初中物理八年级“物态变化”之升华与凝华-基于核心素养的探究式教学设计

初中物理八年级“物态变化”之升华与凝华——基于核心素养的探究式教学设计

一、教学基本信息与设计理念

【学科与学段】初中物理八年级

【优化后标题】探秘物态之变：升华与凝华——基于核心素养的探究式教学设计

【课时安排】1课时（45分钟）

【授课对象】八年级学生

【设计理念】本节课严格遵循《义务教育物理课程标准（2022年版）》的理念，以培养物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任的核心素养为终极目标。设计上摒弃传统的单向灌输，采用“源于生活、基于实验、用于社会”的建构主义教学路径。通过制造认知冲突激发探究欲望，以“碘锤”实验为基石，借助“干冰”的创新应用为拓展，引导学生经历“观察—质疑—实验—归纳—解释—应用”的完整科学探究过程。教学中注重将复杂的物理概念转化为直观的体验，通过问题链驱动深度思维，让学生在“玩中学、做中悟”，最终实现从生活经验向物理概念的升华，并树立正确的科学价值观。

二、教学内容与课标解析

【教学内容分析】

“升华和凝华”是人教版八年级物理上册第三章“物态变化”中的第四节，也是六种物态变化的最后两种。从知识体系上看，它既是前四种物态变化（熔化、凝固、汽化、液化）的延伸，更是对物质三态之间相互转化关系的重要补充，为学生构建完整、闭环的物态变化知识结构起到了关键作用-2。教材编排突出了从现象到本质、从感性到理性的认知规律。本节内容虽然知识点相对集中，但现象在生活中极为普遍且往往“神秘”，如霜的形成、灯丝变细、干冰“白雾”等，是连接物理课堂与自然生活、激发学生浓厚兴趣的最佳载体-3。【重要】教学内容的核心在于引导学生认识到“固态”与“气态”之间确实存在一种“直接”转化的途径，并理解其间的能量变化关系。

【课标要求解读】

本节课对应的课程内容要求为：“1.1.6经历物态变化的实验探究过程，知道物质的熔点、凝固点和沸点，了解物态变化过程中的吸热和放热现象。能用物态变化的知识解释自然界和生活中的有关现象。”【核心】具体到本节，要求学生在观察实验的基础上，【基础】知道升华和凝华的概念，【重要】知道升华吸热、凝华放热，【高频考点】并能运用这一原理解释生活中（如霜、雾凇、樟脑丸变小、干冰人工降雨等）和自然界（水循环）的相关现象-9。课标特别强调“从生活走向物理，从物理走向社会”，因此，教学不能仅停留于概念的识记，而应上升到实际问题的解决和科学态度的培养。

三、学情分析

【知识储备】

学生通过前面三节的学习，已经掌握了温度、熔化和凝固、汽化和液化的概念，理解了物态变化伴随着能量的转移（吸热或放热）。这为学习升华和凝华奠定了知识和思维基础。然而，学生容易形成思维定势，潜意识里认为固态与气态之间的转化必须经过液态这一中间阶段，这是学习本课的最大“前概念”障碍。

【认知特点与能力基础】

八年级学生好奇心强，对新鲜事物充满兴趣，喜欢动手操作，具备了一定的观察能力和初步的实验分析能力-7。但对于“直接”转化这种看不见、摸不着的过程（尤其是气态物质的存在），抽象思维能力尚显不足，需要借助明显的实验现象（如颜色变化、温度变化、物态出现）来建立直观印象，进而通过分析、推理形成物理概念。

【心理特征】

学生对“魔术”般的现象（如干冰效果、凭空出现的“霜”）有天然的探索欲望。抓住这一心理，创设震撼且带有悬念的实验情境，能够迅速集中学生注意力，驱动其内在学习动机。

四、教学目标

基于核心素养的四个维度，制定如下可评测的教学目标：

1.物理观念：【基础】理解升华和凝华的概念，能准确区分固态与气态之间的直接转化。【重要】知道升华过程需要吸热，凝华过程需要放热，能将其纳入统一的物态变化能量观体系中。

2.科学思维：【重要】通过观察碘的升华与凝华实验，以及干冰升华实验现象，运用分析、归纳、推理的方法，建立升华和凝华的物理模型。【难点】能运用微观分子动理论的观点，初步解释升华和凝华现象（分子间距和气密性的剧烈变化）。

3.科学探究：【核心】经历“提出问题—设计实验—进行实验—收集证据—得出结论”的完整探究环节。特别是在“碘锤”实验中，学会控制变量（加热与冷却），观察并记录物质的状态变化，培养实事求是的科学态度。

4.科学态度与责任：【热点】通过分析干冰在现代舞台、人工降雨、食品保鲜中的应用，以及霜、雾凇等自然奇观的成因，体会物理知识对生活和社会发展的巨大推动作用，增强环保意识和对自然之美的鉴赏力-1。

五、教学重难点

1.【教学重点】（1）升华和凝华的概念及判断。（2）升华吸热、凝华放热的规律。

2.【教学难点】（1）理解固态与气态之间的“直接”转化，摒弃必须经过液态的错误前概念。（2）运用升华吸热、凝华放热解释自然界和生活中的复杂现象（如“白气”与“烟雾”的区别，灯丝变黑的原因）。

3.【高频考点】（1）生活中具体现象（霜、冰花、灯丝、樟脑丸、干冰）所属物态变化的判断-9。（2）物态变化中的吸放热判断。（3）水循环中涉及的各种物态变化名称。

六、教学方法与准备

【教学方法】

1.情境创设法：利用干冰创设“云雾缭绕”的仙境或“气球变形”的悬念，瞬间激活课堂。

2.探究实验法：以“碘锤”为核心器材，采用分组实验与演示实验相结合，让学生在亲手操作中获取直接证据。

3.问题驱动法：设计层层递进的“问题链”，引导学生从看现象到想原因，再到找规律，最后用规律，促进思维进阶-2。

4.对比归纳法：将六种物态变化进行图表对比，帮助学生构建系统化的知识网络。

【教学准备】

1.【实验器材】（1）分组器材（4人一组）：密封有少量碘晶体的“碘锤”若干、热水（约80-90℃）和冷水（0-5℃）各一大烧杯、温度计、放大镜。（2）教师演示器材：干冰（固态二氧化碳）数块、广口瓶、洗洁精水、橡胶手套、透明烧杯、气球、铁架台、酒精灯、石棉网、久的白炽灯泡（或新灯丝对比）、樟脑丸、培养皿。

2.【多媒体资源】PPT课件（包含霜、雪、雾凇、冰花、舞台效果、人工降雨原理等高清图片与短视频）、微观粒子运动模拟动画。

七、教学实施过程（核心环节）

【课前暖身/情境导入】（约3分钟）——制造认知冲突

【教师活动】教师戴着橡胶手套，手持一块干冰，将其放入盛有少量水的透明广口瓶中。瞬间，瓶口涌出大量白色烟雾（实际是水蒸气液化形成的“白雾”）。接着，教师将一个吹起来的气球套在瓶口，并轻轻晃动瓶子，让学生观察气球的变化（气球逐渐被“吹”大，甚至鼓起来）。

【学生活动】观察现象，发出惊叹。思考：是什么东西让气球变大了？瓶口涌出的白色“烟”是什么？

【设计意图】利用干冰制造的神秘现象，【非常重要】打破课堂平静，建立强烈的“认知冲突”。学生直观看到“固态”的东西（干冰）似乎直接“消失”并产生了气体（气球变大），为引入“升华”概念埋下伏笔。同时引出问题：固态变成气态，是否必须经过液态？由此开启探究之旅。

【环节一】实验探究：碘的升华与凝华——构建概念（约15分钟）

【基础操作与观察】

1.【分组实验】每个小组的桌面上都有一个密封的“碘锤”。教师引导学生首先观察常温下碘锤内碘晶体的状态（紫黑色、有金属光泽的固态颗粒）。

2.随后，指导学生将碘锤缓缓放入热水中（注意：不要使水进入碘锤），并仔细观察发生了什么。

3.【现象描述】学生汇报：紫黑色的碘颗粒逐渐减少，同时碘锤内充满了美丽的紫红色气体（碘蒸气）。【关键提问】“同学们，你们看到液态的碘了吗？”（学生回答：没有）。教师引导总结：像这样，物质从固态直接变成气态的过程，物理学中称之为——升华。

【深化探究与推理】

4.【实验续接】教师继续引导：刚才碘受热变成了气态，如果现在让这些碘蒸气冷却下来，又会发生什么呢？请同学们将刚才加热过的碘锤迅速从热水中取出，再放入冷水中。

5.【现象描述】学生再次观察：碘锤内紫红色的气体逐渐变淡，同时在玻璃壁的内表面上，重新析出了许多紫黑色、闪闪发亮的碘晶体颗粒。【关键提问】“这次，气体直接变成了什么？有变成液态吗？”（学生回答：直接变成了固态，没有经过液态）。教师引导总结：物质从气态直接变成固态的过程，叫做凝华。

【能量分析】

教师引导学生用手触摸刚从热水中取出的碘锤（注意安全，水不太烫的情况下，或触摸玻璃壁感受温度），再触摸放入冷水后的碘锤。引导学生结合“熔化吸热、凝固放热、汽化吸热、液化放热”的已有知识进行类比推理。【学生推理结论】升华（固态→气态）需要吸热；凝华（气态→固态）需要放热。

【设计意图】碘锤实验是本节的核心支撑-3。通过“热水加热→冷水冷却”的连续操作，【非常重要】让学生在动态变化中亲眼见证固态与气态之间的“双向”“直接”转化，彻底击碎“必先液化”的错误前概念。同时，通过触摸感知和逻辑推理，自主得出吸放热规律，将感性认识升华为理性规律，培养了科学探究和科学思维能力。

【环节二】联系生活：寻找身边的升华与凝华（约10分钟）——【高频考点】突破

【过渡语】物理源于生活。刚才我们在实验室里制造了升华和凝华，其实，在我们身边，自然界中，这样的现象比比皆是。

【教师活动】利用PPT展示一组高清图片和短视频，并引导学生逐一分析：

1.【樟脑丸/卫生球】放在衣柜里的樟脑丸，过一段时间为什么会变小甚至消失？（学生答：升华）。

2.【冰冻衣服】寒冬腊月，晾在室外的湿衣服结冰了，但几天后冰衣服变干了，这过程中冰去哪了？（学生辨析：温度低于0℃，不可能熔化，所以是冰（固态）直接变成了水蒸气（气态）——升华）【难点辨析】。

3.【灯丝变黑】展示一个旧的、已损坏的白炽灯泡，并与新灯泡对比。让学生观察灯丝（变细）和灯泡内壁（变黑）。【问题链】“灯丝变细是钨变成了什么？（钨蒸气，升华）”“钨蒸气遇到了较冷的玻璃，又发生了什么？（在玻璃上重新变成固态的钨，凝华）”。【重要】强调“黑”的物质是固态的钨，而非其他杂质。

4.【霜与雾凇】展示秋天清晨草地上白霜的图片，以及吉林雾凇的壮观景象。【提问】“霜是天上落下来的吗？”引导学生思考：霜是空气中的水蒸气（气态）在温度降到0℃以下时，直接变成的小冰晶（固态），这是凝华现象。雾凇同理。

5.【窗花/冰花】展示冬季室内玻璃窗上美丽的冰花图片。【难点】引导学生辨别冰花出现在玻璃的“内表面”还是“外表面”。（内表面，因为室内温暖的水蒸气遇到极冷的玻璃直接凝华形成）。

6.【雪的形成】高空中的水蒸气直接凝华成小冰晶，小冰晶聚集变大后下落形成雪。

【设计意图】将枯燥的概念与鲜活的生活实例紧密结合，【高频考点】逐一击破。通过师生互动问答，引导学生运用刚学的知识“对号入座”，既巩固了新概念，又让学生感受到物理知识无处不在的有用性，体现了“从物理走向社会”的理念。

【环节三】创新与拓展：干冰的神奇应用（约10分钟）——深化理解，培养科学态度

【过渡】我们今天已经多次提到了一种特殊的物质——干冰。它不仅仅是制造舞台烟雾的道具，在生产生活、科学技术中有着广泛的应用。

【演示实验1：干冰与肥皂泡】

在刚才的广口瓶干冰水混合物中，用蘸了洗洁精液的细绳在瓶口轻轻划过，封住瓶口，形成一个巨大的“泡泡”，观察泡泡的逐渐变大以及可能出现的现象（内部出现白雾、最后破裂）。

【学生观察】泡泡被“吹”大，里面充满白雾。

【教师引导】这再次证明了干冰（固态二氧化碳）在常温下极易升华，变成气态二氧化碳，体积急剧膨胀。

【演示实验2：模拟人工降雨】

将大量干冰倒入一个透明的有机玻璃箱中，用红外热成像仪（如有）或让学生用手在上方感受温度变化。再向箱内哈一口气或注入少量热水蒸气，箱内立刻“风起云涌”，形成浓密的“云”和“雾”，并可能有小冰晶落下。

【学生观察与讨论】干冰升华吸热，使周围空气温度急剧降低。空气中的水蒸气遇冷，有的液化成小水滴（形成雾），有的直接凝华成小冰晶。

【联系实际】播放人工降雨原理的动画视频：飞机将干冰撒入云层，干冰升华吸热，导致云中的水蒸气凝华或液化，形成降雨。此外，展示干冰在冷链运输、食品保鲜中的应用图片。

【设计意图】【热点】此环节将课堂知识延伸到高新的技术应用领域。通过震撼的干冰系列实验，让学生深刻理解升华吸热原理在改变环境温度方面的巨大威力。这不仅是知识的拓展，更是对学生科学态度与社会责任感的教育，让他们领略到物理学的价值与魅力。

【环节四】课堂总结与知识建构——绘制“物态变化全景图”（约5分钟）

【师生共建】

1.请同学们回顾本节课所学，并结合前面三节的内容，共同绘制“六种物态变化循环图”。

2.教师在黑板或PPT上逐步构建一个包含固态、液态、气态的三角形或圆形图标，并用箭头表示六种变化，标注箭头方向和名称。

（固态）←（凝固/放热）——（液态）——（汽化/吸热）→（气态）

↖（凝华/放热）↗（液化/放热）

↘（升华/吸热）→（气态）←

3.【重要】特别强调图中六个过程的名称及对应的吸放热情况。

【教师总结】物质的状态总是在一定条件下（主要是温度）发生着奇妙的变化。无论是自然界中云、雨、霜、雪的形成，还是我们人类利用干冰创造的各种奇迹，都遵循着这些基本的物理规律。希望同学们能保持一颗好奇的心，用物理的眼光看世界。

八、板书设计

【左侧】

三、升华与凝华

1.升华：固态→气态（吸热）

实例：樟脑丸变小、冰冻衣服变干、灯丝变细

2.凝华：气态→固态（放热）

实例：霜、雾凇、窗花、灯壁变黑、雪的形成

【中间——核心实验区】

碘锤实验：

固态碘（紫色颗粒）——（加热/吸热）——>碘蒸气（紫色气体）

碘蒸气（紫色气体）——（冷却/放热）——>固态碘（紫色晶体）

结论：升华吸热、凝华放热。

【右侧——知识拓展区】

干冰的应用：

1.