三新背景下高中物理跨学科物态变化单元整体教学设计

三新背景下高中物理跨学科物态变化单元整体教学设计

一、课程定位与设计理念

本设计针对高中二年级物理选择性必修课程，围绕“物态变化”这一核心主题，打破传统物理教学中单纯从分子动理论和热力学角度分析的局限，确立以物理学为主体，融合化学、地理、语文、美术及工程技术等多学科视角的单元整体教学方案。本设计深度践行2023年教育部《基础教育课程教学改革深化行动方案》中关于“跨学科主题学习”的指导精神，旨在通过真实情境下的复杂问题探究，引导学生构建关于物质形态转化的立体认知网络，发展其科学思维、创新意识及解决实际问题的综合能力。教学设计的核心理念在于“比较中见本质，融合中促创新”，通过横向比较不同学科对同一物理现象的解释范式，纵向比较不同物态变化过程中的能量与结构特点，最终实现知识的深度理解与迁移应用。

二、教学内容与学科边界分析

（一）核心物理概念的系统重构【基础】

本单元打破教材原有章节限制，将物态变化从单一的“热学”现象中剥离出来，构建一个包含热力学、统计物理学初步、表面物理等内容的综合性知识模块。核心概念包括但不限于：分子间作用力与分子势能曲线、晶体的微观结构与结合能、相变潜热与内能变化的微观机制（不仅仅是Q=cmΔt或Q=mL的计算）、相平衡与饱和蒸气压、浸润现象与毛细现象、相变过程中的熵变初步概念。强调从能量和分子行为两个维度理解物态变化的驱动力与过程特征。

（二）跨学科链接点与融合路径【非常重要】

1.化学学科的深度融合：重点比较物理变化与化学变化的本质区别与联系。例如，在水的三态变化中，强调其作为物理变化，分子本身没有改变；而在涉及晶体水合物失水（如CuSO₄·5H₂O的风化）或某些物质熔化过程中的分解现象时，则引出化学变化的边界。同时，引入“氢键”这一化学键概念，从分子间相互作用的角度，定量解释水、冰、水蒸气之间性质巨大差异（如反常膨胀、高比热容）的根本原因。这比单纯用“分子间作用力”描述更为精准和深刻。

2.地理学科的协同视角：以“自然界的水循环”为宏观背景，将局部的、实验室条件下的物态变化，置于全球尺度的能量流动与物质循环框架下审视。分析蒸发、蒸腾、凝结、降水、径流、冻结与融化等过程，如何共同塑造了地球的气候格局与地貌特征（如冰川运动对地形的改造）。将物理规律（如蒸发吸热、凝结放热）与地理现象（如海陆间水循环的能量驱动、厄尔尼诺现象中的海水异常升温与大气环流变化）紧密结合。

3.语文学科的审美与思辨介入：选取古今中外描写物态变化的经典文学作品，如李白的“抽刀断水水更流”（液态的连续性）、岑参的“忽如一夜春风来，千树万树梨花开”（凝华的壮美）、徐志摩《再别康桥》中对水的柔情的描绘，以及西方诗歌中对冰雪的隐喻。引导学生从文学语言中提炼出对物态特征的感性认知，并将其与物理学的理性分析进行“互文性”解读，培养学生的审美情趣和跨学科文本分析能力。同时，引入科学史中关于“燃素说”与“氧化说”的争论，引导学生撰写科学小短文，辨析物态变化研究在科学方法论演进中的意义。

4.美术与工程技术的实践应用：从赏析日本浮世绘《神奈川冲浪里》对浪花形态（破碎、泡沫、飞沫）的艺术捕捉，到达芬奇手稿中对水流漩涡的科学研究式素描，引导学生理解艺术表现背后对物质形态规律的洞察。工程技术层面，则引入现代科技前沿：如何利用相变材料（PCM）实现航天器的温控或建筑节能；喷墨打印技术中如何精准控制墨滴的喷射、飞行、撞击基材后的铺展、浸润与挥发干燥过程；3D打印中的熔融沉积成型（FDM）技术，其核心正是热塑性材料的固-液相变与精准控制。

三、学情诊断与教学难点突破策略

（一）学情诊断【重要】

授课对象为高二年级学生，已完成高中物理必修课程的学习，初步掌握了分子动理论、热力学第一定律等基础知识。同时，他们在地理、化学、语文等学科也已具备相应的知识储备。然而，学生的知识结构往往是孤立的、割裂的，尚未形成自觉的跨学科联想能力。学生在物理学习中，容易陷入公式计算（如热平衡方程）的机械应用，而忽略了对物态变化微观机理与宏观现象之间联系的深层思考。对“潜热”的理解往往停留在“吸收热量但温度不变”的表层，难以将其与分子势能的变化、分子排列结构的重组联系起来。

（二）难点定位与突破策略【难点】

1.难点一：微观机制与宏观表象的统一。学生难以想象分子势能、分子动能与温度、体积、物态之间的内在关联。

1.2.突破策略：引入计算机分子动力学模拟软件（或现有教学视频），动态展示固、液、气三态下分子的排列、振动、转动和平动。通过调节模拟参数（如“温度”、“压强”），让学生直观“看到”加热过程中，首先是分子动能增加（温度升高），达到相变点时，输入的能量全部用于克服分子间作用力，分子间距增大或排列结构崩塌（势能增加），宏观上表现为温度不变。将抽象概念可视化。

3.难点二：跨学科概念的精准辨析与融合应用。例如，“氢键”在化学中是决定物质性质的关键，但在物理课程中如何自然引入并服务于物理规律的阐释，而不显得生硬嫁接。

1.4.突破策略：采用“问题驱动式”融合。不直接讲解氢键，而是提出问题：“为什么冰的密度反而比水小？这违背了‘热胀冷缩’的常识吗？”引导学生从化学已有的知识储备中调取“氢键的四面体结构”这一概念，来解释冰的疏松晶格结构。进而，再引导学生思考，正是这种结构导致冰熔化时部分氢键断裂，分子能够更紧密地堆积，从而解释了水的密度反常。整个过程以物理问题为线索，以化学知识为工具，实现深度融合。

5.难点三：熵增原理的直观理解。相变总是朝着熵增加的方向进行（在开放系统中可能伴随吸放热），这一热力学第二定律的核心思想对高中生而言极为抽象。

1.6.突破策略：结合地理学科中的“耗散结构”理论初步。以地球系统中的水循环为例，太阳辐射这一外部能量输入，驱动着地球表面远离平衡态，从而产生了蒸发（水分子从有序的液态变成无序的气态，熵增）、凝结（从无序到有序的液滴或冰晶，局部熵减）等过程，构成了全球性的有序结构（如云层、洋流）。让学生理解，看似杂乱无章的天气变化，背后是遵循着深刻的物理学规律——在能量耗散中构建秩序。

四、教学目标设定（基于核心素养的四维整合）

1.物理观念：能从物质观、能量观、相互作用观、运动观的视角，深刻理解物态变化的本质。建立“物态是分子排列与分子间相互作用强弱的宏观表现”、“相变潜热是分子间相互作用势能变化的宏观度量”等核心观念。

2.科学思维：能够运用理想化模型（如理想气体、晶体点阵）、类比方法（如水滴与钢球撞击的类比）、图像方法（如分子间作用力曲线、相图）分析物态变化问题。在跨学科信息整合与比较分析中，培养模型建构、科学推理和质疑创新的思维能力。

3.科学探究：能够基于真实情境（如生活中的“出汗”玻璃、自然界中的云雨形成）提出可探究的物理问题（如“玻璃上的水珠为什么是球形的？”）。能综合运用物理、化学、数学等学科知识设计实验方案，收集证据，解释现象，并进行交流评估。例如，设计实验探究不同液体在相同固体表面的浸润性差异。

4.科学态度与责任：通过了解物态变化知识在航空航天、新材料开发、气象预报等领域的应用，体会科学技术对社会发展的巨大推动作用。通过赏析文学艺术作品中对物态变化的描绘，感悟自然现象的美学价值与哲学意蕴，增强对自然规律的敬畏之心和探索未知的好奇心。

五、教学实施过程（核心环节的深度展开）

本单元教学总课时拟安排6课时，每课时45分钟。教学过程并非线性推进，而是以核心问题为驱动，呈现出螺旋式上升、跨学科交织的结构。

第一课时：从“抽刀断水”到“分子舞蹈”——物态变化的宏观与微观初探

【情境导入】展示诗句“抽刀断水水更流”，并播放水滴在超疏水表面弹跳并最终滚落的慢速摄影视频。引发学生思考：水为何是“连续的”？水珠为何是球形？这背后隐藏着怎样的物质内部结构？

【核心活动一：宏观现象分类与回顾】【基础】引导学生回顾初中所学，列举生活中常见的物态变化实例（冰雪消融、露珠形成、樟脑丸变小、灯丝变细等），并分类为熔化、凝固、汽化、液化、升华、凝华。强调“物态”是物质的“态”，而非物质本身的变化。

【核心活动二：微观模型初建构——分子动理论的直观化】使用分子动力学模拟软件（LIGGGHTS或PhET互动仿真），展示固态（晶体）、液态、气态下分子（用小球模拟）的排列与运动。让学生观察并描述：固态分子在平衡位置附近振动，排列有序；液态分子间距稍大，可发生相对滑动，但仍有较强相互作用；气态分子间距巨大，高速无规则运动，相互作用力可忽略。

【核心活动三：跨学科切入——美术视角下的形态捕捉】展示达芬奇的手稿中对水流漩涡的精细素描，以及《神奈川冲浪里》中对浪花破碎瞬间的艺术夸张。引导学生讨论：艺术家是如何通过线条和色彩来表现水的流动性、冲击力与泡沫的轻盈感的？这种观察与物理学家对湍流、表面张力的研究有何异同？引导学生认识到，无论是艺术还是科学，都是对自然规律的探索与表达，只是语言和工具不同。

【课堂小结与作业】总结物态变化的宏观分类与微观图像初步。布置跨学科预习作业：从化学教材中复习“氢键”的概念，并思考它与水的沸点、比热容等物理性质的关系。

第二课时：“黏在一起”的秘密——分子间作用力、氢键与浸润现象

【复习引入】回顾上节课微观图像。提出问题：是什么“力”把固态和液态的分子“黏”在一起，而气态分子却能“各奔东西”？

【核心活动一：物理核心——分子间作用力曲线深度剖析】【高频考点】详细讲解分子间作用力（范德瓦尔斯力）与分子间距离的关系，画出F-r图和Ep-r图。强调平衡位置r₀、斥力为主区域、引力为主区域、以及当距离过大时作用力趋近于零。解释为何固体和液体很难被压缩（斥力），又为何能保持一定形状（引力）。

【核心活动二：化学深化——氢键的特殊贡献与水的异常】【非常重要】引入化学中的“氢键”概念，指出其本质上是一种更强的分子间作用力，特别是存在于水分子之间。引导学生用氢键解释水的系列反常物理性质：

1.沸点高：相比于同族的H₂S、H₂Se，水需要更多能量克服氢键才能汽化。

2.比热容大：加热时，能量不仅用于增加分子平均动能，还要用于逐步破坏部分氢键，导致升温缓慢。

3.密度反常（4℃的水密度最大）：低温时，水分子通过氢键形成疏松的四面体晶体结构（冰），体积膨胀，密度减小。随着温度升高，冰熔化，部分氢键断裂，分子可更紧密堆积，密度增大；当温度超过4℃，分子热运动加剧占主导，间距增大，密度又开始减小。

通过动态图展示冰的晶体结构，以及融化过程中结构的崩塌。

【核心活动三：跨学科应用——浸润现象与工程技术】基于分子间作用力理论，引出浸润与不浸润现象。播放荷叶“出淤泥而不染”的微距视频，以及水黾在水面行走的视频。解释这是由液体分子间引力（内聚力）与液-固分子间引力（附着力）的强弱对比决定的。进而引出工程技术应用：如何通过改变材料表面的微观结构（仿生荷叶）和化学性质，制造出超疏水或超亲水表面？这些技术在自清洁玻璃、微流控芯片、防水纺织品等领域有何应用？简要介绍接触角的概念，为后续物理化学内容做铺垫。

【课堂实验探究】分组实验：用滴管在载玻片、蜡纸、树叶上分别滴上水滴和酒精滴，观察并比较它们的铺展情况（接触角大小），记录现象并尝试用分子间作用力理论解释。

【作业】撰写一篇300字左右的短文，题目为《一滴水的“社会”生活》，要求用拟人化的手法，从分子间作用力的角度描述一滴水在荷叶上、在空气中、在冰块里的不同“社交”状态。

第三课时：能量、秩序与混沌——相变潜热、熵与地球水循环

【情境引入】展示一组图片：正在融化的冰川、正在形成的冰雹云、烧开水时壶盖上滴下的水滴。提问：这些物态变化过程背后，能量的流向是怎样的？它们是让世界变得更有序还是更无序？

【核心活动一：物理核心——相变潜热的微观解释】【高频考点】复习热力学第一定律ΔU=Q+W。以冰融化为0℃的水为例，说明虽然温度不变（分子平均动能不变），但需要吸收热量（熔化热）。这部分热量Q完全用于增加分子势能（克服分子间作用力，打破氢键网络，增加分子间距，增加系统的势能），因此内能ΔU增加。同理，汽化过程中吸收的汽化热更大，是因为需要几乎完全克服分子间作用力。通过计算一定质量冰完全变成同温度水蒸气所吸收的热量（可查阅常数），让学生直观感受能量的巨大差异。

【核心活动二：物理进阶——熵概念的直观引入】通过一个简单的类比实验：将一瓶墨水滴入一杯清水，墨水会自动扩散直至均匀混合，这个过程不可能自发逆转（扩散的墨水分子的聚集）。引入“熵”作为系统“混乱程度”的度量。说明墨水扩散过程是熵增加的过程。进而推演到物态变化：固态（分子排列有序）→液态（分子排列较无序）→气态（分子极度无序），这是一个熵不断增加的过程。因此，在没有外界干预的情况下，物质总是倾向于从固态变为液态再变为气态（如冰融化、水蒸发），因为这是熵增加的过程，符合热力学第二定律。

【核心活动三：地理视野——地球系统尺度上的能量与熵流】播放关于地球水循环的纪录片片段。引导学生从物理学的视角分析这一宏大图景：

1.能量来源：太阳辐射（太阳能）是驱动水循环的根本动力。太阳光照射地表和水面，将能量输入地球系统。

2.熵的输运：太阳光能量是“高品质”能量（低熵），加热地表后，地球向外太空辐射的是红外线（“低品质”能量，高熵）。地球通过这个过程向外输出熵，从而维持了自身系统的有序性（包括水循环、生命活动等）。水循环在这个过程中扮演了重要角色：蒸发（液态水变成水蒸气，大量吸热，增加空气内能，同时水分子从相对有序的液态变成无序的气态，是一个局部熵增过程，但它将能量和物质输送到高空）；凝结（水蒸气凝结成云滴或冰晶，释放潜热，加热大气，同时水分子从无序的气态变成相对有序的液态或固态，这是一个局部熵减过程，但这个熵减是由大气环流、辐射等外部能量流动维持的）。最终，整个地球-大气系统作为一个整体，熵是增加的。

【课堂讨论】结合“温室效应”这一热点话题，讨论人类活动（如大量排放二氧化碳）如何影响地球的能量收支平衡，进而可能改变水循环的强度和频率（导致极端天气增多）。将物理知识与全球性议题紧密联系，培养学生的社会责任感。

【作业】绘制一幅“地球水循环中的能量与熵流示意图”，要求标出主要的物态变化过程、能量（潜热、辐射热）的输入与输出、以及你理解的熵的变化方向（局部增/减，整体增）。

第四课时：比较的智慧——物理、化学、地理视角下的物态变化再审视

本课时旨在通过系统的比较分析，帮助学生构建结构化的知识网络，并深化对学科本质的理解。

【核心活动一：三大学科分析范式的横向比较】【非常重要】

将全班分成三个大组，分别扮演“物理学家”、“化学家”和“地理学家”团队。给定一个核心任务：解释“为什么高山上的冰雪比平原地区的冰雪更难融化？”

1.物理学家组：从热力学和分子动理论出发。分析：高山上气压低，导致水的沸点降低，同时也使冰的熔点略有升高（根据克拉珀龙方程，对于大多数物质，熔点随压强增大而降低，但冰是反常的，熔点随压强增大而降低。此处需要精准辨析：对于冰-水平衡，压强增大，熔点降低；但对于冰-水蒸气或水-水蒸气平衡，压强的影响更为复杂。教师需引导：高山冰雪难融化，主因是气温低，但气压低也使得冰升华为水蒸气更容易，导致“升华”导致的损耗可能比融化更大。这是一个多因素耦合问题。物理组的结论应侧重于：这是一个受温度、气压双重控制，并涉及固-液、固-气多相平衡的复杂热力学过程。

2.化学家组：从化学平衡和分子相互作用角度分析。首先，冰的融化是一个物理平衡过程：H₂O(s)⇌H₂O(l)。根据勒夏特列原理，对于这个吸热过程（ΔH>0），降低温度（相当于移走热量）平衡向左移动，利于冰的存在。高山上温度低，因此平衡倾向于固态。此外，高原地区强烈的太阳辐射中紫外线可能引发微量光化学反应，但这不是主流。化学组还可能引入“杂质”概念：平原地区空气中尘埃、污染物多，这些杂质可能充当凝结核或降低冰的熔点（类似于撒盐化雪），而高山空气洁净，冰的熔点相对“纯”，这也是原因之一。

3.地理学家组：从宏观环境与系统角度分析。高山地区海拔高，大气稀薄，对太阳短波辐射的吸收少，但地面（冰雪面）长波辐射散失快，导致近地面气温极低。同时，高山上强烈的反射（冰雪的高反照率）使得地表吸收的太阳辐射更少，形成正反馈（反照率反馈）。地理组的结论应侧重于：这是一个由海拔、大气环流、辐射平衡、下垫面性质（冰雪）共同决定的区域气候现象，是地球表层系统各圈层（大气圈、岩石圈、冰冻圈）相互作用的体现。

【核心活动二：全班交流与教师点评】各小组汇报后，教师进行点评和升华，引导学生认识到：物理侧重机理和普适规律，化学侧重组成和微观相互作用，地理侧重宏观系统与多要素综合。三种视角互为补充，共同构成了对“高山冰雪难融”这一现象的完整解释。

【核心活动三：语文学科的思辨与表达——比较的科学与诗学】展示两段文本：一段是竺可桢《大自然的语言》中科学准确地描述物候与气候关系的文字；一段是雪莱的诗句“冬天来了，春天还会远吗？”（隐含了冰雪消融的季节轮回）。引导学生讨论：科学语言与文学语言在描述同一类自然现象（冰雪消融）时，目的、方法和效果有何不同？科学语言追求精确、客观、可验证；文学语言追求意境、情感、哲思。两者并非对立，而是人类认识世界、表达世界的两种不同方式，一个求真，一个求美。

【课堂小结】总结本节课的核心：比较不仅是找出差异，更是为了深化理解。通过比较物理、化学、地理对同一现象的不同分析路径，我们看到了科学内部的统一性与多样性。通过比较科学与文学的表达，我们看到了理性与感性的辉映。

【作业】请选择一种物态变化现象（如露水的形成、干冰的升华等），分别从物理学、化学、地理学和文学（诗歌或散文片段）的角度进行简要描述和分析，最后用一段话总结你从中获得的跨学科启示。

第五课时：从实验室走向世界——物态变化技术的工程实践与创新设计

【情境引入】展示喷墨打印机打印照片的过程、3D打印机逐层打印物体的过程、以及航天器返回大气层时表面烧蚀材料融化的画面。引出主题：人类是如何精妙地利用物态变化原理，创造出改变世界的技术的？

【核心活动一：案例分析——喷墨打印中的物理】聚焦于热气泡式喷墨打印头。分析其工作流程：

1.加热：微加热器在极短时间内（微秒级）将墨腔内的墨水（主要成分水、颜料、溶剂）局部加热到超过沸点。

2.汽化与气泡形成：墨水迅速汽化，形成一个微小的气泡（液相到气相的变化）。

3.膨胀与喷射：气泡膨胀，将气泡上方的一小滴墨水从喷嘴高速挤压出去。

4.断离与飞行：墨滴与喷嘴处的墨水分离，在空气中飞行，受空气阻力和表面张力作用，最终形成一个近乎完美的球形。

5.填充与冷却：气泡破裂，毛细作用将储墨器中的新墨水吸入墨腔，准备下一次喷射。

引导学生从物理角度分析其中涉及的原理：相变潜热（加热能量主要用于汽化）、表面张力（墨滴为何成球形，以及毛细填充）、流体力学（墨滴飞行轨迹）、浸润（墨水与喷嘴材料的相互作用，防止墨水在喷嘴口堆积）。

【核心活动二：案例分析——3D打印中的物理】聚焦于熔融沉积成型（FDM）技术。分析其核心原理：

6.固-液相变：热塑性耗材（如PLA、ABS丝材）在喷头内被加热至熔点以上，由固态变成熔融态（半液态）。

7.挤出与沉积：通过电机驱动，将熔融材料从喷嘴中挤出，按照预设路径沉积在打印平台或已成型工件上。

8.固-液相变（冷却凝固）：挤出的高温材料与周围环境（或已成型部分）进行热交换，温度降低，发生凝固，从熔融态重新变为固态，与下层材料牢固粘接。

引导学生思考关键控制参数：喷头温度（决定材料能否充分熔化）、打印速度（决定单位时间内沉积量）、平台温度（影响第一层粘接和模型翘曲）、风扇冷却速度（影响层间粘接强度和表面质量）。这些参数的优化，本质上是控制相变过程的速率和位置精度。

【核心活动三：创新设计挑战——我的“相变材料”应用方案】【难点】

以小组为单位（4-5人），给定一个真实世界的需求列表（如：解决夏季室内过热问题、设计一款可以长时间保持热饮温度的杯子、为户外工作者设计一款可以吸收身体多余热量并在需要时释放的服装、设计一种利用沙漠昼夜温差收集空气中水分的装置等），要求学生选择其中一个需求，基于相变材料（PCM）的原理，提出一个初步的创新设计方案。

设计要求：

9.明确所选PCM材料（如石蜡、盐水合物、脂肪酸等）及其关键参数（相变温度、潜热值）。【需快速查阅教师提供的资料包】

10.画出设计草图，并标注各部分功能。

11.用物理原理解释你的设计是如何工作的（能量如何存储和释放，相变过程如何被触发和控制）。

12.预测可能遇到的技术难题（如材料封装、导热性差、成本问题等）。

【课堂展示与互评】每个小组用3分钟时间展示自己的创意方案，其他小组从科学性、创新性、可行性三个维度进行提问和打分。教师点评，强调工程思维：没有完美的方案，只有权衡和优化的过程。

【作业】完善本组的创新设计方案，形成一份正式的《创意设计报告》，包含设计背景、原理阐述、草图、材料选择理由、预期效果和应用前景分析。

第六课时：单元总结与素养测评——构建我的“物态变化”知识图谱

【核心活动一：单元知识体系梳理——构建个人知识图谱】【重要】

本环节旨在引导学生将本单元所学碎片化知识进行系统化整合。教师提供核心概念卡片（物理的、化学的、地理的、工程的），但不提供预设的结构。学生以小组合作或个人独立思考的方式，将这些概念卡片通过连线、分组、层级关系等方式，构建一个能体现自己理解的知识图谱。图谱要求：

1.必须包含核心概念：如分子间作用力、氢键、潜热、熵、相图、浸润、表面张力、温室效应、水循环、相变材料等。

2.必须体现概念之间的逻辑关联（用连接线并标注关系，如“导致”、“表现为”、“应用于”、“反作用于”）。

3.鼓励体现跨学科视角，将不同颜色的卡片（代表不同学科）进行有机连接。

【展示与交流】选取若干具有代表性的图谱，请作者上台讲解其构建思路。通过这种元认知活动，让学生反思自己的学习过程和知识结构。

【核心活动二：基于真实情境的综合素养测评】【高频考点】【热点】

下发一份综合测评材料，包含文字、图表和数据。主题为：“河西走廊地区水资源短缺问题与跨流域调水工程的环境影响评估”。

材料提供：

4.地理信息：河西走廊的地理位置、气候数据（降水、蒸发、气温）、冰川分布、河流径流量数据。

5.物理数据：水的比热容、汽化潜热、当地年太阳辐射总量。

6.化学信息：当地水质分析报告（矿化度、pH值等）、土壤盐碱化程度数据。

7.工程设想：某跨流域调水工程的路线规划图，以及可能对调入区和调出区水循环、局地气候、生态环境产生影响的初步评估报告。

要求学生以“政府智库专家”的身份，综合运用本单元所学知识，撰写一份不超过800字的《关于河西走廊地区水资源调配与可持续利用的评估与建议报告》。

报告需包含以下部分：

8.现状分析：基于地理数据和物理原理，分析该地区水资源紧张的根本原因