張君甫 劉竹琴

(延安大學(xué)物理學(xué)與電子信息學(xué)院 陜西 延安 716000)

文婷

(北新巴蜀中學(xué) 重慶 401520)

1 引言

2017年年底教育部頒布了《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》(以下簡(jiǎn)稱《新課標(biāo)》)，提出了要培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)[1]．核心素養(yǎng)的培養(yǎng)不僅要體現(xiàn)在熱點(diǎn)知識(shí)的課堂教學(xué)中，還要體現(xiàn)在非熱點(diǎn)知識(shí)的教學(xué)過(guò)程中．浸潤(rùn)與不浸潤(rùn)現(xiàn)象是學(xué)生在學(xué)習(xí)了液體與氣體接觸面的力學(xué)現(xiàn)象——表面張力后，對(duì)液體與固體接觸面存在的兩種宏觀現(xiàn)象的學(xué)習(xí)．在新課標(biāo)中，雖然只有對(duì)液體表面張力以及毛細(xì)現(xiàn)象的要求，但作為表面張力的擴(kuò)展以及毛細(xì)現(xiàn)象的基礎(chǔ)，學(xué)生有必要學(xué)好該部分內(nèi)容，教師也應(yīng)對(duì)該部分內(nèi)容給予一定重視．此外，在自然界和日常生活中，浸潤(rùn)與不浸潤(rùn)現(xiàn)象非常常見(jiàn)，其應(yīng)用也滲透到我們生活的方方面面，了解其現(xiàn)象以及現(xiàn)象背后的原因，有利于培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)中的物理觀念以及科學(xué)思維．

2 教學(xué)目標(biāo)

2.1 教材分析

在人教版教材上，該部分知識(shí)位于選擇性必修三第二章第五節(jié)液體中第二部分．由于該部分內(nèi)容在課標(biāo)上只是隱性要求，在高考物理考試大綱上是選考內(nèi)容，所以實(shí)際教師在講授該部分知識(shí)點(diǎn)時(shí)，更多的只是展示一些常見(jiàn)的浸潤(rùn)與不浸潤(rùn)現(xiàn)象的圖片，很少甚至沒(méi)有通過(guò)實(shí)驗(yàn)去加深學(xué)生印象與理解，忽略了該部分內(nèi)容在液體這節(jié)中承上啟下的作用，也忽略了這部分知識(shí)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的作用．

2.2 學(xué)情分析

從知識(shí)基礎(chǔ)上看，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了分子動(dòng)理論以及液體表面張力等相關(guān)知識(shí)，而且對(duì)生活中浸潤(rùn)與不浸潤(rùn)現(xiàn)象及其特征有一定感性認(rèn)識(shí)．

從心理特點(diǎn)來(lái)看，學(xué)生可能對(duì)生活中處處存在的浸潤(rùn)與不浸潤(rùn)現(xiàn)象并不重視，可能也沒(méi)有思考過(guò)為什么液體在固體表面會(huì)有這兩種不同的現(xiàn)象．所以本節(jié)課提出浸潤(rùn)與不浸潤(rùn)現(xiàn)象，可以引起學(xué)生對(duì)相關(guān)現(xiàn)象的回憶與思考，對(duì)這種物理表現(xiàn)出濃厚的因果認(rèn)識(shí)、猜想以及操作興趣，有較強(qiáng)的好奇心和求知欲．

從認(rèn)知困難來(lái)看，學(xué)生對(duì)液體的深層次認(rèn)識(shí)僅停留在與氣體接觸面的表面張力上，雖然學(xué)習(xí)了分子動(dòng)理論，但對(duì)分子動(dòng)理論相關(guān)知識(shí)分析、解釋實(shí)際宏觀現(xiàn)象的運(yùn)用還有待提高．難以理解液體內(nèi)部分子與固體分子對(duì)附著層分子的兩種引力，也就較難理解浸潤(rùn)與不浸潤(rùn)的產(chǎn)生原因．

2.3 教學(xué)目標(biāo)

(1)物理觀念

學(xué)生在教師引導(dǎo)下，形成液體和固體的物質(zhì)觀念、液體內(nèi)部分子運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念，能用其解釋出現(xiàn)浸潤(rùn)與不浸潤(rùn)現(xiàn)象的實(shí)際宏觀現(xiàn)象的產(chǎn)生．

(2)科學(xué)思維

鍛煉學(xué)生從物理學(xué)視角對(duì)浸潤(rùn)與不浸潤(rùn)現(xiàn)象的本質(zhì)的科學(xué)認(rèn)識(shí)能力，能夠使用科學(xué)證據(jù)的意識(shí)和科學(xué)推力對(duì)問(wèn)題進(jìn)行解釋和預(yù)測(cè)．可以根據(jù)所學(xué)知識(shí)區(qū)分浸潤(rùn)與不浸潤(rùn)現(xiàn)象．

(3)科學(xué)探究

能基于觀察和實(shí)驗(yàn)提出物理問(wèn)題、猜想與假設(shè)，能描述并解釋觀察實(shí)驗(yàn)的結(jié)果和情況，具有交流的意愿與能力．

(4)科學(xué)態(tài)度與責(zé)任

能正確認(rèn)識(shí)浸潤(rùn)與不浸潤(rùn)現(xiàn)象的科學(xué)本質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)和探究物理的好奇心與求知欲，能基于證據(jù)實(shí)事求是．通過(guò)對(duì)“防水布”“防水噴霧”的認(rèn)識(shí)，認(rèn)識(shí)到科學(xué)·技術(shù)·社會(huì)·環(huán)境的關(guān)系，知道物理在生產(chǎn)生活中的廣泛應(yīng)用．

3 教學(xué)過(guò)程

3.1 魔術(shù)導(dǎo)入 激發(fā)興趣

課堂開(kāi)始，教師可以讓學(xué)生回憶液體與氣體接觸面的現(xiàn)象：液體的表面張力．然后引出：液體與固體接觸面會(huì)有什么現(xiàn)象呢？(圖1)接下來(lái)一般會(huì)展示液體與固體接觸面的兩種不同現(xiàn)象——浸潤(rùn)與不浸潤(rùn)．常規(guī)課堂在此時(shí)一般會(huì)放出一些圖片，例如玻璃上的水珠、玻璃上的水銀液滴、石蠟表面或者荷葉上的水珠等．要使浸潤(rùn)與不浸潤(rùn)現(xiàn)象有較明顯的對(duì)比，如果能將這兩種現(xiàn)象高對(duì)比地展現(xiàn)在同一物體上，那么學(xué)生將會(huì)有更直觀的感受和印象．

圖1 氣液、固液接觸現(xiàn)象

考慮到盡量選擇生活中常見(jiàn)的、低成本的、簡(jiǎn)單的器材通過(guò)實(shí)驗(yàn)或者魔術(shù)展現(xiàn)這兩種現(xiàn)象，可以根據(jù)一般的水溶液浸潤(rùn)紙張，而不能浸潤(rùn)石蠟的原理，提前用白蠟燭在紙上畫(huà)上圖案，然后再讓學(xué)生在毫不知情的情況下將整張紙用顏料涂上顏色．在涂色的過(guò)程中，由于圖案部分是石蠟，顏料不浸潤(rùn)石蠟，所以圖案部分不會(huì)染上顏色而依然是白色．看似普通的白紙?jiān)谕款伭系倪^(guò)程中出現(xiàn)圖案，使學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知沖突，從而引發(fā)學(xué)生疑問(wèn)，“為什么圖案部分涂不黑？”引起學(xué)生學(xué)習(xí)興趣．

筆者在進(jìn)行這部分教學(xué)實(shí)踐時(shí)，提前在白紙上用白蠟燭畫(huà)上了幾朵荷花．荷花顯現(xiàn)后(圖2)，提出“為什么荷花涂不黑”的問(wèn)題時(shí)，有學(xué)生回答：“因?yàn)楹苫ǔ鲇倌喽蝗荆边@令筆者感到驚喜，筆者回答：“你的語(yǔ)文老師聽(tīng)到你的回答肯定會(huì)特別欣慰，但身為物理老師的我，更希望同學(xué)們能從物理的視角去看、去想、去探索這些現(xiàn)象．”這樣，學(xué)生的一個(gè)不經(jīng)意的回答，獲得了意想不到的生成性教學(xué)資源，體現(xiàn)了學(xué)科間的交融，活躍了課堂氣氛的同時(shí)使得物理上多了一些文藝氣息．而教師回答時(shí)刻意引導(dǎo)學(xué)生注意從物理學(xué)視角觀察思考問(wèn)題，有助于培養(yǎng)學(xué)生物理觀念和科學(xué)思維．

圖2 墨涂荷花

運(yùn)用有趣的魔術(shù)表演，寓教于樂(lè)，將繪畫(huà)搬上物理課堂，激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲的同時(shí)活躍課堂氣氛．

3.2 對(duì)比實(shí)驗(yàn) 理解概念

在提前準(zhǔn)備的幾片玻璃片上，通過(guò)一個(gè)對(duì)比實(shí)驗(yàn)展現(xiàn)出浸潤(rùn)與不浸潤(rùn)現(xiàn)象的特點(diǎn)．玻璃片的一半用蠟燭涂上石蠟，使其變成石蠟表面．分別在兩種表面滴上幾滴水，讓學(xué)生分小組觀察兩種不同表面上水珠的形狀．實(shí)驗(yàn)器材簡(jiǎn)單易得，學(xué)生親自實(shí)驗(yàn)，近距離觀察，可以更輕易地注意到玻璃表面的浸潤(rùn)現(xiàn)象以及石蠟表面的不浸潤(rùn)現(xiàn)象，如圖3所示．

圖3 對(duì)比觀察實(shí)驗(yàn)

引出概念，這就是液體與固體接觸面會(huì)出現(xiàn)的兩種現(xiàn)象：浸潤(rùn)與不浸潤(rùn)．結(jié)合剛做完的小實(shí)驗(yàn)，講解浸潤(rùn)與不浸潤(rùn)的概念．浸潤(rùn)是指一種液體可以潤(rùn)濕某種固體并附著在固體表面的現(xiàn)象；不浸潤(rùn)是指一種液體不能潤(rùn)濕某種固體也就不能附著在這種固體表面的現(xiàn)象．

教材上大多是觀察玻璃和石蠟上的水珠的形狀來(lái)感受兩種現(xiàn)象的不同，但學(xué)生一般只能看到兩種現(xiàn)象上液體的形狀，并沒(méi)有體現(xiàn)浸潤(rùn)與不浸潤(rùn)概念中的“(不)潤(rùn)濕”“(不)附著”．所以還可以讓學(xué)生傾斜玻璃，看水珠在兩種表面下滑時(shí)會(huì)有什么現(xiàn)象．水浸潤(rùn)玻璃，所以水珠在玻璃表面下滑時(shí)會(huì)留下一道水痕；水不浸潤(rùn)石蠟，所以水珠在石蠟表面會(huì)直接滾下，幾乎不會(huì)留下痕跡．但由于水顏色透明，不太容易看清，教師還可以同時(shí)用墨水做演示實(shí)驗(yàn)，這樣既避免了讓學(xué)生使用墨水做實(shí)驗(yàn)可能會(huì)導(dǎo)致學(xué)生不小心使墨水弄臟衣服、書(shū)本從而引發(fā)一些課堂混亂，還可以讓學(xué)生觀察清楚實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，進(jìn)一步理解浸潤(rùn)與不浸潤(rùn)的概念．

通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，更形象直觀地引出浸潤(rùn)與不浸潤(rùn)現(xiàn)象的概念，使學(xué)生對(duì)浸潤(rùn)與不浸潤(rùn)有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)，便于學(xué)生理解和接受．

3.3 揭秘魔術(shù) 解釋內(nèi)因

在理解了浸潤(rùn)與不浸潤(rùn)現(xiàn)象的概念后，教師引導(dǎo)學(xué)生回憶并揭秘之前的小魔術(shù)．筆者在進(jìn)行這部分教學(xué)時(shí)，提出了用同樣原理可以制作染卡書(shū)簽(圖4)，但畢竟不是美術(shù)課，所以不能具體教學(xué)生怎么畫(huà)圖案怎么染顏色，但是物理可以帶給人們的，除了讓大家知其然，更重要的是知其所以然．體現(xiàn)物理學(xué)科與其他學(xué)科的交融性和特殊性，還可以較好地引出用微觀層次的分子間作用力來(lái)初步解釋產(chǎn)生這兩種現(xiàn)象的原因．

圖4 染卡書(shū)簽

解釋內(nèi)因需要提到附著層、內(nèi)聚力、附著力這幾個(gè)新的物理名詞．附著層可以對(duì)應(yīng)之前講的毛細(xì)現(xiàn)象提到的液體與氣體接觸部分的液體薄層——表面層，附著層是液體與固體接觸部分的液體薄層．內(nèi)聚力是液體附著層內(nèi)液體分子受到的來(lái)自液體內(nèi)部的分子的引力；附著力是液體附著層內(nèi)液體分子受到的接觸面固體分子的引力．

人教版教材并沒(méi)有提到內(nèi)聚力和附著力，只提到:“當(dāng)液體和與之接觸的固體的相互作用比液體分子之間的相互作用強(qiáng)時(shí)，液體能夠浸潤(rùn)固體．反之液體則不浸潤(rùn)固體．”[2]這句話對(duì)于浸潤(rùn)與不浸潤(rùn)的解釋比較抽象，學(xué)生理解起來(lái)會(huì)比較困難．筆者認(rèn)為，很有必要通過(guò)對(duì)內(nèi)聚力、附著力大小的對(duì)比,結(jié)合浸潤(rùn)與不浸潤(rùn)的微觀示意圖，適當(dāng)說(shuō)明“(不)潤(rùn)濕”“(不)附著”的原因．因?yàn)橐后w內(nèi)部對(duì)附著層分子的內(nèi)聚力大于固體對(duì)附著層分子的附著力，所以液體在固體表面流動(dòng)時(shí)，附著層液體會(huì)由于受到更大的內(nèi)聚力而跟著液體一起流動(dòng)，產(chǎn)生不潤(rùn)濕不附著的現(xiàn)象．反之，附著力更大時(shí)，液體在固體表面流動(dòng)的過(guò)程中，附著層液體分子會(huì)留在固體表面，從而產(chǎn)生潤(rùn)濕和附著現(xiàn)象(圖5)．

圖5 浸潤(rùn)與不浸潤(rùn)示意圖

學(xué)生在傾聽(tīng)教師講解浸潤(rùn)與不浸潤(rùn)現(xiàn)象產(chǎn)生的內(nèi)因的過(guò)程中，可以結(jié)合之前所學(xué)分子動(dòng)理論的相關(guān)知識(shí)，回顧之前學(xué)習(xí)的分子動(dòng)理論相關(guān)知識(shí)．復(fù)習(xí)舊知的同時(shí)，深化新知，加深記憶．

3.4 物理生活 量筒問(wèn)題

在講完浸潤(rùn)與不浸潤(rùn)現(xiàn)象產(chǎn)生的原因后，可以給學(xué)生展示實(shí)驗(yàn)室常見(jiàn)的幾種物質(zhì)間的浸潤(rùn)關(guān)系，例如水浸潤(rùn)玻璃，水銀不浸潤(rùn)石蠟等．在我們?nèi)粘Ｉ钪校部梢越?jīng)?？吹浇?rùn)與不浸潤(rùn)現(xiàn)象的應(yīng)用，例如毛巾要選擇水容易浸潤(rùn)的材料；雨衣要選擇水不浸潤(rùn)的材料，這樣雨水落在雨衣雨傘上都是形成水珠或水流流走；一些戶外背包會(huì)做成防水背包，也是利用了水不浸潤(rùn)的背包材料．后來(lái)人們又發(fā)明了“防水噴霧”，將噴霧噴在普通衣物鞋包上，也可以達(dá)到防水效果，如圖6所示．如果有條件，可以當(dāng)場(chǎng)演示，也可以利用某短視頻APP查找下載相關(guān)視頻，此類資源較多，比較容易找到．

圖6 防水布料上的水滴

此外，可以引導(dǎo)學(xué)生回憶之前學(xué)習(xí)量筒測(cè)量液體體積時(shí)，被測(cè)液體的液面多數(shù)時(shí)候是下凹的，剛學(xué)習(xí)使用量筒時(shí)也一再?gòu)?qiáng)調(diào)，讀數(shù)時(shí)視線要與凹液面的最低處平行．量筒中溶液液面的下凹，也是一種浸潤(rùn)現(xiàn)象．可以讓學(xué)生試著解釋為什么量筒中水溶液液面會(huì)下凹．然后再讓學(xué)生思考，如果測(cè)量的是水銀，那么量筒中水銀液面會(huì)是怎樣的．由于水銀不浸潤(rùn)玻璃，所以水銀液面會(huì)凸起，這時(shí)，讀數(shù)視線應(yīng)與凸液面最高處平行．還可以讓學(xué)生思考，為什么要這樣讀數(shù)．這里使學(xué)生通過(guò)已學(xué)知識(shí)與觀察到的現(xiàn)象進(jìn)行科學(xué)分析與推理，鍛煉其科學(xué)思維[3]．

在實(shí)際測(cè)量中，不同粗細(xì)的量筒，在測(cè)量不同液體體積時(shí)，液面凹陷程度不同，如圖7所示．這就跟接下來(lái)的毛細(xì)現(xiàn)象相關(guān)知識(shí)有關(guān)，所以可以作為課后探究問(wèn)題，讓學(xué)生在課后分小組進(jìn)行簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)探究：量筒中液面的凹陷或凸起程度與什么因素有關(guān)．在進(jìn)行探究的過(guò)程中，學(xué)生需要明確問(wèn)題，提出猜想假設(shè)，設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)觀察，驗(yàn)證猜想假設(shè)，討論交流，最后得出結(jié)論．在這個(gè)過(guò)程中，不僅培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)探究能力，還注重學(xué)生的小組合作以及交流表達(dá)能力．

圖7 量筒內(nèi)水面示意圖

聯(lián)系實(shí)際生活，將理論與實(shí)際相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的物理思維，用所學(xué)的物理知識(shí)探究和解釋生活中的物理現(xiàn)象．提出問(wèn)題，鍛煉學(xué)生觀察推理能力、科學(xué)思維以及科學(xué)探究能力．

4 結(jié)束語(yǔ)

本教學(xué)環(huán)節(jié)注重學(xué)科交融與學(xué)科間的差異性，體現(xiàn)物理學(xué)在生活中存在的廣泛性和主要特點(diǎn)．在新課標(biāo)的指導(dǎo)下，深入挖掘了本節(jié)內(nèi)容的核心素養(yǎng)價(jià)值，注重培養(yǎng)學(xué)生從物理學(xué)視角觀察現(xiàn)象的能力，培養(yǎng)學(xué)生利用物理知識(shí)與概念對(duì)生活中某些常見(jiàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析推理與解釋的能力，有利于促進(jìn)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的養(yǎng)成和發(fā)展．本文在研究時(shí)對(duì)“浸潤(rùn)與不浸潤(rùn)”的教學(xué)進(jìn)行改進(jìn)與創(chuàng)新，教學(xué)中實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)成本低且現(xiàn)象明顯，為高中物理非熱點(diǎn)知識(shí)的教學(xué)研究及一線教師的工作提供了一定的參考價(jià)值．