由“新冠肺炎疫情”談高中物理教學素材的選擇與應用

陳建琳 林立燦

摘? ?要：基于“新冠肺炎疫情”中涉及到的物理知識，探討高中物理教學素材的選擇與應用，強調培養學生的建模能力、學以致用的能力;注重提升學生學習物理的興趣。

關鍵詞：新冠肺炎;高中物理;教學素材;建模能力 學以致用;挖掘原理

2020年全球最大的熱點事件一定是“新冠肺炎疫情”的爆發，筆者在了解“新冠肺炎疫情”的過程中，結合物理知識深入思考了“新冠肺炎的危險性”“病毒的傳播特征”“流行病的防護”等相關問題，由此聯想到物理的課堂教學面臨的問題：教學內容過分服務于考試，學生日益失去學習物理的興趣。學生只懂解題，不懂如何在實際生活中“學以致用”。為提升學生學習物理的興趣，培養學生的“學以致用”的能力，筆者認為教師應當合理選擇與應用教學素材。

1? 對教學素材的認識

教學素材是教學內容的各種載體。包括教材、物理實驗、教學參考資料、多媒體課件、視頻等等。社會發展日新月異，教材也幾經變革，經過廣大教師的努力實踐，優秀教學素材層出不窮。優秀教學素材以新課程標準為導向，聚焦物理核心素養;優秀教學素材源于教材，但一定高于教材;優秀教學素材對上好一節物理課至關重要，是教師教學的得力助手，學生獲取知識的指路明燈，也是課堂氣氛的調味劑[ 1 ]。

2? 高中物理教學素材的選擇與應用的幾個方面

教學素材數不勝數。本文只能采擷一些小小的“花朵”。下列筆者就以“新冠肺炎疫情”中涉及的物理內容，談談高中物理教學素材選擇與應用的幾個方面。

2.1? 選擇社會熱點事件

我們在教學過程中，結合社會上的熱點事件，選擇與課堂教學相適應的內容和學生一起展開研究和探索可以讓學生真正意識到物理研究的價值，學生的學習熱情會由此而更加高漲[ 2 ] 。

比如“分子動理論”的教學?！胺肿觿永碚摗钡慕虒W比較抽象、枯燥，學生學習興趣有限。若結合社會動態既能調動學生的學習積極性又能拓展他們的知識面。

2020年新冠狀病毒引發的肺炎疫情牽動著公眾的心，新冠病毒對人體破壞性強，傳播性更強。我們從物理學角度觀察病毒的傳播性，嘗試建立一個以分子動理論為理論基礎的病毒傳播的物理模型[ 3 ]。

首先對比分子熱運動與人群活動。以氣體分子為例，氣體分子由于相互碰撞或與器壁碰撞，運動發生變化，若不受外力作用則做勻速直線運動。單個氣體分子的運動是無規則的，在某一時刻向著任何一個方向運動的分子都有。但大量氣體分子的運動符合統計規律。而人群活動，雖然人的活動受主觀意愿、周圍環境等影響。但從某個角度看，人與人在何處、何時與他人接觸，接觸多久時間，接觸多長距離都是隨機的，其路徑可以認為都是迂回曲折的。而對于大量人員組成的人群來說，人與人之間存在頻繁地、無規律的接觸，他們相互間的接觸規律可與大量分子遵循的統計規律相近似。

其次仿照微觀分子動理論的某些理論，將人群中所有個體簡化為剛性小球，其有效直徑為d（分子間距平均值）。以某個傳染源個體A為研究對象，建立模擬性的病毒傳播的物理模型。

傳染源個體A通過呼出的氣體飛沫而感染的空間面積為πd2。先將人群中其它個體視為靜止來研究， 傳染源個體A以平均速率u相對人群其他個體運動。在Δt時間內，A的活動距離為uΔt （類似分子平均自由程），如圖1所示，A活動掃掠過的有效體積為圓柱體，其體積為πd2uΔt。在此區域內的人員就有可能與A直接接觸，通過空氣飛沫而被感染。

設在此有效體積內人群密度數為n。則在Δt時間內，由于A 活動而掃掠過而可能被感染的的總人數為nπd2uΔt。

設傳染源個體A的平均速率（對地）為v，根據麥克斯韋速率分布率可得：傳染源個體A的平均相對速率u與其平均速率v之間的關系式為：u=

所以可得在Δt 時間內，由于A 活動而可能被被接觸感染的人數為：N=nπd2vΔt（類似分子平均碰撞次數）

以上結果由于未考慮人體的免疫力、防控流行病傳播的措施等因素，僅考慮了運動的、統計的物理要素，所以人口密度數n大于被感染的人口密度數，也大于發病人數。

最后根據表達式分析得出結論。N∞n、N∞v、N∞Δt即可能被感染的人數N與有效體積內單位體積的人數n成正比，與傳染源個體A運動平均速率v成正比，與傳染源個體A活動的時間Δt成正比。

這簡單的數學關系式告訴我們：“聚集容易感染！隔離很重要”。疏散人群可減小人群密度數n，隔離傳染源可減小其活動幅度（平均速度v）和與人群接觸的時間Δt，從而降低人群的可能感染數N。

這樣的教學不但能讓學生加深對微觀分子動理論的理解、記憶，還能啟發、鼓勵學生用所學物理知識研究生活實際，培養學生的建模能力。甚至還能起到教育作用，增強學生維護社會穩定的責任感。

可見：在高中物理教學中，物理教師根據教學目標和內容，嘗試將生活現象例如社會熱點引入課堂，通過引導學生創造性的建立物理模型，不但能讓學生體會物理與生活的關聯，還能培養學生的科學思維能力。

2.2? 緊密聯系實際

物理與實際息息相關，物理教學不能脫離實際生活。選擇聯系實際的生活素材可以拉近課本與生活實際的距離。通過教師的講解與引導，能使學生快速掌握物理知識，調動學生解決實際問題的積極性，培養學生理論聯系實際的能力。

比如“液體表面張力”的教學。在講授液體表面張力的存在時，教師通常舉的例子都貼近實際，學生比較熟悉。例如：蛛網上的水珠為何呈球狀？（如圖2所示）昆蟲為什么能停在水面上？（如圖3所示）

結合新冠肺炎疫情的教學素材可拓展至肺泡表面液體的表面張力。人在呼吸時，肺的一張一吸離不開肺泡表面液體的表面張力。新冠病毒可怕之處在于它會攻擊人的肺部，使人的肺部失去彈性，變成沒有呼吸功能的硬肺。

肺泡表皮上有一層液體，表面液體的表面張力維持肺泡表面的彈性。肺泡表皮掌管著肺泡與外界的聯系，如果它活動的話就會牽動肺泡外界也跟著活動。一個健康的肺是有彈性的肺。對于肺泡這樣的液體球，表面張力使其不破裂，像氣球的彈力一樣。肺泡液體球上某一點，四周表面張力的合力是指向肺泡球體的中心。

我們呼吸時為什么沒覺得肺擴張困難呢？因為肺泡表面存在活性物質。活性物質的生理作用是降低肺泡表面張力。活性物質濃度越高，減弱肺泡表面張力的能力越強;活性物質濃度越低，減弱肺泡表面張力的能力越弱。當人吸氣時肺泡擴大，肺泡表面積增大，表面活性物質濃度降低，減弱肺泡表面張力的能力減弱，肺泡表面張力相對增強，肺泡趨向收縮，這樣肺泡不會過度擴張;當人呼氣時肺泡縮小，肺泡表面活性物質濃度增大，減弱肺泡表面張力的能力增強，肺泡表面張力相對減弱，肺泡趨向擴張，這樣肺泡不會膨脹不全和不張。肺泡表面活性物質可維持肺泡表面一定的彈性。新冠病毒會破壞肺泡表面活性物質，使肺失去彈性。因此感染了新冠病毒的人就會呼吸困難，嚴重的會呼吸衰竭，引發身體一系列損傷，甚至死亡。

選擇學生熟悉的、息息相關的事物和現象為教學素材，能使學生們深刻感受到學科知識在實際中的“學以致用”的魅力，在學習過程中即使遇到了困難，也會積極主動尋找解決問題的方法。教師在日常生活中，要有一定的敏感度，注意捕捉既貼近學生又能使學生感興趣的教學素材。

2.3? 深挖物理原理

物理學習不但要“知其然”更要“知其所以然”。選擇蘊含豐富本質內涵的教學素材，可讓學生感受深入思考問題的必要性，體會成功思考的愉悅。教學中，教師可選擇適當的教學素材，逐步引導，層層深入，通過現象看本質，挖掘原理，提高學生的思維分析能力。

比如“靜電吸附”的教學。靜電吸附常見的例子有：冬天時頭發被毛衣吸附;與頭發摩擦過的梳子能吸引細紙屑等等?！盀槭裁挫o電會吸引輕小物體呢？”解釋這個物理現象就是透過事物的現象看本質。

再結合疫情爆發后第一時間政府和醫務工作者會要求大家出門一定要戴好口罩。思考一個問題“為什么口罩能阻擋病毒呢？是因為它的網眼特別細密么？”表面上研究的是口罩，實際上我們要研究的是口罩深層次的物理原理。

醫用口罩、N95口罩能擁有強的防護能力，核心原理在于過濾層的靜電吸附原理，而不是其網眼的細小。此次新型肺炎的致病病原體是新型冠狀病毒，顆粒呈現圓形或者橢圓形，直徑在60～140納米（0.06～0.14微米）。一次性醫用口罩只能擋住不小于4微米的顆粒。沒有材料能做到這么細密的、微米級的網眼。就算做到了，這么小的網眼，氣流根本就進不來，人也呼吸不了。實際上醫用口罩有三層，中層過濾層（阻隔層或則熔噴層）是口罩里面最重要的部分。熔噴無紡布主要材質是聚丙烯，是一種超細并帶靜電的纖維布，可以捕捉飛沫和粉塵。這層的無紡布由無數的超細并帶靜電短纖維，通過機械力作用相互交織抱合而成。含有病毒的飛沫和粉塵在短纖維組成的叢林中如同走迷宮一般，在靜電力作用下大部分都跌跌撞撞的黏附到致密的短纖維上，從而起到極強的吸附作用。靜電吸附后，極難脫離，更沒辦法清洗。只要靜電在，粉塵和病菌就一直在。如果靜電不在了，那這個口罩也就廢了，變成了普通的棉口罩。靜電最怕的就是水，不能水洗口罩重復使用。

2.4? 滲透物理學史教育

物理學史包括科學家的生平、成就介紹。教學中選擇物理學史作為教學素材，可端正學生的學習態度，有助于培養學生正確的人生價值觀。

例如”對偉大科學家牛頓”的介紹。1665年，牛頓在劍橋三一學院就讀期間，倫敦爆發了大瘟疫。其可怕程度不亞于2020年全球的“新冠肺炎疫情”。劍橋大學被迫停課。由于擔心醫療條件有限，牛頓就到鄉下躲避瘟疫。牛頓在鄉下靜心獨處、潛心思考，取得了非凡的成就。這期間，他系統地整理了大學里學習過的知識，潛心鉆研開普勒、笛卡爾、阿基米德、伽利略等前輩科學家的主要論著，還進行了許多科學試驗。幾乎他所有最重要的發現：萬有引力定律、經典力學、微積分、光學等基本上都萌發于這段時期。

由于“新冠肺炎疫情”，學生們都在家隔離，要是能以偉大科學家牛頓為榜樣，在疫情期間珍惜時間，努力學習，努力思考，也許會有奇跡發生。

古人崇尚“師者，所以傳道授業解惑也?！碑敶處熞矐斨匾晫W生的思想品德教育，鼓勵學生珍惜時間、獨立創造。

3? 結束語

教學中合理選擇與應用教學素材能讓學生充分地“學以致用”，能“枯燥變生動”，提升課堂教學效果。教師根據教學目標和學生的認知水平，創設教學情境、教學內容，讓學生了解更多的知識背景和物理素材的來源，鼓勵學生進行探究并解決實際問題，培養學生實踐能力，提高學生科學思維能力，從而讓他們對科學知識產生更進一步的理解與認知，這正是物理課堂迷人的魅力之所在。

參考文獻：

[1]陳輝，陳澤南，陳帆.基于物理核心素養的教學素材開發[J].物理教師，2019，40（8）：20-22.

[2]徐東.搜集素材資源 助力物理教學[J].中學物理教學參考，2019，48（7）：78.

[3]夏兆陽 ， 張丹海.流行疾病傳播的物理模型[J].北京聯合大學學報（自然科學版） ，2004，18（3）：17-18.