胡榮華 王 華 曹森寶

（南京市棲霞區(qū)實(shí)驗(yàn)初級(jí)中學(xué) 江蘇南京 210000）

“分子和原子”是人教版化學(xué)九年級(jí)上冊(cè)第三單元課題1的內(nèi)容，是化學(xué)學(xué)習(xí)由宏觀世界進(jìn)入微觀世界的開(kāi)始，對(duì)學(xué)生而言，分子和原子看不見(jiàn)，摸不著，缺少感性認(rèn)識(shí)，比較抽象，是教學(xué)的難點(diǎn)，如何進(jìn)行有效的突破，增強(qiáng)直觀性，筆者進(jìn)行了一些探索。

一、明確教學(xué)價(jià)值，變知識(shí)教學(xué)為觀念教學(xué)

從化學(xué)角度認(rèn)識(shí)分子和原子是初中化學(xué)的重要理論基礎(chǔ)，必須將分子和原子的教學(xué)由知識(shí)教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)橛^念教學(xué)。證明和理解分子和原子的真實(shí)存在，主要通過(guò)宏觀現(xiàn)象和想象以及科學(xué)儀器來(lái)實(shí)現(xiàn)，這是構(gòu)建微粒觀的前提和基礎(chǔ)；利用模型、動(dòng)畫(huà)、圖片等手段，變無(wú)形為有形，增加學(xué)生的直觀體驗(yàn)，加深學(xué)生對(duì)分子和原子的理解，使抽象的微粒形象化、生動(dòng)化、具體化，建立起“宏觀—微觀”的聯(lián)系。學(xué)生之所以感到難學(xué)，往往就是對(duì)微粒本身、微粒與物質(zhì)構(gòu)成的關(guān)系以及微粒與物質(zhì)的變化認(rèn)識(shí)不清，沒(méi)有形成一定的圖示或模型，沒(méi)有建立“宏觀—微觀”相聯(lián)系的思維方式，沒(méi)有形成微粒觀。

二、制定教學(xué)目標(biāo)

1.通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究，了解分子、原子的性質(zhì)，知道分子和原子是構(gòu)成物質(zhì)的粒子，建構(gòu)微粒觀。

2.從生活中的常見(jiàn)宏觀現(xiàn)象出發(fā)，學(xué)會(huì)用微觀的視角解釋宏觀的現(xiàn)象。

3.建立微觀粒子的想象表象，培養(yǎng)“宏觀—微觀”結(jié)合的思維方式。

三、教學(xué)過(guò)程

1.創(chuàng)設(shè)情境，引入課題

猜謎語(yǔ)：“不是人間種，移從月中來(lái)；廣寒香一點(diǎn)，吹得滿山開(kāi)?！獥钊f(wàn)里”；隨后讓學(xué)生推開(kāi)窗感受校園桂花的香味。

追問(wèn)：為什么坐在教室里也能聞到桂花香？有沒(méi)有看見(jiàn)桂花分子運(yùn)動(dòng)？

展示苯分子、移動(dòng)硅原子構(gòu)成的文字“中國(guó)”的兩幅圖片。

【設(shè)計(jì)意圖】窗外飄香的丹桂是生活中的實(shí)例，利用多種感官，讓學(xué)生真切地感受分子的真實(shí)存在，感受到分子是構(gòu)成物質(zhì)的粒子，直觀地體會(huì)這些肉眼看不見(jiàn)的微小粒子是不斷運(yùn)動(dòng)的。運(yùn)用超真空掃描隧道顯微鏡，觀察苯分子的圖像、用探針撥動(dòng)硅晶體表面的硅原子形成的“中國(guó)”字樣，利用科學(xué)儀器使學(xué)生更加深刻地認(rèn)識(shí)到分子、原子的真實(shí)存在。

總結(jié)：分子、原子是真實(shí)存在的；物質(zhì)是由分子、原子等微觀粒子構(gòu)成的。

2.感知數(shù)量，培養(yǎng)想象思維

師：1個(gè)水分子的質(zhì)量約為3×10-26kg，1滴水，大約有1.67×1021個(gè)水分子（以20滴水為1mL計(jì)）。這個(gè)數(shù)字有多大呢？如果10億人來(lái)數(shù)一滴水里的水分子，每人每分鐘數(shù)100個(gè)，日夜不停，需要3萬(wàn)多年才能數(shù)完。[1]

師生總結(jié)：分子體積很小，質(zhì)量也很小。

【設(shè)計(jì)意圖】通過(guò)這些天文式的數(shù)字幫助學(xué)生提高想象能力，想象分子的體積和質(zhì)量小到什么程度，也能解釋肉眼為什么看不到分子，為今后相對(duì)原子質(zhì)量、相對(duì)分子質(zhì)量、質(zhì)量守恒定律的學(xué)習(xí)作鋪墊。

3.創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，發(fā)展探究能力

探究實(shí)驗(yàn)一：棉球?yàn)槭裁磿?huì)變紅？

實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：如圖1，20mL針筒和250mL錐形瓶各1個(gè)，針筒針頭穿過(guò)橡皮塞，用橡膠管連接并伸到錐形瓶瓶底，事先吸入1mL濃氨水，瓶?jī)?nèi)用鐵絲固定高低不同的4只蘸了無(wú)色酚酞溶液的棉球。

學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)：將針筒中的濃氨水慢慢推進(jìn)錐形瓶中，觀察現(xiàn)象。[2]

提出問(wèn)題：棉球?yàn)槭裁磿?huì)變紅？

提供信息：（1）濃氨水是氨氣溶于水形成的；（2）無(wú)色酚酞是一種指示劑，遇到氨水會(huì)變紅。

學(xué)生小組討論、交流，并提出猜想。

猜想1：可能是空氣中的物質(zhì)使酚酞溶液變紅了。

猜想2：可能是水使酚酞溶液變紅了。

猜想3：可能是氨水揮發(fā)出的氨氣遇到酚酞溶液，使酚酞溶液變紅。

學(xué)生經(jīng)過(guò)分析和討論，認(rèn)為猜想1不成立，因?yàn)槭⒂蟹犹脑噭┢考板F形瓶中滴有酚酞的棉球在空氣中并沒(méi)有變紅。針對(duì)猜想2和3，設(shè)計(jì)了2個(gè)對(duì)比實(shí)驗(yàn)：①向盛有約20mL水的燒杯中滴加3-4滴酚酞溶液，攪拌均勻，觀察溶液的顏色；②取少量①中溶液于試管中，慢慢滴加濃氨水，觀察溶液顏色的變化。[3]

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，得出猜想3正確。氨水揮發(fā)的氨分子運(yùn)動(dòng)到酚酞溶液中，溶于水形成的氨水使酚酞變紅，說(shuō)明分子是不斷運(yùn)動(dòng)的。

探究實(shí)驗(yàn)二：分子運(yùn)動(dòng)與溫度的關(guān)系——看誰(shuí)跑得快？

師：分子運(yùn)動(dòng)的速率與哪些因素有關(guān)？請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證你的猜想。

學(xué)生討論，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，展示交流。

師：分子的運(yùn)動(dòng)速率不僅跟自身的性質(zhì)有關(guān)，還跟溫度有關(guān)。

演示實(shí)驗(yàn)：氨分子在冷熱水中的運(yùn)動(dòng)速率對(duì)比實(shí)驗(yàn)，如圖2。

操作步驟：向兩個(gè)100mL的燒杯中分別加入50mL的冷水和熱水，取1只底端用石蠟封堵的U型管，在U型管兩邊分別把蘸了酚酞溶液的棉球固定在鐵絲相同高度的位置，最下面2個(gè)棉球分別滴上4-5滴濃氨水，塞上橡皮塞，把U型管倒插在兩個(gè)燒杯中，觀察現(xiàn)象。

得出結(jié)論：溫度越高，分子運(yùn)動(dòng)速率越快。

【設(shè)計(jì)意圖】教材中探究分子運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)，把氨水倒入燒杯，用量較大，造成用品的浪費(fèi)，濃氨水有刺激性氣味，容易擴(kuò)散到空氣中造成污染，影響師生的健康；因此，對(duì)教材實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)，通過(guò)控制變量以及現(xiàn)象觀察，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，構(gòu)建分子運(yùn)動(dòng)的想象表象，幫助學(xué)生建構(gòu)微粒觀。

介紹“光學(xué)鑷子”。美國(guó)科學(xué)家阿瑟·阿什金發(fā)明了“光學(xué)鑷子”，原理是用激光光束來(lái)捕獲、操縱極其微小的粒子，像鑷子一樣“夾”起微觀粒子（如原子、分子等）和微小物體（如細(xì)胞、病毒等），并將它們固定在光束中心，從而更好地操縱它們，開(kāi)辟了很多新的研究領(lǐng)域，在工業(yè)、醫(yī)療等方面都有著廣闊的應(yīng)用前景，因此獲得了2018年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。[4]

【設(shè)計(jì)意圖】讓學(xué)生感嘆科技的進(jìn)步，堅(jiān)信物質(zhì)是由微粒構(gòu)成的，并且可以人為控制，認(rèn)識(shí)到化學(xué)一直以來(lái)為社會(huì)發(fā)展所做出的巨大貢獻(xiàn)，體現(xiàn)了科學(xué)的價(jià)值，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情。

探究實(shí)驗(yàn)三：探究分子間間隔的大小——看誰(shuí)力氣大？

實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：50mL針筒一個(gè)，干冰少量。

分組實(shí)驗(yàn)：操作1：將針筒活塞拉到40ml處，用手指堵住針孔，再用力推壓活塞，觀察針筒活塞最終的刻度。

操作2：用針筒吸入40ml水并用手指堵住下端小孔，再用力推壓活塞，觀察針筒活塞最終的刻度。

操作3：在針筒中放一小塊干冰，裝上活塞并將其推到底部，用手指堵住針孔，觀察現(xiàn)象。（注意：活塞移動(dòng)到50ml處松開(kāi)手指，防止活塞噴出。）

學(xué)生實(shí)驗(yàn)、分析現(xiàn)象，得出結(jié)論：分子間有間隔；受壓情況下，分子間的間隔減小[5]；一般情況下，氣體分子間的間隔＞液體分子間的間隔＞固體分子間的間隔。

解釋現(xiàn)象：（1）為什么6000L氧氣在加壓的情況下可裝入容積為40L的鋼瓶中[6]？（2）你知道熱脹冷縮的原因嗎？

【設(shè)計(jì)意圖】看誰(shuí)力氣大，學(xué)生親身感受針筒中氣體容易被壓縮，液體很難被壓縮。說(shuō)明相同條件下，氣體分子間的間隔比液體分子間的間隔大；增加干冰升華實(shí)驗(yàn)，由于干冰生活中學(xué)生很少接觸到，把干冰放在針筒，堵住針孔，活塞快速向外運(yùn)動(dòng)，幫助學(xué)生理解相同質(zhì)量同一物質(zhì)的固體和氣體體積不同，就是因?yàn)闅怏w分子間隔比固體分子間隔大得多，培養(yǎng)學(xué)生微觀想象力。

探究實(shí)驗(yàn)四：分子相同，化學(xué)性質(zhì)是否相同？

分組實(shí)驗(yàn)：（1）將上述放入少量干冰的針筒中升華后的氣體注入裝有澄清石灰水的小燒杯中，觀察現(xiàn)象。

（2）拔出針筒活塞，再將剩余的干冰倒入另一個(gè)裝有澄清石灰水的小燒杯中，觀察現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：澄清石灰水都變渾濁。

師生共同總結(jié)：干冰和二氧化碳?xì)怏w都是由二氧化碳分子構(gòu)成的；分子相同，化學(xué)性質(zhì)相同。

【設(shè)計(jì)意圖】把針筒中升華后的氣體通入到澄清石灰水中，石灰水變渾濁；把干冰放入石灰水中，“煙霧”繚繞，同時(shí)石灰水變渾濁，很容易想到石灰水遇到了二氧化分子，從而得出“分子相同，化學(xué)性質(zhì)相同”的結(jié)論。

4.學(xué)以致用，拓展思維能力

學(xué)生是否真正感知分子原子真實(shí)存在，能否理解氣體壓強(qiáng)與分子間間隔的關(guān)系，可以以KMnO4制氧氣為例，設(shè)計(jì)以下兩個(gè)問(wèn)題，考查學(xué)生是否能夠靈活運(yùn)用，拓展學(xué)生的思維能力。

問(wèn)題1.裝置氣密性的檢查。先將導(dǎo)管一端放入水中，用手握住試管外壁，當(dāng)導(dǎo)管口有氣泡冒出，說(shuō)明氣密性良好，你能從分子的角度分析并解釋嗎？

問(wèn)題2.實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，若先熄滅酒精燈，再將導(dǎo)管移出水面，會(huì)出現(xiàn)水倒吸的現(xiàn)象，你能從分子的角度解釋嗎？

四、教學(xué)反思

1.創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，激發(fā)微觀想象

教材實(shí)驗(yàn)3-1在水中加入品紅做了擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)，本課題進(jìn)行了創(chuàng)新，使用U型管設(shè)計(jì)了分子運(yùn)動(dòng)速率與溫度關(guān)系的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)象非常明顯，更有助于學(xué)生直觀感知。通過(guò)U型管底端橡皮塞棉球上濃氨水的揮發(fā)，冷熱水兩邊相同位置上蘸有酚酞的棉球變紅的快慢，輕松地判斷出溫度越高，分子運(yùn)動(dòng)越快，更加直觀，記憶更加深刻。在探究分子運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)中，改用針筒注射濃氨水，不僅成功避免了氨分子擴(kuò)散到空氣中造成的污染，而且滴有酚酞的棉球自下而上的變紅現(xiàn)象更明顯，能夠直觀地感受氨分子的運(yùn)動(dòng)。推壓針筒感知?dú)怏w比液體容易被壓縮，理解氣體分子間的間隔較大；在針筒中放干冰，活塞迅速向外移動(dòng)，得出相同質(zhì)量的同一種物質(zhì)氣態(tài)和固態(tài)體積不同就是因?yàn)樗鼈兎肿娱g的間隔不同；通過(guò)針筒中的二氧化碳和干冰都能使澄清石灰水變渾濁的現(xiàn)象對(duì)比，得出了分子相同其化學(xué)性質(zhì)相同的結(jié)論。一個(gè)小小的針筒完成了分子性質(zhì)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，將宏觀現(xiàn)象和微觀粒子有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，并嘗試對(duì)宏觀現(xiàn)象進(jìn)行微觀想象和解釋?zhuān)黄屏私虒W(xué)難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了從宏觀到微觀的過(guò)渡和升華。[7]

2.建立“宏觀—微觀”相結(jié)合的思維方式

從學(xué)生熟悉的身邊現(xiàn)象入手，變知識(shí)教學(xué)為觀念教學(xué)，借助實(shí)驗(yàn)探究、現(xiàn)象分析、討論與交流，感知分子的存在，理解分子的相關(guān)性質(zhì)，體會(huì)宏觀現(xiàn)象背后的微觀本質(zhì)，建立“宏觀—微觀”相結(jié)合的思維方式，幫助學(xué)生接受、理解、建立微粒觀。

3.關(guān)注社會(huì)熱點(diǎn)，感受化學(xué)的價(jià)值

通過(guò)介紹2018年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者發(fā)明的“光學(xué)鑷子”，知道分子等粒子運(yùn)動(dòng)可以控制，感受化學(xué)等自然科學(xué)的價(jià)值和光明前景，激發(fā)學(xué)生積極探索未知世界的熱情。