《原子结构》教学设计

宋连瑛　丁建军　钟永江

● 教材分析

本节内容选自人民教育出版社新课标教材《物质结构与性质》（选修3）第一章《原子结构与性质》的第一节《原子结构》。本节从介绍原子的诞生（宇宙大爆炸）入手，在原子水平上认识物质构成的规律，在介绍能层、能级的概念后，直接给出构造原理并根据构造原理展示原子的核外电子排布；在原子基态与激发态概念的基础上介绍电子跃迁和光谱分析；根据电子云与原子轨道等概念，进一步介绍核外电子的运动状态，并导出泡利原理和洪特规则，旨在帮助高中学生进一步丰富原子结构的知识，提高分析问题和解决问题的能力。

● 学生分析

学生在初中化学所学仅仅局限于对原子构成的简单识记上。高中阶段在新课标化学教材（必修2）的第一章第一节中，主要从原子核外电子的排布规律讲授了原子结构的知识。而学生对原子核外电子排布的相关概念、原理（如泡利原理、洪特规则等）都很陌生。另外，学生对于原子核外电子运动状态与原子基本性质（如电子运动与光谱的关系）之间的关系了解很少，这种强烈的求知欲望将会促使学生更好地学习这部分知识。除此之外，高二学生已经具备了较强的抽象思维能力，对于理论的理解较深刻，并且能够将学到的理论快速应用于问题解决中。

● 教学目标

1.知识与技能目标

(1)了解宇宙大爆炸理论及元素在宇宙中的含量。

(2)了解原子结构理论的发展历史，能够区分主要的原子结构理论创始人及其理论内容。

(3)理解能层（电子层）和能级（电子亚层）的概念，熟练使用符号表示原子核外的能层和能级，掌握原子核外电子能层分布及其能量关系、能级分布及其能量关系，能够利用这两种关系判断电子能量的高低。

(4)了解原子结构的构造原理，并能利用构造原理排布原子的核外电子。

(5)理解电子排布式及简化电子排布式的含义，能用电子排布式和简化电子排布式表示常见元素（1～36号）的原子核外电子排布。

2.过程与方法目标

在学习原子结构理论的发展历史，核外电子分层排布的特点、构造原理及其应用的过程中，掌握科学研究的一般方法：归纳法和类比法。

3.情感态度与价值观目标

原子结构理论的发展历程说明人类对原子结构的认识是一个逐步深入的过程，也是一个逐步完善的过程。通过对原子结构理论科学家及其主要贡献的认识，深刻感悟科学家献身科学的精神和积极探索的科学态度，为养成良好的科学习惯打基础。

● 教学重点与难点

1.教学重点

核外电子的分层排布、能层和能级的概念、构造原理、基态原子电子排布式的书写。

2.教学难点

原子的构造原理。

● 教学过程设计

1.创设问题情境

[整合点诊断1]学生缺乏对宇宙产生理论——宇宙大爆炸理论的了解，甚至对宇宙大爆炸理论的主要观点从来没有听说过，更不用说对宇宙爆炸情形的想象了。因此，如何把宇宙大爆炸理论形象化地展现给学生是信息技术需要解决的问题。

[整合模式与方法]音视频模式：利用信息技术的可控制性、可模拟性，提供模拟宇宙大爆炸的影视资料，给学生一种表象直观，继而加深对宇宙大爆炸理论的认识。

[资源或软件]影视资料：“宇宙大爆炸”，该片段视频选自电影《宇宙与人》。

[教师活动]

(1)提出问题：宇宙大爆炸是怎么回事？原子是怎样诞生的？

(2)播放影视：引发学生探索原子奥秘的兴趣。

[学生活动]观看影视，思考问题。

2.提出问题

[整合点诊断2]学生缺乏在短时间内对原子结构理论的发展过程，各主要理论要点和相关科学家的集中了解和认识。因此，应该把原子结构理论及其发展过程系统、形象化地展现给学生，从而让学生明白科学理论的发展是一个逐步完善的过程。

[整合模式与方法]教学内容呈现模式：利用信息技术的可图示性，结合本章的图示把学生收集到的有关原子结构理论发展过程的材料集中起来，按照时间的先后顺序形成易于记忆的图文资料。

[资源或软件]大屏幕展示内容：原子结构理论的发展历程。

[教师活动]

(1)组织学生交流原子结构理论发展的历史，听取学生的交流。

(2)归纳总结：①古希腊原子论；②道尔顿1803年提出的原子模型；③汤姆生1904年提出的原子模型；④卢瑟福1911年提出的原子模型；⑤玻尔1913年提出的原子模型；⑥薛定谔1926年提出的电子云模型。

[学生活动]

(1)交流讨论原子结构理论的发展历程。

(2)听取总结，了解原子结构理论的发展历程，主要理论的内容、创始人。

3.问题探究

[整合点诊断3]对于回顾内容应该给学生可以直接看到的文字资料，要彻底改变传统教学中回顾知识仅仅流于口头的形式。

[整合模式与方法]教学内容呈现模式：利用信息技术的可图示性，把必修2中有关原子核外电子排布的知识做成一张幻灯片，使知识简洁明了、易于回顾。

[资源或软件]大屏幕展示内容：原子核外电子的排布规律总结。

[教师活动]

提出问题：原子核外电子排布的规律是什么？

总结：①核外电子总是尽量先排布在能量较低的电子层，然后由里向外，依次排布在能量逐步升高的电子层；②原子核外各电子层最多容纳2n2个电子；③原子最外层电子数目不能超过8个(K层为最外层时不能超过2个电子)；④次外层电子数目不能超过18个(K层为次外层时不能超过2个)，倒数第三层电子数目不能超过32个。

[学生活动]思考问题，讨论回答。

[整合点诊断4]如何快速呈现并使学生掌握能层和能级的表示符号和所能容纳的最多电子数？应该做一个清晰明了的归纳与总结，以便于学生理解，而不应简单观察课本图表。

[整合模式与方法]教学内容呈现模式：利用信息技术的可图示性，展示能层、能级的符号以及最多电子数，便于总结电子在不同能层和能级中的排布特点。

[资源或软件]大屏幕展示内容：能层、能级、原子电子排布。

[教师活动]听取交流，及时总结：①各能层所包含的能级类型及各能层、能级最多容纳的电子数；②各能层、能级中电子能量的高低又分为同一能层中和不同能层中两种情况。

[学生活动]阅读教科书，并结合教材中“学与问”的三个问题，形成对能层、能级的认识。

[整合点诊断5]教材中给出了构造原理的示意图，如何把构造原理动态地展现给学生？如何帮助学生灵活理解、记忆构造原理？

[整合模式与方法]虚拟模仿模式：利用信息技术的可交互性、可控制性、可图示性、实时性设计动画，动态展示构造原理。

[资源或软件]动画：构造原理。图1是构造原理动画的截图，电子沿黄线运动的过程代表基态原子核外电子排布的一般规律。

图1 构造原理示意图

[教师活动]引导学生探究构造原理,总结概念：随着原子核电荷数的递增，绝大多数元素的原子核外电子的排布将遵循一定的排布顺序，人们把核外电子的这种顺序排布称之为能量原理。构造原理是绝大多数基态原子核外电子排布所遵循的顺序，并不是所有基态原子的核外电子都符合构造原理。

[学生活动]分析构造原理，通过构造原理动画探究构造原理的规律。

[整合点诊断6]构造原理的主要应用就是根据构造原理可以写出基态原子的电子排布式，如果按照传统的黑板板书，则会耗费较多时间，而且不利于学生快速掌握原子核外电子排布式的书写。因此，应该精心设计既有利于讲授又有利于学习的资源或软件。

[整合模式与方法]虚拟模仿模式：利用信息技术的可交互性、可控制性、可图示性、实时性设计动画，辅助教师讲授基态原子电子排布式。

[资源或软件]动画：基态原子核外电子排布式。图2是基态原子核外电子排布式闯关练习的截图，图3是基态原子核外电子排布式动画中讲授功能的截图。

图2 基态原子的核外电子排布式闯关练习

图3 基态原子的核外电子排布式的讲授

[教师活动]公布练习：写出氧、硅、铁的电子排布式，检查学生练习结果。

[学生活动]

(1)书写氧、硅、铁的电子排布式。

(2)利用动画资源在计算机上加强训练。

4.讨论与交流

[整合点诊断7]如何让学生准确理解简化电子排布式的概念及快速掌握其书写方法？

[整合模式与方法]教学内容呈现模式：利用信息技术的可交互性、可图示性，展示稀有气体原子电子排布的特点。

[资源或软件]大屏幕展示内容：稀有气体原子电子排布式、简化电子排布式。

[教师活动]总结学生结论，给出简化电子式。

[学生活动]阅读教材的“思考与交流”，交流讨论。

5.总结评价

[整合点诊断8]书写能够排布在（n-2）f、（n-1）d、ns能级的电子排布式相对比较麻烦，如何在短时间内快速掌握不同能层、不同能级的电子排布规律？因此应该精心设计既有利于讲授又有利于学习的资源。

[整合模式与方法]虚拟模仿模式：利用信息技术的可交互性、可控制性、可图示性、实时性，展示一些比较复杂的原子电子排布式，让学生归纳规律。

[资源或软件]动画：基态原子核外电子排布。图4是基态硒原子的核外电子排布式示意图。

图4 基态硒原子的核外电子排布式

[教师活动]

(1)评价学生的总结。

(2)总结构造原理的用途：①根据构造原理可以写出基态原子的电子排布式；②对于不同能层和不同能级，电子排布的先后次序为：（n-2）f、（n-1）d、ns。

[学生活动]听取教师评价，然后利用动画资源在计算机上训练书写核外电子排布式。

6.应用反馈

[整合点诊断9]如何及时巩固原子电子排布式的书写？如何及时巩固本节课的所学内容？

[整合模式与方法]练习模式：利用信息技术的可交互性、可图示性，提供课堂练习、例题，检验学生的学习效果。

[资源或软件]大屏幕展示内容：①精讲例题，习题巩固；②书写一些原子的电子排布式。

[教师活动]讲授例题，检查学生练习情况。

[学生活动]学生听讲,然后练习书写一些元素的原子核外电子排布式及简化电子排布式，进一步掌握构造原理。

● 教学反思

通过对教材和学生学习情况的分析，整个教学过程共诊断出9个整合点，整合点涵盖在这一节课的每一过程，并且针对每个整合点都找到了恰当的整合模式与方法，设计了相应的资源或软件。整合点的准确诊断和解决，突出了本节课的教学重点，突破了教学难点，尤其是教学过程中设计的三个动画，极大地激发了学生学习的热情。

在教学过程的设计上，一环扣一环的步骤设计紧紧地抓住了学生的思维，在每一个环节都能充分调动学生的积极性，时刻以教学目的为导向，让学生在紧张有序地环节中，牢固地掌握了原子结构的知识。学生最后练习情况的反馈，说明整堂课的教学效果很好，教师教的效率和学生学的效率得到很大提高。

当然，从整个教学过程控制来看，由于在计算机教室上课，教师对于学生的整体控制显得有点力不从心，这是今后需要努力加强的地方。

● 整合点金石

本节课教师精心设计了探究学习过程，每个过程教师设疑和引导恰当、自然，符合学生实际。在教学过程的每一个环节都对整合点进行了诊断，并且针对每个整合点都找到了恰当的整合模式与方法，设计了相应的资源或软件：原子结构的排序规律比较抽象，学生缺乏直接经验，教师利用信息技术改变了知识呈现形态，把信息技术作为学生学习的工具，用多媒体软件动态展现原子构造，通过具有交互性的虚拟实验让学生自主探究构造原理的规律，让学生自己去构建看不见、摸不着的微观粒子的结构模型，从而形成清晰、直观、深刻的原子形象，发挥多媒体软件的智能性对学生的掌握情况进行有效测评。本课将信息技术和化学课堂教学进行了有机整合，为解决化学微观粒子的教学提供了方向和一个成功范例。