教学设计：温度与温度计-基于探究建构与素养发展的初中物理课例

教学设计：温度与温度计——基于探究建构与素养发展的初中物理课例一、教学内容分析

本节内容隶属于《义务教育物理课程标准（2022年版）》中“物质”主题下的“物质的形态和变化”一级主题。课标明确要求：“知道温度是表示物体冷热程度的物理量，会使用酒精灯、温度计等器材测量温度。”这为教学提供了核心坐标。从知识技能图谱看，“温度”作为描述热现象的核心概念，是理解物态变化乃至后续内能、热量概念的逻辑起点，属于必须牢固掌握的物理观念；温度计的使用则是初中阶段必须掌握的关键测量技能，其操作规范关乎后续所有热学实验的准确性。在过程方法路径上，本节课是渗透科学探究方法与科学思维的绝佳载体。例如，通过探究“如何客观、准确地比较冷热程度”，学生能亲身经历“提出问题→设计测量工具→统一标准→实践应用”的完整科学建模过程，体会“转化放大”与“标准化”的科学思想。就素养价值渗透而言，温度计的发展史与温标统一过程，蕴含了人类不懈探索自然、追求精确与共识的科学精神；学习正确使用实验仪器，则是对严谨认真、实事求是的科学态度与责任感的直接培育。

面向九年级学生进行学情诊断，其优势与挑战并存。优势在于，学生对“冷热”有丰富的生活感知，对温度计有常见的生活接触（如体温计），这为概念建构提供了经验基础。然而，潜在认知障碍亦不容忽视：首先，学生易将“温度”等同于“体感”，难以剥离主观感受建立客观的物理量概念；其次，对温度计的工作原理，特别是“液体热胀冷缩”与“量程、分度值”设计间的关联，理解上存在思维跨度；最后，在使用实验室温度计时，读数（特别是零下温度）与规范操作（如“三不”原则）是常见的技能难点。因此，教学调适策略在于：创设认知冲突情境，将生活经验转化为探究问题；搭建可视化、可操作的思维“脚手架”，如通过自制简易温度计活动，将抽象原理具象化；设计分层任务与即时反馈，针对操作难点进行分解式训练与同伴互评，为不同认知节奏的学生提供支持路径。二、教学目标

知识目标：学生能准确说出温度的定义及其物理意义，能解释常用温度计的工作原理是基于液体的热胀冷缩性质，能识记摄氏温标的规定方法并正确读写温度值，能陈述实验室温度计的正确使用方法和注意事项，构建起从“概念原理标度工具”的层次化知识结构。

能力目标：通过观察、比较和动手制作简易温度计，学生能初步具备将抽象原理转化为具体模型的动手能力与创新意识；通过分组实验测量水温，能够独立、规范地完成实验室温度计的观察、放置、读数等操作流程，并初步学会记录和处理简单的实验数据。

情感态度与价值观目标：在小组合作制作与测量活动中，学生能积极参与、乐于分享，表现出对科学探索的兴趣；通过了解温标统一的历史，体会科学测量的标准化对人类协作与科技进步的重要性，初步形成严谨、实事求是的科学态度。

科学（学科）思维目标：本节课重点发展“模型建构”与“转化”思想。学生能经历“从感觉不可靠到需要客观测量工具”的思维进阶，理解温度计是如何将不易直接观察的“冷热程度”转化为可见的“液柱长度变化”这一科学建模过程，并能在新情境中初步应用这种转化思想分析问题。

评价与元认知目标：学生能依据教师提供的操作量规，对自身或同伴的温度计使用步骤进行简单的评价与纠正；在课堂小结环节，能够反思“我是如何从感觉不可靠一步步学会精确测量温度的”，梳理本课的学习路径与核心方法。三、教学重点与难点

教学重点：温度计的正确使用方法及其操作规范。确立依据在于：首先，从课程标准看，“会使用……温度计等器材测量温度”是明确的行为性要求，是形成物理实验技能的核心。其次，从学科能力发展看，规范使用基本测量工具是进行所有科学探究的基础，是培养科学态度与责任感的直接体现。从学业评价看，温度计的使用是高频基础考点，且操作不当是导致后续热学实验数据错误的主要根源，因此必须作为技能重点予以夯实。

教学难点：理解温度计的设计原理，特别是“液体热胀冷缩”性质与“量程、分度值”设定之间的逻辑关联。预设依据源于学情：这一理解需要学生跳出单一知识点，将物质的属性、测量工具的精细化设计、标度的意义进行综合关联，认知跨度较大。常见错误表现为学生死记使用规则，却不理解“为什么玻璃泡不能碰容器壁”、“为什么不能离开被测物体读数”，本质是对原理与设计目的关联性理解不深。突破方向在于通过自制温度计的对比活动，让学生亲身参与“设计”过程，在“发现问题改进设计”中自主建构理解。四、教学准备清单1.教师准备1.1媒体与教具：多媒体课件（含温度感觉冲突图片、温度计发展史微视频、三种温度计对比图）；演示用实验室温度计、寒暑表、体温计各一支；热水、温水、冷水各一杯。1.2实验器材：学生分组实验器材（每4人一组）：实验室温度计一支、烧杯两个、热水（约60℃）、冷水、铁架台。1.3学习材料：“探究学习任务单”（内含自制温度计活动指南、温度计使用操作评价量表、分层巩固练习）；板书记划（预留核心概念区、原理图示区、要点归纳区）。2.学生准备预习教材相关内容，思考“除了用手感觉，还有什么方法可以比较物体的冷热”；携带铅笔、刻度尺。3.环境布置学生四人小组就坐，便于开展合作探究与实验；讲台预留演示区域。五、教学过程第一、导入环节1.创设认知冲突情境：同学们，我们先来玩个小挑战。请看大屏幕，这是三盆水，A、B、C。我请一位同学上来，先将左手浸入A盆，右手浸入B盆，10秒后，请迅速将两只手同时浸入C盆。好，请告诉大家你两只手此刻的感觉有什么不同？（学生体验并描述：一手感觉冷，一手感觉热）咦？同一盆C水，为什么给你的感觉一冷一热呢？这说明了什么？1.1引出核心问题：对，我们的感觉有时会“欺骗”我们，它不可靠、不客观。那么，在物理学中，我们如何科学、客观地描述物体的冷热程度呢？这就是我们今天要探索的核心问题。1.2明晰学习路径：要解决这个问题，我们需要一个可靠的测量工具——温度计。这节课，我们将一起探究温度计的秘密：它凭什么能告诉我们准确的温度？（原理）它上面的刻度是怎么来的？（温标）以及，我们怎样才能正确地使用它？（操作）让我们从最根本的概念出发，开始学习“温度与温度计”。第二、新授环节任务一：从“感觉”到“概念”——定义温度教师活动：首先，我们要给“冷热程度”一个科学的名称。基于刚才的体验，我们可以总结：温度就是表示物体冷热程度的物理量。大家想想，生活中哪些词其实就在描述温度？（学生可能说：炎热、冰冷、温热…）对，这些都是定性描述。物理学追求定量和精确，所以我们需要测量。这里老师要问一个关键问题：既然感觉不可靠，我们设计测量工具时，应该依据物体的什么客观性质呢？给大家一点提示：观察这个烧瓶里的红色液体，当我给它加热时，你看到了什么现象？学生活动：观察教师演示（加热插有细玻璃管的烧瓶），发现红色液柱上升。思考并讨论教师提出的问题，尝试回答：可以依据物体受热时会膨胀、遇冷时会收缩的性质来反映温度变化。即时评价标准：1.能否准确说出温度的定义。2.能否从演示实验中观察到“液柱高度变化”这一关键现象。3.能否将现象与“利用某种客观性质反映温度”建立初步联系，而非停留在“看颜色”等错误想法。形成知识、思维、方法清单：★温度的定义：温度是表示物体冷热程度的物理量，这是热学学习的起点概念。▲科学方法的萌芽：认识到感觉的局限性，是走向科学测量的第一步，体现了科学的客观性精神。转化思想初现：将无法直接测量的“冷热”转化为可以观测的“体积变化”，这是设计测量工具的核心思想。任务二：从“性质”到“工具”——初探温度计原理教师活动：大家抓住了关键——热胀冷缩。现在，请根据任务单的指引，利用桌上的小瓶、细吸管、红色水、橡皮泥，小组合作制作一个你们的“简易温度计”。（巡视指导）好，请各组展示成果，并测试：将它放入热水和冷水中，观察“液柱”如何变化。思考：你们的“温度计”能比较冷热吗？能说出具体的温度吗？为什么还不能？学生活动：动手制作简易温度计，体验将原理转化为实物的过程。测试并观察现象：入热水液柱上升，入冷水液柱下降。讨论并回答：能比较冷热，但不能测具体温度，因为吸管上没有刻度，不知道上升多少代表多少度。即时评价标准：1.制作过程中能否体现“液体密封”和“细管放大”效果这两个关键点。2.能否通过测试现象准确验证“热胀冷缩”原理。3.能否在对比中发现问题，意识到“仅有变化还不够，需要统一的标准（刻度）”。形成知识、思维、方法清单：★温度计的工作原理：常用液体温度计是根据液体的热胀冷缩性质制成的。这是理解所有相关现象的基石。★“放大”思想的应用：使用内径很细的玻璃管，可以使微小的体积变化转化为明显的液柱高度变化，便于观察，这是测量技术中重要的设计思想。模型建构过程：亲手制作是将抽象原理具体化、模型化的过程，深化了对“工具是原理的载体”这一关系的理解。任务三：从“任意”到“统一”——建立温标教师活动：大家发现了核心问题：需要刻度。这个刻度怎么定呢？难道我规定液柱到这里是“小明度”，你规定那里是“小红度”吗？（学生笑）当然不行，我们需要全世界都能懂的共同语言。物理学中常用的是摄氏温标。它是如何规定的呢？（播放动画或板画）我们把标准大气压下冰水混合物的温度规定为0摄氏度，沸水的温度规定为100摄氏度。那么0℃和100℃之间分成100等份，每一份就是1摄氏度。记作1℃。请同学们在任务单上，尝试在简易温度计的吸管图像上标出0℃和100℃的大致位置。想想，如果液柱在0℃以下，温度怎么读？学生活动：观看演示，理解摄氏温标两个关键定标点。在任务单图像上进行标注。思考并回答零下温度的读写方法，如零下5摄氏度写作5℃。即时评价标准：1.能否准确复述摄氏温标两个规定点的条件与温度值。2.能否在示意图上正确标出0℃和100℃位置。3.能否正确读写正、负温度值，特别是“”号的意义。形成知识、思维、方法清单：★摄氏温标的规定：标准大气压下，冰水混合物温度为0℃，沸水温度为100℃。这是温度计刻度的“标尺”，必须记准条件。★温度的单位与读写：“摄氏度”是单位，符号℃。读写如37℃、20℃。易错点在于“摄氏度”是一个整体单位，不能拆开读成“摄氏”和“度”。标准化的意义：温标是测量的“通用语言”，其统一是科学交流与合作的基础，体现了科学的普遍性。任务四：从“原理”到“结构”——认识实验室温度计教师活动：现在，我们把原理和标度结合起来，就是一支真正的温度计了。请各小组观察手中的实验室温度计，结合课件上的结构图，找找看：玻璃泡、毛细管、刻度、单位符号、量程、分度值都在哪里？思考两个关键设计：1.为什么玻璃泡要做得很薄？2.量程（如20℃~110℃）和分度值（如1℃）是根据什么来设定的？学生活动：仔细观察实物，识别各部件名称。触摸玻璃泡感受其薄壁。讨论教师问题，理解玻璃泡薄是为了让感温液体迅速与待测物体温度达到一致；量程和分度值是根据使用需要（如实验室常测水温）和精度要求设计的。即时评价标准：1.能否指认温度计的主要结构部件并说出其功能。2.能否说出“量程”和“分度值”的定义，并从所给温度计上正确读出。3.能否结合原理，对“玻璃泡设计”等细节做出合理解释。形成知识、思维、方法清单：★温度计的结构与术语：包括玻璃泡（感温）、毛细管（放大、显示）、刻度板、液柱。重点理解量程（测量范围）和分度值（最小刻度值），这是选择和使用任何测量工具前必须观察的两项。▲设计中的科学思维：每一个结构设计都服务于功能和原理。薄壁玻璃泡是为了减小热传递阻力，实现快速、准确测温，体现了设计的目的性。任务五：从“知道”到“做到”——学习使用与测量教师活动：工具在手，规矩在心。使用温度计有严格的规范，核心就是为了测量准确。请大家阅读教材使用注意事项，我们将其凝练为“三要三不要”口诀。现在，老师演示测量这杯温水的温度：一估（估测约40℃），二看（看清量程和分度值），三放（玻璃泡全浸入，不碰杯壁底），四等（待液柱稳定），五读（视线与液柱上表面相平），六记（带单位）。请各组按照任务单上的操作评价量表，开始测量你们桌上两杯水的温度，并记录数据。学生活动：学习“三要三不要”口诀（如：玻璃泡要全浸入、读数视线要与液面相平；不要超量程、不要碰器壁、不要离被测物读数）。观看教师规范演示。分组进行测量实践，一人操作，他人观察并依据量表评价操作是否规范，共同记录水温数据。即时评价标准：1.操作规范性：玻璃泡是否完全浸没且不触碰容器？是否待示数稳定后读数？读数时视线是否与液柱凸面（或凹面）最高处（水银）或最低处（酒精、煤油）相平？2.数据记录规范性：是否包括数值和单位？3.协作与评价：小组成员能否依据量表进行有效的互评与提醒。形成知识、思维、方法清单：★温度计的正确使用方法（“三不”原则为核心）：①不能测量超过量程的温度；②玻璃泡要与被测物体充分接触，不能碰容器底或壁；③待示数稳定后读数，读数时温度计不能离开被测物体（体温计除外）。这是必须掌握的技能核心。★读数要领：视线与液柱上表面相平。这是消除视差、确保读数准确的关键动作，需反复练习形成习惯。误差分析意识：每一项操作规则都是为了减小误差。例如，离开被测物体读数，会因为环境温度不同导致结果不准，这初步建立了测量中的误差控制观念。第三、当堂巩固训练

现在，我们通过一组分层练习来巩固今天所学。基础层（全体必做）：1.请写出图中温度计的示数（提供几个典型读数，包括零下温度）。2.判断下列使用方法的正误并改正：“用温度计搅拌烧杯中的水。”综合层（大多数学生完成）：3.一支温度计刻度均匀但示数不准，在标准大气压下放入冰水混合物中示数为4℃，放入沸水中示数为94℃。问用它测得某液体温度为31℃，实际温度是多少？此题综合考查温标原理与比例计算。挑战层（学有余力选做）：4.请根据液体热胀冷缩原理，设计一个可以粗略比较环境温度高低的简易装置（非液体温度计），画出草图并简述原理。此题开放，鼓励创新思维。反馈机制：基础题通过全班齐答或投屏展示答案快速核对。综合题请不同思路的学生上台讲解，教师点评其比例关系的建立过程。挑战题选取有创意的设计进行全班分享，教师点评其转化思想的运用。所有练习均强调错误归因，如基础题第2题，追问“为什么不能搅拌？”引导学生回归原理（防止碰破玻璃泡）与规则本身。第四、课堂小结

同学们，今天我们完成了一次从模糊感觉到精确测量的科学之旅。现在，请大家用1分钟时间，在笔记本上画一个简单的思维导图，梳理本节课的关键词（如：温度、原理、温标、结构、使用）。然后，同桌之间相互讲一讲：如果让你教一位小学生使用温度计，你会重点强调哪几点？为什么？

作业布置：必做作业：1.完成练习册本节基础习题。2.回家观察家用寒暑表和体温计，找出它们与实验室温度计在结构和用法上的异同，记录在作业本上。选做作业：查阅资料，了解除了摄氏温标，还有哪些温标（如华氏温标、热力学温标），它们是如何规定的？有什么用途？下节课我们请同学来分享。最后，留给大家一个思考题：我们自制的温度计不准，除了没有刻度，还可能因为什么原因？（提示：从材料、结构思考）我们下节课继续探究。六、作业设计基础性作业：1.背诵并默写温度的定义、摄氏温标的规定、温度计使用的“三不”原则。2.完成教材课后练习题中关于温度计读数和正误判断的题目。3.用实验室温度计的正确使用步骤，测量并记录家中自来水、凉白开、温水（不超过温度计量程）的温度各三次，求平均值，体会规范操作对数据稳定性的意义。拓展性作业：4.情境应用：小明生病了，妈妈用体温计给他测体温。请根据你观察到的体温计结构（特别注意其与实验室温度计的不同之处），写一段文字向小明解释：为什么体温计可以离开人体读数？使用前后为什么要甩一甩？5.微型项目：制作一份“实验室温度计使用指南”海报或电子小报，需包含结构图、操作步骤图解、注意事项和错误操作警示，力求生动形象。探究性/创造性作业：6.开放探究：利用网络或图书馆资源，探究“伽利略温度计”（又称空气温度计）的工作原理。尝试解释它是如何通过玻璃球中液体的升降来指示温度的，其原理与我们今天学的液体温度计有何本质不同？撰写一份不超过300字的探究报告。7.跨学科联系：查阅资料，了解温度在化学实验（如控制反应条件）、生物培养（如恒温箱）、地理气候研究中的重要性，列举23个实例，说明精确测量温度在这些领域的关键作用。七、本节知识清单及拓展★1.温度：表示物体冷热程度的物理量。是热学的基本概念。理解的关键在于将其与主观“感觉”分离，确立其客观性。★2.温度计的工作原理：常用液体温度计是根据液体的热胀冷缩性质制成的。这是将“温度”转化为“体积变化”进行测量的核心依据。★3.摄氏温标（℃）的规定：在标准大气压下，把冰水混合物的温度定为0摄氏度，把沸水的温度定为100摄氏度，中间等分100份，每份为1摄氏度。这是温度的“标尺”，必须连同“标准大气压”条件一起记忆。★4.温度计的主要结构：玻璃泡（内盛感温液体，感受温度）、毛细管（内径细，放大体积变化）、刻度板（标有温标和数值）。认识结构是理解其功能和使用方法的基础。★5.量程与分度值：量程指温度计所能测量的温度范围；分度值指温度计上相邻两条刻度线所代表的温度值。使用任何测量工具前，必须先观察这两项，这是科学测量的基本习惯。★6.温度计使用“三不”原则：(1)不能测量超过其量程的温度；(2)玻璃泡要与被测物体充分接触，不能碰到容器底或容器壁；(3)待温度计的示数稳定后再