“原子结构模型的演变和原子的构成”第一课时教学设计
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文章编号：1005-6629(2010)12-0032-04
中图分类号：G633.8
文献标识码：B
1设计思想
本节内容属于《化学1》的专题1的“第三单元人类对原子结构的认识”。包含了二个内容：原子结构模型的演变和原子的构成。学生在初中已经初步接触了原子的构成，有一定的基础。也知道原子、质子、电子、同位素等概念。教材的设计意图是，通过了解原子结构模型演变的历史，体验科学家探索原子结构的艰难过程。认识实验、假说、模型等科学方法对化学研究的作用。根据《浙江省学科指导意见》的要求，只需安排1课时教学。但在教学设计将本单元设计成2课时。第一课时讲授原子结构模型的演变(1)和原子的构成，第二课时讲授原子结构模型的演变(2)和部分典型元素原子的核外电子排布。原因是通过合作学习和以化学史为载体进行科学探究需要充分的时间进行保证。本教案是第1课时的内容。
2课前准备
[组成学习合作小组]
前后四个同学组成课堂学习合作小组，组内推荐确定组长。组长有权指定组内成员的工作安排和指定代表小组发言的同学。
3教学过程
[播放录像]牛奶滴落的录像。
[过渡]科学的发展扩展了人视野的广度和深度。人类发明的高速摄像机帮我们看到了牛奶滴落时的场景，望远镜帮人们看到了更远的太空，显微镜帮人们看到了更小的微粒。但不管科技进步如何的发展，仪器如何的先进，科学的发展仍离不开观察和思考。今天这一节课请同学们准备好自己的眼睛和大脑，准备观察和思考。
[思考]释古文，阐思想：
一尺之棰，日取其半，万世不竭。
――《庄子・外篇・至乐第十八》
[生1]一尺长的木棒，每天截取一半，一万世也不能穷尽。
[师]很好。概括的说，庄子表达了一个意思：即物质是否无限可分?这是古人提出朴素的物质组成的思考：组成物质的最小微粒是什么?
[师]此后，国内外的古学者也在不断思考同样的问题，并提出了不同的观点。
[PPT展示]
古希腊哲学家Empedocles(恩培多克勒)提出物质组成的四元素说：空气、地球、水、火。
Aristotle(亚里士多德)(公元前384--公元前322年)继承四元素说，认为地球上的物质是由水气火土四种元素组成，天体由第五种元素“以太”构成。美国的好莱坞还据此拍摄了电影《第五元素》。
墨子(约公元前468年一公元前376年，思想家，教育家，军事家)提出了：非半弗，则不动，说在端――《墨子》
释义：不能分为两半的东西是不能砍开的，也就对它不能有所动作，它便是“端”了。其实就是不可分割的意思。
Democritus(德墨克里特，希腊哲学家)提出了原子是组成物质的最小粒子。他认为：每一样东西都是由最小的部分组成，而最小的部分不能再分。物体可以不断地切割，直到最小部分。这一最小部分称为atomos，该词为希腊语，意思是不能分割。
[师]19世纪初，英国科学家道尔顿提出近代原子学说，他认为原子是微小的不可分割的实心球体。道尔顿的原子学说为：
(1)所有物质都是由不可分割的原子构成。
(2)同种元素的原子其质量、大小、性质相同，不同元素的原子质量、大小、性质不同。
(3)不同元素的原子通过钩子相互结合成化合物。
(4)在化学反应中，原子既不会产生或者消失，也不会改变，原子的种类和数目保持不变。
[过渡]近一百年的时间，人们都认为原子都是不可分割的。
[化学史实]
1859年德国物理学家普吕克尔利用经过改进了的盖斯勒管。进行了一系列气体的真空放电实验。实验时，发现在阴极能发出一种射线，称为“阴极射线”。
[录像]在观看录像的同时要求：请你仔细观察现象，科学需要仔细的观察和思考。
实验1：阴极射线分别在磁场和电场作用下发生偏转的现象。
实验2：阴极射线使风车发生了转动。
思考与问题：(先小组讨论，然后由某小组成员代表发言，其他组学生进行评价补充。)
阴极射线在电场或磁场作用下偏转说明了什么?
它能使风车转动又说明了什么?
[PPT展示]瓦利判断得出的结论：
(1)1871年，瓦利根据阴极射线能被磁铁偏转的事实推断。阴极射线是由带负电的物质微粒组成的。
(2)瓦利根据阴极射线能使风车转动说明它具有质量。
[师]同学们讨论得到的结论与瓦利相符得很好。说明大家也具有科学家的素质，这与大家在课堂上的认真观察与思考是分不开的。
[化学史实]
英国物理学家汤姆逊于1897年开始研究阴极射线。他发现不管用什么电极材料、什么气体，所得到的射线都一样。
[小组讨论]如果你是汤姆逊，你会作出怎样的猜测和结论?
[PPT展示]汤姆逊的结论：汤姆逊认为阴极射线是比普通原子小的粒子，必定是： “建造一切化学元素的物质”，也就是一切化学原子所共有的组成成分，称之为电子。
[化学史实]
后来他又通过实验计算出阴极射线的荷质比的数值大约为H的千分之一。
[小组讨论]如果你是汤姆逊，你会作出怎样的猜测和结论?
[PPT展示]汤姆逊的结论：电子的质量远远小于原子。电子是原子的组成微粒。
[小组讨论]由电子所带的电性，可推知什么结论?推测原子的结构模型。
[学生4]因为电子带负电，说明原子中必有带正电的粒子。
[学生5]原子中同时存在正负粒子，那怎么它们不相互电性中和呢?
[师]这位同学的问题提得很好啊。汤姆逊在这些实验的基础上提出原子的葡萄干面包模型。
但是原子的内部结构真的是这样的吗?[PPT展示]汤姆逊的学生卢瑟福想用粒子穿进原子，探究其内部结构。
他大胆质疑老师的假设，在1907年利用镭等放射性元素产生的带正电a粒子(He)，使其穿过铅板的小孔，射向极薄的金箔。称为a粒子散射实验。
[动画演示]用FLASH动画演示a粒子散射实验。
实验结果观察到以下实验现象：
(1)绝大多数a粒子不偏转，
(2)少数a粒子大角度偏转；
(3)极少数a粒子被反弹。
实验结果大大出乎他的意料：卢瑟福说：“它的难以置信好比你对一张纸射出一发十五英寸的炮弹，结果却被弹了回来，反而打在自己身上。”
[小组讨论]假如你是卢瑟福的学生，你会帮助他对此实验现象作出怎样的合理解释呢?
[学生6]……
[师]卢瑟福认为：除非采取一个原子的大部分质量集中在一个微小的核内的系统，是无法得到这种数量级的任何结果的。这就是我后来提出的原子核心具有小体积和大质量的想法。
卢瑟福通过实验推断出：
(1)原子的大部分体积是空的；
(2)原子核几乎集中了所有原子的质量；
(3)电子随意地围绕着一个带正电荷的很小的
原子核运转：
卢瑟福在1911年提出了原子结构的有核行星模型。
[录像]卢瑟福的原子模型
[过渡]此后科学家还发现有疑问没有得到解决：
疑问1：原子的质量是否远远大于质子和电子的质量?
[化学史实](PPT投影)中子的发现：
发现了电子和质子之后，人们一开始猜测原子核由电子和质子组成。卢瑟福考虑到原子核如果完全由质子组成，那么某种元素的原子核所带的正电荷，在数值上一定等于那种元素的相对原子质量，因为元素的相对原子质量，主要是由原子核决定的。核外电子的质量是微不足道的。但是事实并不是这样，元素的原子量总是比它的核所带的正电荷数大一倍或一倍以上，这说明原子核里除了质子之外，必然还有一种质量和质子相仿，但却不带电的粒子存在。所以，在1920年卢瑟福提出了中子假说。
德国物理学家波特及其学生贝克尔从1928年开始对铍(Be)原子核的轰击实验。1932年实验结果发现，当用a粒子轰击它时，它能发射出穿透力极强的射线，而且该射线呈电中性。他们断定这是一种特殊的Y射线。
查德威克(1891―1974年)一直在寻找这种电中性粒子。见到同行的实验结果后，查德威克意识到这种新射线很可能就是多年来苦苦寻找的中子。他立即着手实验，花了不到一个月的时间，就发表了“中子可能存在”的论文。他指出，y射线没有质量，根本就不可能将质子从原子核里撞出来，只有那些与质子质量大体相当的粒子才有这种可能。其次，查德威克用云室方法测量了中子的质量，确证了中子确实是电中性的。中子就这样被发现了。查德威克也因此获1935年度诺贝尔物理奖。
[思考与讨论]你知道吗?
现在你知道原子由哪些更小的微粒组成了吗?
[板书]一、原子的组成
1 原子的组成
[师]原子中大部分的质量集中在原子核，但原子核的体积非常小。若原子有一个体育场大。则原子核相当于体育场中的一只蚂蚁。
[你知道吗?]原子中存在二个等式，一个电性等式，一个质量等式，你能写出来吗?
电性等式：_______
质量等式：_______
[师]卢瑟福的原子结构中仍然存在缺陷，谁将是下一个英雄?对原子结构的认识又将会达到怎样的水平?请听下回分解!
[师]本节课我们学习了原子的结构，以下为本节课的学习目标，请对照后自查：
你知道原子的组成吗?
你会用元素符号表示某种原子吗?
你会计算原子中各种微粒数吗?
4作业设计
[问题研讨]
当我们用刀切开一个苹果时。是否也把切面上的原子切开了?请提出你的想法，并给予适当的解释，要求写成科学小论文的形式。
[作业设计说明]：此题的解答不重在追求答案的标准化，而重在于考查学生是否能运用所学的知识，对自己所持的观点进行合理解释说明。能自圆其说的就是优秀作业。
5教学反思
本节课以原子结构认识的化学史为载体，以科学家的角度进行观察和思考。了解科学探究的过程，也让学生感到科学研究并不是想象的难。通过教学能认识实验、假说、模型等科学方法对化学研究的作用。课堂教学的实践证明，教学设计意图得到了充分的体现，学生课堂气氛热烈，能认真思考，积极发言，达到了达成三维目标的教学要求。作业的设计为开放性试题，体现《课程标准》中“能够对与化学有关的社会和生活问题做出合理的判断”的要求。
心理学研究表明，课堂上有三种学习情境，它们分别是合作、竞争和个人学习，其中最佳情境就是合作学习。古人云：“独学无友，孤陋寡闻”。本节课在教学设计时，就以合作学习为主要的学习方式。以充分调动和发挥学生主体性的、多样性的学习方式，促进学生在教师指导下主动地、富有个性的学习是本课的核心任务。教学实践中生生交流、师生交流得到了充分的表现，使课堂不再是部分优秀学生展示的舞台，在轻松的对话交流中。达到了相应知识的理解掌握，取得了很好的教学效果。
由于在课堂教学中学生讨论所得的结论和想法比预想的要丰富得多，对教师的课堂调控能力提出了较高的要求。又由于教学时间的限制。个别问题学生讨论交流的时间稍有不足，也是一个小小的遗憾之处。最后感觉本教学设计的另一个改进之处：是否能让学生在观察后先自主提出问题，再进行小组合作讨论?让课堂实现更大的生成度，这样更能体现学生的主体作用。