第十三章温度与物态变化《实践 探究在干旱地区如何取水》课时教案-2025--2026学年沪科版九年级全一册物理

该教案聚焦蒸发、液化及温差致水蒸气液化的核心原理，通过撒哈拉沙漠取水视频创设真实困境，衔接已学物态变化知识，搭建从理论到实践的学习支架，引导学生综合应用知识解决干旱地区取水问题。 特色是以项目式学习为主线，通过设计取水装置、黑/白布覆盖对照实验、数据分析培养科学探究与科学思维，结合捕雾网等真实案例渗透科学态度与责任，助力学生构建物理观念，提升教师实践教学效率。

《实践 探究在干旱地区如何取水》课时教案 学科 物理 年级册别 九年级上册 共1课时 教材 沪科版九年级全一册物理 授课类型 实践探究课 第1课时 教材分析 教材分析 本节课是沪科版九年级物理第十三章“温度与物态变化”的实践探究课，位于学生学习了熔化、凝固、汽化、液化、升华、凝华等基本物态变化知识之后。教材通过设置真实情境——干旱地区取水难题，引导学生综合运用蒸发、凝结、露点、温差导致的水蒸气液化等核心物理原理，设计可行的取水装置。该内容体现了物理知识与生活实际的深度融合，凸显了“从生活走向物理，从物理走向社会”的课程理念，具有较强的综合性、实践性和创新性。 学情分析 九年级学生已具备一定的物态变化基础知识，能理解蒸发吸热、液化放热等基本规律，并初步掌握控制变量法、对比实验等科学探究方法。他们思维活跃，乐于动手实践，但对复杂情境中多因素的系统分析能力仍较薄弱。部分学生可能难以将抽象的露点、饱和蒸气压等概念与实际取水过程联系起来。因此，教学中需通过真实情境驱动、任务分解引导和小组合作探究，帮助学生建立知识与现实问题的桥梁，提升工程思维与解决实际问题的能力。 课时教学目标 物理观念 1. 能准确描述蒸发、液化等物态变化在取水过程中的作用机制，理解温差导致水蒸气凝结成液态水的物理条件。 2. 能结合露点、空气湿度等概念，解释不同环境下取水效率的差异，形成系统的物态变化应用观。 科学思维 1. 能基于干旱环境特征提出合理的取水假设，并设计可验证的实验方案，发展模型建构与推理能力。 2. 能分析实验数据，比较不同取水装置的效能，归纳影响取水效率的关键因素，提升批判性思维与系统分析能力。 科学探究 1. 能小组合作完成简易取水装置的制作与测试，规范操作温度计、湿度计等测量工具，提升实验操作技能。 2. 能记录实验现象与数据，绘制温湿度变化曲线，进行定量分析，发展科学探究的实证意识。 科学态度与责任 1. 在探究过程中表现出严谨求实、尊重证据的科学态度，勇于面对失败并优化方案。 2. 认识水资源的珍贵，理解科技在解决人类生存问题中的价值，增强社会责任感与可持续发展意识。 教学重点、难点 重点 1. 理解利用温差实现空气中水蒸气液化的物理原理及其在取水中的应用。 2. 设计并实施有效的实验方案，验证不同条件下取水装置的可行性。 难点 1. 将露点、相对湿度等抽象概念与实际取水效率建立联系。 2. 综合考虑材料选择、结构设计、环境因素等多变量，优化取水装置性能。 教学方法与准备 教学方法 情境探究法、合作探究法、实验探究法、讲授法 教具准备 塑料瓶、金属罐、黑色/白色布料、沙子、温度计、湿度计、喷雾器、LED灯（模拟阳光）、记录表 教学环节 教师活动 学生活动 情境导入：沙漠中的生命之问 【5分钟】 一、创设真实困境，激发探究欲望。 （一）、播放视频片段： 展示撒哈拉沙漠清晨的画面：广袤黄沙，烈日初升，镜头缓缓推进至一片干裂的土地，一只蜥蜴艰难爬行，远处有仙人掌枯萎倒伏。突然画面切换至一位科研人员蹲在沙地旁，用简易装置收集到几滴水珠，脸上露出欣喜表情。 1. 引导语：“同学们，刚才我们看到的是地球上最干旱的角落之一。在这里，每一滴水都关乎生死。这位科学家没有携带水源，却能在沙漠中‘无中生有’地获取淡水。他是怎么做到的？这背后隐藏着怎样的物理奥秘？” 2. 提出驱动性问题：“如果你们被困在这样极端缺水的环境中，除了等待救援，还能否利用身边的自然条件和简单材料，从空气中‘榨’出生命之水？今天，我们就化身‘荒漠取水工程师’，开启一场拯救生命的科技挑战。” （二）、揭示课题，明确任务。 板书课题《实践 探究在干旱地区如何取水》，并强调：“我们的目标不是空想，而是要基于物理学原理，设计一个可操作、可验证的取水方案。我们将分组协作，用有限的材料构建原型，并通过实验检验其效果。” 过渡语：“爱因斯坦曾说：‘想象力比知识更重要。’但在科学的世界里，想象力必须扎根于坚实的物理法则。让我们先回顾一下，哪些物态变化过程可能成为我们‘造水’的秘密武器？” 1. 观看视频，感受干旱环境的严酷与取水的重要性。 2. 思考教师提出的问题，产生强烈的好奇心与探究动机。 3. 明确本节课的学习任务与角色定位。 4. 回忆相关物态变化知识，尝试建立初步联想。 评价任务 情境感知：☆☆☆ 问题提出：☆☆☆ 任务理解：☆☆☆ 设计意图 通过极具视觉冲击力的真实情境引入，迅速抓住学生注意力，唤醒对水资源危机的认知。以“生命之问”为情感支点，激发内在探究动力。明确的任务导向使学习目标具体化，赋予课堂项目式学习的真实感与使命感，为后续深度参与奠定基础。 原理回顾：从空气中“抓”水的钥匙 【8分钟】 一、激活已有认知，构建知识网络。 （一）、组织头脑风暴： 提问：“空气中有水吗？以什么形式存在？我们能否改变它的状态来获得液态水？”引导学生回忆水蒸气的存在形式及物态变化路径。 1. 追问：“日常生活中有哪些现象说明空气中的水蒸气可以变成液态水？”预设回答包括：冬天窗户上的水珠、清晨草叶上的露水、浴室镜子起雾等。 2. 深入引导：“这些现象发生的共同条件是什么？”学生逐步归纳出“温差”是关键——当温暖潮湿的空气遇到冷的物体表面时，水蒸气会放热液化。 （二）、精讲核心概念： 使用PPT动态演示“露点”形成过程：空气中水蒸气含量一定时，降温至某一温度时开始凝结，此温度即为露点。强调“相对湿度越高，露点越接近环境温度，越容易结露”。 1. 结合图表展示不同温度下空气的最大持水能力（饱和蒸气压），说明夜间降温为何利于取水。 2. 补充讲解：“在干旱地区，虽然白天干燥，但夜晚地表散热快，温度骤降，空气相对湿度升高，此时正是收集‘空中水库’的最佳时机。” （三）、建立工程联系： 总结：“因此，我们的取水装置本质上是一个‘人工冷凝面’——通过制造温差，让空气中的水蒸气在其表面凝结成水。接下来，我们要思考：如何高效地制造这个温差？用什么材料做冷凝面最合适？” 过渡语：“达·芬奇说过：‘理论脱离实践是最大的不幸。’现在，就让我们把理论付诸行动，在实践中寻找最优解。” 1. 积极参与讨论，列举生活中的液化现象。 2. 分析现象背后的物理本质，提炼“温差致液化”的核心原理。 3. 理解露点与相对湿度的概念及其对取水的影响。 4. 初步构思取水装置的基本工作模式。 评价任务 知识关联：☆☆☆ 概念理解：☆☆☆ 原理迁移：☆☆☆ 设计意图 通过生活现象反推物理本质，强化“物理源于生活”的观念。精准讲解露点等抽象概念，辅以可视化图表降低理解难度。将科学原理转化为工程语言，架起“知识—应用”的桥梁，为后续设计提供理论支撑，避免探究陷入盲目尝试。 方案设计：我的取水装置蓝图 【12分钟】 一、分组研讨，草图构想。 （一）、发布设计挑战： 发放任务单：“请各小组利用提供的材料清单（塑料瓶、金属罐、黑/白布、沙子等），设计一款可在昼夜温差大的干旱环境中工作的取水装置。要求：① 原理正确；② 结构合理；③ 材料易得；④ 便于测试。” 1. 强调设计要点：“如何增大冷凝面积？如何加速散热？如何防止已凝结的水再次蒸发？如何收集水流？” 2. 提供参考案例：“如‘凹坑集水法’——挖坑覆盖透明塑料膜，中心悬挂石块形成低点引流；或‘辐射冷却板’——使用高发射率材料夜间向天空散热降温。” （二）、巡视指导，启发思维。 深入各小组，倾听设计方案，提出针对性问题： - “你们选择金属罐还是塑料瓶作为容器？为什么？”（引导思考导热性） - “黑色布料放在外面还是里面？它起什么作用？”（引导理解吸热与辐射） - “沙子是用来填充还是铺底？它如何影响温度变化？”（引导分析热容与隔热） - “如何确保凝结的水能顺利流入收集区而不滞留？”（引导结构设计） 鼓励学生绘制详细草图，标注各部件功能与预期物理过程。 （三）、促进交流，优化方案。 邀请两组代表简要介绍设计思路，其他小组质疑或补充。教师适时点评：“这个设计巧妙利用了夜间地面快速冷却的特点”“那个方案考虑到了减少二次蒸发，很有环保意识”。 过渡语：“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。再完美的设计也需要实验的洗礼。接下来，就是见证奇迹的时刻——动手建造你们的‘生命之泉’！” 1. 小组分工，围绕任务展开讨论与方案设计。 2. 绘制装置草图，标注关键部件与工作原理。 3. 参与班级交流，听取建议并完善方案。 4. 准备实验材料，明确操作步骤与分工。 评价任务 方案合理性：☆☆☆ 设计创新性：☆☆☆ 团队协作度：☆☆☆ 设计意图 通过开放性设计任务，培养学生工程思维与创新能力。小组合作促进思想碰撞，教师的引导性提问帮助学生突破思维盲区。展示与互评环节提升表达与批判性思维能力。整个过程体现“设计—反馈—迭代”的真实科研流程，深化对科学探究本质的理解。 实验探究：建造与测试“生命之泉” 【15分钟】 一、动手制作，搭建原型。 （一）、分发材料，安全提示。 向每组发放实验箱，内含塑料瓶、金属罐、黑色棉布、白色棉布、细沙、小石子、温度计、量杯、喷雾器等。强调安全规范：“使用剪刀裁剪塑料瓶时注意方向，避免划伤；加热模拟仅限于LED灯照射，禁止明火。” 1. 指导学生根据设计方案裁剪、组装装置。例如：将塑料瓶底部剪掉，倒置套在盛有湿沙的金属罐上，形成封闭空间；或在瓶内壁贴附冷凝片，外部包裹黑色布料以增强夜间辐射冷却。 2. 要求在装置关键位置（内部空气、冷凝面、外部环境）固定温度传感器或粘贴便携式温湿度标签。 （二）、设置对照，模拟环境。 统一布置实验台为“模拟荒漠区”：使用LED灯阵列模拟正午强光（开启），同时用风扇制造微风环境。待装置组装完成后，关闭灯光，启动加湿器短暂喷雾，模拟夜间湿度上升。 1. 指导学生记录初始温湿度数据，并预测哪种装置预计出水量最多。 2. 设置对照组：一组装置外覆黑色布料，另一组覆白色布料；或一组置于沙床上，另一组悬空放置，以便对比分析。 二、持续观测，采集数据。 （一）、定时记录，细致观察。 要求学生每隔5分钟记录一次内外温度、相对湿度，并观察冷凝面是否有水珠形成、是否滴落。 1. 提醒：“注意水珠的大小、分布密度、流动路径。可用放大镜辅助观察微观凝结过程。” 2. 鼓励拍摄延时照片或短视频，记录整个凝结过程，便于后期分析。 （二）、结束实验，测量成果。 15分钟后，统一停止实验。指导学生小心拆解装置，用量筒精确测量收集到的水量，填写实验报告表。 过渡语：“数据不会说谎，它是自然界最诚实的语言。让我们一起解读这些数字背后的故事。” 1. 安全规范地组装取水装置原型。 2. 设置实验变量，建立对照组。 3. 定时观测并准确记录温湿度及凝结现象。 4. 测量最终取水量，整理实验数据。 评价任务 操作规范性：☆☆☆ 数据真实性：☆☆☆ 观察能力：☆☆☆ 设计意图 通过亲手制作与测试，将抽象设计转化为具象成果，强化动手能力与实践体验。设置对照实验培养科学控制变量意识。长时间观测训练耐心与细致品质。精确测量与数据记录树立实证精神，为后续分析提供可靠依据。 总结升华：从一滴水看世界 【5分钟】 一、数据分析，分享发现。 （一）、组织汇报交流。 邀请三组代表上台展示实验结果：出示照片、数据图表，说明“我们的装置在X分钟内收集了Y毫升水，主要得益于Z设计”。 1. 引导全班讨论：“哪类材料组合取水效率最高？为什么？”共同得出结论：深色、高热导率材料更利于夜间散热，增大温差；封闭结构减少空气流动，提高局部湿度。 2. 提问：“实验中有没有出现意外现象？比如水珠迟迟不滴落？”引导学生反思表面张力、疏水处理等问题。 （二）、联系现实，情感升华。 展示真实案例图片：智利阿塔卡马沙漠的“捕雾网”、纳米比亚甲虫背部集水结构仿生设计、中国西北地区的太阳能露水收集系统。 1. 深情讲述：“每一滴从空气中凝聚的水珠，都是人类智慧对抗自然极限的勋章。正如居里夫人所说：‘生活中没有什么可怕的东西，只有需要理解的东西。’当我们用物理的眼睛去看世界，荒漠也能流淌希望。” 2. 总结提升：“今天我们不仅学会了如何取水，更懂得了科学的力量在于服务生命、改善生存。愿你们始终保持这份好奇与担当，未来用所学去解决更多‘不可能’的难题。” 1. 小组代表汇报实验过程与结果。 2. 倾听他人分享，参与集体讨论与结论归纳。 3. 观察真实科技应用案例，拓展视野。 4. 反思学习收获，感悟科学价值。 评价任务 结论准确性：☆☆☆ 表达清晰度：☆☆☆ 情感共鸣度：☆☆☆ 设计意图 通过成果展示与集体研讨，促进知识整合与思维深化。引入真实科技案例，拓宽学生眼界，增强学科认同感。以富有哲理的名言与诗意语言收尾，将物理学习升华为对生命、自然与人类智慧的敬畏，实现知识、能力与情感的三维融合，留下持久的精神印记。 作业设计 一、优化设计报告 请根据今日实验结果，撰写一份《干旱地区取水装置优化方案》。要求： 1. 分析本组装置的优点与不足（至少两点）； 2. 提出两项具体的改进措施（如更换材料、调整结构、增加功能模块等）； 3. 绘制改进后的设计草图，并用箭头和文字标注工作原理； 4. 预测改进后取水量的变化趋势。 二、拓展阅读与思考 查阅资料，回答下列问题： 1. 什么是“被动式辐射冷却技术”？它在现代建筑节能中有何应用？ 2. 仿生学在取水技术中有哪些典型案例？请选择一种简要介绍其原理； 3. 结合我国西北干旱地区的气候特点，谈谈你认为最适合推广的取水技术是什么？为什么？ 【答案解析】 一、优化设计报告 示例：优点——结构简单，成本低；利用黑色布料增强夜间散热。不足——冷凝面积较小；水珠易附着瓶壁难以收集。改进措施：① 在瓶内垂直悬挂铝箔条作为扩展冷凝面；② 在底部倾斜设置导流槽连接小型储水囊。预测：取水量可提升30%以上。 二、拓展阅读与思考 1. 被动式辐射冷却指材料在白天反射太阳光、夜间向太空辐射热量从而自发降温的技术，可用于建筑外墙降温节能。 2. 如模仿纳米比亚甲虫背部亲水/疏水交替图案，实现高效集水。 3. 推荐太阳能驱动的空气取水机，因其可全天候运行且产水量稳定，适合偏远无电网地区。 板书设计 实践 探究在干旱地区如何取水 【主结构：左侧知识区 | 右侧实践区】 ■ 物理原理： 温差 → 水蒸气液化 → 露点 ↑　　　　　↓ 相对湿度　　冷凝面（材料：金属＞塑料） 　　　　　　颜色：深色＞浅色（辐射强） ■ 设计要素： [草图框] 冷凝区 | 集热/散热层 | 密封结构 | 导流槽 ■ 实验结论： 黑布+金属罐+湿沙 → 出水最多 封闭优于开放，夜间优于白天 教学反思 成功之处 1. 情境创设真实感人，有效激发了学生的探究热情与社会责任感，课堂参与度极高。 2. 实验设计层次清晰，从原理回顾到方案构建再到动手验证，逻辑严密，学生在“做中学”中深刻理解了物态变化的应用价值。 3. 板书图文并茂，既呈现核心知识又记录实验发现，助力学生构建系统认知。 不足之处 1. 实验时间略显紧张，部分小组未能完成多次重复测量，影响数据可靠性。 2. 对露点与饱和蒸气压的讲解仍偏理论，少数学生反映理解困难，可增加互动模拟小游戏辅助。 3. 未充分预估不同小组进度差异，个别组因裁剪失误延误整体进程，下次应提供半成品组件备用。 学科网（北京）股份有限公司 $