第三单元跨学科实践活动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--2026-2027学年九年级化学人教版上册

该初中化学教学设计聚焦科学家探索物质组成与结构的历程，核心梳理道尔顿、汤姆生、卢瑟福、玻尔的原子结构模型。课堂导入从水通电分解时分子与原子的变化切入，联系已学的分子原子构成知识，通过“原子是否可再分”的问题驱动，引出科学史探索，搭建旧知到新知的学习支架。 该资料特色是以科学史为线索、模型制作为载体，融合任务驱动与合作探究。通过时间轴排序和α粒子散射实验文字分析培养科学思维，小组用泡沫球、橡皮泥制作模型提升科学探究与实践能力，渗透科学家敢于质疑的科学态度与责任。既帮助学生理解微观结构，又为教师提供落实核心素养的可操作方案。

主备人 备课时间 教出时间 教案编号 教学内容 第三单元 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 课 型 时间分配 教师讲授时间 20 学生活动时间 20 教学目标 1. 化学观念：通过制作模型，进一步理解原子是化学变化中的最小粒子，原子由原子核和核外电子构成，原子核带正电、电子带负电，核外电子分层排布，建立物质由微观粒子构成的观念；2. 科学思维：通过比较道尔顿实心球模型、汤姆生葡萄干面包模型、卢瑟福核式结构模型、玻尔分层轨道模型，分析各模型的实验依据与局限性，学会基于证据进行推理和建模，理解模型与真实事物之间的区别；3. 探究实践：经历“梳理科学史—设计模型—制作模型—展示评价”的完整实践过程，学会用泡沫球、橡皮泥等材料将抽象的微观结构转化为立体模型，掌握科学模型制作的基本方法；4. 态度责任：体会科学家不迷信权威、敢于质疑、反复实验的探索精神，养成尊重事实、严谨求实的科学态度，增强合作交流意识和社会责任感。 教学重点 1. 梳理道尔顿、汤姆生、卢瑟福、玻尔四位科学家对原子结构认识的主要观点和实验依据；2. 理解原子由原子核和核外电子构成，原子核带正电、电子带负电，核外电子分层排布这一核心知识；3. 能够运用多种材料制作出符合科学史实、体现核心特征的原子结构模型，并通过展示讲解准确传达模型要点。 教学难点 1. 理解卢瑟福α粒子散射实验三种现象与原子核式结构之间的逻辑关系，尤其是“极少数α粒子被反弹”说明原子核体积小、质量大的结论；2. 区分不同模型的本质差异，理解模型是科学家基于实验证据提出的一种解释，模型不是真实原子，也在不断修正发展；3. 在制作模型时，将“正电荷均匀分布”“电子镶嵌其中”“原子核居于中心、电子绕核运动”“电子分层排布”等抽象表述转化为准确的空间立体结构。 教学资源 1. 实物材料：每组准备泡沫球2—3个（直径5厘米、3厘米各若干）、彩色橡皮泥一盒、牙签一包、细铁丝或毛根条两根、硬卡纸一张、双面胶一卷、剪刀一把、记号笔一支；2. 学案资源：科学史时间轴排序卡片5张（道尔顿、汤姆生、卢瑟福、玻尔、现代电子云模型）、模型制作方案表、展示评价量表；3. 教师备用材料：大号泡沫球1个、不同颜色橡皮泥若干、铁丝支架一个，用于示范和纠错；4. 文本资料：教师课前准备的科学史短文打印稿（每位学生一份），内容为道尔顿原子论、汤姆生发现电子的阴极射线实验、卢瑟福α粒子散射实验的文字描述（不含任何图片）。 教法设计 1. 任务驱动法：以“制作模型并展示科学家探索历程”为核心任务，将科学史梳理、模型制作、展示评价整合为连贯的学习活动，学生在完成任务中达成知识目标与素养目标；2. 科学史与化学知识融合教学：通过时间轴排序活动，把原子结构知识置于真实科学发现的历史情境中，帮助学生理解知识的来龙去脉，体会科学理论的发展性；3. 合作探究法：采用小组合作方式，学生共同设计模型方案、动手制作、分工讲解，教师以追问和启发代替直接灌输，学生在交流碰撞中完善认知；4. 多元评价法：设计展示评价量表，从内容准确性、模型美观性、讲解清晰度、合作参与度四个维度开展生生互评和教师点评，以评促学；5. 分层教学策略：课堂练习和课后作业均设置基础、提升、拓展三个层次，照顾不同学生的学习起点和发展需要。 本课重点 解决问题 1. 解决学生难以理解“原子内部有大空间”这一问题：通过α粒子散射实验三个现象的逐条分析，引导学生自己推出“原子大部分是空的”“原子核带正电、体积小、质量大”的结论，再结合模型制作中把原子核做成小泡沫球、把电子轨道用大铁丝环绕，直观建立空间尺度观念；2. 解决学生混淆不同原子模型的认知问题：通过时间轴排序和表格对比，将道尔顿、汤姆生、卢瑟福、玻尔各模型的核心特征、实验依据、局限一一对应，区分实心球、均匀球、核式结构、分层轨道四个阶段，避免张冠李戴；3. 解决学生动手制作时“不会设计”的困难：在制作前增加3分钟方案设计环节，学生先写清楚用什么材料表示什么部件，教师逐一审核方案，确保制作方向正确；4. 解决展示环节“只做不说”的问题：提供讲解词支架，要求学生说出模型名称、对应科学家、实验依据、核心要点、局限五部分，学生互评量表也紧扣这五维度，保证展示的思维含量；5. 解决能力差异问题：课堂练与课后作业分为基础、提升、拓展三档，基础较弱的学生掌握科学史顺序和模型名称，能力较强的学生深入比较模型异同并撰写科学史短文，学有余力的学生制作家庭模型，实现全员达标、分层发展。 本 课 学生所得 1. 巩固原子由原子核和核外电子构成、原子核带正电、电子带负电、电子分层排布等核心化学知识，建立起物质微粒观；2. 了解科学家探索物质组成与结构的重要历程，体会模型在科学发现中的工具价值与局限性；3. 经历提出问题、设计方案、动手制作、展示交流的完整跨学科实践过程，提升动手操作能力、空间想象能力和语言表达能力；4. 通过对比不同模型，感悟科学理论不断修正、发展的过程，培养实证意识与批判性思维；5. 在小组合作中学会分工协作、倾听他人意见，增强团队意识和科学交流能力。 课前准备 学生预习准备 1. 课前复习人教版九年级化学上册第三单元课题1“分子和原子”和课题2“原子的结构”，重点回顾原子的构成、原子核与电子的带电情况、核外电子分层排布等知识；2. 利用教材或课外科普资料，初步了解道尔顿、汤姆生、卢瑟福三位科学家对原子结构的贡献，想一想他们的模型各有什么特点；3. 每小组自带材料：泡沫球2—3个、彩色橡皮泥若干、牙签一包、细铁丝或毛根条两根、剪刀（教师课前检查安全性）、双面胶、硬卡纸一张；4. 预习学案中的“科学史时间轴”，尝试按时间先后给5张科学史卡片排序，在不明白的地方做标记，准备课堂提问。 教师教学准备 1. 课前认真学习人教版九年级化学上册第三单元教材内容，明确跨学科实践活动的目标定位，设计科学史排序卡片、模型制作方案表、展示评价量表、分层练习等学案材料，打印并分组装订；2. 准备演示用材料：大号泡沫球1个、红色与黄色橡皮泥若干、细铁丝两根，用于课堂示范和纠错；3. 课前检查学生自带工具的安全性，提醒剪刀、牙签、铁丝的使用注意事项；4. 设计好分组方案，每组4—5人，确定组长、材料员、记录员、讲解员、安全员分工；5. 预设学生可能在模型制作中出现的问题：将汤姆生模型做成实心球表面粘电子、将卢瑟福模型的原子核做得过大、把玻尔轨道做成平面圆形而非立体分层等，并准备好引导性提问和纠正方案；6. 准备科学史短文打印稿，内容仅文字，包括道尔顿原子论要点、汤姆生阴极射线实验发现电子、卢瑟福α粒子散射实验现象记载，确保史料准确、语言适合九年级学生。 教学过程 主备栏 二次备课栏（手写） （一）情境导入（约5分钟） 师：同学们，我们刚刚学完第三单元。请回忆一下，水通电分解时，水分子变成了什么？ 生：氢原子和氧原子。 师：对。分子由原子构成。那么原子本身有结构吗？它能不能再分？它是怎样被人类一步一步认识的？今天，我们走进跨学科实践活动2——制作模型并展示科学家探索物质组成与结构的历程。请大家翻开学案，明确今天的任务目标：用模型再现科学家的发现过程，在制作中理解原子结构。 师：我们先看一个大家熟悉的现象。为什么水受热变成水蒸气，水分子没变，水的化学性质没变？而电解水时，水分子被破坏变成氢原子和氧原子，再重新组合成氢分子和氧分子。这说明在化学变化中，分子可分，原子不可再分。但是，到了1897年，这个“不可再分”的结论被打破了。你们猜猜，科学家发现了什么？ 生答疑惑。 师：让我们带着好奇，进入今天的探索。 （二）新知探究：梳理科学家探索物质组成与结构的历程（约12分钟） 1. 时间轴排序活动（约6分钟） 师：每个小组桌上有5张科学史卡片，请合作按时间先后顺序排列，并将每张卡片的核心观点写在学案表格中。现在开始，限时4分钟。 学生分组讨论、排列。教师巡视，记录典型问题。 师：请第二组同学汇报排列结果。 生：道尔顿——汤姆生——卢瑟福——玻尔——现代。 师：完全正确。谁来说说道尔顿的观点？ 生：道尔顿认为原子是不可再分的实心球体。 师：对。道尔顿在1803年提出原子论，解释了化学反应前后物质质量不变的原因，但他认为原子是实心的、不可分割的。到了1897年，汤姆生发现了什么？ 生：发现了电子。 师：电子带什么电？ 生：带负电。 师：既然原子中有带负电的电子，而原子整体不显电性，说明原子中还必定有什么？ 生：带正电的部分。 师：非常好。于是汤姆生提出了“葡萄干面包模型”，又有人叫它“枣糕模型”，认为原子像一个均匀带正电的球体，电子像葡萄干一样镶嵌其中。 2. 卢瑟福实验文字分析（约6分钟） 师：汤姆生的正确吗？11年后，卢瑟福团队做了一个著名的α粒子散射实验。请大家默读学案上的文字材料：用高速带正电的α粒子束轰击极薄的金箔，实验结果有三个现象，一是绝大多数α粒子穿过金箔后运动方向不变，二是一小部分α粒子方向发生了偏转，三是极少数α粒子被反弹回来。现在请小组讨论：这三个现象分别说明了什么？ 学生讨论。 师：哪个小组来汇报？ 生甲：绝大多数穿过，说明原子内部大部分是空的。 师：很好，这是最重要的信息。生乙接着说。 生乙：一小部分偏转，说明原子内有一个带正电的微粒排斥了带正电的α粒子。 师：很准确。生丙说第三个。 生丙：极少数被反弹回来，说明那个带正电的微粒质量非常大，而且体积很小。 师：非常好！这就是卢瑟福提出的原子核式结构模型：原子由带正电的原子核和核外电子构成，原子核体积很小，却几乎集中了原子的全部质量。后来玻尔又发展了模型，提出电子在原子核外分层排布，在不同轨道上运动。这就是我们今天要重点理解的模型演变过程。 （三）课堂互动：模型制作与展示（约18分钟） 1. 设计方案（约3分钟） 师：现在每组选择一位科学家的模型进行制作。第一二组做汤姆生模型，第三四组做卢瑟福模型，第五六组做玻尔模型。请每组在学案上先写方案：用什么材料表示原子核？用什么表示电子？如何体现“电子在轨道上运动”？限时2分钟完成简单方案。 学生填写方案表。教师巡回指导。 2. 动手制作（约8分钟） 师：方案定好后，开始制作。注意：泡沫球用牙签连接时要小心尖端；铁丝弯成圆形轨道时注意安全。制作过程中，小组成员分工合作，计时8分钟。 学生制作。教师巡视，重点关注：汤姆生组的正电荷是否均匀包裹电子；卢瑟福组的原子核是否做得小且重，并放在中心；玻尔组的轨道是否分层。发现错误及时指出。 3. 展示与互评（约7分钟） 师：时间到。现在请汤姆生组展示，讲解员说明模型要点，时间控制在1分钟。 生：我们组做的是汤姆生葡萄干面包模型。用黄色橡皮泥表示带正电的球体，均匀铺满泡沫球表面，用红色小橡皮泥球表示电子，镶嵌在黄色橡皮泥中。这个模型的局限是没有说明原子核的存在。 师：讲解清楚，局限说得准确。请卢瑟福组展示。 生：我们做的是卢瑟福模型。中间用一个小泡沫球表示带正电的原子核，外面用细铁丝弯成大圆环，表示电子运动的区域。我们在原子核附近放了几颗代表电子的绿色橡皮泥小球，说明电子在核外空间运动。我们组指出该模型不能解释电子为什么不会掉进原子核。 师：非常好！玻尔组。 生：我们在卢瑟福模型的基础上，用双层铁丝圈表示电子分层排布的轨道，第一层放2个电子，第二层放1个电子（注：此处模拟锂原子的简化模型）。 师：玻尔模型的最大贡献是引入分层轨道，解释了氢原子光谱。同学们在制作中表现出很强的动手能力和科学思考能力。现在请各组对照评价量表，给展示组打分并提问。 学生互评、提问，教师点评补充。 （四）分层练习（约8分钟） 师：下面我们用几个题目检查一下今天的学习效果。 1. 基础题：道尔顿的原子模型认为原子是（　）。 A. 空心球体　B. 带正电的球体　C. 不可再分的实心球体　D. 由原子核和电子构成 答案：C。解析：道尔顿认为原子是不可再分的实心球体，A、B、D分别是后来模型的特征，不能选。 2. 基础题：汤姆生发现电子，这一发现说明（　）。 A. 原子核带正电　B. 原子具有内部结构，可以再分　C. 电子是原子的组成部分，原子不显电性　D. 分子由原子构成 答案：B。解析：汤姆生发现电子，打破了“原子不可再分”的传统观念，说明原子有内部结构、可以再分。A是卢瑟福模型的观点，D与本题无关。 3. 提升题：卢瑟福α粒子散射实验中，极少数α粒子被反弹回来，下列解释正确的是（　）。 A. 原子核质量大且体积小　B. α粒子与电子发生了碰撞　C. 原子内大部分是实心的　D. 原子核带负电 答案：A。解析：极少数α粒子被反弹，说明它们遇到质量很大的微粒，而接触概率很小说明该微粒体积很小，这就是原子核。电子质量太小，不足以反弹α粒子；原子内大部分是空的；原子核带正电而不是负电。 4. 提升题：从道尔顿实心球模型到汤姆生葡萄干面包模型，再到卢瑟福核式结构模型，科学家对原子结构的认识不断深入。请一句话概括你从中得到的启示。 示例答案：科学探索是一个不断逼近真理的过程，模型的建立与修正需要实验证据的支持。解析：答案不唯一，需体现“科学不断发展”“模型基于实验”“不迷信权威”中任意一层意思即可。 （五）课堂小结（约2分钟） 师：今天，我们沿着科学家的足迹，用模型重现了对物质组成与结构认识的历程。道尔顿的实心球、汤姆生的葡萄干面包、卢瑟福的有核模型、玻尔的分层轨道，每一步都体现了实验和证据的力量。科学家用模型解释看不见的微观世界，我们也用模型展示科学思想。希望同学们在今后的学习中，像科学家一样敢于质疑，善于用模型和实验解决问题。 （六）课后作业布置（布置说明，作业课后完成） 1. 基础作业：完成学案“科学史时间轴”填写，按时间顺序写出四位科学家的姓名、模型名称和核心观点。 2. 提升作业：从道尔顿、汤姆生、卢瑟福中任选一位，用100字左右介绍其原子模型、实验依据和局限。 3. 拓展作业（选做）：用家中材料制作一个原子模型（如氧原子：原子核含8个质子、8个中子，核外8个电子分层排布），下节课带来展示。 知识结构或板书设计 科学家探索物质组成与结构的历程 一、道尔顿（1803年）——实心球模型 　　观点：原子是不可再分的实心球体 二、汤姆生（1897年）——葡萄干面包模型 　　实验：发现电子 　　观点：原子是带正电的球体，电子镶嵌其中 三、卢瑟福（1911年）——核式结构模型 　　实验：α粒子散射实验 　　现象：绝大多数穿过→原子内部大部分是空的；少数偏转→存在带正电的原子核；极少数反弹→原子核体积小、质量大 　　观点：原子由原子核和核外电子构成 四、玻尔（1913年）——分层轨道模型 　　观点：电子在原子核外分层排布、在特定轨道上运动 板书右侧留白区：模型制作要点示意图（文字标注）——原子核：小、正电；电子：负电、分层；空间：大部分是空的 作业设计与布置 作业内容 所需时量 批阅方式 以小组为单位，完成以下三项任务：任务一，梳理从道尔顿、汤姆生、卢瑟福、玻尔到现代科学家对原子结构认识的发展历程，完成科学史时间轴学案；任务二，选择其中一种原子结构模型，利用泡沫球、橡皮泥、牙签、铁丝等材料制作立体模型，模型须体现该模型的核心特征（如实心球、正电荷均匀分布、原子核与核外电子、分层轨道等），并制作简易标签标注各部分名称；任务三，每组推选一名讲解员，在班级展示活动中结合模型，用3分钟左右时间清晰讲解该模型的提出者、实验依据、主要内容及局限性，其他小组依据评价量表进行打分与提问。课后以个人为单位完善学案，撰写200字反思。 教学后记 本课以科学史为线索，以模型制作为载体，学生参与热情较高。成功之处在于将抽象的原子结构转化为可视、可触的立体模型，学生在制作卢瑟福模型的“原子核”时，直观感受到核的体积小、质量大的特点，突破了对原子内部空间的认识难点。不足之处在于部分小组在制作汤姆生模型时，把葡萄干面包模型误做成实心球加表面电子，教师及时引导其对照“正电荷均匀分布、电子镶嵌其中”的文字描述进行修正，课后应加强课前设计的指导。另外，展示环节时间偏紧，两个小组未能充分提问交流，下次可压缩制作时间，提前在课前完成模型初稿，课堂聚焦修正与展示。跨学科融合方面，学生在介绍模型时自然用到了物理史实和美术造型知识，但表达还不够精准，后续可在学案中增加“讲解词支架”帮助学生规范科学表达。整体来看，本课实现了化学观念、科学思维与探究实践的多维目标，学生对“模型是科学认识的重要工具”这一思想有了真切体会。 年 月 日 学科网（北京）股份有限公司 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