初中八年级物理上册《升华与凝华》核心素养导向导学案

初中八年级物理上册《升华与凝华》核心素养导向导学案

一、教学背景分析

（一）教材分析

本节课选自人教版八年级物理上册第三章第4节，属于“物态变化”知识体系的收官之作。教材在系统呈现固态、液态、气态之间的熔化和凝固、汽化和液化之后，自然引出固态与气态之间的直接转化过程。本节内容不仅是物态变化逻辑闭环的关键节点，更承载着对物质观、能量观、微观解释等物理观念的深层建构。教材通过“碘的升华和凝华”演示实验、生活实例（樟脑丸变小、霜的形成、雪人变干等）以及“人工造雪”“舞台烟雾”等拓展素材，引导学生从宏观现象走向微观本质。从跨学科视角看，本节与地理学科（大气现象）、化学学科（碘升华实验、干冰特性）、生物学科（动植物过冬机制）均有紧密关联，是实施STEAM教育的优质载体。【教材定位：核心章节收官作】【知识地位：物态变化逻辑闭环】【跨学科锚点：地理/化学/生物】

（二）学情分析

八年级学生已系统学习熔化和凝固、汽化和液化，能够识别六种物态变化中的四种，具备初步的实验观察能力和现象归纳能力。然而，升华与凝华在日常生活中不直接呈现中间液态，学生往往存在前科学概念干扰，例如认为“白气”是水蒸气、霜是露水冻成的等。此外，从宏观现象跃迁至微观分子运动解释是学生思维发展的难点。学生在本节首次接触“无液态出现”的物态转变，需在认知冲突中重构物质变化观。本设计将通过多模态实验、类比推理、建模思维等手段突破上述障碍。【学情特征：前概念顽固】【思维层级：宏观→微观跃迁】【认知冲突：无液态转变】

（三）课标要求

《义务教育物理课程标准（2022年版）》在“物质”主题中明确指出：通过实验探究物态变化过程，能用分子动理论解释自然界和生活中的有关现象。对升华和凝华的具体要求为：知道升华和凝华现象，了解其在实际中的应用，关注科学技术对社会发展的影响。课标同时强调“从生活走向物理，从物理走向社会”以及“科学探究”能力培养。本设计严格对标上述要求，将知识习得、思维进阶、价值体认三位一体融合。【课标对标：探究式学习】【素养导向：物理观念·科学思维·科学探究·科学态度】

二、教学目标与核心素养（【核心】·【素养锚点】）

（一）物理观念

1.通过观察碘升华与凝华实验，形成“固态与气态可直接转化”的物质观念，修正“物态变化必经过液态”的片面认知。【非常重要】【观念突破】

2.能运用升华与凝华知识解释自然界（云、雾、霜、雪、冰雹形成链条）与生活（干冰保鲜、舞台效果、冷冻食品结霜）中的典型现象，建构系统的物态变化知识结构。【高频考点】【综合应用】

（二）科学思维

1.经历“实验观察→现象归纳→微观建模→规律提炼”的完整思维过程，培养基于证据的推理能力。【核心思维】

2.运用类比法比较六种物态变化的吸放热特征，形成“物态变化与能量转移”的关联思维。【重要】【类比迁移】

3.通过分析人工增雨、冰箱除霜等技术案例，建立“科学-技术-社会-环境”相互关联的系统思维。【热点】【STSE】

（三）科学探究

1.能设计简单的实验方案证明樟脑丸升华、冰冻衣物变干等现象，发展问题意识和实验设计能力。【难点】【探究进阶】

2.在碘升华实验中对密封试管进行加热与冷却，规范操作并准确记录现象，培养实证意识与协作精神。【基础】【实验技能】

（四）科学态度与责任

1.通过“干冰使用安全”案例分析，树立安全意识和环保意识。【重要】【社会责任】

2.感悟我国古代对物态变化的认识（如《诗经》中的霜雪记载）及现代人工影响天气技术成就，增强民族自信与科学使命感。【情感态度】【文化浸润】

三、教学重难点

（一）教学重点【核心内容·必考必会】

1.升华与凝华的定义及其吸放热特征。

2.用分子动理论解释升华和凝华现象。

3.识别生产生活中常见的升华、凝华实例。

（二）教学难点【思维障碍·关键突破】

1.区分“白气”与水蒸气，厘清“雾”“霜”“露”的本质差异。

2.建立固态与气态直接转变的微观图像，克服“必先液化/汽化”的思维定式。

3.综合运用六种物态变化解释复杂自然现象（如云雨雪的形成链条）。

四、教学方法与学法指导

（一）教法设计

1.启发式演示实验：以碘的升华凝华实验制造认知冲突，激活探究欲望。

2.问题链驱动：以递进式问题串引导学生从现象走向本质。

3.概念转变教学：暴露前概念，通过实验事实与微观模拟实现概念重构。

4.跨学科融合教学：植入地理“降水条件”、化学“干冰升华吸热”等视角，拓宽认知背景。

（二）学法指导

1.观察对比法：对比“冰熔化成水”与“碘变成紫色气体”的差异，凸显直接转变。

2.思维可视化：通过绘制分子间距变化示意图、能量箭头图，将内隐思维外显。

3.分类归纳法：将六种物态变化按“固态↔液态↔气态”双向箭头整理成结构图。

4.生活化迁移策略：从课堂实验延伸至家庭小实验（如观察冰箱结霜、樟脑丸消失）。

五、教学准备

（一）教师准备

1.实验器材：碘升华凝华密封试管、酒精灯、火柴、铁架台、石棉网、烧杯、冷水、干冰、透明水槽、洗洁精、红外温度计、分子动理论模拟动画（PPT或交互式白板资源）。

2.教学素材：霜、雪、雾凇、冰花、樟脑丸、白炽灯变黑、舞台烟雾、人工增雨作业等高清图片与短视频；《诗经·豳风》“二之日凿冰冲冲，三之日纳于凌阴”等古文献节选；干冰安全使用须知卡。

3.导学案（纸质/电子）：包含预学任务、课堂探究记录表、思维导图框架、分层练习题。

（二）学生准备

1.知识储备：复习熔化、凝固、汽化、液化的定义与吸放热；预习教材P64-66。

2.生活观察任务：分组观察家中冰箱冷冻室有无结霜、樟脑丸放置一段时间后的变化，拍照或文字记录。【前置探究】【生活链接】

六、教学实施过程（【核心板块】·【篇幅重点】）

（一）唤醒经验·制造冲突·生成问题（5分钟）

1.情境导入：展示两幅对比鲜明的图片——左图为春天冰雪消融，右图为冬日冰冻的衣物在室外变干。教师提问：“冰熔化成水需要吸热，那么冰冻的衣服没化成水，衣服为什么干了？水去哪里了？”学生自然调用已有知识，认为冰直接变成水蒸气。教师顺势追问：“固态冰不经过液态，直接变成气态水蒸气，这种变化叫什么？”部分学生可能说出“升华”，导入课题。【认知冲突起点】

2.暴露前概念：教师展示“霜的形成”示意图，请学生判断“霜是露水冻成的吗？”大量学生点头。教师暂不纠正，板书问题“霜=冻住的露？”于副板书区，留作待解决问题。【重要】【概念转变预备】

3.呈现学习目标：使用PPT呈现本节课核心目标，学生齐读，明确方向。

（二）实验建构·微观建模·定义生成（15分钟）【核心】【高频考点】

1.演示实验：碘的升华与凝华

教师展示密封试管内的碘粒（紫黑色固态），介绍实验装置。强调试管已干燥无水，排除液态水干扰。点燃酒精灯，用外焰缓慢加热试管底部，学生观察并描述现象：固态碘减少，试管内充满紫色碘蒸气，试管壁无液态碘出现。教师追问：“液态碘有没有出现？你判断的依据是什么？”学生答：未观察到液态小液滴，试管壁干燥。【实验现象确认】

将试管从酒精灯上移开，用浸过冷水的湿抹布包裹试管底部，学生观察到紫色蒸气迅速变淡，试管壁内出现紫黑色针状或片状晶体。教师强调：这是碘蒸气直接变成固态碘。【实证核心】

2.概念生成

教师板书定义：物质从固态直接变成气态叫升华，从气态直接变成固态叫凝华。引导学生从实验中归纳吸放热：加热发生升华，冷却发生凝华，因此升华吸热、凝华放热。【基础必会】【重要】

3.微观模拟·思维进阶

教师调用分子动理论模拟动画：固态分子排列紧密，在固定位置附近振动；加热后分子能量增大，挣脱束缚直接跃迁为自由运动的气态分子；反之，气态分子遇冷能量降低，直接“锁定”为固态有序结构。学生观察并总结：升华是分子间距急剧增大、克服分子间作用力的过程，需要吸热；凝华是分子间距急剧减小、释放能量的过程，需要放热。【难点突破】【微观建模】

小组讨论：为什么有的物质（如冰、碘）能升华，而铁块常温下不升华？教师引导：一切物质都能升华，但不同物质升华所需温度不同。冰在低温干燥环境下升华，碘加热升华，樟脑丸常温升华——升华速率受温度和气压影响。【拓展认知】

（三）实例辨析·前概念重构·生活透镜（12分钟）【高频考点】【热点】

1.分类列举·图式建构

教师提供多组生活现象图片/短视频，学生分组讨论并判断属于升华还是凝华，陈述判断依据。

【升华类】冰冻衣物变干、樟脑丸变小、白炽灯用久灯丝变细（钨升华）、干冰升华制造舞台烟雾、雪人未熔化却变小、真空包装食品中的升华干燥技术。

【凝华类】霜的形成、雾凇、冬天窗玻璃内侧冰花、冰箱冷冻室结霜、用久的灯泡壁变黑（钨蒸气凝华）。

教师重点追问：“霜是冻住的露吗？”引导学生回顾露是液化形成的液态水滴，而霜是水蒸气遇0℃以下物体直接凝华成固态冰晶。两者形成温度不同、物态变化本质不同。【重要】【概念纠偏】

补充古文献：《诗经》“白露为霜”——古人已观察到露与霜的差异但未明其理，今人用科学道理解读，凸显文化自信。

2.难点辨析：“白气”是什么？

教师展示“打开冰箱门冒白气”与“干冰舞台烟雾”对比图。学生常误以为两者都是水蒸气。教师引导：水蒸气是无色气体，肉眼不可见。冰箱白气是空气中水蒸气遇冷液化的小水滴；干冰烟雾是干冰升华吸热使周围水蒸气液化形成的小水滴悬浮（雾状），本质仍是液化，干冰升华本身看不见，烟雾是二次现象。学生恍然大悟，修正“看见白气就是水蒸气”的迷思。【难点】【易错点】

3.跨学科链接·地理视角

展示“云、雨、雪、冰雹形成示意图”，学生用箭头连接各物态变化并标注吸放热。从海洋/地面水蒸发（汽化吸热）→上升冷却→凝华成冰晶或液化成水滴→聚集降落。完整阐释水循环中的物态变化链条，体现物理与地理的深度融合。【跨学科】【综合应用】

（四）实验探究进阶·设计思维培养（10分钟）【难点】【探究升级】

1.问题驱动：如何证明樟脑丸确实升华了？

学生提出方案：将几粒樟脑丸放入密封袋，一段时间后观察是否变小、袋内有无液态物质；或加热樟脑丸，看是否直接变气体。教师肯定实验思路，强调对比实验原则（设对照组）。

2.教师演示（或视频展示）：樟脑丸升华实验——将樟脑丸放入烧杯，水浴加热，杯口盖玻璃片。学生观察到樟脑丸变小，杯内出现气体，玻璃片下方出现少量针状晶体（凝华）。证明樟脑丸升华后又遇冷凝华。【实验迁移】

3.思维拓展：冰箱除霜原理

提问：“冰箱为什么要除霜？霜是哪里来的？”学生分析：冰箱内湿度大，水蒸气遇冷冻室低温表面凝华成霜；霜层影响制冷效率。除霜时加热使霜熔化或升华。体现物理知识解决实际问题的价值。【STSE】

（五）知识结构化·思维建模（6分钟）【重要】【复习奠基】

1.六种物态变化全图构建

教师出示空白六边形变化图，学生填写六个变化名称、箭头方向、吸放热标记。重点强化升华、凝华的位置（连接固态与气态，跳过液态）。【基础】【系统化】

2.对比记忆口诀创作

学生分组编写记忆口诀，如“升吸凝放跳着走，固气直通不用液”“固态变气吸热升，气态变固放热凝”等，全班分享最优版本。【趣味学习】

（六）应用迁移·技术伦理·社会责任（5分钟）【热点】【价值引领】

1.人工增雨技术中的物态变化

播放人工增雨作业短视频，解说干冰或碘化银播撒入云，干冰升华吸热使云中温度骤降，水蒸气凝华成冰晶或过冷水滴冰晶化，下落融化形成降雨。学生辨析其中包含的物态变化：升华、凝华、熔化。【科技前沿】

2.干冰使用安全辩论

展示新闻：舞台干冰过量导致人员窒息。教师提问：“干冰升华成二氧化碳气体，密度比空气大，沉积在地面。在密闭空间使用干冰有何危险？如何防范？”学生讨论得出：需要通风、控制用量、设置警示。渗透安全责任意识。【社会责任感】

（七）当堂检测·即时反馈（5分钟）【基础】【高频考点】

1.判断下列现象所属物态变化并说明吸放热：

（1）冬天树枝上出现雾凇【凝华放热】

（2）放在衣柜里的樟脑丸变小【升华吸热】

（3）灯泡用久了内壁发黑【钨升华后再凝华，先吸热后放热】

（4）北方冬天玻璃窗内侧的冰花【凝华放热】

2.简答题：舞台上常用干冰制造“烟雾缭绕”的效果，请解释烟雾形成过程中包含哪些物态变化。【干冰升华吸热→周围水蒸气液化→小水滴悬浮】

学生互评，教师点拨规范表达。

（八）课堂总结·展望后续（2分钟）

请学生用一句话总结本课最大收获。教师梳理升华与凝华在物态变化体系中的位置，预告后续将学习内能与热机，能量视角将持续深化。

七、板书设计

主板书区（屏幕左侧，保留全程）：

一、升华：固→气吸热实例：冰冻衣服变干、樟脑丸变小、灯丝变细

二、凝华：气→固放热实例：霜、雾凇、窗花、灯壁变黑

三、微观解释：分子间距剧烈变化，需吸热/放热以克服/释放分子作用力

四、六种物态变化关系图（箭头+吸放热标注）

副板书区（随堂生成）：

1.学生前概念记录：霜是冻住的露？→更正：凝华，0℃以下

2.易错警示：白气不是气，是小水滴（液化）

3.碘升华实验条件：加热→紫色气体；冷却→晶体

八、作业设计（分层·弹性·实践）

（一）基础巩固作业（全体必做）【基础】【知识复现】

1.完成教材《动手动脑学物理》第66页1、2、3题。

2.绘制六种物态变化双向转换思维导图，要求标注变化名称、方向、吸放热、各举一例。

（二）拓展探究作业（选做一题）【重要】【思维延伸】

1.家庭小实验：取少许樟脑丸粉末放入废弃灯泡壳内，用蜡烛微微加热（注意安全），观察并记录现象，拍照上传班级群，尝试解释。

2.资料查阅：我国北方冬季雾凇景观的形成条件，从物态变化、气象条件、地域特征三个角度撰写200字科普短文。

3.跨学科项目：结合地理课本中“降水类型”内容，用物态变化知识解释地形雨、对流雨的形成过程，画出示意图。

（三）挑战性作业（学有余力者）【难点】【创新素养】

设计一个简易“人工造雪”实验，材料自选（提示：可利用冰块、食盐、易拉罐等），写出实验步骤并预判现象，尝试用凝华或凝固知识解释。下节课展示交流。

九、教学反思（预设）

1.概念转变效果预测：碘实验提供了无可辩驳的无液态直接转变证据，大部分学生能顺利接纳升华凝华概念。但“白气”与“水蒸气”的混淆具有顽固性，需在后续汽化与液化复习中持续强化辨析。【教学策略调整：增设对比实验】

2.微观建模深度：动画模拟虽直观，但部分学生对“分子作用力”理解仍停留在机械记忆。拟在下节习题课中引入类比（如磁铁吸附与分离），以具象化抽