“走進分子世界”教學設計

駱 波 彭 夷

一、設計思路

蘇科版初中物理八下第七章“從粒子到宇宙”編排了向物質世界的兩極（極大和極小）進軍的課程內容，分三個層次論述：分子層次、比分子更小的微觀粒子層次和宇宙天體層次。

本節是章首節，主體內容由“分子模型”“分子的運動”及“分子間的相互作用”組成。本課核心的學習任務是“建構描述物質微觀結構的分子模型，了解分子動理論的基本觀點”。需要建立的物理觀念是“物質有內部結構，物質由微粒組成”，需要發展的科學思維是“模型建構”（根據現象提出有關物質結構模型的猜想，再收集證據來檢驗猜想）。

本節內容是從宏觀物理現象出發，了解物質內部的微觀結構，這需要合理的猜想，并依據可以觀察的宏觀現象在邏輯推理的基礎上收集充分的證據證實猜想，從而證實物質模型，了解物質的微觀性質。為培養學生的學科核心素養，教學設計遵循初中物理探究教學的理念。基于課程標準，按照單元學習設計的要求，本節的課時目標是“體會建模的研究方法”和“了解分子動理論的基本觀點”。為達成學習目標，在課時設計時以模型建構為主線，為學生選擇與修正模型提供足夠的證據支持。

二、教學目標

1.能用微粒模型解釋相關現象，知道分子是保持物質化學性質的最小單元，對分子大小有一定的感性認識。

2.通過活動收集證據，說明分子處在永不停息的運動中。

3.通過活動收集證據，說明分子間存在著吸引力和排斥力。

三、實驗準備

素描炭筆（或木炭）、放大鏡、燒杯、紅墨水、白醋、酒精、鐵絲圈（帶棉線）、肥皂水、鉛塊、鉤碼、美工刀、復寫紙、白紙。

四、教學過程

教學流程如圖1所示：

模塊1：分子模型。

問題1：憑肉眼無法看到物質內部的微小結構，這給探索物質結構帶來了困難，科學家們是怎樣研究的呢？

師：科學家首先根據觀察到的現象（有限的證據），提出有關物質結構模型的猜想，再進一步收集證據來檢驗自己的猜想。就像空氣看不見、摸不著，那么如何證明空氣的存在，怎樣研究空氣的性質？我們可以通過一些宏觀的現象，比如風吹樹搖，猜想空氣存在且具有流動性，然后收據更多的證據去驗證猜想。

（1）如果大量新證據（現象）都支持猜想，那么猜想就可能上升為公認的模型（理論）。

（2）如果新證據部分支持猜想，那么這個模型就需要加以修正、完善。

（3）如果新證據不能用猜想的模型加以解釋，甚至與猜想的結果相反，那么就需要提出新的模型。

本章的學習，我們將一起來體會這一研究方法。

活動1：選擇一種分子模型并解釋理由。

問題2：物質可分嗎？物質由什么組成？

實驗1：用素描炭筆在紙上畫一條線，再用放大鏡仔細觀察，你看到了什么現象？

實驗2：向一段封閉的玻璃管中注水至一半位置，然后再注入酒精（染紅）直至充滿，用橡皮塞堵住管口，標記液面位置。將玻璃管反復翻轉，使水和酒精充分混合，觀察液面的位置，與之前標記的位置相比有變化嗎？

討論：以下有關物質微觀結構的三種模型，你認為，哪種模型能夠解釋上述活動中觀察到的現象？請選擇一種模型，并嘗試解釋。

模型1 物質是由微粒組成的，各個微粒緊靠在一起。

模型2 固體是由微粒組成的，液體是連成一片的。

模型3 物質是由微粒組成的，微粒之間有空隙。

提出模型：微粒模型——物質是可分的，物質由微粒組成，微粒之間有空隙。

進一步證實微粒模型：光學顯微鏡下的細胞、電子顯微鏡下的碳化硅分子結構圖。

給出結論：分子是保持物質化學性質的最小微粒。

評估1：分子有多小？組成物質的分子的數量有多大？請同學們計算加以說明：

相鄰的糖分子間的距離大約是10-9m，假設一塊方糖的邊長是1cm，試估算這塊方糖由多少個糖分子組成。由此，你可以想象出分子是多么小，組成物質的分子的數量是多么大！

小結1：常見的物質是由大量分子組成的，分子間有空隙。

（設計意圖：通過“選擇一種模型”的活動，建構微粒模型，知道分子是保持物質化學性質的最小單元，對分子大小有一定的感性認識。微粒模型建立后，再分三個層次處理，初步形成分子模型：出示“光學顯微鏡下看到的微小細胞”及“電子顯微鏡下的碳化硅分子結構圖”，進一步證實微粒模型；給出“分子是保持物質化學性質的最小微粒”的結論，明確本課所認識的微粒；估算一塊邊長為1cm的方糖由多少個糖分子組成，從而想象分子是多么小，組成物質分子的數量是多么大。整個模塊，體現“基于現象提出模型的猜想，再收集證據檢驗猜想”的研究方法。）

模塊2：分子的運動。

教師：在“物體的運動”一章的學習中，我們了解到“無論微觀粒子，還是宇宙中的天體，都在不停地運動著。

問題3：分子會運動嗎？你的猜想是什么？哪些證據支持你的猜想？

活動2：收集分子運動的證據。

教師：美味佳肴擺在我們面前，香氣撲鼻。生活中，還有哪些類似的場景？花香、香水味……

游戲：蒙上眼睛，猜猜瓶中裝的是什么液體？（白醋、酒精、水）

體驗：接著，在紙上涂少量酒精，很快變干，同時聞到酒精的味道。這說明什么？

實驗1：紅墨水在水中散開。

實驗2：在兩張白紙上各鋪一張復寫紙，分別用裝了熱水和冷水的玻璃杯壓在復寫紙上。一段時間后，觀察白紙上的印痕。

評估2：通過以上現象，你發現了什么？你得出什么結論？生活中還有哪些證據支持你的猜想？

擴散：不同的物質在相互接觸時，彼此進入對方的現象。（視頻）

小結2：分子處在永不停息的無規則運動中。

（設計意圖：由學生所熟知的聞味道、紅墨水散開，再到陌生的、需要模型認知的固體擴散，體現了科學思維的進階。設計即時性評估活動，有利于學生運用觀點解釋現象，并不斷完善模型，豐富分子動理論，從而實現在評價中學習。）

模塊3：分子間的相互作用。

教師：既然分子間有空隙，而且分子又是運動的，那么為什么我們看到的物體卻沒有散開？

活動3：收集分子間存在吸引力的證據。

實驗1：將兩個表面光滑的鉛塊相互緊壓，它們會粘在一起嗎？試著在鉛塊下方掛鉤碼，看看能否輕易地將兩個鉛塊拉開？

實驗2：將帶棉線的鐵絲圈從肥皂水中取出，戳破一側的水膜，你看到什么現象？

評估3：以上現象證明了什么？

教師：既然分子間有空隙，而且存在吸引力，那么物體就很容易被壓縮。但事實上，固體和液體很難被壓縮，即便氣球也很難被壓縮到很小。

評估4：上述事實，又說明了什么？生活中還有哪些現象可以證明分子間存在相互作用？

小結3：分子間不僅存在吸引力，而且還存在排斥力。

（設計意圖：立足教材、重視實驗，將重點放在分子間存在吸引力上。吸引力和排斥力在呈現方式上存在差異：前者是實驗說明，再輔以證據支撐，先演示表面光滑的鉛塊緊壓后粘在一起，接著應用分子間存在吸引力來解釋水膜的張力；分子間存在排斥力，則一邊理論探討，使模型自洽，一邊實例說明，加以支撐。）

模塊4：小結與評價。

（1）板書。

第七章 從粒子到宇宙

一、走進分子世界

（設計意圖：采用結構式板書設計揭示知識從哪兒來，知識是什么。體現“現象—模型/猜想—理論”的探索過程，體會建模是一種非常重要的科學思維。）

（2）評價設計。

問題1：人們憑肉眼無法直接看到物質內部分子的微小結構及所處的狀態。那么，我們是怎樣認識分子動理論的？

問題2：生活中還有哪些現象，支持分子動理論？或可以用分子動理論解釋？

（設計意圖：指向目標的評價設計，促進學生的學習。）