不同版本教材升華和凝華教學(xué)內(nèi)容的比較與教學(xué)建議

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-6148（2025）7-0036-4

升華和凝華是六種物態(tài)變化中的一部分，連同之前學(xué)習(xí)的四種物態(tài)變化，共同組成了一個完整的知識體系。本文將分析比較人教版、滬粵版、北師大版、教科版、蘇教版和魯科版教材中升華和凝華的教學(xué)內(nèi)容編排，嘗試提出有效的教學(xué)建議，幫助學(xué)生更好地實現(xiàn)知識建構(gòu)。

1不同版本教材關(guān)于升華和凝華教學(xué)內(nèi)容的比較

“升華和凝華”一節(jié)的教學(xué)重點有兩個：一是通過實驗讓學(xué)生直觀感知升華和凝華這兩種物態(tài)變化；二是運用所學(xué)知識解釋生活中的相關(guān)現(xiàn)象。本文從實驗方案和生活實例兩個角度，對比分析人教版、滬粵版和魯科版等不同版本教材的內(nèi)容編排。

1.1 不同版本教材實驗方案的比較

除了教科版之外，各版本教材均設(shè)計了專門的實驗，以幫助學(xué)生積累感性認(rèn)知。以這些感性認(rèn)知為基礎(chǔ)，學(xué)生可建構(gòu)升華和凝華的概念，并掌握這兩種物態(tài)變化所涉及的吸熱和放熱條件。比較后發(fā)現(xiàn)，不同版本教材在實驗方案上的主要差異體現(xiàn)在熱源的選擇以及放熱方式上。

1.1.1 升華實驗中熱源的比較

比較各版本教材的實驗方案發(fā)現(xiàn)，人教版、北師大版、滬粵版、蘇教版教材以熱水為熱源設(shè)計實驗；而魯科版則以酒精燈為熱源設(shè)計實驗。

點評：直接使用酒精燈作為熱源的設(shè)計無疑是高效的。然而，在這樣的設(shè)計下，碘是否真的只會從固態(tài)直接轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)呢？以魯科版教材中“觀察碘的升華\"實驗為例（圖1），教師在課堂演示時，可能會有液態(tài)碘的形成。查閱相關(guān)資料可知，碘的熔點約為 113°C ，而酒精燈外焰的溫度高達(dá) 500^°C 。因此，在實驗過程中如果操作不當(dāng)，碘有可能首先熔化成液態(tài)，然后再汽化成氣態(tài)。這表明，雖然酒精燈提供了快速加熱的方式，但其高溫可能導(dǎo)致碘經(jīng)歷熔化和汽化的兩個階段，而非直接升華。

圖1魯科版教材中“碘的升華\"實驗

相比之下，采用水作為熱源的加熱方法更易操作。水沸騰時的溫度約為 100^qC ，低于碘的熔點。因此，在這種實驗條件下，碘無法熔化，只能直接從固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)，即發(fā)生升華。由此可見，水浴法的加熱方式可以確保學(xué)生能夠觀察到純粹的升華現(xiàn)象，而不受熔化和汽化現(xiàn)象的干擾。

1.1.2 凝華實驗中放熱方式的比較

分析比較發(fā)現(xiàn)，各版教材采用了不同的冷卻策略促使碘蒸氣凝華。例如，蘇教版、教科版和滬粵版將充滿碘蒸氣的試管或錘形玻璃泡直接置于空氣中自然冷卻；人教版則采取了更為直接的方式，通過向錘形玻璃泡澆注冷水來迅速降低溫度；而魯科版則是讓熱的碘蒸氣接觸到裝有冷水的燒瓶，以此達(dá)到降溫的效果。

點評：從實驗效率來看，魯科版采用的冷卻方式能夠使碘蒸氣快速凝華，顯著提高了實驗效率。在該裝置中，燒杯內(nèi)的碘吸收熱量后轉(zhuǎn)變?yōu)榈庹魵狻．?dāng)這些熱的碘蒸氣接觸到裝有冷水的燒瓶底部時，會立即發(fā)生凝華現(xiàn)象。學(xué)生不僅能夠同時觀察到升華和凝華兩個過程，教師也能夠迅速引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行概念的建構(gòu)。相比之下，蘇教版和滬粵版的冷卻方式實驗效率較低。以蘇教版“觀察‘碘錘'中的物態(tài)變化\"為例（圖2），在炎熱的天氣條件下，學(xué)生可能需要等待4至5分鐘才能完整地觀察凝華過程。

從現(xiàn)象分析的難度來看，魯科版的實驗設(shè)計相對困難。在這套實驗裝置中，升華和凝華幾乎是同時發(fā)生的。因此，學(xué)生不僅會看到燒瓶里出現(xiàn)濃濃的紫色煙霧（碘蒸氣），還會同時發(fā)現(xiàn)裝有冷水的燒瓶底部出現(xiàn)粉末（固態(tài)碘）。然而，由于學(xué)生無法直接觀察到碘蒸氣逐漸變淡的過程，他們對固態(tài)碘的“憑空出現(xiàn)”會感到十分不解，這增加了理解凝華過程的難度。

相比之下，蘇教版、滬粵版和人教版的實驗設(shè)計能很好地避免這個問題。以人教版“觀察碘的物態(tài)變化\"為例（圖3），在分析過程中，學(xué)生可以清楚地看到玻璃容器中的碘蒸氣逐漸變淡，并且將這一現(xiàn)象與容器頂部出現(xiàn)的固態(tài)碘聯(lián)系起來。這樣，學(xué)生將很輕松地分析出容器頂部固態(tài)碘形成的原因，為后面凝華概念的建構(gòu)打基礎(chǔ)。

圖2蘇教版教材中“觀察‘碘錘'中的物態(tài)變化\"實驗

圖3人教版教材中“觀察碘的物態(tài)變化\"實驗

1.2 不同版本教材中生活實例的比較

各版教材列舉的生活實例大同小異，主要包括北方冬天結(jié)冰的衣服變干、北方冬天窗戶的冰花、霧淞、樟腦丸變小、霜、日光燈管變黑等。此外，部分教材還設(shè)計了專門的活動來加深學(xué)生的體驗。比如，人教版、滬粵版設(shè)計了用冰和鹽制作霜的活動；北師大版則設(shè)計了用樟腦球制作人造霧淞的活動。

點評：各版教材列舉的生活實例能幫助學(xué)生更好地理解和應(yīng)用所學(xué)知識，體現(xiàn)了“從生活走向物理，從物理走向社會\"的理念。然而，除了樟腦丸變小、日光燈管變黑、冰箱的霜外，其余例子皆充滿了濃濃的北方地區(qū)特色，這對很多南方地區(qū)的孩子而言非常陌生。雖然教材試圖通過圖文并茂的方式進(jìn)行介紹，但對于缺乏相關(guān)生活經(jīng)驗的學(xué)生來說，這樣的解釋存在說服力不足的問題。

2 升華和凝華的教學(xué)建議

2.1 關(guān)于升華和凝華實驗的建議

2.1.1 升華和凝華實驗的方案選取及開展建議

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論指出，知識不是教師單方面?zhèn)魇诘慕Y(jié)果，而是學(xué)習(xí)者在特定情境中，通過與他人的互動和借助相關(guān)學(xué)習(xí)資源，主動建構(gòu)意義而獲得的[1]。受此啟發(fā)，參考人教版的實驗方案，我們在課堂中為學(xué)生提供燒瓶、熱水、裝有少量碘粉末的錘形玻璃容器，讓學(xué)生以小組為單位進(jìn)行實驗探究。其中，小組為單位的實驗開展方式有利于降低實驗操作的難度，為學(xué)生之間多樣化思維碰撞提供可能。

2.1.2 升華和凝華實驗現(xiàn)象的分析建議

教育心理學(xué)指出，個體的心理發(fā)展從簡單的感知開始，逐步經(jīng)歷表象、記憶、想象，最終達(dá)到復(fù)雜的思維過程[2]。受此啟發(fā)，教師可以設(shè)置環(huán)環(huán)相扣的問題鏈，引導(dǎo)學(xué)生從實驗現(xiàn)象出發(fā)，逐步實現(xiàn)從感知到思維的過渡。

升華實驗的問題鏈： ① 把錘形玻璃容器浸入熱水中，我們會看到什么現(xiàn)象？ ② 隨著時間的流逝，容器內(nèi)碘蒸氣的顏色變得越來越深還是越來越淺？ ③ 容器底部的碘粉末變得越來越多還是越來越少？ ④ 你認(rèn)為碘蒸氣是如何形成的？請說出理由。 ⑤ 你覺得碘從固態(tài)直接變成氣態(tài)的過程中，需要吸收熱量還是放出熱量？

凝華實驗的問題鏈設(shè)計與升華實驗類似： ① 往錘形玻璃容器頂部澆冷水的過程中，碘蒸氣的顏色如何變化？ ② 容器頂端出現(xiàn)什么現(xiàn)象？ ③ 你認(rèn)為這些固態(tài)的碘是如何形成的？請說出理由。④ 你覺得在這個過程中，碘蒸氣需要吸收熱量還是放出熱量？

在升華實驗中，教師可以通過問題 ②③ 幫助學(xué)生建立碘蒸氣濃度增加與固態(tài)碘減少之間的聯(lián)系，使學(xué)生更容易發(fā)現(xiàn)碘直接從固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)的現(xiàn)象。為了降低問題 ④ 的難度，教師可以提供碘的熔點作為提示，引導(dǎo)學(xué)生思考為什么碘沒有經(jīng)歷液態(tài)階段而直接變?yōu)闅鈶B(tài)。經(jīng)過討論，學(xué)生認(rèn)識到實驗中的碘由固態(tài)直接轉(zhuǎn)化為氣態(tài)的事實，為后面升華概念的建構(gòu)做好鋪墊。同理，凝華實驗中問題 ①② 有利于學(xué)生發(fā)現(xiàn)碘從氣態(tài)直接轉(zhuǎn)變成固態(tài)的事實，助力他們實現(xiàn)凝華概念的建構(gòu)。

2.2 關(guān)于升華和凝華生活實例解釋的建議

2.2.1 提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)，輔助學(xué)生解釋升華現(xiàn)象

根據(jù)“腳手架”理論，如果我們將知識劃分為逐步遞進(jìn)的階段，學(xué)生更傾向于在引導(dǎo)下自主學(xué)習(xí)和進(jìn)步，而不是被強(qiáng)行推進(jìn)；學(xué)生同樣會希望老師為他們提供邁步的拐杖[3]。受此啟發(fā)，教師可以利用學(xué)生的生活經(jīng)驗作為基礎(chǔ)，提供如熔點等關(guān)鍵信息作為“腳手架”，協(xié)助他們解釋生活中的升華現(xiàn)象。以樟腦丸變小為例，我們可以給學(xué)生提供樟腦的熔點（大約 176^°C ）作為提示。憑借生活常識，結(jié)合樟腦的熔點，學(xué)生不難分析出在常溫條件下，由于溫度遠(yuǎn)低于樟腦的熔點，樟腦丸不會發(fā)生熔化。因此，其體積減小只能是通過升華來實現(xiàn)。

同理，如果給出北方冬天的最低溫度，并結(jié)合冰的熔點，學(xué)生不難解釋北方冬天結(jié)冰的衣服變干、北方冬天冰雕變小等生活實例；另外，當(dāng)學(xué)生了解到燈泡工作時的溫度以及鎢絲的熔點，他們就能認(rèn)識到燈泡內(nèi)的鎢絲變細(xì)屬于升華現(xiàn)象。

2.2.2 以體驗活動為橋梁，填補(bǔ)經(jīng)驗空白

杜威的“做中學(xué)\"理論指出，學(xué)生應(yīng)在實踐中獲取知識，而不僅是理論學(xué)習(xí)[4]?？紤]到不少南方地區(qū)的學(xué)生可能缺乏對霜、霧淞等凝華現(xiàn)象的直接認(rèn)知，在課堂中，教師可以為學(xué)生提供適當(dāng)?shù)膶嶒炂鞑模顾麄兺ㄟ^親身體驗獲得感性認(rèn)識，以此彌補(bǔ)生活經(jīng)驗的不足。以霜為例，不少南方學(xué)生會認(rèn)為霜是水凝固時產(chǎn)生的。此時，我們可以參考人教版、滬粵版教材，讓學(xué)生嘗試用冰和鹽制作霜（圖4）。通過實驗，學(xué)生發(fā)現(xiàn)原本干燥的易拉罐表面逐漸出現(xiàn)了霜。通過體驗，學(xué)生能夠直觀地看到霜并非由水凝固而成的，而是由空氣中的水蒸氣從氣態(tài)直接轉(zhuǎn)變成固態(tài)的結(jié)果。

圖4人教版教材中霜的形成實驗

圖5北師大版教材中人造霧松的制作方案

以霧淞為例，初學(xué)者很容易誤以為霧淞與霧一樣是液化現(xiàn)象。為了糾正這一誤解，我們可以參考北師大版教材中的實驗設(shè)計，讓學(xué)生親手制作人造霧淞（圖5）。通過這個實驗，學(xué)生將發(fā)現(xiàn)覆蓋在松樹枝上的“霜\"實際上是樟腦蒸氣凝華的結(jié)果，而非液化現(xiàn)象。

實踐活動

人造霧淞

準(zhǔn)備一個耐熱的玻璃瓶、一小段松枝、適量樟腦球。把樟腦球放在紙上，碾成粉末，倒入玻璃瓶中。將小松枝放進(jìn)玻璃瓶里，蓋上瓶蓋。用蠟燭或酒精燈對玻璃瓶緩慢加熱。一段時間后，你就可以看到在玻璃瓶的內(nèi)壁上出現(xiàn)冰花一樣的東西，同時玻璃瓶里的小松枝上也會掛滿潔白的“霜”，就像霧淞一樣（圖1.4-4）。

2.2.3 活用知識遷移，觸類旁通

考慮到一節(jié)課的時間有限，如果能夠借助一個實驗解釋多個相關(guān)問題，無疑能大大提高課堂效率。因此，在課堂中教師可以培養(yǎng)學(xué)生形成知識遷移的習(xí)慣，幫助他們達(dá)到觸類旁通的效果。以人教版“觀察碘的物念變化”為例，這個實驗不僅能幫助學(xué)生建構(gòu)升華和凝華的概念，還能協(xié)助他們解釋燈泡變黑的現(xiàn)象。具體來說，教師可以引導(dǎo)學(xué)生將玻璃容器中的碘想象成燈泡內(nèi)的鎢絲。在實驗中，碘的升華與燈泡工作時鎢絲因高溫變細(xì)的過程相似；而碘蒸氣隨后又在容器內(nèi)壁上凝華為固態(tài)碘，這一過程類似于燈泡內(nèi)部的鎢蒸氣冷卻后沉積在燈泡內(nèi)壁，導(dǎo)致燈泡變黑。

以北師大教材“人造霧淞實驗”為例，通過引導(dǎo)學(xué)生將樟腦蒸氣想象成水蒸氣，將玻璃容器內(nèi)壁想象成冰冷的窗戶玻璃，我們可以看到，實驗中樟腦蒸氣遇到瓶子內(nèi)壁形成“類似冰花”的現(xiàn)象，與北方冬天窗戶上形成冰花的過程非常相似。參考人造霧淞的解釋，學(xué)生不難理解北方冬天窗戶內(nèi)壁出現(xiàn)冰花的原因了。

3結(jié)語

教材是教師授課的重要工具，也是珍貴的教學(xué)資源。在備課時，我們應(yīng)盡可能對比多個版本的教材，汲取各版之長，整合出最優(yōu)的教學(xué)內(nèi)容與策略。通過活用多樣化的教學(xué)方法，我們能夠更有效地輔助學(xué)生進(jìn)行知識建構(gòu)，讓他們體驗物理學(xué)科的魅力。

參考文獻(xiàn)：

[1]李新鄉(xiāng)，張軍朋，張啟德，等.物理教學(xué)論[M].北京：科學(xué)出版社，2005：90.

[2]王曉明.教育心理學(xué)[M].北京：北京大學(xué)出版社，2015：53.

[3]姚久峰.為學(xué)生搭建思維發(fā)展的支架[J].小學(xué)教學(xué)研究，2014（8）：58-59.

[4]劉濤.科學(xué)技術(shù)實踐認(rèn)知理論指導(dǎo)下的初中校本課程開發(fā)研究[D].上海：上海師范大學(xué)，2012.

（欄目編輯 劉榮）