2.4跨学科实践活动学习探究水的科学史并制作分子模型教学设计-2026-2027学年九年级化学科粤版上册

《学习探究水的组成的科学史并制作分子模型》教学设计 科粤版（2024）九年级上册 第二章 跨学科实践活动 一、教材分析 本课是科粤版（2024）九年级上册第二章的跨学科实践活动，以“水的组成”为核心主题。教材以时间为线索，系统呈现人类从古希腊“水为元素”到近代科学家逐步揭开水组成奥秘的曲折历程，并安排制作分子模型的动手实践，引导学生从宏观现象走向微观本质，建立元素观与微粒观。 二、四维核心素养 化学观念：认识水由氢、氧两种元素组成，水分子由氢原子和氧原子构成，初步建立宏观组成与微观构成之间的联系。 科学思维：通过分析普里斯特利、卡文迪许和拉瓦锡的实验史实，运用比较、推理与论证方法，从实验现象得出水的组成结论。 科学探究：经历“发现现象—提出问题—设计实验—推理结论”的探究过程，学习利用模型建构解释微观世界的方法。 科学态度与责任：体会科学认识的曲折性与局限性，认识到科学理论在质疑与验证中不断发展，培养严谨求实、勇于探索的科学精神。 三、教学重难点 教学重点：了解人类探究水组成的科学史，通过实验事实推理认识水的元素组成；动手制作分子模型，理解水分子的微观构成。 教学难点：从科学史实验现象中推理得出水的组成结论；理解道尔顿原子论与阿伏伽德罗分子学说对认识水分子构成的重要作用。 四、设计意图 本课以“追寻科学家足迹”为主线，将化学史学习与模型制作实践有机融合，突出跨学科实践活动的育人价值。设计上采用任务式活动教学，以五个层层递进的学习任务驱动学生主动参与：先以情境导入唤起对水的已有认知，再通过分组研读科学史资料梳理人类认识水组成的历程，继而围绕关键实验展开推理论证，体会科学家“既化合又分解”的实证思路，随后动手制作分子模型，将宏观认识转化为微观建构，最后通过展示交流完成知识内化与方法反思。整个设计强调学生主体参与，以合作探究、角色扮演和动手实践为主要学习方式，使学生不仅获得“水由什么组成”的知识结论，更经历知识产生的完整过程，理解科学本质。 五、教学过程 任务一：情境导入——水到底是什么 【任务情境】教师出示一杯清澈的水，提问：同学们每天都在接触水，喝水、用水、见过江河湖海。那么，水到底是什么？它是由什么组成的？古人又是怎样看待水的？ 【学生活动】学生结合生活经验自由发言，说说自己对水的认识——水是无色透明的液体、水可以饮用、水可以结冰、水可以蒸发等等。教师追问：这些都是水的性质，那水本身是由什么构成的呢？古人是否也和我们一样思考过这个问题？ 【教师引导】教师简要介绍：在遥远的古代，古希腊学者认为水是构成世间万物的四种基本元素之一（与土、气、火并列）；中国古代也有“五行”之说，水位列其中。在漫长的历史中，人们一直把水当作一种不可再分的基本元素。那么，这个认识是怎样被打破的？人类又是怎样一步步揭开“水由什么组成”这个秘密的呢？今天，就让我们沿着科学家的足迹，重走这段探索之路。 【设计意图】从学生最熟悉的水切入，制造认知冲突——日常所见的水与“它的组成是什么”之间存在距离，激发探究欲望；同时引入古今对比，为后续科学史学习埋下伏笔。 任务二：追寻足迹——水组成的科学史之旅 【任务情境】教师将全班分为四个研究小组，每组领取一份科学史阅读资料，分别代表四个历史阶段的“科学考察团”。各组需要仔细阅读资料，梳理本阶段的关键人物、实验内容、重要发现以及历史局限，然后以“科学史家”的身份向全班汇报。 活动2.1：分组研读科学史资料 第一组——“古代元素说”考察团：阅读古希腊关于“四元素说”的资料，了解水在古代自然观中的地位，思考：古人为什么会认为水是一种基本元素？这种认识的依据是什么？有什么局限性？ 第二组——“可燃空气”发现考察团：阅读普里斯特利和卡文迪许的实验资料，了解他们如何将一种“可燃空气”与另一种“脱燃素空气”混合后点燃，发现容器内壁出现了水珠。思考：他们观察到了什么现象？为什么他们没有得出正确结论？（提示：他们受当时流行的“燃素说”束缚，认为可燃空气中含有燃素。） 第三组——“拉瓦锡的突破”考察团：阅读拉瓦锡的实验资料，了解拉瓦锡做了两个关键实验：一是让“可燃空气”在“脱燃素空气”中燃烧，结果只生成了水；二是将水蒸气通过一根烧红的铁管，结果在另一端收集到了“可燃空气”，同时铁管的质量增加了。思考：这两个实验分别从什么方向证明了水的组成？为什么“既合成又分解”的证据特别有说服力？ 第四组——“从原子到分子”考察团：阅读道尔顿提出原子学说、盖-吕萨克研究气体体积关系、阿伏伽德罗提出分子学说的资料，了解科学家如何在宏观实验的基础上逐步构建出微观粒子的模型。思考：有了原子学说和分子学说，我们对水的认识从“由什么元素组成”深入到了“由什么微粒构成”，这中间经历了怎样的跨越？ 活动2.2：各组汇报与时间线梳理 【学生活动】各组选派代表上台汇报本组研读成果，其他组同学可以提问补充。教师在黑板上同步画出一条横向时间线，将各组汇报的关键节点（古希腊元素说→普里斯特利与卡文迪许的发现→拉瓦锡的突破→道尔顿原子论→盖-吕萨克气体研究→阿伏伽德罗分子学说）逐一标注上去，帮助全班形成完整的历史图景。 【设计意图】通过分组研读与汇报，让学生主动参与科学史的建构过程，而不是被动听讲；时间线的可视化帮助学生理解科学认识是逐步积累、不断修正的，而非一蹴而就。 任务三：推理论证——像拉瓦锡一样思考 【任务情境】教师引导全班聚焦拉瓦锡的两个关键实验，组织深入讨论：普里斯特利和卡文迪许其实也观察到了“可燃空气”燃烧生成水的现象，为什么他们没能得出“水不是元素，而是一种化合物”的结论？拉瓦锡做对了什么，使他成为正确认识水组成的第一人？ 活动3.1：对比分析 【学生活动】学生分小组讨论以下问题并记录讨论结果： 问题一：普里斯特利和卡文迪许的实验中，“可燃空气”与“脱燃素空气”混合点燃后出现了水珠。从这个现象出发，你会怎样推理？为什么他们没有得出“水是由这两种气体组成的”这一结论？（引导学生认识：燃素说这一错误理论框架束缚了他们的思维，使他们把实验现象解释为“燃素”的转移。） 问题二：拉瓦锡不仅重复了燃烧生成水的实验，还做了一个反向实验——让水蒸气通过烧红的铁管，结果分解出了“可燃空气”。请推理：如果水真的是一种元素，它能被分解成别的物质吗？如果水可以分解出其他物质，说明水是单质还是化合物？（引导学生认识：分解实验证明水可以被拆开，生成了别的物质，因此水不是不可再分的元素。） 问题三：拉瓦锡还称量了实验前后物质的质量——水的质量减少了，铁管的质量增加了。这说明什么？为什么精确的质量测量在科学发现中如此重要？（引导学生体会定量实验与质量守恒思想在化学研究中的作用。） 活动3.2：得出结论 【教师引导】在学生充分讨论后，教师引导全班归纳：拉瓦锡通过“化合”和“分解”两个方向的实验，结合精确的质量测量，令人信服地证明了水不是一种基本元素，而是由“可燃空气”（后人命名为氢元素）和“脱燃素空气”（即氧元素）两种元素组成的化合物。拉瓦锡还为“可燃空气”取了一个新名字——“成水之物”，即我们今天所说的氢元素。从此，人类对水的认识从“水是元素”跃升到“水是化合物”，这是化学发展史上的重要里程碑。 【设计意图】本环节通过对比分析和层层追问，让学生不仅“知道结论”，更“理解结论是怎样得来的”。通过对比普里斯特利、卡文迪许与拉瓦锡的不同结果，学生体会到：科学发现不仅取决于实验现象，还取决于理论框架是否正确、思维方法是否严谨。 任务四：动手建构——制作水分子及相关分子模型 【任务情境】教师提问：我们已经知道水是由氢元素和氧元素组成的，那从微观上看，水分子究竟长什么样？一个水分子内部有几个氢原子、几个氧原子？原子之间又是怎样连接的？接下来，请各组用桌上的材料（不同颜色的黏土或橡皮泥、小木棒或牙签、参考卡片）动手制作分子模型，把微观世界“看得见、摸得着”。 活动4.1：认识原子与分子 【教师讲解】教师结合教材中的分子示意图进行讲解：科学家通过大量实验和推理，最终认识到——氢元素的原子两两结合形成氢分子；氧元素的原子两两结合形成氧分子；而水分子则是由两个氢原子和一个氧原子结合在一起构成的。不同颜色的小球代表不同种类的原子：教师可指定用一种颜色（如白色）代表氢原子，另一种颜色（如红色）代表氧原子。小木棒或牙签代表原子之间的连接。 【学生活动】学生对照教材中的分子示意图，先在纸上画出氢分子、氧分子和水分子的结构草图，标注每个分子分别由几个什么原子组成、原子之间怎样连接。 活动4.2：分组制作分子模型 【制作任务】各组需要完成以下模型的制作： ① 制作两个氢分子模型——每个氢分子由两个氢原子小球连接而成； ② 制作一个氧分子模型——由两个氧原子小球连接而成； ③ 制作六个或更多水分子模型——每个水分子由一个氧原子小球和两个氢原子小球连接而成； ④ 有条件的小组还可制作氮分子、二氧化碳分子等其他常见分子模型。 【制作要求】原子小球的大小和颜色要统一标注含义；原子之间的连接要牢固；模型要能清楚地展示分子的形状和原子间的相对位置；组内分工合作，有人负责搓制原子小球，有人负责连接组装，有人负责设计说明卡。 【教师指导】教师巡视各组制作情况，及时纠正错误——如发现有同学把水分子做成了两个氧原子加一个氢原子，应引导其回看教材示意图重新确认；如发现原子大小、颜色使用混乱，应提醒其在说明卡上标注清楚每种颜色代表哪种原子。 【设计意图】制作分子模型是本课从宏观走向微观的关键实践环节。学生在动手过程中需要反复对照教材示意图，确认原子种类、数量和连接方式，这一“对照—操作—修正”的过程本身就是深化理解的过程。模型还为下一环节的展示交流和后续学习（如分子变化）提供了直观教具。 任务五：展示交流与总结反思 活动5.1：模型展示与互评 【学生活动】各组将制作好的分子模型摆放在展示台上，选派代表向全班介绍：本组制作了哪些分子模型？每个模型分别由什么原子组成？制作过程中遇到了什么困难？是怎么解决的？其他组同学认真观看，并从“模型是否准确反映了原子种类和数量”“连接方式是否正确”“制作是否牢固美观”三个方面进行评价，提出改进建议。 【教师点评】教师对各组模型进行点评，肯定优点，指出共性问题。特别引导学生关注：分子模型虽然是用黏土做成的放大版玩具，但它代表的是真实存在的微观粒子——分子；模型中的每一个小球、每一根连接棒，都对应着真实的原子和原子间的结合方式。 活动5.2：科学史启示讨论 【讨论问题】教师引导全班围绕以下问题进行讨论： 问题一：从古希腊“水是元素”到拉瓦锡证明“水是化合物”，人类用了两千多年。你认为阻碍前人正确认识水组成的主要原因是什么？ 问题二：普里斯特利和卡文迪许其实已经看到了水生成的现象，为什么与正确结论擦肩而过？这对你今后学习科学有什么启发？ 问题三：拉瓦锡的成功给了你哪些启示？（引导学生从“既做化合又做分解”“注重定量测量”“敢于质疑既有理论”等角度回答。） 活动5.3：课堂总结 【教师总结】教师带领学生回顾本课的学习历程：我们从古人类对水的朴素认识出发，跟随普里斯特利、卡文迪许、拉瓦锡等科学家的脚步，经历了“发现现象—提出疑问—设计实验—推理论证”的完整探究过程，最终认识到水是由氢元素和氧元素组成的化合物；又通过动手制作分子模型，把对水的认识从宏观层面深入到了微观层面——一个水分子由两个氢原子和一个氧原子构成。科学的进步从来不是一帆风顺的，它需要勇气、需要质疑、需要严谨的实验和逻辑推理。希望同学们今后在学习化学时，不仅记住知识结论，更要学会像科学家一样思考和探究。 六、板书设计 （板书以时间线加核心结论的形式呈现，布局如下：） 2.4 跨学科实践活动：学习探究水的组成的科学史并制作分子模型 【科学史时间线】 古希腊：水是基本元素之一（四元素说） ↓ 普里斯特利、卡文迪许：可燃空气 + 脱燃素空气 → 燃烧生成水珠（受燃素说局限） ↓ 拉瓦锡：① 化合——可燃空气在脱燃素空气中燃烧只生成水 ② 分解——水蒸气通过红热铁管 → 收集到可燃空气 结论：水不是元素，是化合物 ↓ 道尔顿原子论 → 盖-吕萨克气体体积研究 → 阿伏伽德罗分子学说 【核心结论】 水由氢元素和氧元素组成 水分子 = 两个氢原子 + 一个氧原子 【分子模型】 氢分子：○—○（两个氢原子相连） 氧分子：●—●（两个氧原子相连） 水分子：○—●—○（一个氧原子连接两个氢原子） 学科网（北京）股份有限公司 $