资源简介

《液体的表面张力》
学校名称 执教老师
涉及学科 物理 教学对象 高二
教材版本 粤教版 课时数 1 课时
学段 □ 学前教育 □ 特殊教育 □ 小学 □ 初中 高中
主题类别 □ 单学科大单元 □ 跨学科大单元 其他
教学环境 □ 智慧学习环境 多媒体教学环境 □ 混合学习 □ 其他
学习空间 教学设备 □ 投影 一体机 交互式白板 □ 笔记本 □ 平板电脑 录播 □ 其他
学生设备 □人手一台 □小组一台 □同桌一台 没有设备
桌椅模式 □单人单桌矩阵 双人同桌矩阵 □小组式圆桌矩阵
一、案例设计背景与目的
为了更好地推行信息技术与课堂融合的新型教育教学模式，不断提高教育教学中信息化程度，广州市第四中学锐志信息技术融合教育工作坊于 2021 年 3 月 9 日正式成立。锐志融教坊将信息技术与学科全面融合，探索如何在现有条件下开展融 合创新教学，全面推动学校学科品牌建设和学科特色建设，塑造广州四中教育集团教学、教研新品牌。 本教学案例，是锐志融教坊的一节融合创新教学展示课与示范课，目的是在不改变学校现有条件的前提下，利用各种软件，进行新技术融合创新教学：利用“希沃白板”软件进行演示文稿的播放，并进行学生作业的展示。 本教学案例强调关注学生的学习行为差异，及时巩固提炼，进行有效干预，将师生互动、生生互动、生板互动体现得多姿多彩。在此基础上，挖掘物理学科特色，通过建模、对比分析与多媒体融合，创设多元情境，让不同层次、不同特质的学生都能积极参与课堂，提高课堂效益。也提供课后复习用微课、分层练习与补充科普视频，让学生能随时做到“温故知新”。 除此之外，还积极在物理课堂中尝试渗透课程思政与跨学科（生物学、劳动课程）的思想，帮助学生建立立体的知识网络，逐渐培养学生多角度思考问题的能力， 促使学生直观地面对事物的本质。将所学知识综合运用到解决实际问题，使物理教 学更具意义和深度，让学习过程更加有益于学生的全面发展，提高学生的综合素质。
授课结束后，结合努比技术（广州）有限公司提供的课堂大数据分析服务，对知行教学风格分析、IRE 问答模式分析、弗兰德斯互动分析、师生互动 S-T 分析、课堂情绪倾向性分析、学生左右脑激活模式分析、语言可理解度分析、用语想象力分析、难易跨度分析、知识图谱分等维度加以分析，以科学化的统一数据评价教学 质量，提高教师的教育教学水平。
二、教学理念（如基于问题的学习、个性化学习、探究性教学、分层教学等）
（一）探究性教学 通过探究性任务，要求学生在教师指导下，通过以“自主、探究、合作”为特征的学习方式，让学生通过实验，对液体表面张力的特点及其形成原因做深入探究， 并尝试进一步提炼出相应的分析方法，从而促进学生形成自主学习能力。 （二）基于问题的学习 通过设置具体生活情景，把新知识的学习置于有意义的问题情境中，并结合探 究性的问题让学生尝试通过自己的能力解决问题，并提取出隐含于问题背后的知识，以培养学生的解决问题能力和终身学习能力。
三、教材与教学内容分析（划分知识点）
（一）课程标准对本节的要求 观察液体的表面张力现象；了解表面张力产生的原因；知道毛细现象。 （二）教材的地位和作用 这一节是粤教版高中物理“选择性必修第三册”第二章第 4 节的内容，是对液体性质的初步探讨，与下一节的晶体、新材料等内容共同构成了“液体”的完整知识体系。同时，表面张力的微观解释主要基于分子动理论的基本观点，因此本节内容也是分子动理论的综合拓展和运用。 （三）教材的编写思路 本节的内容分可为两大部分：第一部分，是表面张力的宏观现象，重在让学生掌握表面张力的概念，认识液体的表面现象及生活应用；第二部分，是表面张力的微观解释，重在使学生进一步液体认识表面张力的微观实质，运用分子动理论的知识分析表面张力的产生原因。 （四）教材的特点 教材的特点：教材首先从学生熟悉的现象出发，通过展示一系列生活中的表面张力现象引入课堂；然后强调实验和观察，通过对“肥皂膜”实验的观察和分析，得出液体表面具有收缩趋势的结论；在此基础上，重视液体表面张力的概念建立过程和产生原因的定性分析，结合分子动理论的有关知识，从微观的角度解释表面张力产生的原因；最后，教材使用“讨论与交流”和“资料活页”栏目，对表面张力的实例进行了解释，关注学生物理学习的差异性，加强内容的选择性。 （五）教材处理 （1）教材分别研究了表面层液体分子和液体内部分子的受力情况，在此基础上得出表面张力的定义。但对液体内部分子的研究，一方面容易使学生对表面张力 产生错误的认识，另一方面也可能使学生误以为“液面是向内收缩的”。此处，考
虑到学生的原有知识结构和实际认知水平，主要研究表面层液体分子的情况，一方面保证了知识点的完整性，另一方面也有利于学生理解表面张力的方向。（2）教材在引入和应用环节设置了一些生活中的表面张力现象以激发学生的兴趣和思考，而考虑到物理、技术和社会的紧密联系，适当地增加了表面张力在科技前沿方面的应 用，以增长学生见闻，丰富课堂。
四、教学目标（三维目标分类或学科核心素养分类）
（一）物理观念 知道液体表面张力的概念，能解释表面张力、浸润与不浸润、毛细现象的产生原因。 （二）科学思维 通过对表面张力的微观解释，体会运用分子动理论解释宏观热现象的方法。 （三）科学探究 经历液体表面现象的实验和探究，观察液体的表面张力现象，体会科学探究的方法。 （四）科学态度与责任 通过科学研究的体验，养成严谨、实事求是的科学态度；培养学生将物理知识服务于生活和社会的意识，勇于探究与日常生活有关的物理问题。
五、教学重难点
（一）教学重点 液体表面张力的概念。 为突破此重点，教师要充分利用实物、视频、图片等材料，为学生提供必需的感性素材。物理学是一门以实验为基础的科学，而物理实验是教学的重要内容和手段。通过实验创设问题情境，如探究肥皂泡成球形的原因，引起学生的认知冲突，激发学生的学习兴趣。在此基础上，通过学生分组实验，让学生在自主探究中得出 液面的性质，使知识的教学过程同时是一个解决问题和科学探究的过程，同时注意渗透物理学研究方法、科学思维方法。 （二）教学难点 液体表面张力的产生原因。 为突破此难点，要在教学过程中适时地穿插教师形象生动、富有启发的讲解，辅之以模拟动画，以点拨、启发学生。如对表面张力产生原因的讲解过程，便要通过模拟动画演示，让学生直观地感受到表面层分子相互吸引力的作用，从而使抽象的微观过程具体化、形象化。此处，充分发挥教师的主导作用，让学生经历一个思 维探究的过程，完成感性认识到理性认识的飞跃。在讲授知识的渗透探究的思想， 而在探究的过程中又讲授必要的物理知识。
六、学习者特征分析
（一）学生的知识基础 学生已经学习了液体的基本性质和分子动理论的相关知识，对生活中的各种液体及其特性具有丰富的感性认识。 （二）学生的认知特点 学生对表面张力现象的认识仅停留于感性阶段，难以理解从各种现象中归纳液面的特点，难以理解液面中存在力的作用；虽然已经学习了分子动理论，但缺乏运用分子动理论相关知识分析、解释实际宏观热现象的知识迁移和应用能力，难以理解表面张力的产生原因。 （三）学生的兴趣 高中生具有很强的好奇心，其积极性、主动性、参与意识与接受能力较强。相比起枯燥乏味的讲授和公式推导，学生对动手操作的探究实验有较强的兴趣。所以在教学中，教师应一方面充分发挥演示实验和学生实验的作用，注意激发学生的认 知兴趣，充分调动学生学习的积极性和自主性。
七、教学环境、工具及资源准备（包括硬件环境和软件资源）
（一）硬件资源的准备 利用学校现有的电脑（需联网）与多媒体教学平台，以及教师的手机（需联网）。 （二）软件资源的准备 安装好“希沃白板 5”软件，并提前准备好相应的课件与教学资源。
八、教学过程
学习步骤 起止时间 （’”－ ’”） 学生活动 教师活动 媒体资源 设计意图
【新课引入】 05’06” — 07’47” 思考问题，提取信息。 2．观看太空授课视频。 引导学生思考：你能吹出方形的泡泡吗？ 展示生活中的与表面张力有关的现象。 观看太空授课 视频。 通过简单有趣的问题引发思考，激发学生参与课堂的积极性。
【表面张力的定义】 07’47” — 08’08” 思 考 问题，提取信息。 引导学生归纳：表面张力就是在液体表面层出现的力。 引导学生思考：这个力是怎么来的呢？这个力有什么特点呢？ 明确表面张力的定义。 引发思考，激发学生参与课堂的积极性。
【表面张力的特点】 08’08” — 16’22” 进行实验。 思考问题，提取信息。 引导学生实验：把铁丝框放入肥皂水后拿起，上面附有的肥皂膜也是液体的一种表面。 引导学生实验：戳破肥皂膜的一边后，另一边变化如何？棉线有何变化？ 引导学生归纳：对比两组实验，肥皂膜总是变小，物理上则称，液体表 面具有收缩趋势。 让学生直观地感受液面的收缩现 象，为下面表面张力概念的建立打下基础. 让学生自己总结出实验现象，培养学生的表达能力和分析解决问题的能力。
【表面张力的形成原理】 16’22” — 19’45” 思 考 问题，提取信息。 引导学生思考：从整体来看，表面层分子受力的特点如何？ 表面层分子的分布比液体内部稀疏，分子间的距离大于分子力平衡的距离，因此分子间的作用力表现为引力。 表面层分子的相互吸引力的共同作用体现为液体的表面张力。 从学生已有的知识基础出发，引导学生从力的有效作用距离的角度重新思考分子间相互作用力与距离的关 系，为接下来引出液体表面层分子的分布特点做铺垫。 2．结合学生的知识基础和思维特点，通过模拟动画演示，让学生直观感受表面层分子的相互吸引力作用，从而帮助学生透彻理解表面张力的产生原因。
【生活中的表面张力】 19’45” — 25’52” 观看生活中的表面张力实例图片。 2．思考问题，提取信息。 引导学生思考：如果用方形或者椭圆形的小框，能不能吹出立方体或者椭球体形状的肥皂泡？ 引导学生思考：由于表面张力的作用，水珠的表面积尽可能地减小。在体积一定的情况下，球形在所有几何体中的表面积最小，所以水珠的形状更接近于球形。 引导学生思考：为什么硬币会“漂浮”在水面上？ 4．引导学生思考：硬币放在水面上，水的表面张力有使水面保持原来平坦形状的趋势，因而硬币会受到水面支持力的作用，只要硬币的质量不太大，就不会 沉下去。 解释课前提出的问题，前后呼应。 2．通过生活实例激发学生再思考的兴趣，同时自然过渡到知识应用环节，完成知识的延伸和拔高。
【浸润与不浸润现象及其成因】 25’52” — 30’23” 观看浸润不浸润现象实验视频。 2．思考问题，提取信息。 3．观看生 活中与浸 引导学生观察：水滴到不同的物体上的形状有何不同。 引导学生归纳：液体会润湿某种固体，并附着在其表面，该现象叫浸 润；液体不会润湿 明确浸润与不浸润现象的定义。 2．通过另一种现象激发学生再思考的兴趣，浸润与不浸润现象本质是表面张力的宏观体现，为已有知识的应用 环节，完成知识的
润不浸润现象有关的实例图片。 某种固体，也不会附着在其表面，该现象叫不浸润。 3．引导学生思考：液体的形状与什么因素有关？为什么会有浸润与不浸润现象？可能形成的原因是什么？ 4．引导学生归纳：当液体与固体的相互作用比液体分子间的相互作用强时，液体能够浸润固体；反之，液体则不浸润固体。 5．生活中与浸润 不浸润现象有关的应用。 延伸和拔高。
【毛细现象及其成因】 30’23” — 44’23” 观看毛细现象实验视频。 2．思考问题，提取信息。 3．观看生活中与毛细现象有关的实例图片、视频。 引导学生观察：水在毛细管（非常细的管）中的现象有何不同。 引导学生归纳：液体浸润液体在细管里上升，不浸润液体在细管里下降，该现象叫毛细现象。 引导学生思考：为什么会形成毛细现象？可能形成的原因是什 么？ 引导学生归纳： 毛细现象是表面 明确毛细现现象的定义。 通过另一种现象激发学生再思考的兴趣，毛细现现象本质是表面张力和浸润不浸润现象的宏观体现，为已有知识的应用环节，完成知识的延伸和拔高。
张力和浸润不浸润现象的宏观体现。 5．观看科普动画视频，渗透课程思政，与劳动教育课程联动。 6．研究生活中与毛细现象有关的应用，与生物学课 程联动。
【归纳总结】 44’23” — 46’00” 学生积极思考， 归纳总结。 1．引导学生总结本节课的学习内容和学习方法。 2．引导学生思考：你能设计一个实验，比较清水和肥皂水的表面张力大小吗？ 1．培养学生的分析能力、归纳能力、语言表达能力。 2．提出稍高于学生本节课知识水平，但通过搜集资料和思考又能够解决的问题，鼓励学生仔 细观察，大胆猜想，培养学生独立解决问题的能力。
九、上课板书设计/教学流程图
（一）上课板书设计 2.4 液体的表面张力 五、浸润与不浸润 一、定义：在液体表面层出现的力。二、产生：r＞r0 → 引力 六、毛细现象 三、效果：使液面紧绷，并收缩到最小四、方向：与液面相切
（二）教学流程图
十、学习评价设计
（一）总体评价指标 （二）学生自评维度（50 分） 是否知道表面张力现象、浸润与不浸润现象、毛细现象（10 分）； 是否知道表面张力产生的原因（10 分）； 是否会用微观分析动理论解释液体的表面张力（10 分）； 是否能用液体表面张力微观解释的方法中得到启发，理解浸润与不浸润的微观解释，从而知道产生毛细现象的原因（20 分）； ——均采用五级评分法 （三）教师评价维度（50 分） 课堂笔记检查（10 分）； 课堂练习检查（10 分）； 课后归纳检查（10 分）； 课后练习检查（20 分）。 ——均采用五级评分法
十一、教学创新与亮点特色
在基本不改变学校现有条件的前提下，利用各种软件实现新技术进行融合创新教学； 使用希沃白板软件进行授课，利用其自带功能实现倒计时、实时投屏、板中板等操作，加强学生的课堂互动； 授课结束后，结合努比技术（广州）有限公司提供的课堂大数据分析服务，对知行教学风格分析、IRE 问答模式分析、弗兰德斯互动分析、师生互动 S-T 分析、课堂情绪倾向性分析、学生左右脑激活模式分析、语言可理解度分析、用语想象力分析、难易跨度分析、知识图谱分等维度加以分析，以科学化的统一数据评价教学 质量，提高教师的教育教学水平。
十二、教学反思
本节课总体来看，基本完成了预设的教学目标。但根据科组老师的点评，结合自己的感受，本节课仍存在以下亟需改进的地方： 实验的指引不够清晰，导致部分学生不理解探究实验的内容与步骤，存在时间浪费； 实验器材的选取存在问题，所给的杯子太小，学生很难将回形针放置在水面上，这会导致学生丧失感性体验； 未明确本节课的定位，本节课应定位为“科普课”，更多要求学生知道表面张力，并能用其解释生活现象，不用过分深究其产生原因； 在讲解表面张力的生活应用过程中，可以让学生上台讲解，让学生向同学 阐述自己的思路与方法，“同辈教学”的方式能更好地让学生明白思路与方法的获得。
十三、案例推广办法与经验总结
（一）推广办法 本教学案例，是学校锐志融教坊的一节融合创新教学展示课与示范课，已向“一家六园”的全体教师进行分享，也是 2021 荔湾区科技计划项目《广州市第四中学 新媒体融合教学模式的构建》、2022 广州市教育科学规划课题《信息技术视域下的高中学科深度教学策略研究》、2022 教育部人工智能助推教师队伍建设行动试点实验项目的研究成果，预计将于 2023 年 10 月前往贵州对口协作学校推广相应的教学实践经验。 本教学案例是在基本不改变学校现有条件的前提下，利用各种软件实现新技术进行融合创新教学，因此在硬件层面来说推广较为方便。但是，由于涉及各种新软件的应用，一定程度上会增加教师的学习成本，且仅仅靠教师进行“摸索”推进速度肯定会偏慢，应多开展专题培训与讲座，以帮助老师更快地上手新技术、新软件。 （二）经验总结 通过“希沃白板”进行师生互动，学生的上课热情与上课积极性有较大程度的提升。课堂非常需要学生的直接参与，在大班教学的情况下，展示学生的作品，既能让学生有表现自己、展现自我的机会，又能督促学生认真听课、积极思考，是一 种一举两得的高效教学方式。
注：要求撰写设计方案时，语言精练、内容准确，尽可能图文并茂，附上图片、表格、链接等材料。

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