跨学科实践活动2
制作模型并展示科学家探索物质组成与结构的历程
一、知识目标
1．通过制作模型和展示科学家的探索历程，进一步认识物质由微观粒子构成的。
2．进一步体会用元素和分子、原子观点认识物质组成与结构的思路和方法。
3．通过对物质组成与结构的认识，构建微粒观、元素观、结构观等化学概念。
二、核心素养目标
1．宏观辨识与微观探析：能从微观粒子角度解释常见的宏观现象，构建微粒观、元素观、结构观等化学概念。
2．证据推理与模型认知：通过分析科学家的研究历程，认识到基于实验建构模型的重要性，理解科学研究是一个不断完善和修正的过程。
3．科学探究与创新意识：通过动手实践制作模型，培养探究能力和创新思维，体会跨学科研究方法的联系与区别。
一、教学重点
1．微观粒子的性质及运动特点。
2．模型在探索物质组成与结构中的作用。
3．科学家认识原子结构和水组成的历程。
二、教学难点
理解元素、分子、原子与物质的层次关系，以及从微观角度解释化学反应的本质。
本节教学内容出自人教版2024年九年级化学上册第三单元《物质构成的奥秘》的跨学科实践活动2。本活动是对单元知识的综合运用与拓展，在整个化学知识体系中具有重要地位，它不仅能加深学生对物质构成奥秘的理解，还能培养学生的跨学科思维和实践能力。
教材围绕“制作模型并展示科学家探索物质组成与结构的历程”这一主题，安排了探究构成物质的微观粒子、认识模型在探索物质组成与结构中的作用、以水为例梳理物质组成与结构的认识思路三部分内容。通过列举生活中常见的现象，如闻到花香、湿衣服晾干等，引导学生认识物质由微观粒子构成；借助物理、化学课程中的实验，阐述微观粒子的运动特点；介绍多种模型，如化学模型、物理模型、生物模型，让学生体会模型在探索物质组成与结构中的作用；以水的组成发现历程为例，梳理物质组成与结构的认识思路，使学生构建微粒观、元素观、结构观等化学概念。
在之前的学习中学生对物质的变化、性质等有了初步了解，但对于物质的微观构成还处于比较模糊的认识阶段。学生在生活中接触过一些与微观粒子相关的现象，但缺乏深入的思考和科学的解释。 在思维方面，九年级学生正处于从形象思维向抽象思维过渡的阶段，对于抽象的微观粒子概念理解起来有一定难度。他们对新鲜事物充满好奇心和探索欲，但自主学习能力和探究能力还有待提高。在学习过程中，需要教师引导他们通过观察、实验、分析等方法，将抽象的知识形象化、具体化。 此外，学生在物理课程中已经接触过一些关于微观粒子的知识，如分子的热运动、分子间的作用力等，但没有与化学知识进行有效的整合。
在本课时的教学中，教师应充分利用学生已有的知识经验，引导学生进行跨学科的思考和探究，帮助他们建立起完整的知识体系，提高综合运用知识的能力。
教学环节一 课堂导入
【创设情境】学习和理解“物质的组成与结构”，有助于形成基于元素和分子、原子认识物质及其变化的视角，建立认识物质的宏观视角和微观视角之间的联系。前面我们已经学过人们对微观世界的认识并不是凭空产生的，而是经由科学家们的不断探索，总结不断发展的，在未来我们也许会对微观世界的探索贡献自己的一部分力量，今天我们就来通过实践活动来探索微观世界。
教学环节二 探究构成物质的微观粒子
活动一：物质由微观粒子构成
【问题】结合生活实例，思考物质是由哪些微观粒子构成的呢？
【学生思考】学生积极思考，结合生活中常见的现象，可能会提出物质可能由分子、原子等构成。
【讲解】评价学生的回答，强调物质是由分子、原子等微观粒子构成的。并举例说明，如氧气是由氧分子构成，铁是由铁原子构成。
活动二：微观粒子运动特点实验的相关描述
【引入】我们已经知道物质是由微观粒子构成的，那这些微观粒子有怎样的运动特点呢？在物理和化学课程中都有相关的实验来探究。
【问题】请同学们回顾物理和化学课程中关于微观粒子运动特点的实验，说说都有哪些实验，这些实验分别说明了什么？
【学生思考】学生分组讨论，回顾物理中的气体扩散实验、液体扩散实验、固体扩散实验，化学中的品红在水中的扩散实验等。并总结出物理实验说明一切物质的分子都在不停地做无规则运动，分子之间存在引力和斥力，不同状态物质分子间距离和作用力不同；化学实验说明微观粒子在不断地运动，分子之间有间隔。
【讲解】教师对学生的讨论结果进行评价和补充，强调物理更关注微观粒子的运动规律和相互作用，化学更关注微观粒子的组成、结构和性质，但二者研究都用到了实验方法，都是通过直接感知的现象，推测无法直接感知的事物。
活动三：微观粒子基础研究领域的新技术和新方法
【引入】随着科技的不断发展，在微观粒子基础研究领域也出现了很多新技术和新方法，这些技术和方法推动了我们对微观世界的认识。
【问题】请同学们查阅资料，了解有哪些微观粒子基础研究领域的新技术和新方法？
【学生思考】学生查阅资料，了解到量子精密测量技术、超快阿秒激光脉冲等新技术和新方法。
【讲解】教师对这些新技术和新方法进行简单介绍，说明它们在微观粒子研究中的重要作用。
教学环节三 认识模型在探索物质组成与结构中的作用
活动一：多种模型体现物质的组成与结构
【引入】在探索物质组成与结构的过程中，模型起到了非常重要的作用。不同学科有不同类型的模型，它们都从不同角度体现了物质的组成与结构。
【问题】请同学们观察教材上的化学模型、物理模型和生物模型，思考这些模型分别有什么作用？
【学生思考】学生观察模型，分组讨论。得出化学模型能帮助理解抽象概念，将抽象的化学物质性质和功能与其具象的结构特征相联系；物理模型能促进知识直观化，将复杂的物理过程简化，帮助学生理解；生物模型能让学生认识生物的细微结构，全面、多角度、分层次地认识生物的各部分结构。
【讲解】教师对学生的讨论结果进行评价和总结，强调模型在不同学科中的重要性。
活动二：元素、分子、原子与物质的层次关系
【引入】我们已经了解了不同类型的模型，那元素、分子、原子与物质之间存在怎样的层次关系呢？
【问题】请同学们思考元素、分子、原子、离子等之间是如何相互关联构成物质的？
【学生思考】学生思考并回答：元素组成物质，物质可以由分子、原子、离子构成，分子由原子构成，原子得失电子形成离子，原子又由原子核和核外电子构成，原子核由质子和中子构成。
【讲解】教师对学生的回答进行评价和完善，强调这种层次关系是理解物质组成与结构的重要基础。
活动三：科学家认识原子结构的历程
【引入】科学家对原子结构的认识经历了漫长的过程，这个过程充满了探索和创新。
【问题】请同学们阅读教材，了解科学家认识原子结构的不同阶段和提出的模型。
【学生思考】学生阅读教材，了解到1808年道尔顿提出原子论，认为原子是坚实的、不可再分的实心球体；1897年汤姆孙发现电子，认为原子是均匀分布着正电荷的微小球体，带负电荷的电子镶嵌其中；1911年卢瑟福提出原子的“核式结构模型”，认为原子中带正电荷部分的体积很小，但几乎占有全部质量，电子在原子核外运动。
【讲解】教师对科学家的贡献进行强调，说明科学的发展是一个不断完善和修正的过程。并引导学生用橡皮泥、绿豆、小米等材料制作三种原子结构模型。
教学环节四 以水为例梳理物质组成与结构的认识思路
活动一：科学家发现水的组成的历程
【引入】水是我们非常熟悉的物质，科学家是如何发现水的组成的呢？这背后有着一段有趣的探索历程。
【问题】请同学们阅读教材，了解科学家发现水的组成的不同阶段和相关理论。
【学生思考】学生阅读教材，了解到道尔顿建立原子学说，认为物质是由原子构成的，氢气和氧气结合生成水的微观过程是氢原子和氧原子结合成水原子；盖 - 吕萨克提出气体化合体积定律，通过实验发现2体积氢气和1体积氧气反应生成2体积水蒸气；阿伏伽德罗提出分子学说，认为物质是由分子构成的，分子由原子构成，提出“相同条件下，相同体积气体含有相同数目分子”，19世纪60年代，分子学说被广泛接受后，水的化学式逐渐被确定为
。
【讲解】教师对科学家的贡献进行总结和强调，说明科学理论的形成是一个逐步发展和完善的过程。
活动二：制作有关原子和分子的模型
【引入】为了更好地理解物质的组成与结构，我们可以通过制作有关原子和分子的模型来直观感受。
【问题】请同学们根据所学知识，选择合适的材料制作水的分子模型和相关原子模型。
【学生思考】学生分组，选择材料进行制作。在制作过程中，思考原子和分子的结构特点。
【讲解】教师巡视指导，对学生的制作进行评价和指导，强调模型制作要体现原子和分子的结构特点。
跨学科实践活动2
一、探究构成物质的微观粒子
二、认识模型在探索物质组成与结构中的作用
三、以水为例梳理物质组成与结构的认识思路
下列叙述能体现分子之间有间隔的是（ ）
A．水蒸发为水蒸气，所占体积变大
B．墙内开花墙外香
C．1滴水中大约有1.67×1021个水分子
D．湿衣服在阳光下比在阴凉处干得快
2．原子模型的演变反映了人类探索物质结构的漫长历程。图示为原子结构模型的演变图，下列排序符合人类认识原子结构历程的是（ ）
A．①②③ B．②①③ C．①③② D．②③①
3．用正确的粒子名称填空。
（1）保持氧气的化学性质的最小粒子是 。
（2）氧化汞分子是由 和 构成的。
（3）在化学变化中，发生改变的粒子是 ，没有改变的粒子是 。
4．用“分子”“原子”“离子”或“元素”填空。
（1）铁由铁________构成，由铁_________组成。
（2）二氧化碳由二氧化碳_______构成，由碳_______和氧______组成。
（3）氯化钠由钠_______和氯______构成，由钠______和氯_____组成。
（4）高锰酸钾（KMnO4）、锰酸钾（K2MnO4）中都含有钾_______。
5．下图是某个化学反应的微观示意图，请回答：
（1）该反应涉及的分子有 种。
（2）由该化学反应的微观示意图解释化学反应的本质 。
在本次教学中，通过多种方式引导学生探索物质的组成与结构，取得了一定成效。如列举生活实例、归纳与讨论、查阅资料、制作模型等。这些活动形式多样，能够调动学生参与的积极性，增强课堂的互动性。任务设计中强调了科学探究的方法和过程，如实验、推理、假说等。这不仅帮助学生理解科学知识的产生过程，还培养了他们的科学思维和探究能力。
然而，教学过程中也存在一些不足。如活动设计中包含大量的信息与任务，如理解不同学科的模型、查阅资料、制作模型等，可能会增加学生的认知负荷，导致部分学生跟不上教学进度。虽然有展示与交流环节，但整个教学过程中缺乏系统的总结与反思，可能导致学生对所学知识的内化不够充分。在今后的教学中，要更加关注学生的学习反馈，合理安排教学时间，提升教学效果。
