《分子和原子》教学设计

阮芬芬

● 创新整合点

本节课使用翻转课堂教学模式，课前学生自主学习，课堂学生实验探究，在探究中实现深度学习。整节课既有3D实验“放飞‘孔明灯’”“液氧”，又有VR实验“检验氧气和二氧化碳”，还有教师演示实验，在虚为实用和虚实互补中缩短了实验时间，增加了实验的种类和频次，完成了传统课堂无法实现的课堂容量和课堂质量，同时增加了学生动手实践和重复验证的机会，展现了化学教学的“新样态”和“新范式”。

● 教材分析

《分子和原子》是人教版九年级化学上册第三单元课题1的学习内容，教材内容是让学生通过对微观粒子及运动特点的不断探究发现来认识并解释宏观物质组成、结构和性质变化的规律，从而促进学生科学物质观、正确世界观的形成和发展。教材在编排中并没有安排学生实验，只有教师演示实验，而本课题的内容比较抽象，微观世界与学生的生活经验距离较远，再加上前两个单元所学内容能提供支持的感性经验有限，这给学生的学习和教师的教学带来一定挑战。

● 学情分析

经过前两个单元的学习，学生已经学习了物理变化、化学变化、物质的性质、化学实验基本操作，并且具有一定实验操作技能。在小学科学和初中物理中学生也学习了物质的三态变化、物质热胀冷缩等相关知识，这都为本节课的学习做了知识的铺垫。但已有的宏观表象，可能对微观想象的发展有阻碍。分子是学生初次接触到的微观粒子，在此之前学生只有一些微观现象的感性认识，没有理性认识。且九年级学生的思维正处于具体形象思维逐渐向逻辑思维过渡的时期，抽象思维在这个阶段还不够成熟，理解力、想象力都还不太高，无法正确整合直观感受和抽象思维之间的关系。

● 教学目标

知识与技能目标：①认识分子的性质，掌握分子的概念;②能用分子的观点解释生活中和实验中的常见现象，能自主设计实验方案对常见气体（氧气、二氧化碳）进行检验。

过程与方法目标：①通过实验与探究，体验“发现问题—分析实验现象—解释实验现象”的过程，建立“观点、证据和结论之间的逻辑关系”;②通过实验与探究，培养学生宏观和微观结合的视角分析解决实际问题的能力，初步形成“宏观辨识与微观探析”的化学学科素养。

情感态度与价值观目标：①通过3D、VR实验资源的使用，增强学生对化学实验的好奇心和探究兴趣;②体验科学探究是人们获取科学知识、认识客观世界的重要途径;③认识科学探究既需要观察和实验，又需要进行推理和判断。

● 教学环境与准备

教学环境：智慧教室、宽带网络、交互式电子显示屏（智慧黑板）安装武汉教育云互动课堂、学生平板、学生电子书包、交互式VR/AR一体机。

虚拟实验资源准备：使用中央电教馆虚拟实验教学平台实验创编系统对VR仿真交互课件“检验氧气的实验”、3D交互课件“做一个‘热气球’”进行创编，并按照教学实验需求添加实验器材，并分别更名为“氧气与二氧化碳的鉴别与检验”“放飞‘孔明灯’”。

实物资源准备：集体瓶、玻璃片、氧气、酒精灯、澄清石灰水、火柴、小木条、废液缸。

● 教学过程

1.情境导入，引出课题

师（展示教材中图3～18《多种多样的物质》）：通过自主学习，同学们已经知道分子、原子虽然微小，但却构成了世間万物，原子核更小，却可以产生毁天灭地的能量，也可以化作电能为我所用，所以微微一笑很倾城（出示课题），关键在于合理地应用。

设计意图：初步建立宏观与微观之间的联系，点明本节课的重点内容——分子观点的应用。

2.学情反馈，明确重点

师（展示学生自主学习检测的知识点分析数据）：这是同学们课前检测的答题情况，分子的概念及微粒观点的应用得分情况不佳，这节课我们继续对这些知识进行应用学习。

设计意图：通过展示学生知识点分析，从中可以发现“利用微观粒子的观点分析和解决问题”以及“分子的定义与分子的特征”这两个知识点得分率较低，用数据使学生明确本节课的学习重点，体现翻转课堂“以学定教”的理念。

3.知识再现，应用提升

探究一：分子之间有间隔

①教师播放科普节目《加油向未来》片段，让学生观看视频并思考“将装有热水的铁桶，倒扣入冰块、液氮、常温水中，哪一个变瘪”？引导学生回顾物质三态变化的相关知识并引出本节课第一个知识点：分子之间有间隔。

设计意图：通过观看视频，分析并猜测实验现象，让学生切实感受到物质变化带来的“倾城”效果，激发学生的探究欲。

②学生使用平板接收并提交任务“绘制水蒸发过程中部分水分子的微观示意图”。

教师收集作品再选择典型作品进行投屏对比，学生交流展示创作灵感，并通过对比发现投屏作品中出现的问题，最后讨论得出结论：水蒸发这个物理变化中只是水分子之间间隔变大，水分子本身的大小、数目是不变的。

设计意图：让学生自主分析构建微观变化示意图（学生在绘图中出现了一些错误，如改变了水分子的大小、改变了水分子的数目等），通过对比创设学生的认知冲突，即时体现课堂生成，激发学生主动思考。

③请学生举例说明生活中可以用“分子之间有间隔”解释的例子，引出第一个探究实验——孔明灯。提出问题：我们能在课堂上放飞孔明灯吗？（结论当然是不可能）

组织学生分组进行放飞孔明灯的模拟实验。从宏观现象中体验分子间隔的改变，最后经由小组探讨得出结论：分子之间有间隔。

设计意图：给学生创造探究条件，让学生在实验探究中体会分子之间有间隔的性质。现实中放飞孔明灯对环境要求严格，灯中的“明火”稍有不慎就会酿成火灾。但使用虚拟的3D交互课件，从根本上杜绝了安全隐患，学生们在教室就能模拟燃放孔明灯。实验将不可能变成了可能，燃起了学生们的好奇心和求知欲。

4.进阶学习，完善认知

探究二：同种分子的化学性质相同

①教师播放视频《检验氧气》，当带火星的木条伸入装有氧气的集气瓶中时，木条复燃。学生观看视频，根据实验现象猜测集气瓶中的气体。

学生回答：带火星的木条复燃，瓶内是氧气，氧气有助燃性。

②教师接着引导学生猜测：当带火星的木条伸入液氧中会产生怎样的现象？液氧的温度是-183℃到-218.8℃之间。

学生可能回答：复燃或不复燃。

教师鼓励学生说明猜测的理由，并引导他们打开虚拟实验进行实验验证。

③学生活动：学生从3D器材库中取出装有液氧的烧杯，看到它上方有大量的白雾，将带火星的木条伸入其中，发现复燃了，木条继续伸入烧杯底部，火焰越来越旺。

教师引导学生分析现象并从微观角度进行解释，最后经小组探究得出结论：氧气和液氧都是由氧分子构成的，氧气有助燃性，液氧也有助燃性，所以同种分子化学性质相同。

設计意图：创设认知冲突，并进行实验验证，便于学生形成“同种分子的化学性质相同”的概念。在传统课堂上，因为液氧不易获得，学生基本没有实验机会，只能观看视频学习，但使用虚拟实验资源，让学生有了实验操作的机会，带给学生更加直观的体验，让学生在对比思考中形成结论，有助于培养学生透过现象看本质的科学素养。

探究三：不同种分子的化学性质不相同

①教师展示一瓶无色气体，请学生猜测瓶内气体成分。

学生可能回答：氧气、二氧化碳、氮气、空气等无色气体。

②在学生踊跃发言后，教师提出问题：如果有两瓶无色气体，一瓶是二氧化碳，另一瓶是氧气，如何鉴别呢？

学生分组讨论，并选出一名代表阐述本组的实验方案。教师在一旁帮助学生修正实验步骤，明确注意事项，让实验方案更加完善。最终得出两种实验方案：将燃着的木条伸入集气瓶中进行检验，将澄清石灰水倒入集气瓶中进行检验。

③学生活动：分组打开虚拟实验创编系统编辑的“氧气与二氧化碳的鉴别与检验”进行VR实验，并通过对比两种实验方案的现象分析，得出结论：氧气能使燃着的木条燃烧更旺，不能使澄清石灰水变浑浊;二氧化碳能使燃着的木条熄灭，也能使澄清石灰水变浑浊。氧气是由氧分子构成的，二氧化碳是由二氧化碳分子构成的，因此，不同物质由不同分子构成，化学性质也不同，即不同种分子的化学性质不同。

④教师演示实验，并使用互动课堂“直播”功能，将实验过程投屏在智慧黑板上，便于学生观察实验现象：在装有氧气的集气瓶中倒入澄清石灰水，学生观察到澄清石灰水没有变浑浊;再将带火星的木条伸入集气瓶中，学生观察到木条复燃，且澄清石灰水变浑浊。

组织学生分组讨论实验现象产生的原因。

教师小结：氧气不能使澄清石灰水变浑浊，能使带火星木条复燃，木条燃烧，生成二氧化碳后，澄清石灰水变浑浊。从微观上来说，同种分子化学性质相同，不同种分子的化学性质不同，当分子发生改变时，化学性质随之发生改变。所以，分子是保持物质化学性质的最小粒子。

设计意图：从学生熟悉的二氧化碳和氧气入手，借助VR实验资源，学生经历提出问题、进行猜想、设计实验方案、进行实验、收集证据、解释与得出结论等科学探究的全过程，在实验探究中体验氧气与二氧化碳化学性质的不同及所呈现的宏观现象，再尝试从微观角度解释现象不同的原因，架接起宏观与微观的桥梁，进而得出分子的概念，体现宏微结合的思想。

5.课堂练习，巩固提升

教师分别设置了分析推理题、实验图片题、新闻视频题，学生使用平板抢答进行课堂练习。

设计意图：使用平板抢答进行课堂练习，调动学生参与课堂的积极性，引导学生积极将所学知识进行应用巩固，促进知识的内化。

6.课堂小结，感悟微观

学生使用平板，通过互动课堂“弹幕”总结本节课收获。

设计意图：利用“弹幕”的趣味性，提高学生的学习兴趣，让学生更愿意交流展示。

● 教学反思

第一，为了突出重点、突破难点，笔者使用了以下的解决措施：一是使用翻转课堂重构课堂结构，课前自主学习，课堂实验探究，突破传统课堂时空限制，拓展课堂的容量。二是问题导向，深度挖掘、整合教材中的课程资源，搭建学习“脚手架”，改变学生学习方式;三是实验推进，情境重构，促进概念的形成。

第二，在教学过程中，让学生在做中学，在做中体验“发现问题—分析实验现象—解释现象”的过程，建立“观点、证据和结论之间的逻辑关系”，培养学生严谨求实的科学态度，充分发挥化学学科的整体育人功能。

第三，从课堂效率上看，信息技术的使用，特别是虚拟实验的使用，能够缩短实验时间，提高实验教学的课堂容量和质量;从实验准备上看，使用虚拟实验解决了真实实验中实验仪器不足、药品种类缺乏的问题，增加了学生动手实践和重复验证的机会，并且不会存在安全隐患和实验污染问题。