基于生活 创新实验 建构微粒观
——以“分子和原子”（第1课时）为例

胡荣华 王 华 曹森宝

（南京市栖霞区实验初级中学 江苏南京 210000）

“分子和原子”是人教版化学九年级上册第三单元课题1的内容，是化学学习由宏观世界进入微观世界的开始，对学生而言，分子和原子看不见，摸不着，缺少感性认识，比较抽象，是教学的难点，如何进行有效的突破，增强直观性，笔者进行了一些探索。

一、明确教学价值，变知识教学为观念教学

从化学角度认识分子和原子是初中化学的重要理论基础，必须将分子和原子的教学由知识教学转变为观念教学。证明和理解分子和原子的真实存在，主要通过宏观现象和想象以及科学仪器来实现，这是构建微粒观的前提和基础；利用模型、动画、图片等手段，变无形为有形，增加学生的直观体验，加深学生对分子和原子的理解，使抽象的微粒形象化、生动化、具体化，建立起“宏观—微观”的联系。学生之所以感到难学，往往就是对微粒本身、微粒与物质构成的关系以及微粒与物质的变化认识不清，没有形成一定的图示或模型，没有建立“宏观—微观”相联系的思维方式，没有形成微粒观。

二、制定教学目标

1.通过实验探究，了解分子、原子的性质，知道分子和原子是构成物质的粒子，建构微粒观。

2.从生活中的常见宏观现象出发，学会用微观的视角解释宏观的现象。

3.建立微观粒子的想象表象，培养“宏观—微观”结合的思维方式。

三、教学过程

1.创设情境，引入课题

猜谜语：“不是人间种，移从月中来；广寒香一点，吹得满山开。——杨万里”；随后让学生推开窗感受校园桂花的香味。

追问：为什么坐在教室里也能闻到桂花香？有没有看见桂花分子运动？

展示苯分子、移动硅原子构成的文字“中国”的两幅图片。

【设计意图】窗外飘香的丹桂是生活中的实例，利用多种感官，让学生真切地感受分子的真实存在，感受到分子是构成物质的粒子，直观地体会这些肉眼看不见的微小粒子是不断运动的。运用超真空扫描隧道显微镜，观察苯分子的图像、用探针拨动硅晶体表面的硅原子形成的“中国”字样，利用科学仪器使学生更加深刻地认识到分子、原子的真实存在。

总结：分子、原子是真实存在的；物质是由分子、原子等微观粒子构成的。

2.感知数量，培养想象思维

师：1个水分子的质量约为3×10-26kg，1滴水，大约有1.67×1021个水分子（以20滴水为1mL计）。这个数字有多大呢？如果10亿人来数一滴水里的水分子，每人每分钟数100个，日夜不停，需要3万多年才能数完。[1]

师生总结：分子体积很小，质量也很小。

【设计意图】通过这些天文式的数字帮助学生提高想象能力，想象分子的体积和质量小到什么程度，也能解释肉眼为什么看不到分子，为今后相对原子质量、相对分子质量、质量守恒定律的学习作铺垫。

3.创新实验，发展探究能力

探究实验一：棉球为什么会变红？

实验准备：如图1，20mL针筒和250mL锥形瓶各1个，针筒针头穿过橡皮塞，用橡胶管连接并伸到锥形瓶瓶底，事先吸入1mL浓氨水，瓶内用铁丝固定高低不同的4只蘸了无色酚酞溶液的棉球。

学生分组实验：将针筒中的浓氨水慢慢推进锥形瓶中，观察现象。[2]

提出问题：棉球为什么会变红？

提供信息：（1）浓氨水是氨气溶于水形成的；（2）无色酚酞是一种指示剂，遇到氨水会变红。

学生小组讨论、交流，并提出猜想。

猜想1：可能是空气中的物质使酚酞溶液变红了。

猜想2：可能是水使酚酞溶液变红了。

猜想3：可能是氨水挥发出的氨气遇到酚酞溶液，使酚酞溶液变红。

学生经过分析和讨论，认为猜想1不成立，因为盛有酚酞的试剂瓶及锥形瓶中滴有酚酞的棉球在空气中并没有变红。针对猜想2和3，设计了2个对比实验：①向盛有约20mL水的烧杯中滴加3-4滴酚酞溶液，搅拌均匀，观察溶液的颜色；②取少量①中溶液于试管中，慢慢滴加浓氨水，观察溶液颜色的变化。[3]

通过实验，得出猜想3正确。氨水挥发的氨分子运动到酚酞溶液中，溶于水形成的氨水使酚酞变红，说明分子是不断运动的。

探究实验二：分子运动与温度的关系——看谁跑得快？

师：分子运动的速率与哪些因素有关？请设计一个实验验证你的猜想。

学生讨论，设计实验方案，展示交流。

师：分子的运动速率不仅跟自身的性质有关，还跟温度有关。

演示实验：氨分子在冷热水中的运动速率对比实验，如图2。

操作步骤：向两个100mL的烧杯中分别加入50mL的冷水和热水，取1只底端用石蜡封堵的U型管，在U型管两边分别把蘸了酚酞溶液的棉球固定在铁丝相同高度的位置，最下面2个棉球分别滴上4-5滴浓氨水，塞上橡皮塞，把U型管倒插在两个烧杯中，观察现象。

得出结论：温度越高，分子运动速率越快。

【设计意图】教材中探究分子运动的实验，把氨水倒入烧杯，用量较大，造成用品的浪费，浓氨水有刺激性气味，容易扩散到空气中造成污染，影响师生的健康；因此，对教材实验进行了改进，通过控制变量以及现象观察，培养学生创新意识和实验设计能力，构建分子运动的想象表象，帮助学生建构微粒观。

介绍“光学镊子”。美国科学家阿瑟·阿什金发明了“光学镊子”，原理是用激光光束来捕获、操纵极其微小的粒子，像镊子一样“夹”起微观粒子（如原子、分子等）和微小物体（如细胞、病毒等），并将它们固定在光束中心，从而更好地操纵它们，开辟了很多新的研究领域，在工业、医疗等方面都有着广阔的应用前景，因此获得了2018年诺贝尔物理学奖。[4]

【设计意图】让学生感叹科技的进步，坚信物质是由微粒构成的，并且可以人为控制，认识到化学一直以来为社会发展所做出的巨大贡献，体现了科学的价值，激发学生学习的热情。

探究实验三：探究分子间间隔的大小——看谁力气大？

实验准备：50mL针筒一个，干冰少量。

分组实验：操作1：将针筒活塞拉到40ml处，用手指堵住针孔，再用力推压活塞，观察针筒活塞最终的刻度。

操作2：用针筒吸入40ml水并用手指堵住下端小孔，再用力推压活塞，观察针筒活塞最终的刻度。

操作3：在针筒中放一小块干冰，装上活塞并将其推到底部，用手指堵住针孔，观察现象。（注意：活塞移动到50ml处松开手指，防止活塞喷出。）

学生实验、分析现象，得出结论：分子间有间隔；受压情况下，分子间的间隔减小[5]；一般情况下，气体分子间的间隔＞液体分子间的间隔＞固体分子间的间隔。

解释现象：（1）为什么6000L氧气在加压的情况下可装入容积为40L的钢瓶中[6]？（2）你知道热胀冷缩的原因吗？

【设计意图】看谁力气大，学生亲身感受针筒中气体容易被压缩，液体很难被压缩。说明相同条件下，气体分子间的间隔比液体分子间的间隔大；增加干冰升华实验，由于干冰生活中学生很少接触到，把干冰放在针筒，堵住针孔，活塞快速向外运动，帮助学生理解相同质量同一物质的固体和气体体积不同，就是因为气体分子间隔比固体分子间隔大得多，培养学生微观想象力。

探究实验四：分子相同，化学性质是否相同？

分组实验：（1）将上述放入少量干冰的针筒中升华后的气体注入装有澄清石灰水的小烧杯中，观察现象。

（2）拔出针筒活塞，再将剩余的干冰倒入另一个装有澄清石灰水的小烧杯中，观察现象。

实验现象：澄清石灰水都变浑浊。

师生共同总结：干冰和二氧化碳气体都是由二氧化碳分子构成的；分子相同，化学性质相同。

【设计意图】把针筒中升华后的气体通入到澄清石灰水中，石灰水变浑浊；把干冰放入石灰水中，“烟雾”缭绕，同时石灰水变浑浊，很容易想到石灰水遇到了二氧化分子，从而得出“分子相同，化学性质相同”的结论。

4.学以致用，拓展思维能力

学生是否真正感知分子原子真实存在，能否理解气体压强与分子间间隔的关系，可以以KMnO4制氧气为例，设计以下两个问题，考查学生是否能够灵活运用，拓展学生的思维能力。

问题1.装置气密性的检查。先将导管一端放入水中，用手握住试管外壁，当导管口有气泡冒出，说明气密性良好，你能从分子的角度分析并解释吗？

问题2.实验结束后，若先熄灭酒精灯，再将导管移出水面，会出现水倒吸的现象，你能从分子的角度解释吗？

四、教学反思

1.创新实验，激发微观想象

教材实验3-1在水中加入品红做了扩散实验，本课题进行了创新，使用U型管设计了分子运动速率与温度关系的对比实验，现象非常明显，更有助于学生直观感知。通过U型管底端橡皮塞棉球上浓氨水的挥发，冷热水两边相同位置上蘸有酚酞的棉球变红的快慢，轻松地判断出温度越高，分子运动越快，更加直观，记忆更加深刻。在探究分子运动现象的实验中，改用针筒注射浓氨水，不仅成功避免了氨分子扩散到空气中造成的污染，而且滴有酚酞的棉球自下而上的变红现象更明显，能够直观地感受氨分子的运动。推压针筒感知气体比液体容易被压缩，理解气体分子间的间隔较大；在针筒中放干冰，活塞迅速向外移动，得出相同质量的同一种物质气态和固态体积不同就是因为它们分子间的间隔不同；通过针筒中的二氧化碳和干冰都能使澄清石灰水变浑浊的现象对比，得出了分子相同其化学性质相同的结论。一个小小的针筒完成了分子性质的相关实验，将宏观现象和微观粒子有机地结合起来，并尝试对宏观现象进行微观想象和解释，突破了教学难点，实现了从宏观到微观的过渡和升华。[7]

2.建立“宏观—微观”相结合的思维方式

从学生熟悉的身边现象入手，变知识教学为观念教学，借助实验探究、现象分析、讨论与交流，感知分子的存在，理解分子的相关性质，体会宏观现象背后的微观本质，建立“宏观—微观”相结合的思维方式，帮助学生接受、理解、建立微粒观。

3.关注社会热点，感受化学的价值

通过介绍2018年诺贝尔物理学奖获得者发明的“光学镊子”，知道分子等粒子运动可以控制，感受化学等自然科学的价值和光明前景，激发学生积极探索未知世界的热情。