《分子和原子》教學設計

阮芬芬

● 創新整合點

本節課使用翻轉課堂教學模式，課前學生自主學習，課堂學生實驗探究，在探究中實現深度學習。整節課既有3D實驗“放飛‘孔明燈’”“液氧”，又有VR實驗“檢驗氧氣和二氧化碳”，還有教師演示實驗，在虛為實用和虛實互補中縮短了實驗時間，增加了實驗的種類和頻次，完成了傳統課堂無法實現的課堂容量和課堂質量，同時增加了學生動手實踐和重復驗證的機會，展現了化學教學的“新樣態”和“新范式”。

● 教材分析

《分子和原子》是人教版九年級化學上冊第三單元課題1的學習內容，教材內容是讓學生通過對微觀粒子及運動特點的不斷探究發現來認識并解釋宏觀物質組成、結構和性質變化的規律，從而促進學生科學物質觀、正確世界觀的形成和發展。教材在編排中并沒有安排學生實驗，只有教師演示實驗，而本課題的內容比較抽象，微觀世界與學生的生活經驗距離較遠，再加上前兩個單元所學內容能提供支持的感性經驗有限，這給學生的學習和教師的教學帶來一定挑戰。

● 學情分析

經過前兩個單元的學習，學生已經學習了物理變化、化學變化、物質的性質、化學實驗基本操作，并且具有一定實驗操作技能。在小學科學和初中物理中學生也學習了物質的三態變化、物質熱脹冷縮等相關知識，這都為本節課的學習做了知識的鋪墊。但已有的宏觀表象，可能對微觀想象的發展有阻礙。分子是學生初次接觸到的微觀粒子，在此之前學生只有一些微觀現象的感性認識，沒有理性認識。且九年級學生的思維正處于具體形象思維逐漸向邏輯思維過渡的時期，抽象思維在這個階段還不夠成熟，理解力、想象力都還不太高，無法正確整合直觀感受和抽象思維之間的關系。

● 教學目標

知識與技能目標：①認識分子的性質，掌握分子的概念;②能用分子的觀點解釋生活中和實驗中的常見現象，能自主設計實驗方案對常見氣體（氧氣、二氧化碳）進行檢驗。

過程與方法目標：①通過實驗與探究，體驗“發現問題—分析實驗現象—解釋實驗現象”的過程，建立“觀點、證據和結論之間的邏輯關系”;②通過實驗與探究，培養學生宏觀和微觀結合的視角分析解決實際問題的能力，初步形成“宏觀辨識與微觀探析”的化學學科素養。

情感態度與價值觀目標：①通過3D、VR實驗資源的使用，增強學生對化學實驗的好奇心和探究興趣;②體驗科學探究是人們獲取科學知識、認識客觀世界的重要途徑;③認識科學探究既需要觀察和實驗，又需要進行推理和判斷。

● 教學環境與準備

教學環境：智慧教室、寬帶網絡、交互式電子顯示屏（智慧黑板）安裝武漢教育云互動課堂、學生平板、學生電子書包、交互式VR/AR一體機。

虛擬實驗資源準備：使用中央電教館虛擬實驗教學平臺實驗創編系統對VR仿真交互課件“檢驗氧氣的實驗”、3D交互課件“做一個‘熱氣球’”進行創編，并按照教學實驗需求添加實驗器材，并分別更名為“氧氣與二氧化碳的鑒別與檢驗”“放飛‘孔明燈’”。

實物資源準備：集體瓶、玻璃片、氧氣、酒精燈、澄清石灰水、火柴、小木條、廢液缸。

● 教學過程

1.情境導入，引出課題

師（展示教材中圖3～18《多種多樣的物質》）：通過自主學習，同學們已經知道分子、原子雖然微小，但卻構成了世間萬物，原子核更小，卻可以產生毀天滅地的能量，也可以化作電能為我所用，所以微微一笑很傾城（出示課題），關鍵在于合理地應用。

設計意圖：初步建立宏觀與微觀之間的聯系，點明本節課的重點內容——分子觀點的應用。

2.學情反饋，明確重點

師（展示學生自主學習檢測的知識點分析數據）：這是同學們課前檢測的答題情況，分子的概念及微粒觀點的應用得分情況不佳，這節課我們繼續對這些知識進行應用學習。

設計意圖：通過展示學生知識點分析，從中可以發現“利用微觀粒子的觀點分析和解決問題”以及“分子的定義與分子的特征”這兩個知識點得分率較低，用數據使學生明確本節課的學習重點，體現翻轉課堂“以學定教”的理念。

3.知識再現，應用提升

探究一：分子之間有間隔

①教師播放科普節目《加油向未來》片段，讓學生觀看視頻并思考“將裝有熱水的鐵桶，倒扣入冰塊、液氮、常溫水中，哪一個變癟”？引導學生回顧物質三態變化的相關知識并引出本節課第一個知識點：分子之間有間隔。

設計意圖：通過觀看視頻，分析并猜測實驗現象，讓學生切實感受到物質變化帶來的“傾城”效果，激發學生的探究欲。

②學生使用平板接收并提交任務“繪制水蒸發過程中部分水分子的微觀示意圖”。

教師收集作品再選擇典型作品進行投屏對比，學生交流展示創作靈感，并通過對比發現投屏作品中出現的問題，最后討論得出結論：水蒸發這個物理變化中只是水分子之間間隔變大，水分子本身的大小、數目是不變的。

設計意圖：讓學生自主分析構建微觀變化示意圖（學生在繪圖中出現了一些錯誤，如改變了水分子的大小、改變了水分子的數目等），通過對比創設學生的認知沖突，即時體現課堂生成，激發學生主動思考。

③請學生舉例說明生活中可以用“分子之間有間隔”解釋的例子，引出第一個探究實驗——孔明燈。提出問題：我們能在課堂上放飛孔明燈嗎？（結論當然是不可能）

組織學生分組進行放飛孔明燈的模擬實驗。從宏觀現象中體驗分子間隔的改變，最后經由小組探討得出結論：分子之間有間隔。

設計意圖：給學生創造探究條件，讓學生在實驗探究中體會分子之間有間隔的性質。現實中放飛孔明燈對環境要求嚴格，燈中的“明火”稍有不慎就會釀成火災。但使用虛擬的3D交互課件，從根本上杜絕了安全隱患，學生們在教室就能模擬燃放孔明燈。實驗將不可能變成了可能，燃起了學生們的好奇心和求知欲。

4.進階學習，完善認知

探究二：同種分子的化學性質相同

①教師播放視頻《檢驗氧氣》，當帶火星的木條伸入裝有氧氣的集氣瓶中時，木條復燃。學生觀看視頻，根據實驗現象猜測集氣瓶中的氣體。

學生回答：帶火星的木條復燃，瓶內是氧氣，氧氣有助燃性。

②教師接著引導學生猜測：當帶火星的木條伸入液氧中會產生怎樣的現象？液氧的溫度是-183℃到-218.8℃之間。

學生可能回答：復燃或不復燃。

教師鼓勵學生說明猜測的理由，并引導他們打開虛擬實驗進行實驗驗證。

③學生活動：學生從3D器材庫中取出裝有液氧的燒杯，看到它上方有大量的白霧，將帶火星的木條伸入其中，發現復燃了，木條繼續伸入燒杯底部，火焰越來越旺。

教師引導學生分析現象并從微觀角度進行解釋，最后經小組探究得出結論：氧氣和液氧都是由氧分子構成的，氧氣有助燃性，液氧也有助燃性，所以同種分子化學性質相同。

設計意圖：創設認知沖突，并進行實驗驗證，便于學生形成“同種分子的化學性質相同”的概念。在傳統課堂上，因為液氧不易獲得，學生基本沒有實驗機會，只能觀看視頻學習，但使用虛擬實驗資源，讓學生有了實驗操作的機會，帶給學生更加直觀的體驗，讓學生在對比思考中形成結論，有助于培養學生透過現象看本質的科學素養。

探究三：不同種分子的化學性質不相同

①教師展示一瓶無色氣體，請學生猜測瓶內氣體成分。

學生可能回答：氧氣、二氧化碳、氮氣、空氣等無色氣體。

②在學生踴躍發言后，教師提出問題：如果有兩瓶無色氣體，一瓶是二氧化碳，另一瓶是氧氣，如何鑒別呢？

學生分組討論，并選出一名代表闡述本組的實驗方案。教師在一旁幫助學生修正實驗步驟，明確注意事項，讓實驗方案更加完善。最終得出兩種實驗方案：將燃著的木條伸入集氣瓶中進行檢驗，將澄清石灰水倒入集氣瓶中進行檢驗。

③學生活動：分組打開虛擬實驗創編系統編輯的“氧氣與二氧化碳的鑒別與檢驗”進行VR實驗，并通過對比兩種實驗方案的現象分析，得出結論：氧氣能使燃著的木條燃燒更旺，不能使澄清石灰水變渾濁;二氧化碳能使燃著的木條熄滅，也能使澄清石灰水變渾濁。氧氣是由氧分子構成的，二氧化碳是由二氧化碳分子構成的，因此，不同物質由不同分子構成，化學性質也不同，即不同種分子的化學性質不同。

④教師演示實驗，并使用互動課堂“直播”功能，將實驗過程投屏在智慧黑板上，便于學生觀察實驗現象：在裝有氧氣的集氣瓶中倒入澄清石灰水，學生觀察到澄清石灰水沒有變渾濁;再將帶火星的木條伸入集氣瓶中，學生觀察到木條復燃，且澄清石灰水變渾濁。

組織學生分組討論實驗現象產生的原因。

教師小結：氧氣不能使澄清石灰水變渾濁，能使帶火星木條復燃，木條燃燒，生成二氧化碳后，澄清石灰水變渾濁。從微觀上來說，同種分子化學性質相同，不同種分子的化學性質不同，當分子發生改變時，化學性質隨之發生改變。所以，分子是保持物質化學性質的最小粒子。

設計意圖：從學生熟悉的二氧化碳和氧氣入手，借助VR實驗資源，學生經歷提出問題、進行猜想、設計實驗方案、進行實驗、收集證據、解釋與得出結論等科學探究的全過程，在實驗探究中體驗氧氣與二氧化碳化學性質的不同及所呈現的宏觀現象，再嘗試從微觀角度解釋現象不同的原因，架接起宏觀與微觀的橋梁，進而得出分子的概念，體現宏微結合的思想。

5.課堂練習，鞏固提升

教師分別設置了分析推理題、實驗圖片題、新聞視頻題，學生使用平板搶答進行課堂練習。

設計意圖：使用平板搶答進行課堂練習，調動學生參與課堂的積極性，引導學生積極將所學知識進行應用鞏固，促進知識的內化。

6.課堂小結，感悟微觀

學生使用平板，通過互動課堂“彈幕”總結本節課收獲。

設計意圖：利用“彈幕”的趣味性，提高學生的學習興趣，讓學生更愿意交流展示。

● 教學反思

第一，為了突出重點、突破難點，筆者使用了以下的解決措施：一是使用翻轉課堂重構課堂結構，課前自主學習，課堂實驗探究，突破傳統課堂時空限制，拓展課堂的容量。二是問題導向，深度挖掘、整合教材中的課程資源，搭建學習“腳手架”，改變學生學習方式;三是實驗推進，情境重構，促進概念的形成。

第二，在教學過程中，讓學生在做中學，在做中體驗“發現問題—分析實驗現象—解釋現象”的過程，建立“觀點、證據和結論之間的邏輯關系”，培養學生嚴謹求實的科學態度，充分發揮化學學科的整體育人功能。

第三，從課堂效率上看，信息技術的使用，特別是虛擬實驗的使用，能夠縮短實驗時間，提高實驗教學的課堂容量和質量;從實驗準備上看，使用虛擬實驗解決了真實實驗中實驗儀器不足、藥品種類缺乏的問題，增加了學生動手實踐和重復驗證的機會，并且不會存在安全隱患和實驗污染問題。