人教版《物理》選擇性必修第三冊“第二章 氣體、固體和液體”編寫說明

摘 要：對“氣體、固體和液體”一章的編寫意圖進(jìn)行梳理，說明全章的結(jié)構(gòu)設(shè)計特點(diǎn)，展現(xiàn)教科書編寫的邏輯線索，落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng).對全章具體內(nèi)容逐節(jié)進(jìn)行說明并給出教學(xué)建議.

關(guān)鍵詞：氣體;固體;液體;物理核心素養(yǎng);編寫說明

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1008-4134（2021）03-0009-02

作者簡介：魏昕（1986-），男，青海人，博士，副編審，研究方向：物理課程與教材.

物體是由數(shù)量極多的分子組成的.分子永不停息地做無規(guī)則運(yùn)動，分子間存在相互作用的引力與斥力.這些因素決定了分子的不同聚集狀態(tài)，也就決定了物質(zhì)的結(jié)構(gòu).當(dāng)分子的無規(guī)則運(yùn)動起主要作用時，物質(zhì)將呈氣體狀態(tài);當(dāng)分子力起主要作用時，物質(zhì)將呈固體狀態(tài);當(dāng)分子無規(guī)則運(yùn)動與分子力這一對矛盾旗鼓相當(dāng)時，物質(zhì)將呈液體狀態(tài).物質(zhì)的不同結(jié)構(gòu)，自然表現(xiàn)出不同的物理性質(zhì).本章是在上一章——“分子動理論”的基礎(chǔ)上，研究不同物態(tài)下物質(zhì)的一些規(guī)律和性質(zhì).通過本章的學(xué)習(xí)，學(xué)生對物質(zhì)會有更加深入的認(rèn)識.

1 全章概述

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡稱“新課標(biāo)”）要求：（1）了解固體的微觀結(jié)構(gòu).知道晶體和非晶體的特點(diǎn).能列舉生活中的晶體和非晶體.通過實(shí)例，了解液晶的主要性質(zhì)及其在顯示技術(shù)中的應(yīng)用.（2）了解材料科學(xué)的有關(guān)知識及應(yīng)用，體會它們的發(fā)展對人類生活和社會發(fā)展的影響.（3）觀察液體的表面張力現(xiàn)象.了解表面張力產(chǎn)生的原因.知道毛細(xì)現(xiàn)象.（4）通過實(shí)驗(yàn)，了解氣體實(shí)驗(yàn)定律.知道理想氣體模型.能用分子動理論和統(tǒng)計觀點(diǎn)解釋氣體壓強(qiáng)和氣體實(shí)驗(yàn)定律.與《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》相比，新課標(biāo)刪去了“知道飽和汽、未飽和汽和飽和氣壓.了解相對濕度.舉例說明空氣的相對濕度對人的生活和植物生長的影響”等內(nèi)容.

新課標(biāo)要求學(xué)生通過對固體、液體和氣體等內(nèi)容的學(xué)習(xí)，進(jìn)一步促進(jìn)物質(zhì)觀念和物理模型建構(gòu)等學(xué)科核心素養(yǎng)的形成.通過觀察生活現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生了解固體、液體和氣體的微觀結(jié)構(gòu)，能利用分子動理論解釋固體、液體和氣體的微觀結(jié)構(gòu)及特點(diǎn).注重運(yùn)用氣體實(shí)驗(yàn)定律分析和解決日常生產(chǎn)生活中的實(shí)際問題.認(rèn)識建構(gòu)理想氣體等模型的必要性，能在一定條件下應(yīng)用理想氣體模型分析和研究實(shí)際氣體的問題，能用等溫、等壓、等容的理想過程正確認(rèn)識和分析現(xiàn)實(shí)生活中的氣體狀態(tài)變化[1].教材根據(jù)以上變化，對本章內(nèi)容進(jìn)行了修訂.

與“選修3-3”相比，新教材進(jìn)行了較大調(diào)整，將原教材中“氣體”“固體、液體和物態(tài)變化”兩章進(jìn)行整合，刪除、調(diào)整了飽和汽與飽和汽壓、物態(tài)變化中的能量交換以及理想氣體狀態(tài)方程等新課標(biāo)不再要求的內(nèi)容.本章共有5節(jié).第1節(jié)介紹從宏觀角度研究熱現(xiàn)象的相關(guān)物理概念——系統(tǒng)、系統(tǒng)的狀態(tài)參量和平衡態(tài)，判斷熱平衡的物理量——溫度，以及描述與測量溫度的方法和工具——溫標(biāo)和溫度計.第2、3節(jié)研究氣體在等溫、等壓和等容情況下的變化規(guī)律，概括得出理想氣體的概念，并在“拓展學(xué)習(xí)”中介紹了各個狀態(tài)參量都發(fā)生變化時的關(guān)系式，即理想氣體狀態(tài)方程.第4、5節(jié)研究固體和液體的一些性質(zhì)，如晶體及其微觀結(jié)構(gòu)、液體的表面現(xiàn)象和液晶等.

課時安排建議

第1節(jié) 溫度和溫標(biāo)1課時

第2節(jié) 氣體的等溫變化1課時

第3節(jié) 氣體的等壓變化和等容變化1課時

第4節(jié) 固體1課時

第5節(jié) 液體1課時

2 具體說明

2.1 突出理想模型，滲透創(chuàng)新意識

理想模型是物理學(xué)中的重要思想方法，在前面學(xué)習(xí)質(zhì)點(diǎn)、點(diǎn)電荷、單擺和彈簧振子等物理模型后，本章又引入了“理想氣體”模型.在引入“理想氣體”前，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了氣體的實(shí)驗(yàn)定律，但教材在這一過程中并未對研究對象——?dú)怏w，需要具備的條件進(jìn)行說明.在獲得規(guī)律后，學(xué)生自然要問規(guī)律的適用條件與范圍.因此，教材也是希望學(xué)生在經(jīng)歷規(guī)律獲得的過程后，提出問題并深入思考，進(jìn)而提煉得出“理想氣體”模型.到此為止，學(xué)生在高中階段基本完成了對主要理想模型的學(xué)習(xí)，因此，教材專門在“理想氣體”后開設(shè)“科學(xué)方法”欄目，對理想模型進(jìn)行歸納和概括，幫助學(xué)生認(rèn)識這一重要科學(xué)方法的本質(zhì)和特征，也能夠?qū)χ八鶎W(xué)重要模型進(jìn)行梳理，從而由點(diǎn)成線，完善學(xué)生的知識結(jié)構(gòu).

創(chuàng)新也是科學(xué)思維的重要組成部分，相對于理想模型的顯化性介紹，創(chuàng)新在教材中主要以滲透的方式為主，通過真實(shí)的科學(xué)故事觸碰學(xué)生的思想，激發(fā)學(xué)生內(nèi)在的創(chuàng)新動機(jī)和創(chuàng)新意識.在固體內(nèi)容之后，教材以“科學(xué)漫步”的形式介紹了2010年諾貝爾物理學(xué)獎得主研究石墨烯背后的故事，文中先講述了科學(xué)家奪得“搞笑諾貝爾物理學(xué)獎”的過程，這個研究看似搞笑，但背后卻展現(xiàn)了細(xì)心的觀察和嚴(yán)密的邏輯，是一個很好的提出猜想與假設(shè)的實(shí)例，也充分體現(xiàn)了熱愛與興趣對于研究的重要性.在制造石墨烯的研究中，科學(xué)家實(shí)際上也是秉承了上述一貫的特點(diǎn)，從而取得了重大突破.最后，教材指出創(chuàng)新的方法和本質(zhì)，即“解決具有挑戰(zhàn)性的科學(xué)問題，除了扎實(shí)的理論和精密的儀器外，好奇心、想象力對日常生活的細(xì)致觀察和靈活運(yùn)用也同樣重要”.

2.2 宏觀、微觀相結(jié)合，發(fā)展學(xué)生物質(zhì)觀念

人類對物質(zhì)的認(rèn)識是從宏觀到微觀不斷深入的過程.在初中階段，通過對聲、光、熱、電、磁、力與物質(zhì)的相互作用的學(xué)習(xí)，初步認(rèn)識了物質(zhì)的形態(tài)和變化、物質(zhì)的屬性、物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與物體的尺度等，這些知識為進(jìn)一步認(rèn)識物質(zhì)的宏觀特征和微觀結(jié)構(gòu)奠定了基礎(chǔ).本章內(nèi)容以分子動理論為基礎(chǔ)，在認(rèn)識物質(zhì)宏觀特征和規(guī)律的同時注意尋求其背后的微觀機(jī)制，使學(xué)生能夠從不同層次對物質(zhì)的形式、變化等形成深入理解.

例如，在介紹固體時，教科書圍繞“觀察食鹽和松香粉末外形有什么差別”和“觀察玻璃與云母片上石蠟熔化區(qū)域的形狀”兩個活動，研究晶體和非晶體的宏觀特征.在觀察現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，從晶體的微觀結(jié)構(gòu)——空間點(diǎn)陣方面對原因進(jìn)行定性解釋.對于微觀解釋，教科書僅需學(xué)生了解組成晶體的微粒在空間中依照一定的規(guī)則排列，對于用點(diǎn)陣概念來解釋晶體的規(guī)則外形和各向異性，大致了解即可，不作過多要求.關(guān)于晶體的各向異性，雖然教科書既通過實(shí)驗(yàn)展示了云母片導(dǎo)熱性上的各向異性，也通過圖片展示了方解石光學(xué)性質(zhì)的各向異性，但應(yīng)當(dāng)提醒學(xué)生注意，并非每種晶體都能在各種物理性質(zhì)上表現(xiàn)出各向異性.

另外，教科書提到晶體的多形性以及同一種物質(zhì)既能以晶體的形式存在，又能以非晶體的形式存在，目的是避免學(xué)生在物質(zhì)存在的形式上產(chǎn)生片面的、絕對化的錯誤認(rèn)識.

2.3 重視知識與生活的聯(lián)系

本章始終重視引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)知識解釋身邊的現(xiàn)象，這點(diǎn)在“液體”一節(jié)尤為突出.本節(jié)教材在介紹表面張力、浸潤和不浸潤、毛細(xì)現(xiàn)象時，只要求學(xué)生對相應(yīng)的現(xiàn)象有所認(rèn)識，對背后的微觀機(jī)制定性了解即可，同時能夠利用所學(xué)知識對日?，F(xiàn)象進(jìn)行解釋.例如，教材在講解表面張力時從實(shí)驗(yàn)入手，引導(dǎo)學(xué)生觀察現(xiàn)象、深入思考.為了說明液體表面的收縮趨勢，教科書提出了表面層的概念，但不要求學(xué)生了解表面層的形成原因，只要求學(xué)生知道表面層里的分子比液體內(nèi)部稀疏即可.實(shí)驗(yàn)中，教科書強(qiáng)調(diào)用熱針能刺破肥皂膜，這是因?yàn)橐后w的表面張力與溫度有關(guān)，溫度升高時表面張力會減小，但同樣不需要學(xué)生掌握.在介紹浸潤、毛細(xì)現(xiàn)象時，教材也是采用觀察實(shí)驗(yàn)的方式來引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識相關(guān)現(xiàn)象，最后介紹生產(chǎn)生活中常見的毛細(xì)現(xiàn)象，將知識與生活聯(lián)系起來.

液晶是現(xiàn)代社會中廣泛采用的一種材料，與學(xué)生的生活密切相關(guān).教材在研究固體、液體的基礎(chǔ)上，簡單地對液晶的結(jié)構(gòu)和物理特性進(jìn)行了介紹，使得學(xué)生對液晶形成基本認(rèn)識.在這一基礎(chǔ)上，教材以“科學(xué)漫步”的形式，對液晶最基本的顯示原理進(jìn)行了介紹，使學(xué)生能對手表、計算器等顯示設(shè)備有所認(rèn)識，為有興趣的學(xué)生打開了一扇窗戶，鼓勵他們了解其他液晶的顯示技術(shù).

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.

（收稿日期：2020-11-11）