学生课堂思维活动的研究对医学物理教学改革的(2)

2.3 教学实验3

该教学实验涉及的物理知识主要是弯曲液面附加压强的基本概念和公式。只有掌握并理解了这部分知识，医学生才可以正确认识和解释人体大小肺泡为什么能够维持各自的大小和形态。由于液体表面存在表面张力，造成弯曲液面的液面内与液面外的压强不相等，弯曲液面的内外有一个压强差，称为附加压强，即弯曲液面表面张力而产生的压强。弯曲液面分为球形液面和球形液膜两种情形，球形液面附加压强的公式为球形液膜附加压强的公式为公式中各个字母的含义为：ps为附加压强，α为液体的表面张力系数，R为液面的曲率半径(弯曲液面所在球的半径)。可见，当表面张力系数一定时，附加压强与液面的曲率半径成反比。该教学实验针对的是球形液膜的附加压强。

教学实验3的题目是利用弯曲液面附加压强的基本概念和公式，分析一个大的肥皂泡和一个小的肥皂泡，用玻璃管连通后，两肥皂泡各自有什么样变化。因为大肥皂泡的曲率半径比小肥皂泡的曲率半径大，所以大肥皂泡内的压强小于小肥皂泡内的压强，气体从小肥皂流向大肥皂泡，导致大肥皂泡越来越大、小肥皂泡越来越小；当二者的曲率半径相等时，二者的形状不再发生变化，此时小肥皂变成冒顶形状。

如图3所示，问当一个大的肥皂泡A(半径为RA)和一个小的肥皂泡B(半径为RB)，用玻璃管连通后，是大肥皂泡变大、小肥皂泡变小，还是大肥皂泡变小、小肥皂泡变大？

图3 玻璃管连通肥皂泡A、B(RA>RB)示意图

几乎所有的学生的回答是大肥皂泡变小、小肥皂泡变大。反复询问有没有不同意见的同学，没一人举手或者回应。没有给学生任何的反馈和暗示，我们给学生提供一个和这个问题很相似的一个问题：如图4所示，当一个大的肥皂泡A(半径为RA)和一个小的肥皂泡B(半径为RB)，用玻璃管连通后，是A中的气体流向B，还是B中的气体流向A？

图4 玻璃管连通肥皂泡A、B(RA>RB)示意图(表示气体可能的流动方向)

接近一半的学生马上说出正确的答案：气体从B流向A(也就是大肥皂泡变大，小肥皂泡变小)。另一半的同学仍坚持大肥皂泡变小，小肥皂泡变大。经过解释后，全部学生能明白。接着提出新问题，B中的气体什么时候停止向A流动呢？学生全部能够正确回答出“两边压强相等的时候”。即ps′A=ps′B。满足什么条件两边压强才相等呢？学生无应答。给予提示，当R′A=R′B的时候，是不是两个肥皂泡内的压强就相等了呢。但学生表情显得很困惑，将信将疑。

2.4 教学实验4

该教学实验涉及的物理知识主要是泊肃叶定律。法国生理学家泊肃叶在19世纪研究了黏性液体在水平圆直管内流动的现象，得出了液体的流量Q，与管子两端的压强差Δp、管长L、管半径r和液体的黏滞系数η有关，它们之间满足的关系，这就是泊肃叶定律。泊肃叶定律不但可以近似地解释人体血液的流动，而且在一些心脑血管疾病(如冠心病、心梗、脑梗等)诊断和治疗中，具有重要的指导意义。因此医学生必需掌握该定律。

教学实验4的题目是利用泊肃叶定律来解释冠心病的治疗。由可知，通过增加血管半径r或者降低血液的黏滞系数η都可以增加血流量，故扩血管药物和活血化瘀的药物均可以用来治疗冠心病。因为流量Q与管半径r的4次方成正比，血管半径只要稍增加一点点，血流量会增加很大，所以扩血管的药物要比活血化瘀的药物治疗冠心病的疗效更显著。

问题1.扩血管药物能否治疗冠心病？

全部学生能立刻回答并正确解释扩血管药物可以治疗冠心病，因为血管增粗可以增加血流量，从而避免心肌缺血。

问题2.降低血液黏度的药物，如活血化瘀的药物，能否治疗冠心病？学生也都能立刻给出正确的解释。

问题3.扩血管的药物和活血化瘀的药物，哪一类药物治疗冠心病的疗效显著？1/3的学生认为扩血管的药物疗效显著，1/3的学生认为活血化瘀的药物疗效显著，另外1/3的学生无应答。提示学生盯着公式仔细看一分钟，然后再做选择。结果几乎全部的学生作出正确的回答。

3 分析

针对每一个教学实验学生解答情况，我们随后跟学生做了深入访谈，根据访谈的结果，进行分类分析。

(1) 在教学实验1的访谈中，当问到在图1情形下，为什么不能得出流过两截面液体的体积相等呢？多数学生回答：根据图1提供的信息，注意力集中在如何证明S1v1Δt=S2v2Δt上，但是一时又找不到合适的数学公式，压根没有想到从理想液体的概念着手来思考，只好等待老师的解释。当问到在图2情形下，为什么同学们又能够发现两者相等呢？学生比较一致的反馈是：图2提供的流经截面的液体体积不是数学表达式，造成的干扰少，比较容易联想到刚才学过的理想液体的概念。

文章来源：《中国医学物理学杂志》 网址: http://www.zgyxwlxzz.cn/qikandaodu/2020/1118/374.html