融通·建构·探变-核心素养导向下的“熔化和凝固”探究式教学设计（初中物理八年级）

融通·建构·探变——核心素养导向下的“熔化和凝固”探究式教学设计（初中物理八年级）一、教学内容分析  本节内容选自人教版初中物理八年级上册第三章《物态变化》第二节，是初中热学知识体系的重要基石。从《义务教育物理课程标准（2022年版）》的视角解构，本课位于“物质的结构与性质”主题下，其教学坐标清晰：要求学生通过实验探究，认识物质的固态和液态之间可以相互转化，理解熔化和凝固过程的特点，并能用晶体和非晶体的熔化与凝固规律解释自然现象和生活应用。在单元知识链中，它上承“温度”与“温度计”的测量工具基础，下启“汽化和液化”、“升华和凝华”等物态变化系列学习，是构建完整物态变化认知模型的关键一环。知识技能图谱上，核心在于建立“熔点”与“凝固点”的物理概念，掌握晶体熔化/凝固的图像表征方法（晶体有固定熔点，非晶体没有），这是从现象描述迈向规律归纳的认知跃升。过程方法上，课标强调“经历科学探究过程”，本节课是学生系统学习用“图像法”处理和分析实验数据、探寻物理规律的典型载体，是培养科学探究能力（提出问题、设计实验、获取证据、得出结论）的绝佳契机。素养价值渗透方面，通过探究冰（或海波）熔化的“反常”现象（吸热不升温），挑战“物体吸热温度就上升”的前概念，能有效培育“证据意识”和“科学思维”；通过对熔化凝固规律在铸造、焊接、食品保鲜等领域的应用分析，引导学生关注科学技术对社会生活的影响，初步树立“科学·技术·社会·环境”（STSE）的观念。  基于“以学定教”原则进行学情诊断：八年级学生已具备初步的温度概念和使用温度计、酒精灯等仪器的技能，对冰化成水、水结成冰等生活现象有丰富的感性经验，这是宝贵的教学起点。然而，潜在的认知障碍亦不容忽视：其一，学生易将“温度变化”与“物态变化”简单等同，难以理解熔化过程中“温度保持不变”这一核心特征；其二，对“图像法”这一抽象的数据处理手段较为陌生，从数据表格到绘制图像，再到从图像中提取信息，存在思维跨度；其三，晶体与非晶体的本质区别理解上可能存在困难。为此，教学调适策略在于：利用认知冲突情境（如0℃的冰水混合物）激活前概念；设计结构化、可视化的实验探究任务单，为学生搭建从操作到思维的“脚手架”；在数据处理环节，提供坐标网格和分步指导，降低图像法入门的门槛。同时，预设通过课堂提问、小组讨论观察、实验操作规范性检查以及随堂绘图练习等多种形成性评价手段，动态把握不同层次学生（如操作型、分析型、思辨型）的理解进程，以便及时提供个性化指导，如对操作困难者加强示范，对思维迅捷者提出更高阶的质疑或拓展问题。二、教学目标  知识目标：学生能准确阐述熔化和凝固的概念，辨别生活中的相关实例；能基于实验数据绘制晶体（如冰或海波）的熔化图像，并从图像中描述其“吸热但温度保持不变”的核心特征，进而准确说出熔点和凝固点的定义；能比较晶体与非晶体在熔化与凝固过程中的本质差异，并用此解释一些简单的自然或技术现象，如冰水混合物的温度、塑料的加工等。  能力目标：学生能在教师引导下，以小组合作形式较规范地完成“探究固体熔化时温度变化规律”的实验，包括正确组装器材、安全使用酒精灯、连续测量与记录数据；初步掌握运用“图像法”处理实验数据、探寻物理规律的科学方法，能够从温度时间图像中提取关键信息并进行描述；能基于证据，对实验现象（如温度计示数不变时冰仍在熔化）进行初步分析和推理。  情感态度与价值观目标：在小组实验探究中，学生能主动参与、分工协作，认真记录数据，尊重实验事实，养成严谨求实的科学态度；通过对“反常”实验现象的思考与解释，体验克服前概念、建立科学观念的思维乐趣，增强探索自然奥秘的好奇心。  科学思维目标：重点发展“模型建构”和“科学推理”思维。通过将多组实验数据转化为温度时间图像，引导学生经历从具体数据到直观图像，再从图像抽象出物理规律（晶体熔化模型）的建模过程；通过对比晶体与非晶体的图像差异，学习运用“比较与分类”的思维方法辨析概念。  评价与元认知目标：引导学生依据实验操作评价量表进行小组自评与互评；在课堂小结环节，鼓励学生反思本节课学习路径（从生活现象到实验探究，再到图像分析得出规律），初步感知科学探究的一般逻辑；能够判断自己对“熔点”、“图像特征”等核心概念的掌握程度，并明确课后需要巩固的方向。三、教学重点与难点  教学重点：晶体熔化与凝固过程的实验探究及其温度时间图像的特征分析。确立依据在于，该重点直接对应课标“通过实验，了解物质的一些物理属性”和“能用图像描述某些物理量之间的关系”的要求，是构建物态变化核心概念（熔点/凝固点）的基石，也是中考中高频出现的考点，常以实验探究题或图像分析题的形式考查学生的科学探究能力和信息处理能力。  教学难点：理解晶体在熔化过程中虽然持续吸热但温度保持不变的物理本质；以及初步运用“图像法”分析实验数据、总结物理规律。预设难点成因在于，学生对“吸热必然升温”有顽固的生活前概念，实验现象与之冲突，需要跨越认知障碍；同时，“图像法”作为一种抽象的数学工具在物理中的首次系统应用，要求学生实现从“数字列表”到“图形表征”的思维转换，逻辑跨度较大。突破方向在于强化实验观察的针对性（反复提醒观察冰在0℃时的状态变化），并通过层层设问引导思考热量去向，再辅以分子动理论的初步解释（能量用于打破分子间作用力，而非增加分子平均动能）；对于图像法，则采用“手把手”分步引导绘图，并对比不同小组图像共性的方式，化抽象为具体。四、教学准备清单1.教师准备  1.1媒体与教具：交互式电子白板课件（内含情境视频、动态作图工具、晶体与非晶体熔化对比动画）；板书设计预案（左侧用于呈现核心概念与问题链，右侧预留区域用于绘制晶体熔化图像范例）。  1.2实验器材（分组，46人一组）：铁架台、石棉网、酒精灯、烧杯、试管、温度计、搅拌器、秒表；晶体材料（冰碎屑或海波）、非晶体材料（石蜡或玻璃珠）；实验探究任务单（含数据记录表格、带坐标网格的绘图区、引导性问题）。  1.3评价工具：课堂实时评价印章/贴纸；小组实验操作观察记录表。2.学生准备  复习温度计的使用方法及注意事项；预习课本相关内容，并思考“冬天，湖面结冰时，为什么冰下的水生物还能存活？”等前置性问题。3.环境布置  实验室课桌分组排列，便于合作探究；确保通风良好，消防设备在位；提前检查所有温度计量程是否合适（最好能测量负温）。五、教学过程第一、导入环节  1.情境创设与认知冲突：同学们，我们先来看一段简短的视频：凛冽的寒冬，室外气温已低于零下10摄氏度，但巨大的钢铁冶炼车间里，通红的铁水却正在被浇铸成坚硬的钢锭。大家有没有发现一个看似矛盾的现象？一边是极寒下“滴水成冰”，另一边却是高温中“化铁为水”再“凝铁成钢”。（停顿，让学生思考）这背后，其实都牵扯到物质状态变化的一个核心过程。再举个更贴近的例子：把0℃的冰和0℃的水混合在一起，长时间放置，它们的温度会是多少？你猜猜看。  1.1问题提出与路径明晰：好，我看到大家的表情有些疑惑了。有的同学可能直觉认为冰水混合物温度应该在0℃以下。今天，我们就化身小小科学家，通过亲手实验来揭秘固体和液体之间转换的奥秘——熔化和凝固。我们将重点关注：固体在变成液体的过程中，温度究竟如何变化？是不是所有固体“融化”时都一样？带着这些问题，开启我们的探究之旅。我们先从最熟悉的“冰”开始研究。第二、新授环节任务一：设计实验，探究冰的熔化  教师活动：首先，我们要研究“冰在熔化时温度如何变化”。大家能想到哪些关键因素需要测量和记录吗？（引导学生说出：温度、时间、状态）非常好！那么，如何组装实验装置来加热冰并测量其温度呢？请大家根据桌上器材，以小组为单位，参考课本提示，尝试设计实验装置简图，并讨论出关键步骤。我会巡视，看看哪个小组的设计既科学又安全。（巡视中，重点关注酒精灯、温度计放置位置等安全与规范要点）设计时间到！请一个小组分享一下你们的方案。大家注意听，看有没有需要补充或质疑的地方？（引导学生完善方案，明确：试管放入烧杯水中进行“水浴法”加热的目的——使受热均匀；温度计玻璃泡要完全浸入冰中并与冰充分接触；要持续搅拌观察状态变化并同时记录时间和温度。）  学生活动：小组讨论，合作设计实验装置图和简要步骤。派代表上台或在小组间分享设计方案，其他小组倾听、质疑或补充。明确实验的核心操作流程和分工（如谁负责计时、谁负责读数、谁负责搅拌和观察状态）。  即时评价标准：①设计方案是否体现了对实验变量（温度、时间、状态）的全面考量；②是否关注到了实验操作的规范性与安全性（如水浴加热、温度计放置）；③小组讨论是否有序，每位成员是否都有参与。  形成知识、思维、方法清单：★实验设计思想：探究物理规律需要明确观测变量（温度、时间、状态），并控制其他条件（如加热方式）。▲“水浴法”加热：能使被加热物体受热均匀，温度变化平缓，便于观察和测量，是物理化学实验中的常用方法。★规范操作意识：科学探究的结论建立在规范、严谨的操作基础之上，如温度计的正确使用是获取可靠数据的前提。任务二：动手实验，获取关键数据  教师活动：现在，请各小组按照优化后的方案开始实验！注意，实验从冰的温度低于0℃时开始记录。记录员请将时间和对应的温度、状态仔细填写在任务单的表格里。特别提醒：在冰开始熔化（即出现少量水）后，要更加密切地观察温度计示数，并坚持每隔相等时间（如30秒）记录一次，直到冰完全熔化后再持续记录几分钟。（教师巡视指导，重点观察：温度计读数方法是否正确；搅拌是否持续、轻柔；数据记录是否及时、准确。对进度快的小组可提问：“你们观察到冰在熔化过程中，温度计示数有什么特别之处吗？”）  学生活动：分组进行实验操作。分工协作：点燃和调节酒精灯，放置和调整装置，持续、轻柔地搅拌冰水混合物，准确读取并记录温度和时间，仔细观察并描述冰的状态变化（如“大部分是冰，有少量水”、“冰和水量各半”、“少量冰，大部分水”等）。  即时评价标准：①实验操作是否规范、安全（尤其酒精灯使用和温度计读数）；②组员间协作是否流畅高效；③数据记录是否真实、完整、清晰。  形成知识、思维、方法清单：★熔化：物质从固态变成液态的过程。★晶体熔化条件：实验初步表明，冰（晶体）熔化需要达到特定温度（0℃），并在此温度下持续吸热。★数据收集的科学性：在关键过程（熔化阶段）增加数据采集密度，有助于更精准地捕捉物理规律。任务三：图像转化，初识规律  教师活动：各组都获得了一组宝贵的数据。但一堆数字还不够直观，科学家们常常借助图像来发现规律。请大家拿出任务单上的坐标纸，横轴代表时间（t），纵轴代表温度（T），将你们的数据点用“.”标在图上，然后用平滑的线将点连接起来，绘制出冰的“温度时间”图像。（教师在白板上示范描点、连线的规范）画好的小组，可以互相看看，比比看不同小组的图像有什么共同特征？这个图像形状像什么？（引导学生说出“像一段平直的台阶”）好，我们请几个小组将你们的图像投影展示。大家看，尽管实验数据略有差异，但图像的整体形状是不是非常相似？  学生活动：根据本组实验数据，在坐标纸上独立或合作描点、连线，绘制温度时间关系曲线。观察所绘图像形状，并与邻组或投影展示的其他组图像进行对比，寻找共同特征。  即时评价标准：①描点、连线作图是否规范、准确；②能否从自己和他人的图像中发现共同的形状特征（有一段相对平直的部分）。  形成知识、思维、方法清单：★图像法：将实验数据转换为直观图像，是发现、表述和检验物理规律的强大工具。★晶体熔化图像特征：晶体熔化图像中有一段与时间轴平行的“平台”，这直观表明了晶体在熔化过程中温度保持不变。▲数据处理中的共性与个性：各组图像平台的具体高度（温度值）和长度（时间）可能略有不同，这反映了实验条件的细微差异，但“存在平台”这一共性特征正是规律的体现。任务四：分析图像，建构概念  教师活动：现在，我们聚焦这个奇妙的“平台”。请结合你们的实验记录，回答任务单上的问题链：1.图像中哪一段对应冰的熔化过程？（平台段）2.在这一段，物质的温度是多少？变化吗？（0℃，保持不变）3.此时，物质的状态如何？需要加热吗？（冰水共存，需要持续加热）。非常好！这个平台对应的温度，对于冰来说，就是它熔化时的特定温度，物理学中称之为熔点。那么，凝固呢？如果我们让刚才化成的水慢慢降温凝固，图像会是什么样？大家试着在图上反向推演一下。（引导学生在原图上用虚线逆向补画凝固过程曲线）是的，它会经历一个与熔化过程对称的“平台”，这个平台对应的温度就是凝固点。对于同种晶体，熔点和凝固点是相同的。现在，谁能用这两个概念解释一下我们导入时的疑问：0℃的冰水混合物，温度是多少？  学生活动：根据图像和实验记录，分析并回答引导性问题链。理解熔点、凝固点的定义及关系。尝试逆向推理凝固过程图像，并理解其与熔化过程的对称性。应用新概念解释冰水混合物温度保持在0℃的原因（冰在熔化，水在凝固，动态平衡，温度保持在熔点/凝固点）。  即时评价标准：①能否将图像特征（平台）与物理过程（熔化/凝固）及条件（温度不变、持续吸/放热）准确关联；②能否清晰地表述熔点、凝固点的概念；③能否运用新概念解释简单现象。  形成知识、思维、方法清单：★熔点：晶体熔化时的温度。★凝固点：晶体凝固时的温度。★同种晶体，熔点和凝固点相同。★晶体熔化条件：温度达到熔点，持续吸热。★晶体凝固条件：温度达到凝固点，持续放热。▲逆向思维：根据已知过程（熔化）的规律，可以合理推测其逆过程（凝固）的规律，这是物理学中常用的思维方法。任务五：对比拓展，深化认知  教师活动：是不是所有固体熔化时都有固定的熔点呢？我们来观察另一个实验（教师演示或播放视频：石蜡的熔化）。大家注意看石蜡熔化时的温度变化，并尝试绘制其温度时间图像。（展示石蜡熔化图像，是一条逐渐上升的曲线，没有平台）像石蜡这样，没有固定熔点的固体，我们称之为非晶体。常见的玻璃、松香、沥青也是非晶体。请大家对比晶体（冰/海波）和非晶体（石蜡）的图像，完成表格，归纳它们的本质区别。（出示对比表格：有无固定熔点、熔化过程温度变化、图像特征）。生活中，哪些应用利用了晶体有固定熔点的特性呢？（引导学生思考：焊接金属、冷冻食品保鲜、工业铸造等）  学生活动：观察非晶体熔化实验或视频，对比其图像与晶体图像的显著差异。完成晶体与非晶体的对比表格，从有无固定熔点、熔化过程特点、图像特征等方面进行归纳。联系生活实际，举例说明晶体熔点特性的应用。  即时评价标准：①能否通过图像对比，清晰指出晶体与非晶体的核心区别；②能否列举出合理的应用实例。  形成知识、思维、方法清单：★非晶体：没有固定熔点的固体。★晶体与非晶体的核心区别：在于熔化时是否有确定的熔点（凝固时是否有确定的凝固点）。▲比较与分类：通过对比不同对象的特征，从而进行分类并深化理解，是基本的科学思维方法。▲STSE联系：物理规律（如熔点）是许多技术应用（如冶金、制冷）的科学基础。第三、当堂巩固训练  设计核心：构建分层、变式训练体系，促进知识迁移与应用。  基础层（全体必做）：1.判断：晶体在熔化时温度不变，所以不吸热。（考察对“持续吸热”条件的理解）2.选择：下图（提供晶体熔化图像）中，表示晶体熔化过程的是哪一段？此过程中物质处于什么状态？温度是多少？  综合层（大多数学生挑战）：3.情境应用题：在严寒地区，有时需要在积雪上撒盐。结合今天所学知识，猜测这样做的可能原因是什么？（盐能降低雪的熔点，使其在低于0℃时开始熔化）4.图像分析题：根据某晶体物质加热和冷却的完整温度时间图像，指出其熔点、凝固点，并描述AB、BC、CD、DE、EF各段物质的状态及吸放热情况。  挑战层（学有余力选做）：5.开放讨论：有同学说“水的凝固点是0℃，所以0℃的水一定会结冰。”你认为这种说法严谨吗？请阐述理由。（不严谨，还需满足“持续放热”的条件。0℃的水如果无法向外界放出热量，则不会结冰。）  反馈机制：基础题采用集体核对、快速澄清的方式；综合题与挑战题则邀请不同层次学生分享解题思路，教师进行点评和提炼，特别展示典型错误或优秀解法，深化对概念本质的理解。例如，在分析撒盐化雪时，追问：“盐溶解过程本身会吸热，这也是一个因素。但我们今天学的哪个原理更直接？”引导学生聚焦于“熔点变化”。第四、课堂小结  设计核心：引导学生进行结构化总结与元认知反思。  知识整合：同学们，今天我们完成了一次完整的科学探究。谁能用简短的几句话或一个简单的图示，梳理一下我们这节课的主要发现和学习路径？（鼓励学生发言，教师最后用概念图或思维导图形式在白板上进行结构化总结：从生活现象出发→提出问题（熔化时温度如何变？）→实验探究（水浴法加热、记录数据）→数据处理（图像法）→得出结论（晶体有固定熔点，熔化时吸热温度不变；非晶体反之）→概念应用。）  方法提炼：回顾一下，今天我们掌握了哪种发现物理规律的重要方法？（图像法）在探究中，我们是如何控制条件、获取证据的？  作业布置与延伸：必做作业：1.整理本节课堂笔记，画出晶体熔化凝固的图像，并标注各阶段特征。2.完成练习册对应基础部分。选做作业（二选一）：1.查阅资料，了解“合金”的熔点与其组成金属熔点的关系，并举例说明其应用。2.设计一个简单的家庭小实验，观察黄油或巧克力的熔化过程，判断它更接近晶体还是非晶体，并记录你的观察和推理。下节课，我们将继续探究物质从液态变成气态的过程——汽化和液化，大家预习时可以思考：晾湿衣服时，如何让它干得更快？六、作业设计  基础性作业（必做）：  1.课本本节后练习题第1、2、3题（侧重概念辨析和简单图像识别）。  2.绘制晶体（如冰）和非晶体（如石蜡）的熔化过程温度时间示意图，并用文字简要说明两者核心区别。  拓展性作业（建议大多数学生完成）：  3.情境分析：阅读关于“北方的冬天，菜窖里常放几桶水”防止蔬菜冻坏的资料，用熔化和凝固的知识解释其原理。  4.小调查：了解你家冰箱的冷冻室温度通常设置为多少度（如18℃）。根据水的凝固点，解释这个温度设置对长期保存冷冻食品（如含水分的肉类、饺子）有何科学意义。  探究性/创造性作业（选做）：  5.微型项目：利用网络或图书馆资源，调查研究不同金属（如锡、铅、铜、铁）的熔点。尝试解释为什么焊锡（锡铅合金）的熔点比纯锡和纯铅都低？这种特性在电路焊接中有何优势？形成一份简单的调研报告（可以是PPT、手抄报或短文形式）。  6.创意设计：假如你是一位工程师，需要设计一个利用物质熔化吸热原理来为小型电子设备临时降温的“应急降温贴”。你会选择哪种物质作为核心材料？请简述你的设计思路和理由。七、本节知识清单及拓展  ★1.熔化：物质从固态变成液态的过程。教学提示：强调“过程”，而非瞬间。  ★2.凝固：物质从液态变成固态的过程。是熔化的逆过程。  ★3.晶体：有确定熔点的固体。如冰、海波、各种金属、食盐等。认知说明：其内部原子或分子排列具有规则的空间结构（可简单提及，为高中学习埋下伏笔）。  ★4.非晶体：没有确定熔点的固体。如石蜡、玻璃、松香、沥青、塑料等。熔化时先变软再变稀。  ★5.熔点：晶体熔化时的温度。易错点：熔点是一个温度值，例如“冰的熔点是0℃”，不能说“冰的熔点是0”。  ★6.凝固点：晶体凝固时的温度。核心规律：对于同一种晶体，其熔点和凝固点相同。  ★7.晶体熔化条件：(1)温度达到熔点；(2)持续吸热。两个条件必须同时满足。深度理解：熔化过程中吸收的热量用于破坏晶体的规则结构，增加分子势能，而非增加分子平均动能（表现为温度不变）。  ★8.晶体凝固条件：(1)温度降到凝固点；(2)持续放热。  ★9.晶体熔化/凝固图像特征：在温度时间图像上，熔化或凝固过程对应一段与时间轴平行的“平台线”。平台对应的温度即熔点/凝固点。  ★10.非晶体熔化/凝固图像特征：温度时间曲线是平滑的上升或下降曲线，没有平台。熔化过程温度持续升高，凝固过程温度持续降低。  ▲11.图像法：用纵、横坐标分别代表两个相关的物理量，将实验数据点描出并用线连接，从而直观显示物理量之间关系的研究方法。是物理学的核心工具之一。  ▲12.水浴法加热：通过使被加热物体浸没在水中，间接受热的方法。优点在于能使物体受热均匀，温度变化平缓，易于控制。  ▲13.常见物质的熔点（常压）：冰（0℃）、锡（232℃）、铅（327℃）、铝（660℃）、铁（1535℃）、钨（3410℃）。应用联系：熔点决定了材料的加工和使用温度范围。  ▲14.熔点/凝固点的应用实例：①工业铸造（将金属加热至熔点以上成液态浇入模具）；②焊接（利用焊料熔点低于被焊金属）；③冷冻保鲜（利用水的凝固点，低温抑制生物活动）；④制备合金（调整成分以改变熔点，如保险丝、焊锡）。  ▲15.熔化和凝固中的能量转移：熔化吸热，有制冷作用（如冰敷降温）；凝固放热（如冬季地窖放水桶，水结冰放热可减缓窖内温度下降）。八、教学反思  （一）教学目标达成度分析  从假设的课堂实施来看，知识目标基本达成。绝大部分学生能通过实验图像描述晶体熔化的特征，说出熔点和凝固点概念，并能区分晶体与非晶体。能力目标方面，小组实验操作与数据记录环节，由于器材准备充分、任务单指导明确，学生参与度高，但个别小组在数据同步记录（一人读温度、一人计时、一人记录）的协调性上仍需加强，反映出协同工作能力有待培养。图像绘制环节，首次系统使用，约三分之一学生需要个别指导才能规范完成，这是预料之中的难点。情感与科学思维目标在探究过程中有较好渗透，学生对“平台”的出现表现出惊奇和兴奋，有效冲击了前概念。元认知目标通过小结环节的路径回顾，初步引导学生审视了学习过程。  （二）核心环节有效性评估  1.导入环节：钢铁铸造与冰水混合物的情境对比，成功制造了认知冲突，激发了探究欲望。“为什么会有这样的反差？”这一问题贯穿了整个新课学习，起到了驱动作用。2.实验探究环节：采用“设计实施分析”的完整流程，赋予了学生更多自主权。但反思发现，“设计实验”环节时间把控需更精准，避免喧宾夺主。学生自己提出的方案即使不完善，其思考过程也极具价值。3.图像法教学：这是本节课成败的关键。手把手教描点、连线，并通过多组图像对比寻找共性，策略是有效的。但可以进一步优化：提前准备印有坐标网格的投影片或利用希沃白板的拖拽功能进行现场演示，互动性和直观性会更强。心里想着：“下次是不是可以先让一位学生在白板上试画，大家一起‘找茬’、完善，示范效果会更好？”  （三）学生表现深度剖析与差异化应对  课堂中，学生大致呈现三类表现：A类（主动建构型）：能迅速理解图像