初中科学七年级下册《升华与凝华》教学设计

初中科学七年级下册《升华与凝华》教学设计

  一、教材与学情分析

  本节课选自浙教版初中科学七年级下册第四章《物态变化》的第四课时。在知识体系上，学生已经系统地学习了物质的熔化与凝固、汽化与液化这四种物态变化过程，初步建立了物态变化伴随着吸热放热、温度可能变化的物理观念，并掌握了用图像描述物态变化过程的科学方法。这为本节课学习“升华”与“凝华”这两个直接跳过液态阶段的物态变化奠定了坚实的认知基础。升华与凝华是生活中常见但学生往往“视而不见”或“知其然而不知其所以然”的现象，它们完善了六种物态变化的完整图景，是学生构建系统化物质变化观念的关键一环。

  从学情来看，七年级学生正处于从具体形象思维向抽象逻辑思维过渡的关键期，他们好奇心强，乐于动手和观察，但对现象背后的微观本质理解存在困难。学生可能通过生活经验知道“樟脑丸变小了”、“冬天玻璃上的冰花”，但普遍缺乏将这些现象进行科学归类和深入解释的能力。同时，他们对实验有浓厚兴趣，但设计对比实验、控制变量的能力尚在发展中。因此，教学设计需从学生熟悉的真实情境出发，通过一系列直观、震撼的演示实验和学生探究活动，引导他们从现象观察走向概念建构，并尝试运用初步的分子动理论进行解释，实现从宏观辨识到微观探析的科学思维跨越。

  二、教学目标

  基于《义务教育科学课程标准（2022年版）》对物质科学领域的要求，围绕核心素养的培育，制定本节课的三维教学目标如下：

  （一）知识与技能

  1.能准确说出升华和凝华的概念，明确升华是物质从固态直接变成气态的过程，凝华是物质从气态直接变成固态的过程。

  2.能列举生活中常见的升华和凝华现象，并能用所学知识进行初步解释。

  3.理解升华过程需要吸热，凝华过程需要放热，并能运用这一原理解释相关技术应用和自然现象。

  4.能在物态变化的全景图中准确识别和标定升华与凝华，完善对六种物态变化关系的认知结构。

  （二）过程与方法

  1.通过观察碘的升华与凝华、干冰系列实验等，学习观察、描述和记录实验现象的科学方法。

  2.经历“现象-问题-猜想-实验-结论”的探究过程，初步体验科学探究的基本思路。

  3.尝试运用比较、分类、归纳等思维方法，将升华、凝华与已学的物态变化进行对比，找出异同，构建知识网络。

  4.学会利用概念图或思维导图工具，梳理物态变化之间的相互关系。

  （三）情感态度与价值观

  1.通过感受升华与凝华现象的神奇与美妙，激发探索自然现象内在规律的好奇心和求知欲。

  2.通过了解升华与凝华在科技（如航天器热防护、食品冻干技术）、生产（如人工降雨）和生活中的应用，体会科学技术对社会发展的推动作用，认识科学学习的价值。

  3.在小组合作探究中，养成认真观察、如实记录、合作交流的科学态度。

  三、教学重点与难点

  （一）教学重点

  1.升华和凝华的概念建立及其吸放热特点。

  2.识别和解释生活中的升华与凝华现象。

  （二）教学难点

  1.理解升华与凝华是物质在固态与气态之间直接转化的过程，无需经过液态。

  2.从微观分子运动的角度，初步解释升华与凝华发生的机理。

  四、教学准备

  （一）实验器材（分组与演示）

  1.演示实验一组：密封玻璃管（内置少量碘颗粒）、酒精灯、铁架台、石棉网、大烧杯、热水、镊子；干冰若干块、保温箱、热水、肥皂液、气球、塑料盒；废旧日光灯管用钨丝。

  2.学生分组实验（4人一组）：小烧杯、少量碘颗粒、盛有凉水的表面皿、保鲜膜、橡胶手套。

  （二）多媒体资源

  1.自制微课视频：《寻找身边的升华与凝华》。

  2.动画课件：动态展示六种物态变化的相互关系图；模拟升华与凝华的微观分子运动过程。

  3.图片素材：衣柜中的樟脑丸、冬季窗玻璃上的冰花、雾凇、霜、雪景、舞台烟雾效果、食品冻干过程、卫星发射等。

  （三）学习任务单

  设计包含观察记录表、概念辨析题、现象解释题和知识结构图的任务单，贯穿课堂始终。

  五、教学过程设计

  （一）情境导入，设疑激趣（预计时间：5分钟）

    师：（播放一段精心剪辑的短片，画面依次呈现：①衣柜角落里逐渐变小的樟脑丸；②寒冬清晨，室内温暖玻璃窗上凝结的美丽冰花；③舞台上演员脚下弥漫的白色“仙气”；④从冰箱冷冻室拿出的冷冻食品包装袋内出现的白色“雪花”。）同学们，刚才短片中这些奇妙的现象，你们在生活中见过吗？你们是否曾好奇过它们是如何发生的？与我们之前学过的熔化、凝固、汽化、液化有什么联系和区别呢？

    生：（观看短片，被熟悉又陌生的现象吸引，产生认知冲突，纷纷议论。）樟脑丸好像直接“消失”了；冰花是水蒸气直接变成的吗？舞台上的雾是怎么来的？冰箱里哪来的雪？

    师：这些看似神秘的现象，其实都蕴含着同一个科学原理。今天，我们就一起揭开它们的面纱，探索物态变化家族中最后两位成员——“升华”与“凝华”的奥秘。（自然引出课题，并板书：升华与凝华）

  （二）实验探究，建构概念（预计时间：25分钟）

    环节一：碘的升华与凝华——概念初探

    师：为了科学地研究这种变化，我们选用一种在实验室中容易观察的物质——碘。请各小组按照任务单提示，进行观察。（教师强调安全规范：碘蒸气有毒，实验需在通风处或密闭装置内进行，避免直接吸入；学生实验使用微量碘并加盖观察。）

    学生活动1：分组观察碘的升华与凝华。

    操作：在烧杯中放入少量碘颗粒，用保鲜膜轻轻覆盖杯口，再在保鲜膜上放置一个盛有凉水的表面皿。将装置置于温暖处（如窗台阳光照射处）或教师统一提供温水浴加热（低温热源）。

    任务：观察并记录（1）烧杯底部碘颗粒的变化；（2）保鲜膜下方和表面皿底部的变化。

    生：（观察并激烈讨论）碘颗粒好像没有熔化，就直接出现了紫色的“烟”（碘蒸气）。看！保鲜膜下面和凉表面皿的底部，出现了一些紫黑色的小颗粒，亮晶晶的，但不是液体流下来的痕迹。

    师：巡回指导，并提问引导：紫色的“烟”是什么状态？紫黑色的小颗粒是什么状态？中间有没有看到碘的液体出现？

    生：紫色的“烟”是气态碘，小颗粒是固态碘。没有看到碘变成液体。

    师：总结同学们的发现。固态的碘颗粒，在受热后，没有经过液态，直接变成了紫色的碘蒸气，这个过程我们称之为“升华”。同时，碘蒸气在遇到冷的保鲜膜和表面皿时，也没有经过液态，直接变成了固态的碘晶体，这个过程我们称之为“凝华”。（板书关键定义：升华：固态→气态（吸热）；凝华：气态→固态（放热））

    师（追问）：根据我们之前学习物态变化的经验，请大家判断，升华和凝华过程，是吸热还是放热？

    生：升华是固态变气态，需要吸收热量；凝华是气态变固态，应该放出热量。

    师：分析得非常正确。我们通过碘的实验，初步认识了升华和凝华这两个直接“变身”的过程。

    环节二：干冰的“魔法秀”——深化理解

    师：接下来，老师请来一位神奇的“嘉宾”——干冰。它是固态的二氧化碳，温度极低（约-78.5℃），常温下会发生非常剧烈的升华现象。让我们通过几个小实验来感受一下。（教师进行演示实验，强调安全：不可用手直接触碰干冰，需戴手套或用夹子操作。）

    演示实验1：干冰升华产生大量白雾。

    操作：将一块干冰放入大烧杯中，观察现象。

    生：看到大量白雾从烧杯中涌出，像舞台烟雾一样。

    师：这白雾是干冰升华产生的二氧化碳气体吗？（引导学生思考）二氧化碳是无色无味的。这白雾其实是干冰升华时吸收大量热量，使周围空气温度骤降，空气中的水蒸气遇冷液化成的小水珠。所以，白雾是液化现象，但其“动力源”是干冰的升华吸热。

    演示实验2：“干冰吹泡泡”。

    操作：在装有干冰和少量热水的容器口，用蘸有肥皂液的抹布轻轻一抹，形成一个个充满二氧化碳气体的巨大肥皂泡，肥皂泡落地后破裂，白雾弥漫。

    生：（惊叹）太有趣了！泡泡里是二氧化碳气体。

    师：这个实验生动地展示了干冰升华产生大量二氧化碳气体，以及气体可以被收集、观察。

    演示实验3：干冰使气球膨胀。

    操作：将少量干冰碎块放入气球，扎紧口，观察气球自动膨胀。

    生：气球自己变大了！说明干冰升华产生了气体，增大了体积和压强。

    师：通过干冰系列实验，我们不仅看到了剧烈的升华现象，更关键的是深刻体会到升华过程需要吸收大量的热（致冷效果显著）。这为我们理解其应用打下了基础。

  （三）联系生活，辨析应用（预计时间：10分钟）

    师：现在，让我们当一回“科学侦探”，用刚刚学到的知识，来解释导入时看到的那些现象，并寻找更多生活中的例子。（发放学习任务单第二部分）

    小组讨论与展示：

    1.樟脑丸变小、卫生球消失：固态直接变成气态（升华），散发气味驱虫。

    2.冬季窗玻璃上的冰花：室内温暖的水蒸气遇到冰冷的玻璃，直接凝华成固态的冰晶。通常出现在玻璃内侧。

    3.雾凇和霜：空气中水蒸气在树枝、地面等物体表面直接凝华形成的冰晶美景。

    4.舞台“仙气”：利用干冰升华吸热，使水蒸气液化形成白雾效果。

    5.用久的白炽灯泡或日光灯灯丝变细、内壁变黑：钨丝在高温下升华成钨蒸气，钨蒸气在温度较低的灯泡壁上凝华成固态钨颗粒，使灯泡变黑、灯丝变细。

    6.冰箱冷冻室内的“霜”：冰箱内空气中的水蒸气在冷冻室内壁直接凝华形成。

    7.食品冻干技术：在低温真空环境下，食物中的固态水分直接升华，从而脱水保鲜，能极大保留营养和风味。（播放冻干过程示意图）

    8.航天器热防护：某些返回舱的隔热材料，在高温下会发生升华，吸收巨额热量，保护舱内安全。

    师：（适时点评、补充和纠正）大家找得很准。特别要注意区分“霜”（凝华）和“露”（液化）。霜是固态，直接由气态而来；露是液态，由气态液化而来。条件不同，产物不同。

  （四）微观探析，构建网络（预计时间：5分钟）

    师：我们看到了这么多宏观现象，那么从微观上看，升华和凝华是如何发生的呢？（播放微观模拟动画）

    动画展示：在固态晶体中，分子在平衡位置附近振动。当吸收足够能量（加热）时，部分表面分子动能增大到足以克服固体分子间的束缚，直接脱离固体表面成为气体分子，这就是升华。反之，当气体分子运动到固体表面，失去足够能量（放热），被固体分子牢牢“抓住”，直接排列成固态结构，这就是凝华。

    师：这解释了为什么升华需要吸热（提供能量挣脱束缚），凝华会放热（分子动能减少，能量释放）。现在，请大家在任务单上，画出完整的六种物态变化关系图，并标明每个过程的名称和吸放热情况。

    生：（绘制图表，构建知识体系）固态、液态、气态之间，通过熔化与凝固、汽化与液化、升华与凝华三对互逆的过程相互联系，构成一个完整的循环。

    师：（展示标准关系图）物态变化的“全家福”就此完整了。它们本质都是物质分子运动剧烈程度（表现为温度）和分子间距离、排列方式发生改变的外在体现。

  （五）巩固迁移，拓展提升（预计时间：4分钟）

    师：现在我们进行“挑战升级”。（出示任务单第三部分）

    1.概念辨析题：判断下列说法是否正确，并说明理由。

    ①升华就是在任何温度下都能发生的物态变化。（错误，需要吸热，通常在特定条件下发生）

    ②冬天室外冰冻的衣服变干，是升华现象。（正确）

    ③云、雨、雪、露、雾、霜都是水的液态形式。（错误，雪、霜是固态，云、雾是液态小水滴或固态小冰晶集合体）

    2.现象解释题：我国北方秋冬季节，农民常在地里灌水（“灌冬水”），或为了保护果园，在霜冻来临前点燃烟熏。请尝试从物态变化吸放热的角度解释其原理。（灌水后，水凝固成冰时放热，可保护作物根部；烟熏可增加空气中尘埃作为凝华核，促进水蒸气凝华放热，同时烟幕也有一定保温作用。）

    3.创意设计题：如果让你利用干冰升华吸热的特性，设计一个小发明或解决一个生活中的小问题，你有什么想法？（开放性答案，如：设计简易的冷链运输保温装置、制作紧急降温袋、用于特殊场合的烟雾报警测试器等。）

    学生独立思考或短暂交流后，教师抽取回答并点评，鼓励创新思维。

  （六）课堂小结，布置任务（预计时间：1分钟）

    师：本节课我们通过实验观察和生活联系，认识了升华和凝华这两种物态变化，完善了物态变化的知识体系。科学源于生活，又服务于生活。课后，请大家完成两项任务：1.完善并提交本节课的学习任务单；2.以小组为单位，利用手机或相机，寻找并拍摄至少两种生活中的升华或凝华现象，附上简要的科学解释，制作成一张电子小报或PPT，下节课进行“生活中的物态变化”主题分享。

  六、板书设计

  （在主黑板中央构建结构式板书）

            升华与凝华

    一、概念

      升华：物质从固态直接变为气态→吸热

      （例如：碘升华、干冰升华、樟脑丸变小）

      凝华：物质从气态直接变为固态→放热

      （例如：碘凝华、霜、冰花、雾凇、灯壁变黑）

    二、特点：直接变化（不经过液态）；伴随吸热或放热。

    三、应用：人工降雨（干冰升华吸热，促使水蒸气凝华）、食品冻干、舞台效果、热防护等。

    四、物态变化全景图：（图示）

          气态

          /  

      （升华/吸热）（凝华/