在科學(xué)教學(xué)中融入科學(xué)史
——以“原子結(jié)構(gòu)的模型”為例

□齊亞坤 陳小明

（杭州英特外國語學(xué)校，浙江杭州311122）

在科學(xué)教學(xué)中融入科學(xué)史
——以“原子結(jié)構(gòu)的模型”為例

□齊亞坤 陳小明

（杭州英特外國語學(xué)校，浙江杭州311122）

“原子結(jié)構(gòu)的模型”是浙教版科學(xué)八下第二章的內(nèi)容，因為其內(nèi)容抽象，需要學(xué)生有較強的理解能力。在教學(xué)過程中嘗試融入原子結(jié)構(gòu)的模型建立的科學(xué)史，結(jié)合直觀模型演示等教學(xué)方法，并通過讓學(xué)生角色扮演、自己動手制作原子結(jié)構(gòu)的模型圖等方式，幫助學(xué)生理解知識的同時培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力和探究精神，體會質(zhì)疑在科學(xué)發(fā)展中的重要性。

抽象思維；科學(xué)史；模型演示

一、教材地位及學(xué)情分析

“原子結(jié)構(gòu)的模型”是浙教版初中《科學(xué)》八年級下冊第二章第3節(jié)的內(nèi)容，是七年級學(xué)過的物質(zhì)的構(gòu)成和物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)等知識的延伸，同時本節(jié)內(nèi)容又為以后學(xué)習(xí)元素、化學(xué)式、化合價及化學(xué)方程式做了鋪墊，因此本節(jié)課具有承上啟下的作用。初中的學(xué)生處于具體形象思維的階段，本節(jié)內(nèi)容相對較為抽象，原子肉眼又不可見，遠離學(xué)生生活，學(xué)生理解起來比較困難，但學(xué)生在前面學(xué)習(xí)了模型、符號及物質(zhì)與微觀粒子模型的相關(guān)知識，繼續(xù)來學(xué)習(xí)原子結(jié)構(gòu)的模型，有一定的微觀認識基礎(chǔ)。要使學(xué)生形成正確的原子的結(jié)構(gòu)模型[1]，需要教師利用直觀模型演示等方法，并在教學(xué)過程中融入科學(xué)史，幫助學(xué)生由感性認識上升到理性認識，讓他們自主構(gòu)建知識框架。

二、教學(xué)目標

（一）知識與技能目標

通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生能了解原子結(jié)構(gòu)的模型的發(fā)展過程及建立依據(jù)，知道α粒子散射實驗和盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型，能知道原子核的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

（二）過程與能力目標

通過小組合作討論α粒子散射實驗結(jié)果，培養(yǎng)學(xué)生對實驗現(xiàn)象的分析歸納能力和邏輯推理能力；通過了解原子結(jié)構(gòu)模型的建立過程，體會建立模型在研究科學(xué)問題中的重要作用。

（三）情感態(tài)度與價值觀目標

通過對原子結(jié)構(gòu)模型的發(fā)展歷程的了解，學(xué)生能體會到質(zhì)疑和不斷尋找證據(jù)推動了科學(xué)的向前發(fā)展，領(lǐng)悟到科學(xué)的本質(zhì)[2]。

三、教學(xué)重難點

重點：原子核式結(jié)構(gòu)模型及原子核的結(jié)構(gòu)。

難點：α粒子散射實驗的結(jié)果和分析。

四、教學(xué)過程

（一）問題導(dǎo)入 激發(fā)興趣

教師拿出一杯蒸餾水，請學(xué)生回答這杯水由什么微觀粒子構(gòu)成的？進而再提問水分子又由什么微粒構(gòu)成？在學(xué)生回答出氫原子和氧原子之后，問學(xué)生對于原子又了解哪些？針對學(xué)生的回答，教師順勢把課堂引到本節(jié)課要學(xué)習(xí)的內(nèi)容“原子結(jié)構(gòu)的模型”。

設(shè)計意圖：通過一杯水引出的問題把學(xué)生從宏觀世界帶入到陌生的微觀世界，讓學(xué)生體會到原子的相關(guān)知識雖然抽象，但與我們的生活息息相關(guān)，激發(fā)學(xué)生的興趣和求知欲。

（二）深入對話 建立模型

1.湯姆生對道爾頓實心球模型的修正過程

教師簡單介紹道爾頓的實心球模型，這個模型在很長的時間內(nèi)被人們接受，直到湯姆生在實驗過程中發(fā)現(xiàn)了電子。教師拋出問題“發(fā)現(xiàn)電子意味著什么”，學(xué)生回答：意味著原子內(nèi)有帶負電的電子，這說明原子可分。接著教師順勢再問原子帶不帶電，這個問題較難，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注由原子直接構(gòu)成的物質(zhì)，得出原子內(nèi)部有帶正電的物質(zhì)。基于這樣的事實和假設(shè)，請學(xué)生角色扮演，如果你是湯姆生，你會得出什么樣的原子結(jié)構(gòu)模型？學(xué)生會有很多不同的模型，在鼓勵他們的基礎(chǔ)上給出湯姆生的原子結(jié)構(gòu)模型（即棗糕模型）。教師同時展示出自己事先準備好的棗糕模型，見圖1。

圖1

設(shè)計意圖：通過師生的對話、學(xué)生角色扮演、模型演示，讓學(xué)生體會湯姆生的原子結(jié)構(gòu)模型的建立過程，滲透科學(xué)探究的方法，對后續(xù)的學(xué)習(xí)起指導(dǎo)作用。

2.盧瑟福對湯姆生棗糕模型的修正過程

簡單給學(xué)生介紹盧瑟福的α粒子散射實驗方法，盧瑟福的實驗是來驗證棗糕模型的，讓學(xué)生猜想如果棗糕模型是合理的將會出現(xiàn)什么現(xiàn)象。學(xué)生帶著猜想觀看α粒子散射實驗的Flash動畫演示，并描述觀察到的實驗現(xiàn)象。教師順勢讓學(xué)生小組討論，角色扮演“如果你是盧瑟福，你會得出什么樣的結(jié)論”。

模擬實驗：把一個乒乓球和一個小鐵球（質(zhì)量較大）懸掛起來，分別用乒乓球去撞擊鐵球和鐵球撞擊乒乓球，觀察它們的運動情況。結(jié)合只有極少數(shù)的α粒子反彈回來，推理：原子中間有一個質(zhì)量很大、體積很小的核心。少部分α粒子發(fā)生偏轉(zhuǎn)，推理：原子的核心帶正電；絕大部分α粒子穿過，推理：原子內(nèi)大部分是空的。

教師此時拋出問題：湯姆生發(fā)現(xiàn)的電子去哪里了？演示實驗：大燒杯中固定一個磁鐵，旁邊放置一個小鐵球，轉(zhuǎn)動燒杯小球旋轉(zhuǎn)，不轉(zhuǎn)動燒杯，觀察小球的狀態(tài)。小球速度降下來之后瞬間被吸引，推理：電子繞著原子內(nèi)的核心高速旋轉(zhuǎn)。盧瑟福由此提出了行星繞太陽模型（即核式模型）。Flash動畫演示氫原子的核式模型，如圖2所示。

圖2

設(shè)計意圖：此過程的設(shè)計重視α粒子散射實驗的分析推理過程，運用動畫演示、模擬實驗，用學(xué)生熟悉的宏觀世界的事實使得學(xué)生對微觀世界的動態(tài)有更形象的理解，通過角色扮演，引導(dǎo)學(xué)生“親歷”科學(xué)探究的過程。

3.玻爾對盧瑟福核式模型的修正過程

給出氫原子核式模型之后，教師順勢問學(xué)生盧瑟福的模型有什么不足的地方。學(xué)生提出問題：核外電子數(shù)量較多以后，電子怎么運動。波爾在盧瑟福的基礎(chǔ)上認為電子在原子核外空間的軌道分層繞核高速運轉(zhuǎn)。

（三）情境升華 領(lǐng)悟本質(zhì)

教師和學(xué)生一起梳理原子結(jié)構(gòu)的模型探究歷程，問學(xué)生在這個過程中學(xué)生能感悟到什么？學(xué)生給出自己不同的感悟。教師進行總結(jié)，科學(xué)本身就是一個不斷發(fā)展的過程，這個過程中科學(xué)家們不斷質(zhì)疑并尋找證據(jù)，推動了科學(xué)不斷向前發(fā)展，同學(xué)們以后也要致力于科學(xué)研究，為人類探索未知世界做出自己應(yīng)有的貢獻。

設(shè)計意圖：進一步讓學(xué)生體會科學(xué)探究的過程，鼓勵學(xué)生大膽質(zhì)疑，尋找著證據(jù)，推動科學(xué)不斷向前發(fā)展。

（四）理解運用 畫出模型

讓學(xué)生根據(jù)盧瑟福和玻爾的原子結(jié)構(gòu)的模型畫出氦原子的結(jié)構(gòu)模型，提示：氦原子的原子核內(nèi)有2個單位正電荷，核外的2個電子在同一軌道上繞核運動，小組間討論并展示。

設(shè)計意圖：通過畫出模型的方式，讓學(xué)生更好地理解盧瑟福和玻爾的原子結(jié)構(gòu)的模型。

（五）閱讀材料 尋找證據(jù)

根據(jù)學(xué)生畫的氦原子結(jié)構(gòu)模型，教師問原子核體積很小是不是意味著它密不可分呢，你有什么證據(jù)？請學(xué)生閱讀課本“原子核的秘密”的內(nèi)容，并回答下列問題：①研究原子核的方法是什么？②原子核是由什么粒子構(gòu)成？粒子帶電情況如何？③什么是核電荷數(shù)？④原子為什么顯電中性？⑤為什么說原子的質(zhì)量集中在原子核上？

設(shè)計意圖：教師設(shè)問，學(xué)生提出假設(shè)并尋找證據(jù)，滲透科學(xué)研究方法。問題設(shè)置層層推進，由“原子的組成”推進到“核電荷數(shù)、中子數(shù)、質(zhì)子數(shù)、核外電子數(shù)”以及它們之間的關(guān)系，學(xué)生不斷充實知識體系，擴充學(xué)生的認知結(jié)構(gòu)。

（六）動手作圖 學(xué)以致用

讓學(xué)生再畫氦原子的結(jié)構(gòu)模型，提示：氦原子核內(nèi)有2個質(zhì)子和2個中子。

設(shè)計意圖：通過再次作圖，讓學(xué)生對原子及內(nèi)部的原子核的結(jié)構(gòu)有更形象的理解。

五、板書設(shè)計

六、教學(xué)反思

本節(jié)課在教學(xué)過程中采用了多種教學(xué)方法，再現(xiàn)了原子結(jié)構(gòu)模型的科學(xué)史，同時使得學(xué)生能夠親歷原子結(jié)構(gòu)模型建立的大致過程。在這個過程中激發(fā)學(xué)生對科學(xué)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度，促進學(xué)生對科學(xué)思想方法的理解，進而理解科學(xué)的本質(zhì)，培養(yǎng)科學(xué)精神。

［1］中華人民共和國教育部.義務(wù)教育初中科學(xué)課程標準［M］.北京：北京師范大學(xué)出版社，2011：30-31.

［2］漢斯·波塞爾.科學(xué)：什么是科學(xué)［M］.李文潮，譯.上海：上海三聯(lián)書店，2002：109-111.