“走走走，称年猪喽！”作为杭州市丁兰实验中学极具代表性的项目化学习活动之一，“挑战二师兄”是每个期末时间，同学们关注度最高的话题。这一次会利用什么科学方法来测量“二师兄”的重量呢？
“挑战二师兄”的更新迭代
2017年，丁兰实验中学在校园内建造了小型生态牧场，并养起了小黑猪。2018年年初至今，每到期末年初，学校便会广发英帖，号召全校学生开动脑筋，利用奇思妙想，结合学科知识设计称猪方案。
2018年，七年级的12位同学模拟天平法称猪。钢丝绳的一端绑好猪，挂在天平的一侧，另一端用食堂的饭桶加上体育组的哑铃片来充当重物，当两边一样重时猪就被拉离地面了，此时猪的重量就等于右边饭桶加哑铃片的总重量，最后称得猪的重量为138.75公斤。2019年，同学们通过“按手印”的方法获取了猪的单只脚受力面积，可以通过取猪脚印的方式来计算受力面积。2020年，同学们通过杠杆原理，找到支点，算得猪的总重。2021年，利用了阿基米德定律和等效替代法的科学原理，模仿曹冲称象的方式在竹筏上称得猪的重量……
2024年是该校开展“挑战二师兄”项目的第7年，每年称猪的方法也在不断创新，今年便巧妙地融入了数学、科学等跨学科知识的学习。这一次，同学们将使用“马德堡半球”来测量黑猪的质量。
实战演练：模拟实验 完善方案
在称猪活动之前，同学们就已经在项目指导老师金磊、顾枭杰、鲁鑫杰的指导下，完成了称重装置的准备工作。同学们秉承科学严谨的态度，反复“彩排”，将实验步骤烂熟于心，并在多次模拟实验过程中，不断总结经验，实时调整、完善方案，尽可能地减小误差，以确保方案的可行性以及称猪数据的有效性。
赶猪入笼：与“佩奇”对峙 孰能争锋？
“今年的猪特别难赶。”八年级的刘念同学已经是第二次参与称猪项目了。今年的黑猪已经饲养了一年多，在孩子们眼里，黑猪体形比去年的“彪悍”得多。刘念表示，去年的黑猪小，同学们拿着蔬菜叶子引诱，半推半抱就能把小黑猪赶进笼子。而今年的黑猪不仅体重大，还非常不配合，惹急了它还会用嘴拱人，去年的方法技巧好像都派不上用场。
追来赶去，经过几番波折，同学们好不容易按照预设的路线，将黑猪赶到了笼子口。眼看胜利在望，黑猪却忽然就地趴下，任你怎么撵，这位“二师兄”都一动不动，一副“你奈我何”的表情。眼看僵持不下，怎么办呢？同学们立刻商讨对策，顺毛安抚、食物引诱、模拟猪叫……大家使出十八般武艺，都收效甚微。“文的不行，那就来武的吧！”不知道哪位同学喊了一声。同学们很快找来了一节长绳，将绳子套了个结系在黑猪的前胸，另一端则紧紧攥在手里，同学们喊着口号，齐心协力终于将黑猪拉进了笼子。随后，同学们以胜利者的姿态，开心得将黑猪推往测量场地。
称猪现场：学科融合 直击挑战
根据科学实验原理M猪=[（P外-P内）*S-G笼子]/g，同学们首先需要运用数学知识S=兀r²算出马德堡半球的横截面面积S，进而一步步计算出黑猪的质量。此前，在数学老师鲁鑫杰的指导下，同学们根据本学期所学的尺规作图的方式，通过蘸水法获得内圆上的三点，画出圆心，通过计算获得马德堡半球的内径为12.3cm，从而算出它的横截面积。
随后，同学们用抽气机将半球抽成真空，将马德堡半球与装有大黑猪的猪笼连接。紧接着，一位同学拧开开关充气，并停顿几秒钟等待系统稳定，记录气压表的读数，随着放气的进行，半球内的气压逐渐增大。“砰”一声巨响，马德堡半球被拉开了！这时候，气压表的读数就是半球刚好被拉开时的内外气压差。
根据公式M猪=[（P外-P内）*S-G笼子]/g（事先称出笼子质量为60kg），多次实验取平均值后，同学们测出黑猪的质量为165.3kg，这与直接称出的黑猪质量（154.5kg）非常接近。
谈到本次的误差来源，张鉴荣同学表示，因为测量时正值雨天，气压较于标准大气压低，误差无可避免，同学们对目前的实验结果感到非常满意。这样的实践对学习有什么帮助？张袁希同学表示，这次挑战二师兄活动让大家感慨不已，没想到课本中高大上的理论可以这么接地气，原来枯燥乏味的公式原理可以这么有趣，这些课本知识应用到实际生活中之后，变得更加通俗易懂了。
从设计、优化、迭代，自2017年以来，“挑战二师兄”项目化课程每一年都有不同的精彩。杭州市丁兰实验中学校长吴轶玲表示：“学校非常重视学生综合素质的培养，今年，我们引导同学利用多门学科的知识自主探究，解决称猪‘难题’。同学们也十分给力，利用科学、数学等跨学科知识，顺利地完成对年猪重量的计算与测量。整个称猪活动实操强、趣味足，让学习变得生动具象，不仅极大地增强了同学们的学习兴趣，提高劳动技能，还能帮助孩子们深度理解抽象的公式原理，在无形中高效、自主地掌握知识。”
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什么是马德堡半球原理？
马德堡半球原理证明了大气压强是存在的，并且十分强大。实验中，将两个半球内的空气抽掉，使球内的空气粒子的数量减少、下降。球外的大气便把两个半球紧压在一起，因此不容易分开。抽掉的空气越多，半球所受大气压力越大，两个半球越不容易分开。通过计算压强，等价换算成重量，“二师兄”的体重就能测算出来啦！