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1、第三屆全國大學生物理教學技能大賽參賽教學設計 第三屆全國大學生物理教學技能大賽 參 賽 教 學 設 計 《液體的表面張力》 選用教材：粵教版高中物理選修3-3 授課對象：高二學生 選手姓名：盧煒杰 選手單位：華南師范大學 《液體的表面張力》教學設計 【課題】液體的表面張力 【教學時間】40分鐘 【教學對象】高中二年級學生 【教材】粵教版高中物理選修3-3第二章第五節(jié) 【教學內(nèi)容分析】 1

2、.教材的地位和作用：本節(jié)內(nèi)容是在液體的基本性質(zhì)和液晶的基礎上對液體性質(zhì)的進一步探討，與上一節(jié)的內(nèi)容構(gòu)成了液體單元完整的知識體系。同時，表面張力的微觀解釋主要基于分子動理論的基本觀點，因此本節(jié)內(nèi)容是分子動理論的綜合拓展和運用。 本節(jié)主要包括兩個知識點：一是表面張力的宏觀現(xiàn)象，二是表面張力的微觀解釋。前者重在讓學生掌握表面張力的概念，認識液體的表面現(xiàn)象及生活應用；后者重在使學生進一步液體認識表面張力的微觀實質(zhì)，運用分子動理論的知識分析表面張力的產(chǎn)生原因。 2.課標要求：通過實驗觀察液體的表面張力現(xiàn)象，解釋表面張力產(chǎn)生的原因，交流討論日常生活中表面張力現(xiàn)象的實例。 3.教材的編寫思路：教材首先

3、從學生熟悉的現(xiàn)象出發(fā)，通過展示一系列生活中的表面張力現(xiàn)象引入課堂。然后通過兩組肥皂膜實驗的觀察和分析，得出液體表面具有收縮趨勢的結(jié)論。在此基礎上，教材結(jié)合分子動理論的有關知識，從微觀的角度解釋表面張力的產(chǎn)生原因。最后，教材通過“討論與交流”和“實踐與拓展”欄目，分別設置了表面張力的實例解釋和課后實踐任務。 4.教材的特點： （1）從學生所熟悉的現(xiàn)象入手，強調(diào)實驗和觀察，學生的參與和思考。 （2）重視液體表面張力的概念建立過程和產(chǎn)生原因的定性分析。 （3）關注學生物理學習的差異性，加強內(nèi)容的選擇性。 5.教材處理： （1）適當?shù)卣{(diào)整微觀解釋的教學思路 教材側(cè)重于從“

4、分子勢能”的角度解釋液面的收縮現(xiàn)象，提出“勢能總有減少的趨勢，因此液面具有的收縮趨勢”。雖然學生在本課前已經(jīng)學習了分子動理論的相關知識，但分子勢能的概念并沒有明確提出，也沒有經(jīng)過強化和鞏固。因此對學生而言，直接運用勢能的觀點解釋液面的收縮具有較大困難，同時也容易使學生誤以為“液面是向內(nèi)收縮的”?？紤]到學生的原有知識結(jié)構(gòu)和實際認知水平，主要從分子力的角度進行分析，一方面保證了知識點的完整性，另一方面也有利于學生理解表面張力的方向，勢能的觀點則作為在此基礎上的延伸和提高，從而體現(xiàn)新課程中教學內(nèi)容的靈活性和選擇性。 （2）教材在引入和應用環(huán)節(jié)設置了一些生活中的表面張力現(xiàn)象以激發(fā)學生的興趣和思考，而

5、考慮到物理、技術和社會的緊密聯(lián)系，適當?shù)卦黾恿吮砻鎻埩υ诳萍记把胤矫娴膽?，以增長學生見聞，豐富課堂。 【學生情況分析】 1.興趣特點：對物理表現(xiàn)出濃厚的因果認識、操作和概括興趣，有著強烈的好奇心和求知欲。 2.知識基礎：學生已經(jīng)學習了液體的基本性質(zhì)和分子動理論的相關知識，對生活中的各種液體及其特性具有豐富的感性認識。 3.認識困難：學生對表面張力現(xiàn)象的認識僅停留于感性階段，難以理解從各種現(xiàn)象中歸納液面的特點，難以理解液面中存在力的作用；雖然已經(jīng)學習了分子動理論，但缺乏運用分子動理論相關知識分析、解釋實際宏觀熱現(xiàn)象的知識遷移和應用能力，難以理解表面張力的產(chǎn)生原因。 【教學目標】 1

6、.知識與技能 （1）通過實驗，觀察液體的表面張力現(xiàn)象。 （2）知道液體表面張力的概念。 （3）解釋表面張力的產(chǎn)生原因。 2.過程與方法 （1）經(jīng)歷液體表面現(xiàn)象的實驗和探究，體會科學探究的方法。 （2）通過對表面張力的微觀解釋，體會運用分子動理論解釋宏觀熱現(xiàn)象的方法。 3.情感態(tài)度與價值觀 （1）激發(fā)學習物理的興趣，感受物理與自然的美。 （2）培養(yǎng)學生將物理知識服務于生活和社會的意識，勇于探究與日常生活有關的物理問題。 【教學重點】 液體表面張力的概念。 【教學難點】 液體表面張力的產(chǎn)生原因。 【教學策略設計】 1.教學方法 （1）實驗法：物理學是一門以實驗為基礎

7、的科學，而物理實驗是教學的重要內(nèi)容和手段。本節(jié)教學注重通過實驗創(chuàng)設問題情境，如對硬幣漂浮原因的猜想，肥皂泡成球形的原因和立方體鐵絲框肥皂膜的分布等，以引起學生的認知沖突，激發(fā)學生的學習興趣。另外通過學生分組實驗，讓學生在自主探究中得出液面的性質(zhì)，使知識的教學過程同時是一個解決問題和科學探究的過程，同時注意滲透物理學研究方法、科學思維方法。 （2）講授法：教學過程中適時地穿插教師形象生動、富有啟發(fā)的講解，輔之以模擬動畫和各種自制教具，以點撥、啟發(fā)學生。如對表面張力產(chǎn)生原因的講解則是充分發(fā)揮教師的主導作用，讓學生經(jīng)歷一個思維探究的過程，完成感性認識到理性認識的飛躍。在講授知識的滲透探究的思想，而

8、在探究的過程中又講授必要的物理知識。 2.學法指導 俗語云：授人以魚，供一飯之需；授人以漁，則終身受用。學法指導方面，通過組織學生進行分組實驗，以交流討論、互相啟發(fā)的方式引導學生探究液面的特點，在合作解決問題的過程中完成知識的自我構(gòu)建。 3.教學媒體設計 首先，充分利用實物、視頻、圖片等材料，為學生提供必需的感性素材。通過自制教具“表面張力的產(chǎn)生原因演示裝置”，運用類比的方法模擬肥皂膜的收縮現(xiàn)象，讓學生直觀地感受到表面層分子相互吸引力的作用，從而使抽象的微觀過程具體化、形象化。 【教學用具】 硬幣、半圓形和長方形的鐵絲框、肥皂水、自制教具“表面張力的微觀機理演示裝置”、不同形狀的

9、肥皂泡小框、肥皂塊、四面體和立方體形的鐵絲框。 【教學流程圖】 教學環(huán)節(jié)和教學內(nèi)容 教師活動 學生活動 設計意圖 【教學過程設計】 【新課導入】 實驗引入：硬幣漂浮 先與學生共同完成硬幣漂浮的小實驗，然后引導學生思考硬幣能夠漂浮的原因，同時組織學生仔細觀察硬幣漂浮時周圍液面的變化情況，進而引出問題：硬幣的漂浮會不會與液體的表面有關？ 演示實驗： 硬幣漂浮 問：硬幣為什么能夠漂浮在水面上？ 問：漂浮的硬幣和沉入水中的硬幣所受浮力有什么不同？ 問：為什么受浮力更大的水中的硬幣

10、沒有浮起來，而受浮力小的硬幣又不下沉呢？ 引導觀察：大家仔細觀察一下硬幣周圍的水面發(fā)生了怎樣的變化？ 引入課堂：硬幣的漂浮是否與液體的表面有關？ 觀察、思考、興奮 答：硬幣受到浮力作用 答：水中的硬幣排開水的體積更大，所受浮力更大。 疑惑 思考 觀察 思考 答：凹了下去 疑惑 思考 好奇 實驗——問題 通過簡單有趣的小實驗激發(fā)興趣，引發(fā)思考。 利用學生對硬幣漂浮現(xiàn)象的思維定勢，引起認識矛盾，極大地激發(fā)了學生的求知欲。引導學生觀察液面的變化情況，同時也確立了本課的研究對象。 【建立概念】 利用嵌有活動吸管的長方形和半圓

11、形的鐵絲框組織學生進行分組實驗，讓學生自主探究肥皂膜和吸管的變化情況，并在教師的引導下，鼓勵學生自主歸納總結(jié)液體表面的特點。 結(jié)論：液體表面具有收縮趨勢。 利用嵌有活動吸管的長方形鐵絲框演示肥皂膜的收縮，引導學生從受力的角度思考吸管的運動情況，配合模擬動畫逐步分析實驗現(xiàn)象，最終建立起表面張力的概念。 1.兩邊的肥皂膜對中央吸管均有力的作用 2.戳破一邊后，這一邊肥皂膜的表面張力隨之消失 3.吸管在另一半肥皂膜表面張力的作用下運動。 表面張力：作用于液面上，使液面具有收縮趨勢的力。 指導學生實驗：把鐵絲

12、框放入肥皂水后拿起，上面附有的肥皂膜也是液體的一種表面。 引導學生觀察： 1、戳破肥皂膜的一邊后，另一邊變化如何？ 2、吸管變化如何？向哪邊運動？ 引導學生歸納： 對比兩組實驗， 問：肥皂膜的變化如何？ 問：吸管運動有何特點？ 肥皂膜總是變小，物理上則稱，液體表面具有收縮趨勢。 引導學生思維： 演示長方形鐵絲框演示肥皂膜的收縮，引導學生從受力的角度進行思考。 問：吸管運動了，說明它受到什么的作用？ 問：這個力是什么施加的呢？ 問：如果我把另一半的肥皂膜也戳破，吸管還會運動嗎？ 問：有膜的時候，吸管才運動，大家聯(lián)想到了什么？ 這個力就是液

13、體的表面張力。 分組實驗 觀察 模仿 實驗 觀察 交流討論 思考 對比、分析 答：總是變小的。 答：總是向有膜一邊運動。 理解 記憶 答：力 思考 疑惑 答：可能不會。 答：膜對吸管有力的作用。 消除疑惑 深化理解 記憶 組織學生分組實驗，一方面讓學生直觀地感受液面的收縮現(xiàn)象，為下面表面張力概念的建立打下基礎；另一方面意在讓學生自己開口說出實驗現(xiàn)象，培養(yǎng)學生的表達能力，合作精神和分析解決問題的能力。

14、 引導學生針對實驗現(xiàn)象進行再思考，由淺入深，層層遞進，培養(yǎng)學生的邏輯思維能力。 通過師生對話的形式，配合課件逐步分析，關注概念的建立過程和學生的思維過程，讓學生從現(xiàn)象的感性認識提升到概念的理性認識。 【微觀分析】 1.液體表面層分子與液體內(nèi)部分子的差異 向?qū)W生展示液體表面附近分子分布的示意圖，引導他們從分子間相互作用的角度分析表面層分子與內(nèi)部分子的差異，逐步幫助學生形成“表面層分子僅受周圍液體分子與液體內(nèi)部分子的作用”的認識。 結(jié)論：表面層分子僅受周圍液體分子與液體內(nèi)部分子的作用。 2.分子引力和

15、斥力的有效作用距離 承接上一環(huán)節(jié)提出的問題，緊扣表面層分子與內(nèi)部分子的位置差異，引導學生從力的有效作用距離的角度進行知識回顧，并得出引力作用距離大于斥力的結(jié)論。 結(jié)論：分子引力的有效作用距離大于斥力。 3.表面層分子的分布特點 分別從引力和斥力的有效作用距離入手分析表面層分子的受力情況，引導學生思考并得出表面層分子的分布特點。 結(jié)論：表面層分子所受合力指向液體內(nèi)部。 結(jié)論：表面層分子分布稀疏。 4.表面張力的產(chǎn)生原因 從表面層分子的分布出發(fā)，結(jié)合分子間作用力與距離的關系，得出表面層分子相互作用力的特點。 利用自制教具，結(jié)合長方形鐵絲框的肥

16、皂膜收縮現(xiàn)象，通過類比的方法模擬液面的收縮，由此說明表表面張力的產(chǎn)生原因,最后則向?qū)W生講解表面張力的作用效果。 【聯(lián)系生活】 一、球形的肥皂泡 先讓學生重新感受吹肥皂泡的童年樂趣，接著提出問題“肥皂泡一定是球形的嗎？用不同形狀的小框能不能吹出不同形狀的肥皂泡？”，步步引導學生運用表面張力的相關知識分析肥皂泡呈球形的原因。 二、硬幣漂浮與下沉 首先解釋課前提出的硬幣漂浮問題。 然后用肥皂塊輕點漂浮硬幣周圍的水面，由于肥皂水的表面張力比清水小，液面給硬幣的支持力減小，硬幣沉入水中。 向?qū)W生演示該實驗，引出硬幣下沉的原因——不同液體表面張力的

17、大小不同。 三、表面張力儀 由于不同液體表面張力的大小不同，清水中若摻入其他物質(zhì)，其表面張力也會改變。 向?qū)W生介紹表面張力在環(huán)境監(jiān)測方面的應用：利用表面張力儀測量河流污染前后河水的表面張力大小，經(jīng)過對比，即可知道該河流的污染情況。 引導學生思考： 從分子間相互作用的角度看，表面層分子與液體內(nèi)部分子有何異同？ 總結(jié)并提問：空氣對液面分子的作用可以忽略，表面層分子僅受到水平和下方液體分子的作用，那到底是引力作用，還是斥力作用？ 問：隨著距離的增大，分子間作用力的合力有何變化？ 問：也就是說當距離大于平衡位置的時候，只存在什么力？

18、 引導學生思考：從作用距離的角度看，兩個力有何區(qū)別？ 表面層分子部分在液體外，又由于引力的作用距離遠大于斥力。因此表面層分子所受分子引力不再為球?qū)ΨQ，而斥力仍為球?qū)ΨQ。 引導學生思考：從整體來看，表面層分子受力的特點如何？ 總結(jié)：正是因為表面層分子所受合力指向液體內(nèi)部，而分子總又是在做無規(guī)則熱運動，所以有一部分表面層分子就會運動到液體內(nèi)部，造成表面層分子分布稀疏。 引導學生思考：表面層分子分布稀疏，說明它們之間的距離有何特點？ 實際上，此時分子間距離大于平衡位置，作用力為引力。 啟發(fā)學生思考：表面層分子間的吸引力與表面張力的產(chǎn)

19、生原因有何關系？ 教具演示：表面張力產(chǎn)生原因的模擬。 問：松開手，橫杠為什么向有膜一邊運動？模擬肥皂膜為什么收縮？ 問：橡皮筋的拉力模擬的是？ 引導學生總結(jié)： 表面層分子的相互吸引力的共同作用體現(xiàn)為液體的表面張力，而液體不易被壓縮，所以液面具有收縮趨勢。 演示實驗：吹肥皂泡 問：如果用方形或者橢圓形的小框，能不能吹出立方體或者橢球體形狀的肥皂泡？ 提示學生：相同體積下，球形的表面積最??；在表面張力的作用下液面具有收縮趨勢。 回顧硬幣漂浮實驗，引導學生運用表面張力知識進行解釋。 演示實驗：硬幣下沉 引導學生思考：硬幣下沉是否與肥皂水表面張力大小有

20、關 向?qū)W生展示不同液體表面張力大小的表格，解釋硬幣下沉。 以表面張力大小知識為基礎，引導學生思考如何測量河流污染情況的問題。 答：內(nèi)部分子周圍都有液體分子作用，但表面層分子有一部分在液體外。 聽講 思考 疑惑 思考 答：由斥力變?yōu)橐Α? 答：引力。 答：引力大于斥力。 聽講 思考 思考 答：斥力相互抵消，引力的合力指向液體內(nèi)部。 聽講 思考 消除疑惑

21、 思考 答：距離比較大。 理解 記憶 思考 疑惑 思考 猜想 交流討論 答：因為橡皮筋的拉力。 答：表面層分子的相互吸引力。 理解 消除疑惑 記憶 觀察 吹肥皂泡，發(fā)現(xiàn)仍為球形 疑惑 思考 回答 消除疑惑 思考 聽講 消除疑惑 觀察 疑惑 聽講 理解 消除疑惑 思考 交流討論 回答 表面張力的微觀解釋分析步驟，過

22、程抽象、不易理解，學生往往感到無從入手、思路不清。 在本環(huán)節(jié)的設計方面始終堅持以下原則： 1.突出表面層分子與內(nèi)部分子的差異； 2.從分子間的相互作用力出發(fā)。 讓學生清楚問題的關鍵，同時學會分析微觀問題的方法。 從學生已有的知識基礎出發(fā)，引導學生從力的有效作用距離的角度重新思考分子間相互作用力與距離的關系，為接下來引出液體表面層分子的分布特點做鋪墊。 通過教師步步誘導式的講解，以表面層分子與內(nèi)部分子的差異為線索，配合課件進行對比分析，讓學生經(jīng)歷一個思維探究的過程，達到理解，釋疑的目的。

23、 該知識點為本節(jié)課的難點。學生正是缺乏運用分子動理論解決實際問題的能力，往往難以將問題形象化、具體化。 因此，結(jié)合學生的知識基礎和思維特點，利用自制教具類比矩形鐵絲框的收縮現(xiàn)象，讓學生直觀感受表面層分子的相互吸引力作用，從而幫助學生透徹理解表面張力的產(chǎn)生原因。 選取有針對性的、生活常見的物理現(xiàn)象作為應用實例，突出重點，鞏固所學知識，加強物理與生活的聯(lián)系。 解釋課前提出的問題，前后呼應。通過同一實驗情境的不同條件和不同結(jié)果激發(fā)學生再

24、思考的興趣，同時自然過渡到“表面張力大小”的知識應用環(huán)節(jié)，完成知識點的延伸和拔高。 承接表面張力大小的知識點，向?qū)W生展示表面張力在環(huán)境監(jiān)測的應用，增長學生見聞，豐富課堂，體驗物理與科技的緊密聯(lián)系。 【課后思考】 演示四面體和立方體鐵絲框放入肥皂水后所形成的肥皂膜形狀。 先展示立方體鐵絲框一個面的肥皂膜形狀，然后讓學生猜想整個鐵絲框放入肥皂水后將形成怎樣的肥皂膜，最后展示肥皂膜的形狀并鼓勵學生課后結(jié)合本節(jié)課的知識，查找資料進行解釋。 演示實驗：四面體和立方體鐵絲框 問：為什么當整個鐵絲框放入肥皂水

25、后并沒有在每個面形成肥皂膜，而是收縮到中間？ 好奇 思考 疑惑 通過出乎意料的實驗現(xiàn)象又一次引起學生的認知矛盾，提出稍高于學生本節(jié)課知識水平，但通過搜集資料和思考又能夠解決的問題，鼓勵學生仔細觀察，大膽猜想，培養(yǎng)學生獨立解決問題的能力。 【板書設計】 附錄一 本教學設計的創(chuàng)新之處 1. 自制教具，突破難點 本節(jié)課所用教具都是自制的，易取材，成本低，現(xiàn)象明顯直觀。所制教具不僅能夠豐富課堂，增強課堂趣味性，也有助于教師教學和學生理解。 尤其是演示表面張力微觀機理的教具（見下方左圖），使表面層分子間的相互吸引力及其作用效果“

26、可視化”。學生能夠直觀地觀察到在橡皮筋的拉力作用下，橫桿運動以及模擬肥皂膜收縮，通過類比，明白“在表面層分子相互吸引力的作用下，吸管向有膜的一邊運動以及肥皂膜收縮”，最終理解“表面層分子的相互吸引力的共同作用體現(xiàn)為液體的表面張力，使液面具有收縮趨勢”，由此突破本節(jié)課的教學難點。 表面張力的產(chǎn)生原因演示裝置 各種肥皂泡小框，鐵絲框 2. 以認知沖突策略為出發(fā)點組織教學 美國著名的教育心理學家布魯納曾說過：“學習的最好刺激，乃是對所學材料的興趣” 。本節(jié)課在設計上通過各種實驗創(chuàng)設了多個問題情境，如硬幣漂浮現(xiàn)象、肥皂泡形狀之謎和立方體鐵絲框的肥皂膜分布問題等，從學生原有的經(jīng)驗或錯誤的前概念出發(fā)，巧設懸念，以引起學生的認知沖突，激發(fā)學習興趣，讓學生經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)——否定——再發(fā)現(xiàn)這樣一個不斷沖突、不斷修正的過程，使得學生產(chǎn)生主動學習的愿望。知識的教學過程同時也是問題解決和科學探究的過程。 附錄2 粵教版高中物理選修3-3第二章第五節(jié) ~ 20 ~