液體表面張力現(xiàn)象的PBL教學(xué)設(shè)計(jì)*

李葵花

(承德醫(yī)學(xué)院　河北 承德　067000)

邊 江

(承德第一中學(xué)　河北 承德　067000)

劉東海

(承德醫(yī)學(xué)院　河北 承德　067000)

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液體表面張力現(xiàn)象的PBL教學(xué)設(shè)計(jì)*

李葵花*

(承德醫(yī)學(xué)院河北 承德067000)

邊 江

(承德第一中學(xué)河北 承德067000)

劉東海

(承德醫(yī)學(xué)院河北 承德067000)

摘 要：PBL教學(xué)是以問(wèn)題為導(dǎo)向、以學(xué)生為中心、以教師為主導(dǎo)的教學(xué)方法．本文以液體的表面張力現(xiàn)象教學(xué)內(nèi)容為例，進(jìn)行了PBL教法的問(wèn)題設(shè)計(jì)及教學(xué)，收到了很好的教學(xué)效果．

關(guān)鍵詞：PBL教學(xué)法醫(yī)用物理學(xué)教學(xué)

PBL的全稱是“ProblemBasedLearning”，是指以問(wèn)題為基礎(chǔ)，以學(xué)生為中心，以教師為主導(dǎo)的小組討論及自學(xué)的教學(xué)方式．在教學(xué)過(guò)程中以問(wèn)題為載體，使學(xué)生在設(shè)問(wèn)和釋問(wèn)過(guò)程中萌生自主學(xué)習(xí)的動(dòng)機(jī)和欲望，培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣，逐漸養(yǎng)成自主學(xué)習(xí)習(xí)慣，提高自主學(xué)習(xí)能力的一種教學(xué)方法[1]．醫(yī)用物理學(xué)是臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)開(kāi)設(shè)的一門(mén)基礎(chǔ)課，針對(duì)其理論性強(qiáng)、知識(shí)面廣，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高的具體情況，我們采用了PBL教學(xué)法的改革，結(jié)果表明，對(duì)學(xué)生提高對(duì)醫(yī)用物理學(xué)的學(xué)習(xí)興趣，充分體現(xiàn)學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主體地位，激發(fā)他們自主學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，是一種積極有效的方法．下面以2014級(jí)臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)“液體的表面張力現(xiàn)象”教學(xué)內(nèi)容為例，對(duì)PBL教學(xué)的分層設(shè)計(jì)和策略方法的教學(xué)敘述如下．

1醫(yī)用物理學(xué)課程問(wèn)題設(shè)計(jì)策略

醫(yī)用物理學(xué)課程問(wèn)題設(shè)計(jì)策略分為3步：首先明確課程的教學(xué)目標(biāo)，突出課程的醫(yī)用性，其次確認(rèn)需要解決的核心醫(yī)學(xué)問(wèn)題，然后以該問(wèn)題為目標(biāo)，由淺至深設(shè)計(jì)一系列問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生最終解決核心問(wèn)題，達(dá)到理論聯(lián)系實(shí)際，學(xué)以致用的目的．

1.1核心醫(yī)學(xué)問(wèn)題

液體的表面張力現(xiàn)象與肺泡結(jié)構(gòu)和肺生理的關(guān)系？

1.2層次遞進(jìn)設(shè)計(jì)系列問(wèn)題

問(wèn)題1：荷葉上的小水滴和玻璃板上的水銀小滴都收縮成球形，為什么？表面積為什么要趨于最小的狀態(tài)？

問(wèn)題策略：引導(dǎo)留意與液體表面張力有關(guān)的現(xiàn)象，通過(guò)日常生活中的常見(jiàn)現(xiàn)象導(dǎo)入課程內(nèi)容，是對(duì)學(xué)生觀察生活現(xiàn)象到提出科學(xué)問(wèn)題的能力培養(yǎng)．如草葉上晶瑩剔透的露珠，荷葉上滾動(dòng)著的小水滴，玻璃板上的小水銀滴等，它們?yōu)槭裁炊际乔蛐位蚪魄蛐?？這就是因?yàn)橐后w表面張力的作用結(jié)果．用數(shù)學(xué)可以證明，在體積相同的各種形狀的幾何體中，球體的表面積最?。?/p>

問(wèn)題2：什么是液體表面張力現(xiàn)象？

問(wèn)題策略：液體的表面存在一種使液面收縮成最小趨勢(shì)的張力，此張力稱為表面張力．正是由于表面張力的作用，才會(huì)出現(xiàn)在荷葉上的露珠、玻璃板上小水銀滴等都收縮為表面積最小的球形或近似球形的現(xiàn)象．

問(wèn)題3：表面張力產(chǎn)生的原因？

問(wèn)題策略：表面張力的產(chǎn)生，源于液體分子之間及液體與其接觸的氣體或固體分子之間的分子力，液體與液體分子間作用力稱內(nèi)聚力，液體與氣體(或固體)分子間的力稱為附著力，當(dāng)內(nèi)聚力大于附著力時(shí)，液體表面分子產(chǎn)生互相拉緊并指向液體內(nèi)的力，即表面張力．通過(guò)表面張力產(chǎn)生的原因的分析，使學(xué)生聯(lián)想到分子作用曲線，從而理解表面張力產(chǎn)生的本質(zhì)來(lái)源于分子力，使學(xué)生通過(guò)看到的表面張力現(xiàn)象，聯(lián)系到分子力理論，提高了學(xué)生從現(xiàn)象到本質(zhì)的認(rèn)知和思維方法．

問(wèn)題4：為什么用肥皂液比較容易吹起泡泡，而用水不宜吹起氣泡？

問(wèn)題策略：該問(wèn)題從生活現(xiàn)象出發(fā)，回歸知識(shí)理論，實(shí)際上是對(duì)做功與表面張力系數(shù)的分析．吹泡泡是增大液體表面積，克服表面張力做功的問(wèn)題．難易程度與不同液體中表面張力系數(shù)(α)的大小直接相關(guān)．表面張力系數(shù)與液體的性質(zhì)有關(guān)，如：水的表面張力系數(shù)為72.8×10-3N/m(20℃時(shí))，比肥皂液的值(25×10-3N/m)大．說(shuō)明表面張力系數(shù)與液體內(nèi)所含溶質(zhì)有關(guān)：在液體內(nèi)加入溶質(zhì)，液體的表面張力系數(shù)將顯著改變，有的使其α值增加；有的使其α值減?。功林禍p小的物質(zhì)稱為表面活性物質(zhì)(SurfaceActiveAgent，SAA)．為問(wèn)題8和9打下伏筆．

問(wèn)題5：觀察一個(gè)現(xiàn)象，通常見(jiàn)到的液面是平的，如風(fēng)平浪靜的河面、海面等，但在口徑很小的玻璃管內(nèi)水面是凹液面、水銀是凸液面，在彎曲液面上表面張力的分布如何？通過(guò)受力分析，液面內(nèi)外壓強(qiáng)的差別？

問(wèn)題6：對(duì)于中空的肥皂泡，由于液膜有內(nèi)外兩個(gè)表面，可以認(rèn)為兩個(gè)表面半徑R相等，肥皂泡內(nèi)外壓強(qiáng)差為多少？其內(nèi)部的壓強(qiáng)為多少？

問(wèn)題7：大小不等的肥皂泡連通后，將會(huì)如何變化？

問(wèn)題策略：p內(nèi)即肥皂泡內(nèi)的附加壓強(qiáng)，p內(nèi)=

問(wèn)題8：人體肺內(nèi)約有3億個(gè)互相連通的大小肺泡，如何穩(wěn)定？

問(wèn)題策略：與解剖學(xué)知識(shí)相結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生產(chǎn)生多學(xué)科交叉學(xué)習(xí)的興趣．人體的肺泡總數(shù)約為3億個(gè)，各個(gè)肺泡的大小不一，而且有些肺泡是相互連通的．在充滿空氣的肺中，既有肺組織的彈性力，又有襯在肺泡表面液層組成的氣、液界面上的表面張力．肺泡的表面液層中分布著有一定量的、由飽和卵磷脂和脂蛋白組成的表面活性物質(zhì)[3]，起降低表面張力系數(shù)的作用．大小肺泡可以共存的原因是因?yàn)樵诜闻菀旱谋砻娲嬖赟AA，SAA使大小不同的肺泡具有不同的表面張力系數(shù)值，從而使大小肺泡內(nèi)具有相同的壓強(qiáng)，穩(wěn)定了大小肺泡．

問(wèn)題9：肺表面活性物質(zhì)如何減小呼吸功？

問(wèn)題策略：與生理學(xué)知識(shí)相結(jié)合．對(duì)于肺充氣來(lái)說(shuō)，大部分壓力是來(lái)克服表面張力的．吸氣時(shí)，肺泡體積增大，而表面活性物質(zhì)的量不變，故單位面積上的表面活性物質(zhì)的量隨體積增大而減小，結(jié)果使肺泡的表面張力系數(shù)增大，即增大了表面張力，從而限制了肺泡的繼續(xù)膨脹；呼氣時(shí)，肺泡體積減小，單體面積上的表面活性物質(zhì)的量增多，減小了肺泡的表面張力系數(shù)，即減小了表面張力，從而防止了肺泡的過(guò)分萎縮[3]．

PBL教學(xué)問(wèn)題的設(shè)置，不僅覆蓋了液體表面張力現(xiàn)象的物理學(xué)教學(xué)內(nèi)容基礎(chǔ)，層次遞進(jìn)逐步深入到與本課內(nèi)容相關(guān)的核心醫(yī)學(xué)問(wèn)題，拓展了物理學(xué)與醫(yī)學(xué)等其他學(xué)科知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系，學(xué)生真切地感受到物理學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的重要性，為后續(xù)以物理學(xué)為基礎(chǔ)的課程的學(xué)習(xí)奠定了良好的基礎(chǔ)．

2PBL教學(xué)在醫(yī)用物理教學(xué)中的作用

在醫(yī)用物理學(xué)課程教學(xué)改革中，除對(duì)上述內(nèi)容采取PBL教學(xué)法外，我們還對(duì)2014級(jí)臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)諸如第二章“血液循環(huán)中的心臟做功”，第三章“多普勒效應(yīng)”，第五章“人體心電的形成原理”，第九章“人眼的光學(xué)模型與屈光不正的矯正”等內(nèi)容，進(jìn)行PBL教學(xué)方法的改革.通過(guò)實(shí)踐，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣有顯著提高，《醫(yī)用物理學(xué)》課程的出勤率除病假外平均達(dá)到98%以上，成績(jī)通過(guò)率達(dá)到99.1%．PBL教學(xué)在醫(yī)學(xué)院校物理課程中的應(yīng)用,提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，發(fā)揮了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的主動(dòng)性；學(xué)生通過(guò)對(duì)問(wèn)題的釋疑解答或參與討論，不僅掌握了有關(guān)的專業(yè)知識(shí)，還拓展了知識(shí)面，學(xué)會(huì)了針對(duì)問(wèn)題查閱資料的方法，小組同學(xué)在討論中互相配合的團(tuán)隊(duì)精神以及歸納總結(jié)的綜合能力都有極大提高．正像學(xué)生在教改總結(jié)中所說(shuō)的“新的教學(xué)方法，不僅使我們學(xué)到了知識(shí)，還交給了我們針對(duì)問(wèn)題查閱文獻(xiàn)資料、自主學(xué)習(xí)的方法，更重要的是，小組同學(xué)互相配合、互相幫助的快樂(lè)，以及尋求得到正確答案的成就感，受益頗深．”

參 考 文 獻(xiàn)

1陶昌宏. 以創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情景為切入點(diǎn)——《物理教學(xué)的基本特征》之一. 物理教學(xué)，2010，32(1)：9～11,47

2謝利德.醫(yī)用物理學(xué).北京：現(xiàn)代教育出版社.2009.78～83

3朱大年，王庭槐.生理學(xué).北京：人民衛(wèi)生出版社.2013.165～169

通訊作者：劉東海(1959-)，男，碩士，教授，研究方向：物理教學(xué)教法.

作者簡(jiǎn)介：李葵花(1978-)，女，碩士，副教授，研究方向：物理教學(xué)教法.

收稿日期：*承德醫(yī)學(xué)院教育科學(xué)研究課題，項(xiàng)目編號(hào)：20132005