《原子結(jié)構(gòu)》教學(xué)設(shè)計(jì)

宋連瑛　丁建軍　鐘永江

● 教材分析

本節(jié)內(nèi)容選自人民教育出版社新課標(biāo)教材《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》（選修3）第一章《原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》的第一節(jié)《原子結(jié)構(gòu)》。本節(jié)從介紹原子的誕生（宇宙大爆炸）入手，在原子水平上認(rèn)識(shí)物質(zhì)構(gòu)成的規(guī)律，在介紹能層、能級(jí)的概念后，直接給出構(gòu)造原理并根據(jù)構(gòu)造原理展示原子的核外電子排布；在原子基態(tài)與激發(fā)態(tài)概念的基礎(chǔ)上介紹電子躍遷和光譜分析；根據(jù)電子云與原子軌道等概念，進(jìn)一步介紹核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并導(dǎo)出泡利原理和洪特規(guī)則，旨在幫助高中學(xué)生進(jìn)一步豐富原子結(jié)構(gòu)的知識(shí)，提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

● 學(xué)生分析

學(xué)生在初中化學(xué)所學(xué)僅僅局限于對(duì)原子構(gòu)成的簡(jiǎn)單識(shí)記上。高中階段在新課標(biāo)化學(xué)教材（必修2）的第一章第一節(jié)中，主要從原子核外電子的排布規(guī)律講授了原子結(jié)構(gòu)的知識(shí)。而學(xué)生對(duì)原子核外電子排布的相關(guān)概念、原理（如泡利原理、洪特規(guī)則等）都很陌生。另外，學(xué)生對(duì)于原子核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與原子基本性質(zhì)（如電子運(yùn)動(dòng)與光譜的關(guān)系）之間的關(guān)系了解很少，這種強(qiáng)烈的求知欲望將會(huì)促使學(xué)生更好地學(xué)習(xí)這部分知識(shí)。除此之外，高二學(xué)生已經(jīng)具備了較強(qiáng)的抽象思維能力，對(duì)于理論的理解較深刻，并且能夠?qū)W(xué)到的理論快速應(yīng)用于問(wèn)題解決中。

● 教學(xué)目標(biāo)

1.知識(shí)與技能目標(biāo)

(1)了解宇宙大爆炸理論及元素在宇宙中的含量。

(2)了解原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展歷史，能夠區(qū)分主要的原子結(jié)構(gòu)理論創(chuàng)始人及其理論內(nèi)容。

(3)理解能層（電子層）和能級(jí)（電子亞層）的概念，熟練使用符號(hào)表示原子核外的能層和能級(jí)，掌握原子核外電子能層分布及其能量關(guān)系、能級(jí)分布及其能量關(guān)系，能夠利用這兩種關(guān)系判斷電子能量的高低。

(4)了解原子結(jié)構(gòu)的構(gòu)造原理，并能利用構(gòu)造原理排布原子的核外電子。

(5)理解電子排布式及簡(jiǎn)化電子排布式的含義，能用電子排布式和簡(jiǎn)化電子排布式表示常見(jiàn)元素（1～36號(hào)）的原子核外電子排布。

2.過(guò)程與方法目標(biāo)

在學(xué)習(xí)原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展歷史，核外電子分層排布的特點(diǎn)、構(gòu)造原理及其應(yīng)用的過(guò)程中，掌握科學(xué)研究的一般方法：歸納法和類比法。

3.情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)

原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展歷程說(shuō)明人類對(duì)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)是一個(gè)逐步深入的過(guò)程，也是一個(gè)逐步完善的過(guò)程。通過(guò)對(duì)原子結(jié)構(gòu)理論科學(xué)家及其主要貢獻(xiàn)的認(rèn)識(shí)，深刻感悟科學(xué)家獻(xiàn)身科學(xué)的精神和積極探索的科學(xué)態(tài)度，為養(yǎng)成良好的科學(xué)習(xí)慣打基礎(chǔ)。

● 教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)

1.教學(xué)重點(diǎn)

核外電子的分層排布、能層和能級(jí)的概念、構(gòu)造原理、基態(tài)原子電子排布式的書(shū)寫(xiě)。

2.教學(xué)難點(diǎn)

原子的構(gòu)造原理。

● 教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)

1.創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境

[整合點(diǎn)診斷1]學(xué)生缺乏對(duì)宇宙產(chǎn)生理論——宇宙大爆炸理論的了解，甚至對(duì)宇宙大爆炸理論的主要觀點(diǎn)從來(lái)沒(méi)有聽(tīng)說(shuō)過(guò)，更不用說(shuō)對(duì)宇宙爆炸情形的想象了。因此，如何把宇宙大爆炸理論形象化地展現(xiàn)給學(xué)生是信息技術(shù)需要解決的問(wèn)題。

[整合模式與方法]音視頻模式：利用信息技術(shù)的可控制性、可模擬性，提供模擬宇宙大爆炸的影視資料，給學(xué)生一種表象直觀，繼而加深對(duì)宇宙大爆炸理論的認(rèn)識(shí)。

[資源或軟件]影視資料：“宇宙大爆炸”，該片段視頻選自電影《宇宙與人》。

[教師活動(dòng)]

(1)提出問(wèn)題：宇宙大爆炸是怎么回事？原子是怎樣誕生的？

(2)播放影視：引發(fā)學(xué)生探索原子奧秘的興趣。

[學(xué)生活動(dòng)]觀看影視，思考問(wèn)題。

2.提出問(wèn)題

[整合點(diǎn)診斷2]學(xué)生缺乏在短時(shí)間內(nèi)對(duì)原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展過(guò)程，各主要理論要點(diǎn)和相關(guān)科學(xué)家的集中了解和認(rèn)識(shí)。因此，應(yīng)該把原子結(jié)構(gòu)理論及其發(fā)展過(guò)程系統(tǒng)、形象化地展現(xiàn)給學(xué)生，從而讓學(xué)生明白科學(xué)理論的發(fā)展是一個(gè)逐步完善的過(guò)程。

[整合模式與方法]教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)模式：利用信息技術(shù)的可圖示性，結(jié)合本章的圖示把學(xué)生收集到的有關(guān)原子結(jié)構(gòu)理論發(fā)展過(guò)程的材料集中起來(lái)，按照時(shí)間的先后順序形成易于記憶的圖文資料。

[資源或軟件]大屏幕展示內(nèi)容：原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展歷程。

[教師活動(dòng)]

(1)組織學(xué)生交流原子結(jié)構(gòu)理論發(fā)展的歷史，聽(tīng)取學(xué)生的交流。

(2)歸納總結(jié)：①古希臘原子論；②道爾頓1803年提出的原子模型；③湯姆生1904年提出的原子模型；④盧瑟福1911年提出的原子模型；⑤玻爾1913年提出的原子模型；⑥薛定諤1926年提出的電子云模型。

[學(xué)生活動(dòng)]

(1)交流討論原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展歷程。

(2)聽(tīng)取總結(jié)，了解原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展歷程，主要理論的內(nèi)容、創(chuàng)始人。

3.問(wèn)題探究

[整合點(diǎn)診斷3]對(duì)于回顧內(nèi)容應(yīng)該給學(xué)生可以直接看到的文字資料，要徹底改變傳統(tǒng)教學(xué)中回顧知識(shí)僅僅流于口頭的形式。

[整合模式與方法]教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)模式：利用信息技術(shù)的可圖示性，把必修2中有關(guān)原子核外電子排布的知識(shí)做成一張幻燈片，使知識(shí)簡(jiǎn)潔明了、易于回顧。

[資源或軟件]大屏幕展示內(nèi)容：原子核外電子的排布規(guī)律總結(jié)。

[教師活動(dòng)]

提出問(wèn)題：原子核外電子排布的規(guī)律是什么？

總結(jié)：①核外電子總是盡量先排布在能量較低的電子層，然后由里向外，依次排布在能量逐步升高的電子層；②原子核外各電子層最多容納2n2個(gè)電子；③原子最外層電子數(shù)目不能超過(guò)8個(gè)(K層為最外層時(shí)不能超過(guò)2個(gè)電子)；④次外層電子數(shù)目不能超過(guò)18個(gè)(K層為次外層時(shí)不能超過(guò)2個(gè))，倒數(shù)第三層電子數(shù)目不能超過(guò)32個(gè)。

[學(xué)生活動(dòng)]思考問(wèn)題，討論回答。

[整合點(diǎn)診斷4]如何快速呈現(xiàn)并使學(xué)生掌握能層和能級(jí)的表示符號(hào)和所能容納的最多電子數(shù)？應(yīng)該做一個(gè)清晰明了的歸納與總結(jié)，以便于學(xué)生理解，而不應(yīng)簡(jiǎn)單觀察課本圖表。

[整合模式與方法]教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)模式：利用信息技術(shù)的可圖示性，展示能層、能級(jí)的符號(hào)以及最多電子數(shù)，便于總結(jié)電子在不同能層和能級(jí)中的排布特點(diǎn)。

[資源或軟件]大屏幕展示內(nèi)容：能層、能級(jí)、原子電子排布。

[教師活動(dòng)]聽(tīng)取交流，及時(shí)總結(jié)：①各能層所包含的能級(jí)類型及各能層、能級(jí)最多容納的電子數(shù)；②各能層、能級(jí)中電子能量的高低又分為同一能層中和不同能層中兩種情況。

[學(xué)生活動(dòng)]閱讀教科書(shū)，并結(jié)合教材中“學(xué)與問(wèn)”的三個(gè)問(wèn)題，形成對(duì)能層、能級(jí)的認(rèn)識(shí)。

[整合點(diǎn)診斷5]教材中給出了構(gòu)造原理的示意圖，如何把構(gòu)造原理動(dòng)態(tài)地展現(xiàn)給學(xué)生？如何幫助學(xué)生靈活理解、記憶構(gòu)造原理？

[整合模式與方法]虛擬模仿模式：利用信息技術(shù)的可交互性、可控制性、可圖示性、實(shí)時(shí)性設(shè)計(jì)動(dòng)畫(huà)，動(dòng)態(tài)展示構(gòu)造原理。

[資源或軟件]動(dòng)畫(huà)：構(gòu)造原理。圖1是構(gòu)造原理動(dòng)畫(huà)的截圖，電子沿黃線運(yùn)動(dòng)的過(guò)程代表基態(tài)原子核外電子排布的一般規(guī)律。

圖1 構(gòu)造原理示意圖

[教師活動(dòng)]引導(dǎo)學(xué)生探究構(gòu)造原理,總結(jié)概念：隨著原子核電荷數(shù)的遞增，絕大多數(shù)元素的原子核外電子的排布將遵循一定的排布順序，人們把核外電子的這種順序排布稱之為能量原理。構(gòu)造原理是絕大多數(shù)基態(tài)原子核外電子排布所遵循的順序，并不是所有基態(tài)原子的核外電子都符合構(gòu)造原理。

[學(xué)生活動(dòng)]分析構(gòu)造原理，通過(guò)構(gòu)造原理動(dòng)畫(huà)探究構(gòu)造原理的規(guī)律。

[整合點(diǎn)診斷6]構(gòu)造原理的主要應(yīng)用就是根據(jù)構(gòu)造原理可以寫(xiě)出基態(tài)原子的電子排布式，如果按照傳統(tǒng)的黑板板書(shū)，則會(huì)耗費(fèi)較多時(shí)間，而且不利于學(xué)生快速掌握原子核外電子排布式的書(shū)寫(xiě)。因此，應(yīng)該精心設(shè)計(jì)既有利于講授又有利于學(xué)習(xí)的資源或軟件。

[整合模式與方法]虛擬模仿模式：利用信息技術(shù)的可交互性、可控制性、可圖示性、實(shí)時(shí)性設(shè)計(jì)動(dòng)畫(huà)，輔助教師講授基態(tài)原子電子排布式。

[資源或軟件]動(dòng)畫(huà)：基態(tài)原子核外電子排布式。圖2是基態(tài)原子核外電子排布式闖關(guān)練習(xí)的截圖，圖3是基態(tài)原子核外電子排布式動(dòng)畫(huà)中講授功能的截圖。

圖2 基態(tài)原子的核外電子排布式闖關(guān)練習(xí)

圖3 基態(tài)原子的核外電子排布式的講授

[教師活動(dòng)]公布練習(xí)：寫(xiě)出氧、硅、鐵的電子排布式，檢查學(xué)生練習(xí)結(jié)果。

[學(xué)生活動(dòng)]

(1)書(shū)寫(xiě)氧、硅、鐵的電子排布式。

(2)利用動(dòng)畫(huà)資源在計(jì)算機(jī)上加強(qiáng)訓(xùn)練。

4.討論與交流

[整合點(diǎn)診斷7]如何讓學(xué)生準(zhǔn)確理解簡(jiǎn)化電子排布式的概念及快速掌握其書(shū)寫(xiě)方法？

[整合模式與方法]教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)模式：利用信息技術(shù)的可交互性、可圖示性，展示稀有氣體原子電子排布的特點(diǎn)。

[資源或軟件]大屏幕展示內(nèi)容：稀有氣體原子電子排布式、簡(jiǎn)化電子排布式。

[教師活動(dòng)]總結(jié)學(xué)生結(jié)論，給出簡(jiǎn)化電子式。

[學(xué)生活動(dòng)]閱讀教材的“思考與交流”，交流討論。

5.總結(jié)評(píng)價(jià)

[整合點(diǎn)診斷8]書(shū)寫(xiě)能夠排布在（n-2）f、（n-1）d、ns能級(jí)的電子排布式相對(duì)比較麻煩，如何在短時(shí)間內(nèi)快速掌握不同能層、不同能級(jí)的電子排布規(guī)律？因此應(yīng)該精心設(shè)計(jì)既有利于講授又有利于學(xué)習(xí)的資源。

[整合模式與方法]虛擬模仿模式：利用信息技術(shù)的可交互性、可控制性、可圖示性、實(shí)時(shí)性，展示一些比較復(fù)雜的原子電子排布式，讓學(xué)生歸納規(guī)律。

[資源或軟件]動(dòng)畫(huà)：基態(tài)原子核外電子排布。圖4是基態(tài)硒原子的核外電子排布式示意圖。

圖4 基態(tài)硒原子的核外電子排布式

[教師活動(dòng)]

(1)評(píng)價(jià)學(xué)生的總結(jié)。

(2)總結(jié)構(gòu)造原理的用途：①根據(jù)構(gòu)造原理可以寫(xiě)出基態(tài)原子的電子排布式；②對(duì)于不同能層和不同能級(jí)，電子排布的先后次序?yàn)椋海╪-2）f、（n-1）d、ns。

[學(xué)生活動(dòng)]聽(tīng)取教師評(píng)價(jià)，然后利用動(dòng)畫(huà)資源在計(jì)算機(jī)上訓(xùn)練書(shū)寫(xiě)核外電子排布式。

6.應(yīng)用反饋

[整合點(diǎn)診斷9]如何及時(shí)鞏固原子電子排布式的書(shū)寫(xiě)？如何及時(shí)鞏固本節(jié)課的所學(xué)內(nèi)容？

[整合模式與方法]練習(xí)模式：利用信息技術(shù)的可交互性、可圖示性，提供課堂練習(xí)、例題，檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

[資源或軟件]大屏幕展示內(nèi)容：①精講例題，習(xí)題鞏固；②書(shū)寫(xiě)一些原子的電子排布式。

[教師活動(dòng)]講授例題，檢查學(xué)生練習(xí)情況。

[學(xué)生活動(dòng)]學(xué)生聽(tīng)講,然后練習(xí)書(shū)寫(xiě)一些元素的原子核外電子排布式及簡(jiǎn)化電子排布式，進(jìn)一步掌握構(gòu)造原理。

● 教學(xué)反思

通過(guò)對(duì)教材和學(xué)生學(xué)習(xí)情況的分析，整個(gè)教學(xué)過(guò)程共診斷出9個(gè)整合點(diǎn)，整合點(diǎn)涵蓋在這一節(jié)課的每一過(guò)程，并且針對(duì)每個(gè)整合點(diǎn)都找到了恰當(dāng)?shù)恼夏Ｊ脚c方法，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的資源或軟件。整合點(diǎn)的準(zhǔn)確診斷和解決，突出了本節(jié)課的教學(xué)重點(diǎn)，突破了教學(xué)難點(diǎn)，尤其是教學(xué)過(guò)程中設(shè)計(jì)的三個(gè)動(dòng)畫(huà)，極大地激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情。

在教學(xué)過(guò)程的設(shè)計(jì)上，一環(huán)扣一環(huán)的步驟設(shè)計(jì)緊緊地抓住了學(xué)生的思維，在每一個(gè)環(huán)節(jié)都能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，時(shí)刻以教學(xué)目的為導(dǎo)向，讓學(xué)生在緊張有序地環(huán)節(jié)中，牢固地掌握了原子結(jié)構(gòu)的知識(shí)。學(xué)生最后練習(xí)情況的反饋，說(shuō)明整堂課的教學(xué)效果很好，教師教的效率和學(xué)生學(xué)的效率得到很大提高。

當(dāng)然，從整個(gè)教學(xué)過(guò)程控制來(lái)看，由于在計(jì)算機(jī)教室上課，教師對(duì)于學(xué)生的整體控制顯得有點(diǎn)力不從心，這是今后需要努力加強(qiáng)的地方。

● 整合點(diǎn)金石

本節(jié)課教師精心設(shè)計(jì)了探究學(xué)習(xí)過(guò)程，每個(gè)過(guò)程教師設(shè)疑和引導(dǎo)恰當(dāng)、自然，符合學(xué)生實(shí)際。在教學(xué)過(guò)程的每一個(gè)環(huán)節(jié)都對(duì)整合點(diǎn)進(jìn)行了診斷，并且針對(duì)每個(gè)整合點(diǎn)都找到了恰當(dāng)?shù)恼夏Ｊ脚c方法，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的資源或軟件：原子結(jié)構(gòu)的排序規(guī)律比較抽象，學(xué)生缺乏直接經(jīng)驗(yàn)，教師利用信息技術(shù)改變了知識(shí)呈現(xiàn)形態(tài)，把信息技術(shù)作為學(xué)生學(xué)習(xí)的工具，用多媒體軟件動(dòng)態(tài)展現(xiàn)原子構(gòu)造，通過(guò)具有交互性的虛擬實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生自主探究構(gòu)造原理的規(guī)律，讓學(xué)生自己去構(gòu)建看不見(jiàn)、摸不著的微觀粒子的結(jié)構(gòu)模型，從而形成清晰、直觀、深刻的原子形象，發(fā)揮多媒體軟件的智能性對(duì)學(xué)生的掌握情況進(jìn)行有效測(cè)評(píng)。本課將信息技術(shù)和化學(xué)課堂教學(xué)進(jìn)行了有機(jī)整合，為解決化學(xué)微觀粒子的教學(xué)提供了方向和一個(gè)成功范例。