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基于STEM理念的《简单冰箱原理》教学的设计——《汽化与液化》的拓展课教学设计

发表时间：2021/8/13 来源：《中小学教育》2021年9月3期作者：费志明

[导读] 汽化与液化是生活中常见的物态变化。我们可以举例很多生活实例，让学生从汽化、液化以及吸、放热方面来解释生活实例，从而巩固相关知识，即从现象到解释的教学思路。但是基于初中学生的逻辑推理和表述能力还不是很强，学生很难表达清楚。有的例子学生并不熟悉，解释清楚就更加困难了。

费志明浙江省嘉兴市海宁市盐官镇初中 314412
【摘要】汽化与液化是生活中常见的物态变化。我们可以举例很多生活实例，让学生从汽化、液化以及吸、放热方面来解释生活实例，从而巩固相关知识，即从现象到解释的教学思路。但是基于初中学生的逻辑推理和表述能力还不是很强，学生很难表达清楚。有的例子学生并不熟悉，解释清楚就更加困难了。
【关键词】设计思想教学过程教学反思
中图分类号：G652.2 文献标识码：A 文章编号：ISSN1001-2982 （2021）9-025-02

        从学生比较熟悉的生活情景出发，列举生活中比较常见的实例，通过问题设置，激发学生主动学习，从整体上把握核心概念，完善物态变化知识结构，从而起到举一反三的目的。
        本课在设计时，借助学生生活中比较熟悉的冰箱实例，将汽化与液化相关知识整合起来，形成一条清晰的知识主线。通过设置问题“如何将一杯水降温”，引导学生思考“冰箱内部为什么能维持在比较低的温度”，从而激发学生自己来设计一台冰箱，探究冰箱的制冷原理。在问题解决中渗透液化等相关知识。这种基于问题解决的学习模式，正是STEM教学理念的核心体现。
        STEM 结合点（内容）
        科学S 认识气体液化的两种方法
        技术T 体会汽化、液化在冰箱中的应用
        工程E 设计并理解气体液化制冷的方法与建模能力
        数学M 学习用画图直观表述问题，为数形结合思维奠基
        二、教学过程
        1.出示一杯冰冷的水
        问：这杯冰水，放在教室里一段时间，水的温度会发生什么变化？
        生：温度慢慢上升。吸收了周围空气的热量。
        师：没错，水的温度低于室温，所以周围空气会把热量传递给水，直至水温与室温相等。
        设计意图：结合图形解释热量传递的方向，引导学生将生活经验（冰水升温）与图形结合起来，使其对热传递方向有一个更形象、具体的认知。
        2.出示一杯与室温相同的水
        问：现在，这杯水的温度和室温一样，你什么办法让它的温度重新降下来，和这杯冰水一样？
        生1：放一些冰块进去，冰熔化会吸热，水的温度就降低了。
        生2：放在更冷的地方，比如冰箱里。
        问：冰箱是怎么给这杯水降温的呢？
        生：冰箱里面比较冷，所以能降温。
        3.小组讨论
        讨论与思考：冰箱里面的温度比外面的低，为什么冰箱内部能一直保持比较低的温度？为什么它不会像这杯冰水一样慢慢升温，直到和周围温度相等呢？
        生：冰箱能够不断地把热量送到外面。
        4.设计一台冰箱
        （1）小组讨论：如何将冰箱内的热量搬到外面？
        生1：熔化会吸热，在冰箱冷柜周围放某种物质，使其熔化，吸收冰柜里的热量，这样冰柜内的温度就会降低，水的温度就下降了。

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        生2：汽化会吸热，在冰箱冷柜周围放某种物质，使其汽化，这样也能行。
        生3：如果只有熔化，那就需要不断地提供物质。这样太浪费，也不可能实现，最好这种物质能够循环。
        师：若想让其循环起来，从便于流动的角度分析，我们选择哪种物态变化更好呢？
        生4：汽化——液化。
        液化的定义：物质从气态变为液态的过程。
        小组活动：观察盛冰水的烧杯外壁，出现小水珠。
        分析液化原因：
        生：周围空气中的水蒸气，遇到冷的烧杯内壁发生液化，形成小水珠。
        总结液化方法：降温
        设计意图：通过观察液化现象，对液化有一个更感性的认识。分析液化原因，总结出液化的第一种方法——降温。
        （2）冰箱液化方法的选择
        思考：循环的物质汽化后流动到冰箱外，是不是就能发生液化？
        生：冰箱外面的温度比冰箱里面的高，气体流动到冰箱外还是不能液化的。
        思考有没有其他液化的办法？
        实验演示：乙醚的液化
        总结液化方法：加压（生活应用举例）
        完善画图：电动压缩机加压。如图：简易冰箱模型
        （3）循环物质特性选择
        问：为了能在冰柜周围汽化，我们所选的这种物质应该有什么特性？
        生：冰柜内温度比较低，但是还是能够汽化，说明它的沸点比较低。
        （4）与实际冰箱简易原理图比对。
        解释：冷冻室是如何保持相当低的温度的？
        低沸点的冷凝剂在蒸发器里汽化，吸收了冷冻室里的热量，使冷冻室里的温度降低。空气压缩机将生成的蒸气抽走，压入冷凝剂，使之液化并把冰箱里带来的热量放出。冷凝剂液化后重新回到蒸发器里，如此循环工作，从而使冷冻室保持相当低的温度。
        (5)拓展知识，增强环保意识
        师：之前我们选择的氟利昂因为含有氯原子而会破坏臭氧层，使达到地面的紫外线增加，威胁人体和其他生物的健康。现在我们已普遍采用不会破坏臭氧层的氟利昂（无氟冰箱）。
        三、结语
        本课设计时，以学生比较熟悉的冰箱为学习载体，在设置问题——分析解释——完善方案这样的设计思路中渗透汽化与液化相关知识。如选择冷凝剂时，一方面可以复习前面所学的熔化、凝固等物态变化以及吸、放热的知识，另一方面能引导学生用迁移的思维方法，认识液化的概念。将科学知识整合在具体的问题情景中，在实验、画图、分析等实践体验中学习新知，完善知识结构。这种学习模式体现了STEM的教学理念。
参考文献：
[1]罗伯特.基于项目的 stem 学习一个整合科学技术工程和数学的学习方式［M］.上海科技教育出版社，2016:123-135.
[2] 林小婷.基于 STEM 教育理念的初中物理实验教学初探［J］.湖南中学物理，2020(03) ：54-55.
[3] 万志炎. 以学生为中心的初中 STEM 课堂教学变革[J]. 新课程研究，2020(03): 41-42.