第三单元　人类对原子结构的认识优秀课堂实录

《探秘原子结构》教学设计

浙江省富阳中学

李婕

一、教材分析

（一）

考纲要求

根据《普通高中化学课程标准（2017年版）》的考纲要求。

1．了解化学科学的发展历程及其趋势。认识科学探究是进行科学解释和发现、创造和应用的科学实践活动。

2．认识化学科学研究需要实证与推理，注重宏观和微观的联系。了解科学探究过程包括提出问题和假设、设计方案、实施实验、获取证据、分析解释或建构模型、形成结论及交流评价等核心要素。

3．运用理论、模型不断发展的史实，了解实验、假说、模型等方法在化学科学研究中的运用。

4．能列举化学科学发展的重要事件，说明其对推动社会发展的贡献，能说出其中的创新点。

（二）

知识呈现

以讲故事的形式阐述原子结构模型发展化学史实。用实验、视频、图片等方式展示或模拟科学家探究原子结构的过程，并让学生根据模拟情境及实验现象，回答相关问题。

通过不同的知识呈现方式，让学生学会阅读，分析，假设与实验验证。能在与同学的合作交流中，对实验过程和结果进行反思，说明假设、证据和结论之间的关系，用恰当形式表达和展示实验成果。

（三）

教法学法

1．根据课程标准要求，倡导真实问题情境的创设，开展以化学实验为主的多种探究活动，重视教学内容的结构化设计，激发学生学习化学的兴趣，促进学生学习方式的转变，培养他们的创新精神和实践能力。

2．关注化学学科核心素养：宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知、科学探究与创新意识、科学态度与社会责任素养的培养。能从原子水平认识物质的组成、结构、性质，形成“结构决定性”的观念。能从宏观与微观结合的视角分析和解决实际问题。知道通过分析、推理等方法认识研究对象的本质特征、构成要素及其相互关系，建立认知模型，并能运用模型解释化学现象，揭示现象的本质和规律。

二、学情分析

（一）知识基础

高一学生基础薄弱，对原子结构的认识停留在初中科学水平，对于该知识的认识仅仅达到了记忆层次，没有更深入的理解。

（二）能力水平

学生具备一定的实验分析、模型建构及证据推理能力。具有利用物理、化学理论指导化学学习的能力，适当的情景中具备发现问题、提出问题，设计方案解决问题的能力。

（三）学生短板

由于还未进行元素化合物学习，学生对于物质性质的了解不深。大多数学生对于元素化合物的学习，没有方法，纯属依靠记忆和做题，没有构建“结构决定性质”的学科意识与素养。

三、教学目标

（一）知识与技能目标

1．从物质的微观层面理解其组成、结构和性质的联系，形成“结构决定性质，性质决定应用”的观念；

2．了解原子结构的演变；

3．掌握原子的构成、原子符号。

（二）过程与方法目标

1．能运用符号表征物质及其变化；

2．知道通过分析、推理等方法认识研究对象的本质特征、构成要素及其相互关系，建立认知模型，

并能运用模型解释化学现象，揭示现象的本质和规律。

（三）情感态度与价值观目标

1．培养学生运用模型解释化学现象，揭示现象的本质和规律；

2．依据假设，设计研究方案，运用化学实验、调查等方法进行实验验证；

3．勤于实践、勤于总结，善于合作，敢于质疑，勇于创新。

四、教学重难点

教学重点：原子结构的演变；从物质的微观层面理解其组成、结构和性质的联系，形成“结构决定性质，性质决定应用”的观念；能运用符号表征物质及其变化。

教学难点：从物质的微观层面理解其组成、结构和性质的联系，形成“结构决定性质，性质决定应用”的观念。

五、教学过程

整个教学过程包括引入、小结和六个环节，如下图所示。

环节

教学过程

【演示实验】摩擦起电：笔在头发上摩擦，吸引纸片

吸引→正负电荷→在原子结构中什么带正电，什么带负电呢？

【过渡】物质是由原子构成的，但原子不带电。那么到底是什么东西携带了电荷呢？科学家们为了弄清楚这个问题真是操碎了心，伤透了神。长久以来，好奇而聪明的科学家们，一直孜孜不倦的探索着生命的组成。他们发现，物质是由极小极小的分子组成的，而分子又是由一个或多个更小的原子组成的。可是他们还是不满足，他们就像一个爱拆玩具的调皮小孩儿一样，非要一拆到底，看看里面究竟有什么？果然，他们办到了。今天，我们就来跟科学家一起——探秘原子结构。

【化学史1】在哲学中萌芽

公元前400年

惠子尺棰论、墨子物端论、古希腊哲学家德谟克列特。

【过渡】古代原子论是哲学臆测的产物，不是科学理论。是一种朴素的原子学说。在此后的十几个世纪的岁月里，由于封建统治和神学桎梏，生产力发展缓慢，科学也停滞不前，原子论没有得到进展。

【过渡】从15 世纪下半叶开始, 近代自然科学开始发展。到了17 世纪, 欧洲处于由封建社会向资本主义过渡的大变革中, 在生产实践的推动下, 近代的实验科学开始发展起来。

【化学史2】假说中演进——道尔顿——实心球模型

【讲述】19世纪初，在古代朴素的原子论和爱因斯坦微粒理论的启示下，英国化学家道尔顿提出了各种元素都是由许多原子所构成的假说。他认为原子是极小的不可分割的实心球体。在化学变化中，原子的种类和数目不变。

原子很小，500000个原子排成一排的长度<一根头发的直径；原子很多，1cm3空气中至少含有9000亿亿个原子。

道尔顿的原子论使当时的一些化学定律得到了统一的解释，成为物质结构理论的基础。

一直到19世纪末，原子的观念已经为大多数科学家所熟悉；但也仅仅是熟悉，并没有普遍被接受。波尔兹曼等物理学家认为这些微粒非常之小，对这些微粒的研究完全是在浪费时间，这些微粒仅仅是假设的数学模型。

阅读理解

学生活动

媒介

引入

观察、

思考

纸片、笔

环节1

环节2 听、

思考

但爱因斯坦改变了一切。爱因斯坦明白了布朗运动的根本原因是原子，能彻底结束原子是否客观存在的激烈争论。他使用无懈可击的数学证明通过花粉的运动可以估算出原子的尺寸大小。

科学家们赢得了争论，原子论学说不再是异端，这是一个戏剧性的突然逆转。

【过渡】正当他们彼此相互庆祝发现了原子时，命运却将他们投入到一个错综复杂而又异乎寻常的新领域。一切的序幕刚刚开始。

【化学史3】在实验中发现——汤姆生——葡萄干面包式模型

【讲述】第一个用实验证实电子的存在、说明电子是基本粒子的是汤姆生，他从1886 年起研究真空放电，经过11 年的努力，于1897 年

完成了阴极射线实验。他发现1．射线粒子向正极偏转；2．粒子的观察思考

电荷与质量比值比氢离子大；3．多次更换材料，粒子性质相同。这个实验说明了什么呢？

【思考】根据实验现象，你能得出怎样的结论？

【讲述】据此, 他断言电子是一切原子中的基本组成部分之一。这一断言无疑是向传统观念挑战的宣言。原子不可再分的神话至此已支离破碎。

【新问题】质量在哪里，正电荷在哪里？它们又是如何在原子中分布的？

【化学史4】在探索中进步——卢瑟福——行星轨道式模型

【讲述】汤姆生的学生卢瑟福是个痴迷实验的科学家。他直觉认为，射线可以穿透过固体物质，丝毫不受阻碍。1909，他与助手一起，制订了一系列的实验来探查放射性的秘密。他用阿尔法粒子轰击金箔。在实验过程中，他们坐在黑暗中，计数那些磷光屏幕上微小的，几乎是无形的闪烁点。这非常的繁琐。几个星期过去了，研究小组没有发现任何异常情况，阿尔法粒子似乎能穿透过金箔，犹如其不存在似的。

但紧随其后的一个消息改变了世界。一个下午助手闯入卢瑟福办公室带来了惊人的消息，非常偶然的一个阿尔法粒子的确被金箔反弹回去了，他计算了，大概每8000个粒子中会有一个如此。

卢瑟福知道这消息后浮想联翩，他后来说，这就象是向一张薄纸开枪子弹居然被反弹了回来。他花了一年多的时间去充分理解为什么阿尔法粒子会有如此实验现象。这将是第一次向人类展示原子的内部思考分析

结构。

回答

【实验现象描述】大部分粒子直接穿过原子；极少数粒子被弹回

【思考】通过该实验现象说明了什么？

【新问题】几乎同时，这种结构会让人觉得有两个问题：一个是原子核究竟是什么？另一个更大的问题，核外电子运动问题。按照那个时代的可靠的科学知识和实践经验电子会逐渐失去能量。速度变的越来越小而盘旋着坠向原子核在很短的时间内。

【讲述】卢瑟福有着奇妙的直觉，加上积极地用实践的方法研究科学，当研究原子核时，卢瑟福寻找到了最简单的构想来表述它的结构，设想原子核由刚性的小球组成，用这样简单到难以置信的图型。氢是最简单的元素，只由一个球组成，卢瑟福称其为质子，在希腊语中是“第一个”的意思。通过往原子核中加入更多的质子，全部其它的元素就被制造出来了，就是那么简单。氦是第二轻的元素。碳是所有生命最基本的元素，它有6个质子。果真，一个严重的问题随着卢瑟福的出思考回答

图片

图片展示

环节3

思考

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环节4 图片展示

现了。

【新问题】在一次世界大战之后，科学家们终于能称量原子的重量了。他们发现卢瑟福的原子核模型有一个根本的问题。主要是数字与计算出的不符。所有已知元素的原子，除了氢之外，都比它们本应该的重得多。例如，有两个质子的氦应该是只有一个质子的氢的两倍重。事实上是四倍重。卢瑟福明白这只能意味着一件事——除了质子，原子核内还有别的东西，但那是什么呢？

【化学史5】查德威克——中子

【讲述】寻找这个答案花了12年，一直到一个人的出现，一个出身卑下的小伙子，名叫查德威克，查德威克发现在原子核内与质子在一起的另一种粒子。它几乎和质子一样重，但却更难捉摸，因为它不带电荷。技术上我们说它对电是中立的，因此它的名字是中子，它立刻解决了原子重量的问题。就这样，在1932年，原子的家族终于完整了。

【过渡】但是原子核外电子的运动问题还未能得到解释

【化学史6】在质疑中完善——玻尔——玻尔模型

【讲述】玻尔伟大的洞察力意识到：借助光谱，我们可以了解原子的内部结构。抛弃常规想法取而代之的是一种整个科学界都无法接受的新思维——量子跃迁，整个科学界中最复杂的概念之一。为了验证自己的新理论玻尔用它来作一个预测。它能解释氢原子神秘的光谱吗？经过数月周密的计算他最终得到了结果，他的预测是惊人的精确，从没有过的精确。看来光谱可以解释原子的结构了。但在解释多电子原子时，遇到了困难。

【过渡】我们现在高中化学所用到的原子结构知识就是基于玻尔模型的基础上提出的

【阅读】《化学1》P29-30，回答下列问题：

1.

原子核外电子如何排布？每层最多容纳多少电子？

2.

用何种化学用语表示原子结构模型？各部分表示什么含义？

3.

观察图1-28，将Mg/O原子和Mg2+/O2-的核外电子排布与氖原子的核外电子排布进行比较，你从中能得出什么结论？

4.

对比一些元素的原子的化合价、原子最外层电子数目、得失电子数目，你能得出怎样的相关性？

【化学史7】探索永远在路上——现代量子力学模型

【讲述】接下来的20年玻尔们和爱因斯坦们相互争辩、攻击中，理论得到了发展。1927年，确立了量子力学模型。任何原子都是由相同的简单成分构成。

但为什么在我们看来会有着如此大的不同外表呢？为什么会有这么丰富多样的色彩、质地和化学性质呢？例如，黄金和汞，是两种完全不同的元素，黄金是固体，汞是液体，黄金化学性质稳定，汞有剧毒。但他们的差异只是一个电子，每个金原子拥有79个电子。而汞原子是80个，为什么一个小小的电子会导致如此巨大的不同呢？

1897年到1927年，科学改变了我们对世界的看法，也改变了我们对科学本身的看法。是不是终止了呢？伟大英国戏剧家莎士比亚说：“一切过往，皆为序章。”同学们，探索永远在路上。

练习，见课件

环节5

思考

图片

环节6

视频

阅读、

思考

课本

环节7

小结

思考

课件

六、板书设计