“走进分子世界”教学设计

骆波　彭夷

【关键词】分子模型;教学设计;初中物理

【中图分类号】G633.7 【文献标志码】A 【文章编号】1005-6009（2020）59-0064-04

【作者简介】1.骆波，江苏省锡山高级中学实验学校（江苏无锡，214177）教师，一级教师，曾获江苏省初中物理基本功大赛一等奖;2.彭夷，江苏省无锡市堰桥初级中学（江苏无锡，214174）教师，高级教师，无锡市教学能手。

一、设计思路

苏科版初中物理八下第七章“从粒子到宇宙”编排了向物质世界的两极（极大和极小）进军的课程内容，分三个层次论述：分子层次、比分子更小的微观粒子层次和宇宙天体层次。

本节是章首节，主体内容由“分子模型”“分子的运动”及“分子间的相互作用”组成。本课核心的学习任务是“建构描述物质微观结构的分子模型，了解分子动理论的基本观点”。需要建立的物理观念是“物质有内部结构，物质由微粒组成”，需要发展的科学思维是“模型建构”（根据现象提出有关物质结构模型的猜想，再收集证据来检验猜想）。

本节内容是从宏观物理现象出发，了解物质内部的微观结构，这需要合理的猜想，并依據可以观察的宏观现象在逻辑推理的基础上收集充分的证据证实猜想，从而证实物质模型，了解物质的微观性质。为培养学生的学科核心素养，教学设计遵循初中物理探究教学的理念。基于课程标准，按照单元学习设计的要求，本节的课时目标是“体会建模的研究方法”和“了解分子动理论的基本观点”。为达成学习目标，在课时设计时以模型建构为主线，为学生选择与修正模型提供足够的证据支持。

二、教学目标

1.能用微粒模型解释相关现象，知道分子是保持物质化学性质的最小单元，对分子大小有一定的感性认识。

2.通过活动收集证据，说明分子处在永不停息的运动中。

3.通过活动收集证据，说明分子间存在着吸引力和排斥力。

三、实验准备

素描炭笔（或木炭）、放大镜、烧杯、红墨水、白醋、酒精、铁丝圈（带棉线）、肥皂水、铅块、钩码、美工刀、复写纸、白纸。

四、教学过程

教学流程如图1所示：

模块1：分子模型。

问题1：凭肉眼无法看到物质内部的微小结构，这给探索物质结构带来了困难，科学家们是怎样研究的呢？

师：科学家首先根据观察到的现象（有限的证据），提出有关物质结构模型的猜想，再进一步收集证据来检验自己的猜想。就像空气看不见、摸不着，那么如何证明空气的存在，怎样研究空气的性质？我们可以通过一些宏观的现象，比如风吹树摇，猜想空气存在且具有流动性，然后收据更多的证据去验证猜想。

（1）如果大量新证据（现象）都支持猜想，那么猜想就可能上升为公认的模型（理论）。

（2）如果新证据部分支持猜想，那么这个模型就需要加以修正、完善。

（3）如果新证据不能用猜想的模型加以解释，甚至与猜想的结果相反，那么就需要提出新的模型。

本章的学习，我们将一起来体会这一研究方法。

活动1：选择一种分子模型并解释理由。

问题2：物质可分吗？物质由什么组成？

实验1：用素描炭笔在纸上画一条线，再用放大镜仔细观察，你看到了什么现象？

实验2：向一段封闭的玻璃管中注水至一半位置，然后再注入酒精（染红）直至充满，用橡皮塞堵住管口，标记液面位置。将玻璃管反复翻转，使水和酒精充分混合，观察液面的位置，与之前标记的位置相比有变化吗？

讨论：以下有关物质微观结构的三种模型，你认为，哪种模型能够解释上述活动中观察到的现象？请选择一种模型，并尝试解释。

模型1 物质是由微粒组成的，各个微粒紧靠在一起。

模型2 固体是由微粒组成的，液体是连成一片的。

模型3物质是由微粒组成的，微粒之间有空隙。

提出模型：微粒模型——物质是可分的，物质由微粒组成，微粒之间有空隙。

进一步证实微粒模型：光学显微镜下的细胞、电子显微镜下的碳化硅分子结构图。

给出结论：分子是保持物质化学性质的最小微粒。

评估1：分子有多小？组成物质的分子的数量有多大？请同学们计算加以说明：

相邻的糖分子间的距离大约是lO-9m，假设一块方糖的边长是1cm，试估算这块方糖由多少个糖分子组成。由此，你可以想象出分子是多么小，组成物质的分子的数量是多么大！

小结1：常见的物质是由大量分子组成的，分子间有空隙。

（设计意图：通过“选择一种模型”的活动，建构微粒模型，知道分子是保持物质化学性质的最小单元，对分子大小有一定的感性认识。微粒模型建立后，再分三个层次处理，初步形成分子模型：出示“光学显微镜下看到的微小细胞”及“电子显微镜下的碳化硅分子结构图”，进一步证实微粒模型;给出“分子是保持物质化学性质的最小微粒”的结论，明确本课所认识的微粒;估算一块边长为1cm的方糖由多少个糖分子组成，从而想象分子是多么小，组成物质分子的数量是多么大。整个模块，体现“基于现象提出模型的猜想，再收集证据检验猜想”的研究方法。）

模块2：分子的运动。

教师：在“物体的运动”一章的学习中，我们了解到“无论微观粒子，还是宇宙中的天体，都在不停地运动着。

问题3：分子会运动吗？你的猜想是什么？哪些证据支持你的猜想？

活动2：收集分子运动的证据。

教师：美味佳肴摆在我们面前，香气扑鼻。生活中，还有哪些类似的场景？花香、香水味……

游戏：蒙上眼睛，猜猜瓶中装的是什么液体？（白醋、酒精、水）

体验：接着，在纸上涂少量酒精，很快变干，同时闻到酒精的味道。这说明什么？

实验1：红墨水在水中散開。

实验2：在两张白纸上各铺一张复写纸，分别用装了热水和冷水的玻璃杯压在复写纸上。一段时间后，观察白纸上的印痕。

评估2：通过以上现象，你发现了什么？你得出什么结论？生活中还有哪些证据支持你的猜想？

扩散：不同的物质在相互接触时，彼此进入对方的现象。（视频）

小结2：分子处在永不停息的无规则运动中。

（设计意图：由学生所熟知的闻味道、红墨水散开，再到陌生的、需要模型认知的固体扩散，体现了科学思维的进阶。设计即时性评估活动，有利于学生运用观点解释现象，并不断完善模型，丰富分子动理论，从而实现在评价中学习。）

模块3：分子间的相互作用。

教师：既然分子间有空隙，而且分子又是运动的，那么为什么我们看到的物体却没有散开？

活动3：收集分子间存在吸引力的证据。

实验1：将两个表面光滑的铅块相互紧压，它们会粘在一起吗？试着在铅块下方挂钩码，看看能否轻易地将两个铅块拉开？

实验2：将带棉线的铁丝圈从肥皂水中取出，戳破一侧的水膜，你看到什么现象？

评估3：以上现象证明了什么？

教师：既然分子间有空隙，而且存在吸引力，那么物体就很容易被压缩。但事实上，固体和液体很难被压缩，即便气球也很难被压缩到很小。

评估4：上述事实，又说明了什么？生活中还有哪些现象可以证明分子间存在相互作用？

小结3：分子间不仅存在吸引力，而且还存在排斥力。

（设计意图：立足教材、重视实验，将重点放在分子间存在吸引力上。吸引力和排斥力在呈现方式上存在差异：前者是实验说明，再辅以证据支撑，先演示表面光滑的铅块紧压后粘在一起，接着应用分子间存在吸引力来解释水膜的张力;分子间存在排斥力，则一边理论探讨，使模型自洽，一边实例说明，加以支撑。）

模块4：小结与评价。

（1）板书。

第七章从粒子到宇宙

一、走进分子世界

（设计意图：采用结构式板书设计揭示知识从哪儿来，知识是什么。体现“现象—模型/猜想—理论”的探索过程，体会建模是一种非常重要的科学思维。）

（2）评价设计。

问题1：人们凭肉眼无法直接看到物质内部分子的微小结构及所处的状态。那么，我们是怎样认识分子动理论的？

问题2：生活中还有哪些现象，支持分子动理论？或可以用分子动理论解释？

（设计意图：指向目标的评价设计，促进学生的学习。）

·点评·

本课充分体现了“核心素养—课程标准—单元设计—学习评价”的教学设计链环。展现了“现象—模型—理论”的探索过程。为广大一线教师提供了一种将学科核心素养在课堂中落实落地的有效途径。

1.从单元设计到课时设计。

分子动理论是一级主题“物质”下二级主题“物质的结构与物体的尺度”下的三级主题的内容。执教者分析课程标准的相关要求，结合教材分析，明确了本节课的核心学习任务是“建构描述物质微观结构的分子模型，了解分子动理论的基本观点。”

2.物理观念的建立与完善。

本节课需要建立的物理观念是“物体是由内部结构的，物质由微粒组成”。教学活动中设计了大量体验性活动与实验，例如“用放大镜观察素描炭笔在纸上画的线”“闻香识物”“肥皂膜吸引棉线”等。学生从一系列的表象中能发现问题，收集证据，交流评估，这些活动不仅培养了学生的探究能力，同时也为建立相应的物理观念提供了有效支撑。

3.问题链引动学生思维。

本堂课中，各模块内都设计了数个学习活动，各活动之间都存在着一定的逻辑关系，为了使学生的思维活动既连贯又不乏跃迁，将问题整合成具有内在逻辑的问题链。通过问题链这种思维载体的设计，很好地解决了相关内容的衔接与深化，使学生在观察体验相关活动之后，对相关内容有更加深刻的思考，为学生自主建立和完善分子动理论提供了思维上的线索。

4.科学思维的有效培养。

科学思维可以分解为模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等。本节课的模块1，就是以选择一种模型作为主要活动内容的。通过两个实验让学生充分观察与体验，从而思考教材给出的三种模型中，哪一种可以解释实验中所观察到的现象。在模块2中，从学生所熟知的闻味道、红墨水在水中散开逐步迁移至固体的扩散现象，复写纸实验成为知识迁移的有效媒介，不仅让学生直观感受了固体的扩散现象，同时进一步验证了温度越高分子运动越剧烈的实验结论。通过评估活动，培养了学生质疑创新的能力。在模块3中，将重点放在分子间存在引力的几个实验中，通过让学生对酒精与水混合实验的结论进行科学推理，得到分子间存在斥力的结论。进一步的实验与评估，丰富和完善了分子动理论的内涵。

综上所述，本堂课培养学生的学科核心素养的路径，可以清晰地概括为：以单元统摄课时目标、以活动架构单元主题;以形成物理观念为落脚点、以科学探究为手段、以发展科学思维为重点。

（点评人：许帮正）