跨学科实践活动 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）化学沪科版五四学制2024八年级全一册

该初中化学教学设计聚焦物质组成与结构的探索历程，涵盖科学家典型假说、元素原子分子概念及关系、化学变化微观实质等核心知识。通过播放水电解实验视频导入，结合“四元素说”“拉瓦锡分解水”等科学史，搭建从宏观现象到微观本质的学习支架，梳理前后知识脉络。 该资料特色为融合科学史与模型建构的跨学科实践，通过调查科学家探索时间轴（如道尔顿原子论、阿伏伽德罗分子学说）培养证据推理能力，制作分子模型（如氢分子、水分子）及演示电解水微观过程发展模型认知，体现科学思维与科学探究。助力学生深化微观理解、提升动手协作能力，为教师提供落实核心素养的实践教学方案。

跨学科实践活动 制作模型并展示科学家探索物质组成与结构的历程 一、知识目标 1.了解不同时期科学家关于物质组成与结构的典型假说，如“四元素说”、道尔顿原子论、阿伏伽德罗分子学说等，掌握元素、原子、分子等概念及其相互关系。 2.明确元素的种类由质子数决定，原子的种类由质子数和中子数共同决定，理解元素只讲种类、不讲个数。 知道原子的构成，掌握化学变化中原子、分子的种类和数目以及元素的种类的变化情况，理解化学变化的3.微观实质是分子分裂成原子，原子重新组合成新的分子。 4.掌握将假说转化为模型的实践方法，能用模型表征物质的组成与结构。 二、核心素养目标 1.宏观辨识与微观探析：能从宏观上认识物质的元素组成，从微观上理解物质由分子、原子、离子构成，建立宏观与微观的联系。 2.证据推理与模型认知：通过分析科学家的实验和假说，培养证据推理能力；利用模型建构，认识物质的微观结构，提高模型认知能力。 3.科学探究与创新意识：通过调查、制作模型等活动，培养资料整理、动手实践与小组协作的能力，激发创新意识。 4.科学态度与社会责任：体会科学家严谨求实的精神，培养勇于质疑、创新的科学态度。 一、教学重点 1.不同时期科学家关于物质组成与结构的典型假说。 2.元素、原子、分子等概念及相互关系，化学变化的微观实质。 3.制作模型表征物质的组成与结构。 二、教学难点 1.理解元素的概念，区分元素、原子、分子在描述物质组成与结构时的应用。 2.从微观角度分析化学变化中分子、原子和元素的变化。 3.运用模型解释化学现象和解决化学问题。 本节教学内容源于沪科版五四制2024八年级全一册《专题5 物质的微观构成》中的跨学科实践活动。该内容在化学学科体系中具有重要地位，它是学生深入理解物质本质的关键环节，对于学生构建化学知识体系、发展化学核心素养起着承上启下的作用。 教材围绕“制作模型并展示科学家探索物质组成与结构的历程”这一主题，安排了“调查有关物质组成与结构的假说”和“制作模型表征典型假说”两部分内容。在调查假说部分，教材呈现了不同时期科学家对物质组成与结构的探索历程，包括中国古代的阴阳说、五行说，古希腊的德谟克利特原子论，以及近代道尔顿、拉瓦锡、盖 - 吕萨克、阿伏伽德罗等科学家的重要理论和发现。同时，详细介绍了基于元素视角和原子、分子视角探究物质成分的方法，如拉瓦锡的元素分类表、元素的概念、原子的构成等。在制作模型部分，引导学生通过制作分子模型，从微观视角认识物质的组成与构成，探究化学变化的微观实质。教材通过丰富的实例和问题讨论，帮助学生理解抽象的化学概念，培养学生的科学思维和实践能力。 教学对象是八年级学生，处于从形象思维向抽象思维过渡的阶段。在知识储备方面，学生在之前的化学学习中已经对一些常见物质的性质和变化有了初步了解，但对于物质的微观构成还停留在比较模糊的认识层面。他们对科学家探索物质世界的历程充满好奇，但可能缺乏深入探究的方法和能力。 在思维特点上，八年级学生的思维逐渐活跃，但在面对抽象的化学概念，如原子、分子、元素等，理解起来可能存在一定困难。他们更倾向于通过直观的实验和模型来理解知识。在学习能力方面，学生已经具备了一定的资料收集和整理能力，但在将假说转化为模型的实践操作中，可能需要教师的指导和引导。 此外，学生在小组协作和表达交流方面也有待提高。在本次实践活动中，需要学生通过小组合作完成模型制作和展示，这对他们的团队协作能力和语言表达能力是一个挑战。因此，在教学过程中，教师应充分考虑学生的学情，结合具体实例和实验，引导学生逐步理解物质的微观构成，培养学生的科学探究能力和团队协作精神。通过设置问题情境，激发学生的学习兴趣，鼓励学生积极参与讨论和实践活动，帮助学生顺利完成学习目标。 教学环节一 新课导入 【播放视频】同学们，在正式开始今天的课程之前，老师先给大家播放一段有趣的视频。（播放一段关于水分解产生氢气和氧气的实验视频，视频中清晰展示水电解过程中两电极产生气泡，以及对产生气体进行检验的过程） 【提出问题】大家看完这个视频，有没有注意到水在通电的情况下发生了神奇的变化，产生了两种不同的气体。那大家有没有想过，水到底是由什么组成的呢？从古至今，“物质由什么组成”一直是科学家们苦苦追寻的谜题。就像从古希腊的“四元素说”到近代拉瓦锡发现水的组成，每一次突破都离不开大胆的猜想与严谨的实验。 【引导思考】现在请大家大胆猜测一下，水是由哪些成分组成的呢？可以和同桌互相交流一下自己的想法。（给学生一些时间进行讨论和交流） 【引入课题】大家的想法都很有创意。其实，为了弄清楚物质的组成与结构，科学家们经历了漫长的探索过程，提出了各种各样的假说。今天，我们就一起来通过制作模型的方式，展示科学家探索物质组成与结构的历程，深入了解物质的微观构成。 【设计意图】 1. 激发学生兴趣：通过播放生动有趣的实验视频，直观地展示水分解的奇妙现象，能迅速吸引学生的注意力，激发他们的好奇心和探索欲望，使学生积极主动地参与到课堂讨论中来。 1. 联系科学史：提及古希腊的“四元素说”和拉瓦锡发现水的组成等科学史上的重要事件，让学生了解人类对物质组成的认识是一个不断发展和完善的过程，增加了知识的趣味性和历史厚重感，培养学生对科学探索的崇敬之情。 1. 引发思考，导入新课：提出关于水组成的问题，引导学生进行猜测和讨论，让学生在思考和交流中产生认知冲突，从而自然地引出本节课的主题——制作模型并展示科学家探索物质组成与结构的历程，使学生明确学习目标，带着问题去探索新知识，提高学习的主动性和积极性。 教学环节二 调查有关物质组成与结构的假说 活动一 了解科学家探索物质组成与构成的时间轴 【引入】从古至今，“物质由什么组成”一直是科学家们追寻的谜题。每一次突破都离不开大胆的猜想与严谨的实验。今天我们先来了解一下科学家探索物质组成与构成的时间轴。 【问题】请同学们阅读课件中科学家探索物质组成与构成的时间轴内容，思考不同时期不同国家的科学家分别提出了哪些重要的假说或理论？ 【学生思考】阅读后回答：中国在公元前10世纪前后有阴阳说、五行说等；古希腊公元前5世纪前后德谟克利特提出相关理论；18世纪末法国拉瓦锡“分解水”获得“可燃空气”；19世纪初英国道尔顿创立“原子论”；法国盖 - 吕萨克提出气体化合体积定律；意大利阿伏伽德罗提出分子学说等。 【讲解】评价、强调：这些科学家的研究成果为我们认识物质的组成与结构奠定了基础，他们的探索精神值得我们学习。不同时期的理论相互补充和发展，逐步完善了我们对物质世界的认识。 【对应训练1】以下科学家与他们提出的理论或发现对应正确的是（ ） A. 道尔顿 - 分子学说 B. 阿伏伽德罗 - 原子论 C. 拉瓦锡 - 分解水获得可燃空气 D. 盖 - 吕萨克 - 发现电子 【答案】C 【解析】道尔顿创立“原子论”，A选项错误；阿伏伽德罗提出分子学说，B选项错误；拉瓦锡“分解水”获得“可燃空气”，C选项正确；发现电子的是汤姆孙，D选项错误。 【对应训练2】在科学家探索物质组成与结构的历程中，按时间先后顺序排列正确的是（ ） ①道尔顿提出原子论 ②拉瓦锡发现水的组成 ③德谟克利特提出相关理论 ④阿伏伽德罗提出分子学说 A. ③②①④ B. ③①②④ C. ②③①④ D. ②①③④ 【答案】A 【解析】德谟克利特是公元前5世纪前后的科学家，时间最早；拉瓦锡是18世纪末的科学家；道尔顿是19世纪初提出原子论；阿伏伽德罗在道尔顿之后提出分子学说。所以顺序为③②①④，答案选A。 活动二 基于元素视角探究物质成分 【引入】我们已经了解了科学家探索物质组成的部分历程，接下来从元素视角深入探究物质成分。拉瓦锡发展了“元素”的概念，还首次列举了33种化学元素。 【问题】请同学们阅读拉瓦锡元素分类表，发表你对拉瓦锡元素分类表的看法。同时思考元素的定义、决定元素和原子种类的因素分别是什么？ 【学生思考】 1. 对拉瓦锡元素分类表发表看法：有的同学认为分类比较详细，涵盖了当时发现的多种物质；有的同学认为随着科学发展，可能存在一些分类不够准确或完善的地方。 1. 回答元素的定义：具有相同核电荷数（即质子数）的一类原子的总称。一类原子是指质子数相同而中子数不同的原子。 1. 元素的种类由质子数决定，原子的种类由质子数和中子数共同决定。 【讲解】评价、强调：拉瓦锡的元素分类表在当时具有重要意义，为后来元素研究奠定了基础，但随着科学进步确实有改进空间。元素概念很重要，要明确它是宏观概念，只讲种类，不讲个数。比如水由氢、氧两种元素组成，不能说氢、氧两个元素。 【对应训练1】下列关于元素的说法正确的是（ ） A. 元素是具有相同中子数的一类原子的总称 B. 元素的种类由电子数决定 C. 同种元素的原子质子数一定相同 D. 不同种元素的原子质子数可能相同 【答案】C 【解析】元素是具有相同核电荷数（即质子数）的一类原子的总称，A选项错误；元素的种类由质子数决定，B选项错误；同种元素的原子质子数一定相同，C选项正确；不同种元素的原子质子数一定不同，D选项错误。 【对应训练2】下列物质由一种元素组成的是（ ） A. 水 B. 氧气 C. 二氧化碳 D. 碳酸钙 【答案】B 【解析】水由氢、氧两种元素组成，A选项错误；氧气由氧元素一种元素组成，B选项正确；二氧化碳由碳、氧两种元素组成，C选项错误；碳酸钙由钙、碳、氧三种元素组成，D选项错误。 活动三 基于原子、分子视角探究物质成分 【引入】除了从元素视角，我们还可以从原子、分子视角探究物质成分。接下来我们一起了解原子的构成、元素、分子、原子等与物质的层次关系以及不同科学家提出的原子模型。 【问题】 1. 请描述原子的构成。 1. 说明元素、分子、原子等与物质的层次关系。 1. 说出道尔顿、汤姆孙和卢瑟福等提出的原子模型分别是什么。 【学生思考】 1. 回答原子的构成：原子由位于中心带正电的原子核和核外带负电的电子构成，原子核由质子和中子组成，每个质子带1单位正电荷，中子不带电，每个电子带1单位负电荷。 1. 说明层次关系：得失电子形成离子，原子构成分子，分子构成物质，原子也可直接构成物质。 1. 说出原子模型：道尔顿提出构成物质的最小粒子是原子，原子是不可再分的实心球体；汤姆孙认为原子是球体，带正电的物质均匀地分布于球体内，带负电的电子一颗一颗地镶嵌在球内各处的一个个同心环上；卢瑟福通过α粒子散射实验，发现原子有带正电荷的核，体积很小，电子在核外运动。 【讲解】评价、强调：原子的构成和各粒子的带电情况是理解化学微观世界的基础。元素、分子、原子等与物质的层次关系清晰地展示了物质的微观构成。不同科学家的原子模型反映了人们对原子结构认识的不断深入。 【对应训练1】下列关于原子结构的说法正确的是（ ） A. 原子都是由质子、中子和电子构成的 B. 原子核带正电，电子带负电，所以原子显电性 C. 原子的质量主要集中在原子核上 D. 原子中质子数一定等于中子数 【答案】C 【解析】氢原子没有中子，A选项错误；原子中原子核带的正电荷数和电子带的负电荷数相等，原子不显电性，B选项错误；原子的质量主要集中在原子核上，C选项正确；原子中质子数不一定等于中子数，D选项错误。 【对应训练2】在科学家认识原子结构的历程中，按先后顺序排列正确的是（ ） ①道尔顿的实心球模型 ②汤姆孙的葡萄干面包模型 ③卢瑟福的核式结构模型 A. ①②③ B. ①③② C. ②①③ D. ③①② 【答案】A 【解析】道尔顿最早提出实心球模型，接着是汤姆孙的葡萄干面包模型，最后是卢瑟福的核式结构模型。所以顺序为①②③，答案选A。 教学环节三 制作模型表征典型假说 活动一 制作模型 【引入】模型建构是化学科学研究的基本方法，通过模型拼装可以从微观视角认识物质的组成与构成。接下来我们要制作一些分子模型。 【问题】 1. 制作各分子模型的数量要求是什么？ 1. 制作模型需要准备哪些材料，如何制作？ 【学生思考】 1. 回答制作数量要求：2个氢分子（）、个水分子（，）、1个氮分子（）、1个二氧化碳分子（）、2个氧分子（）、1个氨分子（）。 1. 回答材料和制作方法：准备两种颜色的橡皮泥或黏土、根牙签。把橡皮泥做成小圆球形状，再用牙签串起来。 【讲解】评价、强调：按照要求准确制作模型，在制作过程中注意理解分子的构成。不同颜色的橡皮泥可以代表不同的原子，通过牙签串连展示分子的结构。 【对应训练1】用如图所示的模型表示分子，能表示分子的是（ ） 【答案】B 【解析】分子由2个氢原子构成，B选项符合要求；A选项可能表示其他双原子分子但不是；C选项可能表示多原子分子；D选项表示单个原子。 【对应训练2】制作个分子模型，需要用到的原子模型数量是（ ） A. 2个 B. 4个 C. 6个 D. 8个 【答案】B 【解析】一个分子由2个氧原子构成，2个分子需要个氧原子模型，答案选B。 活动二 拼装模型演示电解水的微观过程 【引入】我们已经制作好了分子模型，接下来用模型拼装演示电解水的微观过程，通过这个过程来探究化学变化中原子、分子的种类和数目以及元素的种类是否发生变化。 【问题】 1. 用2个水分子模型演示电解水的微观过程，描述这个过程。 1. 结合该实验说说化学变化中原子、分子的种类和数目以及元素的种类是否发生了变化，化学变化的微观实质是什么？ 【学生思考】 1. 描述过程：1个水分子由2个氢原子和1个氧原子构成，2个水分子分解为4个氢原子和2个氧原子，2个氢原子结合成1个氢分子，2个氧原子结合成1个氧分子。 1. 回答变化情况和微观实质：在化学变化中，分子的种类发生变化，而原子的种类、数目以及元素的种类保持不变。化学变化的微观实质是分子分裂成原子，原子重新组合成新的分子。 【讲解】评价、强调：通过模型演示，能更直观地理解化学变化的微观过程。分子种类的变化是化学变化的关键特征，而原子的守恒体现了化学反应中的质量守恒定律。 【对应训练1】在电解水的反应中，下列说法正确的是（ ） A. 水分子变成了氢分子和氧分子，分子种类发生了变化 B. 氢原子和氧原子的数目发生了变化 C. 氢元素和氧元素的种类发生了变化 D. 水分子没有发生变化 【答案】A 【解析】电解水时，水分子分解成氢原子和氧原子，氢原子和氧原子重新组合成氢分子和氧分子，分子种类发生变化，A选项正确；原子的数目在反应前后不变，B选项错误；元素的种类也不变，C选项错误；水分子发生了分解，D选项错误。 【对应训练2】下列关于化学变化微观实质的说法正确的是（ ） A. 分子的数目一定发生变化 B. 原子的种类一定发生变化 C. 分子分裂成原子，原子重新组合成新的分子 D. 分子的大小一定发生变化 【答案】C 【解析】化学变化中分子的数目不一定发生变化，A选项错误；原子的种类在化学变化中不变，B选项错误；化学变化的微观实质是分子分裂成原子，原子重新组合成新的分子，C选项正确；分子的大小在化学变化中一般不变，D选项错误。 跨学科实践活动 制作模型并展示科学家探索物质组成与结构的历程 一、调查有关物质组成与结构的假说 （一）科学家探索时间轴 中国：阴阳说、五行说等（公元前10世纪前后） 古希腊：德谟克利特（公元前5世纪前后） 英国：道尔顿（19世纪初） 古印度：朴素元素论 法国：拉瓦锡、盖 - 吕萨克、阿伏伽德罗 （二）基于元素视角探究物质成分 1. 拉瓦锡元素分类：简单中性物质；简单非金属物质；简单金属物质；简单碱性物质 1. 元素概念： 定义：具有相同核电荷数（即质子数）的一类原子的总称 种类决定因素：质子数 原子种类决定因素：质子数和中子数 1. 元素用于物质宏观组成描述 （三）基于原子、分子视角探究物质成分 1. 原子构成：原子核（质子、中子）、核外电子 1. 元素、分子、原子与物质层次关系 离子←得失电子→原子→分子→物质 1. 原子模型发展历程：道尔顿实心球模型、汤姆孙模型、卢瑟福核式结构模型 1. 不同科学家对氢气和氧气反应解释： 道尔顿：原子角度。盖 - 吕萨克：气体化合体积定律。阿伏伽德罗：分子学说 二、制作模型表征典型假说 （一）制作模型 1. 材料：两种颜色橡皮泥或黏土、N根牙签 1. 模型数量要求： 2个氢分子（2H₂）；n个水分子（nH₂O，n≥6）；1个氮分子（N₂）；1个二氧化碳分子（CO₂） 2个氧分子（2O₂）；1个氨分子（NH₃） （二）拼装模型演示电解水微观过程 1. 化学变化中粒子变化：分子种类发生变化；原子种类、数目和元素种类不变 1. 化学变化微观实质：分子分裂成原子，原子重新组合成新的分子 1.元素观是化学的重要观念之一。下列有关元素的说法错误的是(　　) A. 物质都是由元素组成的 B. 同种元素的原子核内中子数相同 C. 在化学变化中元素的种类不发生改变 D. 元素周期表中原子序数等于该元素原子核内的质子数 【答案】B 【解析】A. 物质都是由元素组成的，这是化学的基本概念，A选项正确；B. 同种元素的原子核内质子数相同，但中子数可能不同，例如氢元素有氕、氘、氚三种同位素，它们质子数相同但中子数不同，B选项错误；C. 根据质量守恒定律，在化学变化中元素的种类不发生改变，C选项正确；D. 元素周期表中原子序数等于该元素原子核内的质子数，D选项正确。答案选B。 2.“千锤万凿出深山，烈火焚烧若等闲”描述的石灰石煅烧过程，石灰石的主要成分是碳酸钙。下列关于碳酸钙组成的描述正确的是（ ） A. 碳酸钙由碳元素、氧元素和钙元素构成 B. 碳酸钙由碳原子、氧原子和钙原子组成 C. 碳酸钙由碳元素、氧元素和钙元素组成 D. 一个碳酸钙分子由碳元素、氧元素和钙元素组成 【答案】C 【解析】元素是宏观概念，用于描述物质的宏观组成，而原子是微观概念。碳酸钙是宏观物质，应该用元素来描述其组成。A选项“构成”表述不准确；B选项用原子描述宏观物质组成错误；D选项一个碳酸钙分子是微观概念，不能用元素描述，元素只讲种类不讲个数，应该说一个碳酸钙分子由一个碳原子、三个氧原子和一个钙原子构成。所以C选项正确。 3.阅兵中展示的武器装备制造需多种金属材料，铁是其中常用的金属。下列关于铁元素和铁原子的说法，正确的是（ ） A. 铁元素是微观概念，铁原子是宏观概念 B. 铁元素既讲种类，又讲个数 C. 铁原子既讲种类，又讲个数 D. 铁元素和铁原子没有任何联系 【答案】C 【解析】A. 铁元素是宏观概念，铁原子是微观概念，A选项错误；B. 元素是宏观概念，只讲种类，不讲个数，B选项错误；C. 原子是微观粒子，既讲种类，又讲个数，C选项正确；D. 铁元素是具有相同质子数的一类铁原子的总称，二者有密切联系，D选项错误。答案选C。 在本次教学中，通过引导学生调查物质组成与结构的假说以及制作模型，学生对微观粒子和物质组成有了更深入的理解。课堂上学生积极参与讨论，对不同科学家的理论和模型表现出浓厚兴趣。但也存在一些问题，如在讲解元素概念时，部分学生对元素只讲种类不讲个数理解困难，后续应结合更多实例进行讲解。在模型制作环节，部分小组协作不够高效，今后要加强对小组合作的指导，提高学生的动手实践和协作能力，以更好地达成教学目标。 9 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $