高一化学必修1《原子结构模型的演变》教学设计-精选教育文档

高一化学必修1《原子结构模型的演变》教学设计

《原子结构模型的演变》是新课程苏教版高一必修《化学1》中专题1第三单元《人类对原子结构的认识》第1课时内容，这是一节以原子结构模型发展演变的历史为明线，学生获得的科学体验和感悟为暗线而展开教学的。它是一个能体现出新课程理念的很好的教学资源，要充分利用，不应仅仅通过教师的陈述，只求让学生知道原子结构模型的演变的历程，甚至于只让学生课后简单阅读课堂上一带而过。在新课程理念的指导下，本人对这节课的教学进行了以下思考和尝试。

一、教材分析

本单元的编写与以往的传统教材有很大的差别。传统教材中，有关原子结构的内容是与元素周期律和元素周期表等内容编排在一起的。而在苏教版的教材中，首先在本单元介绍有关原子结构模型的演变和原子的构成等内容，再在必修《化学2》中系统介绍原子核外电子排布和元素周期表等知识。这样编写不仅有助于学生在《化学1》后三个专题的学习中能从原子结构的有关知识角度认识某些元素的化学性质和氧化还原反应等概念，而且体现了知识结构的循序渐进和螺旋式上升的特点。

二、设计思路

本课设计利用网络资源,动员学生课前查找相关资料以供课堂上进行交流,多媒体补充相应的史料、图象、视频丰富多彩地

展示人类探索原子结构的基本历程，激发学生学习兴趣，让学生追随科学家的脚步，通过交流讨论，逐步探讨各种原子结构模型存在的问题，并提出改进意见，引导学生进入科学的殿堂,同时体会科学探索过程的艰难曲折。通过钠和氯气形成氯化钠、镁和氧气形成氧化镁的微观本质的揭示，初步认识化学家眼中的微观物质世界。

三、三维目标

1.知识和技能

(1)了解原子结构模型演变的历史,知道化学学科的主要研究对象，了解化学学科发展的趋势。

(2)认识实验、假说、模型等科学方法对化学研究的作用。

(3)了解钠、镁、氯等常见元素原子的核外电子排布情况，知道它们在化学反应过程中通过得失电子使最外层达到8电子稳定结构的事实。

2.过程和方法

网络采集资料、课堂交流讨论、多媒体应用等方式。

3.情感、态度和价值观

(1)通过原子结构模型演变的学习，发展学习化学的兴趣，乐于探究物质变化的奥秘，体验科学探究的艰辛和喜悦，感受化学世界的奇妙与和谐。

(2)培养学生热爱科学的情感，体验科学实验、科学思维对创造性工作的重要作用。

四、教学重难点

重点：原子结构模型的发展演变，钠和氯气发生化学反应的本质。

难点：钠和氯气发生化学反应的本质。

五、教学过程

[导入]观看视频：扫描隧道显微镜下镜头由近而远的一粒沙子。画外音：“虽然我们好像正要离开某一遥远行星的表面，事实上我们的航行平淡无奇；我们刚刚所远离布满坑洞的地面，像是月球的表面，但它只不过是一粒沙子。”

今天我们还将进入更加微观的层次，了解人类对于原子结构的认识。你认为我们可以通过什么样的方法去认识原子的内部结构呢？

直接法和间接法，直接法努力的方向是观察技术的提高和观察工具的改进，而间接法则依赖精巧的实验和大胆的假设。事实上直到今天即使借助扫描隧道显微镜也无法观察到原子的内部结构，所以在人们认识原子结构的过程中，实验和假设以及模型起了很大的作用。

（设计意图：引导学生将注意力集中到“原子结构”这一研究对象上，激发学生进一步探究原子结构，了解人类对原子结构的认识历程等内容的兴趣。）

[提出问题]我们通常接触的物体，总是可以被分割的（如锤击石头，见图1）。但是我们能不能无限地这样分割下去呢？

[介绍东方物质观]

《中庸》提出：“语小，天下莫能破焉。”惠施的人也说道：“其小无内，谓之小一。”墨家则提出：“端，体之无序最前者也。”公孙龙语：“一尺之棰，日取其半，万世不竭。”

在英文里，如今被译成“原子”的Atom一词，源于希腊语，它的字面上的意思是indi visible“不可分割”。第一个把Atom 介绍到我国的是严复翻译的《穆勒名学》，他将其译为“莫破”。

[提出问题]由图2风趣引出：

[介绍西方物质观]先让学生交流展示课前上网查询的各种原子结构模型，教师结合多媒体组织如下必要的引导、补充、拓展、设问、启发等教学活动。

（设计意图：在人类对原子结构的探索过程中，很多科学家做了长期而艰苦的工作，其中的探索历程有很强的教育价值，可以引发学生进行多方面的思考，给学生留下多方面的启迪。）

(一)公元前五世纪，德谟克利特认为就像用一块块砖头砌墙一样，物质是由不可分割的原子构成。喻见图3：

（二）道尔顿在《化学哲学的新体系》一书中指出：“化学的分解和化合所能做到的，充其量只是使原子彼此分离和再结合起来。正如我们不可在太阳系中放进一颗新的行星或消灭一颗现存的行星一样，我们不可能创造出或消灭一个氢原子。”这种观点换作现在更有趣的说法：你鼻尖上的某个碳原子可能正是亿万年前恐龙尾巴上的呢。书中他系统地阐述了其原子学说：

1．所有物质都是由不可分割的原子构成。

2．同种元素的原子其质量、大小、性质相同，不同元素的原子质量、大小、性质不同。

3．不同元素的原子通过钩子相互结合成化合物。

4．在化学反应中，原子既不会产生或者消失，也不会改变，原子的种类和数目保持不变。

道尔顿的原子学说是建立在大量实验事实基础上的，成功地解释了化学定律。当然我们现在知道受当时的科学发展水平限制，这个理论肯定有一些不完善的地方。那么有哪些不完善的地方？

（三）汤姆生模型

到了19世纪末，由于电的发现，化学家们有条件去研究物质在通电条件下的性质了。他们发现将一些气体装在密封的玻璃管中，再抽气使之比较稀薄，然后通上高压电，会有一束射线从玻璃管的阴极通过气体到达阳极，人们称之为阴极射线（见图4）。这种射线是什么呢？英国科学家汤姆生做了一系列实验：他发现在电场或磁场的作用下该射线会发生偏转（这就是现在我们家里电视机中的电子管的工作原理）；他通过研究电场和磁场对该射线的作用，发现这种射线带负电，并测出了其电荷与质量之比，这个比值很大；Thomson又使用了不同的电极材料、在玻璃管中充入不同的气体，发现所得射线的电荷与质量之比都一样。

[交流讨论]从道尔顿原子结构模型到汤姆生原子结构模型,

时间上相隔了近100年,汤姆生是据什么实验事实对道尔顿的原子结构模型产生怀疑的?

[提出问题进一步讨论]这些电子是那儿来的呢？为什么不

管什么电极材料、什么气体所得到的射线都一样呢？其电荷与质量之比很大又说明什么？

汤姆生的结论：

1．阴极射线由极小的带负电的电子组成。

2．电子应该来自管中气体的原子内部或者金属电极中的原子内。

3．由于任何材料的射线之荷质比相同，电子是所有原子内的一种基本粒子。

4．由于其荷质比很大，电子一定非常小。

这样汤姆生提出了葡萄干面包模型，面包代表均匀分布的正电荷，电子则像葡萄干一样嵌于其中，见图5。

（设计意图：教学中应把思维能力的培养、科学方法的养成、科学精神的体验等作为一个整体来考虑，在各种原子结构模型的对比交流讨论过程中，能充分体现出这一教学理念。下同。）（四）卢瑟福模型

几乎是在汤姆生实验的同时，居里夫人以及英国科学家卢瑟福等人开始了对放射现象的研究。这其中对原子结构的认识贡献最大的是卢瑟福的α粒子散射实验（见图6，也可播放动画模拟视频）。α粒子带两个单位正电荷，相对质量为4（现在我们

知道它是氦原子核）。卢瑟福将一束α粒子射向一张非常薄的金箔，又将涂有硫化锌的屏幕放在其周围，α粒子撞在屏幕会产生荧光，通过观察各个方向的荧光，卢瑟福发现大多数α粒子穿过了金箔，方向几乎没有任何变化；但有一些α粒子在穿过后方向发生了偏转，还有大约0.1％的α粒子甚至以不同角度被弹向金箔的前面。

[交流讨论]

如果按照汤姆生的葡萄干面包模型，会这样吗？那该如何解释实验现象呢？

1.为什么会被弹回来？应该是由于同种电荷间的斥力。

2.为什么只有0.1%？只有少数α粒子靠近了正电荷，也就是说原子内的正电荷不可能均匀分布，它占据的空间必然很小，原子应该有一个带正电的核。

3.α粒子被弹回来了，核却没有被弹出，可见金原子的原子核的质量一定很大。

卢瑟福的结论：

1．原子内大部分是空的，所以大多数α粒子得以穿过金箔。

2．原子所有的正电荷和几乎全部质量集中在一个很小的区域，即原子核。

卢瑟福的原子模型很像行星围绕着太阳，因此当时年仅27岁的卢瑟福就和他的行星模型一起载入了化学史。

(五)波尔模型

根据经典的电磁场理论，电子绕核运动时会不断产生电磁波，从而辐射出能量，离核越来越近，最终落在原子核上。行星模型不能稳定存在？

波尔研究了氢原子的光谱（见图7），看着这些不连续的谱线，也就是特定的能量，他受到启发，意识到这是由电子的运动产生的，电子远离或者靠近原子核时应该是跳跃式变化，也就是说，电子只能在一些特定的不连续的轨道上运动(见图8)。举个例子，你从楼梯上扔硬币，它只能落在某个台阶上，而不会停留在两个台阶之间。

波尔认为在能量最低的轨道，电子运动可以看成是在“平地”上的状态，这时不会释放能量。一旦电子获得了特定的能量，它就获得了动力，向上“攀登”一个或几个台阶，到达一个新的轨道。当然，如果没有了能量的补充，它又将从那个能量较高的轨道上掉落下来，回到较低的轨道上。同时释放出相应能量，对应于其光谱线。而从第二个台阶下来，或者从第三个台阶下来放出的能量不同，也就对应着一根根不同的谱线。波尔将量子理论引入原子结构，扫清了原子稳定性的问题。

[过渡]对于多电子原子,可以近似认为电子在原子核外是分层排布的。

[复习]1～18号元素的原子结构示意图。

[提出问题]研究原子结构是为了更好地理解元素的性质，解释化学反应的原理。比如说，钠能与氯气剧烈反应，生成白色的

氯化钠颗粒。为什么钠能在氯气中燃烧？该如何解释该反应的原理呢？

[视频展示]金属钠与氯气生成氯化钠反应历程：

1．氯分子断键分裂为氯原子的过程。

2．氯原子与钠原子得失电子的过程（同时显示原子半径大小的变化）。

3．氯离子与钠离子通过静电作用聚集成氯化钠固体的过程。

[交流讨论]每个钠原子一共有多少电子？为什么每个钠原

子失去一个电子？每个氯原子一共有多少电子？为什么每个氯

原子得到一个电子？元素的化合价和什么有关？有什么关系?为什么参加反应的钠原子和氯原子个数比是1∶1？

那么，如何解释镁和氧气的反应呢？镁与氯气反应，生成的产物氯化镁化学式应该是怎样的？为什么是1∶2？

（设计意图：由此引出Na、Mg、Cl等常见元素原子在化学反应过程中通过得失电子使最外层达到8电子的稳定结构，为后期学习离子化合物、共价化合物的形成作好铺垫。当然，这一结论可让学生自主讨论，自已完成并得出结论，教师不宜过多的包办代替。）

[拓展]其实，人类对于原子结构的认识仍在发展。后来，又有科学家提出电子等微观粒子就像光一样，既是一种粒子，又有波的性质，电子等微观粒子具有波粒二象性，电子在核外运动像是一团带负电的云雾,称为电子云(见图9)

[视频展示]可增加播放一段有关电子云形成过程的动画视频，解说词：我们可以用统计的方法来考察电子可能经常会在什么地方出现，电子出现过的地方用黑色小点记录下来，经过无数次的测量，根据记录下来小点的多少，我们可以知道电子在什么地方出现的机会多，在什么地方出现的机会少，这种出现机会的概率叫几率，图中小点的多少就反映出几率的大小，可以看到离氢原子核近的地方电子出现的几率密度大。这许多次的记录在平面上层层叠叠，像一团云雾笼罩在原子核的周围，科学家们把这种图形地称之为电子云，它形象描述了电子在原子核外空间出现的几率密度。

[启发与激励]

原子核内的质子和中子又分别由夸克构成。可夸克和电子就是基本粒子吗？它们会不会也是由其它更基本的粒子组成呢？

为进一步探求原子的内部结构，现在的科学家们又在使用着什么样的手段呢？由于我们仍然无法直接观察，那就只能通过“打靶”、“轰击”来改变对象的状态，再分析改变后的结果，以了解其更微观的结构。其实原理仍然类似于卢瑟福的α粒子轰击原子的实验，只不过卢瑟福实验用的粒子源是天然射线。而要想更深入地进行研究，就需要速度更快、能量更高和束流更强的粒子，更快、更高、更强。怎样才能获得这样的粒子呢？我们的旅程到底有没有尽头呢？

（设计意图：以此为小结，让学生进一步感受科学研究的道

路不是一马平川，人类对原子结构认识的每一步进展都是建立在许多科学实验的基础上，人类对原子结构的认识还在不断深入。）

六、课后作业

1.在以上模型及提出模型的科学家中，你认为谁对于原子结构的认识贡献最大？上网查资料并写一篇文章论证你的观点。

2.上网查阅资料，了解最新的波粒二象性理论下的原子模型，写一篇科普短文介绍给初学者。

（设计意图：课后作业没有采用传统的作业巩固训练的方式，目的是为了进一步引导学生应用网络资源，培养独立思考、自主探究的良好的思维品质。）

七、教学反思

1．由于在现阶段的教学条件下，原子这种微观粒子既看不见也摸不到，只能通过一些数据及对宏观现象的分析去诱发想象，故而对于学习者来说存在一定的困难。因此在教学过程中充分利用一些关于微观粒子运动变化的图片或动画，这样既能诱发想象，深入浅出，加强对知识的理解，又能把抽象变为生动，增强学习这部分知识的兴趣。

2．教学中要严格控制深度、难度，不必提及离子键、共价键，因为《化学2》中还要作进一步研究；对夸克等不宜作过多介绍，只要让学生理解“科学是不断发展的”即可。

3．只要我们牢固树立新课程理念，坚持以培养学生科学的素养、科学的探究精神、科学的思维品质为已任，这种带有科普

性质的课堂内容必能成为我们教育工作者手中有效的教学资源。