能消除干扰的蜃景探究仪

谭迪熬 中国发明协会院士专家咨询工作委员会首任专家，中国发明协会中小学创造教育分会会长，科技创新教育特级教师，教育部国培计划专家库专家。

教材中只用文字对蜃景（即海市蜃楼）进行介绍，缺乏探究有效的实验，学生难以理解。学校实验室现有的光学实验设备严重老化，存在无法显示光路、视觉效果不佳等问题。此外，教师演示实验时，坐在后排的同学往往无法看清实验现象。因此，制作一种能生动地探究海市蜃楼现象的仪器很有必要。

查找资料后我发现，目前已有8个探究海市蜃楼现象的设计方案，但其中都没有消除干扰的方案。此外，这些方案还存在操作复杂、自动化程度低、实验现象不明显等问题。不过，它们为我研究能消除干扰的蜃景探究仪提供了启发。

一、设计制作

本探究仪主要实现以下功能：探究所有类型的海市蜃楼的形成规律；具有摄像储存系统，能在智能终端随时播放探究过程。

遵循上述设计理念，在历时半年的艰难探索后，我设计的能消除干扰的蜃景探究仪终于制作完成。本探究仪的主体部件由支撑系统、干扰消除系统、加液系统、配液系统、换液系统、景观系统、图像传输系统、辅助系统等组成。配液系统由配液槽、实验槽、加液板构成，其中，配液槽有6个隔槽。

二、使用方法

以“食盐溶液—水扩散层”的快捷形成为例。

（一）配液

在配液槽第一个隔槽中加清水，在第六个隔槽中加饱和食盐水。在第二个隔槽至第五个隔槽中按浓度递增，配制不同浓度的食盐溶液。

（二）放置加液板

将带小孔的泡沫加液板置于实验槽中。

（三）移液

本探究仪主体结构中的水管一端与蠕动泵相连，另一端为吸液端。配液槽中的水管一端与蠕动泵相连，另一端与加液器相连。启动蠕动泵，先将配液槽第六个隔槽中的饱和食盐水抽入加液器内，并通过小水孔往下流入泡沫加液板上，再流入实验槽。随着液体的不断流入，泡沫加液板随之上升。

依次将配液槽第六个、第五个、第四个、第三个、第二个和第一个隔槽内的液体抽入实验槽中，快速形成“食盐溶液—水扩散层”，用于探究上位海市蜃楼。

其他两种液体的扩散层形成方法与此类似。

三、干扰因素的形成与消除

影响海市蜃楼探究的干扰因素主要有三种：实验箱内壁反射成像、液面反射成像以及景观灯本身的景象。

要消除实验箱正面内壁反射成像，可插装两块透明磨砂板。通过调节遮光帘的高度遮挡内壁的反射成像，消除实验箱侧面内壁反射成像。调节遮光帘的高度遮挡干扰光线，或利用加液板破坏液面反射，消除液面反射成像。

四、共享的实现

高清摄像头可在任意角度进行拍摄，内含摄像储存系统，通过无线传输方式将实验与探究过程传至共享平台，能随时在学生手机端和各教室的电子显示系统播放。

在课堂演示时，多媒体投放实验过程，后排的同学也能清楚观察实验现象。

五、实验探究

分别演示上位海市蜃楼、下位海市蜃楼、全反射成像、模拟沙漠海市蜃楼、模拟海面海市蜃楼、热水海市蜃楼的形成过程，探究实验原理，基本达到了设计的预期效果。

六、创新点

（一）创新性强

本探究仪的结构设计体现了新思路、新视角、新设计。

（二）综合探究功能强大

利用本探究仪进行探究时，能最大限度地调动同学们的知识储备，提高其思维能力。还能让同学们在体验探究过程中发现新知识，体现了探究性学习的核心价值。

（三）操作简便

单个实验操作简单，多个实验的操作之间具有连贯性，不必频繁更换主要实验材料。实验现象明显，能直观地探究原理。

（四）共享程度高

能用电脑实时播放实验过程，将实验探究过程通过互联网实现共享，开展线上实验。（指导老师：刘煜民）

1.直立板；2.实验槽（透明）；3.遮光帘（可伸缩）；4.水位刻度；5.遮光帘（可伸缩）；6.滑轨；7.传动结构；8.托板；9.遮光帘（可伸缩）；9-1.拖曳杆A；10.托架；11.伸缩板；12.水平刻度；13.角度盘；14.指针；15.立柱A；15-1.滑槽A；16.立柱B；16-1.滑槽B；17.遮光帘（可伸缩）；17-1.拖曳杆B；18.水管A；19.滑动结构；20.万向杆；21.摄像头；22.加液器；22-1.小水孔。

教材中只用文字对蜃景（即海市蜃楼）进行介绍，缺乏探究有效的实验，学生难以理解。学校实验室现有的光学实验设备严重老化，存在无法显示光路、视觉效果不佳等问题。此外，教师演示实验时，坐在后排的同学往往无法看清实验现象。因此，制作一种能生动地探究海市蜃楼现象的仪器很有必要。

查找资料后我发现，目前已有8个探究海市蜃楼现象的设计方案，但其中都没有消除干扰的方案。此外，这些方案还存在操作复杂、自动化程度低、实验现象不明显等问题。不过，它们为我研究能消除干扰的蜃景探究仪提供了启发。

一、设计制作

本探究仪主要实现以下功能：探究所有类型的海市蜃楼的形成规律；具有摄像储存系统，能在智能终端随时播放探究过程。

遵循上述设计理念，在历时半年的艰难探索后，我设计的能消除干扰的蜃景探究仪终于制作完成。本探究仪的主体部件由支撑系统、干扰消除系统、加液系统、配液系统、换液系统、景观系统、图像传输系统、辅助系统等组成。配液系统由配液槽、实验槽、加液板构成，其中，配液槽有6个隔槽。

二、使用方法

以“食盐溶液—水扩散层”的快捷形成为例。

（一）配液

在配液槽第一个隔槽中加清水，在第六个隔槽中加饱和食盐水。在第二个隔槽至第五个隔槽中按浓度递增，配制不同浓度的食盐溶液。

（二）放置加液板

将带小孔的泡沫加液板置于实验槽中。

（三）移液

本探究仪主体结构中的水管一端与蠕动泵相连，另一端为吸液端。配液槽中的水管一端与蠕动泵相连，另一端与加液器相连。启动蠕动泵，先将配液槽第六个隔槽中的饱和食盐水抽入加液器内，并通过小水孔往下流入泡沫加液板上，再流入实验槽。随着液体的不断流入，泡沫加液板随之上升。

依次将配液槽第六个、第五个、第四个、第三个、第二个和第一个隔槽内的液体抽入实验槽中，快速形成“食盐溶液—水扩散层”，用于探究上位海市蜃楼。

其他两种液体的扩散层形成方法与此类似。

三、干扰因素的形成与消除

影响海市蜃楼探究的干扰因素主要有三种：实验箱内壁反射成像、液面反射成像以及景观灯本身的景象。

要消除实验箱正面内壁反射成像，可插装两块透明磨砂板。通过调节遮光帘的高度遮挡内壁的反射成像，消除实验箱侧面内壁反射成像。调节遮光帘的高度遮挡干扰光线，或利用加液板破坏液面反射，消除液面反射成像。

四、共享的实现

高清摄像头可在任意角度进行拍摄，内含摄像储存系统，通过无线传输方式将实验与探究过程传至共享平台，能随时在学生手机端和各教室的电子显示系统播放。

在课堂演示时，多媒体投放实验过程，后排的同学也能清楚观察实验现象。

五、实验探究

分别演示上位海市蜃楼、下位海市蜃楼、全反射成像、模拟沙漠海市蜃楼、模拟海面海市蜃楼、热水海市蜃楼的形成过程，探究实验原理，基本达到了设计的预期效果。

六、创新点

（一）创新性强

本探究仪的结构设计体现了新思路、新视角、新设计。

（二）综合探究功能强大

利用本探究仪进行探究时，能最大限度地调动同学们的知识储备，提高其思维能力。还能让同学们在体验探究过程中发现新知识，体现了探究性学习的核心价值。

（三）操作简便

单个实验操作简单，多个实验的操作之间具有连贯性，不必频繁更换主要实验材料。实验现象明显，能直观地探究原理。

（四）共享程度高

能用电脑实时播放实验过程，将实验探究过程通过互联网实现共享，开展线上实验。（指导老师：刘煜民）