基于核心素養的高中物理教學設計*
——以“浸潤與不浸潤”為例

張君甫 劉竹琴

(延安大學物理學與電子信息學院 陜西 延安 716000)

文婷

(北新巴蜀中學 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準(2017年版)》(以下簡稱《新課標》)，提出了要培養學生的學科核心素養[1]．核心素養的培養不僅要體現在熱點知識的課堂教學中，還要體現在非熱點知識的教學過程中．浸潤與不浸潤現象是學生在學習了液體與氣體接觸面的力學現象——表面張力后，對液體與固體接觸面存在的兩種宏觀現象的學習．在新課標中，雖然只有對液體表面張力以及毛細現象的要求，但作為表面張力的擴展以及毛細現象的基礎，學生有必要學好該部分內容，教師也應對該部分內容給予一定重視．此外，在自然界和日常生活中，浸潤與不浸潤現象非常常見，其應用也滲透到我們生活的方方面面，了解其現象以及現象背后的原因，有利于培養學生核心素養中的物理觀念以及科學思維．

2 教學目標

2.1 教材分析

在人教版教材上，該部分知識位于選擇性必修三第二章第五節液體中第二部分．由于該部分內容在課標上只是隱性要求，在高考物理考試大綱上是選考內容，所以實際教師在講授該部分知識點時，更多的只是展示一些常見的浸潤與不浸潤現象的圖片，很少甚至沒有通過實驗去加深學生印象與理解，忽略了該部分內容在液體這節中承上啟下的作用，也忽略了這部分知識對培養學生物理核心素養的作用．

2.2 學情分析

從知識基礎上看，學生已經學習了分子動理論以及液體表面張力等相關知識，而且對生活中浸潤與不浸潤現象及其特征有一定感性認識．

從心理特點來看，學生可能對生活中處處存在的浸潤與不浸潤現象并不重視，可能也沒有思考過為什么液體在固體表面會有這兩種不同的現象．所以本節課提出浸潤與不浸潤現象，可以引起學生對相關現象的回憶與思考，對這種物理表現出濃厚的因果認識、猜想以及操作興趣，有較強的好奇心和求知欲．

從認知困難來看，學生對液體的深層次認識僅停留在與氣體接觸面的表面張力上，雖然學習了分子動理論，但對分子動理論相關知識分析、解釋實際宏觀現象的運用還有待提高．難以理解液體內部分子與固體分子對附著層分子的兩種引力，也就較難理解浸潤與不浸潤的產生原因．

2.3 教學目標

(1)物理觀念

學生在教師引導下，形成液體和固體的物質觀念、液體內部分子運動與相互作用觀念，能用其解釋出現浸潤與不浸潤現象的實際宏觀現象的產生．

(2)科學思維

鍛煉學生從物理學視角對浸潤與不浸潤現象的本質的科學認識能力，能夠使用科學證據的意識和科學推力對問題進行解釋和預測．可以根據所學知識區分浸潤與不浸潤現象．

(3)科學探究

能基于觀察和實驗提出物理問題、猜想與假設，能描述并解釋觀察實驗的結果和情況，具有交流的意愿與能力．

(4)科學態度與責任

能正確認識浸潤與不浸潤現象的科學本質，培養學生學習和探究物理的好奇心與求知欲，能基于證據實事求是．通過對“防水布”“防水噴霧”的認識，認識到科學·技術·社會·環境的關系，知道物理在生產生活中的廣泛應用．

3 教學過程

3.1 魔術導入 激發興趣

課堂開始，教師可以讓學生回憶液體與氣體接觸面的現象：液體的表面張力．然后引出：液體與固體接觸面會有什么現象呢？(圖1)接下來一般會展示液體與固體接觸面的兩種不同現象——浸潤與不浸潤．常規課堂在此時一般會放出一些圖片，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．要使浸潤與不浸潤現象有較明顯的對比，如果能將這兩種現象高對比地展現在同一物體上，那么學生將會有更直觀的感受和印象．

圖1 氣液、固液接觸現象

考慮到盡量選擇生活中常見的、低成本的、簡單的器材通過實驗或者魔術展現這兩種現象，可以根據一般的水溶液浸潤紙張，而不能浸潤石蠟的原理，提前用白蠟燭在紙上畫上圖案，然后再讓學生在毫不知情的情況下將整張紙用顏料涂上顏色．在涂色的過程中，由于圖案部分是石蠟，顏料不浸潤石蠟，所以圖案部分不會染上顏色而依然是白色．看似普通的白紙在涂顏料的過程中出現圖案，使學生產生認知沖突，從而引發學生疑問，“為什么圖案部分涂不黑？”引起學生學習興趣．

筆者在進行這部分教學實踐時，提前在白紙上用白蠟燭畫上了幾朵荷花．荷花顯現后(圖2)，提出“為什么荷花涂不黑”的問題時，有學生回答：“因為荷花出淤泥而不染．”這令筆者感到驚喜，筆者回答：“你的語文老師聽到你的回答肯定會特別欣慰，但身為物理老師的我，更希望同學們能從物理的視角去看、去想、去探索這些現象．”這樣，學生的一個不經意的回答，獲得了意想不到的生成性教學資源，體現了學科間的交融，活躍了課堂氣氛的同時使得物理上多了一些文藝氣息．而教師回答時刻意引導學生注意從物理學視角觀察思考問題，有助于培養學生物理觀念和科學思維．

圖2 墨涂荷花

運用有趣的魔術表演，寓教于樂，將繪畫搬上物理課堂，激發學生的好奇心和求知欲的同時活躍課堂氣氛．

3.2 對比實驗 理解概念

在提前準備的幾片玻璃片上，通過一個對比實驗展現出浸潤與不浸潤現象的特點．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，讓學生分小組觀察兩種不同表面上水珠的形狀．實驗器材簡單易得，學生親自實驗，近距離觀察，可以更輕易地注意到玻璃表面的浸潤現象以及石蠟表面的不浸潤現象，如圖3所示．

圖3 對比觀察實驗

引出概念，這就是液體與固體接觸面會出現的兩種現象：浸潤與不浸潤．結合剛做完的小實驗，講解浸潤與不浸潤的概念．浸潤是指一種液體可以潤濕某種固體并附著在固體表面的現象；不浸潤是指一種液體不能潤濕某種固體也就不能附著在這種固體表面的現象．

教材上大多是觀察玻璃和石蠟上的水珠的形狀來感受兩種現象的不同，但學生一般只能看到兩種現象上液體的形狀，并沒有體現浸潤與不浸潤概念中的“(不)潤濕”“(不)附著”．所以還可以讓學生傾斜玻璃，看水珠在兩種表面下滑時會有什么現象．水浸潤玻璃，所以水珠在玻璃表面下滑時會留下一道水痕；水不浸潤石蠟，所以水珠在石蠟表面會直接滾下，幾乎不會留下痕跡．但由于水顏色透明，不太容易看清，教師還可以同時用墨水做演示實驗，這樣既避免了讓學生使用墨水做實驗可能會導致學生不小心使墨水弄臟衣服、書本從而引發一些課堂混亂，還可以讓學生觀察清楚實驗現象，進一步理解浸潤與不浸潤的概念．

通過對比實驗，更形象直觀地引出浸潤與不浸潤現象的概念，使學生對浸潤與不浸潤有一個清晰的認識，便于學生理解和接受．

3.3 揭秘魔術 解釋內因

在理解了浸潤與不浸潤現象的概念后，教師引導學生回憶并揭秘之前的小魔術．筆者在進行這部分教學時，提出了用同樣原理可以制作染卡書簽(圖4)，但畢竟不是美術課，所以不能具體教學生怎么畫圖案怎么染顏色，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．體現物理學科與其他學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初步解釋產生這兩種現象的原因．

圖4 染卡書簽

解釋內因需要提到附著層、內聚力、附著力這幾個新的物理名詞．附著層可以對應之前講的毛細現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．內聚力是液體附著層內液體分子受到的來自液體內部的分子的引力；附著力是液體附著層內液體分子受到的接觸面固體分子的引力．

人教版教材并沒有提到內聚力和附著力，只提到:“當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時，液體能夠浸潤固體．反之液體則不浸潤固體．”[2]這句話對于浸潤與不浸潤的解釋比較抽象，學生理解起來會比較困難．筆者認為，很有必要通過對內聚力、附著力大小的對比,結合浸潤與不浸潤的微觀示意圖，適當說明“(不)潤濕”“(不)附著”的原因．因為液體內部對附著層分子的內聚力大于固體對附著層分子的附著力，所以液體在固體表面流動時，附著層液體會由于受到更大的內聚力而跟著液體一起流動，產生不潤濕不附著的現象．反之，附著力更大時，液體在固體表面流動的過程中，附著層液體分子會留在固體表面，從而產生潤濕和附著現象(圖5)．

圖5 浸潤與不浸潤示意圖

學生在傾聽教師講解浸潤與不浸潤現象產生的內因的過程中，可以結合之前所學分子動理論的相關知識，回顧之前學習的分子動理論相關知識．復習舊知的同時，深化新知，加深記憶．

3.4 物理生活 量筒問題

在講完浸潤與不浸潤現象產生的原因后，可以給學生展示實驗室常見的幾種物質間的浸潤關系，例如水浸潤玻璃，水銀不浸潤石蠟等．在我們日常生活中，也可以經常看到浸潤與不浸潤現象的應用，例如毛巾要選擇水容易浸潤的材料；雨衣要選擇水不浸潤的材料，這樣雨水落在雨衣雨傘上都是形成水珠或水流流走；一些戶外背包會做成防水背包，也是利用了水不浸潤的背包材料．后來人們又發明了“防水噴霧”，將噴霧噴在普通衣物鞋包上，也可以達到防水效果，如圖6所示．如果有條件，可以當場演示，也可以利用某短視頻APP查找下載相關視頻，此類資源較多，比較容易找到．

圖6 防水布料上的水滴

此外，可以引導學生回憶之前學習量筒測量液體體積時，被測液體的液面多數時候是下凹的，剛學習使用量筒時也一再強調，讀數時視線要與凹液面的最低處平行．量筒中溶液液面的下凹，也是一種浸潤現象．可以讓學生試著解釋為什么量筒中水溶液液面會下凹．然后再讓學生思考，如果測量的是水銀，那么量筒中水銀液面會是怎樣的．由于水銀不浸潤玻璃，所以水銀液面會凸起，這時，讀數視線應與凸液面最高處平行．還可以讓學生思考，為什么要這樣讀數．這里使學生通過已學知識與觀察到的現象進行科學分析與推理，鍛煉其科學思維[3]．

在實際測量中，不同粗細的量筒，在測量不同液體體積時，液面凹陷程度不同，如圖7所示．這就跟接下來的毛細現象相關知識有關，所以可以作為課后探究問題，讓學生在課后分小組進行簡單的實驗探究：量筒中液面的凹陷或凸起程度與什么因素有關．在進行探究的過程中，學生需要明確問題，提出猜想假設，設計探究實驗，進行實驗觀察，驗證猜想假設，討論交流，最后得出結論．在這個過程中，不僅培養了學生科學探究能力，還注重學生的小組合作以及交流表達能力．

圖7 量筒內水面示意圖

聯系實際生活，將理論與實際相結合，培養學生的物理思維，用所學的物理知識探究和解釋生活中的物理現象．提出問題，鍛煉學生觀察推理能力、科學思維以及科學探究能力．

4 結束語

本教學環節注重學科交融與學科間的差異性，體現物理學在生活中存在的廣泛性和主要特點．在新課標的指導下，深入挖掘了本節內容的核心素養價值，注重培養學生從物理學視角觀察現象的能力，培養學生利用物理知識與概念對生活中某些常見現象進行分析推理與解釋的能力，有利于促進學生物理學科核心素養的養成和發展．本文在研究時對“浸潤與不浸潤”的教學進行改進與創新，教學中實驗設計成本低且現象明顯，為高中物理非熱點知識的教學研究及一線教師的工作提供了一定的參考價值．