摘 要：對“氣體、固體和液體”一章的編寫意圖進行梳理，說明全章的結構設計特點，展現(xiàn)教科書編寫的邏輯線索，落實學科核心素養(yǎng).對全章具體內容逐節(jié)進行說明并給出教學建議.

關鍵詞：氣體;固體;液體;物理核心素養(yǎng);編寫說明

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：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.

物體是由數量極多的分子組成的.分子永不停息地做無規(guī)則運動，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)，也就決定了物質的結構.當分子的無規(guī)則運動起主要作用時，物質將呈氣體狀態(tài);當分子力起主要作用時，物質將呈固體狀態(tài);當分子無規(guī)則運動與分子力這一對矛盾旗鼓相當時，物質將呈液體狀態(tài).物質的不同結構，自然表現(xiàn)出不同的物理性質.本章是在上一章——“分子動理論”的基礎上，研究不同物態(tài)下物質的一些規(guī)律和性質.通過本章的學習，學生對物質會有更加深入的認識.

1 全章概述

《普通高中物理課程標準（2017年版）》（以下簡稱“新課標”）要求：（1）了解固體的微觀結構.知道晶體和非晶體的特點.能列舉生活中的晶體和非晶體.通過實例，了解液晶的主要性質及其在顯示技術中的應用.（2）了解材料科學的有關知識及應用，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.了解表面張力產生的原因.知道毛細現(xiàn)象.（4）通過實驗，了解氣體實驗定律.知道理想氣體模型.能用分子動理論和統(tǒng)計觀點解釋氣體壓強和氣體實驗定律.與《普通高中物理課程標準（實驗）》相比，新課標刪去了“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”等內容.

新課標要求學生通過對固體、液體和氣體等內容的學習，進一步促進物質觀念和物理模型建構等學科核心素養(yǎng)的形成.通過觀察生活現(xiàn)象和實驗，讓學生了解固體、液體和氣體的微觀結構，能利用分子動理論解釋固體、液體和氣體的微觀結構及特點.注重運用氣體實驗定律分析和解決日常生產生活中的實際問題.認識建構理想氣體等模型的必要性，能在一定條件下應用理想氣體模型分析和研究實際氣體的問題，能用等溫、等壓、等容的理想過程正確認識和分析現(xiàn)實生活中的氣體狀態(tài)變化[1].教材根據以上變化，對本章內容進行了修訂.

與“選修3-3”相比，新教材進行了較大調整，將原教材中“氣體”“固體、液體和物態(tài)變化”兩章進行整合，刪除、調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)方程等新課標不再要求的內容.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“拓展學習”中介紹了各個狀態(tài)參量都發(fā)生變化時的關系式，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，如晶體及其微觀結構、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

理想模型是物理學中的重要思想方法，在前面學習質點、點電荷、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，學生已經學習了氣體的實驗定律，但教材在這一過程中并未對研究對象——氣體，需要具備的條件進行說明.在獲得規(guī)律后，學生自然要問規(guī)律的適用條件與范圍.因此，教材也是希望學生在經歷規(guī)律獲得的過程后，提出問題并深入思考，進而提煉得出“理想氣體”模型.到此為止，學生在高中階段基本完成了對主要理想模型的學習，因此，教材專門在“理想氣體”后開設“科學方法”欄目，對理想模型進行歸納和概括，幫助學生認識這一重要科學方法的本質和特征，也能夠對之前所學重要模型進行梳理，從而由點成線，完善學生的知識結構.

創(chuàng)新也是科學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，通過真實的科學故事觸碰學生的思想，激發(fā)學生內在的創(chuàng)新動機和創(chuàng)新意識.在固體內容之后，教材以“科學漫步”的形式介紹了2010年諾貝爾物理學獎得主研究石墨烯背后的故事，文中先講述了科學家奪得“搞笑諾貝爾物理學獎”的過程，這個研究看似搞笑，但背后卻展現(xiàn)了細心的觀察和嚴密的邏輯，是一個很好的提出猜想與假設的實例，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，科學家實際上也是秉承了上述一貫的特點，從而取得了重大突破.最后，教材指出創(chuàng)新的方法和本質，即“解決具有挑戰(zhàn)性的科學問題，除了扎實的理論和精密的儀器外，好奇心、想象力對日常生活的細致觀察和靈活運用也同樣重要”.

2.2 宏觀、微觀相結合，發(fā)展學生物質觀念

人類對物質的認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、力與物質的相互作用的學習，初步認識了物質的形態(tài)和變化、物質的屬性、物質的結構與物體的尺度等，這些知識為進一步認識物質的宏觀特征和微觀結構奠定了基礎.本章內容以分子動理論為基礎，在認識物質宏觀特征和規(guī)律的同時注意尋求其背后的微觀機制，使學生能夠從不同層次對物質的形式、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)象的基礎上，從晶體的微觀結構——空間點陣方面對原因進行定性解釋.對于微觀解釋，教科書僅需學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.關于晶體的各向異性，雖然教科書既通過實驗展示了云母片導熱性上的各向異性，也通過圖片展示了方解石光學性質的各向異性，但應當提醒學生注意，并非每種晶體都能在各種物理性質上表現(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，目的是避免學生在物質存在的形式上產生片面的、絕對化的錯誤認識.

2.3 重視知識與生活的聯(lián)系

本章始終重視引導學生利用所學知識解釋身邊的現(xiàn)象，這點在“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、毛細現(xiàn)象時，只要求學生對相應的現(xiàn)象有所認識，對背后的微觀機制定性了解即可，同時能夠利用所學知識對日?，F(xiàn)象進行解釋.例如，教材在講解表面張力時從實驗入手，引導學生觀察現(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，但不要求學生了解表面層的形成原因，只要求學生知道表面層里的分子比液體內部稀疏即可.實驗中，教科書強調用熱針能刺破肥皂膜，這是因為液體的表面張力與溫度有關，溫度升高時表面張力會減小，但同樣不需要學生掌握.在介紹浸潤、毛細現(xiàn)象時，教材也是采用觀察實驗的方式來引導學生認識相關現(xiàn)象，最后介紹生產生活中常見的毛細現(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，與學生的生活密切相關.教材在研究固體、液體的基礎上，簡單地對液晶的結構和物理特性進行了介紹，使得學生對液晶形成基本認識.在這一基礎上，教材以“科學漫步”的形式，對液晶最基本的顯示原理進行了介紹，使學生能對手表、計算器等顯示設備有所認識，為有興趣的學生打開了一扇窗戶，鼓勵他們了解其他液晶的顯示技術.

參考文獻：

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

（收稿日期：2020-11-11）