《分子和原子》教學(xué)設(shè)計(jì)

阮芬芬

● 創(chuàng)新整合點(diǎn)

本節(jié)課使用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，課前學(xué)生自主學(xué)習(xí)，課堂學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究，在探究中實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。整節(jié)課既有3D實(shí)驗(yàn)“放飛‘孔明燈’”“液氧”，又有VR實(shí)驗(yàn)“檢驗(yàn)氧氣和二氧化碳”，還有教師演示實(shí)驗(yàn)，在虛為實(shí)用和虛實(shí)互補(bǔ)中縮短了實(shí)驗(yàn)時(shí)間，增加了實(shí)驗(yàn)的種類和頻次，完成了傳統(tǒng)課堂無(wú)法實(shí)現(xiàn)的課堂容量和課堂質(zhì)量，同時(shí)增加了學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐和重復(fù)驗(yàn)證的機(jī)會(huì)，展現(xiàn)了化學(xué)教學(xué)的“新樣態(tài)”和“新范式”。

● 教材分析

《分子和原子》是人教版九年級(jí)化學(xué)上冊(cè)第三單元課題1的學(xué)習(xí)內(nèi)容，教材內(nèi)容是讓學(xué)生通過(guò)對(duì)微觀粒子及運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)的不斷探究發(fā)現(xiàn)來(lái)認(rèn)識(shí)并解釋宏觀物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)變化的規(guī)律，從而促進(jìn)學(xué)生科學(xué)物質(zhì)觀、正確世界觀的形成和發(fā)展。教材在編排中并沒(méi)有安排學(xué)生實(shí)驗(yàn)，只有教師演示實(shí)驗(yàn)，而本課題的內(nèi)容比較抽象，微觀世界與學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)距離較遠(yuǎn)，再加上前兩個(gè)單元所學(xué)內(nèi)容能提供支持的感性經(jīng)驗(yàn)有限，這給學(xué)生的學(xué)習(xí)和教師的教學(xué)帶來(lái)一定挑戰(zhàn)。

● 學(xué)情分析

經(jīng)過(guò)前兩個(gè)單元的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了物理變化、化學(xué)變化、物質(zhì)的性質(zhì)、化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作，并且具有一定實(shí)驗(yàn)操作技能。在小學(xué)科學(xué)和初中物理中學(xué)生也學(xué)習(xí)了物質(zhì)的三態(tài)變化、物質(zhì)熱脹冷縮等相關(guān)知識(shí)，這都為本節(jié)課的學(xué)習(xí)做了知識(shí)的鋪墊。但已有的宏觀表象，可能對(duì)微觀想象的發(fā)展有阻礙。分子是學(xué)生初次接觸到的微觀粒子，在此之前學(xué)生只有一些微觀現(xiàn)象的感性認(rèn)識(shí)，沒(méi)有理性認(rèn)識(shí)。且九年級(jí)學(xué)生的思維正處于具體形象思維逐漸向邏輯思維過(guò)渡的時(shí)期，抽象思維在這個(gè)階段還不夠成熟，理解力、想象力都還不太高，無(wú)法正確整合直觀感受和抽象思維之間的關(guān)系。

● 教學(xué)目標(biāo)

知識(shí)與技能目標(biāo)：①認(rèn)識(shí)分子的性質(zhì)，掌握分子的概念;②能用分子的觀點(diǎn)解釋生活中和實(shí)驗(yàn)中的常見(jiàn)現(xiàn)象，能自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案對(duì)常見(jiàn)氣體（氧氣、二氧化碳）進(jìn)行檢驗(yàn)。

過(guò)程與方法目標(biāo)：①通過(guò)實(shí)驗(yàn)與探究，體驗(yàn)“發(fā)現(xiàn)問(wèn)題—分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象—解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象”的過(guò)程，建立“觀點(diǎn)、證據(jù)和結(jié)論之間的邏輯關(guān)系”;②通過(guò)實(shí)驗(yàn)與探究，培養(yǎng)學(xué)生宏觀和微觀結(jié)合的視角分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力，初步形成“宏觀辨識(shí)與微觀探析”的化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)。

情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)：①通過(guò)3D、VR實(shí)驗(yàn)資源的使用，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的好奇心和探究興趣;②體驗(yàn)科學(xué)探究是人們獲取科學(xué)知識(shí)、認(rèn)識(shí)客觀世界的重要途徑;③認(rèn)識(shí)科學(xué)探究既需要觀察和實(shí)驗(yàn)，又需要進(jìn)行推理和判斷。

● 教學(xué)環(huán)境與準(zhǔn)備

教學(xué)環(huán)境：智慧教室、寬帶網(wǎng)絡(luò)、交互式電子顯示屏（智慧黑板）安裝武漢教育云互動(dòng)課堂、學(xué)生平板、學(xué)生電子書(shū)包、交互式VR/AR一體機(jī)。

虛擬實(shí)驗(yàn)資源準(zhǔn)備：使用中央電教館虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)編系統(tǒng)對(duì)VR仿真交互課件“檢驗(yàn)氧氣的實(shí)驗(yàn)”、3D交互課件“做一個(gè)‘熱氣球’”進(jìn)行創(chuàng)編，并按照教學(xué)實(shí)驗(yàn)需求添加實(shí)驗(yàn)器材，并分別更名為“氧氣與二氧化碳的鑒別與檢驗(yàn)”“放飛‘孔明燈’”。

實(shí)物資源準(zhǔn)備：集體瓶、玻璃片、氧氣、酒精燈、澄清石灰水、火柴、小木條、廢液缸。

● 教學(xué)過(guò)程

1.情境導(dǎo)入，引出課題

師（展示教材中圖3～18《多種多樣的物質(zhì)》）：通過(guò)自主學(xué)習(xí)，同學(xué)們已經(jīng)知道分子、原子雖然微小，但卻構(gòu)成了世間萬(wàn)物，原子核更小，卻可以產(chǎn)生毀天滅地的能量，也可以化作電能為我所用，所以微微一笑很傾城（出示課題），關(guān)鍵在于合理地應(yīng)用。

設(shè)計(jì)意圖：初步建立宏觀與微觀之間的聯(lián)系，點(diǎn)明本節(jié)課的重點(diǎn)內(nèi)容——分子觀點(diǎn)的應(yīng)用。

2.學(xué)情反饋，明確重點(diǎn)

師（展示學(xué)生自主學(xué)習(xí)檢測(cè)的知識(shí)點(diǎn)分析數(shù)據(jù)）：這是同學(xué)們課前檢測(cè)的答題情況，分子的概念及微粒觀點(diǎn)的應(yīng)用得分情況不佳，這節(jié)課我們繼續(xù)對(duì)這些知識(shí)進(jìn)行應(yīng)用學(xué)習(xí)。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)展示學(xué)生知識(shí)點(diǎn)分析，從中可以發(fā)現(xiàn)“利用微觀粒子的觀點(diǎn)分析和解決問(wèn)題”以及“分子的定義與分子的特征”這兩個(gè)知識(shí)點(diǎn)得分率較低，用數(shù)據(jù)使學(xué)生明確本節(jié)課的學(xué)習(xí)重點(diǎn)，體現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂“以學(xué)定教”的理念。

3.知識(shí)再現(xiàn)，應(yīng)用提升

探究一：分子之間有間隔

①教師播放科普節(jié)目《加油向未來(lái)》片段，讓學(xué)生觀看視頻并思考“將裝有熱水的鐵桶，倒扣入冰塊、液氮、常溫水中，哪一個(gè)變癟”？引導(dǎo)學(xué)生回顧物質(zhì)三態(tài)變化的相關(guān)知識(shí)并引出本節(jié)課第一個(gè)知識(shí)點(diǎn)：分子之間有間隔。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)觀看視頻，分析并猜測(cè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，讓學(xué)生切實(shí)感受到物質(zhì)變化帶來(lái)的“傾城”效果，激發(fā)學(xué)生的探究欲。

②學(xué)生使用平板接收并提交任務(wù)“繪制水蒸發(fā)過(guò)程中部分水分子的微觀示意圖”。

教師收集作品再選擇典型作品進(jìn)行投屏對(duì)比，學(xué)生交流展示創(chuàng)作靈感，并通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)投屏作品中出現(xiàn)的問(wèn)題，最后討論得出結(jié)論：水蒸發(fā)這個(gè)物理變化中只是水分子之間間隔變大，水分子本身的大小、數(shù)目是不變的。

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生自主分析構(gòu)建微觀變化示意圖（學(xué)生在繪圖中出現(xiàn)了一些錯(cuò)誤，如改變了水分子的大小、改變了水分子的數(shù)目等），通過(guò)對(duì)比創(chuàng)設(shè)學(xué)生的認(rèn)知沖突，即時(shí)體現(xiàn)課堂生成，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)思考。

③請(qǐng)學(xué)生舉例說(shuō)明生活中可以用“分子之間有間隔”解釋的例子，引出第一個(gè)探究實(shí)驗(yàn)——孔明燈。提出問(wèn)題：我們能在課堂上放飛孔明燈嗎？（結(jié)論當(dāng)然是不可能）

組織學(xué)生分組進(jìn)行放飛孔明燈的模擬實(shí)驗(yàn)。從宏觀現(xiàn)象中體驗(yàn)分子間隔的改變，最后經(jīng)由小組探討得出結(jié)論：分子之間有間隔。

設(shè)計(jì)意圖：給學(xué)生創(chuàng)造探究條件，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)探究中體會(huì)分子之間有間隔的性質(zhì)。現(xiàn)實(shí)中放飛孔明燈對(duì)環(huán)境要求嚴(yán)格，燈中的“明火”稍有不慎就會(huì)釀成火災(zāi)。但使用虛擬的3D交互課件，從根本上杜絕了安全隱患，學(xué)生們?cè)诮淌揖湍苣M燃放孔明燈。實(shí)驗(yàn)將不可能變成了可能，燃起了學(xué)生們的好奇心和求知欲。

4.進(jìn)階學(xué)習(xí)，完善認(rèn)知

探究二：同種分子的化學(xué)性質(zhì)相同

①教師播放視頻《檢驗(yàn)氧氣》，當(dāng)帶火星的木條伸入裝有氧氣的集氣瓶中時(shí)，木條復(fù)燃。學(xué)生觀看視頻，根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象猜測(cè)集氣瓶中的氣體。

學(xué)生回答：帶火星的木條復(fù)燃，瓶?jī)?nèi)是氧氣，氧氣有助燃性。

②教師接著引導(dǎo)學(xué)生猜測(cè)：當(dāng)帶火星的木條伸入液氧中會(huì)產(chǎn)生怎樣的現(xiàn)象？液氧的溫度是-183℃到-218.8℃之間。

學(xué)生可能回答：復(fù)燃或不復(fù)燃。

教師鼓勵(lì)學(xué)生說(shuō)明猜測(cè)的理由，并引導(dǎo)他們打開(kāi)虛擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

③學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生從3D器材庫(kù)中取出裝有液氧的燒杯，看到它上方有大量的白霧，將帶火星的木條伸入其中，發(fā)現(xiàn)復(fù)燃了，木條繼續(xù)伸入燒杯底部，火焰越來(lái)越旺。

教師引導(dǎo)學(xué)生分析現(xiàn)象并從微觀角度進(jìn)行解釋，最后經(jīng)小組探究得出結(jié)論：氧氣和液氧都是由氧分子構(gòu)成的，氧氣有助燃性，液氧也有助燃性，所以同種分子化學(xué)性質(zhì)相同。

設(shè)計(jì)意圖：創(chuàng)設(shè)認(rèn)知沖突，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，便于學(xué)生形成“同種分子的化學(xué)性質(zhì)相同”的概念。在傳統(tǒng)課堂上，因?yàn)橐貉醪灰撰@得，學(xué)生基本沒(méi)有實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì)，只能觀看視頻學(xué)習(xí)，但使用虛擬實(shí)驗(yàn)資源，讓學(xué)生有了實(shí)驗(yàn)操作的機(jī)會(huì)，帶給學(xué)生更加直觀的體驗(yàn)，讓學(xué)生在對(duì)比思考中形成結(jié)論，有助于培養(yǎng)學(xué)生透過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì)的科學(xué)素養(yǎng)。

探究三：不同種分子的化學(xué)性質(zhì)不相同

①教師展示一瓶無(wú)色氣體，請(qǐng)學(xué)生猜測(cè)瓶?jī)?nèi)氣體成分。

學(xué)生可能回答：氧氣、二氧化碳、氮?dú)?、空氣等無(wú)色氣體。

②在學(xué)生踴躍發(fā)言后，教師提出問(wèn)題：如果有兩瓶無(wú)色氣體，一瓶是二氧化碳，另一瓶是氧氣，如何鑒別呢？

學(xué)生分組討論，并選出一名代表闡述本組的實(shí)驗(yàn)方案。教師在一旁幫助學(xué)生修正實(shí)驗(yàn)步驟，明確注意事項(xiàng)，讓實(shí)驗(yàn)方案更加完善。最終得出兩種實(shí)驗(yàn)方案：將燃著的木條伸入集氣瓶中進(jìn)行檢驗(yàn)，將澄清石灰水倒入集氣瓶中進(jìn)行檢驗(yàn)。

③學(xué)生活動(dòng)：分組打開(kāi)虛擬實(shí)驗(yàn)創(chuàng)編系統(tǒng)編輯的“氧氣與二氧化碳的鑒別與檢驗(yàn)”進(jìn)行VR實(shí)驗(yàn)，并通過(guò)對(duì)比兩種實(shí)驗(yàn)方案的現(xiàn)象分析，得出結(jié)論：氧氣能使燃著的木條燃燒更旺，不能使澄清石灰水變渾濁;二氧化碳能使燃著的木條熄滅，也能使澄清石灰水變渾濁。氧氣是由氧分子構(gòu)成的，二氧化碳是由二氧化碳分子構(gòu)成的，因此，不同物質(zhì)由不同分子構(gòu)成，化學(xué)性質(zhì)也不同，即不同種分子的化學(xué)性質(zhì)不同。

④教師演示實(shí)驗(yàn)，并使用互動(dòng)課堂“直播”功能，將實(shí)驗(yàn)過(guò)程投屏在智慧黑板上，便于學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：在裝有氧氣的集氣瓶中倒入澄清石灰水，學(xué)生觀察到澄清石灰水沒(méi)有變渾濁;再將帶火星的木條伸入集氣瓶中，學(xué)生觀察到木條復(fù)燃，且澄清石灰水變渾濁。

組織學(xué)生分組討論實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。

教師小結(jié)：氧氣不能使澄清石灰水變渾濁，能使帶火星木條復(fù)燃，木條燃燒，生成二氧化碳后，澄清石灰水變渾濁。從微觀上來(lái)說(shuō)，同種分子化學(xué)性質(zhì)相同，不同種分子的化學(xué)性質(zhì)不同，當(dāng)分子發(fā)生改變時(shí)，化學(xué)性質(zhì)隨之發(fā)生改變。所以，分子是保持物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的最小粒子。

設(shè)計(jì)意圖：從學(xué)生熟悉的二氧化碳和氧氣入手，借助VR實(shí)驗(yàn)資源，學(xué)生經(jīng)歷提出問(wèn)題、進(jìn)行猜想、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、收集證據(jù)、解釋與得出結(jié)論等科學(xué)探究的全過(guò)程，在實(shí)驗(yàn)探究中體驗(yàn)氧氣與二氧化碳化學(xué)性質(zhì)的不同及所呈現(xiàn)的宏觀現(xiàn)象，再嘗試從微觀角度解釋現(xiàn)象不同的原因，架接起宏觀與微觀的橋梁，進(jìn)而得出分子的概念，體現(xiàn)宏微結(jié)合的思想。

5.課堂練習(xí)，鞏固提升

教師分別設(shè)置了分析推理題、實(shí)驗(yàn)圖片題、新聞視頻題，學(xué)生使用平板搶答進(jìn)行課堂練習(xí)。

設(shè)計(jì)意圖：使用平板搶答進(jìn)行課堂練習(xí)，調(diào)動(dòng)學(xué)生參與課堂的積極性，引導(dǎo)學(xué)生積極將所學(xué)知識(shí)進(jìn)行應(yīng)用鞏固，促進(jìn)知識(shí)的內(nèi)化。

6.課堂小結(jié)，感悟微觀

學(xué)生使用平板，通過(guò)互動(dòng)課堂“彈幕”總結(jié)本節(jié)課收獲。

設(shè)計(jì)意圖：利用“彈幕”的趣味性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生更愿意交流展示。

● 教學(xué)反思

第一，為了突出重點(diǎn)、突破難點(diǎn)，筆者使用了以下的解決措施：一是使用翻轉(zhuǎn)課堂重構(gòu)課堂結(jié)構(gòu)，課前自主學(xué)習(xí)，課堂實(shí)驗(yàn)探究，突破傳統(tǒng)課堂時(shí)空限制，拓展課堂的容量。二是問(wèn)題導(dǎo)向，深度挖掘、整合教材中的課程資源，搭建學(xué)習(xí)“腳手架”，改變學(xué)生學(xué)習(xí)方式;三是實(shí)驗(yàn)推進(jìn)，情境重構(gòu)，促進(jìn)概念的形成。

第二，在教學(xué)過(guò)程中，讓學(xué)生在做中學(xué)，在做中體驗(yàn)“發(fā)現(xiàn)問(wèn)題—分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象—解釋現(xiàn)象”的過(guò)程，建立“觀點(diǎn)、證據(jù)和結(jié)論之間的邏輯關(guān)系”，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度，充分發(fā)揮化學(xué)學(xué)科的整體育人功能。

第三，從課堂效率上看，信息技術(shù)的使用，特別是虛擬實(shí)驗(yàn)的使用，能夠縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的課堂容量和質(zhì)量;從實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備上看，使用虛擬實(shí)驗(yàn)解決了真實(shí)實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)儀器不足、藥品種類缺乏的問(wèn)題，增加了學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐和重復(fù)驗(yàn)證的機(jī)會(huì)，并且不會(huì)存在安全隱患和實(shí)驗(yàn)污染問(wèn)題。