初中物理八年级上册“升华和凝凝华”核心素养导向教学设计

初中物理八年级上册“升华和凝凝华”核心素养导向教学设计一、教学内容与背景（一）课题名称：第三章第4节升华与凝华——物态变化的连续性与对称性探究（二）教材版本：人教版（2024）八年级物理上册（三）授课对象：八年级学生（四）课时安排：1课时（45分钟）（五）教学资源：多媒体课件（PPT）、实验器材（碘锤、热水、冷水、烧杯、坩埚钳、酒精灯、石棉网、铁架台、干冰、透明易拉罐、湿度传感器（连接手机演示）、樟脑丸、用久了的灯泡）、视频素材（舞台烟雾、人工降雨、雪景、雾凇）。二、教学设计理念与课标要求（一）【核心素养导向】本节课严格遵循《义务教育物理课程标准（2022年版）》的要求，以“物质”这一跨学科概念为核心，旨在通过“升华和凝华”的教学，不仅让学生掌握具体的物理知识，更着力于发展学生的核心素养。教学设计的逻辑起点不是知识的灌输，而是真实问题情境的创设，引导学生在观察、实验、推理、解释的过程中，实现物理观念的形成、科学思维的进阶、探究能力的提升以及科学态度与社会责任感的培养26。（二）【教学哲学】秉持“从生活走向物理，从物理走向社会”的基本理念。将自然界和生活中的奇妙现象作为探究的源头，将课堂所学的规律应用于解释自然现象和解决实际问题作为教学的归宿。通过构建完整的物态变化知识体系，让学生体会自然界的和谐统一与物质运动的永恒性。三、教材与学情深度分析（一）【教材分析——承上启下】“升华和凝华”是物态变化这一章的收官之作。在此之前，学生已经系统学习了熔化和凝固（固态与液态之间的转化）、汽化和液化（液态与气态之间的转化）。从知识逻辑上看，本节课完成了“固态——液态——气态”三者之间相互转化“六边形”的最后一块拼图，使得物态变化的知识体系呈现出完美的对称性和完整性。教材通过碘的升华和凝华实验，直观展示了固态与气态之间的直接转化，进而引出概念，并结合生活实例（如人工降雨、舞台效果、樟脑丸变小、窗花）加以巩固，体现了物理知识的广泛应用性17。（二）【学情分析——经验与迷思并存】1.【基础】知识储备：学生已经掌握了熔化、凝固、汽化、液化的概念、条件及吸放热规律，具备了分析物态变化的基本思维框架4。2.【经验】生活经验：学生对“樟脑丸变小”、“冬天冰冻的衣服变干”、“霜的形成”等现象有感性认识，但缺乏科学的、系统的解释，这为新课教学提供了丰富的素材和强烈的认知内驱力810。3.【重要】迷思概念（易错点）：（1）混淆“升华”与“汽化”：无法区分“固态直接变气态”和“液态变气态”，容易将所有“变没了”的现象都归为汽化。这是本节课需要重点澄清的问题。（2）对“白气”的误解：习惯性地将看到的“白气”（雾、烟雾）误认为是水蒸气或二氧化碳气体，而实际上它们是液化形成的小水滴或凝华形成的小冰晶。这一迷思概念需要在干冰实验中予以彻底纠正5。（3）忽略“直接”二字：不能深刻理解“直接”转化的含义，即不经过液态这一中间环节。四、教学目标设定（一）【基础】物理观念：1.知道升华和凝华的具体概念，能准确说出二者是物质在固态和气态之间的直接转化。2.理解升华过程需要吸热，凝华过程需要放热，并能将其纳入完整的物态变化吸放热规律图中。3.能识别生活和自然界中常见的升华和凝华现象，并能用规范的物理语言进行描述。（二）【重要】科学思维：1.【难点突破】通过观察“碘锤”实验，运用“推理与论证”的科学思维方法，基于“没有液态碘出现”这一事实，排除先熔化再汽化的可能性，从而论证固态直接转化为气态的真实性，培养证据意识和逻辑推理能力6。2.运用“归纳与演绎”的方法，从个别现象（碘、干冰、樟脑丸）归纳出升华和凝华的一般规律，再运用规律演绎解释生活中的其他现象（如霜、雾凇、冰花）。3.构建完整的物态变化“六边形”模型，体会物质运动形式的多样性和统一性，培养模型建构思维。（三）【核心】科学探究：1.经历“提出问题——猜想假设——实验验证——解释交流”的探究过程。以干冰和碘锤为载体，探究升华和凝华发生的条件及其吸放热情况58。2.通过分组实验，学会观察实验现象（如碘锤中碘蒸气的产生与消失、易拉罐底部霜的形成），准确记录并处理信息，得出科学结论。（四）【升华】科学态度与责任：1.通过干冰实验和人工降雨原理的探讨，激发学生对科学技术的兴趣，感受物理知识对社会发展的推动作用。2.通过解释自然界中云、雨、雪、霜的形成，建立“水循环”的大概念，增强环境保护意识和节约用水的责任感7。3.培养学生严谨认真、实事求是的科学态度，以及敢于质疑、乐于探究的科学精神。五、【重点与难点】（一）【高频考点】教学重点：1.升华和凝华概念的建立及其吸放热规律。2.用物理语言准确解释生活中的升华和凝华现象。（二）【难点】教学难点：1.理解升华和凝华过程的“直接性”，区分“升华”与“先熔化后汽化”。2.透过“白雾”、“白气”等现象，辨析其背后的物态变化本质（如干ice产生的“烟雾”实际上是液化或凝华的结果，而非升华本身）。3.微观视角理解：从分子动理论角度初步理解升华和凝华（分子间作用力和分子排列的变化）。六、教学方法与策略（一）【主导方法】实验探究法：以实验为基础，让学生在动手和观察中获取感性材料，为理性认识飞跃提供支撑。（二）【思维工具】问题驱动法：设计层层递进的“问题链”，引导学生思维向纵深处发展6。（三）【组织形式】小组合作法：通过小组实验、讨论与互评，实现思维碰撞，共同建构知识。（四）【技术辅助】多媒体辅助法：利用高清视频、动画模拟微观过程、传感器实时显示温度/湿度变化，增强教学的直观性和科学性。七、教学准备（精细化）（一）教师准备：1.实验器材：分组实验器材15套（每套含：密封碘锤2支、大烧杯2个、热水、冷水、温度计）；教师演示实验器材（干冰（固态二氧化碳）500g、铁架台、锥形瓶、气球、透明易拉罐、毛巾、热水、樟脑丸、新旧灯泡各一个、酒精灯、火柴、石棉网、红外热成像仪（或温湿度传感器连手机投屏））。2.多媒体资源：自制PPT（包含高清晰度雾凇、霜、雪景图，舞台烟雾视频，人工降雨原理动画，分子动理论模拟视频）。（二）学生准备：1.预习教材，思考生活中“东西变没”的奇怪现象。2.回顾已学过的四种物态变化及其吸放热规律。八、【核心环节】教学过程详案（45分钟）（一）【创设情境，激趣导入】（预计3分钟）教师活动：上课伊始，教师在讲台上展示一个神秘的“魔术”。将一个黑色的塑料袋（内装干冰）迅速放入一个透明的、内壁干燥的易拉罐中，并迅速用湿润的毛巾盖住罐口。引导学生观察易拉罐外壁和罐口附近出现的奇妙现象。片刻后，学生惊奇地发现易拉罐外壁上出现了一层白色的“霜”，罐口有大量“白雾”缭绕，仿佛仙气飘飘。学生活动：学生聚精会神地观察，发出惊叹声，并展开小声议论。教师顺势提问：“大家看到了什么？易拉罐外壁上的‘霜’是哪里来的？罐口的‘白雾’又是什么？”学生根据生活经验可能会回答：“是冷气”、“是冰”。教师继续追问：“我们并没有往罐子里倒水，罐外壁也是干燥的，‘霜’是直接从空气里长出来的吗？它到底是哪种物态变化形成的？”设计意图：利用干冰制造烟雾和结霜的神奇视觉效果，瞬间抓住学生的注意力，激发强烈的求知欲和探究动机。直接将“霜”和“白雾”这两个关键现象呈现出来，为后续的教学埋下伏笔，指向本节课的核心问题。（二）【实验探究，概念建构】（预计15分钟）1.【核心实验】碘的升华与凝华——见证“直接”转化教师活动：过渡引导：“刚才的现象非常复杂，既有‘霜’又有‘雾’。我们先从一个更纯粹的实验开始，探究固态和气态到底能不能直接转化。”介绍实验器材——“碘锤”（一个密封的、内有一些紫黑色碘颗粒的玻璃容器）。提出问题：“如何让碘变成气体？不通过加热行不行？加热后会出现液态碘吗？这需要我们通过实验来观察。”学生活动：学生分组实验（每组一套）。任务一：将一只碘锤缓缓放入热水中（约7080℃），仔细观察碘颗粒的变化和玻璃管壁上的现象。任务二：将另一只发生过升华现象、充满紫色碘蒸气的碘锤从热水中取出，再缓缓放入冷水中，仔细观察玻璃管壁上的变化。实验观察与记录：学生观察到放入热水中的碘锤，紫黑色颗粒逐渐减少甚至消失，同时管内充满越来越浓的紫色气体，【非常重要】整个过程中管内壁没有出现任何液态的碘珠。当把充满紫色蒸气的碘锤放入冷水时，紫色气体迅速变淡，同时在玻璃管内壁上析出大量闪闪发亮的、针状或片状的紫黑色固态碘晶体。2.【思维进阶】基于证据的推理教师活动：引导学生基于观察到的现象进行科学推理。提出问题链：（1）“碘从固态变成气态，是直接变的吗？有没有可能是先熔化成液体，再汽化成气体？”（2）“你们的依据是什么？”（引导学生关注“没有液态碘出现”这一关键证据。）（3）“这个过程是吸热还是放热？”（放入热水发生，说明需要吸热。）（4）“反过来，紫色气体直接变成固态碘，这个过程叫什么？是吸热还是放热？”（放入冷水发生，说明需要放热。）学生活动：在教师引导下，学生通过小组讨论，运用排除法进行推理。基于“没有观察到液态碘”这一铁的事实，排除先熔化再汽化的可能，得出“固态碘受热后直接变成了气态碘”的结论，从而深刻理解“升华”的定义及其吸热特性。同理，理解“凝华”的定义及其放热特性。教师精讲：在学生充分感知和推理的基础上，教师规范并板书升华和凝华的精确定义：物质从固态直接变成气态叫升华，升华吸热；物质从气态直接变成固态叫凝华，凝华放热。并强调“直接”二字是概念的核心。设计意图：这是本节课最关键的环节。通过精心设计的碘锤实验，让学生在真实的、可视的现象面前，经历观察、比较、分析、推理、论证的完整科学思维过程6。这不仅突破了“直接转化”这一教学难点，更培养了学生基于证据进行逻辑推理的科学思维素养，体现了探究式学习的精髓。（三）【回归生活，解释应用】（预计12分钟）1.【热点追踪】干冰的升华与“舞台云雾”揭秘教师活动：回到课堂开始的“魔术”，用干冰再次进行实验并深入剖析。提问：“干冰是什么？罐口的白雾是什么？罐壁的霜是什么？”演示实验升级：将一块干冰放在锥形瓶中，用气球套住瓶口。学生看到气球迅速鼓起。再用红外热成像仪（或温湿度传感器）分别显示锥形瓶外壁的温度变化和瓶口空气的湿度变化。教师层层揭秘：（1）气球鼓起，说明干冰（固态二氧化碳）在常温下剧烈升华，变成了气态的二氧化碳，体积膨胀。这个过程要吸收大量热，所以瓶壁温度极低410。（2）罐口的“白雾”不是二氧化碳气体（二氧化碳无色），而是因为干冰升华吸热，使周围空气温度急剧下降，空气中的水蒸气遇冷液化成了大量的小水滴（或凝华成小冰晶），形成了我们看到的“雾”。【难点辨析】“白雾”是液化/凝华的结果，而非升华本身5。（3）罐外壁的“霜”：因为罐壁温度极低，空气中的水蒸气遇到极冷的罐壁，跳过液态，直接凝华成了固态的小冰晶——霜。2.【生活广角】寻找身边的升华与凝华教师活动：引导学生联系生活，列举并解释现象。（1）展示一个久置的樟脑丸和用久了的灯泡。提问：樟脑丸去哪了？灯泡为什么内壁会发黑？8（2）播放北方冬天冰冻衣服晾干的视频片段。提问：衣服上的冰去哪了？（3）展示美丽的雾凇和冬日玻璃窗上冰花的图片。提问：这些白色的冰晶是如何“长”出来的？（4）播放人工降雨的动画。提问：飞机上播撒的干冰是如何促成降雨的？（引导学生用完整的物态变化链条描述：干冰升华吸热→周围降温→水蒸气液化成小水滴/凝华成小冰晶→冰晶熔化/水滴合并下落→降雨）7学生活动：小组讨论，运用刚学的升华和凝华知识，以及前面学过的液化、熔化知识，对上述现象进行解释。各组选派代表发言，进行思维和语言的碰撞。教师适时点评、纠偏和完善。设计意图：将抽象的概念回归到鲜活的生活和科技应用中，体现了“从物理走向社会”的理念。对干冰现象的多层次剖析，既是对概念的深化，也是对“白气”等常见迷思概念的精准矫正。通过人工降雨等案例，让学生体会物理知识改造世界的巨大力量。（四）【总结归纳，构建体系】（预计5分钟）教师活动：引导学生回顾本节课和整个第三章的学习内容，共同构建完整的“物态变化六边形”知识框架图。学生在笔记本上，或在教师引导下在脑海中描绘：物质有三种状态：固态、液态、气态。它们两两之间可以相互转化，共有六种变化。（1）固态⇄液态：熔化和凝固。（2）液态⇄气态：汽化和液化。（3）【本节课贡献】固态⇄气态：升华和凝华。教师强调能量变化的对称性：六种变化中，凡是“解构”物质分子间作用力、使分子更“自由”的变化（熔化、汽化、升华）都吸热；凡是“建构”物质分子间作用力、使分子更“束缚”的变化（凝固、液化、凝华）都放热。设计意图：帮助学生将碎片化的知识系统化、结构化，形成完整的认知图景。体会自然界中物质运动的对称美与和谐美，提升物理观念的整体水平。（五）【当堂检测，反馈矫正】（预计5分钟）教师活动：呈现精心设计的检测题，检测学生的学习效果。题目设置要精准、有层次。（1）【基础】下列现象中，属于升华的是（）A.夏天冰棒冒“白气”B.春天冰雪消融C.冬天冰冻衣服变干D.深秋草上的露珠。（2）【重要】俗语说“霜前冷，雪后寒”，请用今天所学的物态变化知识解释“霜前冷”的道理。（3）【热点】关于舞台效果的“白雾”和干冰，下列说法正确的是（）A.“白雾”是干冰升华形成的二氧化碳气体B.“白雾”是水蒸气液化形成的小水珠C.干冰升华过程需要放热D.干冰是固态的水。学生活动：独立思考，快速作答。教师巡视，掌握答题情况，对典型错误进行即时点评和纠正。设计意图：通过简短精悍的练习，及时检测教学目标的达成度，诊断学生存在的问题，进行二次强化和精准教学。（六）【作业布置，拓展延伸】（预计1分钟）教师活动：布置课后作业，分层设计，满足不同学生需求。（1）【必做——巩固性作业】完成课后《动手动脑学物理》相关练习题。（2）【选做——探究性/拓展性作业】利用身边的物品（如冰块、食盐、易拉罐等），尝试设计一个实验，制造出霜或模拟人工造雪，写出实验报告或拍摄成微视频，下节课分享交流410。设计意图：巩固性作业保证基础落实；探究性作业将学习从课内延伸到课外，鼓励学生动手实践，培养创新精神和实践能力。九、板书设计（结构化板书）第三章第4节