《温度的感知与度量》-基于科学探究的初中物理预习教学设计

《温度的感知与度量》——基于科学探究的初中物理预习教学设计一、教学内容分析

本课内容隶属于《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。从知识技能图谱看，温度是定量研究热现象的逻辑起点与核心物理量，其准确测量是后续学习物态变化、内能及热量的基石。学生需达成“理解温度概念”、“会用常见温度计测量温度”及“了解体温计特点”等认知目标，其中“摄氏温度的规定”属于识记与理解层次，而“温度计的正确使用”则需达到独立应用的技能水平。在过程方法上，课标强调“经历科学探究过程”，本课将温度计的使用内化为一项探究活动，引导学生通过观察、比较、操作、归纳，掌握基本测量工具的使用规范，渗透“间接测量”、“工具放大”及“比较”等科学思想方法。就素养价值而言，本课是培养学生“科学探究”与“科学态度”的绝佳载体。从感知冷热到精确度量，体现了人类认识世界的理性精神；温度计的原理、使用与读数规范，则蕴含着严谨、求实、尊重证据的科学态度。这些素养将如盐溶于水般，融入“为什么体温计有缩口”、“如何减少读数误差”等具体问题的探究之中，实现知识学习与品格塑造的同构。

面向九年级暑期预习的学生，学情呈现多元特点。已有基础方面，学生对“冷热”有丰富的感性经验，能定性描述，但对“温度”这一科学量化概念模糊，普遍存在“温度即热量”等前概念。多数学生在生活中接触过温度计，但对其原理、种类及规范使用一知半解，操作中易犯玻璃泡触壁、视线不正等错误。兴趣点可能集中于体温计、新型测温技术（如红外测温仪）等生活应用。认知难点在于：理解温度计利用液体热胀冷缩性质将“感觉”转化为“可视刻度”的间接测量思想，以及掌握包含“估读”在内的规范读数方法。为动态把握学情，教学将通过“冷热水对比触摸”创设认知冲突，在“使用温度计测量水温”的实操环节进行巡视观察与个别指导，并设计分层随堂练习进行即时诊断。基于此，教学调适应提供差异化支持：对基础薄弱学生，提供图文并茂的操作步骤卡与读数辅助线；对理解较快学生，则挑战其解释非液体温度计（如金属温度计、红外测温枪）的工作原理，引导思维向深处漫溯。二、教学目标

知识目标方面，学生将能清晰表述温度是表示物体冷热程度的物理量，复述摄氏温度的规定方法（标准大气压下冰水混合物与沸水的温度），并能够准确说出常见液体温度计的工作原理是基于液体的热胀冷缩。他们不仅能识别温度计的基本结构（玻璃泡、毛细管、刻度等），更能规范描述其正确使用与读数步骤，辨析实验室温度计与体温计在量程、分度值及构造上的异同，从而建构起关于温度测量的层次化知识网络。

能力目标聚焦于科学探究与实践能力。学生将能独立、规范地完成使用实验室温度计测量液体温度的全流程操作，包括观察量程与分度值、正确放置与读取、记录数据（含估读）。在教师引导下，他们能通过对比实验，归纳总结温度计使用的关键要点与常见错误，并尝试对简单的生活测温现象（如为什么体温计离开人体后读数不变）提出基于原理的合理解释，初步展现基于证据的推理能力。

情感态度与价值观层面，期望学生通过从模糊感知到精确测量的探究历程，体会到科学工具对人类认知世界的重要拓展作用，激发对科学发明的好奇与敬意。在小组合作测量与讨论中，能耐心倾听同伴意见，协作完成实验任务，并养成如实记录实验数据、自觉遵守操作规范的科学态度，认识到严谨是获取可靠结论的前提。

科学思维目标旨在发展学生的模型建构与转换思想。重点引导他们将“冷热程度”这一模糊感觉，转化为“温度数值”这一精确量化模型，理解温度计是实现这种转化的物理模型。通过分析温度计的工作流程（感知温度→体积变化→液柱升降→对应读数），强化“间接测量”与“信号转换”的学科思维方法，并能够迁移思考其他测量工具（如弹簧测力计）中蕴含的类似思想。

评价与元认知目标关注学生的反思性学习能力。设计引导学生依据教师提供的“温度计使用评价量规”，对自身或同伴的实验操作进行简要评价与互评。在课堂小结时，鼓励学生回顾学习过程，反思“我是如何从不会用到会用的”、“哪个步骤最容易出错及原因”，从而提升对自身学习策略的监控与调节意识。三、教学重点与难点

教学重点确立为“液体温度计的正确使用与读数方法”。其核心地位在于，它是将温度概念从理论转化为实践、将科学知识落实为科学探究技能的关键枢纽。掌握这一技能，不仅直接满足了课标“会用常见温度计测量温度”的要求，更是后续所有涉及温度变化的定量实验（如探究水的沸腾特点、比较不同物质的吸热能力）得以顺利、准确开展的基础。从中考考点分析看，温度计的读数与使用规范是高频基础考点，常以实验题填空或选择题形式出现，是体现学生基本实验素养的“试金石”。

教学难点在于“理解温度计的测温原理与设计思想，并形成规范的读数习惯（包括估读）”。难点成因有二：一是原理的抽象性，学生需跨越从“感觉冷热”到“液体体积变化”再到“刻度标识”的多重转换，思维跨度较大；二是操作与读数的细节要求高，与学生日常生活经验可能冲突（如读数时温度计不能离开被测物体、视线需平视），且“估读”这一精密测量意识对多数学生而言是陌生概念。预设依据来自常见学情：学生在独立操作时常出现玻璃泡接触容器壁或底、读数时俯视或仰视等错误；在解释体温计“缩口”设计时，往往仅知其然（能离开人体读数）而不知其所以然（为何及如何实现），这表明其对原理的理解停留在表面。突破方向拟通过放大模型演示原理、分步骤慢动作模仿操作、设置典型错误情境辨析等手段实现。四、教学准备清单1.教师准备1.1媒体与教具：多媒体课件（含温度计发展简史微视频、各种温度计图片、读数练习）、温度计原理演示器（带放大效果的玻璃泡与毛细管模型）、实验室用温度计（每小组一支）、体温计（演示用）、热水、温水、冷水各一杯、保温杯。1.2学习材料：学生实验任务单（含操作步骤提示、数据记录表格、分层练习）、温度计使用评价量规卡片。2.学生准备

完成预习任务：观察家中的温度计（如有），记录其外观和一次读数；思考“仅凭感觉判断冷热可靠吗？请举例说明”。携带铅笔、刻度尺。3.环境布置

教室桌椅按四人小组合作形式摆放，预留讲台前方演示区。黑板划分出“核心概念区”、“探究要点区”与“疑问区”。五、教学过程第一、导入环节

1.情境创设与冲突激发：教师出示三杯水（一杯热水、一杯温水、一杯冷水，从外观上无法区分）。邀请两位学生志愿者上台，分别将左手浸入热水、右手浸入冷水约10秒后，同时将双手迅速浸入中间的温水杯。“请大家猜猜看，这两位同学此刻对中间这杯水温的感觉会是一样的吗？”等待学生猜测后，请志愿者描述真实感觉（一手感觉冷、一手感觉热）。此时，教师抛出核心问题：“看，我们的感觉‘欺骗’了我们！仅凭感觉来判断物体的冷热，可靠吗？在生活中，我们怎样才能客观、准确地知道物体到底有多冷或多热呢？”学生们，这就是我们今天要开启的探究之旅——如何精确地“测量温度”。

1.1建立联系与路径预览：“从模糊的‘冷热感觉’，到精确的‘温度数值’，人类发明了各种温度计。这节课，我们就化身小小科学家，首先来揭秘最常见的液体温度计是怎么工作的，然后亲手学会如何使用它来获得一个可信的测量结果。我们会从它的原理出发，一步一步掌握使用的秘诀。”第二、新授环节任务一：从感觉到尺度——探寻温度计的奥秘教师活动：首先明确概念：“在物理学中，我们把表示物体冷热程度的物理量叫作温度。感觉不可靠，我们就需要统一的尺子来测量它。”接着，播放一段简短的动画，展示伽利略气体温度计到现代液体温度计的演变脉络，大家看，早期的温度计连刻度都没有，它是如何一步步变得精准的？然后，出示实验室温度计实物与放大模型，引导学生有序观察：“请同学们拿起桌上的温度计，先别急着测量，像科学家一样先‘解剖’它。找找看，它由哪几部分构成？刻度上最小的格子代表多少？它能测量的最高和最低温度是多少？”巡视指导，提醒学生注意安全。学生活动：观看视频，感受科学工具发展的历程。动手观察温度计，识别玻璃泡、毛细管、刻度、单位符号（℃）等结构。重点观察量程和分度值，并口头描述：“我手中的温度计量程是…，分度值是…”。与同组同学交流自己的发现。即时评价标准：1.能否准确指认温度计的主要结构并说出其功能（如：玻璃泡是感温部分）。2.能否正确读出温度计的量程和分度值，表述清晰。3.观察过程中是否持握得当，有无鲁莽操作。形成知识、思维、方法清单：★温度定义：温度是表示物体冷热程度的物理量，是热学研究的起点。▲温度计发展史：了解从定性到定量、从粗糙到精确的工具演进，体会科技创新精神。★温度计结构：主要由感温泡（内储测温液体）、玻璃毛细管、刻度标尺三部分构成，认识结构是学会使用的前提。★量程与分度值：量程决定了测量范围，分度值决定了测量能达到的精确程度，使用前必须“先观察”，这是科学测量的规范第一步。任务二：原理初探——液柱为何会升降？教师活动：提出问题驱动思考：“温度计既没长眼睛，也没长手，它怎么就知道物体的温度呢？里面的红色（或银色）液柱为什么会上升下降？”让我们做一个大胆的推理：当你感觉热的时候，身体会怎样？（可能会出汗）物体受热时，它的某些性质会不会也‘膨胀’开？引导学生联系生活经验（如水泥路面留缝隙）。然后利用放大原理演示器，模拟玻璃泡受热时，内部液体体积明显膨胀，挤入毛细管使液柱上升的过程。“看，这就是温度计工作的‘秘密武器’——液体的热胀冷缩性质。所以，我们读到的不是温度本身，而是温度引起的‘体积变化’！”学生活动：结合生活经验进行猜想，观察教师的演示，理解温度计将看不见的“温度变化”转化为看得见的“液柱长度变化”的间接测量原理。尝试用自己的话向同桌解释：“温度计是靠里面液体的热胀冷缩来工作的。”即时评价标准：1.能否将观察到的现象（液柱升降）与“热胀冷缩”这一性质关联起来。2.解释原理时，是否表达了“转化”或“间接”测量的思想。形成知识、思维、方法清单：★测温原理：常用液体温度计是根据测温液体（如煤油、水银、酒精）的热胀冷缩性质制成的。这是整个温度测量技术的物理基础。▲间接测量思想：这是物理学中极其重要的方法，通过测量一个易观测的物理量（液柱长度）的变化来推知另一个不易直接观测的物理量（温度）的变化。★科学推理：基于现象和生活经验进行合理猜想，是科学探究的重要环节。任务三：规范初体验——测量一杯水的温度教师活动：提出明确任务：“现在，我们要用科学的方法，测量面前这杯水的温度。先别急，操作有规范。”教师进行规范化操作示范，采用“一步一停一强调”的方式：1.选：回顾量程，确认适用。2.放：玻璃泡完全浸入水中，不碰杯底和杯壁。“为什么不能碰？”（因为测的是水温，不是杯子的温度）。等待液柱稳定。3.读：温度计继续停留在水中，视线与液柱上表面相平。“如果俯视或仰视，会看到什么结果？我们来试试看。”4.记：读出数值，包括分度值以下的估计值，并注明单位。示范后，分发带有步骤图示的任务单。学生活动：仔细观察教师示范，特别是“放”和“读”两个关键动作。领取任务单，小组内分工协作（操作员、读数员、记录员、监督员），严格按照步骤测量指定水杯的温度，并将数据记录在表格中。过程中相互提醒、纠正动作。即时评价标准：1.“放”的环节：玻璃泡是否完全浸没且未接触容器。2.“读”的环节：是否待液柱稳定后，保持温度计在原位，且视线与液柱上表面相平。3.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“四字诀”：选（量程）、放（浸没、不触）、读（稳定、平视、估读）、记（数值+单位）。这是必须内化为肌肉记忆的核心技能。★读数规范：读数时温度计不能离开被测物体；视线必须与液柱上表面相平，否则会产生仰视（读数偏小）或俯视（读数偏大）的误差。▲估读的意义：物理测量中，通常要估读到分度值的下一位，这体现了测量的精确性要求。虽然温度计读数时估读不是绝对强制，但养成此习惯对培养严谨态度至关重要。任务四：深度辨析——实验室温度计与体温计教师活动：出示体温计，引导学生对比观察：“它和实验室温度计长得像，但似乎又有些不同。请大家做一回‘找不同’高手，从结构、量程、分度值上找找区别。”学生找出“缩口”结构后，追问：“这个小小的缩口，带来了什么神奇的功能？”（演示体温计离开人体后读数不变，但用力甩可让液柱回落）。“为什么实验室温度计没有这个设计？如果也做成这样，测水温方便吗？”通过对比讨论，引导学生理解工具设计是为了满足特定测量需求。学生活动：仔细观察体温计，与实验室温度计对比，找出差异点。思考并讨论“缩口”的作用，理解体温计可以离开人体读数的原因。尝试从使用场景（需要连续监控体温vs.测量瞬时温度）来理解两种温度计的设计差异。即时评价标准：1.能否找出至少两处结构或参数上的明显不同。2.能否正确解释体温计“缩口”设计与其“可离开人体读数”功能之间的关系。形成知识、思维、方法清单：▲工具适应需求：测量工具的设计基于特定使用场景和要求。实验室温度计用于实时测量，体温计用于读取最高温度。★体温计特点：量程小（35℃~42℃），分度值小（0.1℃），精确度高；有缩口设计，可使升上去的水银柱在离开人体后不回落，便于读数，使用前需用力甩下。★对比归纳法：通过比较两种相似仪器的异同，能更深刻地理解各自的特性和适用条件，这是一种高效的学习方法。任务五：概念锚定——摄氏温度的规定教师活动：回到刻度标尺：“我们一直说多少摄氏度，这个‘摄氏度’是怎么来的？它的刻度又是如何标定的呢？”结合课件图示，清晰讲解：“科学家们规定，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。然后在0度和100度之间等分100份，每一份就是1摄氏度。”在黑板上画出示意图，并拓展到0℃以下和100℃以上的刻度延伸原理。“所以，当我们说‘这杯水25℃’，意思就是它相当于从冰点到沸点这个温度区间的四分之一处。”学生活动：听讲并观看图示，理解0℃和100℃这两个关键刻度的规定方法。跟随教师的讲解，在脑海中或草稿上构建摄氏温标的刻度模型。尝试用这个规定去解释为什么温度计可以测量低于0℃和高于100℃的温度。即时评价标准：1.能否准确复述摄氏温标中0℃和100℃的规定条件。2.是否理解温度计刻度是等分刻线，并能据此进行简单的推算（如50℃的位置）。形成知识、思维、方法清单：★摄氏温度的规定：标准大气压下，冰水混合物温度为0℃，沸水温度为100℃。这是国际通用的摄氏温标（℃）的基石。★温标建立思想：通过确定两个固定的、可复现的“基准点”，再在两点间进行等分来建立测量标尺，这是一种普遍的科学标定方法。▲刻度的延伸：理解了0℃和100℃的规定，就理解了整个刻度标尺的“坐标系”，低于0℃和高于100℃的刻度是向两端的合理延伸。第三、当堂巩固训练

设计分层练习，学生根据自身情况至少完成A、B两组。

A组（基础应用）：1.读出PPT上展示的几支温度计（实验室温度计、寒暑表）的示数。2.判断关于温度计使用的几句话正误（如“测量水温时，可将温度计从水中拿出读数”）。

B组（综合辨析）：1.给出四幅测量水温的示意图（包含触碰杯底、仰视、正确操作、俯视），判断哪幅正确并解释错误原因。2.情境题：“护士用体温计给小明测体温后，读数是38.5℃。她未甩动温度计，又直接给体温正常的小红测量，则体温计显示读数可能是多少？为什么？”

C组（挑战迁移）：思考题：“除了液体温度计，你还知道哪些测温工具或现象（如根据鸣叫次数判断温度的蟋蟀、变色涂料）？它们可能的测温原理是什么？（提示：可从物体的其他性质随温度变化的角度思考）”

反馈机制：A、B组练习通过全班核对、举手统计方式快速反馈。针对B组第2题和C组题，抽取不同层次学生分享答案，教师点评并追问思维过程。展示典型的错误读数案例（如视线问题导致的错误），进行可视化纠错。第四、课堂小结

知识整合：教师引导：“同学们，今天我们共同完成了一次从‘感觉’到‘测量’的跨越。谁能用一句话，或者几个关键词，来梳理一下这节课的探索之路？”鼓励学生发言，并逐步在黑板上“核心概念区”形成结构化板书：一、温度（定义）→二、测量工具（温度计）→1.原理（热胀冷缩）→2.使用（选、放、读、记）→3.特例（体温计）→三、温标（摄氏温度规定）。

方法提炼：“回顾一下，我们今天是用了哪些方法来认识温度计的？”（观察法、比较法、实验操作法、模型法）。“最重要的收获，可能不仅仅是记住了步骤，而是明白了：面对一个测量工具，我们要先了解它的原理和结构，再用规范的方法去驾驭它，这样才能得到可信的数据。”

作业布置：必做作业：1.绘制本节思维导图。2.完成练习册上关于温度计读数和使用的相关基础习题。选做作业：1.查阅资料，了解华氏温标和热力学温标，并与摄氏温标进行简单比较。2.设计一个家用的小实验，用温度计连续测量一杯热水在室温下的降温过程，每隔2分钟记录一次温度，看看你能发现什么趋势。六、作业设计

基础性作业（必做）：1.概念梳理：用自己的话解释温度计的工作原理，并列出使用实验室温度计的四个关键步骤及注意事项。2.技能巩固：提供三幅不同示数的温度计图片（包含零上、零下），要求准确读数并记录。3.判断改错：列出几条关于温度计使用的常见说法（如“可以用体温计测量沸水温度”、“读数时视线可以随意”），判断正误并改正错误说法。

拓展性作业（建议大多数学生完成）：1.情境应用：撰写一份简短的“实验报告”，描述如何用温度计测量教室角落、窗边阳光下、走廊三个不同地点的空气温度，比较差异并尝试解释可能的原因。2.调查与思考：观察家中或公共场所出现的温度计（如冰箱显示、空调遥控器显示、电子温度计等），记录其显示的温度值，并思考它们与今天学习的液体温度计在显示方式上有何不同。

探究性/创造性作业（学有余力学生选做）：1.微型项目：“设计你的温度计”。尝试利用家庭易得材料（如小药瓶、细吸管、有色水），制作一个能够定性显示温度高低的简易装置，并说明其工作原理和局限性。2.跨学科探究：查阅资料，了解“温标”的发展历史（如华氏、摄氏、开尔文），撰写一篇短文，探讨不同温标产生的背景、优缺点及适用领域，思考统一度量衡在科学发展中的重要性。七、本节知识清单及拓展

★温度：表示物体冷热程度的物理量。是热学研究的核心引入量。教学提示：强调其“物理量”属性，需测量，区别于主观感觉。

★摄氏温度（℃）：规定标准大气压下，冰水混合物的温度为0℃，沸水的温度为100℃。在0和100之间等分100份，每份为1℃。教学提示：这是必须记忆的基准点规定，是理解所有摄氏温度读数的前提。

★液体温度计原理：根据测温液体（煤油、水银、酒精等）的热胀冷缩性质制成。认知说明：理解“间接测量”思想的关键——将温度变化转化为体积变化，再转化为液柱长度变化进行观察。

★温度计结构：主要由感温玻璃泡、内盛测温液体、毛细管、刻度标尺构成。教学提示：认识结构是学会使用和排除故障的基础（如玻璃泡破损则失效）。

★量程与分度值：量程指温度计所能测量的温度范围；分度值指相邻两刻度线所代表的温度值，决定了测量的精确程度。操作守则：使用任何测量工具前，都必须先观察这两项！

★温度计使用要点：概括为“选、放、读、记”。选合适量程；放时玻璃泡要全部浸入被测液体中，且不碰容器底和壁；读时要待示数稳定后，让温度计继续留在液体中，视线与液柱上表面相平；记录数值和单位，一般估读到分度值下一位。易错点：“放”的位置错误和“读”的视线错误是两大高频失分点。

▲体温计的特殊构造与使用：量程（35~42℃）、分度值（0.1℃）精确；有一处非常细的“缩口”，可使升上去的水银柱在体温计离开人体后不回落，便于读数，这也意味着使用前必须用力甩动使液柱降至35℃以下。对比学习：通过与实验室温度计对比，理解特殊设计服务于特殊需求（读取最高温度、方便携带读数）。

▲温度计读数中的“估读”：在初中物理测量中，刻度式仪器通常要求估读到分度值的下一位，这代表了测量的精密程度。虽然温度计读数对此要求不如刻度尺严格，但养成估读习惯（如36.5℃可读作36.50℃，体现0.1℃的分度值）是培养严谨科学态度的良好开端。

▲其他温度计简介：数字温度计（利用热电偶或热敏电阻）、红外测温仪（探测物体发射的红外辐射）、双金属片温度计（利用不同金属膨胀程度不同）。拓展视野：了解测量技术的多样性，体会原理的普适性（将温度变化转化为其他易观测物理量的变化）。

▲常见物态变化的温度节点（拓展联系）：标准大气压下，水的凝固点/冰的熔点0℃；水的沸点100℃；酒精沸点约78℃；水银凝固点39℃。前瞻性提示：解释为何不同温度计选用不同液体（量程需求），为后续物态变化学习埋下伏笔。八、教学反思

（一）教学目标达成度分析：从预设的当堂练习反馈与观察来看，知识目标（温度概念、摄氏温标规定）通过讲解与复述，90%以上的学生能够当堂掌握；能力目标（规范使用与读数）在小组实验环节表现积极，但巡视发现约30%的学生在初次“放”和“读”的环节仍需同伴或教师即时提醒，完全独立规范操作率约70%，说明技能的内化需要更多重复性练习。情感与科学思维目标在“冷热水感知冲突”导入和“原理探究”环节引发了广泛兴趣和思考，学生在解释体温计缩口作用时表现出的逻辑性，表明模型与转化思维得到了初步激发。

（二）核心环节有效性评估：1.导入环节的“冷热水实验”效果显著，迅速制造了认知冲突，将“需要精确测量”的动机自然植入学生心中。“你看，我们的感觉是不是有点‘不靠谱’？”这句话成功引发了共鸣。2.任务三“规范初体验”是本课重中之重。采用“慢动作”分解示范配合任务单图示，降低了技能学