九年级化学上册第三单元课题1分子与原子（第1课时）教学设计

九年级化学上册第三单元课题1分子与原子（第1课时）教学设计

一、教学背景与整体分析

（一）教材内容与地位剖析

本课题选自上海教育出版社九年级化学上册第三单元《物质构成的奥秘》的第一课题。从教材的整体知识结构来看，第一、二单元带领学生走进了化学世界，学习了化学变化、性质及基础的实验技能，建立了对化学学科的宏观初步认识。本单元则开启了从宏观世界迈向微观世界的大门，是学生认识观念发生根本性转变的关键节点。分子和原子作为构成物质的基本微粒，是贯穿整个化学学科知识体系的核心概念，是后续学习元素、化学式、化学方程式、物质结构等内容的基石。本课时作为微观世界的“启蒙课”，其成功与否直接关系到学生能否顺利建立起“宏观辨识与微观探析”这一化学核心素养的思维模型。

（二）学情现状与认知基础

九年级学生正处于形象思维向抽象逻辑思维过渡的关键期。在物理和生物学科中，他们对“物质是由微小粒子构成的”可能已有模糊的感性认识。在生活中，他们能够感知到花香四溢、湿衣服晾干等宏观现象。然而，将宏观现象与微观粒子的运动建立逻辑联系，并准确理解分子、原子的抽象概念及其特性，对他们而言存在显著的认知挑战。学生容易将微观粒子想象为宏观的、静止的固体小球，难以理解其“小”、“动”、“隙”的特性，更难以把握分子与原子的区别和联系。因此，教学设计的核心在于搭建从宏观到微观、从现象到本质的认知脚手架，通过丰富的实证活动和可视化的手段，引导学生进行科学的推理与想象。

（三）核心素养培育指向

本教学设计旨在超越传统知识传授，聚焦于学生化学核心素养的融合发展。

其一，宏观辨识与微观探析：通过设计递进式的探究活动，引导学生从宏观可观测的现象出发，运用推理、想象和模型等方法，探寻其微观本质，初步建立“结构决定性质，性质决定用途”的化学观念雏形。

其二，证据推理与模型认知：强调“结论需有证据支持”，在每一个微观结论得出前，都安排相应的宏观实验或事实作为证据。同时，引入并批判性地使用球棍模型、动画模拟等多种模型，帮助学生建构、理解并修正对微观世界的认知模型。

其三，科学探究与创新意识：将部分验证性实验改造为探究性活动，鼓励学生基于现象提出猜想、设计简易方案、合作进行探究，并在交流反思中提升科学探究的能力与品质。

其四，科学态度与社会责任：通过介绍科学家探索物质构成的漫长历程，体会科学研究的艰辛与乐趣，培养严谨求实的科学态度。通过讨论微观知识在纳米科技、污染防治等领域的应用，感悟化学对社会发展的价值。

二、教学目标确立

基于课程标准、教材分析和学情研判，确立以下三维整合的教学目标。

（一）观念与知识层面

1.通过实验观察与推理分析，认识物质是由分子、原子等微观粒子构成的。

2.能准确列举并解释说明分子（原子）的基本特性：体积与质量极小、不断运动、粒子间存在间隙。

3.能准确表述分子的定义：分子是保持物质化学性质的最小粒子。

4.能从分子角度初步认识物理变化与化学变化的本质区别。

5.初步建立原子是化学变化中最小粒子的认识。

（二）能力与方法层面

1.初步学习运用“宏观现象—微观解释”的思维方法分析实际问题，发展抽象思维和逻辑推理能力。

2.体验“提出猜想—实验验证—分析归纳—得出结论”的科学探究一般过程。

3.初步学会运用对比、类比等方法辨析相关概念（如分子与原子，物理变化与化学变化的微观本质）。

（三）情感态度与价值观层面

1.在探究微观世界奥秘的过程中，激发对化学学习的好奇心与求知欲。

2.感受通过科学推理和实验揭开自然现象本质的理性之美，培养严谨求实的科学态度。

3.初步体会物质无限可分与人类认识有限的辩证关系。

三、教学重难点研判

（一）教学重点

1.分子、原子客观存在的证据认识。

2.分子（原子）基本特性的归纳与应用。

3.从分子角度理解物理变化与化学变化的本质区别。

（二）教学难点

1.微观粒子抽象概念的建立及其特性的微观想象。

2.对“分子是保持物质化学性质的最小粒子”这一概念的深刻理解。

3.初步建立“在化学变化中，分子可分而原子不可分”的认知模型。

四、教学策略与方法选择

（一）教学策略

1.证据驱动策略：整堂课以“寻找证据”为主线，所有关于微观粒子的结论都力求有宏观实验现象、生活事实或科学史实作为支撑，培养学生“言必有据”的科学思维习惯。

2.可视化策略：充分利用高清图像（如扫描隧道显微镜拍摄的分子图像）、三维动画模拟、分子结构模型等，将不可见的微观世界具象化，降低认知负荷。

3.认知冲突策略：精心设计产生认知冲突的情境（如等体积水与酒精混合后总体积变小），激发学生深入思考，推动概念建构。

4.模型建构与解构策略：引导学生动手拼接分子模型，理解其结构；再通过对模型的分析与拆分，理解化学变化的微观过程，建立动态的、可操作的微观模型认知。

（二）教学方法

以启发式教学法、探究式教学法为主，辅以讲授法、讨论法、实验法（演示实验与分组探究相结合）。采用“情境激疑—活动探究—模型建构—迁移应用”的教学流程。

五、教学资源与环境准备

（一）实验试剂与仪器

教师演示实验：品红颗粒、蒸馏水、烧杯、玻璃棒；浓氨水、酚酞溶液、大小烧杯、棉花、胶头滴管；酒精、水、量筒（规格相同，带橡胶塞）、注射器（或玻璃管）、红墨水。

学生分组探究实验：每组准备品红颗粒、热水、冷水各一杯；酒精、水、注射器（或细玻璃管）；黄豆、小米、量筒。

（二）数字化与多媒体资源

1.高分辨率的扫描隧道显微镜（STM）图像：苯分子、硅原子图像。

2.自制或精选的微观粒子运动三维模拟动画：品红扩散、氨分子运动、水的蒸发与冷凝、氧化汞受热分解等。

3.分子结构交互式软件（如Avogadro或Jmol简化演示）。

4.教学课件（包含关键问题链、核心结论、对比图表等）。

（三）模型与学具

球棍模型：水分子（H2O）、氧气分子（O2）、氢气分子（H2）、氧化汞分子（HgO）等简易模型。

六、教学过程详细设计与实施

（一）情境导入：叩开微观世界之门（约8分钟）

师生活动：

教师展示一幅壮丽的星空图片和一幅用扫描隧道显微镜拍摄的硅原子排列图片。

教师设问：同学们，我们仰望星空，感叹宇宙的浩瀚无垠。然而，在我们身边的物质世界里，是否也存在一个同样神奇而精妙的“小宇宙”呢？这张图片展示的，是科学家用特殊仪器“看见”的硅材料表面的原子。今天，我们就将化身科学探险家，一同潜入这个构成万物的、肉眼不可见的微观世界。

随后，教师进行演示实验【实验3-1】：向静置的盛有水的烧杯中央，轻轻投入一粒品红。请学生从不同角度持续观察现象。

学生描述：品红颗粒在水中缓缓下沉，同时向四周“飘散”出红色丝状痕迹，最终将整杯水都染成均匀的红色。

教师追问：品红并没有被搅拌，它为什么能自发地、均匀地分散到整杯水中？是什么力量或是什么东西在起作用？请大胆提出你的猜想。

学生可能的猜想：水分子在运动？品红自己会“跑”？水里有一种看不见的东西在搬运它……

教师引导：科学探究始于猜想，但成于证据。我们需要设计更多的实验来检验这些猜想的合理性。这个“看不见的东西”，科学家称之为“分子”。让我们沿着科学家的足迹，一起去寻找分子存在的证据。

设计意图：

以宏观宇宙与微观世界的类比切入，营造神秘感和探索欲。品红扩散实验现象直观、美丽且极具启发性，能迅速引发学生的认知冲突（无人为搅拌却均匀扩散），自然驱动学生产生探究微观本质的欲望。将“分子”作为一个待验证的猜想提出，而非直接告知，符合科学发现的逻辑，奠定了本节课“证据推理”的基调。

（二）活动探究一：寻觅分子存在的踪迹（约15分钟）

师生活动：

1.证据一：来自生活的直觉

教师引导学生列举生活中类似品红扩散的现象：远处闻到花香、樟脑丸日久变小、湿衣服晾干、糖放入水中消失而水变甜等。师生共同分析这些现象的共同点：物质在无人为干预下，自发地分散或“消失”到另一种物质或空气中。

教师引导推理：这些现象强烈暗示，物质似乎是由许多我们看不见的、能够自由运动的“小单元”构成的。它们从集中处运动到分散处，从而导致了宏观的扩散现象。

2.证据二：来自现代科技的“慧眼”

教师展示扫描隧道显微镜（STM）拍摄的苯分子和硅原子真实图像。简要介绍STM的工作原理（利用量子隧穿效应感知表面电子密度，形成图像），强调这是人类历史上第一次真正“看见”原子和分子的排列。让学生明确：分子和原子不是假说，而是经过现代科技实证的客观存在。

3.证据三：来自实验的强有力证明——分子运动现象

教师布置学生分组探究实验【活动与探究1】：取等量的热水和冷水各一杯，同时投入等量的品红颗粒，对比观察扩散的快慢。

学生观察并汇报：热水中的品红扩散速度远远快于冷水。

教师追问：这个对比实验说明了什么？温度对“小单元”的运动有何影响？

学生分析归纳：温度越高，构成物质的这些“小单元”（分子）运动得越快。这反过来也证明了它们的运动是导致扩散现象的原因。

教师演示创新实验【氨的扩散】：在一个大烧杯内壁不同高度贴上四条用酚酞溶液润湿的滤纸条。将一小团蘸有浓氨水的棉花放置于烧杯底部，迅速用一个大烧杯罩住。学生观察滤纸条变红的顺序。

学生观察：从下往上的滤纸条依次变红。

教师引导学生推理：氨水具有挥发性，挥发出的氨分子在空气中运动，遇到了酚酞溶液使其变红。变红的顺序从下往上，说明了氨分子在不受外力时，其运动方向是怎样的？（无规则运动，但受到重力影响，总体趋势向下扩散）。这个实验巧妙地“可视化”了不可见气体的分子运动路径。

设计意图：

从生活经验到科技实证，再到控制变量的对比实验和现象明显的创新实验，构建了一个多层次、强说服力的证据链。分组实验让学生亲身参与，获得直接经验；氨分子运动的创新设计，将抽象的分子运动转化为可见的颜色变化序列，极具思维冲击力，深化了学生对分子“不断运动”且运动受温度影响这一特性的理解。

（三）概念建构一：初识分子的基本特性（约10分钟）

师生活动：

基于以上探究证据，教师引导学生阅读教材并进行小组讨论，系统归纳分子的特性。

1.分子的体积和质量都很小。

证据支撑：举例说明，如1滴水中大约有1.67×10^21个水分子；如果让10亿人来数1滴水中的水分子，每人每分钟数100个，需要数3万多年。以此帮助学生建立数量级概念，感受其“小”。

2.分子总是在不断运动。温度越高，分子运动速率越快。

证据支撑：品红扩散、花香四溢、氨分子运动实验及热水冷水对比实验。

3.分子之间存在着间隔。

教师演示实验【实验3-2】：向一端封口、中间有一段空气柱的注射器中吸入等体积的水和酒精，堵住注射器口，将液体混合，观察体积变化。

学生观察：混合后液柱长度明显缩短，总体积小于混合前水和酒精的体积之和。

教师引发认知冲突：物质似乎“消失”了一部分？这怎么可能？请结合“分子间有间隔”的观点，尝试用黄豆和小米的混合进行类比模拟。

学生进行类比实验：取半量筒黄豆和半量筒小米，将小米倒入黄豆的量筒中，观察总体积变化。发现总体积小于两体积之和，因为小米填充了黄豆之间的空隙。

教师引导迁移：酒精分子和水分子大小不同，混合时，一种分子会部分嵌入另一种分子的间隙中，导致总体积减小。这说明，不仅气体分子间有空隙（易被压缩），液体、固体分子间同样存在间隙。

设计意图：

特性归纳建立在坚实的证据之上，使学生理解这些结论并非空中楼阁。对于“分子间有间隔”这一难点，通过混合实验制造认知冲突，再用宏观的类比实验进行桥接，有效化解了学生的理解障碍，实现了从宏观模拟到微观本质的思维跨越。

（四）深度探究与模型建构：从分子到原子（约20分钟）

师生活动：

1.设问深化：分子是构成物质的唯一小微粒吗？分子能否再分？

教师播放氧化汞受热分解的实验视频（或动画模拟）：红色的氧化汞粉末在加热条件下，生成银白色的液态金属汞和能使带火星木条复燃的氧气。

教师提出问题链：

变化前是什么物质？（氧化汞）变化后是什么物质？（汞和氧气）这是物理变化还是化学变化？（化学变化，因为生成了新物质）

在化学变化中，氧化汞的化学性质是否保持？（不再保持，它变成了汞和氧气，性质完全不同）

那么，保持氧化汞化学性质的“最小粒子”是什么？（氧化汞分子）

这个氧化汞分子在加热时发生了什么？（分解了，变成了更小的汞和氧的粒子）

这些更小的粒子（汞粒子、氧粒子）还能保持氧化汞的化学性质吗？（不能）

2.模型操作与概念生成：

教师发放氧化汞分子（HgO）、汞原子（Hg）、氧分子（O2）的球棍模型。

学生活动：以小组为单位，模拟氧化汞受热分解的过程：将一个“氧化汞分子”模型拆开，得到“汞原子”和“氧原子”模型。再将两个“氧原子”模型组合成一个“氧分子”模型。

教师引导分析：在变化中，氧化汞分子被破坏，分成了汞原子和氧原子。汞原子直接聚集成金属汞，氧原子重新组合成氧分子。在这个变化中，什么微粒发生了改变？（氧化汞分子、氧分子）什么微粒没有改变？（汞原子、氧原子本身）

师生共同总结：

分子的定义：分子是保持物质化学性质的最小粒子。强调“化学性质”和“最小”。

原子的定义：原子是化学变化中的最小粒子。强调“化学变化中”，原子在化学变化中不可再分。

物理变化与化学变化的微观本质：物理变化中，分子本身不变，只是分子间的距离、排列方式或运动状态改变；化学变化中，分子分裂为原子，原子重新组合成新的分子。

3.完善物质构成关系：

教师总结并板书物质构成的简要关系：有些物质由分子构成（如水、氧气、二氧化碳）；有些物质直接由原子构成（如金属、稀有气体、金刚石）。分子由原子构成。

设计意图：

这是本节课概念建构的巅峰和难点突破环节。以典型的化学变化（氧化汞分解）为分析对象，通过问题链将宏观反应现象、物质性质变化与微观粒子拆分重组紧密关联。学生动手操作分子模型，将抽象的“分子可分”、“原子重组”过程具体化、动作化，深刻理解了分子和原子的定义及其在化学变化中的行为差异，顺利建构起物理变化与化学变化的微观本质模型。

（五）迁移应用与巩固内化（约10分钟）

师生活动：

1.解释应用：请用分子、原子的观点解释下列现象。

（1）铁路工人在铺设铁轨时，为什么在相邻钢轨间留有一定空隙？（固体分子间也有间隔，温度升高时分子运动加剧，间隔增大，不留空隙会导致钢轨变形。）

（2）湿衣服在阳光下比在阴凉处干得快。（温度越高，水分子运动速率越快，越快脱离衣服表面扩散到空气中。）

（3）水蒸发和水电解生成氢气、氧气，从微观角度看，两者本质有何不同？（水蒸发是物理变化，水分子本身不变，只是分子间距离增大，运动加剧；水电解是化学变化，水分子分解为氢原子和氧原子，原子重新组合成氢分子和氧分子。）

2.概念辨析：判断下列说法是否正确，并说明理由。

（1）分子是保持物质性质的最小粒子。（错误，应是“化学性质”。物理性质如状态、密度等需大量分子聚集才能体现。）

（2）原子在化学变化中不能再分，是最小的粒子。（错误，“最小”是有条件的，是“化学变化中的最小粒子”，用其他方法原子还能再分。）

（3）气体比液体容易压缩，是因为气体分子比液体分子小。（错误，主要原因是气体分子间间隔远大于液体。）

3.拓展思考：展示一幅由无数相同小正方形像素点构成的简单图案。

教师引导：这幅图案由基本的“像素点”构成。同学们能否用这个“像素模型”，来类比说明我们今天学的“物质”、“分子”、“原子”之间的关系？（学生讨论：整幅“图案”好比一种“物质”，其中重复出现的一个“基本图形单元”好比“分子”，而构成这个“基本图形单元”的最小“像素点”好比“原子”。）

设计意图：

通过解释生活现象和辨析易错概念，促进学生对分子原子特性及概念内涵的深度理解和灵活应用，实现知识从接受、理解到分析、评价的认知层级跃迁。最后的“像素模型”类比，提供了一个跨学科的认知支架，帮助学生从信息角度反思物质构成的层次性，深化模型认知。

（六）课堂总结与课后延伸（约7分钟）

师生活动：

1.学生自主梳理：请学生用思维导图或知识网络图的形式，梳理本节课的核心概念（分子、原子）及其关系、分子的基本特性、物理变化与化学变化的微观本质。

2.教师升华：今天我们像侦探一样，通过宏观的蛛丝马迹（现象），运用推理和实验，揭示了微观世界的初步图景。分子和原子的发现史，是科学史上最激动人心的篇章之一，从德谟克利特的古代原子猜想到道尔顿的原子论，再到阿伏伽德罗的分子学说，经历了两千多年的争论与探索。科学的发展永无止境，今天我们认识的“原子”也并非终极的“最小”，里面还有一个更为奇妙的粒子世界等待探索。

3.布置分层作业：

基础性作业：完成教材配套练习，用分子的观点解释至少三个生活现象。

实践性作业：【家庭小实验】取两个相同玻璃杯，一杯倒入可乐，一杯倒入等体积的雪碧（或苏打水），观察杯壁外侧的水珠出现速度和多少有何不同？尝试用分子运动的观点进行猜想和解释。

拓展性作业：查阅资料，了解扫描隧道显微镜（STM）或原子力显微镜（AFM）的基本原理及其在纳米科技中的应用，写一篇200字左右的简要介绍。

设计意图：

学生自主构建知识网络，将零散知识点系统化、结构化。通过科学史的简述，赋予知识以人文厚度，培养学生科学探索精神。分层作业满足不同层次学生需求，实践性作业将探究延伸至课外和生活，拓展性作业引导学生关注科技前沿，激发持久的学习兴趣。

七、板书设计纲要

（左侧主板书区域）

第三单元课题1分子与原子（第1课