駱波　彭夷

【關(guān)鍵詞】分子模型;教學(xué)設(shè)計(jì);初中物理

【中圖分類號(hào)】G633.7 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1005-6009（2020）59-0064-04

【作者簡介】1.駱波，江蘇省錫山高級(jí)中學(xué)實(shí)驗(yàn)學(xué)校（江蘇無錫，214177）教師，一級(jí)教師，曾獲江蘇省初中物理基本功大賽一等獎(jiǎng);2.彭夷，江蘇省無錫市堰橋初級(jí)中學(xué)（江蘇無錫，214174）教師，高級(jí)教師，無錫市教學(xué)能手。

一、設(shè)計(jì)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(zhì)世界的兩極（極大和極小）進(jìn)軍的課程內(nèi)容，分三個(gè)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(jié)是章首節(jié)，主體內(nèi)容由“分子模型”“分子的運(yùn)動(dòng)”及“分子間的相互作用”組成。本課核心的學(xué)習(xí)任務(wù)是“建構(gòu)描述物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的分子模型，了解分子動(dòng)理論的基本觀點(diǎn)”。需要建立的物理觀念是“物質(zhì)有內(nèi)部結(jié)構(gòu)，物質(zhì)由微粒組成”，需要發(fā)展的科學(xué)思維是“模型建構(gòu)”（根據(jù)現(xiàn)象提出有關(guān)物質(zhì)結(jié)構(gòu)模型的猜想，再收集證據(jù)來檢驗(yàn)猜想）。

本節(jié)內(nèi)容是從宏觀物理現(xiàn)象出發(fā)，了解物質(zhì)內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)，這需要合理的猜想，并依據(jù)可以觀察的宏觀現(xiàn)象在邏輯推理的基礎(chǔ)上收集充分的證據(jù)證實(shí)猜想，從而證實(shí)物質(zhì)模型，了解物質(zhì)的微觀性質(zhì)。為培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)，教學(xué)設(shè)計(jì)遵循初中物理探究教學(xué)的理念?；谡n程標(biāo)準(zhǔn)，按照單元學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的要求，本節(jié)的課時(shí)目標(biāo)是“體會(huì)建模的研究方法”和“了解分子動(dòng)理論的基本觀點(diǎn)”。為達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)，在課時(shí)設(shè)計(jì)時(shí)以模型建構(gòu)為主線，為學(xué)生選擇與修正模型提供足夠的證據(jù)支持。

二、教學(xué)目標(biāo)

1.能用微粒模型解釋相關(guān)現(xiàn)象，知道分子是保持物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的最小單元，對(duì)分子大小有一定的感性認(rèn)識(shí)。

2.通過活動(dòng)收集證據(jù)，說明分子處在永不停息的運(yùn)動(dòng)中。

3.通過活動(dòng)收集證據(jù)，說明分子間存在著吸引力和排斥力。

三、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)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(fù)寫紙、白紙。

四、教學(xué)過程

教學(xué)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(zhì)內(nèi)部的微小結(jié)構(gòu)，這給探索物質(zhì)結(jié)構(gòu)帶來了困難，科學(xué)家們是怎樣研究的呢？

師：科學(xué)家首先根據(jù)觀察到的現(xiàn)象（有限的證據(jù)），提出有關(guān)物質(zhì)結(jié)構(gòu)模型的猜想，再進(jìn)一步收集證據(jù)來檢驗(yàn)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(zhì)？我們可以通過一些宏觀的現(xiàn)象，比如風(fēng)吹樹搖，猜想空氣存在且具有流動(dòng)性，然后收據(jù)更多的證據(jù)去驗(yàn)證猜想。

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

（2）如果新證據(jù)部分支持猜想，那么這個(gè)模型就需要加以修正、完善。

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

本章的學(xué)習(xí)，我們將一起來體會(huì)這一研究方法。

活動(dòng)1：選擇一種分子模型并解釋理由。

問題2：物質(zhì)可分嗎？物質(zhì)由什么組成？

實(shí)驗(yàn)1：用素描炭筆在紙上畫一條線，再用放大鏡仔細(xì)觀察，你看到了什么現(xiàn)象？

實(shí)驗(yàn)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(biāo)記液面位置。將玻璃管反復(fù)翻轉(zhuǎn)，使水和酒精充分混合，觀察液面的位置，與之前標(biāo)記的位置相比有變化嗎？

討論：以下有關(guān)物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的三種模型，你認(rèn)為，哪種模型能夠解釋上述活動(dòng)中觀察到的現(xiàn)象？請(qǐng)選擇一種模型，并嘗試解釋。

模型1 物質(zhì)是由微粒組成的，各個(gè)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(zhì)是由微粒組成的，微粒之間有空隙。

提出模型：微粒模型——物質(zhì)是可分的，物質(zhì)由微粒組成，微粒之間有空隙。

進(jìn)一步證實(shí)微粒模型：光學(xué)顯微鏡下的細(xì)胞、電子顯微鏡下的碳化硅分子結(jié)構(gòu)圖。

給出結(jié)論：分子是保持物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的最小微粒。

評(píng)估1：分子有多小？組成物質(zhì)的分子的數(shù)量有多大？請(qǐng)同學(xué)們計(jì)算加以說明：

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

小結(jié)1：常見的物質(zhì)是由大量分子組成的，分子間有空隙。

（設(shè)計(jì)意圖：通過“選擇一種模型”的活動(dòng)，建構(gòu)微粒模型，知道分子是保持物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的最小單元，對(duì)分子大小有一定的感性認(rèn)識(shí)。微粒模型建立后，再分三個(gè)層次處理，初步形成分子模型：出示“光學(xué)顯微鏡下看到的微小細(xì)胞”及“電子顯微鏡下的碳化硅分子結(jié)構(gòu)圖”，進(jìn)一步證實(shí)微粒模型;給出“分子是保持物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的最小微?！钡慕Y(jié)論，明確本課所認(rèn)識(shí)的微粒;估算一塊邊長為1cm的方糖由多少個(gè)糖分子組成，從而想象分子是多么小，組成物質(zhì)分子的數(shù)量是多么大。整個(gè)模塊，體現(xiàn)“基于現(xiàn)象提出模型的猜想，再收集證據(jù)檢驗(yàn)猜想”的研究方法。）

模塊2：分子的運(yùn)動(dòng)。

教師：在“物體的運(yùn)動(dòng)”一章的學(xué)習(xí)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(yùn)動(dòng)著。

問題3：分子會(huì)運(yùn)動(dòng)嗎？你的猜想是什么？哪些證據(jù)支持你的猜想？

活動(dòng)2：收集分子運(yùn)動(dòng)的證據(jù)。

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(chǎng)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(yàn)：接著，在紙上涂少量酒精，很快變干，同時(shí)聞到酒精的味道。這說明什么？

實(shí)驗(yàn)1：紅墨水在水中散開。

實(shí)驗(yàn)2：在兩張白紙上各鋪一張復(fù)寫紙，分別用裝了熱水和冷水的玻璃杯壓在復(fù)寫紙上。一段時(shí)間后，觀察白紙上的印痕。

評(píng)估2：通過以上現(xiàn)象，你發(fā)現(xiàn)了什么？你得出什么結(jié)論？生活中還有哪些證據(jù)支持你的猜想？

擴(kuò)散：不同的物質(zhì)在相互接觸時(shí)，彼此進(jìn)入對(duì)方的現(xiàn)象。（視頻）

小結(jié)2：分子處在永不停息的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)中。

（設(shè)計(jì)意圖：由學(xué)生所熟知的聞味道、紅墨水散開，再到陌生的、需要模型認(rèn)知的固體擴(kuò)散，體現(xiàn)了科學(xué)思維的進(jìn)階。設(shè)計(jì)即時(shí)性評(píng)估活動(dòng)，有利于學(xué)生運(yùn)用觀點(diǎn)解釋現(xiàn)象，并不斷完善模型，豐富分子動(dòng)理論，從而實(shí)現(xiàn)在評(píng)價(jià)中學(xué)習(xí)。）

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(yùn)動(dòng)的，那么為什么我們看到的物體卻沒有散開？

活動(dòng)3：收集分子間存在吸引力的證據(jù)。

實(shí)驗(yàn)1：將兩個(gè)表面光滑的鉛塊相互緊壓，它們會(huì)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(gè)鉛塊拉開？

實(shí)驗(yàn)2：將帶棉線的鐵絲圈從肥皂水中取出，戳破一側(cè)的水膜，你看到什么現(xiàn)象？

評(píng)估3：以上現(xiàn)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(shí)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(píng)估4：上述事實(shí)，又說明了什么？生活中還有哪些現(xiàn)象可以證明分子間存在相互作用？

小結(jié)3：分子間不僅存在吸引力，而且還存在排斥力。

（設(shè)計(jì)意圖：立足教材、重視實(shí)驗(yàn)，將重點(diǎn)放在分子間存在吸引力上。吸引力和排斥力在呈現(xiàn)方式上存在差異：前者是實(shí)驗(yàn)說明，再輔以證據(jù)支撐，先演示表面光滑的鉛塊緊壓后粘在一起，接著應(yīng)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(shí)例說明，加以支撐。）

模塊4：小結(jié)與評(píng)價(jià)。

（1）板書。

第七章從粒子到宇宙

一、走進(jìn)分子世界

（設(shè)計(jì)意圖：采用結(jié)構(gòu)式板書設(shè)計(jì)揭示知識(shí)從哪兒來，知識(shí)是什么。體現(xiàn)“現(xiàn)象—模型/猜想—理論”的探索過程，體會(huì)建模是一種非常重要的科學(xué)思維。）

（2）評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)。

問題1：人們憑肉眼無法直接看到物質(zhì)內(nèi)部分子的微小結(jié)構(gòu)及所處的狀態(tài)。那么，我們是怎樣認(rèn)識(shí)分子動(dòng)理論的？

問題2：生活中還有哪些現(xiàn)象，支持分子動(dòng)理論？或可以用分子動(dòng)理論解釋？

（設(shè)計(jì)意圖：指向目標(biāo)的評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)，促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)。）

·點(diǎn)評(píng)·

本課充分體現(xiàn)了“核心素養(yǎng)—課程標(biāo)準(zhǔn)—單元設(shè)計(jì)—學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)”的教學(xué)設(shè)計(jì)鏈環(huán)。展現(xiàn)了“現(xiàn)象—模型—理論”的探索過程。為廣大一線教師提供了一種將學(xué)科核心素養(yǎng)在課堂中落實(shí)落地的有效途徑。

1.從單元設(shè)計(jì)到課時(shí)設(shè)計(jì)。

分子動(dòng)理論是一級(jí)主題“物質(zhì)”下二級(jí)主題“物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與物體的尺度”下的三級(jí)主題的內(nèi)容。執(zhí)教者分析課程標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求，結(jié)合教材分析，明確了本節(jié)課的核心學(xué)習(xí)任務(wù)是“建構(gòu)描述物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的分子模型，了解分子動(dòng)理論的基本觀點(diǎn)?！?/p>

2.物理觀念的建立與完善。

本節(jié)課需要建立的物理觀念是“物體是由內(nèi)部結(jié)構(gòu)的，物質(zhì)由微粒組成”。教學(xué)活動(dòng)中設(shè)計(jì)了大量體驗(yàn)性活動(dòng)與實(shí)驗(yàn)，例如“用放大鏡觀察素描炭筆在紙上畫的線”“聞香識(shí)物”“肥皂膜吸引棉線”等。學(xué)生從一系列的表象中能發(fā)現(xiàn)問題，收集證據(jù)，交流評(píng)估，這些活動(dòng)不僅培養(yǎng)了學(xué)生的探究能力，同時(shí)也為建立相應(yīng)的物理觀念提供了有效支撐。

3.問題鏈引動(dòng)學(xué)生思維。

本堂課中，各模塊內(nèi)都設(shè)計(jì)了數(shù)個(gè)學(xué)習(xí)活動(dòng)，各活動(dòng)之間都存在著一定的邏輯關(guān)系，為了使學(xué)生的思維活動(dòng)既連貫又不乏躍遷，將問題整合成具有內(nèi)在邏輯的問題鏈。通過問題鏈這種思維載體的設(shè)計(jì)，很好地解決了相關(guān)內(nèi)容的銜接與深化，使學(xué)生在觀察體驗(yàn)相關(guān)活動(dòng)之后，對(duì)相關(guān)內(nèi)容有更加深刻的思考，為學(xué)生自主建立和完善分子動(dòng)理論提供了思維上的線索。

4.科學(xué)思維的有效培養(yǎng)。

科學(xué)思維可以分解為模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等。本節(jié)課的模塊1，就是以選擇一種模型作為主要活動(dòng)內(nèi)容的。通過兩個(gè)實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生充分觀察與體驗(yàn)，從而思考教材給出的三種模型中，哪一種可以解釋實(shí)驗(yàn)中所觀察到的現(xiàn)象。在模塊2中，從學(xué)生所熟知的聞味道、紅墨水在水中散開逐步遷移至固體的擴(kuò)散現(xiàn)象，復(fù)寫紙實(shí)驗(yàn)成為知識(shí)遷移的有效媒介，不僅讓學(xué)生直觀感受了固體的擴(kuò)散現(xiàn)象，同時(shí)進(jìn)一步驗(yàn)證了溫度越高分子運(yùn)動(dòng)越劇烈的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。通過評(píng)估活動(dòng)，培養(yǎng)了學(xué)生質(zhì)疑創(chuàng)新的能力。在模塊3中，將重點(diǎn)放在分子間存在引力的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)中，通過讓學(xué)生對(duì)酒精與水混合實(shí)驗(yàn)的結(jié)論進(jìn)行科學(xué)推理，得到分子間存在斥力的結(jié)論。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)與評(píng)估，豐富和完善了分子動(dòng)理論的內(nèi)涵。

綜上所述，本堂課培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)的路徑，可以清晰地概括為：以單元統(tǒng)攝課時(shí)目標(biāo)、以活動(dòng)架構(gòu)單元主題;以形成物理觀念為落腳點(diǎn)、以科學(xué)探究為手段、以發(fā)展科學(xué)思維為重點(diǎn)。

（點(diǎn)評(píng)人：許幫正）