基于核心素养的高中物理教学设计*
——以“浸润与不浸润”为例

张君甫 刘竹琴

(延安大学物理学与电子信息学院 陕西 延安 716000)

文婷

(北新巴蜀中学 重庆 401520)

1 引言

2017年年底教育部颁布了《普通高中物理课程标准(2017年版)》(以下简称《新课标》)，提出了要培养学生的学科核心素养[1]．核心素养的培养不仅要体现在热点知识的课堂教学中，还要体现在非热点知识的教学过程中．浸润与不浸润现象是学生在学习了液体与气体接触面的力学现象——表面张力后，对液体与固体接触面存在的两种宏观现象的学习．在新课标中，虽然只有对液体表面张力以及毛细现象的要求，但作为表面张力的扩展以及毛细现象的基础，学生有必要学好该部分内容，教师也应对该部分内容给予一定重视．此外，在自然界和日常生活中，浸润与不浸润现象非常常见，其应用也渗透到我们生活的方方面面，了解其现象以及现象背后的原因，有利于培养学生核心素养中的物理观念以及科学思维．

2 教学目标

2.1 教材分析

在人教版教材上，该部分知识位于选择性必修三第二章第五节液体中第二部分．由于该部分内容在课标上只是隐性要求，在高考物理考试大纲上是选考内容，所以实际教师在讲授该部分知识点时，更多的只是展示一些常见的浸润与不浸润现象的图片，很少甚至没有通过实验去加深学生印象与理解，忽略了该部分内容在液体这节中承上启下的作用，也忽略了这部分知识对培养学生物理核心素养的作用．

2.2 学情分析

从知识基础上看，学生已经学习了分子动理论以及液体表面张力等相关知识，而且对生活中浸润与不浸润现象及其特征有一定感性认识．

从心理特点来看，学生可能对生活中处处存在的浸润与不浸润现象并不重视，可能也没有思考过为什么液体在固体表面会有这两种不同的现象．所以本节课提出浸润与不浸润现象，可以引起学生对相关现象的回忆与思考，对这种物理表现出浓厚的因果认识、猜想以及操作兴趣，有较强的好奇心和求知欲．

从认知困难来看，学生对液体的深层次认识仅停留在与气体接触面的表面张力上，虽然学习了分子动理论，但对分子动理论相关知识分析、解释实际宏观现象的运用还有待提高．难以理解液体内部分子与固体分子对附着层分子的两种引力，也就较难理解浸润与不浸润的产生原因．

2.3 教学目标

(1)物理观念

学生在教师引导下，形成液体和固体的物质观念、液体内部分子运动与相互作用观念，能用其解释出现浸润与不浸润现象的实际宏观现象的产生．

(2)科学思维

锻炼学生从物理学视角对浸润与不浸润现象的本质的科学认识能力，能够使用科学证据的意识和科学推力对问题进行解释和预测．可以根据所学知识区分浸润与不浸润现象．

(3)科学探究

能基于观察和实验提出物理问题、猜想与假设，能描述并解释观察实验的结果和情况，具有交流的意愿与能力．

(4)科学态度与责任

能正确认识浸润与不浸润现象的科学本质，培养学生学习和探究物理的好奇心与求知欲，能基于证据实事求是．通过对“防水布”“防水喷雾”的认识，认识到科学·技术·社会·环境的关系，知道物理在生产生活中的广泛应用．

3 教学过程

3.1 魔术导入 激发兴趣

课堂开始，教师可以让学生回忆液体与气体接触面的现象：液体的表面张力．然后引出：液体与固体接触面会有什么现象呢？(图1)接下来一般会展示液体与固体接触面的两种不同现象——浸润与不浸润．常规课堂在此时一般会放出一些图片，例如玻璃上的水珠、玻璃上的水银液滴、石蜡表面或者荷叶上的水珠等．要使浸润与不浸润现象有较明显的对比，如果能将这两种现象高对比地展现在同一物体上，那么学生将会有更直观的感受和印象．

图1 气液、固液接触现象

考虑到尽量选择生活中常见的、低成本的、简单的器材通过实验或者魔术展现这两种现象，可以根据一般的水溶液浸润纸张，而不能浸润石蜡的原理，提前用白蜡烛在纸上画上图案，然后再让学生在毫不知情的情况下将整张纸用颜料涂上颜色．在涂色的过程中，由于图案部分是石蜡，颜料不浸润石蜡，所以图案部分不会染上颜色而依然是白色．看似普通的白纸在涂颜料的过程中出现图案，使学生产生认知冲突，从而引发学生疑问，“为什么图案部分涂不黑？”引起学生学习兴趣．

笔者在进行这部分教学实践时，提前在白纸上用白蜡烛画上了几朵荷花．荷花显现后(图2)，提出“为什么荷花涂不黑”的问题时，有学生回答：“因为荷花出淤泥而不染．”这令笔者感到惊喜，笔者回答：“你的语文老师听到你的回答肯定会特别欣慰，但身为物理老师的我，更希望同学们能从物理的视角去看、去想、去探索这些现象．”这样，学生的一个不经意的回答，获得了意想不到的生成性教学资源，体现了学科间的交融，活跃了课堂气氛的同时使得物理上多了一些文艺气息．而教师回答时刻意引导学生注意从物理学视角观察思考问题，有助于培养学生物理观念和科学思维．

图2 墨涂荷花

运用有趣的魔术表演，寓教于乐，将绘画搬上物理课堂，激发学生的好奇心和求知欲的同时活跃课堂气氛．

3.2 对比实验 理解概念

在提前准备的几片玻璃片上，通过一个对比实验展现出浸润与不浸润现象的特点．玻璃片的一半用蜡烛涂上石蜡，使其变成石蜡表面．分别在两种表面滴上几滴水，让学生分小组观察两种不同表面上水珠的形状．实验器材简单易得，学生亲自实验，近距离观察，可以更轻易地注意到玻璃表面的浸润现象以及石蜡表面的不浸润现象，如图3所示．

图3 对比观察实验

引出概念，这就是液体与固体接触面会出现的两种现象：浸润与不浸润．结合刚做完的小实验，讲解浸润与不浸润的概念．浸润是指一种液体可以润湿某种固体并附着在固体表面的现象；不浸润是指一种液体不能润湿某种固体也就不能附着在这种固体表面的现象．

教材上大多是观察玻璃和石蜡上的水珠的形状来感受两种现象的不同，但学生一般只能看到两种现象上液体的形状，并没有体现浸润与不浸润概念中的“(不)润湿”“(不)附着”．所以还可以让学生倾斜玻璃，看水珠在两种表面下滑时会有什么现象．水浸润玻璃，所以水珠在玻璃表面下滑时会留下一道水痕；水不浸润石蜡，所以水珠在石蜡表面会直接滚下，几乎不会留下痕迹．但由于水颜色透明，不太容易看清，教师还可以同时用墨水做演示实验，这样既避免了让学生使用墨水做实验可能会导致学生不小心使墨水弄脏衣服、书本从而引发一些课堂混乱，还可以让学生观察清楚实验现象，进一步理解浸润与不浸润的概念．

通过对比实验，更形象直观地引出浸润与不浸润现象的概念，使学生对浸润与不浸润有一个清晰的认识，便于学生理解和接受．

3.3 揭秘魔术 解释内因

在理解了浸润与不浸润现象的概念后，教师引导学生回忆并揭秘之前的小魔术．笔者在进行这部分教学时，提出了用同样原理可以制作染卡书签(图4)，但毕竟不是美术课，所以不能具体教学生怎么画图案怎么染颜色，但是物理可以带给人们的，除了让大家知其然，更重要的是知其所以然．体现物理学科与其他学科的交融性和特殊性，还可以较好地引出用微观层次的分子间作用力来初步解释产生这两种现象的原因．

图4 染卡书签

解释内因需要提到附着层、内聚力、附着力这几个新的物理名词．附着层可以对应之前讲的毛细现象提到的液体与气体接触部分的液体薄层——表面层，附着层是液体与固体接触部分的液体薄层．内聚力是液体附着层内液体分子受到的来自液体内部的分子的引力；附着力是液体附着层内液体分子受到的接触面固体分子的引力．

人教版教材并没有提到内聚力和附着力，只提到:“当液体和与之接触的固体的相互作用比液体分子之间的相互作用强时，液体能够浸润固体．反之液体则不浸润固体．”[2]这句话对于浸润与不浸润的解释比较抽象，学生理解起来会比较困难．笔者认为，很有必要通过对内聚力、附着力大小的对比,结合浸润与不浸润的微观示意图，适当说明“(不)润湿”“(不)附着”的原因．因为液体内部对附着层分子的内聚力大于固体对附着层分子的附着力，所以液体在固体表面流动时，附着层液体会由于受到更大的内聚力而跟着液体一起流动，产生不润湿不附着的现象．反之，附着力更大时，液体在固体表面流动的过程中，附着层液体分子会留在固体表面，从而产生润湿和附着现象(图5)．

图5 浸润与不浸润示意图

学生在倾听教师讲解浸润与不浸润现象产生的内因的过程中，可以结合之前所学分子动理论的相关知识，回顾之前学习的分子动理论相关知识．复习旧知的同时，深化新知，加深记忆．

3.4 物理生活 量筒问题

在讲完浸润与不浸润现象产生的原因后，可以给学生展示实验室常见的几种物质间的浸润关系，例如水浸润玻璃，水银不浸润石蜡等．在我们日常生活中，也可以经常看到浸润与不浸润现象的应用，例如毛巾要选择水容易浸润的材料；雨衣要选择水不浸润的材料，这样雨水落在雨衣雨伞上都是形成水珠或水流流走；一些户外背包会做成防水背包，也是利用了水不浸润的背包材料．后来人们又发明了“防水喷雾”，将喷雾喷在普通衣物鞋包上，也可以达到防水效果，如图6所示．如果有条件，可以当场演示，也可以利用某短视频APP查找下载相关视频，此类资源较多，比较容易找到．

图6 防水布料上的水滴

此外，可以引导学生回忆之前学习量筒测量液体体积时，被测液体的液面多数时候是下凹的，刚学习使用量筒时也一再强调，读数时视线要与凹液面的最低处平行．量筒中溶液液面的下凹，也是一种浸润现象．可以让学生试着解释为什么量筒中水溶液液面会下凹．然后再让学生思考，如果测量的是水银，那么量筒中水银液面会是怎样的．由于水银不浸润玻璃，所以水银液面会凸起，这时，读数视线应与凸液面最高处平行．还可以让学生思考，为什么要这样读数．这里使学生通过已学知识与观察到的现象进行科学分析与推理，锻炼其科学思维[3]．

在实际测量中，不同粗细的量筒，在测量不同液体体积时，液面凹陷程度不同，如图7所示．这就跟接下来的毛细现象相关知识有关，所以可以作为课后探究问题，让学生在课后分小组进行简单的实验探究：量筒中液面的凹陷或凸起程度与什么因素有关．在进行探究的过程中，学生需要明确问题，提出猜想假设，设计探究实验，进行实验观察，验证猜想假设，讨论交流，最后得出结论．在这个过程中，不仅培养了学生科学探究能力，还注重学生的小组合作以及交流表达能力．

图7 量筒内水面示意图

联系实际生活，将理论与实际相结合，培养学生的物理思维，用所学的物理知识探究和解释生活中的物理现象．提出问题，锻炼学生观察推理能力、科学思维以及科学探究能力．

4 结束语

本教学环节注重学科交融与学科间的差异性，体现物理学在生活中存在的广泛性和主要特点．在新课标的指导下，深入挖掘了本节内容的核心素养价值，注重培养学生从物理学视角观察现象的能力，培养学生利用物理知识与概念对生活中某些常见现象进行分析推理与解释的能力，有利于促进学生物理学科核心素养的养成和发展．本文在研究时对“浸润与不浸润”的教学进行改进与创新，教学中实验设计成本低且现象明显，为高中物理非热点知识的教学研究及一线教师的工作提供了一定的参考价值．