藥學專業“物理化學”“液體的表面現象”教學設計

翟沙沙，楊 淼，郭連霜，王秀菊

（新鄉醫學院三全學院，河南 新鄉 453003）

“物理化學”是醫學院校藥學專業學生必修的基礎課，該課程為后續藥學專業課程如“藥物化學”“藥物代謝動力學”等學習奠定基礎[1]。然而，“物理化學”的理論性和邏輯性強、難度大、公式多[2-4]，學生普遍認為枯燥乏味、抽象難懂，缺乏學習熱情和主動性，教學效果較差。“液體的表面現象”是“物理化學”中的重要內容，是前面章節“相平衡”的延續，也是“表面化學”的開端，為后續“表面吸附”和“表面活性劑”等作鋪墊，在本章中處于引導地位，而在整本教材中起到承上啟下的關鍵作用。“液體表面現象”的基本原理和方法在藥學領域有著廣泛應用，藥物的合成、提取、分離及在體內的作用和代謝等均離不開表面化學[5]。為了幫助學生更好地學習這部分知識，達到教學目標，本研究從新課導入、新課教學以及新課鞏固3個環節重新進行教學過程設計（見圖1）。

圖1 教學過程設計

1 新課導入

教師通過圖片展示水滴、露珠、肥皂泡等自然現象，讓學生觀察它們的形狀，提出問題：為什么它們都呈球形呢？學生對這些自然現象有熟悉感，會產生強烈的求知欲和濃厚的學習興趣，有了興趣就會積極投入學習，在質疑、思考與期待中享受學習過程，從而大大提高教學效果。在導入環節提出問題，接下來就要解決問題，由此進入新課教學環節。

2 新課教學

2.1 表面

本次課內容為“液體的表面現象”，首先學生要對“表面”形成初步認識，經過“相平衡”的學習，學生已經知道物質具有氣、液和固3種相態。不同的相態之間會形成相界面，在此設問：存在哪些相界面呢？學生可以分析出5種相界面，而習慣將其中一相為氣相的界面稱為表面，再次引導學生思考：哪些界面才是表面呢？氣-液界面和氣-固界面才是表面，而本次課探討的是液體的表面，也就是氣-液界面。這里運用一組圖片展示相界面，使學生更直觀地了解界面和表面。

2.2 表面分子的特殊性

學生掌握表面之后，教師設問：為什么要研究液體的表面？液體的表面分子有什么特殊之處？接下來以液體與其蒸氣所形成的界面為例，運用動畫，在教師的引導下，學生會分析出表面分子具有受力特殊性。再次設問，引發學生思考：表面分子如此特殊，那它們所構成的液體的表面又會有哪些性質呢？

2.3 表面張力

為解決上述問題，教師通過視頻展示“會變圓的棉線圈”實驗，學生看到神奇的現象后不禁會發問：為什么會產生這樣的現象？接下來師生共同探究其中的奧秘。通過視頻實驗引出表面張力的概念，提高課堂的趣味性，有助于加深學生對知識的學習，同時有利于培養學生的觀察能力，發展學生的思維能力，提高學生的科學素養。

知道了表面張力的概念后，分析表面張力的大小、方向以及影響因素。其中，表面張力的方向是重點也是難點，為了突破重點、解決難點，教師設計了PPT圖示展示和板書相結合的教學方法，加深學生們的印象，并分別分析了平液面、凹液面和凸液面3種液面上表面張力的方向及其合力方向。其中，凹液面和凸液面都是彎曲液面，表面張力的存在會使彎曲液面內外存在壓力差，進而引出彎曲液面附加壓力的知識點。

2.4 彎曲液面的附加壓力

前面剛學過表面張力及其合力方向，通過教師引導，學生很容易分析出彎曲液面附加壓力的方向。為了讓學生更好地掌握這個知識點，教師在此處引入毛細現象，提出問題：將毛細管插入不同的液體中會形成凹液面或凸液面，為什么形成凸液面管中液面下降，形成凹液面管中液面上升？對學生生活中熟悉的毛細現象進行深度剖析，以強化該知識點。

然后通過一個毛細管和球形液滴的模型，推導出球形曲面附加壓力Δp與液面曲率半徑r和液體表面張力σ的數學關系式，即楊-拉普拉斯公式：Δp=2σ/r，推導過程中注重運用啟發式教學引導學生思考，提升學生的邏輯思維能力。

接下來讓學生運用前面所學知識，分組討論導入環節提出的問題：為什么液滴呈球形？彎曲液面附加壓力的知識點得到充分應用，提升了學生運用所學知識分析、解決實際問題的能力，同時，分組討論大大提升了學生的課堂參與度和互動性，對知識內化起到很好的作用。

3 新課鞏固

學以致用，用以促學，學用相長。將所學知識延伸到醫學領域，液體的表面現象在醫學上的典型應用是肺泡的表面張力，肺泡內為氣體，在肺泡的內表面上有一層薄薄的液體，肺泡內會形成氣-液界面。學生在已學知識的基礎上，可以分析出肺泡所受附加壓力指向球心。接著教師設問：如果將兩個大小不同的肺泡相連，會產生什么現象？教師引導學生運用楊-拉普拉斯公式進行分析得出結論：大肺泡附加壓力小，小肺泡附加壓力大，大肺泡逐漸膨脹，小肺泡逐漸萎陷。實際上，這種現象是不會發生的，因為肺泡內表面上還有一種“特殊的物質”，為下節課埋下伏筆。這種物質能夠不同程度地減小大小肺泡的表面張力，使大小肺泡的附加壓力基本相當，維持肺泡的穩定性。醫學拓展環節讓學生綜合運用本節課所學的知識進行分析，在拓展知識的同時，進一步提升學生對知識的靈活運用能力，使知識得以升華，同時培養學生分析和解決實際問題的能力，也體現了學以致用的原則。

4 結語

“液體的表面現象”是“物理化學”中重要的知識點，將豐富的素材如圖片、動畫及視頻等融入課堂，采用多元化的教學方法，經過精心的教學設計，根據貼近生活的自然現象提出問題導入新課，教師講解和學生討論相結合，開展新課教學來解決問題，最后選用醫學實例鞏固和拓展知識，由簡到難，環環相扣，將復雜知識簡單化、條理化，便于學生理解和掌握。整個教學過程以“教師為主導，學生為主體”，堅持啟發式教學，充分調動了學生的積極性，使師生之間產生了共鳴，大大提升了教學效果。