“原子結(jié)構(gòu)模型的演變和原子的構(gòu)成”第一課時教學(xué)設(shè)計

文章編號：1005-6629(2010)12-0032-04

中圖分類號：G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

1設(shè)計思想

本節(jié)內(nèi)容屬于《化學(xué)1》的專題1的“第三單元人類對原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識”。包含了二個內(nèi)容：原子結(jié)構(gòu)模型的演變和原子的構(gòu)成。學(xué)生在初中已經(jīng)初步接觸了原子的構(gòu)成，有一定的基礎(chǔ)。也知道原子、質(zhì)子、電子、同位素等概念。教材的設(shè)計意圖是，通過了解原子結(jié)構(gòu)模型演變的歷史，體驗科學(xué)家探索原子結(jié)構(gòu)的艱難過程。認(rèn)識實驗、假說、模型等科學(xué)方法對化學(xué)研究的作用。根據(jù)《浙江省學(xué)科指導(dǎo)意見》的要求，只需安排1課時教學(xué)。但在教學(xué)設(shè)計將本單元設(shè)計成2課時。第一課時講授原子結(jié)構(gòu)模型的演變(1)和原子的構(gòu)成，第二課時講授原子結(jié)構(gòu)模型的演變(2)和部分典型元素原子的核外電子排布。原因是通過合作學(xué)習(xí)和以化學(xué)史為載體進(jìn)行科學(xué)探究需要充分的時間進(jìn)行保證。本教案是第1課時的內(nèi)容。

2課前準(zhǔn)備

[組成學(xué)習(xí)合作小組]

前后四個同學(xué)組成課堂學(xué)習(xí)合作小組，組內(nèi)推薦確定組長。組長有權(quán)指定組內(nèi)成員的工作安排和指定代表小組發(fā)言的同學(xué)。

3教學(xué)過程

[播放錄像]牛奶滴落的錄像。

[過渡]科學(xué)的發(fā)展擴(kuò)展了人視野的廣度和深度。人類發(fā)明的高速攝像機(jī)幫我們看到了牛奶滴落時的場景，望遠(yuǎn)鏡幫人們看到了更遠(yuǎn)的太空，顯微鏡幫人們看到了更小的微粒。但不管科技進(jìn)步如何的發(fā)展，儀器如何的先進(jìn)，科學(xué)的發(fā)展仍離不開觀察和思考。今天這一節(jié)課請同學(xué)們準(zhǔn)備好自己的眼睛和大腦，準(zhǔn)備觀察和思考。

[思考]釋古文，闡思想：

一尺之棰，日取其半，萬世不竭。

——《莊子·外篇·至樂第十八》

[生1]一尺長的木棒，每天截取一半，一萬世也不能窮盡。

[師]很好。概括的說，莊子表達(dá)了一個意思：即物質(zhì)是否無限可分?這是古人提出樸素的物質(zhì)組成的思考：組成物質(zhì)的最小微粒是什么?

[師]此后，國內(nèi)外的古學(xué)者也在不斷思考同樣的問題，并提出了不同的觀點(diǎn)。

[PPT展示]

古希臘哲學(xué)家Empedocles(恩培多克勒)提出物質(zhì)組成的四元素說：空氣、地球、水、火。

Aristotle(亞里士多德)(公元前384--公元前322年)繼承四元素說，認(rèn)為地球上的物質(zhì)是由水氣火土四種元素組成，天體由第五種元素“以太”構(gòu)成。美國的好萊塢還據(jù)此拍攝了電影《第五元素》。

墨子(約公元前468年一公元前376年，思想家，教育家，軍事家)提出了：非半弗，則不動，說在端——《墨子》

釋義：不能分為兩半的東西是不能砍開的，也就對它不能有所動作，它便是“端”了。其實就是不可分割的意思。

Democritus(德墨克里特，希臘哲學(xué)家)提出了原子是組成物質(zhì)的最小粒子。他認(rèn)為：每一樣?xùn)|西都是由最小的部分組成，而最小的部分不能再分。物體可以不斷地切割，直到最小部分。這一最小部分稱為atomos，該詞為希臘語，意思是不能分割。

[師]19世紀(jì)初，英國科學(xué)家道爾頓提出近代原子學(xué)說，他認(rèn)為原子是微小的不可分割的實心球體。道爾頓的原子學(xué)說為：

(1)所有物質(zhì)都是由不可分割的原子構(gòu)成。

(2)同種元素的原子其質(zhì)量、大小、性質(zhì)相同，不同元素的原子質(zhì)量、大小、性質(zhì)不同。

(3)不同元素的原子通過鉤子相互結(jié)合成化合物。

(4)在化學(xué)反應(yīng)中，原子既不會產(chǎn)生或者消失，也不會改變，原子的種類和數(shù)目保持不變。

[過渡]近一百年的時間，人們都認(rèn)為原子都是不可分割的。

[化學(xué)史實]

1859年德國物理學(xué)家普呂克爾利用經(jīng)過改進(jìn)了的蓋斯勒管。進(jìn)行了一系列氣體的真空放電實驗。實驗時，發(fā)現(xiàn)在陰極能發(fā)出一種射線，稱為“陰極射線”。

[錄像]在觀看錄像的同時要求：請你仔細(xì)觀察現(xiàn)象，科學(xué)需要仔細(xì)的觀察和思考。

實驗1：陰極射線分別在磁場和電場作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。

實驗2：陰極射線使風(fēng)車發(fā)生了轉(zhuǎn)動。

思考與問題：(先小組討論，然后由某小組成員代表發(fā)言，其他組學(xué)生進(jìn)行評價補(bǔ)充。)

陰極射線在電場或磁場作用下偏轉(zhuǎn)說明了什么?

它能使風(fēng)車轉(zhuǎn)動又說明了什么?

[PPT展示]瓦利判斷得出的結(jié)論：

(1)1871年，瓦利根據(jù)陰極射線能被磁鐵偏轉(zhuǎn)的事實推斷。陰極射線是由帶負(fù)電的物質(zhì)微粒組成的。

(2)瓦利根據(jù)陰極射線能使風(fēng)車轉(zhuǎn)動說明它具有質(zhì)量。

[師]同學(xué)們討論得到的結(jié)論與瓦利相符得很好。說明大家也具有科學(xué)家的素質(zhì)，這與大家在課堂上的認(rèn)真觀察與思考是分不開的。

[化學(xué)史實]

英國物理學(xué)家湯姆遜于1897年開始研究陰極射線。他發(fā)現(xiàn)不管用什么電極材料、什么氣體，所得到的射線都一樣。

[小組討論]如果你是湯姆遜，你會作出怎樣的猜測和結(jié)論?

[PPT展示]湯姆遜的結(jié)論：湯姆遜認(rèn)為陰極射線是比普通原子小的粒子，必定是： “建造一切化學(xué)元素的物質(zhì)”，也就是一切化學(xué)原子所共有的組成成分，稱之為電子。

[化學(xué)史實]

后來他又通過實驗計算出陰極射線的荷質(zhì)比的數(shù)值大約為H的千分之一。

[小組討論]如果你是湯姆遜，你會作出怎樣的猜測和結(jié)論?

[PPT展示]湯姆遜的結(jié)論：電子的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于原子。電子是原子的組成微粒。

[小組討論]由電子所帶的電性，可推知什么結(jié)論?推測原子的結(jié)構(gòu)模型。

[學(xué)生4]因為電子帶負(fù)電，說明原子中必有帶正電的粒子。

[學(xué)生5]原子中同時存在正負(fù)粒子，那怎么它們不相互電性中和呢?

[師]這位同學(xué)的問題提得很好啊。湯姆遜在這些實驗的基礎(chǔ)上提出原子的葡萄干面包模型。

但是原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)真的是這樣的嗎?[PPT展示]湯姆遜的學(xué)生盧瑟福想用粒子穿進(jìn)原子，探究其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

他大膽質(zhì)疑老師的假設(shè)，在1907年利用鐳等放射性元素產(chǎn)生的帶正電a粒子(He)，使其穿過鉛板的小孔，射向極薄的金箔。稱為a粒子散射實驗。

[動畫演示]用FLASH動畫演示a粒子散射實驗。

實驗結(jié)果觀察到以下實驗現(xiàn)象：

(1)絕大多數(shù)a粒子不偏轉(zhuǎn)，

(2)少數(shù)a粒子大角度偏轉(zhuǎn)；

(3)極少數(shù)a粒子被反彈。

實驗結(jié)果大大出乎他的意料：盧瑟福說：“它的難以置信好比你對一張紙射出一發(fā)十五英寸的炮彈，結(jié)果卻被彈了回來，反而打在自己身上。”

[小組討論]假如你是盧瑟福的學(xué)生，你會幫助他對此實驗現(xiàn)象作出怎樣的合理解釋呢?

[學(xué)生6]……

[師]盧瑟福認(rèn)為：除非采取一個原子的大部分質(zhì)量集中在一個微小的核內(nèi)的系統(tǒng)，是無法得到這種數(shù)量級的任何結(jié)果的。這就是我后來提出的原子核心具有小體積和大質(zhì)量的想法。

盧瑟福通過實驗推斷出：

(1)原子的大部分體積是空的；

(2)原子核幾乎集中了所有原子的質(zhì)量；

(3)電子隨意地圍繞著一個帶正電荷的很小的原子核運(yùn)轉(zhuǎn)：

盧瑟福在1911年提出了原子結(jié)構(gòu)的有核行星模型。

[錄像]盧瑟福的原子模型

[過渡]此后科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)有疑問沒有得到解決：

疑問1：原子的質(zhì)量是否遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于質(zhì)子和電子的質(zhì)量?

[化學(xué)史實](PPT投影)中子的發(fā)現(xiàn)：

發(fā)現(xiàn)了電子和質(zhì)子之后，人們一開始猜測原子核由電子和質(zhì)子組成。盧瑟福考慮到原子核如果完全由質(zhì)子組成，那么某種元素的原子核所帶的正電荷，在數(shù)值上一定等于那種元素的相對原子質(zhì)量，因為元素的相對原子質(zhì)量，主要是由原子核決定的。核外電子的質(zhì)量是微不足道的。但是事實并不是這樣，元素的原子量總是比它的核所帶的正電荷數(shù)大一倍或一倍以上，這說明原子核里除了質(zhì)子之外，必然還有一種質(zhì)量和質(zhì)子相仿，但卻不帶電的粒子存在。所以，在1920年盧瑟福提出了中子假說。

德國物理學(xué)家波特及其學(xué)生貝克爾從1928年開始對鈹(Be)原子核的轟擊實驗。1932年實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)用a粒子轟擊它時，它能發(fā)射出穿透力極強(qiáng)的射線，而且該射線呈電中性。他們斷定這是一種特殊的Y射線。

查德威克(1891—1974年)一直在尋找這種電中性粒子。見到同行的實驗結(jié)果后，查德威克意識到這種新射線很可能就是多年來苦苦尋找的中子。他立即著手實驗，花了不到一個月的時間，就發(fā)表了“中子可能存在”的論文。他指出，y射線沒有質(zhì)量，根本就不可能將質(zhì)子從原子核里撞出來，只有那些與質(zhì)子質(zhì)量大體相當(dāng)?shù)牧Ｗ硬庞羞@種可能。其次，查德威克用云室方法測量了中子的質(zhì)量，確證了中子確實是電中性的。中子就這樣被發(fā)現(xiàn)了。查德威克也因此獲1935年度諾貝爾物理獎。

[思考與討論]你知道嗎?

現(xiàn)在你知道原子由哪些更小的微粒組成了嗎?

[板書]一、原子的組成

1 原子的組成

[師]原子中大部分的質(zhì)量集中在原子核，但原子核的體積非常小。若原子有一個體育場大。則原子核相當(dāng)于體育場中的一只螞蟻。

[你知道嗎?]原子中存在二個等式，一個電性等式，一個質(zhì)量等式，你能寫出來嗎?

電性等式：_______

質(zhì)量等式：_______

[師]盧瑟福的原子結(jié)構(gòu)中仍然存在缺陷，誰將是下一個英雄?對原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識又將會達(dá)到怎樣的水平?請聽下回分解!

[師]本節(jié)課我們學(xué)習(xí)了原子的結(jié)構(gòu)，以下為本節(jié)課的學(xué)習(xí)目標(biāo)，請對照后自查：

你知道原子的組成嗎?

你會用元素符號表示某種原子嗎?

你會計算原子中各種微粒數(shù)嗎?

4作業(yè)設(shè)計

[問題研討]

當(dāng)我們用刀切開一個蘋果時。是否也把切面上的原子切開了?請?zhí)岢瞿愕南敕ǎ⒔o予適當(dāng)?shù)慕忉專髮懗煽茖W(xué)小論文的形式。

[作業(yè)設(shè)計說明]：此題的解答不重在追求答案的標(biāo)準(zhǔn)化，而重在于考查學(xué)生是否能運(yùn)用所學(xué)的知識，對自己所持的觀點(diǎn)進(jìn)行合理解釋說明。能自圓其說的就是優(yōu)秀作業(yè)。

5教學(xué)反思

本節(jié)課以原子結(jié)構(gòu)認(rèn)識的化學(xué)史為載體，以科學(xué)家的角度進(jìn)行觀察和思考。了解科學(xué)探究的過程，也讓學(xué)生感到科學(xué)研究并不是想象的難。通過教學(xué)能認(rèn)識實驗、假說、模型等科學(xué)方法對化學(xué)研究的作用。課堂教學(xué)的實踐證明，教學(xué)設(shè)計意圖得到了充分的體現(xiàn)，學(xué)生課堂氣氛熱烈，能認(rèn)真思考，積極發(fā)言，達(dá)到了達(dá)成三維目標(biāo)的教學(xué)要求。作業(yè)的設(shè)計為開放性試題，體現(xiàn)《課程標(biāo)準(zhǔn)》中“能夠?qū)εc化學(xué)有關(guān)的社會和生活問題做出合理的判斷”的要求。

心理學(xué)研究表明，課堂上有三種學(xué)習(xí)情境，它們分別是合作、競爭和個人學(xué)習(xí)，其中最佳情境就是合作學(xué)習(xí)。古人云：“獨(dú)學(xué)無友，孤陋寡聞”。本節(jié)課在教學(xué)設(shè)計時，就以合作學(xué)習(xí)為主要的學(xué)習(xí)方式。以充分調(diào)動和發(fā)揮學(xué)生主體性的、多樣性的學(xué)習(xí)方式，促進(jìn)學(xué)生在教師指導(dǎo)下主動地、富有個性的學(xué)習(xí)是本課的核心任務(wù)。教學(xué)實踐中生生交流、師生交流得到了充分的表現(xiàn)，使課堂不再是部分優(yōu)秀學(xué)生展示的舞臺，在輕松的對話交流中。達(dá)到了相應(yīng)知識的理解掌握，取得了很好的教學(xué)效果。

由于在課堂教學(xué)中學(xué)生討論所得的結(jié)論和想法比預(yù)想的要豐富得多，對教師的課堂調(diào)控能力提出了較高的要求。又由于教學(xué)時間的限制。個別問題學(xué)生討論交流的時間稍有不足，也是一個小小的遺憾之處。最后感覺本教學(xué)設(shè)計的另一個改進(jìn)之處：是否能讓學(xué)生在觀察后先自主提出問題，再進(jìn)行小組合作討論?讓課堂實現(xiàn)更大的生成度，這樣更能體現(xiàn)學(xué)生的主體作用。