用“問題解決”策略執教《升華與凝華》案例

摘要：本文以初中八年級《升華與凝華》一節的教學為例，介紹了對“問題解決”教學策略的具體應用程序，從而達到一步步引導學生掌握知識、發展能力的目的。

關鍵詞：“問題解決”策略；引出問題；探究問題；解決問題；歸納問題

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148(2012)3(S)-0019-3

“問題解決”教學是以“問題體系”為基本教學策略，通過揭示目標、依據目標進行問題解決、檢測目標，一步步去引導學生掌握知識、發展能力。“問題解決”中的問題是依據教學目標和教材的特點、重點、難點來設計的。問題解決的過程是“提出問題——探究問題——解決問題”。下面筆者以人教版初中八年級《升華與凝華》的教學為例談談我們對“問題解決”教學策略的具體運用。

1 趣味實驗引出問題

教師在白紙板用淀粉溶液畫上一個圖案，放入圖1裝置中，很快看到一張微笑的臉。(如圖2)。

[師]為什么白紙板上的笑臉開始看不清，現在卻看清楚了呢?

其實教師在蓋上玻璃罩之前，先在這個裝置里放了一些固態的碘顆粒，淀粉遇到碘會變成藍色，在這個過程中，固態的碘變成了什么狀態使白紙板上的淀粉變藍了呢?

[生]氣態的。

[師]那固態的碘是怎樣變成氣態的呢?前面我們學習了四種物態變化，知道固態的物質可以先熔化變成液態，再汽化變成氣態。同學們猜想一下，在今天的實驗中，固態的碘是不是也是先熔化再汽化變成氣態的呢?

[生]不是，因為沒有看到液體，只看到了紫色氣體。

[師]難道固體能直接變成氣體嗎?下面就讓我們一起來探究碘的物態變化。

2 小組實驗探究問題

教師事前為每個小組提供了一個封閉的玻璃管，管內裝有紫黑色的固態碘，請將玻璃管放在裝熱水的燒杯中。(學生開展實驗活動，教師個別指導)

[師]觀察到了什么?

[生]觀察到了固態的碘變成了氣態了

[師]固態的碘是怎樣變成氣態的呢?固態的碘是不是先熔化再汽化變成氣體的呢?

[生]不是的，因為沒有液態的碘出現。

[師]實驗表明固態的碘并沒有先熔化再汽化，而是由固態直接變成氣態，這個過程和我們以前研究的四種物態變化顯然不同，我們就把同學們剛剛發現的這個新的物態變化稱之為升華。

3 分析實驗解決問題

[師]通過實驗，同學們覺得升華需要吸熱還是放熱呢?

[生]需要吸熱。

[師]你怎么知道需要吸熱?

[生]因為放入熱水中，從熱水中吸收了熱量。

[師]大量實驗表明，物質的升華都需要吸熱。剛才我們使固態碘變成了氣態的碘蒸氣，那現在我們能不能再使氣態的碘變回固態呢?怎么做?

[生]放入冷水中，因為我覺得它和升華應該是相反的。

[師]通過前面的學習我們知道，熔化和凝固是相反的過程，熔化吸熱，凝固放熱，汽化和液化也是相反的，汽化吸熱，液化放熱，那么今天我們研究的固體直接變成氣體的過程和氣體直接變成固體過程是不是也是相反的呢?現在就讓我們把封閉管放入冷水中仔細的觀察。

放人冷水中后，你觀察到了什么?碘蒸氣是先液化再凝固變成固態的嗎?你怎么知道它是直接變成固態的呢?

[生]因為沒有液態物質出現。

[師]實驗表明碘可以從氣態直接變成固態，我們把物質由氣態直接變成固態的過程稱之為凝華。實驗也表明升華和凝華的確是一個相反的過程。升華需要吸熱，凝華需要放熱。

4 拓展實驗歸納問題

[師]剛才我們研究的都是碘的升華和凝華，生活中其他物質會不會也會有升華和凝華的現象發生呢?我為每個小組準備了一個廣口瓶，瓶內裝有白色固體顆粒，同學們拿起瓶子觀察一下，并打開瓶蓋聞一下它的氣味。大家覺得這個白色顆粒是什么呢?

[生]樟腦丸。

[師]我們聞到了樟腦丸的味道，說明樟腦丸變成了什么狀態，發生了什么物態變化呢?

[生]氣態，升華了。

[師]我這里還有一種白色的固態物質，它叫干冰，干冰是固態的二氧化碳，它在常溫下就極易升華，現在我把它放到絨布上，大家仔細的觀察一下它。(如圖3)

[生]它變少了(如圖4)

[師]它由什么狀態變成了什么狀態?

[生]固態變成了氣態。

[師]通過前面的學習，我們知道，升華需要吸熱，那么在干冰周圍的溫度有沒有什么變化呢?如果我把干冰放入金屬罐中，金屬罐的外表面會有什么現象發生呢?(如圖5)

[生]金屬罐溫度降低，于是空氣中的水蒸氣遇冷放熱凝華形成霜。

[師]我們來看一下，(如圖6)金屬罐有沒有什么變化?

[生]變白了。

[師]白色的物質是什么呢?

[生]霜。

[師]正如大家開始猜想的那樣，水蒸氣遇冷變成了霜，由氣態直接凝華成了固態。今天我們在教室里成功地制作了霜，我們還在秋冬季節的草坪上，樹枝上，冰箱里也看到了霜。

同學們在生活中有沒有注意觀察燈泡呢?燈泡的主要結構，燈絲的材料是鎢，鎢的熔點3410℃，燈絲正常工作時的溫度是2 000℃～2 700℃。下面我們來做一個關于燈泡的實驗，這里有兩個完全相同的沒有使用過的燈泡，我給右邊的燈泡通電。可使右邊的燈泡發光。調節器使燈泡變亮，大家注意觀察。同學們猜想一下。停止斷電之后右邊的燈泡會有什么現象發生呢(如圖7)?

[生]右邊的燈泡變黑了。

[師]你為什么覺得右邊的燈泡為什么會變黑呢?

[生]因為鎢絲升華了。

[師]咱們來看一下，右邊燈泡真的變黑了，這種附著在燈泡內壁的鎢是什么狀態的?鎢絲本來什么狀態的?固態到固態，那大家覺得發生了什么物態變化呢?

[生]先升華，后凝華了。

[師]這個過程中鎢可不可能熔化了呢?

[生]不可能，因為鎢的熔點高于鎢絲工作時的溫度。

[師]平時生活中的燈泡需要幾年甚至十幾年的時間才會慢慢變黑，今天的實驗中為什么這么塊就黑了呢?實驗表明，鎢的溫度升高，升華速度加快。

5 走向生活解決問題

[師]通過前面的幾個實驗，我們發現很多物質都會發生從升華和凝華的現象。我們知道在分析相關問題時，應該關注物質的始狀態、末狀態，中間是否有液態物質產生，整個過程的吸熱和放熱情況，大家對這種分析問題的方法是否掌握好了呢?我們來檢驗一下，這里有八幅圖片，筆者想請你說出其中哪些是升華，哪些是凝華的現象?下面我們分小組討論一下。

要求學生首先說出升華現象，解釋冰雕變小然后說出凝華現象，解釋冰花怎么形成的，冰花是出現在窗戶的內側還是外側呢?其他幾幅圖是什么物態變化呢?

[師]通過剛才的學習，我們知道了一些升華和凝華相關的知識，那這些知識在實際生活中又有哪些應用呢?

[師]有的同學很喜歡吃方便面，你知道方便面中的蔬菜包是怎樣干燥的嗎?它采用的是冷凍干燥的技術，先將蔬菜放入低溫環境中，使蔬菜中的水分結冰，然后將結冰的蔬菜放入真空低溫環境，蔬菜中的水份迅速升華，從而使蔬菜達到脫水的目的，這樣脫水的蔬菜，外形和營養成分都不會流失。這種干燥技術已經廣泛的應用于人們的生產生活中。

大家都知道，今年(2010年)我國西南發生了百年不遇的特大旱災，假如我國西南上空存在富含水蒸氣的云，我們能不能利用今天所學的知識來緩解旱情呢?

[生]能，人工降雨。

[師]實際上人工降雨的方法很多，其中一種方法正是向云層播灑干冰，(教師介紹人工降雨的具體過程)。我們知道白霧是空氣中的水蒸氣液化而形成的。現在我想在教室里制造這種云霧繚繞的效果，可以用什么方法?(請大家下來思考討論。)

[師]同學們今天表現都非常好，下面咱們靜下心來想一想，通過這節課的學習，你都有哪些收獲呢?

[生]知道了升華凝華的概念，升華需要吸熱，凝華需要放熱。我們還學會了解釋生活中的一些升華和凝華的現象，最后，我們了解了升華吸熱的應用。還通過探究碘的物態變化，掌握了實驗探究的一般方法。

[師]最后給大家一個思考題93頁，科學世界中大漠里的故事，幫科學家解決一個問題。

參考文獻：

[1]彭前程，等，義務教育課程標準實驗教科書《物理》八年級上冊，人民教育出版社，2006(3)，

(欄目編輯 黃懋恩)