3.4搭建原子结构模型-第一课时（教学设计-2026-2027学年九年级化学北京版上册

北京版初中化学九年级上册 第四节 搭建原子结构模型（第一课时） 教学设计 一、教材分析 本节内容位于北京版九年级化学上册“物质构成的奥秘”主题单元，是学生在认识分子、原子是构成物质的微观粒子之后，进一步走进原子内部结构的关键一课。教材以科学史为线索，通过道尔顿、汤姆生、卢瑟福等科学家的模型演进，引导学生认识原子由居于中心的原子核和核外电子构成，原子核又由质子和中子构成。本课时承上启下，既为后续学习元素、离子、化学式等内容奠定微观基础，又帮助学生建立“模型是可修正、可发展”的科学本质观。 二、四维核心素养 化学观念：通过搭建原子结构模型，形成“原子由原子核和核外电子构成、原子核由质子和中子构成”的微粒观，认识原子内部层次与数量关系。科学思维：基于α粒子散射实验证据进行推理与模型建构，体会假说、模型、证据之间的辩证关系，发展归纳与演绎能力。科学探究与实践：以小组为单位利用乒乓球、橡皮泥、铁丝等材料动手搭建原子结构模型，在操作、展示、互评中完成模型迭代。科学态度与责任：了解科学家不畏权威、勇于修正模型的探索历程，体会科学是不断发展的过程，养成实事求是、合作分享的态度。 三、教学重难点 教学重点：认识原子的内部构成，知道原子核由质子和中子构成，核外电子在原子核外空间运动；理解原子不显电性的原因。教学难点：基于α粒子散射实验现象推理原子核的存在及其体积很小、质量很大、带正电的特点；建立“原子核居于原子中心、电子在核外广大空间运动”的空间想象模型，并体会模型随证据发展而不断修正的过程。 四、新课导入 教师手持一只充气气球提问：“同学们，我们知道物质是由分子、原子等微观粒子构成的，原子那么小，它是不是像乒乓球一样不可再分的实心小球？如果把原子放大到一座体育场那么大，原子核大约只有体育场中央的一颗绿豆那么大。”学生面露惊讶。教师顺势追问：“科学家又是怎样知道原子内部有结构的？今天我们就沿着科学家的足迹，一起搭建属于我们自己的原子结构模型。”由此板书课题，进入新课学习。 五、设计意图 以气球与体育场的类比制造认知冲突，唤醒学生对原子“是否可分”的好奇心，自然引出模型建构课题，为后续任务活动做好心理与问题铺垫。 六、上课过程设计意图 本课时以“搭建原子结构模型”为核心任务，按照“提出问题—体验模型演进—分析实验证据—动手搭建—交流互评—归纳提升”的认知逻辑展开。整体设计遵循从史实到证据、从宏观现象到微观推理、从个人思考到小组合作的路径。教师不直接告知结论，而是把道尔顿实心球模型、汤姆生西瓜模型、卢瑟福核式模型依次作为“可供学生检验和修正的假说”，让学生在α粒子散射实验的真实数据面前，经历一次微型的科学探究过程。动手搭建环节把抽象的微观结构转化为可触摸、可摆放、可调整的实体模型，帮助学生把“原子核很小、电子在核外空间运动”这一空间关系内化为心理表象。交流互评环节则引导学生用证据说话，培养基于证据评价模型、修正模型的科学思维，使核心素养在真实任务中落地。 七、教学过程 任务一：回顾旧知，提出核心问题 教师引导学生回忆上一节课的内容：“我们已经知道，物质是由分子、原子等微观粒子构成的；在化学变化中，分子可以再分，而原子不能再分。”教师板书“化学变化中原子不可分”，并在旁边画上一个大大的问号。 教师提出驱动性问题：“在化学变化中原子不能再分，是不是意味着原子本身就像一颗实心玻璃球，内部再也没有结构了？如果原子内部还有结构，科学家又是用什么办法”看到“它的？请同学们先独立思考片刻，再在小组内交流你对原子内部的猜想。” 学生小组讨论后，教师邀请两到三个小组分享猜想。有的学生认为原子就是实心小球；有的学生受课前导入影响，认为原子内部可能还有更小的粒子；还有的学生提出疑问：“既然原子这么小，科学家怎么知道里面是什么样子？”教师把学生的猜想简要记录在黑板一侧，并指出：“这些猜想在两百多年前，科学家们也同样争论过。今天我们就沿着他们走过的路，重新走一遍。” 任务二：穿越科学史，认识原子模型的第一次“变身” 教师呈现道尔顿的肖像与一段简介：十九世纪初，英国科学家道尔顿提出了近代原子学说。他认为原子是不可再分的实心球体，同种原子的质量和性质都相同。教师请学生用手边的橡皮泥捏出一颗“道尔顿原子”，并在小组内说一说：如果原子真的是实心小球，那么当一束比原子还小的“炮弹”射向它时，会发生什么？ 学生预测：绝大多数“炮弹”会被弹回来，或者被挡住，就像把乒乓球扔向墙壁一样。教师肯定学生的推理，并指出：“道尔顿的实心球模型在当时解释了很多化学反应的定量关系，是人类认识原子的一大步。但是科学从不满足于一个看似完美的模型。” 教师接着讲述：十九世纪末，英国科学家汤姆生在研究阴极射线时发现了电子——一种比原子小得多、带负电的粒子。这一发现轰动了科学界，因为它意味着原子并不是不可再分的实心球！汤姆生据此提出了新的模型：原子是一个平均分布着正电荷的球体，带负电的电子像西瓜子一样镶嵌在其中，正负电荷相互中和，整个原子不显电性。这个模型被称为“西瓜模型”，也叫“葡萄干面包模型”。 教师请各组把刚才的实心橡皮泥球剖开，用不同颜色的小颗粒代表电子嵌进去，做出“汤姆生原子”。做完后教师追问：“如果按照这个模型，原子的正电荷是均匀分布在整个球里的，那么当一束高速粒子射向原子时，你觉得它能穿透过去吗？为什么？”学生讨论后形成初步共识：由于正电荷均匀分布，“炮弹”受到的阻挡应该比较“均匀”，不太可能出现大角度偏转。 任务三：分析卢瑟福实验，为模型“挑毛病” 教师播放或图文展示卢瑟福团队进行的α粒子散射实验：在一个铅制的小盒子里放有少量放射性物质，它能发出一种带正电、质量比电子大得多的粒子；一束这样的粒子射线被准直后，射向一片极薄的金箔；金箔周围放置一圈可以转动的荧光屏，每有粒子打在屏上，就会发出一个微小的闪光，实验人员通过显微镜观察闪光并记录粒子的去向。 教师把实验结果分成三条关键现象逐条呈现给学生：第一条，绝大多数粒子直接穿过了金箔，打在金箔后方的荧光屏上；第二条，少数粒子穿过金箔后偏离了原来的方向；第三条，极少数粒子竟然被反弹回来，偏转角非常大，甚至几乎沿原路返回。 教师引导学生进行“证据—推理”活动。教师把三条现象写在黑板上，并在旁边留出空白，请学生以小组为单位，对照汤姆生模型逐一“挑毛病”： 如果原子真的像汤姆生模型描述的那样，正电荷均匀分布在整个原子球里，那么高速粒子穿过原子时，受到的正电排斥力应该比较分散、比较小，怎么会出现“绝大多数直接穿过”这种近乎畅通无阻的现象？这说明原子内部大部分空间是怎样的？（学生推理：大部分空间是空的。） 少数粒子发生偏转，又说明什么？（学生推理：原子里面存在一个带正电的东西，粒子靠近它时受到同种电荷的排斥。） 极少数粒子被几乎弹回来，说明这个“带正电的东西”有什么特点？（学生在教师引导下得出：它的体积非常小，所以撞上它的粒子极少；但它的质量很大，才能把撞上去的粒子反弹回来。） 教师在学生推理的基础上，用一段简洁的话进行概括：“卢瑟福和他的学生正是根据这些现象，于一九一一年提出了新的原子结构模型——原子的大部分质量和全部正电荷集中在一个很小的核心上，叫做原子核；电子则像行星绕太阳一样，在原子核外很大的空间里绕核运动。这个模型被称为核式结构模型，也叫行星模型。” 教师特别强调：“卢瑟福本来是汤姆生的学生，他最初也信奉老师的西瓜模型。但当实验事实与模型不符时，他勇敢地修正了老师的模型。这就是科学——不迷信权威，只尊重证据。” 教师进一步引导学生做一个类比：“如果把原子比作一座大型体育场，那么原子核大约只有体育场中央的一颗绿豆那么大，电子则在体育场的看台之间飞来飞去。这样一比较，大家就能理解为什么绝大多数粒子能够直接穿过金箔了——它们穿过的其实是体育场里空荡荡的座位区。”学生发出惊叹，纷纷用手比划体育场与绿豆的大小关系。教师顺势追问：“那为什么金箔没有被这些粒子打穿，反而能保持形状呢？”学生思考后回答：因为金箔由无数金原子紧密排列而成，虽然每个原子内部很空，但原子之间排列得非常紧密，粒子在穿过时难免会靠近某个原子核而发生偏转。教师点头肯定。 任务四：拆解原子核，认识质子和中子 教师提出新的问题：“原子核既然这么小，它本身还能再分吗？”教师简要讲述：随着实验技术的进步，科学家发现原子核虽然体积极小，却仍然有内部结构。原子核由更小的两种粒子构成——质子和中子。质子带正电，中子不带电，电子带负电。 教师用一张表格引导学生梳理三种粒子的基本情况（不出现化学符号与算式，仅以文字描述）： 质子：位于原子核内，带正电，一个质子所带的正电电量为一个单位的正电荷；质量相对较大。 中子：位于原子核内，不带电，呈电中性；质量与质子相近。 电子：在原子核外的空间中运动，带负电，一个电子所带的负电电量为一个单位的负电荷；质量极小，约为质子质量的一千八百三十六分之一。 教师引导学生思考两个关键问题：第一，既然原子核带正电、电子带负电，为什么整个原子对外不显电性？学生在小组内讨论后得出结论：在原子中，原子核内质子所带的正电荷总数与核外电子所带的负电荷总数相等，电性相反，所以整个原子不显电性。教师进一步点明：原子核所带的正电荷数由质子数目决定，等于原子核外的电子数目。 第二，既然电子质量极小，原子的质量主要集中在哪里？学生不难回答：几乎全部集中在原子核上，因为电子的质量相对于质子和中子可以忽略不计。教师顺势补充：“这就是为什么科学家后来把表示原子质量大小的相对原子质量，主要看成是质子和中子的质量之和。” 任务五：动手搭建原子结构模型 教师宣布本课时的核心任务：“现在，请各组利用桌上提供的材料——大小不同的塑料球、橡皮泥、细铁丝、硬纸板、双面胶和标签——搭建一个你心目中的原子结构模型。” 教师明确模型必须满足的几点要求：第一，模型要能体现“原子核位于中心、体积很小”这一关键特点；第二，模型要能体现“电子在核外空间运动”；第三，模型要能体现质子带正电、中子不带电、电子带负电的电性差异；第四，模型要能让人一眼看出“为什么原子不显电性”。 各组领取材料后开始讨论方案。教师巡视各组，适时介入： 有的小组把一颗小玻璃球放在硬纸板中央代表原子核，再用几根弯成弧形的细铁丝绕着它，表示电子在核外运动；有的小组用红色橡皮泥捏成小球代表质子，用灰色橡皮泥捏成小球代表中子，把它们紧紧捏在一起做成原子核；用蓝色小珠代表电子，用细线悬挂在原子核四周。教师提醒学生：“不要把电子摆满整个纸板，要记住，原子内部大部分空间是空的。” 有的小组在原子核旁边贴了一张小标签，上面写着“质子（带正电）”“中子（不带电）”，在电子旁边贴上“电子（带负电）”；还有的小组特意在标签上注明“正电数量等于负电数量，所以原子不显电性”。 教师鼓励各组在动手过程中不断追问自己：“我这个模型哪里还像西瓜模型？哪里还需要改？”引导学生自觉把从α粒子散射实验中得到的结论，一一落到模型上。 任务六：展示模型，互评互改 教师组织“模型发布会”：每组推选一名“模型讲解员”，把本组作品放到讲台前，向全班介绍模型的设计思路；其他小组既是听众，也是“评审专家”，要依据前面学过的几条证据，对模型提出至少一条优点和一条改进建议。 第一组介绍：“我们用一颗红色小球代表原子核，放在硬纸板正中央；四颗蓝色小珠用细线吊在四周代表电子。因为质子带正电、电子带负电，我们在标签上写明：原子核里有四颗质子，核外有四颗电子，正电和负电刚好一样多，所以原子不显电性。” 第二组点评：“你们的原子核画得有点大了，几乎占了硬纸板的四分之一。根据今天所学，原子核的体积只占原子体积的几千亿分之一，是不是应该再小一点？”第一组同学接受建议，当场把原子核换成更小的一颗小球。 第三组介绍：“我们特别注意了大多数空间是空的这一点，所以只在中央放了一颗很小的原子核，电子用弯成椭圆轨道的铁丝挂在四周，没有把整个纸板填满。” 第四组提出疑问：“你们的电子是沿着固定的椭圆轨道绕核转的，这真的对吗？老师刚才说，电子是在核外空间运动的，轨道这个说法是不是太确定了？”教师肯定这一追问，补充说明：“卢瑟福当年提出的行星模型确实把电子看作像行星一样沿固定轨道运转；后来科学家又发现，电子的运动并不像行星那样有精确轨道，而是在核外一定区域内出现的概率很大，这就引出了更现代的电子云模型。我们今天这一课时先认识核式结构，下一课时再继续完善它。” 在互评过程中，教师把学生提出的修改建议一条条记在黑板上，比如“原子核要更小”“电子不能挤在一起”“要标出质子数等于电子数”“要让人一眼看出原子不显电性”。各组根据这些建议，回到座位上再次修改本组模型，完成“二次迭代”。 第五组在二次修改时，把原本粘在原子核上的电子全部拆下来，重新用细长的钓鱼线悬挂在硬纸板上方，并在黑板上向全班解释：“我们原来把电子贴在原子核旁边，这样看起来电子和原子核一样大，不符合电子质量很小、在核外广大空间运动的事实。现在把它吊起来，既表示电子在核外，又留出了大片空间。”教师带头鼓掌，提醒全班：“模型不是一次做对的，好模型是在不断挑毛病、不断修改中长出来的。” 任务七：归纳提升，绘制“我的原子结构”思维导图 教师请学生放下手中的模型，拿出学习任务单，独立完成一张“我的原子结构”思维导图。导图的中心是“原子”两个字，向外分出两个主要分支——“原子核”和“核外电子”。“原子核”分支下再分“质子”和“中子”两个小分支，分别标注它们的位置、电性和质量特点；“核外电子”分支下标注其电性、质量和运动特点。 学生完成后，教师请同桌互相交换检查，重点核对三件事：质子带什么电？中子带什么电？电子带什么电？为什么原子不显电性？同桌之间互相讲解，直到两人都能流畅回答。 教师在此基础上进行课堂小结：“今天这节课，我们没有直接背出原子的构成，而是像科学家一样，从一个疑问出发——原子是不是实心小球——经历了道尔顿的实心球、汤姆生的西瓜模型，再到卢瑟福根据实验证据提出的核式模型。我们知道了：原子由居于中心的原子核和核外电子构成；原子核由质子和中子构成；质子带正电、中子不带电、电子带负电；在原子中，质子数等于电子数，所以整个原子不显电性；原子的质量主要集中在原子核上。” 教师最后留下一个拓展性问题：“既然原子核体积这么小、质量这么大，那原子核内部的质子和中子紧紧靠在一起，它们之间又是什么关系？电子在核外究竟是怎样运动的？这些问题，我们将在后续课程中继续探索。” 任务八：课后延伸，做一名“小小科学史讲述人” 教师布置课后延伸任务：请同学们以“我心中的原子模型”为题，任选一位科学家——道尔顿、汤姆生或卢瑟福——整理他提出原子模型的背景、主要观点、实验证据，以及模型被后人修正的原因，写成一段二百字左右的小短文，或画一幅四格连环画，下节课进行班级分享。 教师鼓励学有余力的同学查阅玻尔模型、电子云模型的相关资料，思考：“如果再做一次α粒子散射实验，结果会不会和卢瑟福当年看到的一样？”以此为下一节课继续完善原子结构模型埋下伏笔。 八、板书设计 板书采用居中主板书与两侧副板书结合的形式。 主板书居中书写课题“第四节 搭建原子结构模型”，下方以树形结构呈现原子的构成：最上方为“原子”；向下分出两个分支，左侧分支为“原子核（位于中心，体积极小，质量很大）”，其下再分两支——“质子：带正电”与“中子：不带电”；右侧分支为“核外电子：带负电，在核外空间运动”。在树形图下方用一行文字点出核心结论：“在原子中，质子数等于电子数，正负电量相等，电性相反，原子不显电性；原子质量主要集中在原子核上。” 左侧副板书按时间顺序书写模型演进脉络：道尔顿——实心球模型；汤姆生——西瓜模型（发现电子）；卢瑟福——核式结构模型（依据α粒子散射实验）。 右侧副板书分三行书写α粒子散射实验的三条关键现象：大多数直接穿过；少数发生偏转；极少数被反弹。旁边用箭头分别对应“大部分空间是空的”“存在带正电的原子核”“原子核体积极小、质量很大”三条推理。 学科网（北京）股份有限公司 $