資源簡介

《液體的表面張力》
學校名稱 執教老師
涉及學科 物理 教學對象 高二
教材版本 粵教版 課時數 1 課時
學段 □ 學前教育 □ 特殊教育 □ 小學 □ 初中 高中
主題類別 □ 單學科大單元 □ 跨學科大單元 其他
教學環境 □ 智慧學習環境 多媒體教學環境 □ 混合學習 □ 其他
學習空間 教學設備 □ 投影 一體機 交互式白板 □ 筆記本 □ 平板電腦 錄播 □ 其他
學生設備 □人手一臺 □小組一臺 □同桌一臺 沒有設備
桌椅模式 □單人單桌矩陣 雙人同桌矩陣 □小組式圓桌矩陣
一、案例設計背景與目的
為了更好地推行信息技術與課堂融合的新型教育教學模式，不斷提高教育教學中信息化程度，廣州市第四中學銳志信息技術融合教育工作坊于 2021 年 3 月 9 日正式成立。銳志融教坊將信息技術與學科全面融合，探索如何在現有條件下開展融 合創新教學，全面推動學校學科品牌建設和學科特色建設，塑造廣州四中教育集團教學、教研新品牌。 本教學案例，是銳志融教坊的一節融合創新教學展示課與示范課，目的是在不改變學校現有條件的前提下，利用各種軟件，進行新技術融合創新教學：利用“希沃白板”軟件進行演示文稿的播放，并進行學生作業的展示。 本教學案例強調關注學生的學習行為差異，及時鞏固提煉，進行有效干預，將師生互動、生生互動、生板互動體現得多姿多彩。在此基礎上，挖掘物理學科特色，通過建模、對比分析與多媒體融合，創設多元情境，讓不同層次、不同特質的學生都能積極參與課堂，提高課堂效益。也提供課后復習用微課、分層練習與補充科普視頻，讓學生能隨時做到“溫故知新”。 除此之外，還積極在物理課堂中嘗試滲透課程思政與跨學科（生物學、勞動課程）的思想，幫助學生建立立體的知識網絡，逐漸培養學生多角度思考問題的能力， 促使學生直觀地面對事物的本質。將所學知識綜合運用到解決實際問題，使物理教 學更具意義和深度，讓學習過程更加有益于學生的全面發展，提高學生的綜合素質。
授課結束后，結合努比技術（廣州）有限公司提供的課堂大數據分析服務，對知行教學風格分析、IRE 問答模式分析、弗蘭德斯互動分析、師生互動 S-T 分析、課堂情緒傾向性分析、學生左右腦激活模式分析、語言可理解度分析、用語想象力分析、難易跨度分析、知識圖譜分等維度加以分析，以科學化的統一數據評價教學 質量，提高教師的教育教學水平。
二、教學理念（如基于問題的學習、個性化學習、探究性教學、分層教學等）
（一）探究性教學 通過探究性任務，要求學生在教師指導下，通過以“自主、探究、合作”為特征的學習方式，讓學生通過實驗，對液體表面張力的特點及其形成原因做深入探究， 并嘗試進一步提煉出相應的分析方法，從而促進學生形成自主學習能力。 （二）基于問題的學習 通過設置具體生活情景，把新知識的學習置于有意義的問題情境中，并結合探 究性的問題讓學生嘗試通過自己的能力解決問題，并提取出隱含于問題背后的知識，以培養學生的解決問題能力和終身學習能力。
三、教材與教學內容分析（劃分知識點）
（一）課程標準對本節的要求 觀察液體的表面張力現象；了解表面張力產生的原因；知道毛細現象。 （二）教材的地位和作用 這一節是粵教版高中物理“選擇性必修第三冊”第二章第 4 節的內容，是對液體性質的初步探討，與下一節的晶體、新材料等內容共同構成了“液體”的完整知識體系。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，因此本節內容也是分子動理論的綜合拓展和運用。 （三）教材的編寫思路 本節的內容分可為兩大部分：第一部分，是表面張力的宏觀現象，重在讓學生掌握表面張力的概念，認識液體的表面現象及生活應用；第二部分，是表面張力的微觀解釋，重在使學生進一步液體認識表面張力的微觀實質，運用分子動理論的知識分析表面張力的產生原因。 （四）教材的特點 教材的特點：教材首先從學生熟悉的現象出發，通過展示一系列生活中的表面張力現象引入課堂；然后強調實驗和觀察，通過對“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論；在此基礎上，重視液體表面張力的概念建立過程和產生原因的定性分析，結合分子動理論的有關知識，從微觀的角度解釋表面張力產生的原因；最后，教材使用“討論與交流”和“資料活頁”欄目，對表面張力的實例進行了解釋，關注學生物理學習的差異性，加強內容的選擇性。 （五）教材處理 （1）教材分別研究了表面層液體分子和液體內部分子的受力情況，在此基礎上得出表面張力的定義。但對液體內部分子的研究，一方面容易使學生對表面張力 產生錯誤的認識，另一方面也可能使學生誤以為“液面是向內收縮的”。此處，考
慮到學生的原有知識結構和實際認知水平，主要研究表面層液體分子的情況，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。（2）教材在引入和應用環節設置了一些生活中的表面張力現象以激發學生的興趣和思考，而考慮到物理、技術和社會的緊密聯系，適當地增加了表面張力在科技前沿方面的應 用，以增長學生見聞，豐富課堂。
四、教學目標（三維目標分類或學科核心素養分類）
（一）物理觀念 知道液體表面張力的概念，能解釋表面張力、浸潤與不浸潤、毛細現象的產生原因。 （二）科學思維 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象的方法。 （三）科學探究 經歷液體表面現象的實驗和探究，觀察液體的表面張力現象，體會科學探究的方法。 （四）科學態度與責任 通過科學研究的體驗，養成嚴謹、實事求是的科學態度；培養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。
五、教學重難點
（一）教學重點 液體表面張力的概念。 為突破此重點，教師要充分利用實物、視頻、圖片等材料，為學生提供必需的感性素材。物理學是一門以實驗為基礎的科學，而物理實驗是教學的重要內容和手段。通過實驗創設問題情境，如探究肥皂泡成球形的原因，引起學生的認知沖突，激發學生的學習興趣。在此基礎上，通過學生分組實驗，讓學生在自主探究中得出 液面的性質，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。 （二）教學難點 液體表面張力的產生原因。 為突破此難點，要在教學過程中適時地穿插教師形象生動、富有啟發的講解，輔之以模擬動畫，以點撥、啟發學生。如對表面張力產生原因的講解過程，便要通過模擬動畫演示，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。此處，充分發揮教師的主導作用，讓學生經歷一個思 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， 而在探究的過程中又講授必要的物理知識。
六、學習者特征分析
（一）學生的知識基礎 學生已經學習了液體的基本性質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。 （二）學生的認知特點 學生對表面張力現象的認識僅停留于感性階段，難以理解從各種現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、解釋實際宏觀熱現象的知識遷移和應用能力，難以理解表面張力的產生原因。 （三）學生的興趣 高中生具有很強的好奇心，其積極性、主動性、參與意識與接受能力較強。相比起枯燥乏味的講授和公式推導，學生對動手操作的探究實驗有較強的興趣。所以在教學中，教師應一方面充分發揮演示實驗和學生實驗的作用，注意激發學生的認 知興趣，充分調動學生學習的積極性和自主性。
七、教學環境、工具及資源準備（包括硬件環境和軟件資源）
（一）硬件資源的準備 利用學校現有的電腦（需聯網）與多媒體教學平臺，以及教師的手機（需聯網）。 （二）軟件資源的準備 安裝好“希沃白板 5”軟件，并提前準備好相應的課件與教學資源。
八、教學過程
學習步驟 起止時間 （’”－ ’”） 學生活動 教師活動 媒體資源 設計意圖
【新課引入】 05’06” — 07’47” 思考問題，提取信息。 2．觀看太空授課視頻。 引導學生思考：你能吹出方形的泡泡嗎？ 展示生活中的與表面張力有關的現象。 觀看太空授課 視頻。 通過簡單有趣的問題引發思考，激發學生參與課堂的積極性。
【表面張力的定義】 07’47” — 08’08” 思 考 問題，提取信息。 引導學生歸納：表面張力就是在液體表面層出現的力。 引導學生思考：這個力是怎么來的呢？這個力有什么特點呢？ 明確表面張力的定義。 引發思考，激發學生參與課堂的積極性。
【表面張力的特點】 08’08” — 16’22” 進行實驗。 思考問題，提取信息。 引導學生實驗：把鐵絲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。 引導學生實驗：戳破肥皂膜的一邊后，另一邊變化如何？棉線有何變化？ 引導學生歸納：對比兩組實驗，肥皂膜總是變小，物理上則稱，液體表 面具有收縮趨勢。 讓學生直觀地感受液面的收縮現 象，為下面表面張力概念的建立打下基礎. 讓學生自己總結出實驗現象，培養學生的表達能力和分析解決問題的能力。
【表面張力的形成原理】 16’22” — 19’45” 思 考 問題，提取信息。 引導學生思考：從整體來看，表面層分子受力的特點如何？ 表面層分子的分布比液體內部稀疏，分子間的距離大于分子力平衡的距離，因此分子間的作用力表現為引力。 表面層分子的相互吸引力的共同作用體現為液體的表面張力。 從學生已有的知識基礎出發，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。 2．結合學生的知識基礎和思維特點，通過模擬動畫演示，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生原因。
【生活中的表面張力】 19’45” — 25’52” 觀看生活中的表面張力實例圖片。 2．思考問題，提取信息。 引導學生思考：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？ 引導學生思考：由于表面張力的作用，水珠的表面積盡可能地減小。在體積一定的情況下，球形在所有幾何體中的表面積最小，所以水珠的形狀更接近于球形。 引導學生思考：為什么硬幣會“漂浮”在水面上？ 4．引導學生思考：硬幣放在水面上，水的表面張力有使水面保持原來平坦形狀的趨勢，因而硬幣會受到水面支持力的作用，只要硬幣的質量不太大，就不會 沉下去。 解釋課前提出的問題，前后呼應。 2．通過生活實例激發學生再思考的興趣，同時自然過渡到知識應用環節，完成知識的延伸和拔高。
【浸潤與不浸潤現象及其成因】 25’52” — 30’23” 觀看浸潤不浸潤現象實驗視頻。 2．思考問題，提取信息。 3．觀看生 活中與浸 引導學生觀察：水滴到不同的物體上的形狀有何不同。 引導學生歸納：液體會潤濕某種固體，并附著在其表面，該現象叫浸 潤；液體不會潤濕 明確浸潤與不浸潤現象的定義。 2．通過另一種現象激發學生再思考的興趣，浸潤與不浸潤現象本質是表面張力的宏觀體現，為已有知識的應用 環節，完成知識的
潤不浸潤現象有關的實例圖片。 某種固體，也不會附著在其表面，該現象叫不浸潤。 3．引導學生思考：液體的形狀與什么因素有關？為什么會有浸潤與不浸潤現象？可能形成的原因是什么？ 4．引導學生歸納：當液體與固體的相互作用比液體分子間的相互作用強時，液體能夠浸潤固體；反之，液體則不浸潤固體。 5．生活中與浸潤 不浸潤現象有關的應用。 延伸和拔高。
【毛細現象及其成因】 30’23” — 44’23” 觀看毛細現象實驗視頻。 2．思考問題，提取信息。 3．觀看生活中與毛細現象有關的實例圖片、視頻。 引導學生觀察：水在毛細管（非常細的管）中的現象有何不同。 引導學生歸納：液體浸潤液體在細管里上升，不浸潤液體在細管里下降，該現象叫毛細現象。 引導學生思考：為什么會形成毛細現象？可能形成的原因是什 么？ 引導學生歸納： 毛細現象是表面 明確毛細現現象的定義。 通過另一種現象激發學生再思考的興趣，毛細現現象本質是表面張力和浸潤不浸潤現象的宏觀體現，為已有知識的應用環節，完成知識的延伸和拔高。
張力和浸潤不浸潤現象的宏觀體現。 5．觀看科普動畫視頻，滲透課程思政，與勞動教育課程聯動。 6．研究生活中與毛細現象有關的應用，與生物學課 程聯動。
【歸納總結】 44’23” — 46’00” 學生積極思考， 歸納總結。 1．引導學生總結本節課的學習內容和學習方法。 2．引導學生思考：你能設計一個實驗，比較清水和肥皂水的表面張力大小嗎？ 1．培養學生的分析能力、歸納能力、語言表達能力。 2．提出稍高于學生本節課知識水平，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，培養學生獨立解決問題的能力。
九、上課板書設計/教學流程圖
（一）上課板書設計 2.4 液體的表面張力 五、浸潤與不浸潤 一、定義：在液體表面層出現的力。二、產生：r＞r0 → 引力 六、毛細現象 三、效果：使液面緊繃，并收縮到最小四、方向：與液面相切
（二）教學流程圖
十、學習評價設計
（一）總體評價指標 （二）學生自評維度（50 分） 是否知道表面張力現象、浸潤與不浸潤現象、毛細現象（10 分）； 是否知道表面張力產生的原因（10 分）； 是否會用微觀分析動理論解釋液體的表面張力（10 分）； 是否能用液體表面張力微觀解釋的方法中得到啟發，理解浸潤與不浸潤的微觀解釋，從而知道產生毛細現象的原因（20 分）； ——均采用五級評分法 （三）教師評價維度（50 分） 課堂筆記檢查（10 分）； 課堂練習檢查（10 分）； 課后歸納檢查（10 分）； 課后練習檢查（20 分）。 ——均采用五級評分法
十一、教學創新與亮點特色
在基本不改變學校現有條件的前提下，利用各種軟件實現新技術進行融合創新教學； 使用希沃白板軟件進行授課，利用其自帶功能實現倒計時、實時投屏、板中板等操作，加強學生的課堂互動； 授課結束后，結合努比技術（廣州）有限公司提供的課堂大數據分析服務，對知行教學風格分析、IRE 問答模式分析、弗蘭德斯互動分析、師生互動 S-T 分析、課堂情緒傾向性分析、學生左右腦激活模式分析、語言可理解度分析、用語想象力分析、難易跨度分析、知識圖譜分等維度加以分析，以科學化的統一數據評價教學 質量，提高教師的教育教學水平。
十二、教學反思
本節課總體來看，基本完成了預設的教學目標。但根據科組老師的點評，結合自己的感受，本節課仍存在以下亟需改進的地方： 實驗的指引不夠清晰，導致部分學生不理解探究實驗的內容與步驟，存在時間浪費； 實驗器材的選取存在問題，所給的杯子太小，學生很難將回形針放置在水面上，這會導致學生喪失感性體驗； 未明確本節課的定位，本節課應定位為“科普課”，更多要求學生知道表面張力，并能用其解釋生活現象，不用過分深究其產生原因； 在講解表面張力的生活應用過程中，可以讓學生上臺講解，讓學生向同學 闡述自己的思路與方法，“同輩教學”的方式能更好地讓學生明白思路與方法的獲得。
十三、案例推廣辦法與經驗總結
（一）推廣辦法 本教學案例，是學校銳志融教坊的一節融合創新教學展示課與示范課，已向“一家六園”的全體教師進行分享，也是 2021 荔灣區科技計劃項目《廣州市第四中學 新媒體融合教學模式的構建》、2022 廣州市教育科學規劃課題《信息技術視域下的高中學科深度教學策略研究》、2022 教育部人工智能助推教師隊伍建設行動試點實驗項目的研究成果，預計將于 2023 年 10 月前往貴州對口協作學校推廣相應的教學實踐經驗。 本教學案例是在基本不改變學校現有條件的前提下，利用各種軟件實現新技術進行融合創新教學，因此在硬件層面來說推廣較為方便。但是，由于涉及各種新軟件的應用，一定程度上會增加教師的學習成本，且僅僅靠教師進行“摸索”推進速度肯定會偏慢，應多開展專題培訓與講座，以幫助老師更快地上手新技術、新軟件。 （二）經驗總結 通過“希沃白板”進行師生互動，學生的上課熱情與上課積極性有較大程度的提升。課堂非常需要學生的直接參與，在大班教學的情況下，展示學生的作品，既能讓學生有表現自己、展現自我的機會，又能督促學生認真聽課、積極思考，是一 種一舉兩得的高效教學方式。
注：要求撰寫設計方案時，語言精練、內容準確，盡可能圖文并茂，附上圖片、表格、鏈接等材料。

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