北京市初中教师基本功展示活动教学设计升华和凝华.docx
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北京市初中教师基本功展示活动教学设计升华和凝华
升华和凝华
教学设计：
张林清华大学附属中学
一、教学背景分析
（一）教学内容分析
升华和凝华是“物态及其变化”一章最后学习的两种物态变化，教材力图通过实验和事实分析，让学生知道物质可以通过吸热实现升华，也可以通过放热实现凝华，能对日常生活中的升华和凝华现象进行正确的识别，能够应用升华和凝华的概念对自然界中“冻干、结霜”等现象做出正确的解释。
教材中给出的采用酒精灯加热表现碘固体升华，玻璃片冷却碘蒸气表现凝华的实验方案现象明显，但不足之处在于不能说明升华和凝华没有经历液态过程。
本节课将采用热水对碘颗粒加热、冷水对碘蒸气进行降温的方案来做升华和凝华的实验，结合碘的熔点与沸点，对其熔化与液化的可能性进行分析，从理论上弥补这一不足。
（二）学生情况分析
前几节课学生已经学习了熔化和凝固、汽化和液化，结合日常的经验和感受，对物质的形态有了一定的认识。
然而，由于缺乏切身感受和直接经验，受思维定势的影响，物质可以不经过液态而在固态和气态之间直接变化这一事实跟学生已有的生活经验产生冲突，从情感上不易接受这两种物理现象。
所以，在教学中教师将通过实验，让现象和事实说话，纠正学生的片面或错误的认识，建立正确的物理概念，完善对物态变化及其条件的理解，使学生能科学地认识自然，形成辩证唯物主义世界观。
（三）教学方式和教学手段说明
《初中物理新课程标准》提到：
义务教育阶段的物理课程要让学生学习初步的物理知识与技能，经历基本的科学探究过程，受到科学态度和科学精神的熏陶，达到提高全体学生的科学素质的目的。
因此，本节课的教学设计与组织将以创设物理情境为切入点，以观察实验（事实）为基础，引导学生从生活走向物理，从物理走向社会，在知识的获取过程中培养学生的思维能力和探究能力。
水是自然界和我们身边最重要的一种物质，水的物态变化所对应的水循环是自然界中很重要的一个方面。
固态和液态的水比较容易认知，而气态的水——水蒸气是不能引起视觉和触觉感受的，所以水的升华和凝华现象不容易被学生所认识，升华和凝华的条件及概念也不容易被接受。
在教学中如何使学生感受到气态物质的存在就尤为重要，为了突破这一难点，本节课的演示实验采用了碘颗粒为研究对象，通过碘颗粒的升华和碘蒸气的凝华来认识气态和固态之间的直接变化。
二、教学目标
1、知识与技能：
（1）知道物质升华和凝华所对应的始末状态；知道升华需要吸热，凝华则要放热。
（2）知道生活中典型的升华和凝华现象，能用升华和凝华解释生产、生活中的一些现象。
2过程与方法：
（1）通过教师演示、学生动手实验以及对碘升华和碘凝华现象的观察、分析论证，训练学生的观察能力，培养其科学探究能力；
（2）培养学生根据实验事实结合已有知识分析物理过程及原理的思维方法。
3、情感态度与价值观：
在师生合作建立升华和凝华概念以及总结升华和凝华条件的过程中，让学生感受豁然开朗的喜悦，激发学生学习物理的浓厚兴趣，培养学生严谨求实的科学态度。
三、教学过程
（一）教学流程图
（二）教学活动过程
教学环节1：
创设情境，复习引入（2分钟）
教师活动：
实验演示——将冰块加入冷水烧杯中，熔化降温；将水壶中的热水倒入另一烧杯，烧杯上方形成了“白气”
图1将一壶开水倒进左边的烧杯中
学生活动：
观察现象、知识情景再现，回忆思考所学过的几种物态变化；在教师的引导下复习知识要点——由固变液：
熔化吸热；由液变固：
凝固放热；由液变气：
汽化吸热；由气变液：
液化放热。
设计意图：
情景再现，复习过程形象自然，通过热水杯上蒸腾的白气，引导学生明确：
“白气”不是水蒸气，而是水蒸气液化形成的小水滴，再次破解难点。
同时，冷、热水的准备为后续实验做好准备，一举多得。
教师活动：
“借助于液态的过渡，水可以从固态变化为气态，也可以从气态变化为固态。
那么，水这种物质能否从固态直接变化为气态，或者从气态直接变化为固态？
推而广之，自然界中的某些固态物质是否可以直接变化为气体，某些气态物质是否可以直接变化为固态呢？
”
“由于水蒸气在视觉上是看不到的，所以今天我们改用另外一种物质——碘，来探讨这个问题。
”
设计意图：
提出问题很自然，引发学生的思考。
水蒸气看不见，所以采用碘来研究升华和凝华。
教学环节2：
实验演示，初步认识（5分钟）
教师活动：
教师演示1：
水浴法碘升华
向学生展示两个干净的锥形瓶，取其中的一个，加入适量的碘粒并盖紧橡胶塞。
将加有碘颗粒的锥形瓶放入热水中。
（提示同学们要注意观察锥形瓶中物质状态的变化情况）
图2两个洁净、相同的锥形瓶
图3向一个瓶中加入少量固态碘粉
图5加热一段时间后的锥形瓶
图4刚放入热水中的锥形瓶
实验现象：
随着加热时间的增加，瓶中出现了越来越浓的紫色气体。
教师演示2：
水浴法碘凝华
接着上边的实验，把弥漫着紫色气体的锥形瓶放入冷水杯中，提示学生观察锥形瓶中的物质状态的变化情况。
图6刚放入冷水中的锥形瓶
图7冷却一段时间后锥形瓶色
实验现象：
随着冷却时间增加，锥形瓶中紫色气体的颜色越来越淡，直至消失。
图8实验瓶与备用瓶的对比
图9从实验瓶上拔下的瓶塞外观
将水浴后的锥形瓶与备用瓶进行外观对比发现：
水浴过的瓶壁上凝结了许多淡紫色的小颗粒，导致瓶壁呈现出淡紫色，而备用瓶仍然非常干净透明，拔下瓶塞，发现瓶塞底部附着很多的紫色固态结晶。
学生活动：
学生跟随老师的引导观察实验装置，观察实验现象，认真对比，在感性认识的基础上思考回答老师的问题。
设计意图：
采用两个同规格的锥形瓶是为了便于对实验结果进行对比，同时为后边的灯管发黑的解释活动埋下伏笔。
碘蒸气的颜色是紫色，容易刺激学生的视觉感受，方便学生观察，通过事实来激发学生学习物理的兴趣。
教学环节3：
重复实验，厘清事实（4分钟）
教师活动:
提出问题：
在气体产生和消失过程瓶内壁上是否有液体出现？
学生活动1：
回忆刚才的实验现象，思考老师提出的问题，尝试回答。
设计意图：
在上面应用水浴法进行升华和凝华实验，学生绝大多数观察的是锥形瓶中颜色的变化，对于是否有液态物质的出现，实际情况是多数学生没注意观察或没观察到。
这个时候提出上述问题，可以引发思考，激发学生探究的热情。
学生活动2：
在老师的示范引领下，学生分组实验探究，学生在教师的指导下用试管替代锥形瓶重复进行上述实验，观察实验中是否有液态碘存在。
图11将弥漫着碘蒸气的试管放入冷水中
图10将装有碘粉的试管放入热水
实验现象：
各组都没有发现液态碘的出现；试管壁上都出现了紫色晶体小颗粒。
学生活动3：
讨论形成共识：
固态碘在水浴加热的条件下最终能变化成了气态碘；气态碘蒸气在外界冷却降温的条件下最终变化成固态碘晶体。
教师活动2：
组织学生总结实验结论
（1）碘是一种晶体
（2）实验中观察的事实表明：
固态碘气态碘
气态碘固态碘
设计意图：
通过小组合作进行实验活动，让学生对碘的物态变化情况有一个切身的感受，同时也改善了演示实验的不利效果——细微的变化情况不易观察到。
从而让物理教学落在实处，为后边的难点突破奠定基础，同时培养学生根据实验现象归纳总结规律的能力。
教学环节4：
逻辑论证，突破难点（4分钟）
教师活动1：
适时追问，判断初步结论的可信度。
在学生得出上述实验结论时教师进行追问：
“刚才的实验，同学们都没有观察到液态碘的出现，同学们认为固态碘可以直接变成气态碘蒸气，那有没有可能是液态碘出现的时间太短，我们没有观察到呢？
”
学生活动1：
被老师的问题所刺激，不由自主进行讨论，寻找解决或解释问题的方案或答案。
设计意图：
通过追问，直击理解之要害，全面论证可能导致液态碘存在的各种各种可能，体现物理研究的缜密与全面，同时通过问题情境的建立，激发学生的求知欲。
教师活动2：
给出支持资料，进而引导学生进行交流。
碘的熔点是113.5℃；碘的沸点是184.4℃。
水的沸点是100℃；水的凝固点是0℃
学生活动2：
结合老师给出的支持材料，学生思考、讨论老师追问的问题。
最后通过师生互动分析得出结论：
水浴法对锥形瓶加热和冷却，瓶内温度不会超过100℃。
所以刚才的实验现象只能是固态碘和气态碘之间的直接变化。
设计意图：
要想搞清固态碘变成气态碘是否有液态过渡，一个很重要的参数就是碘的熔点这一关键的信息；而气态碘是否直接变成固态碘，很重要的就是碘的沸点（或液化点），这实际是培养学生应用已有知识解决或解释新问题的能力。
通过讨论也就清楚了老师采用采用水浴法进行实验的原因：
锥形瓶中的碘在发生物态变化时没有达到熔点和液化点。
教学环节5：
归纳概念，明确特点（3分钟）
教师活动：
（教师板书课题和第一个标题“一、升华和凝华”）
升华：
物质由固态直接变为气态。
物质在升华过程中吸热。
凝华：
物质由气态直接变为固态。
物质在凝华过程中放热。
学生活动：
归纳总结升华和凝华的概念，明确升华吸热，而凝华放热。
设计意图：
为什么到此时才板书课题呢？
用探究的思路指导教学，到了应该出结论的时候才给出，符合探究、总结、归纳的研究程序。
通过总结归纳，能够形成初步的概念，进而才有可能更好地理解概念。
教学环节6：
联系生活，探寻真理（10分钟）
教师活动1：
（板书）二、日常生活中的升华与凝华现象
升华和凝华现象在日常生活中有很多，下面让我们来看两个例子。
教师演示1：
半导体制冷进行制霜。
图12半导体制冷装置全貌
图13半导体制冷装置正视图
首先进行半导体制冷实验的准备工作：
教师出示电子制冷系统的成霜室，提醒学生观察并记住黑色制冷片的外观、颜色。
然后通电，电子制霜装置开始工作。
为了节省时间，教师随之进入另一教学环节。
设计意图
由于制霜的时间大概2至3分钟，所以要统筹安排时间
教师演示2：
探究用久了的节能灯管的根部为什么会发黑。
出示两支同一厂家、同一型号的节能灯管，一新一旧，组织学生先观察外观的异同，然后采用“并联”连接方式接入家庭电路，通电后让学生看灯管颜色的区别。
图14一新一旧两只灯管进行对比
教师提出问题：
“节能灯是我们现在用的比较广泛的照明工具，但节能灯管用久了之后，其灯管根部会发黑，这是为什么呢？
”
图16实验瓶与洁净的备用瓶的对比
图15实验瓶与洁净的备用瓶的对比
教师演示3：
教师出示前面用过的两只锥形瓶，与新、旧节能灯管进行外观对比，找出两组图片的异同之处。
学生活动1：
小组之间进行讨论，在老师的引导下找出两组图片的异同，分析产生不同之处的原因，各小组之间进行交流。
教师演示4：
究因解密
教师把一只去掉玻璃管的节能灯芯出示给学生，学生可以传看，增强感性认识，重点观察灯芯中的灯丝。
图18灯丝在灯管中的位置标示
图17节能灯管中的灯丝
迁移：
碘升华和凝华实验中的锥形瓶表面附有一层碘晶体颗粒，这是受热升华的碘蒸气在受冷时发生凝华形成的，它的存在使得整个瓶壁显淡紫色。
节能灯管的根部发黑是因为灯管内部的钨丝在通电工作时发生升华，在灯丝周围产生钨蒸气，随后钨蒸气在灯管壁上遇冷凝华成固态的小颗粒，时间久了就显出明显的黑色。
设计意图：
用久了的白炽灯的灯泡壁上会发黑，灯丝会变细，实际都是钨灯丝升华再凝华的结果，但随着北京市低碳、节能工程的开展，白炽灯泡在日常生活中越来越少箭，今后甚至可能会淡出北京市场；如今，家庭中更加常见的是节能灯泡，因此，教学内容的选择也要与时俱进，符合时代要求和学生的生活实际。
另外，这部分内容的处理还能够充分发挥碘升华和凝华实验的拓展功能，一个实验解决更多的问题，提高课堂教学效率。
教师演示5：
视线转移至第一个电子制霜装置的制冷片上，让同学们再次观察制冷片的颜色，发现黑色制冷片表面附着着一层白色的固态结晶。
（这就是霜）
教师提出问题：
这些白色霜晶是如何形成的？
图19接通电源前的半导体制冷片表面
图20接通电源后2分钟的半导体制冷片表面
实验揭秘：
找一个学生摸一会儿黑色片制冷片的表面，说出自己的感觉。
教师解释：
核心元件是半导体制冷片，通电后制冷面的温度迅速下降至0℃以下，水蒸气在其表面凝华，大量的固态冰晶聚集，形成霜。
秋冬季节，空气中水蒸气相对充足的环境中早晨在草叶、枝干上所形成的霜其实就是水蒸气遇冷发生凝华现象而形成的。
图21深秋季节早晨草叶上的白霜
图22深秋季节早晨树叶上的白霜
教师活动2：
向学生介绍——半导体制冷片常常被用于家用饮水机制冷工作端。
学生活动2：
学生聆听，结合实验的现象进行体悟，听老师的介绍，学生参与制霜实验，说出手碰制冷片时的感觉：
越来越凉（冷）。
学生在老师的引导下进行小组讨论，理解霜的形成是水蒸气的凝华现象。
设计意图：
水的循环在日常生活中非常常见，霜是水循环中一个很重要的物质状态，霜是如何形成的？
学生对这一问题有着浓厚的求知欲，从生活走向物理，从物理走向社会是课程标准的一项要求。
所以我们设计了这个实验，来突破难点，使学生明确在此类问题中，水蒸气遇冷凝华是核心，后续介绍的窗花的形成其实也是这个道理。
教师活动3：
介绍生活中的其它升华和凝华现象。
教师出示图片，提出问题：
下列各图反映的是哪些物态变化的情况。
学生活动3：
把握核心：
抓住初末状态，结合环境温度变化情况进行判断。
1、衣服柜中的樟脑丸没发生熔化却变小了。
2、寒冷的冬天，衣服被冻干了。
3、冬天的雪人没有熔化却变小了。
图25冷雪人变小
图24冻衣服变干
图23樟脑丸变小
设计意图：
落实教材内容，从生活走向物理，学会用物理知识解释生活中的现象。
水蒸气遇冷凝华是核心。
启发式教学，在物态变化判定时，抓住“对象、初态、末态、环境温度变化状况”四个要点。
教学环节7：
应用物理，走向社会（6分钟）
（板书）三、升华和凝华的应用
教师活动：
组织学生观看视频：
（1）干冰升华实现食品保鲜。
升华吸热，能使周围温度降低。
（2）人工降雨既有升华，也有凝华。
（见教材课后习题）
（3）人造雪景：
由于升华和凝华现象形成的。
学生活动：
观看视频，体会物态变化的应用。
设计意图：
本部分内容以选学为主，可根据课堂教学时间合理取舍，旨在丰富课堂内容。
教学环节8：
训练落实，巩固新知（3分钟）
1.刚从冰箱里拿出的冰棒，包装纸上出现一层“白粉”，这些“白粉”是空气中的水蒸气_______而成的。
2.填上物态变化的名称。
衣柜里的樟脑丸变小消失：
__________
冬天空气中的水蒸气遇冷后，在铁丝网上结成针状的霜：
__________
冬天冰冻的衣服自然晾干：
__________
用久的灯泡壁发黑：
______
学生活动：
学生进行练习，巩固落实对知识的理解。
设计意图：
围绕重点，落实、巩固知识要点。
教学环节9：
总结六态，构建体系（2分钟）
教师活动：
进行课堂小结
1、升华吸热
2、凝华放热
3、干冰升华的应用
4、学生结合物态变化图总结常见的六种物态变化
学生活动：
学生在老师的引导下进行总结
设计意图：
除了总结本节课的知识要点外，将6种物态变化的要点进行复习，为的是构建知识网络，让知识系统化。
教学环节10：
课内固化，课外延伸（1分钟）
教师活动：
布置作业
1、阅读教材，完成课后的三道题。
2、【课题】调查自然界的一些现象属于哪种物态变化
学生活动：
记录作业内容
设计意图：
通过作业进行教学效果的落实和研究课题让物理学习从课内走向课外。
板书设计
第四节升华和凝华
一、升华与凝华二、生活中升华与凝华现象
升华（吸热）
三、升华与凝华的应用
凝华（放热）
直接
固气升华吸热，凝华放热
学习效果评价设计：
1、教师课堂教学重视实验的应用，有利于突破教学难点。
2、教师组织学生进行学习活动，体现了以学生为本的理念。
3、学生思维积极，跟随老师做实验积极而有效。
4、学生掌握升华和凝华的知识要点，能够应用所学知识来解释现象。
三、教学设计特色说明
1、将升华和凝华不经历液态过程作为难点进行处理，利用碘颗粒和碘蒸气的醒目颜色激起学生的视觉感受，让现象和事实说话，使“物理”在学生的印象中不那么“无理”；为了突破难点，采用了水浴法进行加热，从逻辑上堵住了液态过程的干扰。
2、发挥实验的立体功能，一个实验现象可以多次使用，可以解决多个问题，提高了实验的课堂效益。
3、联系生活紧密，针对节能灯管发黑和秋冬季结霜设计了比较精巧的实验，应用实验条件迁移的功能，突破了学生的认知障碍，使学生对所学知识的理解和应用能力大大增强。
附录：
1、半导体制冷片实验说明
2、实验教学片断（视频资料）
附录1：
半导体制冷片实验说明
电子制冷法进行制霜
一、实验装置
本视频内容为北师大版八年级物理第一章第四节《升华和凝华》中关于凝华的演示实验。
实验装置图与示意图如图所示：
图1实验装置与半导体制冷片
图2实验装置示意图
该装置由半导体制冷片、循环水泵、水箱及散热装置、电源构成。
其中半导体制冷片是一个热传递的工具。
当一块N型半导体材料和一块P型半导体材料联结成的热电偶对中有电流通过时，两端之间就会产生热量转移，热量就会从一端转移到另一端，从而产生温差形成冷热端。
但是半导体自身存在电阻当电流经过半导体时就会产生热量，从而会影响热传递。
而且两个极板之间的热量也会通过空气和半导体材料自身进行逆向热传递。
当冷热端达到一定温差，这两种热传递的量相等时，就会达到一个平衡点，正逆向热传递相互抵消。
此时冷热端的温度就不会继续发生变化。
为了达到更低的温度，可以采取散热等方式降低热端的温度来实现。
本实验中采用水冷系统对半导体散热片进行制冷。
二、实验现象
通电后，半导体制冷片低温侧出现白色冰晶，用手轻触会感到温度很低，随着通电时间的增长，白色结霜现象会越发明显。
当停止通电后，制冷片高温侧热量很快扩散，原本结的霜会迅速熔化。
三、注意事项
针对本次实验应当注意一下几点：
1、创造一个相对潮湿、密闭的环境。
在半导体制冷片下方可以放置一块湿润的毛巾，装置上方用保鲜膜进行密封。
2、使用纸板遮挡除半导体制冷片以外的其它装置，减少对学生视觉干扰。
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