基于核心素养与差异化教学的初中物理教学设计-以“温度”为例

基于核心素养与差异化教学的初中物理教学设计——以“温度”为例一、教学内容分析  本节课源于《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。课标要求“知道温度，会用常见温度计测量温度”，这构成了本课的知识技能锚点。在知识图谱上，“温度”是建立热学宏观感知的第一个物理量，它连接着学生“冷热”的生活体验与“内能”、“物态变化”等后续微观及理论概念，起着承上启下的枢纽作用。其认知要求从生活经验层面的“感觉”上升到科学测量层面的“定量描述”，是关键的科学观念飞跃。在过程方法上，课标强调“经历对物理现象的观察和实验过程”，这指向通过“温度计的使用”这一核心技能训练，引导学生体验“工具发明—改进—规范使用”的科学探究与技术创新历程，培养科学探究与实践能力。在素养价值层面，温度概念的建立过程是培育“物理观念”（物质观、能量观）的起点；对温度计原理的探究与改进思考，是发展“科学思维”（模型建构、科学推理）的载体；而规范使用温度计进行测量，则是养成“科学探究”态度与“科学态度与责任”（严谨、实事求是）的绝佳契机。  学情是教学设计的逻辑起点。八年级学生已积累丰富的“冷热”体感经验，但普遍存在“温度是感觉”的前科学概念，对“准确、定量测量”的必要性认知不足。他们对温度计这一日常工具有直观认识，但对其设计原理、使用规范常停留在“知其然”层面。潜在的认知难点在于：如何跨越从“感觉不可靠”到“工具测量可靠”的认知鸿沟；如何理解摄氏温标规定中“规定”二字所体现的人为约定性与科学合理性；在实操中，温度计的读数与规范操作是易错点。基于此，教学需创设认知冲突情境，暴露前概念的局限性；通过递进式探究任务，让学生亲历“需求产生工具建构规范形成”的完整过程。在过程评估上，将通过课堂设问、小组实验操作观察、随堂绘制原理示意图等方式动态诊断学情，并针对动手能力较弱的学生提供操作分步示范卡片，针对思维敏捷的学生设立即刻，引导他们思考温度计设计的优化方案，实现差异化支持。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，理解摄氏温标的规定方法，并能辨析“温度”与“温标”的概念区别；能清晰阐述常用液体温度计的工作原理，即“液体的热胀冷缩”特性，并能解释其刻度是如何均匀划分的；能独立、规范地使用实验室温度计测量液体温度，并正确读数与记录。  能力目标：学生通过观察对比不同测温方法，发展提出科学问题的能力；通过分析温度计的结构模型，提升将实际问题抽象为物理模型（将测温需求转化为对某一物理量变化的观测）的初步能力；在小组实验“用温度计测量水温”中，能严格按照操作流程协作完成，并初步具备处理简单实验数据（记录、比较）的信息处理能力。  情感态度与价值观目标：在体验“感觉不靠谱”的活动中，形成尊重客观测量、质疑主观经验的科学态度；在了解从伽利略气体温度计到现代多种温度计的发展简史中，感受技术进步对人类认知的推动作用，激发创新意识；在小组合作测量中，养成认真细致、相互协作的实验习惯。  科学思维目标：重点发展“模型建构”思维，引导学生将“感知冷热”这一模糊需求，逐步建构为“寻找一种随温度变化且变化显著的物理属性（如液体体积）”的科学模型；同时渗透“转换法”思想，即把难以直接测量的温度，转换为易于观测的液柱长度变化。  评价与元认知目标：引导学生依据教师提供的“温度计使用评价量规”，对同伴或自己的实验操作进行初步评价；在课堂小结时，能够回顾学习路径，反思“从生活经验到科学概念”的认知转变过程，说出“哪个环节的哪个活动让我恍然大悟”。三、教学重点与难点  教学重点：温度计的工作原理及其正确使用方法。确立依据在于，从课标角度看，“会用常见温度计测量温度”是明确的行为性要求，是衔接知识学习与科学探究实践的关键节点，属于本领域的“大概念”应用。从学业评价看，温度计的原理（特别是对“热胀冷缩”特性的理解）和使用规范（估读、视线要求、测量禁忌）是各类测评中的基础高频考点，直接关系到后续热学实验数据的可靠性与科学性，是体现能力立意的操作基石。  教学难点：摄氏温标中“规定”与“分度”方法的理解，以及温度计读数时“零上”与“零下”的区分与记录。预设依据源于学情：首先，学生对“规定”的认知往往感到抽象，难以理解为何恰好是冰水混合物和沸水，以及为何等分100份，这需要跨越从“接受事实”到“理解约定”的思维跨度。其次，在读数环节，尤其是液柱在零摄氏度以下时，学生容易混淆“温度值”与“长度值”的对应关系，常出现读错正负或读错分度值的典型错误，这源于对温标“双向性”和“连续性”的认知不足。四、教学准备清单1.教师准备1.1媒体与教具1.多媒体课件（包含对比图片、温度计发展史动画、错误操作辨析图）。2.演示用：实验室温度计、寒暑表、体温计各一支，烧杯两个（分别装热水、冰水混合物），热水瓶，红色墨水。3.气体温度计模型（自制简易U形管装置）或动画模拟。1.2学习材料4.“探究温度计的秘密”学习任务单（含原理图绘制区、实验记录表格）。5.“温度计使用评价量规”卡片。6.分层巩固练习活页。2.学生准备7.预习教材，思考“除了用手摸，还有哪些方法可以判断物体的冷热？”8.以小组为单位，每组配备：实验室温度计一支、烧杯三个、冷水、温水、热水适量、擦布一块。3.环境布置9.学生分组（46人异质小组）就坐，便于讨论与实验。10.黑板划分为三个区域：核心概念区、原理图示区、疑难问题区。五、教学过程第一、导入环节1.创设冲突情境：同学们，今天的天气是冷是热？你们是怎么判断的？嗯，有的说看天气预报，有的说凭感觉。现在，请伸出你的双手，左手摸一下桌面的金属部分，右手摸一下桌上的课本，停留几秒钟……告诉我，哪边感觉更凉？对，几乎都回答金属更凉。那么，如果我告诉你们，这张金属桌板和这本课本在同一个房间里已经放了很久，它们的温度其实是一模一样的！你们相信吗？1.1驱动问题提出：看大家的表情，有的惊讶，有的怀疑。这就引出了我们今天的核心问题：我们的感觉可靠吗？如何才能客观、准确地测量物体的冷热程度呢？1.2勾勒学习路径：感觉不靠谱，我们就需要请出可靠的“裁判官”——温度计。这节课，我们就一起来当一回“科学侦探”：第一，搞清楚这个裁判凭什么能断案（原理）；第二，学会看懂它的判决书（读数）；第三，亲自用它来裁断几个案子（测量）。让我们一起揭开“温度”的科学面纱。第二、新授环节任务一：从“感觉”到“测量”——建立温度概念教师活动：首先，我们要给“物体的冷热程度”一个科学的命名，这就是“温度”。（板书核心概念）刚才的“左右手实验”告诉我们，单凭感觉判断温度容易“受骗”。（展示图片：沙漠中日光下的石头和阴影下的沙子）在更极端的情况下，感觉甚至会带来危险。那么，古人、我们的祖先是怎样尝试更客观地判断温度的呢？大家能想到什么方法？对，比如观察冰是否融化、看是否呵出白气。这些方法虽然比单纯感觉进了一步，但依然不够精确、无法量化。这就催生了对精密测量工具的迫切需求。学生活动：聆听、思考，联系生活经验回答古人可能的测温方法（如观火候、察物态），初步认识“感觉”的局限性，并理解从“定性”到“定量”是科学发展的必然趋势。即时评价标准：1.能否从教师引导的实例中，概括出“感觉具有主观性、不可靠”的结论。2.能否举出至少一个生活中依赖工具而非感觉判断温度的例子。形成知识、思维、方法清单：★温度定义：表示物体冷热程度的物理量。其科学价值在于实现了对“冷热”这一宏观属性的客观化、定量化描述。教学提示：此处可强调“程度”二字，为引入“测量”做铺垫。▲测温需求的发展：从依赖主观感觉，到利用物态变化等自然现象间接判断，再到发明专用测量工具，体现了人类对精确认识世界的不断追求。这是科学与技术互动的生动案例。科学思维渗透：初步建立“将模糊的感官属性转化为可测量的物理量”的模型化思想萌芽。任务二：揭秘“裁判”依据——探究温度计工作原理教师活动：要发明一个测量温度的工具，关键是要找到一种能随温度变化、并且变化有明显规律的“东西”。（出示自制气体温度计模型：一个带细玻璃管的烧瓶，管中有一段液柱）大家看，这是一个简易的“测温装置”。如果我用手握住烧瓶，给里面的空气加热，大家猜猜液柱会怎么动？来，我们请一位同学上来试试，并大声告诉同学们你看到了什么现象。“液柱向管口移动了！”非常好！这说明了什么？对，空气受热膨胀了。那么，如果我放开手让它冷却呢？“液柱又缩回去了！”太棒了！这个小小的变化，就是我们需要的“信号”！我们把这种性质叫做“热胀冷缩”。（板书原理）实际上，大多数常见的液体也具有这种性质，而且比气体更稳定、更易于观察。所以，我们常用的温度计大多是液体温度计。学生活动：观察教师演示，预测并验证现象，亲身体验“热胀冷缩”带来的可视效果。理解温度计工作的核心物理原理是将看不见的“温度变化”转换为看得见的“体积变化”（液柱长度变化）。即时评价标准：1.能否准确预测并描述演示实验中液柱的运动方向。2.能否用“热胀冷缩”解释观察到的现象，并说出这是将温度变化“转换”成了什么的变化。形成知识、思维、方法清单：★温度计工作原理：根据液体（或气体）热胀冷缩的规律制成。这是温度计设计的物理基础，是整个热学测量工具的共性原理。★转换法：温度测量中的核心科学方法。将无法直接观察的温度变化，转换为易于观察和测量的液柱长度（体积）变化。这是物理学中一种重要的间接测量思想。探究意识培养：引导学生思考“为何常用液体而非气体？”（稳定性、安全性），鼓励学有余力的学生课后查阅资料，了解酒精温度计和水银温度计各自的优缺点。任务三：制定“判决”标准——认识温标（摄氏温标）教师活动：原理有了，我们能让液柱动起来了。但液柱动多少代表“多热”呢？我们需要给它标上“刻度”，制定一个大家公认的标准，这就是“温标”。最常用的是摄氏温标。它是如何规定的呢？请大家看实验：（展示冰水混合物）这个烧杯里是冰和水共存的状态，我们规定此时温度计的示数为0摄氏度。（将温度计玻璃泡完全浸入，待液柱稳定后，在课件动画上标出0℃点）（接着，将温度计玻璃泡移至标准大气压下的沸水中）这是沸腾的水，我们规定此时温度计的示数为100摄氏度。（同样，标出100℃点）那么，0和100之间怎么办？对，均匀地分成100等份，每一份就是1摄氏度。记作1℃。那么，0℃以下呢？同样，从0点向下也均匀延伸划分。所以，温度计上的刻度是均匀的，这得益于液体在常用温度范围内近似均匀的热胀冷缩。学生活动：仔细观察教师演示，理解“规定”的含义。跟随教师的讲解，在任务单的空白温度计示意图上，尝试标出0℃和100℃的位置，并理解其间等分的意义。思考“均匀刻度”的前提是什么。即时评价标准：1.能否复述摄氏温标两个规定点的名称和温度值。2.能否在示意图上正确标出0℃和100℃的大致位置，并理解“等分”概念。形成知识、思维、方法清单：★摄氏温标的规定：在标准大气压下，冰水混合物的温度为0℃，沸水的温度为100℃。中间等分100份。这是国际通用的温度标定方法，是一种“约定俗成”的科学规范。★温度的单位：“摄氏度”，符号℃。读写规范：如“37摄氏度”或“37℃”，不可读作“摄氏37度”。易错点提醒：强调“标准大气压”这一前提条件（可简要说明气压对沸点的影响，为后续学习埋下伏笔）。解释“规定”的科学合理性：选取自然界中稳定、可复现的状态作为基准点。任务四：学看“判决书”——温度计的读数与记录教师活动：（出示一支实验室温度计模型，投影放大）现在，我们的温度计有了刻度，成了一名合格的“裁判”。但它做出的判决——这根液柱顶端指着的刻度，我们该怎么读、怎么写呢？大家注意几个关键点：首先，认清量程和分度值。量程是它能测量的温度范围，分度值是最小一格代表多少℃。（指向投影）大家看，这支温度计的分度值是1℃还是0.1℃？对，是1℃。其次，视线要与液柱上表面相平。（教师示范正确与错误视角）俯视会怎么样？对，读数偏大。仰视呢？读数偏小。最后，读数时温度计不能离开被测物体，而且要等待液柱稳定后再读。现在，请大家看屏幕上几个液柱位置（分别显示在0℃以上、以下），请在任务单上写出正确的读数。写完同桌交换检查。学生活动：观察投影，学习识别量程和分度值。模仿教师动作，练习“视线相平”的操作要领。进行读数练习，特别注意零上零下的判断和记录（如4℃）。通过互检，巩固读数规范。即时评价标准：1.能否正确说出给定温度计模型的量程和分度值。2.在练习中，能否正确读出包括零下温度在内的示数，并规范记录（带单位、负号）。形成知识、思维、方法清单：★温度计读数三要素：一看量程分度值，二看零上或零下，三要平视待稳定。这是确保测量结果准确无误的操作口诀。★正确记录：包括数值和单位，零下温度必须标明“”号。这是科学表述的基本要求。常见错误辨析：重点对比“俯大仰小”的误差分析，通过作图讲解为何会产生这种误差，将操作规范与光学原理（视线）初步结合。任务五：实战演练——用温度计测量水温教师活动：现在，轮到各位小科学家亲自上场了！请各小组拿出实验器材。我们的任务是：测量面前三个烧杯中（分别编号A、B、C）水的温度。操作前，请大家快速阅读教材上的使用注意事项，并结合“评价量规”卡片，明确规范。（巡视指导，重点关注：1.温度计玻璃泡是否完全浸入且不碰杯壁/底；2.读数时机和视线是否正确；3.小组分工合作是否有序。对操作困难的学生，提供分步图示卡片辅助。）学生活动：小组合作，明确分工（操作员、读数员、记录员、检查员）。按照规范步骤测量三杯水的温度，并将数据记录在任务单表格中。相互提醒操作要点，参考评价量规进行组内互评。即时评价标准：1.操作规范性：玻璃泡放置位置是否正确；是否待示数稳定后读数；读数时视线是否平视；温度计取出后再读数视为不规范。2.数据记录完整性：是否包含数值、单位，记录是否清晰。3.协作有效性：小组内是否有明确分工，能否安静、有序地完成实验。形成知识、思维、方法清单：★温度计正确使用方法：估、选、放、读、记。估估测被测物温度；选选择合适的量程和分度值的温度计；放玻璃泡全部浸入，不碰壁底；读视线平视，稳定后读；记正确记录。这是必须掌握的实验技能。▲实验室温度计与体温计结构区别（拓展）：实验室温度计不能离开被测物体读数，因为它在缩口处无特殊设计。而体温计有缩口，可离开人体读数。此处可展示实物对比，引发思考。科学态度养成：通过严谨的测量实践，强化实事求是、尊重数据的科学态度，体验合作学习的效率与乐趣。第三、当堂巩固训练  现在，我们来检验一下今天的学习成果。请大家根据自身情况，选择完成以下题目：  基础层（必做）：1.如图1所示，温度计的示数为_____℃。2.判断：体温计也可以用来测量沸水的温度。（）3.使用温度计测液体温度时，为什么要求玻璃泡完全浸入且不接触器壁？  综合层（鼓励完成）：4.一支刻度均匀但刻度线位置不准的温度计，在标准大气压下，插入冰水混合物中示数为4℃，插入沸水中示数为94℃。用它测量一杯温水，示数为58℃，则这杯温水的实际温度是多少？（提示：先找出不准的温度计上每1格代表的实际温度值）5.简述“左右手实验”中，为什么感觉金属比书本凉，并指出这个实验说明了什么科学道理。  挑战层（学有余力选做）：6.（跨学科联系）查阅资料，了解自然界中是否存在“反热胀冷缩”现象的物质（如04℃的水），并思考如果用水做温度计，在04℃范围内可能会遇到什么问题？7.设计一个方案：如何用一支实验室温度计、一杯热水和一杯冰水，大致标定出40℃的刻度线？  反馈机制：学生独立完成后，小组内交换基础层答案互评，教师公布综合层第4题的关键解题思路（找出每格实际代表的温度值100℃94−4\frac{100℃}{944}94−4100℃​）。展示挑战层第6题的背景知识（水的反常膨胀），并邀请有想法的学生分享第7题的简易方案（如用混合法或比例估算法）。收集典型错误（如读数时不看零刻度线位置、计算题不理解比例关系），进行集中点析。第四、课堂小结  同学们，这节课的探索之旅即将结束。我们来一起梳理一下收获。请大家用一分钟时间，在笔记本上画一个简单的思维导图，中心词是“温度”，你能延伸出哪些分支？（请几位学生分享他们的结构图，教师板书画出核心框架：定义→测量工具→原理（热胀冷缩/转换法）→温标（摄氏规定）→使用（方法、读数）。）  回顾我们开始的疑问：“感觉可靠吗？如何准确测量？”现在你有答案了吗？我们不仅找到了可靠的裁判——温度计，还弄懂了它判案的原理、学会了它的语言、并亲自进行了审判实践。最重要的，是我们掌握了一种科学思维：当感觉和经验不靠谱时，我们要善于创造和使用工具，用客观、定量的方法去认识世界。  作业布置：  【必做】1.完成教材本节后的基础练习题。2.回家后，用体温计（在家长指导下）正确测量自己和一位家人的体温，并记录数据，对比是否在正常范围内。  【选做】1.查阅资料，了解一种非接触式测温仪（如红外测温枪）的工作原理，并与今天学的液体温度计进行对比。2.思考：如果没有温度计，你能设计出其他粗略比较两杯水温度高低的方法吗？（要求安全、可操作）六、作业设计  基础性作业：  1.填空题：温度是表示物体_____的物理量；常用温度计是根据______的原理制成的；摄氏温度的规定是：把标准大气压下_______的温度规定为0℃，_____的温度规定为100℃。  2.读出下图中各温度计的示数：甲：____℃，乙：____℃。（配以分别显示在0℃以上和以下的温度计图示）  3.列举使用实验室温度计时三个需要注意的操作要点。  拓展性作业：  4.情境应用题：小明的妈妈准备给婴儿冲泡奶粉，说明书要求用40℃左右的温水。家中有一支量程为0100℃的实验室温度计。请你为小明设计一个安全的操作方案，来帮助妈妈获得合适温度的水。方案需包含步骤和注意事项。  5.观察与比较：观察家中或社区的寒暑表、体温计，与实验室温度计对比，完成下表（比较项目：量程、分度值、构造特点、用途）。  探究性/创造性作业：  6.微型项目：制作一个“土温度计”。利用一个透明小瓶、一根细吸管、少许带颜色的水（可加一点酒精防冻），尝试制作一个能显示温度变化的简易装置。测试它能否显示出手掌温度与室温的差别，并思考它的不足之处及可能的改进方向（以图文或短视频形式记录过程）。  7.资料研习：了解“温标家族”的其他成员，如华氏温标、热力学温标（开尔文温标）。写一篇300字左右的简介，说明它们与摄氏温标的关系、换算方法及主要使用领域。七、本节知识清单及拓展  ★1.温度：物理意义是表示物体冷热程度的物理量。是热学体系的起点物理量，实现了对“冷热”的客观量化。  ★2.温度计工作原理（液体）：核心依据是液体的热胀冷缩性质。这是所有基于体积变化的测温设备的共同物理基础。  ★3.转换法：温度计设计的核心科学方法。将难以直接观测的温度变化，转换为易于观测的液柱长度（体积）变化。此方法在物理实验中广泛应用。  ★4.摄氏温标（℃）的规定：在标准大气压下，冰水混合物的温度定为0摄氏度，沸水的温度定为100摄氏度。两点之间均匀划分100等份，每份为1℃。  ★5.温度计使用步骤口诀：估选放读记。尤其注意“放”：玻璃泡要全部浸入被测液体，不接触容器壁和底；“读”：待示数稳定后，视线与液柱上表面相平。  ★6.温度计读数要点：先看量程和分度值；明确是零上（液柱在0刻度以上）还是零下（液柱在0刻度以下）；平视读数；记录时包含数值和单位，零下温度要加“”号。  ▲7.常见温度计对比：实验室温度计（量程常为20~110℃，无缩口，不能离开被测物读数）；体温计（量程35~42℃，有缩口，可离开人体读数，使用前需甩动）；寒暑表（量程约30~50℃，用于测气温）。  ▲8.“热胀冷缩”的微观解释（拓展）：温度升高，物体内分子平均动能增大，分子运动加剧，分子间平均距离增大，导致宏观体积膨胀。反之亦然。此解释将宏观现象与微观本质初步联系。  ▲9.温度计发展简史：从伽利略的气体温度计，到托里拆利等人的液体温度计，再到华伦海特、摄尔修斯等对温标的完善，是一部科学创新与技术改进的历史。  ▲10.温度的估测（生活物理）：人体正常体温约37℃；洗澡舒适水温约40℃；1标准大气压下冰水混合物0℃，沸水100℃；室温舒适范围约2026℃。八、教学反思  （一）目标达成度分析。从当堂巩固训练的基础层答题情况来看，超过90%的学生能正确读出温度计示数并判断基本操作正误，表明核心知识与技能的“保底”目标基本实现。在“探究温度计秘密”任务单的原理图绘制部分，多数学生能标出热胀冷缩的箭头示意，但约30%的学生对“转换法”的文字表述仍显生硬，说明科学方法的内化需要更长期的渗透。情感目标在实验环节表现突出，小组合作井然有序，学生对待读数的态度普遍认真，初步体现了科学态度的养成。  （二）环节有效性评估。导入环节的“左右手实验”成功制造了认知冲突，学生惊讶的表情和热议是投入学习的良好开端。任务二（探究原理）的简易气体温度计演示效果显著，比单纯讲解或播放动画更具冲击力，“液柱真的在动！”这种直观体验胜过千言万语。任务五（测量水温）的实