初中科学物质的粒子模型单元设计

《物质的粒子模型》单元设计

一、单元内容简介

本单元内容包括“物态”、“粒子模型”、“气压”、“物体的沉浮”、“热胀冷缩”五方面。核心概念是物质、状态和粒子模型。

在固态、液态和气态的认识及分类方法的基础上，归纳得出各自不同的性质，认识宏观并从宏观现象推断物质的微观结构，建立“物质的粒子模型”，从宏观现象来推导物质的微观结构。阐述“粒子模型”的内容（物质是由大量的微小的粒子构成的，粒子在不停地做无规则运动，粒子之间存在间隙），以支持粒子模型的证据，感受用模型解释物质特性的意义，体会世界是物质的，物质是运动的。利用粒子的分布状态描述物质三态，介绍气压的产生、大气压强的存在及存在的原因，物体的浮沉与密度的关系，并用微观粒子解释生活现象：如物体的沉浮、物体热胀冷缩等。

二、学生学习起点分析

本单元的内容是对小学《自然》课程的深化，把原先接触的较感性、零碎的知识变成了更为完整、系统的学习内容。例如：在小学中，学生学习了“物质与材料的性质”、“物质与材料的组成”、“物质的变化”，体会到世界是物质的。在本单元中，将进一步学习《物质的特性》，并用微观结构解释物质的性质，不仅让学生体会到世界是物质的，而且能感受到物质是运动的。

通过《自然》课程的学习和积累的一些生活经验，六年级学生已经了解了“物质”的相关知识：物质分三态，三态是可以变化的。这些知识都是通过对宏观现象的观察构建起来的，正是基于这些感性认识，在本单元的学习中，学生才能逐步从宏观现象推断物质的微观结构，建立“物质的粒子模型”。另外，通过第一章“科学入门”的学习，学生已经熟悉一些常用仪器的使用，例如：试管、滴管、酒精灯、刻度尺、量筒、天平和温度计。初步掌握一些探究物质性质、特征的必备技能：移取溶液、混合溶液、测量质量、长度、体积、温度和时间，在技能上为本单元的学习奠定了基础。而在前几单元的学习中，学生早熟悉科学探究的过程，并且具有一定的想象能力和推理能力，在其他学科的学习中，曾经接触过建立模型，应用模型解释一些抽象、难以理解事物的学习方法，都为本单元学习从“宏观现象推断微观结构，再用微观世界描述自然现象”提供便利条件。

三、单元教学目标

【知识与技能】：

●知道物质三态的性质，能区分固态、液态、气态物质。

●知道物质由粒子构成；知道“粒子模型”的内容；知道物质三态的微观结构；了解物质

都有扩散现象。初步学会用简单实验的方法论证物质的粒子模型。

●知道气体对容器壁有压强，大气对大气中物体有压强。

●知道密度的概念和单位；会用密度公式计算物质的密度；了解实心物体浮沉与其密度的

关系。

●认识物质的热胀冷缩现象。学会利用简单的实验器材、通过简易实验操作重现物质的热

胀冷缩。

●知道在相同条件下，固体的膨胀程度最小，气体的膨胀程度最大。

●了解物体的热胀冷缩现象以及在日常生活中的应用。

【过程与方法】

●观察并描述固体、液体、气体的宏观特性，能根据物质的宏观性质进行物质的分类，并会

归纳事物的特征。

●能根据物质的宏观现象推断物质的微观结构。

●会用粒子模型解释固体、液体和气体的宏观特性差异。

●从课堂实验的现象和日常生活中的某些实例，找出支持粒子模型的证据。

●会观察、记录大气压值。

●探究物质的浮沉与物质密度大小的关系。解释热空气向上升、冷空气向下降的原因。

●能够运用粒子理论解释物质热胀冷缩的现象。发现并能解释日常生活中以及周围环境中的

热胀冷缩现象，比较固体、液体和气体的膨胀程度。

【态度与价值观】

●体验物质构成的微观世界。乐于探究不同物质的微观构成。感受揭开物质微观结构的科学价值。

●乐于依据物质的宏观现象，探究微观的物质本质。

●从粒子模型中感受物质三态的结构特征，领会粒子模型解释物质存在特性的科学价值。

●从观察到的现象中体会世界是物质的，物质是运动的。

●能从生活经验、实验现象中体验大气有压强。

●通过物质沉浮的实验以及测量水的质量和体积，体验到密度是物质的一种性质。

●感悟物体热胀冷缩现象在日常生活中的应用价值，关注热胀冷缩现象对人类经济和日常生活带来的利与弊。

四、单元知识框架

五、重点难点解析

【重点解析】

本章的知识与技能的重点是：1、物质的宏观特性，包括物质三态特性、物质密度、气压和热胀冷缩；2、物质的粒子模型。过程与方法的重点是：1、归纳方法：即从个别事实中概括出一般概念、一般原理和规律的方法；2、黑箱方法：即从宏观现象推断物质的微观结构的“黑箱方法”。3、模型的方法，包括建立模型与应用模型。情感态度与价值观的重点：1、体会世界是物质的，物质是运动的；2、感受用模型解释物质特性的意义，让学生从中感受到“科学”不同于“知其然而无需知其所以然，无需探索原因的‘常识’”，“科学”是“具有解释性，必须对现象进行解释”，即对于学生从认识常识向学习科学的过渡具有重要的意义。

教学过程中，学生应该在充分进行实验、观察现象的基础上，描述或归纳出物质的相应宏观特性；同时运用黑箱方法推断出物质的微观结构，进行概括、提炼，建立粒子模型，体会世界是物质的、物质是运动的；通过应用模型解释物质的特性中一些抽象的内容，感受到用模型解释物质特性的意义。

这里还需特别说明的是“活动 4.12 物体的温度与粒子的运动”。因为观察到温度对粒子运动速度具有影响的现象是学生理解“空气受热后密度减小”以及物体“热胀冷缩”现象的思维保障，所以这是本章要特别重视的一个活动。 【难点解析】

本章的知识与技能的难点是：1、物质的粒子模型；2、气体压强的产生；3、物体的浮沉与密度的关系。过程与方法的难点是：1、通过观察、归纳出事物各自主要特征的归纳方法；2、从宏观现象推断物质微观结构的“黑箱方法”。3、建立粒子模型并应用粒子模型解释有关现象的“模型的方法”。情感态度与价值观的难点：1、体会世界是物质的，物质是运动的；2

、

感受用模型解释物质特性的意义，体会使用模型的优越性。

在宏观现象与微观结构之间建立思维的桥梁是本章最大的教学难点，因此可以让学生通过一系列实验知道物质是由不停地做无规则运动的微小粒子构成，从而建立粒子模型，并应用粒子模型描述物质三态特征、解释气压产生的原因和物体沉浮的规律。例如“活动4.5认识固体粒子的大小”，通过高锰酸钾的紫色这一宏观现象将看不见、摸不着的微小粒子“呈现”在学生面前，让学生体会看不见的粒子能通过某些现象（味道、颜色、气味等）判断它的存在，并进一步分析，认识微观结构。又如采用黄豆撞击盒子产生声音的宏观现象可以模拟气体粒子撞击器壁产生气压的微观过程。

六、单元课时建议：本单元建议9课时完成教学内容。

七、单元活动设计

第一课时活动设计

【活动名称】辨认物质的三态

【活动器材】冰块、白糖、二氧化碳气体、木块、铜丝、岩石、泡沫塑料、酒精、氢气、玻璃棒、植物油、铝块、氧气、蒸馏水。

【活动目的】通过利用生活经验把不同的物质进行物态的分类，认识常见的物质状态有固态、液态和气态，并能正确区分。

【活动名称】认识气体的性质

【活动器材】储有压缩空气的塑料瓶、橡胶导管、玻璃导管、塑料袋、弹簧夹、配套光盘【活动目的】通过观察空气和二氧化氮气体流动的演示实验，认识气体的性质，学会观察并用规范的语言进行描述。

【活动名称】认识液体的性质

【活动器材】水、食用油、牛奶、酒精、量筒、烧杯、锥形瓶。

【活动目的】通过倾倒液体的活动,和对不同液体各种特征的确定，归纳认识液体的性质；学会在利用多种物体经过多次实验的基础上总结一种物质的性质。

【活动名称】：认识固体的性质

【活动器材】：木块、玻璃棒、铁钉、泡沫塑料、塑料片和橡皮泥六种不同的固体。

【活动目的】：通过设计探究固体性质的活动，对一些固体的特征进行确定，总结出固体的性质，初步学会设计表格，知道表格是活动记录方法之一，形成利用已有的认知进一步探究的科学方法。

第二课时活动设计

【活动名称】探究物质是否可分

【活动器材】冰糖，小锤，盛有清水的100ml烧杯，玻璃棒。

【活动目的】通过观察冰糖由原状到敲碎再到溶解的过程，认识物质是可分的，了解由物质的宏观现象研究微观结构的方法。

【活动名称】认识固体粒子的大小

【活动器材】8个100ml的烧杯，5ml的针筒，清水，高锰酸钾饱和溶液，玻璃棒。

【活动目的】通过不断稀释高锰酸钾溶液，观察比较稀释过程溶液颜色的变化，计算所含高锰酸钾粒子数量的变化，知道构成物质的粒子数量极多，并进一步推测粒子体积微小，体验科学认知的过程。

【活动建议】

1.烧杯G——H内溶液颜色极淡，观察时可建议学生用白纸做背衬。

2.六年级学生没有学过科学计数法，部分学生对较大的数字计算有困难。为此，教师需带

领学生，按顺序逐个完成计算。

【活动名称】认识液体粒子的大小

【活动目的】通过一组关于水粒子的数据，理性认识液体粒子体积微小。

【活动名称】认识气体粒子的大小

【活动目的】通过闻花露水气味的活动，感受并认识气体粒子体积微小、数量极多。

【活动器材】花露水，滤纸。

【活动建议】

1.用花露水替代香水原因有二：其一，花露水的气味比香水浓，效果更明显；其二，香水

的气味学生不熟悉，不容易辨别是否闻到。

2.用滤纸替代表面皿，并将滤纸竖起，可以使气味更快地弥漫于教室内。

第三课时活动设计

【活动名称】观察固体和液体的扩散

【活动器材】2支试管，机油，汽油，水，硫酸铜晶体，2支装有琼脂的试管，2支前一天已放入硫酸铜晶体的装有琼脂的试管。

【活动目的】通过观察机油向汽油、硫酸铜晶体向水和硫酸铜晶体向琼脂的扩散，认识扩散现象，知道粒子在不停地运动；学会以绘图方式记录现象的方法。

【活动建议】液体和固体的扩散都需要一定的时间，教师可于1天、2天前分别准备实验，并在试管上标注日期和时间供学生观察。可请学生代表参与准备过程。

【活动名称】物体的温度与粒子的运动

【活动器材】3个分别盛有热水、温水和冷水的100ml烧杯，滴管，红墨水。

【活动目的】通过观察红墨水在热水、温水和冷水中扩散情况的差异，推测粒子运动的剧烈程度与物体的温度有关。

【活动建议】

1.水温高红墨水扩散相当快，不利于观察；温水中扩散速度适中，现象非常清晰；冷水中

仅在水表面扩散。故建议设置3种水温的水，更利于比较。

2.建议热水的温度期间，实验开始前由实验员准备。温水可用一半热水掺一半凉水。在80～

90左右。安全

3.根据学生层次的不同，建议可要求学生进一步设计探究活动检验推测的正确性，可作为

课外拓展，是应用控制变量法思想的又一次实践。

【活动名称】酒精和水混合

【活动器材】两根玻璃管（一端封闭，另一端带橡皮塞）、清水、红色的水、酒精

【活动目的】观察水和水混合初与充分混合后的体积变化，酒精与水的混合初与充分混合后的体积变化的现象，并对活动现象进行比较和进一步假设，激发学生的想象力。

【活动建议】

1、采用的两根玻璃管的内径要一致，同时内径尽量要细，以保证活动现象的清晰。

2、完成酒精与水混合时，由于酒精的密度小于水的密度，所以在玻璃管中先倒入红色的水，然后再倒入酒精。

【活动名称】米粒和黄豆混合

【活动器材】量筒、黄豆、米粒

【活动目的】观察黄豆与黄豆混合、米粒与米粒混合、黄豆与米粒混合后体积变化的宏观现象，并能通过运用观察到宏观现象的类比方法解释水与水混合、酒精与水混合的现象，培养学生的推理能力。

【活动建议】在黄豆与黄豆混合、米粒与米粒混合的活动中，由于很难选用到大小一样的黄豆及大小一样的米粒，所以，学生观察到混合后体积也有变化，但变化微小。而黄豆与米粒混合后体积变化较大。教师要帮助学生理解，并排除黄豆之间大小与米粒之间大小差异的影响因素。为排除干扰，我们可以选用不同颜色、大小相同的大米珠、大小相同的小米珠替代，使活动更具科学性。

【活动名称】气球实验

【活动器材】气球三个、氢氧化钠溶液、白色酚酞试纸、培养皿

【活动目的】观察充满氢气和空气的气球在一周内变化，并对观察的现象作出猜测和假设。通过观察紧贴在装有氢氧化钠溶液的气球下的白色酚酞试纸的颜色变化，知道组成气球球囊的橡胶膜的粒子之间有间隙。

【活动建议】气球实验由于观察现象耗时较长，采用课前准备、课余观察记录，课内交流的方法。对气球体积变小，学生很容易怀疑是由于气球口没有扎紧造成的。因此，教师要帮助学生分析采用两个氢气球和两个空气球，就是为了排除“气体从气球口泄露”的怀疑，因为在观察中发现两个氢气球都比另两个空气球漏的快，就显示出一种规律性，而不是偶然性。同时如果是由于气球口未扎紧而造成漏气，气球会很快瘪掉。

第四课时活动设计

【活动名称】建立物质三态的粒子模型

【活动器材】3种不同颜色（或大小）的塑料小珠、3个同样大小的浅方盒。

【活动目的】通过回顾“活动4.2”至“活动4.11”的结论，学会有序整理知识；通过用塑料小珠拼建粒子模型的过程，学习建立模型的科学方法，并尝试以粒子模型解释物质的性质及现象。

【活动建议】

1.教室内空间有限，课堂中如用学生模拟粒子进行建模活动恐难以实施。故用3种颜色或

大小不同的塑料小珠代替学生，以增加可操作性。

2.建议使用同样大小的浅方盒（最好是透明的）。学生拼建模型时只拼1层即可，但教师需

说明粒子是多层排列的，粒子模型应是立体结构。

【活动名称】比较固体、液体、气体受压时体积的变化

【活动器材】针筒一个、比针筒内径略小的小木柱、烧杯、清水

【活动目的】观察在相同的条件下，固体、液体、气体受压时的体积变化，知道组成物质的粒子之间有间隙。并通过比较得出气体粒子最容易被压缩，固体和液体不容易被压缩。初步学习在明确活动目的的前提下，控制一定的实验条件下设计活动，来验证自己的假设。

【活动建议】

1、在学生提出假设和猜想同时，要求学生能设计证实假设和猜想的方法。这样使学生认识到在提出假设时，不仅仅是猜想，而是要考虑假设的基本特征——有客观依据可以进行检验，从而使假设更具有科学性。因此，本活动让学生先对物质三态的粒子之间间隙的大小作出假设，然后根据教师提供的材料进行验证活动的设计。为了避免学生设计的盲目性，教师可以提供活动的器材，然后运用活动卡，为学生活动设计进行铺垫。

2、在学生进行活动设计之前，利用生生、师生互动，分析活动的目的是要研究物质三态受到压力时的变化。为比较变化的大小，应控制一定的条件。所以根据比较的目的，只有物质的状态不同，而物质的体积、受到的压力应该都是相同，让学生初步具有控制变量的意识。

3、在活动时，考虑到压缩液体、气体时，手指要堵住针筒嘴，所以压缩固体时，也要用手指堵住针筒嘴。在活动时，学生可能会发现固体、液体难以压缩，所以力的大小已不起作用。

4、在活动设计时，学生可能会先想到分别记录压缩前后的体积，然后比较体积的变化是多少，从而比较压缩的难易程度。在实际的活动中学生会发现固体、液体数据不易观察，所以只能通过定性感觉来体会。

【活动名称】识气体压强的产生

【活动器材】装满水的杯子、纸、盒子、黄豆、动画

【活动目的】通过“黄豆对容器壁撞击”的演示实验，借助粒子模型来推理气体压强的产生。

【活动建议】魔术表演时要注意，瓶子用小口瓶（如用大口瓶时、纸片要用硬一些的），瓶内装水越满效果越好。倒转瓶口后，手要慢慢地轻轻地移开，以免纸未盖平而漏水，甚至使水倒出来。

【活动名称】探究影响气压改变的因素

【活动器材】瘪的乒乓球、热水、烧杯、足球、打气筒、针筒、ppt、活动卡

【活动目的】

1．通过观察一系列演示实验现象，讨论分析影响气压改变的因素。

2．通过体积改变对气压影响的探究实验，在教师创设的情景下，学习实验设计的方法。3．按照设计的实验方法，以小组合作的方式，收集数据得出结论。

【活动建议】学生在实验设计时，教师要强调变量的控制。实验中要强调实验现象的记录和分析。

第五课时活动设计

【活动名称】认识大气压强的存在

【活动器材】马德堡半球、抽气机、钟罩、气球、ppt

【活动目的】运用所学的知识，对实验现象的分析与讨论，感悟到大气压的存在，初步培养学生分析推理的能力。

【活动建议】

1．马德堡半球实验中，球两边封口处要涂上薄薄的凡士林，否则学生很轻易就能打开，达不到理想的效果。学生在拉马德堡半球时，提示不能转动它，并要注意安全。

2．教师在解释球不吹自大的实验中，应知道抽气过程中，即气球变大的过程中，是由于气球内部气压渐渐大于气球外部钟罩内的气压，故气球变大了，但停止抽气的话，气球内外部气压随即保持平衡了，因此这里画的气球外部的粒子数是抽气过程中瞬间的变化，但不一定解释给学生听。

3．在学会正确画出抽气后气球内外气体粒子数量的变化情况的基础上，学生能够比较准确地画出压扁的塑料瓶和马德堡半球内气体粒子数量的变化情况，因此教师有必要先带领学生做第一个活动。

【活动名称】了解并学会使用无液气压计读数

【活动目的】知道无液气压计可以用来测量气压。了解无液气压计的内部结构及作用。会根据无液气压计读数。

【活动器材】无液气压计、教学光盘、ppt。

【活动建议】学生只要会读数即可，不要求掌握无液气压计的结构原理，也不要求记住气压的单位。

第六课时活动设计

【活动名称】探究物体浮沉的有关因素

【活动器材】铝片、橡皮、木棒、泡沫、大量筒、电子天平、清水

【活动目的】应用“单一变量的原则”探究与物体浮沉有关的因素，认识物体的浮沉与物质种类有关。学会用表格的形式记录数据、分析数据，寻找规律的科学学习方法。

【活动建议】

1、为了使实验更具可操作性（要保持四种物质体积保持相等或质量保持相等），老师可向学生提供铝片、橡皮、木棒、泡沫等可以切割的物质。木棒可用多支大小相等的冰棍棒，缠绕在一起，便于质量与铝片保持相等。提示学生橡皮的体积应取得尽量小，以免木棒与泡沫的体积过大，尽量用50—100mL的大量筒测四种物质的体积。

2、正确数据的读出有利于学生发现规律，因此实验前，教师应帮助学生对量筒的使用，正确的读数方法进行复习，在学生实验过程中及时发现和纠正量筒的不规范操作，提高实验的有效性。

第七课时活动设计

【活动名称】测定水的密度

【活动器材】电子天平、烧杯、清水、量筒、计算器

【活动目的】利用简单的仪器设计实验，测定水的密度，熟练掌握密度的计算方法，电子天平、量筒等仪器的使用。在活动过程中学会一些减少实验误差的方法，进一步体验密度是物质的一种性质。

活动建议：电子天平、量筒的正确使用是较精确测量出水密度的基本保证，在测量前老师应引导学生再次回顾电子天平、量筒的使用技巧，提高测量的准确度。在课前准备过程中，还需事先检验电子天平的准确性，以免已损坏的仪器导致错误的测量结果。

【活动名称】找出物质浮与沉的规律

【活动器材】大量筒、铁钉、泡沫、木块、水银、酒精、食用油

【活动目标】了解物质浮沉现象与物质密度大小的关系，找出物质浮与沉的规律。学会运用拆分表格的方式查表，记录数据、分析数据的方法。

【活动名称】热气球实验

【活动器材】塑料袋、酒精灯、铁架台、多媒体课件

【活动目的】运用物质的浮沉规律，利用粒子理论解释热气球上升的原理,体会科学原理为生活服务的道理。

【活动建议】做热气球实验，应注意操作安全，不要引燃塑料袋，也不要选择大的塑料袋，以免加热耗时长。

第八课时活动设计

【活动名称】加热与冷却

【活动器材】装有水、豆浆、酱油、黄酒、食用油、橙汁等液体的带导管的试管、烧杯、试管、玻璃管、橡皮塞、热水、冷水、固体热胀冷缩测试器、酒精灯

【活动目标】运用科学的方法在固体、液体和气体的加热与冷却活动中收集证据，证明物体具有热胀冷缩现象。