2014年1月2日 星期四

教案設計1_原子的組成

教學主題
原子的組成
設計者
生化科技研究所碩三陳奕均
化學科
教學對象
國中二年級學生
教學時數
45 分鐘
教學對象分析
(whom)
 1. 先備知識：已經學過物質與能量，光，聲音，溫度等巨觀且可以用身體五官感受到的現象，剛開始接觸微觀的事物。2. 關於微觀事物，已經知道元素與化合物之差異，且已經介紹道耳頓的原子說，知道世界上所有物質均為原子組成 (上述為兩周內所授之課程)。 2. 學校：就讀延平高中國中部。 3. 過去學習成果：程度中上，前面學習過的部分經過評量後皆有不錯的表 現。 4. 對學習的期望和優先考慮：以升學為優先目標，期盼在評量上能得到較 佳的成績。
教材來源
 1. 林英智主編 (2012)。《國中自然與生活科技2上》。臺北：康軒文教事業。使用之章節為 6.4 原子的結構，內容主要敘述概念為：(1) 原子可以再分割成更小的粒子，這些粒子為質子、中子與電子。(2) 質子、中子與電子的帶電量、重量等性質以及在原子的位置。(3) 不同的質子數 (元素的差異)，不同的中子數 (同位數的差異)，以及不同的電子數 (原子與離子的差異)，均有其意義。2. 科羅拉多大學的 PhET 計劃，http://phet.colorado.edu/zh_TW/，其中的「建立一個原子」檔案為本篇教案所需軟體。此軟體的基本操作將課程活動 介紹。
設計理念
(why)
  1. 原子和學生過去所學之理化現象不同，屬於較為微觀之現象，較難與生活中的現實情況結合，也難以普通方式讓學生感覺到原子的真實存在。而原子內的質子、中子與原子，更難以具象化。「建立一個原子」軟體將由學生自己主動建立一個完整的原子，可讓學生”看見”原子的構造，加強學生之印象與學習興趣。該軟體另設有挑戰遊戲，適合國中生共同挑戰與練習。
  2. 若是不了解質子、中子與電子的差異，則無法了解元素間差異，以及性質的差異。舉例而言，若是不知道電子的差異，則會以為金屬鈉和食鹽中的納是相同物質，金屬納遇水會產生爆炸，所以食鹽遇到水也會產生爆炸嗎?
  3. 過去強調彼此競爭的觀念已經過時，現在的社會強調合作。因此我們將學生分成數組，透過學生彼此的互動互助及責任分擔，達成共同的學習目標。這種教學方式著重學生的參與及以學生為中心，學習的過程中，學生不只要對自己負責，也要對同組同學負責，可加強其學習動機。
  4. 鑑於上述理由，本教案以「建立一個原子」軟體作為輔助，以達到將原子內結構具象化的目的，幫助學生了解真實原子的構造。以分組學習之方式，強化其團隊合作的能力，期盼在生活中可以以簡單的化學常識判斷一些物質的基本性質，識破一些黑心商人所欺騙消費者的手法。
教學目標
單元目標 what
具體目標
一、認知部份
 學習完本單元後，學生可以獨立
  1. 了解不同變因的差異
  2. 建構一個原子或離子模型。
  3. 解釋一個元素的質子，中子與電子數。
  4. 預測一個原子或離子的質量與電量。
  5. 比較原子與離子的差異。
  6. 懷疑外來資訊的正確性
二、情意部份
 學習完本單元後，學生可以
  1. 參加相關的科學活動，進而喜歡科學。
  2. 主動探索生活中物質的組成。
  3. 整合自己過去的科學經驗。
三、動作技能部份
 學習完本單元後，學生可以
  1. 了解軟體的操作
  2. 能設計出一個完整的實驗
節次
教學活動流程
時間
教學資源
教學評量
Whether
or not
第
一
節
準備階段
共 4 min
(一)       課堂準備
  1. 將全班分成六組。必須圍成圓形或方形討論。
  2. 準備影片：「20131128關鍵時刻之3─就是要鹹死嬰孩的伯母！？」，網址為http://www.youtube.com/watch?v=v0QPzdDEbfA，從 4 分 18 秒至 5 分 45 秒開始看。或下載進行剪接。
  3. 設定電腦，將今天要使用的「建立一個原子」遊戲安裝於電腦，並要求每組有一台電腦進行下載安裝。http://phet.colorado.edu/zh_TW/simulation/build-an-atom
  4. 每個人發一張學習單。
  5. 籤筒
  6. 請學生準備具備照相功能之手機
(二)       引起動機
  1. 播放影片：「20131128關鍵時刻之3─就是要鹹死嬰孩的伯母！？」
  2. 開放討論時間，詢問學生影片中的敘述是否正確？（此階段目的為造成學生認知衝突，為什麼同樣是鈉卻會造成不同的影響。）(不給予答案)http://www.youtube.com/watch?v=v0QPzdDEbfA
                    2 min 2 min 電腦，投影機，          電腦，投影機
發展階段
 共 37 min
（一）主要內容／活動第一階段：介紹原子結構
  1. 介紹教學軟體「建立一個原子」的基本操作。
  2. 如下截圖，先介紹三種操作變因，質子、中子與電子。質子、中子與電子位於畫面左下角，操作者僅能操作這三個物質的數量與位置，將其拖曳到想放置的地方。右半部分的元素、元素符號、質量與電荷，為應變變因，操作者要觀察其變化。畫面中上方會顯示其為原子或離子。畫面左上角有表格統計質子、中子與電子的數量，方便學生計算。老師先進行示範，製作氦原子模型。
 213
  1. 拖曳一個質子到中間，在拖曳一個中子到中間，最後拖曳電子在外圍，即可完成。並於黑板示範
  2. 學生自行探索時間，須注意，限定於軌域模式，暫勿使用電子雲模式。
  3. 先讓其於”探索原子實驗紀錄表”自由填前三行 (地一行為老師示範之氫原子)。
  4. 爾後要求依據學習單上的問題，嘗試找出答案。以下8. ~ 13. 為學習單上之題目，引導並搭配軟體操作。
  5. 抽籤請學生回答問題。例如抽到第一組，指定 A 同學，可以向組內同學求救。
  6. 原子的中心可以放入什麼?待學生回答後，告知此處為原子核。
  7. 外層最第一層能填幾個電子，第二層能填個的?推論出第一層填兩個，第二層填八個。
  8. 決定元素的規則為?推論出質子數決定元素種類
  9. 找出決定離子或原子的規則?推論質子數和電子束決定離子或原子。
  10. 找出決定質量的規則?推論質子數與中子數決定原子質量。
  11. 電量要如何決定?推論出質子帶正電，電子帶負電，中子不帶電。
  12. 要求學生討論，完成”質子、中子、電子的關係表”。隨機抽籤回答「增加一個質子」造成的影響。回答完後可以指派下一組回答下一題「移去一個質子」，完成該表。
  13. 小組討論 +1  ，3，6，1分別表示什麼?找出其規則。並介紹質量數與原子序兩個新名詞。
  14. 根據關鍵報告，要求他們回答新學的名詞為何，此部分為小組回家作業。
  15. 評量時間：以「建立一個原子」軟體中的遊戲進行評量。
該遊戲分成四關，難度為1 ~ 4。 先由老師示範一次遊戲，遊戲畫面如下，依據其提示回答問題。例如示範題為Li，即在畫面右方的元素表選擇 Li。   546   完成遊戲後，可進入到成績畫面，如下圖。 4564 跟學生講解遊戲規則，以組為單位計時，在 5 分鐘內能拿幾分。難度1，成績*1；難度2，成績*2；難度3，成績*3；難度4，成績*4。當進入成績畫面時，請以手機清楚拍下成績畫面，方便等下結算。  		   5min                                          10 min         5 min                         5 min   2 min     10 min 電腦，投影機，「建立一個原子」軟體，學習單。黑板               評量：遊戲與作業。
總結階段
 4 min
  1. 記錄同學的成績。
  2. 原子由電子和原子核組成，原子核內部又有中子和質子。中子和質子質量較大，電子之質量很小可以忽略，因此質量數微中子和質子相加。電子帶負電，質子帶正電。質子決定原素的種類，也決定原子序。
  3. 解釋為什麼鈉原子會爆炸，但是鈉離子卻不會爆炸。
  4. 提示：下周將講解過去是如何建構原子模型。
  5. 提醒下周要將學習單繳回。
 2 min 
2 min
  ---
原子的組成學習單
各位偉大的小小科學家，我們要用高科技來探索原子的奧秘，請大家利用桌上的電腦來做些模擬實驗吧!記住喔~做實驗的時候只能有一個操作變因喔~
 
探索原子實驗紀錄表
操作變因/控制變因
應變變因
劃出原子 質子數目 中子數目 電子數目 質量 電量 原子或離子 是什麼元素
1    2 2 2
2   
3   
4   
5   
6   
7   
8   
9   
10   
 
各位科學家，有發現原子內有特殊的規則嗎?原子的世界就靠你們拯救了!
    1. 原子的中心可以放入什麼?

    2. 外層最第一層能填幾個電子，第二層能填幾個電子?

    3. 有什麼規則可以決定元素的種類?

    4. 找出決定離子或原子的規則?

    5. 質量要如何決定?

    6.  電量要如何決定?
     
恭喜各位!各位的發現可是原子結構的重大突破呢!!!在做了那麼多實驗，有了那麼多數據，我們進一步將數據整理!麻煩你們完成下表，你們將會發現原子三要素，質子，中子與電子的神祕關係喔!!
 
質子、中子、電子的關係表
改變 影響：元素，電子，質量?
元素是否改變 電量改變量 質量改變量
增加一個質子
移去一個質子
增加一個中子
移去一個中子
增加一個電子
移去一個電子
     
連這麼複雜的三角鏈關係都被你們解開，實在太厲害了!!!既然你們都已經完成那麼困難的工作，我想對下面的問題一定是小菜一疊~快翻過去挑戰吧!!
 
3,6Li+1
  出現了奇怪的符號和數字!!!!!請問3、6、1分別表示什麼?找出其規則      
作業區
關鍵報告：請回憶剛剛所探索到的新名詞，簡單介紹吧~  
原子核
質子
中子
電子
原子
離子
電量
電中性
帶正電
帶負電
元素
質量數
原子序
              挖，各位偉大的科學家，完成了這份研究報告對科學界是非常重要的事，如果各位是在過去發現的，那就會流傳千古了呢~究竟科學家過去是如何一步一步的建立原子模型的呢?下禮拜老師再告訴妳喔~
於
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