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-2026-2027学年八年级化学沪科版（五四学制）全一册

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） 课题 课时安排 核心 素养目标 化学观念：建立物质由微观粒子构成的核心观念，认知微观结构决定物质性质。 科学思维：依托科学史实推理建模，形成证据推理、模型认知的思维方式。 科学探究：通过方案设计、模型制作、成果展示，掌握实践探究与合作交流方法。 科学态度与责任：体悟科学探索的曲折性与严谨性，学习科学家求真创新、坚持不懈的科研精神。 重点 和难点 教学重点：梳理物质组成与结构的科学家探索历程，掌握不同阶段原子、分子模型的核心特征，完成科学模型的规范制作与解读。 教学难点：理解科学模型迭代更新的实验证据支撑，建立微观模型与科学实验、理论假说的关联，学会基于证据修正模型、解读科学探究的内在逻辑。 教学过程 教学环节 教学活动 设计意图 导入新课 我们随处可见水、空气、金属等各类物质，这些物质的内部究竟由什么构成？古人曾提出四元素说、五行说等猜想，随着科学发展，科学家不断实验探索，逐步揭开物质微观奥秘。本节课我们追溯科学探索足迹，梳理探究历程，亲手制作微观结构模型，直观感受人类认知物质微观世界的完整过程。 以任务驱动为核心，依托科学史实搭建学习支架，通过建模、探究、展示、总结系列活动，化抽象微观知识为具象实践，落实四维素养，培养学生科学思维与实践创新能力。 讲授新课 （一）前置任务：自主梳理，初识科学探索脉络 正式开展课堂活动前，布置学生完成前置自主学习任务，依托教材文本、科普资料，初步搜集整理人类探索物质组成与结构的发展历程。本任务核心目标是让学生建立基础认知框架，明确不同历史阶段的核心科学家、核心假说、核心观点，为课堂深度探究与模型制作奠定知识基础。 学生自主学习过程中，重点梳理四个核心发展阶段的基础内容，第一阶段为古代朴素物质认知阶段，涵盖古希腊四元素说、中国古代五行学说等经典朴素认知，明确古人对物质组成的整体猜想，知晓古代认知缺乏实验支撑，属于主观经验假说。第二阶段为近代物质组成假说萌芽阶段，了解近代学者摆脱传统朴素认知，开始基于观察思考物质的基本构成，逐步摒弃错误的传统假说。第三阶段为原子分子学说建立阶段，重点识记道尔顿原子论、阿伏伽德罗分子学说的核心内容，明确近代化学微观理论的雏形。第四阶段为原子结构模型迭代完善阶段，初步了解汤姆孙、卢瑟福等科学家的实验突破与模型更新。 同时要求学生自主记录学习疑问，例如不同模型更新的依据是什么、为什么早期的假说会被推翻、微观模型如何体现科学实验结论等，将疑问带入课堂，为课堂小组探究、师生研讨提供方向，培养自主思考、主动质疑的学习习惯。 （二）课堂任务一：分层研讨，系统梳理探索完整历程 课堂伊始，以4人小组为单位，开展合作研讨活动，整合前置学习成果，系统完善物质组成与结构的探索脉络，精准提炼各阶段核心成果与认知局限，构建完整的科学发展体系。教师全程巡回指导，点拨学生梳理逻辑，纠正认知偏差，引导学生以“时代背景—科学家—核心观点—实验支撑—认知局限”为统一框架，梳理各阶段探索成果。 小组首先研讨古代朴素物质认知阶段。在漫长的古代，人类缺乏科学实验手段，仅依靠直观观察与主观思辨解读物质构成。古希腊学者提出四元素说，认为世间所有物质均由土、水、气、火四种基本元素组成，物质的变化就是四种元素的结合与分离。中国古代五行学说则提出金、木、水、火、土构成万物，阐释物质的构成与转化。小组研讨后明确，这类认知是人类探索物质世界的起点，具有朴素的唯物主义思想，但完全没有实验证据支撑，无法解释复杂的物质变化与物质种类差异，存在明显的片面性与主观性。 接着小组研讨近代科学萌芽阶段，随着近代自然科学的发展，实验研究方法逐步兴起，学者们开始通过实验观察物质变化，打破传统朴素假说的束缚。众多研究者通过物质分解、化合实验，发现物质可以拆解为更基础的组分，不同物质的组成存在差异，为后续微观粒子学说的建立提供了初步的实验支撑，让物质组成的研究从主观思辨转向客观实验探究，实现了研究方法的重大突破。 随后重点研讨近代原子分子学说建立阶段，这是物质微观认知的里程碑。道尔顿结合大量化学化合实验数据，提出近代原子学说，其核心观点为所有物质均由不可再分的原子构成，同种原子质量、性质完全相同，不同原子以简单整数比结合形成化合物。该学说首次将物质的宏观化合现象与微观原子关联，奠定近代化学基础，但存在原子不可再分的认知局限。阿伏伽德罗后续补充提出分子学说，明确分子由原子构成，分子是保持物质化学性质的基本粒子，同温同压下等体积气体含相同数目分子，完善了微观粒子理论，形成完整的原子-分子学说体系。 最后小组研讨现代原子结构迭代阶段，随着物理实验技术进步，科学家发现原子并非不可再分，内部存在复杂结构。汤姆孙通过阴极射线实验发现电子，提出葡萄干布丁原子模型，认为正电荷均匀分布在原子内，电子镶嵌其中。卢瑟福通过α粒子散射实验，推翻原有模型，提出原子核式结构模型，明确原子中心存在体积小、质量大、带正电的原子核，电子在核外空间运动，让人类对原子结构的认知更加贴合客观事实。 各小组梳理完成后，进行班级成果分享，每组选取一个发展阶段进行汇报，师生共同补充完善，最终形成统一、完整的科学探索历程脉络，让全体学生清晰认知科学探索循序渐进、不断完善的发展规律。 （三）课堂任务二：提炼特征，确定模型制作方案 在完整梳理探索历程的基础上，开展第二项核心任务，小组合作筛选典型科学模型，提炼模型核心特征，设计规范的模型制作方案。本节课选取四个具有代表性的微观结构模型作为制作对象，分别是道尔顿实心原子模型、汤姆孙葡萄干布丁模型、卢瑟福核式结构模型、原子-分子构成模型，各小组抽签确定制作主题，确保课堂模型作品覆盖完整探索历程。 确定制作主题后，小组首先深度研读对应模型的科学内涵，精准提炼核心特征，明确模型需要呈现的关键要素与规避的错误表述。制作道尔顿实心原子模型的小组，需明确该模型核心为不可再分的实心球体，无内部结构，整体均匀规整，体现道尔顿原子不可再分的核心假说。制作汤姆孙葡萄干布丁模型的小组，需突出原子整体呈电中性，正电荷均匀分布，带负电的电子均匀镶嵌在正电荷区域内，无固定运动轨道。制作卢瑟福核式结构模型的小组，重点体现原子核体积极小、质量集中、带正电，核外存在广阔空间，电子在核外空间运动的核心特征。制作原子-分子构成模型的小组，需清晰展示原子构成分子的组合方式，体现不同分子的原子构成数量与组合特点。 提炼完模型特征后，小组结合模型特点与现有材料，制定详细的制作方案。方案包含材料选择、制作步骤、结构呈现、细节标注四个核心部分。材料选择遵循安全、便捷、贴合模型特征的原则，可选用泡沫球、彩泥、细铁丝、牙签、贴纸等常见材料。制作步骤需条理清晰，从主体搭建、细节填充、结构组装、标注完善逐步规划。结构呈现需严格贴合科学史实，精准还原模型核心结构，杜绝科学性错误。细节标注需规范清晰，明确标注模型名称、核心结构、对应科学家及核心观点。教师针对各小组方案进行针对性指导，修正方案中的不合理设计，确保模型制作的科学性、规范性与直观性。 （四）课堂任务三：动手实践，规范制作科学模型 本任务为课堂核心实践环节，各小组依据审定后的制作方案，分工协作、规范完成模型制作，在动手实践中深化对微观模型的认知，锻炼动手操作与团队协作能力。各小组合理分配组员任务，设置材料筹备员、主体搭建员、细节修饰员、标注记录员、成果核验员，人人参与实践，各司其职、相互配合，提升小组合作效率。 制作道尔顿实心原子模型的小组，选用纯色实心泡沫球作为主体，完整还原原子实心、均匀、无内部结构的特征，通过简洁标注说明该模型的提出者、核心观点与历史局限，直观呈现近代最早的原子模型形态。制作过程中，学生重点体会该模型的时代局限性，理解早期科学认知的初步性。 制作汤姆孙葡萄干布丁模型的小组，选用大尺寸彩泥球体作为原子主体，代表均匀分布的正电荷区域，选取细小彩色小球作为电子，均匀镶嵌在彩泥球体表面与内部，模拟电子分布状态。制作中重点把控电子均匀分布、原子无核心结构的特征，区别于后续核式结构模型，同时标注模型对应的实验依据与核心结论。 制作卢瑟福核式结构模型的小组，选用极小的深色实心球代表原子核，用细铁丝搭建环形轨道，将轻质电子小球固定在轨道上，预留原子内部广阔的空白空间，直观体现原子核体积极小、原子内部大部分为空、电子绕核运动的核心特征。学生在制作中深度关联α粒子散射实验现象，理解模型结构与实验证据的对应关系，明白模型更新的科学依据。 制作原子-分子构成模型的小组，选取不同大小、颜色的小球分别代表氢原子、氧原子等基础粒子，按照原子组合比例，搭建水分子、氧气分子等常见分子模型，直观展示原子通过组合形成分子的微观过程，清晰区分原子与分子的层级关系，落实原子、分子的核心概念认知。 所有小组完成模型主体制作后，统一进行细节修饰与科学核验，排查结构错误、修正不规范细节、完善文字标注，确保每一件模型作品都具备科学性、直观性与规范性，能够精准对应对应的科学假说与实验结论。 （五）课堂任务四：成果展示，多元互评深化认知 模型制作完成后，开展班级成果展示与互评活动，各小组依次上台展示模型作品，进行成果解读与汇报。汇报内容包含模型名称、提出科学家、核心结构特征、对应的科学实验依据、历史价值与认知局限五个核心模块，全面阐述模型的科学内涵，锻炼学生的语言表达、逻辑梳理与成果展示能力。 展示过程中，其他小组认真倾听、细致观察，结合所学知识进行点评与提问，重点辨析模型的科学性、准确性，指出作品亮点与不足，同时对比不同模型的结构差异，梳理模型迭代的核心变化。例如通过对比汤姆孙模型与卢瑟福模型，明确原子结构认知从均匀分布到核式结构的突破，理解科学实验对理论更新的推动作用；通过对比原子模型与分子模型，厘清原子、分子的逻辑关系。 教师全程引导互评过程，规范学生点评角度，补充学生遗漏的知识点，解答学生提出的疑问。同时引导学生总结核心规律，所有科学模型的迭代更新均以实验事实为依据，科学认知没有绝对的终极真理，而是不断修正、不断完善、持续发展的过程，让学生深刻体会科学探究的本质，树立严谨的科学认知观。 （六）课堂任务五：总结升华，构建系统知识体系 展示互评结束后，师生共同开展课堂总结升华，系统梳理本节课核心知识与探究收获，整合碎片化的学习内容，构建完整的知识与素养体系。首先梳理物质组成与结构的探索逻辑脉络，从古代朴素猜想到近代实验探究，从原子假说的提出到分子学说的完善，从原子不可再分到原子内部结构的发现，清晰呈现人类认知微观世界的完整发展路径。 其次总结模型建构的核心方法，让学生明确化学模型是表征微观结构、解释化学现象的重要工具，模型的构建需要依托实验证据、贴合科学理论、体现核心特征，同时所有模型都具有一定的时代局限性，会随着实验技术的进步不断优化完善。 最后进行素养升华，引导学生感悟科学家求真务实、勇于质疑、不断探索、持之以恒的科学精神。每一次模型的更新、每一次理论的完善，都源于科学家无数次的实验尝试与大胆思辨，正是一代代科学家的不懈探索，才推动化学学科不断发展，帮助人类逐步揭开物质世界的奥秘。同时引导学生将科学探究精神融入日常学习，养成主动探究、严谨求实、敢于质疑的学习品质。 本节课全程采用分层任务式活动教学，摒弃单向灌输模式，以学生自主探究、合作实践、成果展示为主体。结合不同时期的科学假说与实验突破，设置阶梯式学习任务，逐步引导学生梳理探索历程、提炼模型特征、动手制作模型、辨析模型差异。融合多学科知识，兼顾知识掌握、能力培养与素养提升，让学生在实践中体会科学探究的严谨性、连续性与发展性，理解模型迭代的证据逻辑，真正实现从被动识记到主动建构的学习转变，夯实微观化学核心认知。 作业布置 完成分层作业 教学反思 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $