物質(zhì)構(gòu)成的奧秘淮陰中學(xué)新城校區(qū)趙蘇青一、【教學(xué)目標(biāo)】1、基于化學(xué)史，了解科學(xué)家探究物質(zhì)構(gòu)成奧秘的過程和方法，并提高獲取信息的能力2、通過化學(xué)史了解水不是元素而是一種物質(zhì)，并學(xué)會探究水的組成3、通過化學(xué)史認(rèn)識水的構(gòu)成不是水原子而是水分子，體會知識的形成過程、科學(xué)驗證方法和邏輯推理。4、結(jié)合科學(xué)實驗和邏輯推理認(rèn)識水分子在物理變化、化學(xué)變化中的變化情況5、結(jié)合生活實例分析微粒的基本性質(zhì)二、【教學(xué)重點】1、基于化學(xué)史的推進(jìn)，了解科學(xué)家探究物質(zhì)構(gòu)成奧秘的過程和方法2、掌握研究物質(zhì)組成的一般方法3、通過化學(xué)史認(rèn)識水組成和構(gòu)成的知識形成過程，形成正確的化學(xué)基本概念三、【教學(xué)難點】1、總結(jié)研究物質(zhì)組成的一般方法2、理解化學(xué)史中關(guān)于“水的構(gòu)成”的邏輯推理和分析四、【教法學(xué)法】講故事，合作探究，小組討論五、【教學(xué)思路】分析本課的編排順序。以古希臘時期“四元素說”認(rèn)為“水是一種元素”到“2014年北京大學(xué)用掃描隧道顯微鏡觀察到水分子結(jié)構(gòu)，第一次用客觀事實說明水的構(gòu)成”的發(fā)展軌跡為知識線和探究線。通過講故事這一教學(xué)策略，讓學(xué)生跨越時空與科學(xué)家進(jìn)行對話，和科學(xué)家一同經(jīng)歷矛盾、困惑、頓悟，體驗追求真理過程所需要的堅持不懈與努力。水分子的變化。水分子的變化。四元素說卡文迪許發(fā)現(xiàn)可燃空氣燃燒生成水。拉瓦錫高溫分解水得氫氣和氧氣。蓋·呂薩克提出同溫同壓下，等體積氣體含等數(shù)目原子。尼克爾森電解水。阿伏加德羅提出分子概念，同溫同壓下，等體積氣體含等數(shù)目分子。北京大學(xué)團(tuán)隊用掃描隧道顯微鏡觀察到水分子。古代1766178218001803180518112014水不是元素，是物質(zhì)。水由氫、氧元素組成。水的構(gòu)成不是水原子而是水分子。水的化學(xué)式。水分子的性質(zhì)。道爾頓提出原子論。圖1三維坐標(biāo)描述水構(gòu)成奧秘的發(fā)展歷史及相應(yīng)的探究和化學(xué)理論的演變六、【教學(xué)過程】【引入】先來欣賞一組圖片【教師】地球之美，美在有水，水，孕育了人類文明。那么，你對水有哪些了解呢？(設(shè)計意圖：創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，精美圖片吸引學(xué)生注意力，從地球水，到中國水，再到淮安水，而“淮水安瀾”又是“淮安”這座城市的精美名片。這樣的意境可以彰顯家鄉(xiāng)自豪感和學(xué)習(xí)親切感，突顯學(xué)習(xí)意義，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。)【教師】從化學(xué)角度，你對水還有怎樣的認(rèn)識呢？(設(shè)計意圖：由生活轉(zhuǎn)向化學(xué)，實現(xiàn)思維的遷移。把握學(xué)情，鋪墊后續(xù)教學(xué)。)【教師】同學(xué)們對水的了解還是很多的?！窘處煛靠催@幅圖，猜猜看它是哪種微粒？【學(xué)生】水分子【教師】這是2014年北京大學(xué)用掃描隧道顯微鏡拍攝的，是世界上第一次讓人們看到了水分子，也是第一次讓水的構(gòu)成有了客觀事實的依據(jù)。這就奇怪了，2014年以前，人們是怎么知道水的構(gòu)成奧秘的？關(guān)于這個問題，我們嘗試從化學(xué)史中領(lǐng)悟一點點，不過也只是一點點，因為科學(xué)探究的艱辛與演變是無法一語道盡的。(設(shè)計意圖：把教學(xué)的著眼點從關(guān)注后端（知識結(jié)論）變?yōu)殛P(guān)注前端（知識結(jié)論的生成過程），通過化學(xué)史的演變和更替來解構(gòu)化學(xué)的概念和理論。)一“話”水的組成【教師】古代，人們認(rèn)為水是組成物質(zhì)的一種元素，不可再分。如古希臘哲學(xué)中的“四大元素說”，中國的“五行說”，印度的“四大種說”，這種思想根深蒂固，一代又一代的流傳，直到1766年，卡文迪許的研究，才撕開謊言的口子。【視頻】我是卡文迪許，1731年出生于法國尼斯，后移居英國，在我父親的實驗室做助手。我非常靦腆，不愛交際，畢生時間投身于科學(xué)研究，后成為一名化學(xué)家和物理學(xué)家。1766年，我偶然發(fā)現(xiàn)，將鋅粒加入稀硫酸中會產(chǎn)生一種無色氣體，這種氣體與空氣混合點燃，會發(fā)生巨大威力的爆炸，我把這種氣體命名為“可燃空氣”。這項發(fā)現(xiàn)動搖了當(dāng)代科學(xué)界的認(rèn)知，也給古希臘“四元素說”以致命一擊，你知道原因嗎?（設(shè)計意圖：為保證學(xué)習(xí)的有效性，此處設(shè)計有三點：1.與科學(xué)家對話。以卡文迪許的口吻與學(xué)生對話，交流所思、所想，增添親近感。2.與同學(xué)對話。視頻錄制選用本班學(xué)生，更能增強(qiáng)親近感，吸引關(guān)注，激發(fā)思考。3.與歷史對話。在教學(xué)設(shè)計時，有意將歷史簡化，問題簡化，將科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的關(guān)鍵問題轉(zhuǎn)化為學(xué)生可以參與研究的問題。）【教師】要想知道原因，最好的方法是做什么?【學(xué)生】實驗【實驗】我們來重現(xiàn)卡文迪許的實驗，先將鋅粒放入試管，再加入稀硫酸，將導(dǎo)管口浸有肥皂泡，待肥皂泡變大，甩開，點燃?xì)馀?，你觀察到什么現(xiàn)象？收集一試管氣體，將燃著木條伸入試管，你觀察到什么現(xiàn)象？【學(xué)生】有爆鳴聲，試管內(nèi)壁有水霧。【提問】你覺得這“水霧”可能來源于哪兒？【學(xué)生】可能是氫氣燃燒生成的水?！緦W(xué)生】可能是空氣中原有的水蒸氣?！窘處煛看蠹业南敕ê苜N近當(dāng)時化學(xué)家的思維了。在這之后的第14年，也就是1782年，拉瓦錫是如何思考的呢？（設(shè)計意圖:教師通過理順化學(xué)史料的時間線索，讓學(xué)生認(rèn)識到科學(xué)家對水的認(rèn)識歷程與現(xiàn)有學(xué)生認(rèn)識的不同，凸顯探討的價值，從而讓學(xué)生對后續(xù)的教學(xué)產(chǎn)生強(qiáng)烈的興趣和好奇心。)【視頻】我是拉瓦錫，1743年出生于法國巴黎。一次偶然機(jī)會，卡文迪許的助手訪問巴黎，將卡文迪許這一成果告訴我，我馬上意識到這一反應(yīng)正是氧化說的有力佐證。不過我覺得還應(yīng)該排除空氣中其他因素的干擾，可以把生成的水分解，就像波義耳研究空氣那樣，先讓汞消耗氧氣，再把氧化汞分解。1782年，我將水蒸氣通過1050℃下的高溫金屬管，重新獲得了氫氣和氧氣。那么，你還認(rèn)為水是一種元素嗎？【教師】從卡文迪許到拉瓦錫，你還覺得水是一種元素嗎？【學(xué)生】不是【教師】水是一種物質(zhì)【提問】水由什么元素組成？你是如何進(jìn)行研究思考的？請小組討論，并盡量將你的答案升華至一類方法的層次。【分組活動】先獨立思考，再小組討論，匯報【學(xué)生】氫氣和氧氣反應(yīng)生成水，氫氣含氫元素、氧氣含氧元素，所以水含氫、氧元素。【學(xué)生】水分解產(chǎn)生氫氣和氧氣，氫氣含氫元素、氧氣含氧元素，氫氣燃燒生成水，所以水含氫、氧元素?！痉纸M活動】先在導(dǎo)學(xué)案寫出兩個反應(yīng)的文字表達(dá)式點燃點燃【板書】氫氣+氧氣→水氫元素氧元素11050℃水→氫氣+氧氣氫元素氧元素【教師】小結(jié)：研究物質(zhì)組成的思維方法：A+B+···=XX是由A+B+···中的全部元素組成的。我們把這種方法叫“化合法”。【教師】小結(jié)：X=A+B+···X是由A+B+···中的全部元素組成的。我們把這種方法叫“分解法”?！窘處煛壳叭嗽詷洌笕顺藳?。時間來到1800年，英國科學(xué)家尼科爾森成功的在常溫下對水進(jìn)行了通電分解。后來，霍夫曼又對裝置進(jìn)行了簡化改進(jìn)，才有了現(xiàn)如今廣泛使用的霍夫曼電解器。【過渡】而且他們大都還嘗試對水分解進(jìn)行定量測定，會測出什么結(jié)果呢？【學(xué)生】水的化學(xué)式H2O,水由水分子構(gòu)成。（設(shè)計意圖：通過有機(jī)整合和編排史實，抓住化學(xué)史中關(guān)鍵的順承點和沖擊點鋪陳故事，使學(xué)生在傾聽、質(zhì)疑中，充分體驗物質(zhì)構(gòu)成奧秘的發(fā)現(xiàn)歷程，領(lǐng)略科學(xué)家研究微觀世界的假說、實驗、模型等方法，激發(fā)對物質(zhì)構(gòu)成奧秘的認(rèn)知和情感，內(nèi)化為自己的能力和方法。）二“話”水的構(gòu)成【教師】在探究水的構(gòu)成歷史上，呈現(xiàn)了百家爭鳴的盛況，其中被認(rèn)可的理論發(fā)展史上出現(xiàn)了這幾位重量級人物：道爾頓、蓋·呂薩克，阿伏伽德羅等。【教師】道爾頓，我們應(yīng)該最熟悉，他提出了什么理論？【學(xué)生】原子論【教師】你知道原子論的主要內(nèi)容嗎?【學(xué)生】原子是實心的，原子很小等【教師】我節(jié)選了原子論的部分觀點，請閱讀?！緦W(xué)生】物質(zhì)由原子組成，原子非常微小，原子在化學(xué)變化中不可分，化合物的“原子”叫“復(fù)雜原子”。【教師】道爾頓在當(dāng)時的物理、化學(xué)界有著超然的地位，他的原子論更是幾乎無人能撼動，所以在1805年發(fā)生了一件妙事，一起來看看?！旧w·呂薩克】我用電火花點燃?xì)錃夂脱鯕獾幕旌衔铮l(fā)現(xiàn)氫氣、氧氣、水蒸氣的體積比永遠(yuǎn)是2：1：2?；诖罅坑嘘P(guān)氣體反應(yīng)的實驗，又歸納了其他化學(xué)家所做的氣體實驗得出規(guī)律：同溫同壓下，相同體積的氣體含有相同的原子數(shù)。按照道爾頓的思想，我推測2個氫原子和1個氧原子生成2個水原子。如果用小球表示氫氧原子，你能嘗試表示出水原子嗎?【學(xué)生】先獨立思考，再小組討論，匯報【引導(dǎo)】（若學(xué)生回答不出再引導(dǎo)）2個水原子各成分應(yīng)該相同吧，應(yīng)該會含幾個氫原子？幾個氧原子呢？【學(xué)生】1個氫原子、半個氧原子（設(shè)計意圖:“半個原子”是本節(jié)課的一個難點，對學(xué)生來說是一個非常陌生的概念，大部分學(xué)生也許能想到，但不敢確定這一猜想。所以，教學(xué)中教師要引導(dǎo)學(xué)生大膽假設(shè)，敢于批判，讓學(xué)生對化學(xué)知識、化學(xué)史的理解可以向更深層次遞進(jìn)。）【分組活動】老師給每組準(zhǔn)備了圓形貼紙分別表示氫原子、氧原子（展示），請在導(dǎo)學(xué)案上表示該微觀反應(yīng)過程。【展示】展示作品，再討論【教師】你覺得蓋·呂薩克會得出什么結(jié)論呢？【學(xué)生】化學(xué)變化中原子發(fā)生分裂【教師】投影蓋·呂薩克觀點【教師】蓋·呂薩克很興奮，他想我擴(kuò)充了原子論的內(nèi)容！但是道爾頓卻并不同意，他非常氣憤的駁斥了蓋·呂薩克的觀點，你知道為什么嗎?【學(xué)生】道爾頓認(rèn)為化學(xué)變化中原子不可再分?！窘處煛坑⑿鬯娐酝?。（投影道爾頓的觀點）【過渡】道爾頓和蓋·呂薩克各執(zhí)一詞，矛盾呈現(xiàn)白熱化時，1811年，我們等來了救星----阿伏加德羅，他提出了分子概念。即：氫氣、氧氣、水均由分子構(gòu)成。氣體是雙原子分子。相同條件下，同體積氣體含同數(shù)目分子?！窘處煛磕敲?個氫原子應(yīng)該換成什么？請你來完善推理過程?！緦W(xué)生】2個氫分子+1個氧分子=2個水分子【分組活動】請在導(dǎo)學(xué)案上，用微觀小球表示反應(yīng)過程。【展示】展示作品?！窘處煛楷F(xiàn)在看來，矛盾解決了嗎？【學(xué)生】解決了?！窘處煛克臉?gòu)成不再是原子，而是水分子?！窘處煛康?，由于當(dāng)時的人們對道爾頓原子論的絕對信服，導(dǎo)致分子學(xué)生被冷藏了50多年，直到1860年，阿伏加德羅的徒弟----康尼查羅，重新論證并確認(rèn)了分子學(xué)說的正確性。經(jīng)過幾位科學(xué)家的思想碰撞，最終形成了完善的原子-分子論，即有的物質(zhì)由原子構(gòu)成，比如？（學(xué)生舉例），有的物質(zhì)分子構(gòu)成，比如？（學(xué)生舉例），當(dāng)然，我們現(xiàn)在還應(yīng)該知道有的物質(zhì)由離子構(gòu)成，比如?(學(xué)生舉例)。三“話”水的化學(xué)式【過渡】從阿伏加德羅的推理中，你可以推出水分子的化學(xué)式嗎？【學(xué)生】H2O【教師】那么一個水分子由什么構(gòu)成?【學(xué)生】1個水分子由2個氫原子1個氧原子構(gòu)成。【教師】2014年北大團(tuán)隊的發(fā)現(xiàn)也給這一邏輯推理提供了強(qiáng)有力的佐證。請閱讀北大團(tuán)隊是怎么做到的?！颈贝髨F(tuán)隊】2014年，我們選取氯化鈉作拍攝襯底，用掃描隧道顯微鏡拍攝到了單個水分子。四“話”水分子的變化【教師】根據(jù)阿伏加德羅觀點，你能判斷出水電解過程中水分子會發(fā)生怎樣的變化嗎？【學(xué)生】水分子分解成氫原子、氧原子，氫原子重新組成成氫分子，氧原子重新組合成氧分子。【教師】化學(xué)變化中的最小微粒是？【學(xué)生】原子【教師】恰好符合道爾頓的“化學(xué)變化中原子不可分觀點”?！窘處煛磕敲次锢碜兓性印⒎肿訒趺醋兓?？以水煮沸為例?！緦W(xué)生】水分子間隙變大，水分子種類和個數(shù)不變。（設(shè)計意圖：化學(xué)史融入教學(xué)提問環(huán)節(jié)，豐富教學(xué)背景，明確學(xué)習(xí)背景和研究方向。）五“話”水分子的性質(zhì)【教師】水分子有哪些性質(zhì)？你是如何獲知這一性質(zhì)的？【學(xué)生】小、動、隙【學(xué)生】濕衣服曬干，水消失不見，既說明水分子“小”，又說明水分子是不斷運(yùn)動的。【學(xué)生】等體積酒精和紅墨水混合，總體積變小，說明水分子間有空隙。【學(xué)生】水中可以溶解其他物質(zhì)，說明水分子間有空隙。（設(shè)計意圖:考慮到學(xué)生前期對微粒性質(zhì)的認(rèn)識，教師指導(dǎo)學(xué)生從水這一實例來思考水分子的性質(zhì)，通過獨立思考、小組討論，從化學(xué)前期學(xué)習(xí)和生活經(jīng)驗進(jìn)行分析總結(jié)，培養(yǎng)知識遷移能力和應(yīng)用能力。）六“話”水分子的結(jié)構(gòu)【教師】請你來延續(xù)歷史：當(dāng)人們確定水分子的構(gòu)成、化學(xué)式、變化與性質(zhì)后，你認(rèn)為接下來人們會研究水分子的哪些方面問題？（設(shè)計意圖：課堂教學(xué)進(jìn)行到這兒，“對水分子的研究還有哪些？”這一問題仍在探索延伸中，一是科學(xué)無止境，二是留給學(xué)生謎團(tuán)，激起無窮的好奇心和探究欲。）【學(xué)生】氫氧原子是如何結(jié)合形成水分子的【學(xué)生】水分子的結(jié)構(gòu)【學(xué)生】水能不能發(fā)生電離【總結(jié)】每一個化學(xué)知識就像積木拼圖游戲一樣，先是在黑暗中摸索，繼而漸漸浮現(xiàn)出來。需要的是科研人員優(yōu)秀的科研品質(zhì)和推產(chǎn)出新的魄力。【結(jié)束語】最后，老師送同學(xué)們一段話?；瘜W(xué)給人以知識，化學(xué)史給人以智慧，希望我們大四班的每一位同學(xué)能，以史為鏡，知科學(xué)興替，百煉成鋼！以人為鏡，明品行得失，上善若水！好的，謝謝，下課，同學(xué)們再見！七、【板書設(shè)計】物質(zhì)構(gòu)成的奧秘水組成構(gòu)成化學(xué)式水分子變化水分子性質(zhì)點燃點燃1050℃卡文迪許1050℃通電拉瓦錫水→氫氣+氧氣通電尼克爾森水→氫氣+氧氣道爾頓原子論蓋·呂薩克化學(xué)變化中，原子可分裂阿伏加德羅分子學(xué)說H2O化學(xué)變化中，小北大團(tuán)隊分子可分，動原子不可分。隙八、【教學(xué)反思】化學(xué)史是重要的化學(xué)教學(xué)資源，是一種動態(tài)的、發(fā)展的知識體系。化學(xué)史融入課堂