黃少峰

（廈門醫(yī)學院，福建 廈門361023）

0 引言

液體的表面現(xiàn)象是醫(yī)用物理學課程中較為重要的一課，其中涉及表面張力這一概念可以用來分析彎曲液面的附加壓強、毛細現(xiàn)象以及醫(yī)學上的氣體栓塞和肺泡結(jié)構(gòu)和肺生理的關(guān)系等現(xiàn)象。在以往的教學中，學生普遍反映液體表面張力這一概念抽象難懂。因此，筆者嘗試使用PBL教學法對本節(jié)課的內(nèi)容進行重新設計和編排，并取得了一定的教學效果。

1 PBL教學法課堂教學設計思路

PBL教學法是指以問題為基礎(chǔ)，以學生為中心，以教師為主導的小組討論及自學的教學方式。在教學過程中以問題為載體，使學生在設問和釋問過程中萌生自主學習的動機和欲望，培養(yǎng)學習興趣，逐漸養(yǎng)成自主學習習慣，提高自主學習能力的一種教學方法[1]。采用PBL教學法通過一系列預設的層層遞進的問題將某一教學難點立體地展現(xiàn)在學生面前，勢必有助于學生理解掌握相關(guān)的知識點。

2 基于PBL教學法的液體的表面現(xiàn)象[2]課堂教學實踐

2.1 創(chuàng)設情境，生成問題

課件展示“若干個球形的泡泡”和“荷葉上近似球形的露珠”兩個圖片，通過學生熟悉的生活現(xiàn)象引入，激發(fā)學生學習本節(jié)課內(nèi)容的興趣。教師分別用圓形、六邊形、愛心桃形狀的工具吹泡，學生觀察到泡泡的形狀仍然為球狀，從而得出泡泡呈現(xiàn)球形并非是由于工具的形狀造成的這一結(jié)論。大部分學生由于存在“前概念”的影響，會誤認為是由于吹泡泡的工具形狀是圓形導致泡泡的形狀呈現(xiàn)為球狀。而這一實驗現(xiàn)象跟學生之前的認識不同，從而產(chǎn)生認知沖突，啟發(fā)學生進一步思考。

2.2 層次遞進設計系列問題

本環(huán)節(jié)是PBL教學法中最重要的部分：教師通過設計由淺到深、環(huán)環(huán)相扣的問題引導學生進行逐漸深入的思考，讓學生在不斷地分析問題和解決問題的過程中深刻理解表面張力的特點。將“表面張力”的內(nèi)容分為以下幾個部分并結(jié)合設計相關(guān)的問題進行教學：

2.2.1 感性認識表面張力的存在

通過演示“用針刺破肥皂液薄膜”實驗，讓學生了解液體表面具有收縮的趨勢。教師可以設問“是什么原因?qū)е铝艘后w表面會有收縮的趨勢呢?”學生在前面的學習中已經(jīng)知道力的一個作用效果是使物體的形狀發(fā)生變化。故此，他們會較容易地聯(lián)想到在液體表面存在某種使液體表面發(fā)生收縮的力。這樣就自然而然地引出了表面張力的概念。

2．2．2 分析表面張力的方向和大小的特點

學生對力是矢量有較深刻的認識，因此，教師只要稍加引導下：“要進一步認識液體表面張力的話，應該知道它的哪些特點呢?”學生就會將這一潛在的認識應用到較為陌生的液體表面張力上。教師再結(jié)合剛才的實驗現(xiàn)象引導學生一起分析得出表面張力的方向“沿液體表面切線方向”的特點，同時定量給出表面張力大小的表達式：f=αl。

2．2．3 討論產(chǎn)生表面張力的原因

大部分學生認為只要了解表面張力的方向和大小就等同于掌握了這種力的規(guī)律。此時，教師可以通過引導學生回顧“之前在學習重力、彈力和摩擦力的時候，除了要知道各種力的方向和大小之外，還要了解跟力有關(guān)的哪個方面特點呢?”。學生就會馬上意識到分析這種力的產(chǎn)生原因，才能從本源上全方面深刻地認識這種力。

學生有了探究表面張力產(chǎn)生原因的意識以后，往往接下來并不知道要從何處下手進行分析。教師可以在課件上給出液體各個區(qū)域的分子分布示意圖，以便學生能夠調(diào)用出之前學過的“分子動理論”相關(guān)知識對該問題進行討論，得出“由于液體表面層的分子比較稀疏[3]，分子間的距離大于r0=10-10m，所以分子間的作用力是引力，這些引力宏觀上表現(xiàn)出來的就是表面張力。”這就是產(chǎn)生表面張力的微觀本質(zhì)。

2．2．4 理解液體表面層的分子比較稀疏的深層次原因

“液體表面層的分子比較稀疏”這一規(guī)律從定性層面來看是符合常理的。但是，如果繼續(xù)深究下去，讓學生說說為何有此規(guī)律時，學生卻講不出所以然來。此時，教師可以通過做“把內(nèi)部系有棉線圈里的鐵環(huán)沾滿肥皂水，然后刺破棉線圈里的肥皂膜”的實驗讓學生觀察相關(guān)的實驗現(xiàn)象。學生觀察到棉線圈形狀變?yōu)閳A形之后，教師請學生思考其中的原因。學生會條件反射以為該實驗與之前那個實驗得出的結(jié)論是一樣的：即液體表面張力使液體表面發(fā)生收縮。他們暫時分析不出兩個實驗的不同之處。這種情況下，教師可以設問：“棉線圈變成圓形時，棉線圈所圍面積大小有什么特點?這可以進一步說明液體表面有什么特點?”學生應用數(shù)學幾何的知識不難得出棉線圈面積最大，液體表面有收縮到表面積最小的趨勢。

接下來，教師順勢引導學生思考“液體的表面為什么具有收縮至表面積最小的趨勢這種特點呢?表面積最小從微觀層面可以怎么進行解釋?”學生結(jié)合液體各個區(qū)域的分子分布示意圖，分析得出主要原因應該是由于表面層內(nèi)的分子有盡量擠入液體內(nèi)部的趨勢，宏觀上表現(xiàn)出來的就是液面有收縮至表面積最小的趨勢。

那為什么表面層內(nèi)的分子會有盡量擠入液體內(nèi)部的趨勢？學生猜想到原因應該是表面層內(nèi)的分子受到指向液體內(nèi)部的力的作用。表面層內(nèi)的分子受到指向液體內(nèi)部的力的作用意味著液體中其他分子對其作用力的合力方向是指向液體內(nèi)部，那要怎么去分析這個特點?

學生會發(fā)現(xiàn)分析該問題的困難之處——液體中某一分子周邊有大量分子的存在，無法用常規(guī)方法分析該分子受到其他分子對其作用力的合力方向。教師緊接著介紹分子作用球的模型，學生在應用該模型解決這個問題時就會發(fā)現(xiàn)：根據(jù)分子作用球中分子分布是否具有球?qū)ΨQ性，可以分析出處于球心的分子受力的方向特點。對于液體表面層分子而言，分子作用球內(nèi)分子的分布是不對稱的；從統(tǒng)計上講，其受力情況也是不對稱的，液體表面層分子受到的分子作用力的合力不為零且合力的方向指向液體內(nèi)部。

最后，教師和學生一起來解決課前遺留的那兩個問題：導致“若干個球形的泡泡”和“荷葉上近似球形的露珠”現(xiàn)象的原因是什么?學生較易分析出導致以上兩個現(xiàn)象的原因都是由于液體表面張力的作用。

2.3 采用PBL教學法的課后評估反饋

以往液體的表面現(xiàn)象這節(jié)課的難點之一在于對表面張力概念的理解。學生往往誤以為表面張力的方向是指向液體內(nèi)部，或者哪怕學生認識到表面張力的方向與液體表面相切，但他們對這一方向產(chǎn)生的原因也講不出個所以然來。采用PBL教學法后，在一系列環(huán)環(huán)相扣的問題串的引導下，學生通過思考解決一個又一個層層遞進的問題理出一條清晰的脈絡，最終可以較好地理解表面張力這一概念，取得較好的教學效果。

3 結(jié)語

醫(yī)用物理學課程內(nèi)容的特點是在介紹一些物理基本知識原理之后，會進一步要求學生將其應用到相關(guān)的醫(yī)學領(lǐng)域當中解決更為復雜的問題。因此，如果能夠有效地將PBL教學法推廣到醫(yī)用物理學更多章節(jié)具體的教學設計當中，就能更有利于幫助學生全面掌握該課程的基礎(chǔ)知識、提高分析問題和解決問題的能力，為他們?nèi)蘸筮M行相關(guān)的專業(yè)課學習或繼續(xù)深造奠定更為堅實的基礎(chǔ)。