动到另一端的过程叫一个冲程。

2.3    师生互动

问题1：飞轮要动起来，就必须通过燃烧燃料获得机械能，那么燃料是如何进入气缸的呢？（学生在该问题驱动下容易回答出：活塞向右运动，把燃料和空气的混合气体吸入气缸中。教师同时一边将燃气注入到气缸中，一边转动飞轮，使活塞完成吸气冲程，如图3所示，并引出这个过程叫做吸氣冲程。）

2.4    实验小结

通过老师的演示，引出内燃机要完成一次工作循环，需要几个冲程，做了几次功，飞轮转了几个圈。并回顾现象，强调汽车在何时获得动力。鼓励学生发挥想象：如果汽车只有这一个气缸，汽车的运动情况将是怎样的？为了使汽车能够获得平稳持续的动力，设计师应该如何解决？

3    教学反思

该创新仪器使用透明有机玻璃筒，能让学生直接观察到做功冲程时气缸内燃料燃烧时产生的火花（体会内能的存在），看到飞轮的转动（感受机械能的产生），从而深刻理解内能转化为机械能的过程。飞轮由于惯性又将活塞推回筒内，同时可以非常清晰地观察到排气冲程、吸气冲程等过程。吸引了学生更加积极、主动地思考教师的问题，有更强烈的兴趣进行学习。该教具兼顾了全体，每位学生都能够全面、具体地观察演示过程，利于突破学习的难点。特别是做功过程伴随的声响效果给学生留下了立体的、深刻的印象，对学生知识的遗忘起到极好的防范作用。演示过程，学生充满期待。教师的演示过程与学生的观察过程促进了师生情感的交流与科学精神的培养。经实践证明，该器材结构简单而牢固，操作方便，效果震撼，可以多次循环使用，燃料的注入只需要按压打火机的点火按钮，而不用滴入酒精的方式，燃料的携带、注入非常简单方便。团队成员用该教具在教学班级进行了演示实验，均一次就能成功完成演示，效果良好。该教具参加了“广州市中学物理和小学科学实验教师实验操作与创新技能竞赛”，获得了初中组的二等奖。

参考文献：

[1]谢桂英.自制低成本教具，提高初中物理演示实验教学的有效性[J].物理实验，2014（4）：11-14.

（栏目编辑    王柏庐）