科学新课：初一年级温度与质量测量探究

科学新课：初一年级温度与质量测量探究一、教学内容分析  本课内容锚定于《义务教育科学课程标准（2022年版）》中“物质的特性”这一核心概念，具体聚焦于“测量”这一基础性科学实践。从知识技能图谱看，“温度”与“质量”是刻画物质属性的两个基本物理量，其规范测量是学生进行后续定量科学探究（如密度、比热容研究）不可或缺的基石，认知要求需从生活经验层面的“感觉”上升到科学仪器层面的“精确测量与应用”。过程方法上，本课是学生系统接触规范化实验操作的起点，蕴含着“定性感知到定量描述”、“误差分析与控制”、“仪器规范使用”等关键的科学思想方法。我们拟通过“冷热感知挑战”、“天平平衡探秘”等活动，将这些方法转化为具身的探究体验。在素养价值层面，本课是培育学生“科学观念”（建立准确的物理量概念）、“科学思维”（基于证据的比较、推理）、“探究实践”（规范操作、合作设计）和“态度责任”（严谨求实的科学态度）的绝佳载体。例如，在讨论温度计设计原理时，可渗透“转化与放大”的工程思维；在强调测量规范时，可培养学生敬畏数据、尊重事实的科学精神。  从学情研判，七年级学生基于日常生活，对“冷热”“轻重”有丰富的感性经验，这正是教学宝贵的起点，但也可能形成“温度即冷热感觉”、“质量随形状位置改变”等相异概念（前概念）。同时，学生正处于从具体形象思维向抽象逻辑思维过渡的阶段，对仪器刻度、单位换算等抽象符号的理解可能存在障碍。为践行“以学定教”，我们将设计“前概念调查小问卷”和“操作预演”作为前测，动态诊断学生的认知起点与操作难点。基于诊断，教学将采取分层支持策略：对于操作不熟练者，提供“分步操作导引卡”和同伴助学；对于理解快速者，则设置“误差来源深度分析”、“自制简易测量工具”等挑战性任务。通过贯穿课堂的“即时点评”、“小组互评”和“关键操作录像回放分析”等形成性评价手段，持续捕捉学情变化，灵活调整教学节奏与支持力度。二、教学目标  知识目标：学生能够超越感性经验，科学界定“温度”与“质量”的概念，阐明常用温度计（液体温度计）和托盘天平的基本工作原理；能准确表述摄氏温度的规定方法、单位及符号，以及质量的国际单位及常见换算；在具体情境中，能正确进行温度计与天平的量程、分度值选择与读数。  能力目标：学生能够独立、规范地完成用液体温度计测量液体温度和用托盘天平测量固体质量的核心操作流程；能基于测量数据，进行简单的比较、记录与误差初步分析；在小组合作探究中，能初步设计简单的对比测量方案，并清晰地交流实验现象与结论。  情感态度与价值观目标：在测量活动中，学生能自觉表现出严谨、细致、实事求是的科学态度，尊重实验数据；在小组协作中，能主动承担角色任务，乐于分享观点并倾听他人意见；通过了解测量工具的发展史，感悟人类不断追求精确的探索精神。  科学思维目标：重点发展“转化与放大”的模型建构思维（理解温度计将温度转化为液柱长度）和“等量替代”的推理思维（理解天平平衡的本质）；通过分析“为什么不能用体温计测沸水温度”、“如何测量一枚回形针的质量”等问题链，锻炼在具体情境中应用原理解决实际问题的能力。  评价与元认知目标：引导学生借助“实验操作评价量规”进行自评与互评，反思自身操作规范性；在课堂小结环节，能用自己的语言梳理知识脉络，并识别出“读数时视线未与液面相平”、“调节平衡螺母前未归零”等典型易错点，初步形成对学习过程的监控与调节意识。三、教学重点与难点  教学重点：温度与质量概念的科学建构，以及液体温度计、托盘天平的规范使用操作。确立依据在于，这两个物理量是初中科学定量研究的逻辑起点，其概念理解的准确性与操作规范性直接决定了后续实验数据的可靠性与科学结论的有效性。从课程标准看，它们隶属于“科学探究”维度中“测量”这一基本技能，是学业质量描述中的基础要求；从学业评价导向看，仪器使用与读数是高频基础考点，且是综合性实验题的必备前置技能。  教学难点：一是对“质量是物体本身的一种属性，不随形状、状态、位置变化”这一抽象观念的理解与内化；二是测量操作中细节的规范性把握与误差意识初步建立。难点成因在于，前者需要学生克服“位置变化重力会变，所以质量也会变”等直观但错误的生活经验，实现认知跨越；后者涉及手眼协调、步骤记忆与理解等多重要求，对初学生而言易出现“知其然不知其所以然”的机械操作。突破方向在于：针对难点一，设计“橡皮泥变形前后”、“宇航员太空影像”等思辨情境，引发认知冲突，再通过精密天平实测数据形成认知顺应；针对难点二，采用“分步视频示范→关键动作分解练习→错误操作辨析”的螺旋式训练策略。四、教学准备清单  1.教师准备  1.1媒体与教具：教学课件（含温度计、天平结构动画，错误操作案例视频）；实物投影仪。  1.2实验器材：  分组器材（每46人一组）：不同量程的实验室温度计、体温计、寒暑表示例各一支；盛有不同温度温水、冷水的烧杯各一个；托盘天平及砝码一套；待测固体（如金属块、橡皮泥、一小袋食盐）；镊子。  演示器材：托盘天平模型（可拆卸）；红外测温枪；电子天平；航天员在空间站的相关图片或视频。  1.3学习材料：“前概念”微调查问卷；分层学习任务单（含基础操作步骤卡与拓展探究引导）；课堂练习分层题卡；实验操作评价量规（自评/互评表）。  2.学生准备  预习教材相关章节，思考“除了感觉，我们如何准确知道物体的冷热和轻重？”；携带笔和刻度尺。  3.环境布置  教室桌椅调整为适合小组合作的岛式布局；预留讲台前方区域用于演示与集中讲解。五、教学过程第一、导入环节  1.情境创设与认知冲突激发：  1.1（教师出示三杯水：一杯温水，一杯稍热，一杯稍冷）同学们，请大家先把左手食指放入温水，右手食指放入冷水中，保持30秒。  1.2（30秒后）好，现在请迅速将两只手指同时放入那杯温水中。告诉大家，你左手和右手感觉到的水温一样吗？（学生通常会惊呼“不一样！一只感觉热，一只感觉冷！”）  2.核心问题提出：  2.1看，我们的感觉会“欺骗”我们！同一杯水，竟然给了我们两种不同的“信号”。那么，我们如何才能客观、准确地描述物体到底有多热或多冷呢？（稍顿）同样，掂量一下课本和笔记本，我们能准确说出谁更“重”多少吗？  3.学习路径勾勒：  3.1今天，我们就化身“科学测量师”，一起闯过两关：第一关，解锁温度的精确测量密码，认识我们的好帮手——温度计；第二关，挑战质量的精准称量，驾驭精密的托盘天平。我们会从原理出发，掌握规范，最后成为能解决实际问题的测量小达人。带上你的好奇心和细心，我们的探索之旅，现在开始！第二、新授环节  任务一：揭秘温度计——从感觉走向数字  教师活动：首先，承接导入问题：“感觉不可靠，我们需要一个客观标准。”展示寒暑表、体温计、实验室温度计，设问：“它们长相不同，但都是温度计，核心原理可能是什么？”引导学生观察结构，聚焦玻璃泡和细管。然后进行演示实验：将温度计玻璃泡先后浸入热水和冷水中，请学生观察液柱变化。“大家猜猜，液柱为什么会上升下降？”鼓励学生联系生活经验（如水银、酒精热胀冷缩）。接着，讲解摄氏温度的规定，板书0℃和100℃的定义。重点引导：“现在，你能解释刻度是怎么来的吗？0到100之间平均分100份，每一份就是1摄氏度。”最后，通过课件动画，拆解“估、选、放、读、记”五个操作步骤，并特别用错误视频强调“读数时视线要与液柱上表面相平”。  学生活动：观察不同温度计，猜测其共同原理。专注观看教师演示，描述“放入热水液柱上升，放入冷水液柱下降”的现象，并尝试解释。理解摄氏温度的规定，跟随教师引导，在任务单上练习刻度划分。观看正确与错误操作对比视频，小组讨论错误所在，并跟随教师指令，进行空手模拟读数练习，强调视线角度。  即时评价标准：1.能否用“热胀冷缩”正确解释温度计工作原理。2.模拟读数时，身体姿态和视线方向是否规范。3.小组讨论时，能否指出视频中“俯视导致读数偏大”等错误。  形成知识、思维、方法清单：★温度概念：温度是表示物体冷热程度的物理量，测量需客观工具。★温度计原理：常用液体温度计根据液体热胀冷缩的性质工作。▲摄氏温度(t)：单位摄氏度(℃)，规定在标准大气压下，冰水混合物温度为0℃，沸水温度为100℃。★正确读数：视线应与温度计内液柱的液面相平，避免俯视或仰视。方法提示：“热胀冷缩”是许多测量工具的設計灵魂，体现了将不易直接观察的量（温度）转化为易观察的量（长度）的转化思想。  任务二：实战测温——规范操作我能行  教师活动：发布分组实验任务：测量两杯水的温度，并比较。巡视指导，重点关注：1.学生是否先估测水温并选择了合适量程的温度计。2.玻璃泡是否完全浸入且未接触杯壁杯底。3.是否待示数稳定后读数。4.记录是否带单位。对操作规范的小组给予即时表扬：“第三小组的配合真默契，一位同学操作，一位同学监督读数视线，还有一位记录，科学家的团队就是这样！”收集共性问题，如读数过早，进行集中点评。  学生活动：小组合作，按任务单步骤完成测量。先用手背轻触杯壁粗略估温，讨论选用哪支温度计。一人主操作，其他成员观察提示。待示数稳定后，轮流从不同角度读数，比较并确定最终值，记录在任务单上。对比两杯水的测量结果。  即时评价标准：1.实验前是否有“估测选程”的意识与行为。2.玻璃泡放置位置是否符合要求。3.是否等待足够时间让示数稳定后再读数。4.记录的数据是否包含准确的数值和单位“℃”。  形成知识、思维、方法清单：★温度计使用步骤：估（估测被测物温度）、选（选择合适的量程与分度值）、放（玻璃泡充分接触，不碰壁）、读（待稳定后平视）、记（数值+单位）。▲体温计特殊结构：缩口设计，允许离开人体读数，使用前需甩动。易错警示：“放”的环节接触不充分或位置不当，“读”的环节视线不正或未待稳定，是主要误差来源。方法提炼：规范操作是获得可靠数据的生命线，每一步都有其科学道理。  任务三：认识质量——属性探索与概念澄清  教师活动：举起一块橡皮泥，“同学们，我把它捏成小兔子形状，它的‘多少’变了吗？”引导学生从“物质多少”角度思考，引出“质量”概念，强调是物体所含物质的多少。提出挑战性问题：“质量会变吗？”展示情境：1.橡皮泥从球形压成饼状。2.冰熔化成水。3.课本从课桌移到书架，从地球带到太空（配合航天员图片）。组织学生小组辩论：“你认为质量变不变？说出你的理由。”在学生辩论基础上，演示或播放视频：用电子天平精确称量橡皮泥变形前后、冰块熔化前后的质量。总结强调质量是物体本身属性，与形状、状态、位置无关。  学生活动：思考教师提问，尝试从“物质多少”理解质量。针对三个情境展开激烈小组讨论，形成初步观点并陈述理由。观看演示实验，见证精确测量数据，与自己原有的猜想进行对比，修正认知。最终理解“属性”的含义。  即时评价标准：1.讨论中，观点是否基于“物质多少”这一核心进行论证。2.能否列举生活实例支持“属性”观点（如：铁块压成铁片，还是铁）。3.面对演示实验数据，是否表现出愿意依据证据修正观点的科学态度。  形成知识、思维、方法清单：★质量(m)概念：物体所含物质的多少。★质量的基本属性：质量是物体的一种基本属性，不随物体的形状、状态、位置和温度而改变。▲质量的单位：国际单位是千克(kg)，常用单位克(g)、吨(t)。换算关系：1t=10³kg，1kg=10³g。思维突破：克服“位置改变重力变，所以质量变”的前概念，是建立科学质量观的关键。通过思辨和实证，实现概念转变。  任务四：驾驭天平——感知平衡的艺术  教师活动：展示托盘天平，类比“跷跷板”，引入“平衡”概念。利用可拆卸模型，讲解各部分名称（底座、横梁、分度盘、指针、平衡螺母、托盘）及功能。动态演示调节横梁平衡：游码归零，观察指针偏转，口诀引导“左偏右调，右偏左调”。（边调边说：“大家看，指针现在偏向分度盘左边，说明左边重了，我们该把平衡螺母往哪边调？对，往右调，给右边加点‘力’。”）然后，演示称量过程：左物右码，用镊子由大到小加减砝码，最后调节游码，直至平衡。强调“不能再调平衡螺母”。板书：物体质量=砝码质量+游码示数。  学生活动：观察天平模型，理解“平衡”是测量的基准。跟随教师演示，空手模拟调节平衡螺母的动作，齐声记忆口诀。观察称量全过程，重点注意砝码的取用必须用镊子，以及读数时明确游码左边缘对应的刻度。  即时评价标准：1.能否正确说出“左偏右调，右偏左调”的调节原则。2.模拟操作中，能否体现游码使用前归零的意识。3.能否说出称量时，平衡螺母不能再动。  形成知识、思维、方法清单：★托盘天平工作原理：利用杠杆平衡原理（等臂杠杆）。★天平使用核心步骤：放（水平台）、归（游码归零）、调（调平衡螺母）、称（左物右码，镊子取码）、读（砝码加游码）、收。▲游码读数：以游码左侧边缘所对标尺刻度为准。易错警示：称量过程中调节平衡螺母是重大操作错误；用手直接抓取砝码会导致砝码生锈、质量不准。  任务五：合作称量——实践出真知  教师活动：发布进阶任务：1.测量金属块的质量。2.测量一枚回形针的质量（引导思考：一枚质量太小，直接测误差大，怎么办？启发“累积法”）。巡视中，重点观察：平衡调节是否到位；砝码取用是否规范；小组是否讨论出测量回形针的策略（测多枚求平均）。邀请成功使用“累积法”的小组分享思路。“太棒了！你们用‘测多算少’的方法解决了小物体测量的难题，这就是科学方法的魅力！”  学生活动：小组协作，完成金属块质量测量，互相检查步骤规范性。面对测量回形针的挑战，积极讨论，尝试不同方案。部分小组会想到测量10枚或20枚回形针总质量，再除以数量。记录数据，计算单枚质量。  即时评价标准：1.整个称量过程是否符合规范流程，尤其是砝码的取用与游码的调节。2.面对“测小质量”挑战，是否能主动思考并尝试应用“累积法”等策略。3.实验记录是否清晰、完整。  形成知识、思维、方法清单：★规范操作内化：通过实践固化天平使用技能。▲累积法测微小质量：当被测物体质量过小，小于天平最小分度值时，可测量多个相同物体的总质量，再除以个数，这是化“小”为“大”的测量策略。▲误差初步分析：测量值与真实值之间的差异叫误差。错误可以避免，误差只能减小（如改进方法、选用更精密的仪器）。科学精神：在测量中追求精确，在困难前积极寻求方法创新。第三、当堂巩固训练  基础层（全体必做）：1.读数练习：课件展示几组温度计（不同液面位置）和天平（含游码位置）的图片，进行快速读数抢答。2.判断改错：呈现几条关于温度和质量概念的陈述句，如“物体温度升高，质量一定增加”（错），进行辨析。  综合层（大部分学生完成）：情境应用题：“一位同学用体温计测量沸水温度，可能造成什么后果？为什么？”“厨房里有一包未拆封的食盐，如何利用家庭工具（如食品秤）大致比较它和一瓶500ml矿泉水哪个质量大？简述你的思路。”  挑战层（学有余力选做）：设计思维：“如果给你一根细玻璃管、一个有颜色的液滴、一个橡皮塞和一个小玻璃瓶，你能设计一个简易的温度计模型吗？请画出草图，并说明如何标定粗略的刻度。”  反馈机制：基础层练习通过集体口答、手势判断快速反馈。综合层练习采用小组讨论后代表发言，教师点评并提炼解题关键（如“仪器量程意识”、“转化比较思想”）。挑战层设计作为弹性任务，邀请有想法的学生简要分享，激发全班创新思维，不追求统一答案。第四、课堂小结  知识整合：不直接复述，而是引导学生以“我今天探索了……”为开头进行发言接龙，教师适时将关键词（温度、质量、温度计、天平、规范、属性）板书并连线，形成简易概念图。“看，这就是我们今天共同搭建的知识大厦。”  方法提炼：“回顾今天，我们用了哪些‘法宝’来攻克测量难题？”（引导学生说出：从感觉走向仪器——转化思想；测多算少——累积法；调节平衡——等量替代…）  作业布置与延伸：必做作业：完成课后基础习题，用思维导图梳理本节核心概念与操作要点。选做作业（二选一）：1.为家里的体温计或电子秤制作一份“使用说明书”（给长辈看）。2.设计一个小实验，验证“一块巧克力从固态熔化到液态，其质量是否变化”，并写下简要方案。“下节课，我们将带着今天掌握的测量本领，去探究一个更奇妙的特性——密度，看看它如何帮助我们鉴别物质的真伪。”六、作业设计  基础性作业：1.查阅教材，完整默写温度计和托盘天平的使用步骤及注意事项。2.完成配套练习册中关于温度读数、质量单位换算、天平读数的基础练习题。3.在家中寻找至少三种有质量标注的物品，记录其物品名称和标注质量（如：一袋牛奶250g），感受质量单位。  拓展性作业：1.情境应用题：阅读一篇关于“我国古代度量衡”的短文，思考并回答：古代“曹冲称象”的故事中，运用了怎样的科学原理来测量大象的质量？这与我们今天所学的知识有何共通之处？2.微型项目：小组合作，拍摄一段23分钟的“天平使用规范操作”微视频，重点展示“调平”、“称量”、“读数”三个环节，并配上解说。  探究性/创造性作业：1.家庭实验室：利用家用冰箱、温度计（或可显示温度的智能设备）等，探究“一杯热水在室温下自然冷却，其温度下降的速度是否均匀？”记录数据并绘制简单的温度时间变化曲线图，尝试描述你的发现。2.设计挑战：假设你要为盲人朋友设计一个能感知水温高低的辅助装置（不能直接用温度计读数），请画出设计草图，并说明你的设计思路和所用原理。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。其科学定义超越了主观感觉，必须依靠仪器客观测量。教学提示：可通过“同一杯水感觉不同”实验深刻体会。  2.★摄氏温度(℃)：摄氏温标的单位。规定标准大气压下冰水混合物温度为0℃，沸水温度为100℃，中间等分100份，每份1℃。易错点：书写时单位符号“℃”不能拆开，应作为一个整体。  3.★液体温度计工作原理：基于液体的热胀冷缩性质。温度变化→液体体积变化→细管内液柱高度变化。思维方法：体现了将不易直接测量的温度转化为容易观察的长度（体积）的“转化法”。  4.▲常见温度计：实验室温度计（量程一般20~110℃）、体温计（35~42℃，有缩口）、寒暑表（测气温）。核心区别：量程和分度值不同，用途不同，选择时“估测”是关键。  5.★温度计使用口诀：“估选放读记”。操作细节：“放”时玻璃泡要完全浸入，不碰壁底；“读”时要待示数稳定后平视。  6.▲体温计特殊结构：玻璃泡上方有一段非常细的弯曲缩口。作用：体温计离开人体后，水银遇冷收缩在此处断开，保证示数不回落，以便读数。使用前：必须用力甩几下，使升上去的水银回到玻璃泡内。  7.★质量(m)：物体所含物质的多少。这是物体本身的一种基本属性。概念辨析：质量不同于重量（重力），重力随地理位置变化，质量不变。  8.★质量是物体的属性：质量不随物体的形状、状态、位置和温度而改变。典型例证：铁块压成铁片，冰熔化成水，课本从地球带到太空，其质量均不变（假设无损耗）。  9.★质量的国际单位：千克(kg)。常用单位及换算：1吨(t)=1000千克(kg)；1千克(kg)=1000克(g)；1克(g)=1000毫克(mg)。生活感知：一个苹果约150g，一个鸡蛋约50g，一名中学生约50kg。  10.★托盘天平工作原理：等臂杠杆的平衡原理。当左右两盘力矩相等（即m物·L左=m码·L右，且L左=L右）时，横梁平衡，则m物=m码+m游码。  11.★托盘天平主要部件：底座、横梁、平衡螺母、指针、分度盘、标尺、游码、托盘、砝码。功能记忆：平衡螺母用于“调平”，游码用于“微调”，砝码是“标准质量块”。  12.★天平使用步骤口诀：“放水平、归游码、调螺母（左偏右调）、左物右码、先大后小移游码、读数求和、砝码归盒”。绝对禁忌：手直接拿砝码；称量过程中调节平衡螺母；超过量程。  13.★天平读数：物体质量=右盘中砝码总质量+游码在标尺上所对的刻度值（以左侧边缘为准）。单位统一：游码标尺通常以克为单位，读数时需注意分度值（如0.2g或0.1g）。  14.▲累积法测微小质量：用于测量质量远小于天平感量的物体（如一枚邮票、一粒米）。方法：测量n个相同物体的总质量M总，则单个质量m=M总/n。思维提升：这是“测多算少”、“化零为整”的思想，在测量其他微小量（如一张纸的厚度）时也常用。  15.★误差与错误：测量值与真实值之间的差异叫误差，任何测量都有误差，只能减小（如改进方法、取平均值、用精密仪器），不能消除。而错误（如看错刻度、操作不规范）是可以且必须避免的。态度养成：科学面对误差，严格杜绝错误。  16.▲电子天平与秤：现代常用测量工具，基于电磁力平衡或压力传感器原理，直接数字显示，操作简便。但其核心测量思想与托盘天平一致——与标准质量进行比较。  17.▲科学测量精神：追求精确、尊重事实、规范操作、团队协作。测量不仅是技能，更是科学探究的基石和严谨态度的体现。历史脉络：从古代的“掬手为升”到现代高精度仪器，是一部人类不断追求精确认识世界的奋斗史。八、教学反思  本次教学设计以“认知冲突探究建构分层应用”为主线，力求将科学素养的培养落到实处。回顾预设流程，以下方面值得深入反思：  (一)目标达成度的证据预设与分析  本课知识目标达成度，可通过课堂练习的正确率、小结时学生的自主梳理完整性来检验。能力目标的核心——“规范操作”，则严重依赖于课堂巡视的观察记录、学生实验视频的回放分析以及“操作评价量规”的自互评结果。情感与态度目标较为隐性，但可以从学生对待数据是否涂改、小组讨论是否有序、面对操作失误时的反应（是懊恼放弃还是调整重来）等细节中窥见一斑。预设的难点突破活动（如关于质量属性的辩论与演示）是关键的评估节点，需密切关注学生听演示讲解时的表情是“恍然大悟”还是“依旧困惑”。  (二)核心教学环节的有效性评估  1.导入环节：利用“感觉欺骗”创设冲突，预期能高效激发探究动机。但需控制时间，避免在“感觉”讨论上过度发散，应迅速聚焦到“如何客观测量”这一核心问题。心里要有个警钟：这个活动有趣，但只是“引子”，3分钟必须收拢。  2.任务二与任务五（分组实验）：这是能力培养的主阵地。有效性关键在于教师巡视的“质量”。不能仅是走马观花，而应带着明确观察焦点：哪几步学生最容易出错？哪些小组需要介入指导？能否发现共性问题作为生成性资源？我预设了“操作导引卡”作为支架，但对于能力较弱的小组，可能还需要教师或“小先生”的现场二次演示。  3.概念建构环节（任务一、三）：温度计原理和质量属性是概念难点。动画和演示实验直观有效，但必须配合有层次的问题链，引导学生从现象描述走向原理阐释。例如，不能只满足于学生说出“热胀冷缩”，还要追问“为什么胀冷就能测温度？”，引出“温度变化引起体积变化，我们通过测量体积变化来知道温度变化”的转化逻辑。质量属性的辩论，要鼓励学生用生活实例论证，教师最后用精密实验“一锤定音”，形成认知顺应。