资源简介

跨学科实践活动2 制作模型并展示科学家探索物质组成与结构的历程（教学设计）
课题 课时安排
教材分析 本活动是人教版九年级上册化学跨学科核心实践内容，依托物质构成的奥秘单元核心知识，融合化学、物理、科学史、美术等多学科内容。以模型制作、史料梳理、成果展示为核心任务，串联原子结构迭代演变历程，将抽象微观粒子知识具象化。承接宏观物质认知，铺垫后续化学微观学习，是培养学生微观探析与科学思维的关键实践课程。
学情分析 九年级学生已初步掌握分子、原子的基础概念，具备简单实验探究和动手操作能力，对科学家探索故事兴趣浓厚。但学生微观想象能力薄弱，难以理解原子模型迭代的科学逻辑，对科学假说、实验推理的探究方法认知模糊。同时小组协作、成果展示的规范性不足，需通过任务驱动引导其深度参与实践探究。
核心 素养目标 宏观辨识与微观探析：借助模型搭建建立宏观物质与微观结构的关联。 科学思维：通过模型迭代梳理科学推理、假说验证的思维方法。 科学探究与创新意识：自主设计制作微观结构模型，锻炼实践创新能力。 科学态度与社会责任：体悟科学家求真务实、持之以恒的探索精神，树立严谨的科学探究理念。
重点 和难点 重点：梳理道尔顿、汤姆生、卢瑟福、玻尔等科学家探索物质结构的核心历程与成果，掌握微观粒子模型的制作方法，建立模型认知思维。 难点：理解原子结构模型不断迭代完善的科学本质，明晰科学探究循序渐进、基于证据不断修正的核心逻辑，实现跨学科知识的融合运用与实践创新。
教学过程
教学环节 教学活动 设计意图
导入新课 我们身边的万物皆由微观粒子构成，微小的原子肉眼无法观测，科学家却层层揭秘了它的结构。从古至今，人类对物质微观结构的探索从未停歇，一代代科学家不断猜想、实验、求证，修正完善认知。今天我们化身科学探究者，梳理探索历程、制作微观模型，直观解锁看不见的微观物质世界。 以任务驱动为核心，融合多学科知识，通过史料探究、模型制作、成果展示的递进式活动，化解微观知识抽象难点，落实核心素养，培养学生实践能力与科学精神。
讲授新课 （一）活动预热：初识微观探索，明确活动主题 在正式开展实践活动前，教师先带领学生回顾本单元所学的核心知识，夯实活动探究基础。引导学生自主梳理：我们已经知晓物质是由分子、原子等微观粒子构成的，原子是化学变化中的最小粒子，分子是保持物质化学性质的最小粒子。但在人类科学发展的漫长历程中，人们并非一开始就清晰认知微观粒子的结构与性质，对物质组成与结构的探索，是一场跨越数百年、代代传承的科学征程。 教师进一步拓展延伸，打破学生单一学科认知局限，体现跨学科融合特点。物理学科中我们学习过微观粒子的运动特点，历史学科中我们了解过近代科学的发展革新，美术学科的造型设计知识可以助力我们完成模型制作，本节课我们将整合多学科知识，完成化学专属跨学科实践任务。本次实践活动的核心目标不再是单纯记忆理论知识，而是亲身复刻科学探索过程，通过梳理史料、动手建模、展示交流，真正理解科学探究的本质。 随后教师明确本节课三大核心任务，让学生清晰课堂脉络，实现任务式学习。任务一：查阅梳理史料，系统整理人类探索物质组成与结构的完整历程，归纳各阶段核心科学家、实验依据、核心观点与模型特点。任务二：小组合作探究，利用生活化材料，制作不同阶段的原子结构模型，直观呈现模型的迭代变化。任务三：小组成果展示交流，互评优化模型，总结科学探索的思维与方法，深化模型认知素养。 （二）任务一：史料探究梳理——解码物质结构探索百年历程 本任务为课堂核心基础任务，旨在让学生摆脱碎片化的科学史认知，构建系统化、逻辑化的微观探索知识体系。教师提前为各小组发放整理好的科学史料素材包，包含道尔顿、汤姆生、卢瑟福、玻尔、现代科学家的探究实验、研究论文节选、时代科学背景等资料，同时开放课堂学习资源，引导学生结合教材内容自主探究、小组研讨。各小组以时间为线索，分工合作，梳理不同历史阶段的科学探索成果，完成探究表格的整理归纳。 首先引导学生探究近代原子学说的开端——道尔顿的实心球体原子模型。学生通过阅读史料可知，19世纪初，道尔顿基于大量的实验定量分析，首次提出了系统化的原子学说。在当时的科学条件下，无法观测到原子内部结构，道尔顿通过实验推理与合理假说，提出原子是不可再分的实心球体，同种原子性质和质量相同，不同原子结合形成化合物。教师引导学生思考：道尔顿的学说为何能成为近代化学的基础？学生研讨后总结，该学说首次将物质的宏观性质与微观原子建立关联，结束了人类对物质组成的模糊认知，为后续探索奠定了理论基础。同时引导学生辩证看待科学理论，该模型存在局限性，忽略了原子的可分性与内部结构。 接着探究原子可分性的重大突破——汤姆生葡萄干布丁模型。1897年，汤姆生通过阴极射线实验，发现了原子中存在带负电的电子，打破了道尔顿“原子不可再分”的固有认知，证明原子是可以再分的，内部存在更小的微观粒子。基于实验证据，汤姆生提出了葡萄干布丁模型，认为原子整体呈电中性，带负电的电子均匀镶嵌在带正电的原子实体中。教师组织学生小组讨论：相较于道尔顿模型，汤姆生模型的进步性体现在哪里？学生总结，该模型首次证实原子具有内部结构，颠覆了传统实心球体认知，推动微观探索进入全新阶段，但其局限性在于无法解释后续的原子散射实验现象，对正电荷的分布描述存在偏差。 随后引导学生探究原子结构的革命性突破——卢瑟福核式结构模型。1911年，卢瑟福开展了著名的α粒子散射实验，这是原子探索史上极具里程碑意义的实验。教师引导学生结合实验现象推理微观结构：绝大多数α粒子直接穿过金箔，说明原子内部绝大部分空间是空的；少数α粒子发生偏转，极少数原路反弹，说明原子中心存在体积极小、质量极大、带正电的原子核。基于精准的实验证据，卢瑟福提出核式结构模型，认为原子中心有原子核，电子在核外空间绕核运动。教师重点强调，该模型的核心价值在于建立了原子核与核外电子的分层空间认知，精准贴合实验证据，是原子结构认知的重大飞跃。 （三）任务二：实践动手制作——搭建迭代式原子结构模型 本任务是本节课的核心实践环节，旨在将抽象的科学史料、微观结构知识转化为直观的实物模型，锻炼学生动手实践、跨学科融合、小组协作的能力。教师提前准备丰富的生活化、多元化制作材料，包括彩色泡沫球、橡皮泥、细铁丝、棉线、硬纸板、颜料、牙签、塑料球等，学生也可使用自备材料，充分保障创作自主性。 教师明确模型制作的核心要求：一是真实性，严格贴合各阶段原子模型的核心结构特点，还原模型原貌；二是对比性，清晰呈现四代原子模型的迭代差异，突出每一代模型的创新点与改进点；三是规范性，模型结构清晰、比例协调、标识清晰，搭配简单的文字标注，说明模型对应的科学家、核心结构特点。同时划分小组制作分工，每组4-5人，分别负责模型设计、材料拼接、细节修饰、文字标注、成果彩排，保障高效协作。 第一阶段，制作道尔顿实心球体原子模型。学生选用纯色实心泡沫球或橡皮泥揉捏成规整球体，无需额外结构装饰。结合史料认知，该模型核心特点是无内部结构、不可再分、均匀实心，学生在模型旁标注模型名称、提出科学家、核心观点。制作过程中，教师引导学生思考，简单的实心模型为何能引领近代化学发展，让学生理解科学认知的循序渐进性。 第二阶段，制作汤姆生葡萄干布丁模型。学生选用大尺寸彩色球体作为带正电的原子整体，选取若干细小彩色小球作为电子，均匀粘贴在大球体表面，模拟电子镶嵌在正电实体中的结构。学生通过动手制作，直观感知该模型的结构特点，同时主动发现模型缺陷：电子均匀分布、无固定运动空间，无法解释后续实验现象，深刻理解模型的局限性。 第三阶段，制作卢瑟福核式结构模型。学生选用大质量小球作为原子核，利用细铁丝搭建空旷的外围空间，将细小电子球悬挂在铁丝框架中，模拟电子在核外空旷空间自由运动的状态。该模型重点突出“原子核体积极小、原子内部大部分为空”的核心特点，学生通过比例搭建，直观破解微观认知难点，理解α粒子散射实验的原理。 （四）任务三：成果展示互评——深化科学认知与素养落地 模型制作完成后，进入成果展示与互评环节，本环节旨在锻炼学生语言表达、逻辑梳理、互评思辨能力，实现知识内化与素养升华。各小组依次上台展示成果，由小组发言人完整讲解本组模型的制作思路、各代模型的结构特点、科学家探索历程、模型迭代的科学逻辑，以及制作过程中的思考与收获。 展示过程中，要求学生摆脱机械复述，结合自己的理解解读科学内涵。例如在讲解卢瑟福模型时，需关联α粒子散射实验现象，说明模型结构的实验依据；在对比四代模型时，需清晰阐述每一次迭代的改进之处与科学进步意义。每组展示结束后，预留互评时间，其他小组结合展示内容与模型质量，从科学性、规范性、创新性、完整性四个维度进行点评，肯定优点、指出不足，提出优化建议。 教师结合各小组展示与互评情况，进行系统性总结升华。首先肯定全体学生的实践成果，表扬小组协作、创新设计、精准梳理的优秀小组。其次整合全班认知，再次梳理核心逻辑：人类对微观物质结构的探索，是一个不断质疑、不断实验、不断修正、不断完善的过程，没有一蹴而就的科学结论，所有科学成果都源于严谨的实验证据与持之以恒的探索。道尔顿的开创性假说、汤姆生的突破创新、卢瑟福的实证革新、玻尔的优化完善、现代科学的精准认知，每一步都是科学精神的生动体现。 同时教师深化跨学科育人价值，引导学生总结本次活动的跨学科收获：化学学科的微观粒子知识、物理学科的实验探究方法、历史学科的科学发展脉络、美术学科的造型审美设计，多学科融合助力我们全方位完成探究任务。最后拓展延伸，鼓励学生树立科学探究思维，在今后的学习中，敢于质疑、乐于探究、注重实证，用科学的视角认识世界、探索未知。 本节课立足新课标跨学科实践教学要求，打破传统理论灌输的教学模式，以任务式驱动贯穿课堂全程，层层递进落实教学目标。结合九年级学生微观思维薄弱的认知特点，将抽象的原子结构、科学探索历程转化为史料探究、动手建模、成果展示的具象化活动，有效化解教学难点。融合化学、物理、历史、美术多学科知识，培养学生跨学科融合应用能力。同时依托科学史渗透科学态度与精神，让学生在实践中掌握模型认知、实证推理的科学思维，实现知识掌握、能力提升、素养落地的三维育人目标，契合初中化学核心素养的培育要求。
板书设计 跨学科实践活动2 制作模型并展示科学家探索物质组成与结构的历程 一、探索历程（模型迭代） 1. 道尔顿：实心球体模型→原子不可再分（近代原子学说基础） 2. 汤姆生：葡萄干布丁模型→发现电子，原子可分 3. 卢瑟福：核式结构模型→原子核+核外空旷空间（α粒子散射实验） 4. 玻尔：分层轨道模型→电子分层固定运动 二、核心探究方法 科学假说→实验验证→推理分析→修正完善 三、活动核心收获 模型认知、微观探析、实证思维、科学精神、跨学科融合
作业布置 完成分层作业
教学反思

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