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-九年级化学上册教学设计（人教版2024）

第第页跨学科实践活动2制作模型并展示科学家探索物质组成与结构的历程教学设计活动：制作模型并展示科学家探索物质组成与结构的历程课时1授课年级初三活动分析《义务教育化学课程标准（2022年版）》在教学建议中提出：“教师还应重视跨学科内容的选择和组织，加强化学与物理、生物学、地理等学科的联系，引导学生在更宽广的学科背景下综合运用化学和其他学科的知识分析、解决有关的实际问题。”跨学科主题教学，引导学生开展综合学习活动，是培养学生核心素养的必要途径，是打破学科边界、强化课程协同育人的必要手段，是帮助学生形成深层知识理解的必要环节。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。本活动通过“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”三个任务的进行帮助学生进一步强对微观世界的认识。通过对微观粒子模型的发展。认识化学学科的发展过程中研究方法和观念的发展，培养学生创新、发展的科学研究精神。学情分析在与观念建构相关的各种课题研究中，我们发现，作为物质世界的最小单元“分子”、“原子”和“离子”，学生始终难在脑海中形成比较清晰的印象，运用起来就更加捉襟见肘。这就需要我们采取更有效的措施来帮助学生化解难点，帮助学生运用跨学科知识，亲身经历创意设计，动手制作微粒模型以解决这一化学难题，在实践过程中，学生通过整个项目的系统规划和实施，体验实践创造价值的过程，感受合作、协同创新解决问题的重要性。活动目标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，探索物质结构的意义，制作微观粒子模型；2.与其他学科、与现实生活建立起关联，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.认识化学学科的发展过程中研究方法和观念的发展，培养学生创新、发展的科学研究精神，提高学习小组合作与表达能力，提升学生对科学探究的好奇心、想象力，培养学生初步养成注重实证、严谨求学的科学态度。活动重、难点重点：实现知识的融会贯通和创造性迁移，与其他学科、与现实生活建立起关联。难点：实现知识的融会贯通和创造性迁移，与其他学科、与现实生活建立起关联。核心素养化学观念：该活动综合体现“物质的组成与结构”学习主题的大概念及核心知识，承载学生必做实验“水的组成及变化的探究”，帮助学生建构微粒观、元素观、结构观、守恒观和辩证观等化学概念，促进“系统与模型”、“模式”、“结构与功能”等跨学科大概念的进一步发展。科学思维：对科学家认识原子结构历程的探究，培养了学生分析、归纳和推理的能力。学生通过概念图和简图等方式表达对元素、分子、原子与物质层次关系的理解，锻炼了逻辑思维能力。科学探究与实践：该项目要求学生有意识地应用化学核心知识，自主调用生物、物理、历史等多个学科的相关知识，应用技术与工程的方法解决问题，参与多种实践活动，自主反思、不断改进，正确理解科学的探究方法，激发学生的探究意识。科学态度与责任：鼓励学生自主查阅资料、角色扮演、与同学交流，培养了他们对科学探究的积极态度。通过了解科学家在物质和结构方面的贡献，学生增强了对科学发展的责任感和历史使命感。教学过程活动引入学习和理解“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。活动设计与实施任务一：探究构成物质的微观粒子1.交流：列举生活中的实例，说明物质是由分子、原子等微观粒子构成的（限时2分钟）。学生举例：走过花圃能闻到花香，湿衣服经过晾晒变干，蔗糖放入水中消失……2.归纳与讨论：归纳物理、化学等课程对微观粒子运动特点的描述及相关实验的原理，讨论不同学科探究思路和方法的区别与联系。物理——物质的构成物理——分子热运动气体扩散液体扩散固体扩散物理——分子间的作用力固体分子间距离小，分子间作用力大，不容易被压缩和拉伸，具有一定形状；液体、气体分子间距离小，分子间作用力小，具有流动性。化学——微观粒子(如分子)总是在不断运动着化学——分子之间有间隔气体可压缩储存于钢瓶中，这是因为分子之间有间隔，在受压的情况下分子间的间隔减小，加压、降温可以使气体液化。相同质量的同种物质在固态、液态和气态时的体积不同，表明其分子间的间隔不同。物理和化学探究思路和方法的区别与联系：区别：物理探究通过对物体的形态、颜色、位置等发生的变化进行验证；化学探究通过物质的种类改变做为线索进行探究，即物理和化学研究线索来源不同。联系：物理和化学的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。3.查阅资料：探究微观粒子需要观念、知识和方法的继承与创新，离不开科学仪器和实验技术的改进和突破。查阅资料，了解微观粒子基础研究领域的新技术和新方法。任务二：认识模型在探索物质组成与结构中的作用1.总结：化学、物理和生物学等课程中有多种模型体现了物质的组成与结构。请总结这些模型有哪些不同的学科特点。【物理模型】是形象性和抽象性的统一，物理模型的建立是舍弃次要因素，把握主要因素，化复杂为简单，完成由现象到本质，由具体到抽象的过程，而模型的本身又具有直观形象的特点。【生物模型】有助于学生认识生物的细微结构，全面的、多角度、分层次的认识生物的各部分结构。【化学模型】能够将抽象的化学物质的性质和功能与其具象的结构特征相联系。2.概括：通过学习生物学课程，我们知道生物体的结构是有层次的。请结合化学课程“物质的组成与结构”的学习，概括元素、分子、原子（包括原子核、核外电子等）与物质的层次关系，尝试用概念图、简图等方式表达你的看法。3.查阅资料：了解道尔顿、汤姆孙和卢瑟福等提出的原子模型，以及科学家认识原子结构的历程。这些资料对你有什么启示？道尔顿提出的“实心球模型”：1808年，道尔顿系统地提出了原子论，认为原子是构成物质的基本粒子，它们是坚实的、不可再分的实心球。汤姆孙提出的“葡萄干布丁”模型：19世纪末，英国物理学家汤姆孙通过一系列实验发现了电子。在此基础上，他提出了一种原子模型，认为正电荷均匀分布在整个原子内，带负电荷的电子镶嵌其中。卢瑟福提出的核式结构模型：1909年，英国物理学家卢瑟福进行了a粒子散射实验。1911年，他提出了原子的“核式结构模型”：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。3.制作模型：用橡皮泥、绿豆、小米等材料制作上述三种原子模型（限时5分钟）3.说明：实验、推理和假说等科学方法在探索原子结构中的作用。假说：立足于事实，但又不受事实的局限，假说对未知对象提出大胆的设想，而又深入到实践当中去寻求答案。科学实验：学者提出了大胆的设想或理论模型,甚或在演绎的基础上提出了理论的预言；但是不论这样的理论看起来是多么合理,都必须得到实验验证。任务三：以水为例梳理物质组成与结构的认识思路查阅资料，或在学习“第四单元课题2水的组成”之后，完成下列任务。1.了解科学家发现水的组成的历程（包含思路和方法），尝试用角色扮演、图示等方式展示。下列线索可供参考：发现氧气、氢气和水的组成的年代及相关科学家的贡献。水的生成的发现：1781年，普里斯特利把“易燃空气”和空气混合后盛在干燥、洁净的玻璃瓶中，当用电火花点火时，发出震耳的爆鸣声，且玻璃瓶内壁出现了液滴。卡文迪什用纯氧代替空气进行上述实验，确认所得液滴是水，并确认大约2份体积的“易燃空气”。可燃空气(氢气)的收集：1782年，拉瓦锡将水蒸气通过一根烧红的铁制枪管，得到“易燃空气”，并将“易燃空气”命名为氢气。水的通电分解：1800年，尼科尔森和卡里斯特尔利用伏打电堆进行了水通电分解实验。普里斯特利、卡文迪什实验：氢气+氧气→水（化合反应）拉瓦锡实验：水+铁→固态物质+氢气(氢+氧)(铁+氧)尼克尔森和卡里斯特尔电解水实验：水→氢气+氧气（分解反应）结论：水是由氢、氧元素组成思考：①上述实验得出水是由氢、氧元素组成的理论依据是什么?化学反应前后元素种类不变②通过上述实验总结探究物质组成的思路。2.了解分子观点的形成过程及其在近代科学发展中的重要作用。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”，推测：2.结合这些资料，用纸板、橡皮泥等材料制作有关原子和分子的模型，并展示历史上科学家对氢气与氧气反应生成水的典型观点。练习与应用1.化学是在分子、原子层次上研究物质的科学。分析上图得出：①表示______构成的；②的名称是________；在原子中，质子数=__________=核外电子数。【答案】离子；原子核；核电荷数。2.原子结构模型的建立，经过了几代科学家的艰辛努力，直到现在仍在探索中。其中，行星模型的提出标志着原子结构的现代模型的问世，如图是锂原子结构的行星模型，图中原子核内有3个质子、4个中子。不能根据原子结构的行星模型得出的结论是（）A．原子始终在做无规则的运动B．原子核的体积只占整个原子体积的很小一部分C．构成原子的粒子之间存在一种互相吸引的力D．电子绕原子核沿一定轨道运动【答案】A展示与交流展示上述活动中的一些典型案例，与同学交流。总结本次活动在知识、方法和观念等方面的收获。拟订一个主题，以报告、论文或图画等形式表达自己的认识和体会，并与同学交流。活动总结板书设计跨学科实践活动2制作模型并展示科学家探索物质组成与结构的历程任务一：探究构成物质的微观粒子任务二：认识模型在探索物质组成与结构中的作用任务三：以水为例梳理物质组成与结构的认识思路教学反思亮点：教学过程中设计了多个任务，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。不足：活动设计中包含大量的信息与任务