八年级物理（苏科版）上册教案：基于核心素养的“升华和凝华”深度学习设计

八年级物理（苏科版）上册教案：基于核心素养的“升华和凝华”深度学习设计一、核心素养导向的教学目标【基础】物理观念：引导学生准确理解升华与凝华的定义，明确物质可以由固态直接变为气态，也可以由气态直接变为固态，无需经过液态这一中间阶段。通过对“碘锤”实验的观察与推理，帮助学生建立并区分“直接”转化与“间接”转化的本质差异，从而完善关于物质六种物态变化的整体知识体系。学生能够识别生活中常见的升华和凝华现象，如樟脑丸变小、冰冻衣服变干、霜的形成、灯泡发黑等，并能清晰阐述这些现象中的物态变化过程。【重要】科学思维：通过对比新旧知识（熔化、凝固、汽化、液化），培养学生的类比推理能力和逆向思维能力。引导学生从“碘锤”实验的现象出发，运用观察、比较、分析、归纳等方法，自主得出升华和凝华的概念及吸放热规律。通过“下雪不冷化雪冷”以及“人工降雨”等生活实例的探讨，培养学生运用物理语言解释自然现象和解决实际问题的逻辑思维能力。【非常重要】科学探究：以“探究碘的升华和凝华”为核心探究活动，让学生亲历“提出问题—猜想假设—设计实验—进行实验—收集证据—解释与结论—表达与交流”的科学探究全过程。重点引导学生思考如何设计实验来验证固态与气态之间能否直接转化，并在观察到碘蒸气直接变为固态碘的现象时，能够做出合理的推理和论证，特别是结合碘的熔点（113.7℃）和水的沸点（100℃）数据，严谨地证明碘在热水加热过程中并未经历熔化阶段，从而培养实证意识和科学严谨性。【热点】科学态度与责任：通过展示自然界中霜、雪、雾凇的瑰丽图片和视频，以及干冰在现代舞台制造“烟雾”效果、人工降雨技术等应用，激发学生对大自然的热爱和对科学技术的兴趣。引导学生关注生活中的物理，体会物理与社会的紧密联系，形成乐于探索自然奥秘、善于观察日常现象、勇于将所学知识应用于生活的科学态度。同时，通过对“水循环”中物态变化能量的讨论，渗透能量守恒的观念。二、【难点】与【重点】的教学突破策略【重点】对升华和凝华现象的认识及其吸放热规律的掌握：这是本节课的核心知识基础。教学时，不直接给出定义，而是通过一个引人入胜的“干冰”趣味实验（如：向放有干冰的透明容器中加水，产生大量白雾）创设情境，让学生直观感受到“固态物质直接变成气态”并伴随吸热（容器壁变冷）的现象，激发认知冲突，引出研究课题。随后，通过核心实验“探究碘的升华和凝华”，让学生在亲手操作和观察中，清晰看到紫色碘蒸气的产生和随后在瓶壁上析出亮晶晶的碘晶体，从而自主构建升华和凝华的概念，并结合加热（吸热）和冷却（放热）的操作，自然得出吸放热规律。【难点】用规范的物理语言解释生活中的升华、凝华现象；理解升华和凝华过程中的能量转移：学生往往能感知现象，但无法准确、完整地描述其物理过程。突破方法是建立“三步走”的描述模型：第一步，明确初始状态是什么（如：冰冻衣服上的冰是固态）；第二步，明确最终状态是什么（衣服干了，水变成了水蒸气，是气态）；第三步，判断过程中有无液态出现（没有），从而确定是升华，并说明这个过程需要吸热。针对“能量转移”难点，应结合“下雪不冷化雪冷”等俗语，引导学生分析：下雪时，水蒸气凝华成雪花是放热过程，所以感觉不很冷；而雪融化（熔化）是吸热过程，所以化雪时会从周围环境吸热，使人感觉更冷。通过这种定量（吸热、放热）的定性分析，帮助学生理解物态变化总是伴随着能量的转移。三、实验教具与学具准备（一）教师演示及分组实验器材：“碘锤”（密封有少量碘晶体的玻璃容器）每组一个、酒精灯每组一盏、铁架台（带铁夹）每组一套、石棉网每组一个、火柴每组一盒、烧杯（250ml）每组两个、冷水、热水（80℃以上）、干冰（固态二氧化碳）适量、透明塑料槽或大烧杯一个、黑色背景板一块、多媒体课件（包含：霜、雪、雾凇、冰花、废旧灯丝发黑的灯泡、舞台烟雾、人工降雨示意图等图片和视频）。（二）学生准备：预先分好学习小组（46人一组），预习教材内容，收集生活中有关“物体变干”、“物体上长出霜”等现象的实例，并尝试用已有知识进行初步猜想。四、【核心】教学实施过程（约45分钟）（一）创设情境，激趣导入（约3分钟）教师活动：在讲台上放置一个透明的塑料槽，向学生展示里面装的白色固体：“大家看，这是我刚从干冰厂取来的‘冰块’，它和我们平常见的冰块有什么不同？”（引导学生观察：没有水，周围有白气）。接着，教师向干冰上浇一些热水，瞬间大量白色烟雾喷涌而出，如仙境一般，引起全班惊呼。教师提问：“请同学们思考，我浇上去的是热水，为什么没有看到‘冰’熔化后的水，反而看到了大量的‘烟’？摸一摸容器的外壁，有什么感觉？”请一位学生上前触摸容器壁，并分享感觉（非常冷）。教师引导：“这个白色的固体叫‘干冰’，它其实是固态的二氧化碳。刚才的现象告诉我们，固态的二氧化碳在常温下可以直接变成气态的二氧化碳，并且这个过程还吸热。物质从固态直接变成气态，这是我们之前学过的熔化、汽化吗？今天，就让我们一起走进物态变化的新天地——升华和凝华。”【板书课题：四、升华和凝华】（设计意图：利用干冰升华产生舞台效果的视觉冲击，迅速抓住学生的注意力，激发强烈的好奇心和求知欲，将抽象的物理概念与震撼的直观体验结合，为新课学习奠定良好的心理基础。）（二）实验探究，建构概念（约15分钟）1.提出问题与猜想：教师拿起一个“碘锤”展示给学生：“这个玻璃容器里装着一些紫黑色的固体小颗粒，这是碘。碘有一个特点，它的蒸气是有颜色的，这便于我们观察。如果我对它加热，它会怎样？是像冰那样先变成液体，再变成气体？还是能直接变成气体？请各小组根据已有知识提出猜想。”2.设计实验与进行实验：各小组在教师指导下，利用提供的器材设计实验。教师强调实验安全：正确使用酒精灯，用外焰加热，熄灭时用灯帽盖两次。学生开始实验操作：首先观察加热前碘的形态和颜色并记录；然后将“碘锤”用铁夹固定在铁架台上，下方垫上石棉网，用酒精灯缓缓加热，仔细观察碘锤内部的变化，特别注意有无液态碘出现；当紫色碘蒸气充满整个容器时，停止加热，并记录现象；最后，将加热过的碘锤放入冷水中冷却，再次观察容器内壁和底部发生的变化。3.观察与证据收集：实验过程中，教室里充满了紫色的碘蒸气，学生情绪高涨。教师巡视指导，提醒学生关注关键细节：“注意看，加热过程中，碘固体是逐渐变少还是先变软成液体？碘蒸气遇到凉的瓶壁时，出现了什么？颜色和形态是怎样的？”学生小组内分工合作，有的操作，有的记录，有的负责观察。4.分析与论证：实验结束后，教师组织各小组汇报交流观察结果。生A：“我们加热时，没有看到碘变成液体，紫黑色的固体直接变成了漂亮的紫色气体。”生B：“当把热的碘锤放入冷水后，紫色的气体慢慢消失了，在玻璃壁上出现了很多亮晶晶的、像小镜子一样的固体颗粒。”教师追问：“非常好！这说明碘经历了怎样的物态变化？这个过程是吸热还是放热的？”生C：“固态直接变气态是吸热，因为给它加热了；气态直接变固态是放热，因为放到冷水里才出现的。”教师进一步引导严谨性论证：“同学们，如何排除碘先熔化后汽化的可能？有没有证据？”生D（在教师提示下）：“碘的熔点是113.7℃，而我们加热用的是酒精灯，温度很高，但……”教师补充：“那我们换一个思路，如果不用酒精灯，而用沸水（100℃）加热，碘的熔点高于100℃，它还会熔化吗？但它能升华吗？”教师可以演示用热水加热碘锤的实验，让学生亲眼看到，虽然温度低于碘的熔点，但碘依然升华了，紫色气体出现了。这强有力地证明了：碘的确是由固态直接变成了气态，并未经历液态。教师总结并板书升华与凝华的定义及吸放热规律：【板书】一、升华：物质从固态直接变成气态的过程。吸热二、凝华：物质从气态直接变成固态的过程。放热（设计意图：将演示实验升级为学生分组探究实验，让学生亲身经历科学探究的全过程。特别是引入熔点数据的论证环节，培养了学生严谨的科学思维，不仅知其然，更知其所以然，有效突破了“直接”转化这一认知难点。）（三）联系生活，解释现象（约12分钟）【高频考点】教师：“物理源于生活，更要服务于生活。下面我们来挑战一下，用今天学的知识解释生活中的常见现象。”教师利用多媒体展示一组图片，引导学生逐一分析。1.樟脑丸变小了：放在衣柜里的卫生球（樟脑丸），过一段时间会明显变小甚至消失。【基础】学生分析：樟脑丸是固态，直接变成了气态散发到空气中，是升华现象，需要吸热。2.冰冻的衣服变干了：北方冬天，气温低于0℃，洗好的衣服挂在外面冻得像钢板一样，但几天后衣服干了。【重要】学生分析：衣服上的冰（固态）直接变成了水蒸气（气态），是升华现象。3.霜的形成：深秋或冬天的清晨，地面上、草叶上会出现一层白色的霜。【难点】学生分析：空气中的水蒸气（气态）在夜间遇到温度降到0℃以下的地面或物体，直接凝华成固态的小冰晶（霜）。注意强调：霜不是从天上掉下来的，而是在地面附近形成的，是凝华放热现象。教师顺势引导：“所以老话说‘霜前冷’，意思就是霜出现前，气温必须很低，水蒸气才能放热凝华，对吧？”4.雾凇（树挂）：松花江两岸的树上挂满了洁白晶莹的霜花。【热点】学生分析：这也是水蒸气（气态）在树枝上直接凝华成固态的小冰晶（雾凇）。5.用久了的白炽灯泡内壁发黑：展示一个新灯泡和一个同规格的旧灯泡对比。【高频考点】教师引导：“灯丝是钨做的，发光时温度很高。变黑的东西是什么？它是怎么来的？”学生讨论后回答：灯丝（钨，固态）在高温下升华变成钨蒸气（气态）；关灯后，灯泡内壁温度降低，钨蒸气遇冷在内壁上凝华成固态的钨颗粒，所以灯泡变黑了。整个过程是先升华后凝华。6.“下雪不冷化雪冷”的奥秘。【难点、热点】教师组织小组讨论，请代表发言。小组代表：“下雪时，是空气中的水蒸气直接凝华成固态的雪花，凝华是放热过程，所以下雪时气温不一定很低，感觉不冷；而化雪时，固态的雪要熔化（或升华）成水或水蒸气，这两个过程都需要从周围环境中大量吸热，所以感觉格外寒冷。”（设计意图：这一环节将课本知识与鲜活的生活经验深度融合。通过引导学生运用“三步走”模型（初态、末态、过程）进行分析，既巩固了新知，又锻炼了学生规范表述和逻辑推理的能力，体现了“从生活走向物理，从物理走向社会”的课程理念。）（四）拓展应用，深化理解（约8分钟）教师过渡：“升华和凝华不仅解释自然现象，还被人类广泛应用，尤其是在科技和现代生活中扮演着重要角色。”1.【非常重要】干冰的妙用：（1）人工降雨：播放人工降雨的科普视频片段。教师结合板图讲解：飞机在高空云层中喷洒干冰，干冰升华吸热，使云层温度急剧降低，水蒸气大量凝华成小冰晶，冰晶下落遇暖气流熔化形成雨滴。【热点】引导学生分析其中的物态变化：干冰升华（吸热）→水蒸气凝华（放热）→冰晶熔化（吸热）。（2）冷藏运输与舞台效果：展示运输疫苗的低温箱图片，说明干冰升华吸热可维持低温。再次回到课堂开始的舞台烟雾实验，解释那如梦如幻的“白雾”其实是干冰升华吸热，使周围空气中的水蒸气遇冷液化形成的小水珠，并非二氧化碳本身。2.【热点】电冰箱中的霜：展示冰箱冷冻室结霜的图片。“冰箱用久了会结霜，霜是哪里来的？为什么要定期除霜？”学生分析：霜是开关冰箱门时，进入的热空气（含大量水蒸气）遇冷在冷冻室内壁上直接凝华形成的。除霜就是让霜吸热熔化或升华。3.物态变化知识体系构建：教师在黑板上画出一个“固—液—气”三角图，引导学生一起填写六种物态变化的名称及吸放热方向。将本节课的升华和凝华补充完整，形成一个闭环的知识网络。【基础】（设计意图：将知识从课堂延伸到生活和科技前沿，让学生感受到物理知识的巨大价值。通过构建完整的物态变化知识体系图，帮助学生形成结构化的认知，便于知识的储存和提取。）（五）课堂小结与反馈（约5分钟）1.学生自主小结：请学生闭眼回顾本节课的收获，可以从知识、方法、情感三个维度谈。邀请23名学生分享，教师给予鼓励性评价和补充。2.当堂检测反馈（口头提问或小测）：（1）【基础】物质从气态直接变成固态叫______，这个过程要______热。（2）【重要】衣柜里的樟脑丸变小是______现象；冬天树枝上的雾凇是______现象。（3）【高频考点】舞台上撒干冰可以制造云雾缭绕的效果，其中涉及了哪些物态变化？利用了干冰的什么性质？3.布置课后探究作业：【课外实践】请同学们在家里做一个有趣的小实验：在易拉罐中放入冰块，并加入适量食盐，用筷子搅拌，仔细观察易拉罐外壁会出现什么现象？尝试用今天所学的知识进行解释。（提示：加盐可以降低冰的熔点，使冰块在更低的温度下熔化吸热，导致罐壁温度极低，空气中的水蒸气会直接凝华成霜。）【设计意图：通过动手操作和观察，将课堂探究延伸到课后，激发学生持续探究的兴趣。】五、【重要】板书设计（框架式，体现逻辑）屏幕左侧（主板书）：四、升华和凝华一、升华1.定义：固态→气态（直接）2.吸热举例：樟脑丸变小、冰冻衣服变干、干冰升华、灯丝变细二、凝华1.定义：气态→固态（直接）2.放热举例：霜、雾凇、冰花、灯泡壁发黑三、应用1.人工降雨（干冰升华）2.舞台效果3.冰箱除霜屏幕右侧（副板书）：物态变化知识网络图：熔化（吸热）固态←————————→液态↗（吸热）（放热）↖