“分子和原子”教學實踐與反思

摘要：運用實驗手段，讓學生初步體驗探究微觀世界的方法，建立物質(zhì)構(gòu)成的微粒觀，提高理論性知識的教學效果，為學生今后的學習和發(fā)展打下堅實基礎。

關(guān)鍵詞：分子和原子；化學實驗；理論知識教學

文章編號：1005–6629（2013）12–0032–04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1 設計理念

化學理論性知識是指化學基本概念、基本理論（包括原理、定律、定理等規(guī)律性知識），具有高度的概括性、抽象性和嚴密的邏輯性。人教版初中化學教材第三單元“物質(zhì)構(gòu)成的奧秘”是初中化學課程標準的一級主題之一，也是在初中化學理論性知識最集中的一個主題 [1]。其中課題1“分子和原子”是從宏觀的物質(zhì)世界跨進微觀的物質(zhì)世界的第一課，對于學生認識宏觀物質(zhì)的微觀組成具有重要作用。由于該課題的內(nèi)容抽象，多數(shù)教師教學時只演示品紅在水中的擴散和氨分子在空氣中的擴散實驗，學生缺少真實的探究體驗，興趣不濃，思維難以充分展開和轉(zhuǎn)換，因此常被視為教學難題。以下筆者以參加連云港市教研員教學評比觀摩活動并榮獲一等獎的“分子和原子”的課堂教學為例，介紹在教師的引領(lǐng)下，精心設計實驗，以實驗活動為基礎，通過學生親歷實驗過程，化難為易，化抽象為具體，使其在微粒水平上認識物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和變化規(guī)律，初步建立化學微粒觀的嘗試。

2 教學過程

2.1 情境導入

[師]初次見面，送給大家一個小小的見面禮。這是一張濾紙，放在試劑瓶口上方。（紙上出現(xiàn)“？”笑臉圖案）祝同學們笑口常開，笑容常在！想知道這個小魔術(shù)的奧秘嗎？

2.2 新知探究

2.2.1 分子運動的探究

（1）分子是不斷運動的

[師]分別介紹濃氨水和酚酞溶液的組成，然后演示氨水滴入酚酞溶液中酚酞溶液由無色變紅的實驗。

[提問]氨氣能使無色酚酞溶液變紅，但氨氣溶解在水里。酚酞在紙上，并沒有接觸，為什么會出現(xiàn)變紅的現(xiàn)象呢？

[猜想]氨氣分子運動到濾紙上，酚酞就變紅了。

[設計]你能設計一個實驗來驗證猜想嗎？（學生思考）

（學生思考有困難時）引導學生閱讀課本49頁上氨分子的擴散實驗，讓學生講述對方案的理解。

[師]噢，真相大白。（此時濾紙上的笑臉圖案消失）咦，笑臉怎么消失了？在跟我們捉迷藏嗎？我再把它找出來！（重新將濾紙放在試劑瓶口上方，“？”又出現(xiàn)）這又怎樣解釋？

[生]氨氣分子不斷運動離開白紙，紅色消失，再放在氨水瓶口，紅色重現(xiàn)。

教學反思：合理利用氨分子擴散實驗，由小魔術(shù)引入課題?！靶δ槨钡摹盁o中生有-悄然消失-重新出現(xiàn)”，吊足了學生的胃口，“紅色-無色-紅色”的反復變化，有效地激發(fā)了學生的好奇心與探究欲望，生動的教學情境將學生快速帶入課堂學習活動中，達到了引入新課、激發(fā)興趣的目的。

（2）分子運動與溫度

[問題]分子既然在不斷地運動之中，那么它運動的快慢與哪些因素有關(guān)？

[設計]教師提供兩個小燒杯，熱水、冷水和紅墨水，讓學生設計方案并控制變量；然后觀察溫度不同的水里紅墨水的擴散情況。

[分組實驗]學生動手操作，教師巡視并提供幫助或評價。

[交流]師：你們看到了什么？說明了什么？

[結(jié)論]溫度越高，分子運動得越快。

（3）分子運動與相對分子質(zhì)量

[演示實驗]將帶有10滴石蕊色斑的濾紙條裝入玻璃管中，兩端管口同時放入分別滴有濃氨水和濃鹽酸的棉球，塞緊膠塞。

[生]匯報現(xiàn)象：在靠近濃鹽酸的一端產(chǎn)生白煙，濾紙條上的石蕊色斑約有4滴變紅、6滴變藍。

[投影]“資料卡”NH +HCl=NH Cl（白色固體），相對原子質(zhì)量H-1，N-14，Cl-35.5。

[提問]根據(jù)實驗現(xiàn)象和提供的資料信息，分子的運動速率還與什么因素有關(guān)？

[生]相同溫度下，不同的物質(zhì)，在相同的介質(zhì)中，其分子的運動速率還與它們的相對分子質(zhì)量有關(guān)。

[師]在課始的小魔術(shù)中，“？”的出現(xiàn)、消失和重現(xiàn)，能讓我們初步感知氨氣分子和酚酞分子，哪種粒子的運動速率快？

[生]氨氣分子運動得快，酚酞分子運動得慢。

[師]有興趣的同學課后還可以繼續(xù)探究物質(zhì)的種類、溫度、壓強、介質(zhì)等其他影響分子運動速率的因素。

教學反思：該實驗現(xiàn)象十分明顯，在距濃鹽酸較近處形成白色煙圈、濾紙條上石蕊色斑約3/5呈藍色、2/5呈紅色，粗略地勾畫出氨分子和氯化氫分子的運動軌跡。反應的微觀實質(zhì)形象地展現(xiàn)在學生面前，引發(fā)學生的深刻思維。通過資料的分析，學生明白氨氣、氯化氫這兩種分子的相對質(zhì)量不同導致其運動的情況也不同，有的容易擴散，有的不容易擴散。

2.2.2 分子間隔與物質(zhì)狀態(tài)

[演示實驗]

（1）兩支10 mL注射器分別編號為甲、乙，在甲中吸入4mL無水乙醇（用膠塞堵住注射孔），乙做空白對比實驗。

（2）將甲、乙同時放入盛有熱水（約85℃）的燒杯中，約30秒后甲中乙醇的上方開始出現(xiàn)氣體，活塞逐漸向外移動，液體的體積逐漸減小。活塞大約移至8.5 mL刻度處停止，此時液態(tài)乙醇體積約1.7 mL。乙無明顯變化。

（3）將甲從熱水中取出放入盛有室溫冷水的燒杯中，約5秒后，活塞開始下移，氣體逐漸減少直至完全消失，乙醇又全部恢復為液態(tài)，活塞重新停在4 mL刻度處。

[思考]這個變化是什么變化？變化前后乙醇分子是否發(fā)生改變？實驗為什么使用兩支注射器？從微觀的角度如何解釋實驗現(xiàn)象？

教學反思：從學生熟悉的日常用品酒精和注射器入手，由密封在注射器中的乙醇在熱水和冷水中體積和狀態(tài)變化的前后對比，清晰直觀地呈現(xiàn)溫度升高（降低），分子運動速率加快（減慢），分子間的間隔增大（減?。M而導致物質(zhì)液態(tài)→氣態(tài)（氣態(tài)→液態(tài)）的改變，促進學生對分子間隔發(fā)生改變而引起物質(zhì)狀態(tài)變化的認識。

2.2.3 分子與物質(zhì)的變化、分子概念

[過渡]我們已經(jīng)知道分子構(gòu)成物質(zhì)，我們也知道自然界的物質(zhì)是不斷變化的，那么物質(zhì)在發(fā)生物理變化或化學變化時，分子有什么變化呢？

[討論]（1）從分子的角度看，水蒸發(fā)與水分解有什么不同？（2）閱讀課本51頁氫氣與氯氣反應的示意圖，推論在化學變化中，發(fā)生變化的是分子還是原子？

[交流]學生交流討論結(jié)果。

[小結(jié)]冰、水和水蒸氣都是由水分子構(gòu)成的，它們的物理性質(zhì)不相同，但它們的化學性質(zhì)是相同的，所以分子是保持物質(zhì)的化學性質(zhì)不變的粒子。

2.2.4 原子的概念

[過渡]在化學變化中一種分子會變成另一種分子，那么這究竟是怎樣變化的呢？請同學帶著這個問題閱讀課本50頁最后兩段及相關(guān)圖片。（學生閱讀并思考問題）

[師]展示水分子的球棍模型，說明不同顏色和大小的小球分別所代表的氫、氧原子。

[表演]學生到講臺前模擬電解水的微觀過程，演示并講解拆分和重組水分子的球棍模型來模擬分子的分解與原子的組合過程。

[提問]由電解水的微觀模擬過程看出，分子的種類、原子的種類、原子的數(shù)目在反應前后各有什么變化？

[生]分子的種類發(fā)生變化，原子的種類和數(shù)目反應前后都沒有變化。

[思考]由電解水的微觀過程還可看出分子和原子的主要區(qū)別是什么？

[生]化學變化中分子可分，原子不可分。

[結(jié)論]原子是化學變化中的最小粒子。

教學反思：將不易觀察的微粒放大到宏觀尺度，對于不易理解的微觀原理和概念，用微粒模型的拆裝模擬分子的分解與原子的組合過程，幫助學生直觀感受微觀世界的奧秘，增強教學的直觀性和生動性，促進學生從微觀過程總結(jié)化學反應的實質(zhì)。

[設疑]如果去掉“化學變化”這一前提，這句話成立嗎？

[投影]盧瑟福的核式原子結(jié)構(gòu)模型。

[師] 1911年盧瑟福通過α粒子轟擊金箔的實驗，發(fā)現(xiàn)了原子核的存在，提出原子是由居于原子中心的原子核和核外電子構(gòu)成。3年后盧瑟福由實驗又發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，20多年后他的學生查德威克發(fā)現(xiàn)了中子的存在。所以原子是可分的。

[投影]原子彈、氫彈爆炸的圖片。

[師]如果使原子核發(fā)生裂變或聚變，能夠釋放出巨大的能量，稱之為核能。如果用于制造核武器，具有極大的殺傷破壞力，將對人類造成巨大災難，而把核能用于發(fā)電，將為人類緩解能源危機。

[投影]連云港市高公島鄉(xiāng)柳河村境內(nèi)的田灣核電站外景。

[師]我市田灣核電站是國家“九五”期間的四座核電工程項目之一，2011年的發(fā)電量已突破160億千瓦時，除了用于本市，還輸送到國家電網(wǎng)，為外省市供電。因此核能是一把雙刃劍。

[投影]美國總統(tǒng)奧巴馬榮獲2009年諾貝爾和平獎。

[師]奧巴馬的主要貢獻在于他的“無核”世界理念，承諾將消滅核武器，推進世界無核化進程。這對目前已進行三次核試驗的朝鮮也是一個有力的威懾（投影朝鮮第三次核試驗，地下引爆小型原子彈的新聞報道圖片）。我們期盼世界永遠和平，人民生活永遠安定！

教學反思：用學生熟悉的事物和現(xiàn)象作為學習內(nèi)容的起點，引入與教材內(nèi)容相吻合的充滿時代新鮮氣息的內(nèi)容和具有本土化的素材。挖掘田灣核電站的鄉(xiāng)土資源，使學生感受到化學就在身邊，增加了化學與學生的親近感，提高了教學內(nèi)容的針對性和實用性；核能利用的兩面性，教會學生辯證地分析問題、認識問題，培養(yǎng)和提高學生的辯證思維能力。

2.2.5 認識原子尺度的新材料

[投影] 石墨烯圖片。

[師]認識這種物質(zhì)嗎？（學生搖頭）

[講解]它是材料領(lǐng)域一顆閃耀的新星——“石墨烯”。顧名思義，跟石墨有關(guān)。（出示石墨的結(jié)構(gòu)模型）石墨具有層狀結(jié)構(gòu)，從石墨中剝離出的一個碳原子厚度的石墨薄層就是石墨烯。它由碳原子按照六邊形排列，是目前已知的最薄的材料，厚度只有0.335納米，但具有較高導電、導熱性，強度比最好的鋼材高100倍，硬度超過金剛石，在材料、信息等領(lǐng)域具有眾多令人神往的發(fā)展前景。比如可作為電腦芯片中硅的替代品，提高運作速率，生產(chǎn)未來的超級計算機。也可用于制造科學家夢寐以求的從地面連向衛(wèi)星的“太空電梯”用的超韌纜繩，這比通過火箭升入太空的成本便宜很多。

你想知道這種材料是怎樣獲得的嗎？想實際體驗它的優(yōu)良性能嗎？

[分組實驗]（1）取一小段透明膠帶，將兩邊末端折疊，以便用手拿捏。（2）用鑷子夾一片鉛筆芯粉放在膠帶有粘性的一面。（3）將膠帶對折，粘一下再揭開（膠帶兩端都沾上更薄的石墨層）。（4）再對折、揭開。如此反復多次。（5）將膠帶粘到白紙上，觀察圖像。

[師]同學們得到的就是若干片石墨烯的疊加。如果時間足夠，將膠帶反復多次對折、揭開，當膠帶上的石墨層薄到只有一個碳原子厚度時，就成為石墨烯。

用鉛筆在紙上劃過，紙上留下的痕跡就是若干層石墨烯，不妨來測試鉛筆劃痕是否具有導電性。

[師]演示實驗：將電池、靈敏電流計、導線串聯(lián)，電極兩端導線接觸鉛筆劃痕。（現(xiàn)象：電流計指針順時針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，示數(shù)由“-30”指向“5”。）

[投影] 2010年諾貝爾物理學獎揭曉。

[師]英國曼徹斯特大學的兩位學者就是巧妙利用透明膠帶，以最簡便的方法獲得了石墨烯而獲獎。他們使用的關(guān)鍵“設備”就是普通的膠帶?？磥砜萍茧x我們并不遙遠，希望同學們努力學習，將來在你們中間也能產(chǎn)生問鼎諾貝爾獎項的杰出人才。

教學反思：教材對原子的介紹僅呈現(xiàn)一幅移走硅原子構(gòu)成的“中國”文字圖片，在50頁直接告知學生“分子是由原子構(gòu)成的”。由于缺少真實的感知和體驗，學生對原子感覺抽象。這里教師運用實驗手段，借助學生感興趣的諾貝爾獎，引導學生身臨其境地體驗2010年諾貝爾物理學獎石墨烯的發(fā)現(xiàn)歷程，成功拉近前沿科技與日常生活的距離，讓學生在實驗中體會前沿化學知識，使學生對原子形成初步感知。[過渡]以上我們運用實驗的手段，初步體驗了探究微觀世界的方法，學到現(xiàn)在，你相信分子是真實存在的嗎？你看到了一個一個的分子嗎？

[讀圖]師：下面我們來看一幅著名的圖片（課本49頁圖3-2）。這是用掃描隧道顯微鏡拍攝的苯分子的照片，圖中白色的部分就是苯分子，這是放大幾百萬倍的圖像，從這幅圖里，你能獲得哪些信息？

[交流]分子是真實存在的，分子很小。

[讀圖]而借助先進的儀器設備，人們不僅能觀察到微觀粒子，而且能對其進行操縱和控制（課本49頁圖3-3）。黑色部分是我國科學家通過移走硅表面的硅原子構(gòu)成的文字圖案，這是我們中國科學家的創(chuàng)舉，它使人類能夠直接地觀察到物質(zhì)表面上的單個原子。

[過渡]隨著人們對微觀粒子認識的逐步深入，今年5月2日全球科技巨頭IBM公司拍攝了一部由原子擔任主角的世界上最小的微電影。

[播放視頻]《A BOY AND HIS ATOM》（片名：男孩和他的原子）。

（學生饒有興趣地觀看，不時發(fā)出會心的微笑）

[師]影片通過不斷排列組合的幾十個碳原子，描繪了男孩跳舞、玩球等情景。我們看到的是放大1億倍后的效果，它是在-268℃和高真空的條件下運行操作的，再次說明了科學家在原子水平上控制物質(zhì)能力的增強。

教學反思：從學生情不自禁發(fā)出的慨嘆與驚奇，好奇與興奮的狀態(tài)，看出該環(huán)節(jié)順應了初中生的心理特點。由學生喜聞樂見的“微電影”，帶領(lǐng)學生分享原子尺度的世界，趣味盎然地展現(xiàn)科技的神奇，體現(xiàn)了科學與藝術(shù)的融合及化學教學的與時俱進。

[結(jié)束語]這節(jié)課我們共同感受了微觀粒子的魅力。小小的粒子之間的離散聚合，為我們呈現(xiàn)了一個多姿多彩的物質(zhì)世界。粒子雖小，運動卻永不停歇，我希望同學們今后的學習動力也像微粒一樣生生不息，將來去繼續(xù)揭開微觀世界更多的神秘和精彩！

2.3 實踐應用

請用微粒的觀點解釋下列現(xiàn)象：

（1）生活中我們有這樣的體驗：在熱水中溶解糖比冷水中溶解得快。其原因是什么？

（2）我們學校的教學樓旁的水泥路面被分成許多塊，主要是為了美觀嗎？

（3）為了較大限度地保持原料的品質(zhì)，常采用減小壓強的方法使蔬菜脫水，你知道其中的原理嗎？

（4）教師用一端封口的長玻璃導管演示水與酒精混合后1+1≠2的實驗。思考：水和酒精混合后總體積為什么變??？

教學反思：教師有意識地將學生身邊的生活問題和化學現(xiàn)象加以提煉，要求學生用微粒的觀點解釋宏觀物質(zhì)及其變化，促使學生進一步形成微粒觀。同時體現(xiàn)了化學來源于生活、應用于生活的新課程理念。

3 教學思考

微觀與宏觀的聯(lián)系是化學學科不同于其他科學的思維方式，在化學教學中，一個重要的問題就是要引導學生加深對化學學科知識本身的深入理解與體驗。本課題對于初次接觸“看不見、摸不著”的微觀世界的初三學生很容易感到困惑和迷茫，這需要引導學生親身經(jīng)歷和觀察宏觀現(xiàn)象和變化，然后逐步引導學生從微觀粒子水平上去理解和解釋，通過比較、分析，逐步建立對化學物質(zhì)及其變化的理解和認識[2]。

本課教學設計盡量采用與初中生年齡特征和理解程度相適應的內(nèi)容呈現(xiàn)方式，將核心問題設計為學生的探究活動。通過精心設計的實驗事實的支撐及層次遞進的問題的啟發(fā)，幫助學生建立起微觀粒子行為的表象，引導學生從微觀本質(zhì)上認識和思考宏觀的現(xiàn)象和變化。本課的創(chuàng)新之處在于，注重設計引導學生經(jīng)歷、體驗探究的過程，充分利用實驗教學法，創(chuàng)新實驗設計，讓學生積極參與實驗教學活動。通過經(jīng)歷、體會、感受，主觀內(nèi)化的過程，使學生認知化學知識和原理，將認識角度從宏觀向微觀、從現(xiàn)象向本質(zhì)轉(zhuǎn)變，從而將具體知識的學習轉(zhuǎn)化為化學觀念，促進學生對化學知識深入系統(tǒng)地理解。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部制定.義務教育化學課程標準[S].北京：人民教育出版社，2011.

[2]何彩霞.化學學科觀念建構(gòu)是單元教學的核心[J].化學教育，2009，（2）：42.