《原子模型》

1、原子模型執(zhí)教教師：上海市閔行區(qū)諸翟學校 喬利亞點評人：上海市閔行區(qū)教師進修學院 戴金平一、背景和教學任務簡介教學對象分析：上海市閔行區(qū)諸翟學校是位于城鄉(xiāng)接合部的一所九年一貫制學校，學生學習水平處于區(qū)中等偏上水平。通過六、七年級科學學習，學生已具有一定的探究意識與能力。教學任務分析：初中物理基礎型課程部分一級主題共有四個：物質(zhì)、機械運動、電磁運動和能量。“原子模型”是一級主題物質(zhì)所屬三個二級主題密度、分子原子和宇宙中的一個。在教材中隸屬于初中物理 “從原子到星系”這一章的第一節(jié)內(nèi)容，這一章包含了物質(zhì)主題的兩個二級主題，微觀世界和宏觀世界的結(jié)構(gòu)。雖然，這一部分內(nèi)容不多，但卻是研究物體運動的一般規(guī)律

2、和物質(zhì)結(jié)構(gòu)的物理學這門學科的重要組成部分，由于初中學生已有知識基礎的限制，課程標準只要求學生通過學習這一章的原子結(jié)構(gòu)和太陽系，認識物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)，感悟科學的物質(zhì)觀和宇宙觀。“原子”這個詞在我們實際生活中經(jīng)常出現(xiàn)，學生比較熟悉，而“原子”這個物理學的概念與七年級科學課中“粒子”的概念有什么區(qū)別，學生認識比較模糊，容易混淆。因此，就需要教師和學生一起首先回顧科學課中“粒子”的概念，弄清“粒子”概念的內(nèi)涵，然后來學習“原子”這個物理學的概念，從而較好地認識微觀的物質(zhì)結(jié)構(gòu)?！傲Ｗ印焙汀霸咏Y(jié)構(gòu)”均是通過模型來理解的，而模型是事物實際情況在人腦中的想象圖，從了解科學家在實驗的基礎上通過猜測和推理，建立微

3、觀的原子結(jié)構(gòu)模型的過程，為學生打開一扇微觀世界的大門就是教學中的重點和難點。二、教學目標1、 知識與技能了解原子模型建立過程中的三種模型。了解原子結(jié)構(gòu)和原子核與原子大小的數(shù)量級。2、過程與方法通過探究活動，引導學生感受原子模型的建立過程。在探究活動中，促進學生通過運用猜測、思考和推理的方法，從自身的知識結(jié)構(gòu)和實際生活體驗出發(fā)，來認識“原子模型”。3、情感態(tài)度與價值觀通過對“原子結(jié)構(gòu)”的學習，感悟科學的物質(zhì)觀。通過介紹科學家建立“原子模型”的過程，突出了人類探索物質(zhì)構(gòu)成奧秘艱難曲折的歷程，說明了科學研究的長期性和艱巨性。通過了解人類對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認識歷程，體驗科學是不斷發(fā)展的、認識是逐漸深化的，從

4、而激發(fā)科學探究的熱情。三、教學重點和難點1. 教學重點：原子結(jié)構(gòu)模型2. 教學難點：“原子模型”的建立過程。四、教學設計思路和教學流程這節(jié)課以人類對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認識歷程展開教學，以學生的探究活動、猜測和推理來判斷物質(zhì)結(jié)構(gòu)為突破點，來體驗“原子模型”的建立過程，讓學生了解看不見的“原子結(jié)構(gòu)”。通過介紹科學家建立“原子模型”的過程，突出了人類探索物質(zhì)構(gòu)成奧秘艱難曲折的歷程，說明了科學研究的長期性和艱巨性。課程標準對這部分內(nèi)容的要求是通過了解物質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本形態(tài)“原子模型”的概念，感悟科學的物質(zhì)觀。對原子結(jié)構(gòu)不做過深的要求。由于教學中知識與技能內(nèi)容較少，故可以從學生的體驗和感悟出發(fā)，培養(yǎng)學生的探究意識與

5、精神，因此本節(jié)課力圖將自主探究、實踐體驗、合作交流的學習方式與接受性學習方式的有機結(jié)合，“做”、“想”、“講”有機統(tǒng)一，利用信息技術提供給學生豐富資料、圖片等，變抽象為形象，突破教學難點。針對學生對原子究竟小到什么程度沒有一定的感性認識，而且無法想象出來，通過兩個自主的探究實驗，在實驗的基礎上思考并討論、猜測、推理和想象粒子的模型，建立粒子模型的概念。閱讀J·道爾頓的觀點一文，了解在認識“粒子”概念的基礎上J·道爾頓原子觀點的形成。通過兩個分梯度的“黑盒子”實驗模擬科學家發(fā)現(xiàn)原子結(jié)構(gòu)的歷程，認識到物理學家是根據(jù)實驗和猜測來推斷和想象原子內(nèi)部的情況，并且經(jīng)過不斷的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展逐

6、步認識原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，建立了“原子模型”。在學生通過探究活動和閱讀，對原子結(jié)構(gòu)有一定認識的基礎上，運用現(xiàn)代信息技術平臺，以多媒體動畫模擬原子結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)過程，為學生呈現(xiàn)形象的原子模型，把原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)情況在人腦中的抽象的想象圖轉(zhuǎn)化為形象的模型，使學生的抽象思維能力得到提高。本節(jié)課教學內(nèi)容需1課時?；顒佣?活動一教學流程圖組成物質(zhì)的最小粒子閱讀道爾頓觀點要點 交流實驗 猜想推理 交流（分塑料泡末）泡沫）活動三設問原子的內(nèi)部情況是什么？原子的觀點實驗 猜想推理 交流（黑盒子）情景二情景一原子模型的建立過程多媒體動畫（射擊果盒散射實驗）多媒體動畫（電子云模型）原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)五、學習資料和器材準備 資料：

7、多媒體動畫課件。 器材：多媒體計算機一套，兩種黑盒子若干，錐子若干。六、案例實錄教 學 過 程點 評活動一師：為了理解組成物質(zhì)最小部分是什么，我們來做一個小實驗，拿一塊塑料泡末，先將其分成一半，然后再一分為二分成四部分，再撕成八部分，一直進行下去，你能分成多少部分？你認為分到最小的是什么？請將觀察結(jié)果寫在學習活動卡上。生：分到最小的是小球，小到幾乎看不見了。師：如果還要你分下去，你采取什么辦法？生：只能在顯微鏡下分。師：在顯微鏡下分到最小也分不下去時，你猜想分到最小是什么？生：是粒子。生：是分子生：是原子師：那么，請你向同學們介紹你所了解的原子。生：原子是老師我說不清楚。師：有的同學認為是粒子

8、、是分子，有的同學認為是原子那么，不論固體還是液體分到最后到底是什么？是不是能夠永遠分下去？在古代沒有顯微鏡和其他科學儀器可以利用的情況下，他們是怎樣思考的呢？（老師拿出學校鼓隊的一個鼓槌）對于這樣一個鼓槌，分到最后到底是什么？我國古代大思想家莊子提出“一尺之槌，日取其半，萬世不竭”。古希臘哲學家德謨克利特提出的最后不可再分的顆粒是原子。對于這個問題人類已經(jīng)思考和探索了二千多年，現(xiàn)在仍在探索?；顒佣驗槟壳霸釉诠鈱W顯微鏡下也看不到，所以人類最初只能通過思考來想象分到最小到底是什么，因此人類最初的觀點都是哲學家和思想家提出的。歷史上第一個根據(jù)實驗現(xiàn)象來推測和猜想原子結(jié)構(gòu)的是英國化學家和物理學家

9、J·道爾頓，請你們閱讀學習活動卡上道爾頓原子觀點一文，想一想他的主要觀點有哪些？道爾頓設想的原子像什么？學生閱讀道爾頓原子觀點師：道爾頓的主要觀點有哪些？道爾頓設想的原子像什么？生：道爾頓設想，原子就像十分微小的彈珠，是堅硬而光滑的圓球體，不可能再分割。師：因為根據(jù)道爾頓的觀點，當時可以解釋很多化學現(xiàn)象，所以從道爾頓在19世紀創(chuàng)立原子學說以后，很長時間內(nèi)人們都認為原子就像一個小得不能再小的玻璃實心球，里面再也沒有什么花樣了。那么，原子真的是這樣不能再分了嗎？對于看不見摸不著的原子，人們根本無法看到原子的真面目，只能通過宏觀的實驗現(xiàn)象來猜想原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。原子就像這樣的密封的“黑盒子”

10、，盒子里面裝的是什么物體，我們不知道，非常像原子的內(nèi)部情況科學家當初也不清楚一樣，需要通過實驗來推測和猜想內(nèi)部情況。我們來做一個小實驗，模擬科學家研究的過程?；顒尤F(xiàn)在每組有三個相同的“黑盒子”分別裝有不同的物體，你們采取什么實驗方法在不打開“盒子”的情況下，能夠推斷出三個盒子分別裝的是什么物體，并把實驗過程和推斷結(jié)果寫在學習活動卡上。然后請同學回答你猜測的結(jié)果和理由。生甲：A是沙子和石塊，理由是通過聽聲音可以判斷。生乙：B是水果，好像是橘子，理由是手捏起來較軟，聞起來聞到有橘子味。生丙：C是軟軟的小球，理由是手捏起來的感覺，具體是什么不清楚。師：“黑盒子”實驗與研究原子結(jié)構(gòu)比較相似，后來科學

11、家又對道爾頓的原子觀點進行了長達89年大量的實驗研究，發(fā)現(xiàn)道爾頓的觀點與實驗事實矛盾，說明道爾頓原子觀點并不十分正確。 師：1889年，湯姆遜在實驗中發(fā)現(xiàn)了從原子中能跑出比它質(zhì)量小得多的帶負電電子來。打破了原子是堅固的、不可再分的最小粒子的觀念。湯姆遜1906年獲得了物理諾貝爾獎。湯姆遜根據(jù)實驗研究，推測正電荷像液體一樣均勻分布在原子里，帶負電的電子則浸在其中，這一模型被人們稱為“葡萄干蛋糕模型”，在當時提出的各種模型中影響最大。師：與湯姆遜同時代的日本科學家長崗半太郎提出了“土星模型”，他認為原子就像土星一樣，中間是有核的，電子就像土星的衛(wèi)星均勻地排列在一個環(huán)上。當時這兩種觀點，引起了科學家

12、們的爭議。原子中除電子外還有什么東西? 電子是怎么呆在原子里的? 原子中什么東西帶正電荷?正電荷是如何分布的?哪個模型更接近實際呢？師：就像這兩個包好的紅、白紙包中分別包了兩種水果，一個水果有核是黑布林，一個水果無核是橘子，在不打開盒子的情況下，你們怎樣判斷有核與無核？生甲：踩爛，看一看。師：如果不能踩爛，還又何方法？生乙：聞一聞有無橘子味。師：若包裹得比較厚聞不出。怎辦？生丙：用錐子刺透和刺不透。師：很好，請一位同學來刺一下這兩個紅、白紙包，判斷兩種水果分別在哪個包中。（一位同學到講臺作實驗）生：紅紙包中是橘子、白紙包中是黑布林。師：理由呢？生：紅紙包錐子能刺透、白紙包中間錐子刺不透。師：很

13、好，因為原子太小無法看到，也很難一個個打開，因此湯姆遜的學生盧瑟福，為了證明老師理論的正確，他設計了“散射實驗”。他用一種放射性射線粒子來轟擊金箔，他認為組成金箔的金原子結(jié)構(gòu)如果是“葡萄干蛋糕模型”，那么粒子一定能從金箔的任何地方穿過去。師：我們來看一個近似盧瑟福的“散射實驗”的“槍擊黑盒”的動畫，幫助我們理解“散射實驗”，并思考判斷水果是否有核的依據(jù)什么？情景一（播放模擬盧瑟福的“散射實驗”的“槍擊黑盒”的動畫）生：子彈打透的是橘子，打不透的是桃子，因為桃子有核。師：很好，在“槍擊黑盒”實驗中，子彈就像粒子，桃子就像金箔。請看“散射實驗”模擬動畫。（播放盧瑟福的“散射實驗”的模擬動畫）生：大

14、部分粒子穿過去，少部分拐彎，個別被彈了回來。師：我們再來看“散射實驗”的實際裝置動畫。從放射源發(fā)出的粒子來轟擊金箔，用熒光屏來觀察金箔周圍粒子穿透的位置。（播放盧瑟福的“散射實驗”的實際裝置動畫）生：噢師：根據(jù)這個實驗結(jié)果，盧瑟福推斷原子內(nèi)部肯定有一很小 的“核”，由此他提出了新的原子結(jié)構(gòu)模型（播放盧瑟福的“行星模型”的模擬動畫）：原子中全部正電荷和絕大部分質(zhì)量都集中在原子內(nèi)一個極小的空間區(qū)域，成為原子核。他設想電子像行星環(huán)繞太陽運轉(zhuǎn)一樣在繞核旋轉(zhuǎn)，這一模型被稱為“行星模型”。否定了老師的猜想。盧瑟福1908年獲得了化學諾貝爾獎。正如牛頓所說：“沒有大膽的猜想，就沒有偉大的發(fā)現(xiàn)！”科學研究就是

15、這樣，通過實驗提出猜想，再用實驗驗證，再提出新的猜想，實驗驗證，循環(huán)往復，不斷進步。情景二以后的實驗表明，盧瑟福的“行星模型”模型還不完美，原子中的電子不像行星環(huán)繞太陽運轉(zhuǎn)一樣在繞核旋轉(zhuǎn)，而是形成電子云，稱為“電子云模型”。（播放“電子云模型”的模擬動畫）師：請按照人類發(fā)現(xiàn)原子結(jié)構(gòu)的歷史順序，用簡圖畫出四種原子型并標出名稱。道爾頓 湯姆遜 盧瑟福 實際模型（學生展示所畫簡圖，教師糾錯）師：在“電子云模型”的基礎上，科學家通過實驗進一步研究發(fā)現(xiàn)原子核是由不帶電的中子和帶正電的質(zhì)子組成（播放“原子核結(jié)構(gòu)”的模擬動畫）。而現(xiàn)在最新的研究表明除了電子、中子、質(zhì)子外， 還發(fā)現(xiàn)了組成某些基本粒子（如：重子

16、和介子）的最小單元夸克。（播放“基本粒子結(jié)構(gòu)”的圖片） 師：我們這節(jié)課學到了什么內(nèi)容？生甲：四種原子模型。生乙：了解了建立四種原子模型的歷史。生丙： 組成基本粒子的最小單元：夸克。師：通過這節(jié)課學習你還有哪些困惑？生：原子核并不都是由不帶電的中子和帶正電的質(zhì)子組成的。師：比如說？生：氫原子核，只有一個帶正電質(zhì)子。師：不錯，你的知識面很廣，其他同學呢？生：夸克是由什么組成的？師：到目前為止，還沒有新的發(fā)現(xiàn)，希望我們的同學以后能從事這項研究，并能有所發(fā)現(xiàn)。生：楊克粒子師：有志氣！可獲物理諾貝爾獎。作業(yè)：1、P17 思考與練習2、上網(wǎng)查找你感興趣的原子內(nèi)容。此活動可以促使學生去思考“分到小到看不見的

17、東西是什么”， 學生帶著問題進行學習，可提高學習效率。老師介紹古代人們對物質(zhì)組成的思索，激發(fā)學生的學習興趣。學生通過“黑盒”實驗，讓學生經(jīng)歷觀察實驗現(xiàn)象，提出合理猜測的過程。補充日本長崗半太郎提出的“土星模型”和當時的爭議，有利于培養(yǎng)學生不盲從權(quán)威，質(zhì)疑問難的精神。此實驗可以幫助學生理解“原子”是有核還是無核的，為后面的“行星模型”教學做好鋪墊。合理利用信息技術多媒體動畫，將抽象的內(nèi)容形象化、生動化。豐富學生的表象。關于夸克的師生對話，能激發(fā)學生探索未知世界的信心和勇氣，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神。七、教學反思“原子模型”是一個抽象的物理模型，學生對“原子”這個物理學的概念與科學課中“粒子”的概念有什

18、么區(qū)別，認識比較模糊。初中物理課程標準對這部分內(nèi)容教學要求是A級，通過了解物質(zhì)結(jié)構(gòu)感悟科學的物質(zhì)觀。因此，根據(jù)把課堂還給學生，體現(xiàn)以學生發(fā)展為本的二期課改理念。最初，我通過“黑盒子”實驗引入新課，讓學生模擬實驗探究“原子模型”的過程，介紹了科學史上的三種“原子模型”，并讓學生用簡圖畫出三種“原子模型”。同時，通過學生閱讀教材了解原子結(jié)構(gòu)和原子及原子核直徑的數(shù)量級，以及組成基本粒子的最小單元夸克。雖然在課堂上運用了學生實驗探究、閱讀理解和畫出簡圖，合作交流的學習方式與接受性學習方式相結(jié)合。表面上挺熱鬧的也完成了教學任務，但對學生感悟科學的物質(zhì)觀方面，總覺得還有欠缺。第二次設計教學時，我在原來的基

19、礎上，把新課的情景引入改為從一張班級同學的400萬像素的數(shù)碼照片，通過繪圖工具放大，找到組成相片的像素，即400萬分之一是一個小色塊，讓學生理解豐富多彩的世界就是由單一的色塊組成，從而理解物質(zhì)也都是由各種最小的微粒組成。然后通過學生把紙撕到不能再撕時猜想是什么？一滴水銀分到不能再分時猜想是什么？通過三個小實驗試圖使學生體驗建立抽象的物理模型的方法，了解物質(zhì)世界是由粒子組成的。教師以“原子模型”建立的科學探究的過程為主線，利用信息技術展現(xiàn)從古到今，每個階段的主要成果和代表性的科學家的主要觀點，形象、生動地把微觀世界的結(jié)構(gòu)和形態(tài)，用動畫的形式給予展示，把抽象的“原子模型”形象地展現(xiàn)出來，把原子內(nèi)部

20、結(jié)構(gòu)情況在人腦中的抽象的想象圖轉(zhuǎn)化為形象的模型，使學生的抽象思維能力得到提高。并把讓學生模擬實驗探究“原子模型”過程的兩個“黑盒子”實驗，也穿插在“原子模型”建立的科學探究過程的不同階段，使學生能夠感悟科學探索的過程。實施下來，感覺引入新課花時太多，效率不高；對科學探究過程中各種觀點的碰撞，科學發(fā)展是在不斷質(zhì)疑的過程中逐步完善的過程未能體現(xiàn)，不利于培養(yǎng)了學生實事求是的科學態(tài)度和探索精神。第三次設計教學時，確定這節(jié)課“以建立原子模型的科學探究的過程為主線，體驗科學研究方法為重點，信息技術與學科整合為手段，了解四種原子模型和原子結(jié)構(gòu)為目標，培養(yǎng)學生實事求是的科學態(tài)度和創(chuàng)新精神為目的”。刪除情景引入

21、的三個小實驗，改為泡沫塑料分到不可再分，體驗認識微觀世界的方法，是在實驗的基礎上進行推理和猜想。用學校鼓隊的一個鼓槌引出我國古代思想家莊子，古希臘哲學家德謨克利特的觀點，通過閱讀了解道爾頓觀點，增加了每一個觀點發(fā)現(xiàn)的具體時間和相隔年限，突出科學探索的艱難歷程。增加了日本科學家長岡半太郎觀點，讓學生感悟科學的發(fā)展是在爭論和質(zhì)疑中逐步完善的，科學研究需要實事求是的科學態(tài)度。學生模擬實驗探究“原子模型”過程的兩個“黑盒子”實驗，認識到物理學家是根據(jù)實驗和猜測來推斷和想象原子內(nèi)部的情況。通過播放近似盧瑟福的“散射實驗”的“槍擊黑盒”的動畫，“散射實驗”模擬動畫等，有助于理解盧瑟福觀點，幫助學生理解微觀

22、世界的原子結(jié)構(gòu)。教學中的教師引導語和指導語應簡潔明確和具體到位，使學生能清楚教師的具體要求以及要達到的目的。但在平時教學中，由于擔心學生沒有聽懂，課堂用語稍嫌羅嗦。這節(jié)課注意到了用語問題，語言比較簡潔明了，但不夠流暢。八、案后語本節(jié)課是按人類對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認識歷程展開的，課的容量大，所涉及的科學家多、時間跨度大，體現(xiàn)了信息技術與學科教學整合的強大優(yōu)勢。所設計的兩個“黑盒”學生實驗，第一個“黑盒”實驗是讓學生學會根據(jù)外顯的現(xiàn)象猜想、推斷其內(nèi)部結(jié)構(gòu)；第二個“黑盒”實驗是如何判斷里面的東西有“核”或無“核”，此實驗是基于初中生的認知特點的模擬實驗，效果良好。特別是增加了教材中所沒有提到的道爾頓和日本科

23、學家長崗半太郎的觀點，較好地補充了人類對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認識，從不可分最小顆粒到原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的完整的探索過程。以及在探索過程中不同觀點的相互碰撞和思考，對科學發(fā)展的促進作用。潛移默化地培養(yǎng)了學生不盲從權(quán)威，敢于質(zhì)疑、勇于創(chuàng)新的精神，非常契合我們國家現(xiàn)在所提出的科技創(chuàng)新的戰(zhàn)略國策。在整個教學過程滲透著尊重實驗事實、實事求是的科學態(tài)度，以及對科學的熱愛，對真理的孜孜不倦地追求，知識與技能目標基本落實，過程與方法、情感態(tài)度與價值觀目標達成度很好。本節(jié)課待商榷之處：課堂教學實錄中，有關“原子核與原子大小的數(shù)量級”所花的時間太少，給學生印象不夠深。多媒體動畫槍擊黑盒（盒內(nèi)裝有橘子和桃子），是放在散射之后，若放

24、在散射之前可能教學更流暢些；本節(jié)課介紹的電子云模型不要說成“實際模型”，因為科學是不斷地發(fā)展的，認識是逐漸深化的，原子模型也在不斷發(fā)展，越來越接近實際的。學習活動卡觀察和描述：拿小塊泡沫塑料，先將其分成一半，然后再一分為二分成四部分，再撕成八部分，一直進行下去，你能分到的最小部分是什么？寫出你的觀察結(jié)果和猜測分到最小的是什么。物理學家是在大量的實驗研究的基礎上，通過猜想來推斷和想象原子內(nèi)部的情況，并且經(jīng)過不斷的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展逐步認識原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，建立了抽象的“原子模型”。而模型是事物實際情況在人腦中的想象圖。閱讀與理解：道爾頓原子觀點從古希臘哲學家德謨克利特提出的最后不可再分的顆粒的原子開始，人類已經(jīng)探索和思考了二千多年，現(xiàn)在仍在探索。下面我們來看看人類最初是怎樣認識的？最早提出比較合理的解釋的是英國的中學物理教師，化學家和物理學家道爾頓（J·John Dalton ，17661844）創(chuàng)立的原子學觀點。J·道爾頓（J·John Dalton ，17661844）是英國的中學物理教師，化學家和物理學家，他主要研究化學，1803年從混合氣體產(chǎn)生的壓力、混合氣體的相互擴散、氣體的熱脹冷縮等現(xiàn)象出發(fā)，在實驗室中進行了