一、分子及其热运动优秀教案板书设计

分子的热运动

主讲：张蓉（物理）

杨培红（生物）

跨学科要素：

分子的热运动、扩散现象

跨越学科：

物理：人教版高中物理选修3-3第7章分子动理论

生物：苏教版高中生物必修1第3章第三节《物质的跨膜运输》

跨学科内容分析：

《分子的热运动》是人教版高中物理选修3-2第7章《分子动理论》第2节的内容。教材中介绍了不同形态物质的扩散现象，随后介绍了英国植物学家布朗观察到显微镜下花粉颗粒在做无规则的热运动，而生物教材也有关于扩散现象的介绍。在物理课上插入发现布朗运动的这段历史，让生物老师利用显微镜在物理课上重现这一幕，可以帮助学生打通学科的限制，开拓他们的思维，形成对事物整体的认知。

跨学科教学目标：

能使用光学显微镜观察花粉的运动，细致观察实验现象并作出合理猜想；

使学生意识到知识无分界，植物学家的发现叩开了物理微观世界的大门。

跨学科形式：

物理老师主讲，生物老师作为嘉宾，为学生做布朗运动的演示实验。

【教学目标】

1、知道什么是扩散现象，知道影响扩散现象的因素. 2、知道什么是布朗运动，知道影响布朗运动激烈程度的因素，知道布朗运动产生的原因。

3、知道布朗运动是分子无规则运动的反映。

4、知道什么是分子的热运动，知道分子热运动的激烈程度与温度的关系。

【能力目标】

1、通过对布朗运动的观察，发现其特征，分析概括出布朗运动的原因；

2、培养学生概括、分析能力和推理判断能力。

3、从对悬浮颗粒无规则运动的原因分析，使学生初步接触到用概率统计的观点分析大量偶然事件的必然结果。

【情感态度与价值观】

通过对物理学史的介绍，培养学生刻苦专研的精神。

【教学重难点】

1．通过学生对布朗运动的观察，引导学生思考、分析出布朗运动不是外界影响产生的，是液体分子撞击微粒不平衡性产生的。布朗运动是永不停息的无规则运动，反映了液体分子的永不停息的无规则运动。这一连串结论的得出是这堂课的教学重点。

2．学生观察到的布朗运动不是分子运动，但它又间接反映液体分子无规则运动的特点。这是课堂上的难点。这个难点要从开始分析显微镜下看不到分子运动这个问题逐渐分散解疑。

【材料准备】

教室充满13香的味道，气球充好放在另一个房间。

硫酸铜溶液配好两支，铁架台、烧杯、胡椒粉，光学显微镜。

【课前准备】教室充满13香的味道。显微镜、溶液在讲台上准备好

教学过程：

课前引入

物理老师：同学们好。大家进来以后，有什么特别的感受？

学

生：闻到了特别的味道。

教师提问最后一排的同学，有没有闻到气味。

物理老师：你离锅那么远，为什么也能闻到呢？实际上是谁运动过来了呢？

学

生：气体分子。

物理教师：美味佳肴，香气扑鼻。我们在初中《走进分子的世界》一课中，就学习了关于分子的知识，收集过分子运动的证据。今天这节课，我们将继续来收集分子运动的证据，探究分子运动的奥秘。

【活动】收集分子运动的证据

物理教师：物体有气体液体固体三种形态，我们请三个小组的同学分别来收集相关的证据。

一、扩散现象

物理老师：我们知道，常见的物质形态有“固态、液态和气态”三种，那么刚才同学们闻到了“美味佳肴的香气”说明了什么形态的分子在运动？

学

生：气态。

物理老师：刚才我们是靠“闻”收集到了气体分子扩散的证据，接下来我们通过“看”来继续收集证据。

【视频】溴蒸汽的扩散

物理老师：我们看见溴蒸汽很快地充满了上面的瓶子，说明溴分子运动到上面去了，这就是气体分子运动的有力证据。

液体分子的运动

物理老师：液体分子有没有运动呢？让我们再来看另一个实验。

【实验】硫酸铜溶液的扩散

物理老师：这是配置了不同天数的硫酸铜溶液，我们可以看到，随着时间的推移，硫酸铜溶液和水之间的界限日益模糊，最后融为一体，说明了液体分子也在运动着。

固体分子的运动

物理老师：那么固体分子有没有运动呢？大家四个人一个小组，讨论一下。

学

生：墙角的煤，时间长了以后会渗入墙壁。

物理老师：当墙角的煤被清理走以后，墙面上依然会有黑色的印记，铲掉墙皮，发现里面依然有煤的存在，这就是固体扩散现象的有力证据。

扩散现象：

物理教师：通过刚才的一系列实验，我们发现香味分子会运动到同学面前；溴分子会运动到上面的空气中，硫酸铜溶液会运动到上面的水中，煤分子会运动到墙里面，不同的物质在相互接触时，可以彼此进入对方的，我们将这种现象叫做扩散。

PPT 扩散的概念：扩散现象不是外界作用引起的，也不是化学反应的结果，而是由物质分子的无规则运动产生的。

物理教师：我这里还有更多的例子，我的锅里有一个茶叶蛋，大家看一下，酱油的色素扩散到了鸡蛋清内。将金片和铅片压在一起，金会扩散到铅里，铅也会扩散到金中扩散现象时物质永不停息做无规则运动的证明。

扩散现象的应用：半导体器件时掺入其他元素，高温条件下通过分子扩散完成。

我们收集了这么多的证据，证明分子在做运动，可是百闻不如一见，如果我们能亲眼看见分子的运动，那该多好啊。

物理教师：用肉眼可以直接看到分子的运动吗？

学

生：不能。

物理教师：那用什么看呢？

学

生：显微镜。

物理教师：高倍率的显微镜应该能看到，初中的书上有一张照片，呈现了放大倍率为1500万倍的显微镜下分子的图像。而我们的显微镜只能放大1000倍，不能直接看到分子。在初中物理书上，有这么一副图，放大倍率为1500万倍的电子显微镜获得的碳化硅分子的结构图。要放大那么多倍，才能看见分子，普通的显微镜是看不见分子的。但是有那么一个人，在显微镜底下却看到了神奇的一幕。今天，我们就来重现这一经典的一幕。1827年，植物学家布朗利用显微镜观察花粉颗粒，无意中发现了分子运动的奥秘。

二、布朗运动

物理教师：1827年，植物学家布朗利用显微镜观察花粉颗粒，无意中发现了分子运动的奥秘。接下来，我们有请生物杨培红老师为我们重现这经典的一幕。

【联席教学】生物老师上台，将颜料溶液滴在载玻片上，边讲解显微镜使用的方法，一边调焦，观看布朗运动。（张蓉在旁边配合打开显微镜的软件）

生物老师：大家仔细观察一下，这些颗粒现在是什么状态？

学

生：在动哎。

生物老师：后面的同学可能看不清楚，我们请两位后面的同学到屏幕前面来，近距离观察。

【活动】请两位同学到讲台上来近距离观察，用笔画出一大一小两个不同颗粒的运动轨迹。

生物老师：从开始到现在，颗粒的运动有没有停止？（没有）

这种运动有没有规则？（无规则）

悬浮颗粒的这种无规则的、永不停歇的运动，就叫做布朗运动。

生物老师：布朗作为一名植物学家，试图解释这种现象。起初，他认为花粉是植物的精子，所以能够运动，为了证实他的猜想，他将这些花粉煮了，发现颗粒依然在动。他又找来上百年的花粉颗粒，发现依然在动，他干脆用碳粉来试，发现依然在动。这样奇怪的现象困扰了布朗很久，是谁，推动了他的花粉呢？因为他没办法解释这一现象，直到后来，物理学家们重复做了这一实验，才从物理学的角度给出了合理的解释。让我们来听听物理张蓉老师怎么说的。

【活动】操作光学显微镜，将颜料溶液滴在载玻片上，边讲解显微镜使用的方法，一边调焦，观看布朗运动。

物理老师：大家仔细观察一下，这些颗粒现在是什么状态？

学

生：在动哎。

生物老师：后面的同学可能看不清楚，我们请两位后面的同学到屏幕前面来，近距离观察。

请两位同学到讲台上来近距离观察，用笔画出一大一小两个不同颗粒的运动轨迹。

【实验】布朗运动：这里是放大400倍的光学显微镜，大家可以通过屏幕看见载玻片上的微观世界。

【活动】请两位学生上讲台，记录每隔10秒记录一下位置，画出花粉颗粒的运动轨迹。

生物老师：从开始到现在，颗粒的运动有没有停止？（没有）

这种运动有没有规则？（无规则）

悬浮颗粒的这种无规则的、永不停歇的运动，就叫做布朗运动。

生物老师：布朗作为一名植物学家，试图解释这种现象。起初，他认为花粉是植物的精子，所以能够运动，为了证实他的猜想，他将这些花粉煮了，发现颗粒依然在动。他又找来上百年的花粉颗粒，发现依然在动，他干脆用碳粉来试，发现依然在动。这样奇怪的现象困扰了布朗很久，是谁，推动了他的花粉呢？因为他没办法解释这一现象，直到后来，物理学家们重复做了这一实验，才从物理学的角度给出了合理的解释。

要点分析：

1、花粉颗粒在不停地运动——永不停歇

2、花粉颗粒运动的方向随机——没有规律

总结：花粉颗粒在永不停歇地做无规则的运动。

物理教师：既然刚才的颜料颗粒是没有生命，不会主动运动的，那它们刚才运动的原因究竟是什么？

学生讨论：花粉的运动是表象，是假象，真正运动的是周围的水分子。

推理：水分子在做无规则的永不停歇的运动。

问题：为什么大的分子颗粒运动不如小颗粒明显？

物理教师进行理论分析，用吹气球的游戏帮助学生理解。

活动验证：大小气球的实验。

板书：悬浮颗粒的无规则运动叫做布朗运动。

【热运动】

物理教师：运动的状态会受到什么因素的影响？

学生回答，与热有关。

进行实验：墨水滴入冷热水

硫酸铜溶液浸入热水中

显微镜下的布朗运动

三、分子的热运动

物理教师：布朗运动和扩散现象都与温度有关，这两种现象都是分子无规则运动的反映。这说明分子的无规则运动与温度有关，温度越高，分子的无规则运动越激烈。所以，通常把分子的无规则运动叫做热运动。

播放科学史的小视屏

布朗运动——布朗——彭加莱——爱因斯坦

板书设计：

一、扩散现象

扩散现象直接能反应分子的无规则运动。

二、布朗运动

悬浮颗粒的无规则运动

温度越高,颗粒越小,布朗运动越明显。

三、热运动

分子的无规则运动叫热运动。

教后反思

这是课题组第一次尝试跨学科联席教学的授课形式，在摸索中走出了课题研究的第一步。

本节课以物理老师讲授为主，生物教师作为嘉宾，在讲到布朗运动的时候，以学科专家的身份操作显微镜并引导学生观察现象。整节课的知识内容依然偏向物理学科，着重让学生通过实验观察和理性分析，建立分子在进行永不停息的热运动这样一种观点。

本次课联席教学的程度不算深入，选取的切口比较小，授课时知识关注知识点的整合，还未能深入到学科思维领域。但是从学生的课后反馈来看，他们非常喜欢这种两位老师一起上课的形式，感觉到了学科之间其实并没有边界，知识之间是普遍联系的。在调查问卷中，很多学生都表示了希望多展开这样课程的强烈的愿望，这是对课题研究的最大的肯定。

课后，两位授课教师也进行了交流，感觉今后应该多开发这样的课程，学科之间的联系还应该更加密切一点。这节课以物理的扩散为主，下次应该加入生物中关于扩散的知识，将学科之间的壁垒打破得更彻底些。