第十三章 实践 探究在干旱地区如何取水 教学设计 2026-2027学年物理沪科版九年级全一册

该初中物理教学设计聚焦物态变化（液化、蒸发等）及热传递在干旱地区取水的应用，通过沙漠迷路情境导入，联系电影中植物套塑料袋取水现象，引出“水蒸气遇冷液化”原理，搭建生活现象到物理知识的学习支架。 该资料以项目式学习和实验探究为特色，通过五种集露方法对比培养科学思维，塑料薄膜集露实验完整经历“提出问题-设计-制作-改进”过程落实科学探究。结合深色薄膜优化等实例，强化物理观念与工程实践结合，提升学生应用能力和节水意识，为教师提供可操作的实践教学方案。

实践：探究在干旱地区如何取水 课题 实践：探究在干旱地区如何取水 课型 实践探究课 课时 1课时（45分钟） 教材版本 沪科版九年级全一册 授课对象 九年级学生 授课时间 年 月 日 教学方法 实验探究法、合作学习法、项目式学习 教学用具 塑料薄膜、杯子、铲子、石头、泥土等 一、核心素养目标 1. 物理观念 (1) 运用所学物态变化知识（蒸发、液化、凝华、熔化等），解释露水收集过程中的物理原理。 (2) 理解热传递（传导、对流、辐射）在不同集露方法中的作用。 (3) 建立"水资源循环"的物理图景，认识到物态变化是自然界水循环的核心机制。 2. 科学思维 (1) 通过分析五种不同集露方法的异同，培养比较、归纳的科学思维方法。 (2) 在改进集露方案的过程中，运用控制变量法和优化思维。 (3) 将物理原理（液化、凝华、热传递）与工程实践相结合，培养"学以致用"的应用思维。 3. 科学探究 (1) 经历完整的项目式探究过程：提出问题→设计集露方案→动手制作→观察记录→改进优化。 (2) 在小组合作中分工协作，培养团队合作与交流表达能力。 (3) 能对实验数据进行记录和分析，提出改进措施并验证效果。 4. 科学态度与责任 (1) 认识到物理知识在解决实际生存问题中的重要价值，增强学习物理的内在动机。 (2) 了解水资源短缺的严峻现实，增强节水意识和可持续发展观念。 (3) 培养在困难条件下利用科学知识解决问题的创新精神和实践能力。 二、教学重点与难点 ⭐ 教学重点：1. 理解五种露水收集方法的物理原理（液化、热传递）；2. 动手完成塑料薄膜集露实验，掌握实验操作步骤；3. 运用物态变化知识分析和改进集露方案。 ⭐ 教学难点：1. 将抽象的物态变化原理与具体的集露操作建立对应关系；2. 基于实验观察提出科学合理的改进方案并验证；3. 分析不同集露方法的优劣，针对不同环境选择最优方案。 三、教学过程 [导入] 环节一：情境导入（4分钟） 【教师活动】同学们，如果你在沙漠中迷路了，水喝完了，你该怎么办？电影中我们常看到这样的情节：探险者在沙漠中用一个塑料袋套在植物上就能收集到水。这背后是什么物理原理？这节实践课，我们就来亲手探究在干旱地区如何利用物态变化知识取水。 干旱地区取水场景 【学生活动】观看图片，讨论沙漠取水的可能性方案，联系已学物态变化知识。 【过渡语】其实，取水的核心就是让空气中的水蒸气变成液态水，回顾我们学过的知识——这是什么物态变化？ 📕 理解要点：空气中含有水蒸气（气态，看不见），当温度降低到露点以下时，水蒸气会液化（或凝华）成液态水（或固态冰）。所有露水收集方法的本质都是"降温→水蒸气液化→收集"。这是第十三章物态变化知识的综合应用！ [探究] 环节二：集露方案探究（18分钟） 任务一：五种收集露水的方法（12分钟） 活动概述——物态变化、生命与水、水资源利用 【方法1：塑料薄膜集露法】 原理：在地面挖浅沟，铺设倾斜塑料薄膜。夜间温度下降时，空气中的水蒸气在光滑的薄膜表面遇冷液化成露珠，沿斜坡流入收集槽。 关键要素：(1)倾斜铺设→引导露珠流向；(2)夜间→温差大促进液化；(3)光滑表面→减少蒸发。 塑料薄膜集露法示意图 【优化】使用蓝色或黑色塑料布：深色吸热更快→昼夜温差更大→冷凝效果更佳。 蓝色/黑色塑料薄膜优化 【方法2：金属网冷凝法】 原理：利用金属（如铝网）或尼龙网的高导热性，将网面倾斜（与地面成30°~45°角）固定，下方放置收集容器。夜间温度降低时，空气中的水蒸气在网面遇冷凝结成露珠，滴落至容器中。 优势：金属导热好，降温快，冷凝效率高；网面结构增大了接触面积。 金属网冷凝法示意图 【方法3：植物露水收集法】 原理：草本植物、灌木的叶片夜间易凝结露水（叶片比热容小，夜间冷却快）。用海绵、布料擦拭叶片收集露水，或在植物下方铺设防水布，轻摇植株使露珠滴落。 关键要素：选择叶片面积大、夜间散热快的植物；注意保护植物不损坏。 植物露水收集法 【方法4：挖沟集露法】 原理：利用地表浅层土壤的昼夜温差。夜间土壤散热使上方空气降温，水蒸气冷凝在沟内。挖深30~50cm的沟，沟底铺砾石或塑料布，上方覆盖金属网或草席（促进冷凝），露水沿网面入容器。 关键要素：(1)沟深增加温差；(2)覆盖层促进冷凝；(3)底部防渗防蒸发。 挖沟集露法示意图 【方法5：陶土罐冷凝法】 原理：陶土材质多孔，夜间浇水后水分蒸发（汽化吸热）使陶罐表面温度降低，促进周围水蒸气在罐面冷凝。将陶罐埋入地下，罐口略高于地面，周围填湿沙，露水流入罐内。 关键要素：(1)蒸发制冷→罐面降温→促进冷凝；(2)多孔结构→增大表面积；(3)埋地→利用地冷。 陶土罐冷凝法 💡 五种方法对比：共同原理都是"降温→水蒸气液化→收集"。区别在于：降温方式不同（辐射散热/导热/蒸发制冷）和收集表面不同（薄膜/金属网/叶片/土壤/陶罐）。选择哪种方法取决于当地可获取的材料。 【过渡语】了解了五种方法，接下来我们亲自动手，用最容易获取的材料——塑料薄膜来收集露水！ 任务二：制作收集露水的工具（6分钟） 以塑料薄膜集露法为例进行实践操作。 【实验材料】一块大的方形塑料薄膜、杯子、铲子、石头、泥土。 实验材料准备 【实验步骤】 步骤1：找一块空旷、无遮挡的平地（优先沙土地或干燥地面），用铲子挖一条长1~2米、宽约30cm、深15~20cm的浅沟（深度不超过30cm避免塌陷）。将杯子放在沟底最低处。 步骤2：将塑料薄膜裁剪成比浅沟稍宽的长方形。把薄膜铺在浅沟上方，让薄膜两侧超出沟的边缘，用石头将薄膜边缘压紧在地面上，保证密封。 实验步骤2——铺设薄膜、用石头压紧边缘 步骤3：在薄膜正中间放一块石头（正对杯子上方），使薄膜形成一个向下的锥形凹陷，最低点位于杯子正上方。放置一夜后，观察杯内收集露水的情况。 实验步骤3——放置石头形成凹陷、收集一夜 ⚠️ 实验注意：1. 薄膜必须密封边缘，否则水蒸气会从缝隙散失；2. 石头不能太大，避免压穿薄膜；3. 选择晴朗夜间实验效果最佳（地面辐射散热快，温差大）；4. 安全使用铲子，注意防止沟壁坍塌。 [改进] 环节三：改进收集露水方案（8分钟） 任务三：优化集露效率 【教师活动】实验做完了，我们来思考：如何让收集到的水更多？ 【改进方案1】使用蓝色或黑色的塑料薄膜：深色物体吸收太阳辐射的能力更强，白天吸收更多热量，夜间辐射散热也更快，薄膜温度更低→冷凝效果更好。 【改进方案2】使用肥皂水擦拭薄膜表面：肥皂水可降低水的表面张力，使露珠更容易汇聚流下，同时减少水滴在薄膜表面的蒸发损失。 改进方案——深色薄膜和肥皂水处理 【改进方案3】在薄膜上方2米处搭建支架，覆盖树枝、草帘等植物材料：植物通过蒸腾作用不断释放水蒸气，增加薄膜内空气湿度→更多水蒸气可供冷凝。 【改进方案4】用电池驱动小风扇对薄膜表面吹风：增加空气流动→更多水蒸气与薄膜表面接触→提高冷凝效率。 改进方案——搭建支架覆盖植物、风扇增加空气流动 🔥 重点强调：改进的核心方向只有两个：(1)让薄膜更冷（增大温差→增加冷凝量）；(2)让更多水蒸气接触薄膜（增加湿度/增加空气流动→增加冷凝量）。所有改进方案都可以归入这两个方向！ [交流] 环节四：交流评价与拓展（10分钟） 【教师引导】各组展示集露成果，分享实验过程中的发现和遇到的问题。 讨论内容： 1. 各组收集到的水量有多少？哪组的集露效率最高？为什么？ 2. 实验过程中遇到了哪些问题？如何解决的？ 3. 如果在真正的沙漠环境中，哪些方法最可行？需要考虑哪些额外因素（沙尘、高温、大风等）？ 4. 除课件的五种方法外，还能想到哪些取水方法？ 【拓展研究】水资源短缺是当今社会面临的重大问题。课后调查水资源短缺产生的原因，探索开发水资源的方法，完成一份调查报告。 [小结] 环节五：课堂小结（5分钟） 【教师引导】今天的实践课，我们用所学的物态变化知识解决了"干旱地区取水"这个实际问题。我们来回顾： 1. 露水收集的核心物理原理是什么？（水蒸气遇冷液化） 2. 五种集露方法各自的优缺点是什么？ 3. 如果想要提高集露效率，可以从哪两个方向入手？（增大温差 / 增加湿度或水蒸气接触量） 4. 这节实践课让你对"物理知识有什么用"有了什么新的认识？ 四、板书设计 实践：探究在干旱地区如何取水 核心原理：降温→水蒸气液化→收集 五种方法： 1.塑料薄膜 2.金属网 3.植物收集 4.挖沟 5.陶土罐 实验步骤：挖沟→铺膜→压边→放石→收集 改进方向： 增大温差（深色膜、蒸发制冷） 增加水蒸气接触量（覆盖植物、风扇吹风） 五、教学反思 1. 学生对五种集露方法的物理原理理解程度如何？能否自主说出每种方法中"降温→液化→收集"的具体过程？ 2. 塑料薄膜实验操作中，学生是否遇到薄膜密封不严、石头压穿薄膜等常见问题？是否有预案？ 3. 对改进方案的讨论中，学生提出的建议是否有科学依据？是否能够区分"有效改进"和"无效尝试"？ 4. 小组合作效率如何？是否有学生"只动手不做记录"或"只记录不动手"的情况？ 5. 本课成功地将抽象的物态变化知识与实际生存技能联系起来了吗？学生是否感受到了物理的实用价值？ 6. 课后调查报告的完成质量如何规划跟进？是否需要提供一个调查框架或模板？ 学科网（北京）股份有限公司 $