《原子結構》教學設計

● 教材分析

本節內容選自人民教育出版社新課標教材《物質結構與性質》（選修3）第一章《原子結構與性質》的第一節《原子結構》。本節從介紹原子的誕生（宇宙大爆炸）入手，在原子水平上認識物質構成的規律，在介紹能層、能級的概念后，直接給出構造原理并根據構造原理展示原子的核外電子排布；在原子基態與激發態概念的基礎上介紹電子躍遷和光譜分析；根據電子云與原子軌道等概念，進一步介紹核外電子的運動狀態，并導出泡利原理和洪特規則，旨在幫助高中學生進一步豐富原子結構的知識，提高分析問題和解決問題的能力。

● 學生分析

學生在初中化學所學僅僅局限于對原子構成的簡單識記上。高中階段在新課標化學教材（必修2）的第一章第一節中，主要從原子核外電子的排布規律講授了原子結構的知識。而學生對原子核外電子排布的相關概念、原理（如泡利原理、洪特規則等）都很陌生。另外，學生對于原子核外電子運動狀態與原子基本性質（如電子運動與光譜的關系）之間的關系了解很少，這種強烈的求知欲望將會促使學生更好地學習這部分知識。除此之外，高二學生已經具備了較強的抽象思維能力，對于理論的理解較深刻，并且能夠將學到的理論快速應用于問題解決中。

● 教學目標

1.知識與技能目標

(1)了解宇宙大爆炸理論及元素在宇宙中的含量。

(2)了解原子結構理論的發展歷史，能夠區分主要的原子結構理論創始人及其理論內容。

(3)理解能層（電子層）和能級（電子亞層）的概念，熟練使用符號表示原子核外的能層和能級，掌握原子核外電子能層分布及其能量關系、能級分布及其能量關系，能夠利用這兩種關系判斷電子能量的高低。

(4)了解原子結構的構造原理，并能利用構造原理排布原子的核外電子。

(5)理解電子排布式及簡化電子排布式的含義，能用電子排布式和簡化電子排布式表示常見元素（1～36號）的原子核外電子排布。

2.過程與方法目標

在學習原子結構理論的發展歷史，核外電子分層排布的特點、構造原理及其應用的過程中，掌握科學研究的一般方法：歸納法和類比法。

3.情感態度與價值觀目標

原子結構理論的發展歷程說明人類對原子結構的認識是一個逐步深入的過程，也是一個逐步完善的過程。通過對原子結構理論科學家及其主要貢獻的認識，深刻感悟科學家獻身科學的精神和積極探索的科學態度，為養成良好的科學習慣打基礎。

● 教學重點與難點

1.教學重點

核外電子的分層排布、能層和能級的概念、構造原理、基態原子電子排布式的書寫。

2.教學難點

原子的構造原理。

● 教學過程設計

1.創設問題情境

[整合點診斷1]學生缺乏對宇宙產生理論——宇宙大爆炸理論的了解，甚至對宇宙大爆炸理論的主要觀點從來沒有聽說過，更不用說對宇宙爆炸情形的想象了。因此，如何把宇宙大爆炸理論形象化地展現給學生是信息技術需要解決的問題。

[整合模式與方法]音視頻模式：利用信息技術的可控制性、可模擬性，提供模擬宇宙大爆炸的影視資料，給學生一種表象直觀，繼而加深對宇宙大爆炸理論的認識。

[資源或軟件]影視資料：“宇宙大爆炸”，該片段視頻選自電影《宇宙與人》。

[教師活動]

(1)提出問題：宇宙大爆炸是怎么回事？原子是怎樣誕生的？

(2)播放影視：引發學生探索原子奧秘的興趣。

[學生活動]觀看影視，思考問題。

2.提出問題

[整合點診斷2]學生缺乏在短時間內對原子結構理論的發展過程，各主要理論要點和相關科學家的集中了解和認識。因此，應該把原子結構理論及其發展過程系統、形象化地展現給學生，從而讓學生明白科學理論的發展是一個逐步完善的過程。

[整合模式與方法]教學內容呈現模式：利用信息技術的可圖示性，結合本章的圖示把學生收集到的有關原子結構理論發展過程的材料集中起來，按照時間的先后順序形成易于記憶的圖文資料。

[資源或軟件]大屏幕展示內容：原子結構理論的發展歷程。

[教師活動]

(1)組織學生交流原子結構理論發展的歷史，聽取學生的交流。

(2)歸納總結：①古希臘原子論；②道爾頓1803年提出的原子模型；③湯姆生1904年提出的原子模型；④盧瑟福1911年提出的原子模型；⑤玻爾1913年提出的原子模型；⑥薛定諤1926年提出的電子云模型。

[學生活動]

(1)交流討論原子結構理論的發展歷程。

(2)聽取總結，了解原子結構理論的發展歷程，主要理論的內容、創始人。

3.問題探究

[整合點診斷3]對于回顧內容應該給學生可以直接看到的文字資料，要徹底改變傳統教學中回顧知識僅僅流于口頭的形式。

[整合模式與方法]教學內容呈現模式：利用信息技術的可圖示性，把必修2中有關原子核外電子排布的知識做成一張幻燈片，使知識簡潔明了、易于回顧。

[資源或軟件]大屏幕展示內容：原子核外電子的排布規律總結。

[教師活動]

提出問題：原子核外電子排布的規律是什么？

總結：①核外電子總是盡量先排布在能量較低的電子層，然后由里向外，依次排布在能量逐步升高的電子層；②原子核外各電子層最多容納2n2個電子；③原子最外層電子數目不能超過8個(K層為最外層時不能超過2個電子)；④次外層電子數目不能超過18個(K層為次外層時不能超過2個)，倒數第三層電子數目不能超過32個。

[學生活動]思考問題，討論回答。

[整合點診斷4]如何快速呈現并使學生掌握能層和能級的表示符號和所能容納的最多電子數？應該做一個清晰明了的歸納與總結，以便于學生理解，而不應簡單觀察課本圖表。

[整合模式與方法]教學內容呈現模式：利用信息技術的可圖示性，展示能層、能級的符號以及最多電子數，便于總結電子在不同能層和能級中的排布特點。

[資源或軟件]大屏幕展示內容：能層、能級、原子電子排布。

[教師活動]聽取交流，及時總結：①各能層所包含的能級類型及各能層、能級最多容納的電子數；②各能層、能級中電子能量的高低又分為同一能層中和不同能層中兩種情況。

[學生活動]閱讀教科書，并結合教材中“學與問”的三個問題，形成對能層、能級的認識。

[整合點診斷5]教材中給出了構造原理的示意圖，如何把構造原理動態地展現給學生？如何幫助學生靈活理解、記憶構造原理？

[整合模式與方法]虛擬模仿模式：利用信息技術的可交互性、可控制性、可圖示性、實時性設計動畫，動態展示構造原理。

[資源或軟件]動畫：構造原理。圖1是構造原理動畫的截圖，電子沿黃線運動的過程代表基態原子核外電子排布的一般規律。

圖1 構造原理示意圖

[教師活動]引導學生探究構造原理，總結概念：隨著原子核電荷數的遞增，絕大多數元素的原子核外電子的排布將遵循一定的排布順序，人們把核外電子的這種順序排布稱之為能量原理。構造原理是絕大多數基態原子核外電子排布所遵循的順序，并不是所有基態原子的核外電子都符合構造原理。

[學生活動]分析構造原理，通過構造原理動畫探究構造原理的規律。

[整合點診斷6]構造原理的主要應用就是根據構造原理可以寫出基態原子的電子排布式，如果按照傳統的黑板板書，則會耗費較多時間，而且不利于學生快速掌握原子核外電子排布式的書寫。因此，應該精心設計既有利于講授又有利于學習的資源或軟件。

[整合模式與方法]虛擬模仿模式：利用信息技術的可交互性、可控制性、可圖示性、實時性設計動畫，輔助教師講授基態原子電子排布式。

[資源或軟件]動畫：基態原子核外電子排布式。圖2是基態原子核外電子排布式闖關練習的截圖，圖3是基態原子核外電子排布式動畫中講授功能的截圖。

圖2 基態原子的核外電子排布式闖關練習

圖3 基態原子的核外電子排布式的講授

[教師活動]公布練習：寫出氧、硅、鐵的電子排布式，檢查學生練習結果。

[學生活動]

(1)書寫氧、硅、鐵的電子排布式。

(2)利用動畫資源在計算機上加強訓練。

4.討論與交流

[整合點診斷7]如何讓學生準確理解簡化電子排布式的概念及快速掌握其書寫方法？

[整合模式與方法]教學內容呈現模式：利用信息技術的可交互性、可圖示性，展示稀有氣體原子電子排布的特點。

[資源或軟件]大屏幕展示內容：稀有氣體原子電子排布式、簡化電子排布式。

[教師活動]總結學生結論，給出簡化電子式。

[學生活動]閱讀教材的“思考與交流”，交流討論。

5.總結評價

[整合點診斷8]書寫能夠排布在（n-2）f、（n-1）d、ns能級的電子排布式相對比較麻煩，如何在短時間內快速掌握不同能層、不同能級的電子排布規律？因此應該精心設計既有利于講授又有利于學習的資源。

[整合模式與方法]虛擬模仿模式：利用信息技術的可交互性、可控制性、可圖示性、實時性，展示一些比較復雜的原子電子排布式，讓學生歸納規律。

[資源或軟件]動畫：基態原子核外電子排布。圖4是基態硒原子的核外電子排布式示意圖。

圖4 基態硒原子的核外電子排布式

[教師活動]

(1)評價學生的總結。

(2)總結構造原理的用途：①根據構造原理可以寫出基態原子的電子排布式；②對于不同能層和不同能級，電子排布的先后次序為：（n-2）f、（n-1）d、ns。

[學生活動]聽取教師評價，然后利用動畫資源在計算機上訓練書寫核外電子排布式。

6.應用反饋

[整合點診斷9]如何及時鞏固原子電子排布式的書寫？如何及時鞏固本節課的所學內容？

[整合模式與方法]練習模式：利用信息技術的可交互性、可圖示性，提供課堂練習、例題，檢驗學生的學習效果。

[資源或軟件]大屏幕展示內容：①精講例題，習題鞏固；②書寫一些原子的電子排布式。

[教師活動]講授例題，檢查學生練習情況。

[學生活動]學生聽講，然后練習書寫一些元素的原子核外電子排布式及簡化電子排布式，進一步掌握構造原理。

● 教學反思

通過對教材和學生學習情況的分析，整個教學過程共診斷出9個整合點，整合點涵蓋在這一節課的每一過程，并且針對每個整合點都找到了恰當的整合模式與方法，設計了相應的資源或軟件。整合點的準確診斷和解決，突出了本節課的教學重點，突破了教學難點，尤其是教學過程中設計的三個動畫，極大地激發了學生學習的熱情。

在教學過程的設計上，一環扣一環的步驟設計緊緊地抓住了學生的思維，在每一個環節都能充分調動學生的積極性，時刻以教學目的為導向，讓學生在緊張有序地環節中，牢固地掌握了原子結構的知識。學生最后練習情況的反饋，說明整堂課的教學效果很好，教師教的效率和學生學的效率得到很大提高。

當然，從整個教學過程控制來看，由于在計算機教室上課，教師對于學生的整體控制顯得有點力不從心，這是今后需要努力加強的地方。

● 整合點金石

本節課教師精心設計了探究學習過程，每個過程教師設疑和引導恰當、自然，符合學生實際。在教學過程的每一個環節都對整合點進行了診斷，并且針對每個整合點都找到了恰當的整合模式與方法，設計了相應的資源或軟件：原子結構的排序規律比較抽象，學生缺乏直接經驗，教師利用信息技術改變了知識呈現形態，把信息技術作為學生學習的工具，用多媒體軟件動態展現原子構造，通過具有交互性的虛擬實驗讓學生自主探究構造原理的規律，讓學生自己去構建看不見、摸不著的微觀粒子的結構模型，從而形成清晰、直觀、深刻的原子形象，發揮多媒體軟件的智能性對學生的掌握情況進行有效測評。本課將信息技術和化學課堂教學進行了有機整合，為解決化學微觀粒子的教學提供了方向和一個成功范例。