初中科学七年级上册“海波与松香熔化实验”探究教案

初中科学七年级上册“海波与松香熔化实验”探究教案

一、课标与教材分析

本节课内容隶属于“物质科学”领域，对应《义务教育初中科学课程标准（2022年版）》中“主题2：物质的结构与性质”及“跨学科概念：物质与能量”的相关要求。具体涉及的核心概念是“物质在不同条件下可以发生物理变化和化学变化”。教材（浙教版）将“海波（硫代硫酸钠）和松香的熔化实验”编排在七年级上册第四章《物质的特性》中，作为“熔化与凝固”这一节的核心探究实验。该实验不仅是学生定性认识物态变化的起点，更是他们首次系统地进行对比实验、运用图像法处理数据、并基于证据区分晶体与非晶体两类物质的关键学习经历。在期末复习阶段重温此实验，其目的远非简单重复操作，而在于引导学生从“现象观察者”深化为“概念建构者”与“模型使用者”，实现对晶体熔化特点（有固定熔点）和非晶体熔化特点（无固定熔点）的深刻理解，并内化科学探究的一般方法，为后续学习沸腾、凝固等相变规律奠定坚实的思维与能力基础。

二、学情分析

七年级学生经过近一个学期的科学学习，已初步具备一定的观察能力、简单实验操作能力和合作意识。对于“熔化”这一生活现象，他们具有丰富的感性认识（如冰化成水、蜡烛受热变软），但普遍存在以下前概念或认知难点：一是认为所有固体熔化时温度都会持续上升；二是难以区分“温度变化”与“状态变化”的先后因果关系；三是对“熔点”这一概念的理解往往停留在记忆层面，对其作为晶体固有属性的物理意义理解不深；四是在数据处理方面，首次接触“温度—时间”图像，从图像中提取信息、描述规律、并建立图像与物理过程对应关系的能力较弱。此外，在实验操作中，对于水浴加热法的目的（使受热均匀）、搅拌的重要性、温度计读数的规范性等细节，仍需强化指导。因此，本节课的复习教学设计，需通过精心设计的问题链和探究活动，暴露并纠正前概念，引导学生从“看热闹”转向“看门道”，实现概念的转变与思维水平的提升。

三、教学目标

基于核心素养导向，制定以下三维教学目标：

1.科学观念

1.2.通过对比实验，准确阐述晶体（海波）和非晶体（松香）在熔化过程中温度变化的本质区别，牢固建立“晶体有固定熔点，非晶体没有固定熔点”的核心概念。

2.3.理解熔点是由物质本身性质决定的物理量，是晶体物质的特性之一。

3.4.能运用晶体与非晶体的熔化规律，解释相关的自然现象和生活应用。

5.科学思维

1.6.经历“提出问题→猜想假设→设计实验→获取证据→分析归纳→得出结论→表达交流”的完整科学探究过程。

2.7.发展基于实验数据绘制物理图像，并能从图像中识别关键信息（如水平线段、变化趋势）、描述物理规律的能力。

3.8.通过比较、分类、归纳等思维方法，区分晶体与非晶体。

4.9.初步建立“物质结构决定其性质”的微观模型思想萌芽。

10.探究实践

1.11.能独立或合作完成海波和松香熔化实验的规范操作，特别是水浴加热、搅拌、温度计与酒精灯的正确使用。

2.12.能系统、准确地记录实验数据，并合作绘制出规范的熔化曲线图。

3.13.能基于实验现象和数据，进行分析、推理，并清晰地表达自己的观点。

14.态度责任

1.15.在实验过程中养成严谨认真、实事求是的科学态度，尊重实验证据。

2.16.体验合作探究的乐趣，增强团队协作意识。

3.17.认识到科学探究对认识物质世界的重要性，激发对物质科学领域的持续兴趣。

四、教学重难点

1.教学重点：晶体与非晶体在熔化过程中温度变化的特点；通过实验和图像分析得出“晶体有固定熔点”的结论。

2.教学难点：理解熔化过程中物质吸热与温度、状态变化之间的关系；从“温度—时间”图像中准确提取信息，并将图像中的线段与实际的物理过程一一对应；初步理解晶体具有固定熔点的微观本质。

五、教学策略

采用“猜想-验证-建模”的探究式复习教学策略。

1.情境驱动：以真实且具有认知冲突的问题情境（如“为何冰水混合物长时间保持0℃？”）引入，激发学生探究欲望。

2.对比实验：将海波与松香的熔化实验并行设计，通过强烈的现象对比，凸显晶体与非晶体的差异。

3.数字化赋能：在传统实验基础上，引入温度传感器与数据采集器，实现温度数据的实时、自动记录与绘图，将学生从繁琐的数据记录中解放出来，更专注于现象观察与规律分析。同时，将传统手工绘图与数字化绘图进行对比验证，加深理解。

4.证据导向的讨论：所有结论的得出都必须基于实验现象或数据，引导学生“用证据说话”，培养实证意识。

5.模型建构：引导学生从宏观现象（熔化曲线）出发，借助动画或示意图，初步想象晶体内部结构的规则性（空间点阵）是如何导致其熔化时温度保持不变（能量用于破坏规则排列而非升高温度）的，建立宏观与微观的初步联结。

6.迁移应用：设计分层练习与拓展性问题，促进学生对核心概念的深度理解和灵活应用。

六、教学准备

1.实验器材（每组）：

1.2.传统实验部分：海波（硫代硫酸钠，研细）约15g、松香（块状）约10g、试管2支、温度计2支（量程0-100℃）、烧杯（500mL）1个、铁架台（带铁夹）、石棉网、酒精灯、火柴、搅拌器（玻璃棒或竹签）2根、秒表1个。

2.3.数字化实验部分（可选组）：温度传感器2个、数据采集器、安装有相关软件的计算机或平板电脑。

4.教具与多媒体：

1.5.PPT课件（内含问题情境、实验步骤提示、晶体微观结构动画、对比表格、迁移应用题目）。

2.6.实物投影仪，用于展示学生绘制的图像。

3.7.晶体与非晶体（石英、玻璃等）实物样本。

8.学习任务单：

1.9.实验记录表（用于记录时间、温度、状态）。

2.10.坐标纸（用于绘制熔化曲线）。

3.11.分析与讨论问题清单。

七、教学过程

（一）创设情境，问题导入（预计时间：8分钟）

教师活动：展示两张图片：其一为北方寒冬的冰封湖面，渔民在冰上凿洞捕鱼，旁边放着0℃的冰水混合物；其二为高温车间里，工人利用石蜡（非晶体）制作模具。

提出驱动性问题链：

1.渔民身边的冰水混合物，在环境温度低于0℃时，其中的冰和水谁会先发生变化？温度计显示的温度会是多少？

2.车间里加热石蜡来造型，在它从硬块变成可以流动的软泥的过程中，温度是如何变化的？

3.所有的固体在熔化时，温度变化都像冰或石蜡一样吗？我们如何通过科学的方探明不同物质的熔化规律？

学生活动：观察图片，结合生活经验进行思考并尝试回答。对于问题1和2，学生的回答可能基于经验但表述不精确；问题3将引发认知冲突和探究兴趣。

设计意图：从真实世界的问题出发，将抽象的物理过程与鲜活的生活、生产实践相联系。冰（晶体）和石蜡（非晶体）的实例暗示了本节课的对比对象，问题3自然引出本节课的复习探究主题，明确学习目标。

（二）回顾猜想，设计实验（预计时间：12分钟）

教师活动：引导学生回顾“熔化”的定义和前期知识。提出问题：“如果我们想研究一种固体（比如海波和松香）在加热时是如何熔化的，我们需要观察和记录哪些物理量的变化？”（状态、温度、时间）。进而追问：“如何设计实验才能准确地获得这些量之间的关系？特别是如何让固体均匀受热？如何同时观察状态和测量温度？”

组织学生小组讨论，制定实验方案要点。教师巡视指导，并最终引导学生共同梳理出实验设计的关键要素：

1.实验方法：对比实验法（海波vs.松香）、水浴加热法（间接加热，使受热均匀）。

2.观测变量：

1.3.自变量：加热时间。

2.4.因变量：物质的温度、状态。

3.5.控制变量：加热方式（水浴）、加热源（酒精灯火焰大小）、样品质量等。

6.数据记录：设计记录表，每隔相等时间（如30秒）记录一次温度，并同步描述物质状态（如：全部固态、开始变软、部分液态部分固态、全部液态等）。

7.数据处理：用横坐标表示时间，纵坐标表示温度，在坐标纸上描点连线，绘制“温度—时间”关系图（熔化曲线）。

教师利用PPT或板画，清晰展示实验装置图（试管斜放、温度计玻璃泡位置位于固体中下部、水浴液面高于试管内固体等细节），并强调实验安全（酒精灯使用、防烫伤）和操作规范（搅拌的目的、方法）。

学生活动：小组展开讨论，尝试设计实验步骤和数据表格。在教师引导下，完善实验方案，明确操作要点和分工（记录员、计时员、搅拌与测温员、观察员）。

设计意图：此环节重在思维预热和方法梳理。让学生参与实验设计的过程，是培养其科学探究能力的关键。通过讨论与梳理，学生不仅明确了要做什么，更理解了为什么要这样做，将操作技能与科学思维紧密结合。

（三）合作探究，收集证据（预计时间：25分钟）

此环节为学生分组实验操作与数据记录阶段。建议将班级分为两大类型组：传统实验组和数字化实验组，实验后可进行数据与图像的交叉验证。

学生活动（传统实验组）：

1.组装实验装置，检查气密性无关，主要检查稳定性。

2.将海波和松香分别装入两支干燥试管，插入温度计，调整好位置。

3.用铁架台固定试管，置于盛有适量温水（约50℃）的烧杯中，开始水浴加热。烧杯底部垫石棉网，用酒精灯加热。

4.加热开始后：

1.5.计时员每隔30秒发出指令。

2.6.搅拌员用搅拌器轻轻、持续地搅拌样品（尤其是海波，搅拌至关重要，防止局部过热和结晶）。

3.7.测温员准确读取并报出温度值（读数时视线与液柱上表面相平）。

4.8.观察员仔细观察样品状态的变化，并用准确的语言描述（如：“海波仍为粉末状”、“海波部分变透明、部分仍为颗粒”、“松香整体变软，形状改变”、“松香表面开始出现光泽，可流动”）。

5.9.记录员将时间和对应的温度、状态描述填入记录表。

10.特别关注：对于海波，当温度升至约48℃（其熔点）时，需密切观察。此时温度可能在一段时间内保持不变（或几乎不变），但海波的状态却从部分熔化到全部熔化。必须记录下这个“温度不变但状态改变”的关键阶段，直到海波完全变成液态后温度再次上升约2-3℃方可停止加热和数据记录。

11.对于松香，则持续加热，观察其从硬到软再到粘稠液态的连续变化过程，温度持续上升，无明显平台。

12.实验结束后，熄灭酒精灯，将试管放入试管架冷却（注意：熔化后的海波冷却凝固过程也可能有平台，可作为课后观察任务）。

学生活动（数字化实验组）：

1.将两个温度传感器分别插入海波和松香样品中，并与数据采集器连接。

2.设置数据采集软件，以每秒1-2个点的频率自动记录温度。

3.开始加热（水浴法与传统组相同），软件自动绘制两条实时的“温度-时间”曲线。

4.学生主要职责是：观察两种物质状态的变化，并在软件记录中标记出关键状态点（如“开始软化”、“全部熔化”），同时关注屏幕上曲线形状的差异。

5.实验结束后，保存图像和数据。

教师活动：

1.巡视各小组，作为指导者和协作者。重点指导：

1.2.温度计和搅拌器的正确操作。

2.3.提醒学生关注海波熔化时的“温度平台”现象。

3.4.纠正不良操作习惯，确保实验安全。

4.5.引导学生进行准确的状态描述。

6.关注数字化实验组的进展，指导他们进行状态标记。

7.控制整体实验进度，提醒学生在海波完全熔化后及时停止加热，节约时间并保证安全。

设计意图：这是本节课的核心实践环节。通过亲自动手，学生获得了关于海波和松香熔化过程的第一手感性经验和数据。传统实验锻炼了基本操作技能和团队协作；数字化实验提供了更精确、直观的数据呈现方式，两者相辅相成。教师的针对性指导确保了探究的有效性和规范性。

（四）分析数据，建构模型（预计时间：20分钟）

这是将感性认识上升为理性认识，形成科学概念的关键环节。

1.数据处理与图像绘制（传统实验组）

学生活动：各小组根据记录表的数据，在坐标纸上用不同颜色的笔分别绘制海波和松香的熔化曲线。教师提醒注意描点、连线的规范性。

教师活动：选取具有代表性的小组图像，通过实物投影仪展示。

2.图像分析与规律归纳

教师活动：引导学生对比观察展示的海波和松香熔化曲线，以及数字化实验组投屏显示的实时曲线。提出系列分析问题：

1.问题一（描述现象）：两条曲线整体上看，形状有什么显著不同？

（预设学生回答：海波的曲线中有一段“水平线”或“平台”，松香的曲线是一直向上倾斜的。）

2.问题二（关联过程）：在海波曲线的“水平段”对应的那段时间里，试管里的海波正在发生什么变化？酒精灯还在加热吗？这说明什么？

（预设学生回答：海波正在熔化，从固液共存到最后全部变成液体。酒精灯持续加热。说明海波在熔化过程中，虽然不断吸热，但温度保持不变。）

3.问题三（提炼概念）：这个“水平段”对应的温度值是多少？（约48℃）这个温度对于海波的熔化有什么特殊意义？

（引导学生得出：这是海波熔化时的温度，称为熔点。晶体有固定的熔点。）

4.问题四（对比辨析）：松香的熔化曲线有“水平段”吗？这说明松香在熔化时，温度与吸热情况如何？

（预设学生回答：没有水平段，温度持续上升。说明松香熔化时，没有固定的熔化温度，边吸热边升温边熔化。）

5.问题五（分类概括）：根据熔化过程的特点，我们可以将固体分为哪两类？海波和松香分别属于哪一类？你还能举出其他例子吗？

（引导学生总结：晶体（如海波、冰、食盐、各种金属）和非晶体（如松香、玻璃、石蜡、沥青）。）

教师活动：根据学生的分析与回答，进行精讲点拨，并形成清晰的板书（或PPT总结）：

特性

晶体（如海波）

非晶体（如松香）

熔化过程

吸热，温度保持不变（有熔点）

吸热，温度持续上升（无熔点）

凝固过程

放热，温度保持不变（有凝固点）

放热，温度持续下降（无凝固点）

微观结构

粒子排列有规则空间点阵

粒子排列无规则

常见物质

冰、食盐、石英、金属等

玻璃、石蜡、松香、沥青等

3.微观模型初探（难点突破）

教师活动：播放或展示晶体（如食盐）空间点阵结构示意图和非晶体粒子无序排列示意图的动画。

讲解：晶体内部的粒子（原子、离子或分子）就像操场上整齐列队的士兵，排列非常规则。加热时，能量首先用于加剧粒子的振动（温度升高）。当温度达到熔点时，吸收的能量不再用于增加振动剧烈程度（故温度不变），而是用于破坏这种整齐的队列结构（克服粒子间的结合力），使规则排列解体，变成自由的、无序的液态粒子。而非晶体内部本来就“杂乱无章”，加热时，吸收的能量直接使粒子运动变得更自由，所以温度持续升高，没有明显的状态转变分界点。

学生活动：观看动画，聆听讲解，尝试理解宏观的熔化现象与微观粒子排列、能量吸收之间的关系。

设计意图：通过层层递进的问题链，引导学生从图像中自主发现规律，并关联实验过程，自主建构“晶体”与“非晶体”、“熔点”等核心概念。动画和比喻有助于将抽象的微观模型直观化，突破教学难点，实现从宏观辨识到微观探析的思维进阶。

（五）迁移应用，拓展延伸（预计时间：10分钟）

教师活动：设计不同层次的练习题与讨论题，检验学习效果，促进知识迁移。

1.基础巩固：

1.2.判断：所有固体都有熔点。（）

2.3.选择：海波在48℃时，可能处于（）。A.固态B.液态C.固液共存态D.以上都可能

3.4.填空：晶体熔化时的温度叫______，该过程中物质______热，温度______。

5.能力提升：

1.6.下图（可简单手绘）是某物质的熔化曲线，请回答：该物质是晶体还是非晶体？理由是什么？它的熔点是多少？在AB、BC、CD段，物质分别处于什么状态？哪段吸热但不升温？

2.7.【联系生活】冬天，北方地区常在汽车水箱中加入防冻液（主要成分是乙二醇等），而不是单纯加水。请从熔点的角度解释原因。（提示：乙二醇水溶液的凝固点比纯水低）

8.拓展探究（可选）：

1.9.【跨学科联系】考古学中，有时通过分析古陶瓷碎片中玻璃相（非晶体）与晶相的比例来推断其烧制工艺和年代。你能从今天所学的知识中，找到这种分析方法的可能原理吗？

2.10.【项目式学习任务】课后查阅资料，了解“记忆合金”（一种特殊的晶体材料）的“形状记忆效应”与其特殊的相变（固态下的晶体结构转变）有关。准备一个简短的介绍，与同学分享。

学生活动：独立思考或小组讨论完成练习。教师组织交流与订正。

设计意图：通过分层练习，实现知识的巩固与迁移。基础题确保全体学生掌握核心概念；能力提升题锻炼图像分析能力和知识应用能力；拓展题将科学与技术、社会、生活相联系，体现STEM理念，激发学有余力学生的探究兴趣，培养创新意识。

（六）课堂小结与作业布置（预计时间：5分钟）

教师活动：引导学生回顾本节课的探究历程和核心收获。可以采用“我今天学到了……”、“我印象最深的是……”、“我还在思考……”的句式进行小结。

教师总结：今天我们不仅复习了海波和松香的熔化实验，更通过对比探究，深入理解了晶体与非晶体的本质区别，掌握了用图像研究物理规律的科学方法。科学发现始于细致的观察和严谨的实验，希望同学们能带着这种探究精神去认识更广阔的物质世界。

作业布置：

1.必做：完善实验报告，包括实验目的、器材、步骤、数据记录、绘制的图像、实验结论（对比晶体与非晶体熔化特点）及简要分析。

2.选做：

1.3.观察家中常见物质（如巧克力、黄油、蜡烛等）的熔化过程，判断它们可能属于哪类固体，并简单说明理由（注意安全，需家长陪同）。

2.4.利用网络或书籍，查找一种你感兴趣的晶体（如水晶、钻石）的资料，了解它的熔点、用途及其晶体形态的美。

八、板书设计

（左侧）（中部）（右侧）

海波与松香的熔化探究【主板书区】【副板书/作图区】

一、核心问题：晶体vs.非晶体（预留用于绘制标准的

固体熔化时温度如何变化？|特性|晶体（海波）|非晶体（松香）|海波和松香熔化曲线图）

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二、探究方法：|熔化|吸热，温度不变(有熔点)|吸热，温度升高(无熔点)|

对比实验、水浴加热、图像法|凝固|放热，温度不变(有凝固点)|放热，温度降低(无凝固点)|

|结构|粒子排列规则|粒子排列不规则|

三、关键结论：|举例|冰、食盐、金属|玻璃、石蜡、沥青|

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