文章編號：1005-6629(2010)04-0037-03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

化學新課程標準明確指出化學課程的基本理念要“結(jié)合人類探索物質(zhì)及其變化的歷史與化學科學發(fā)展的趨勢，引導學生進一步學習化學的基本原理和基本方法，形成科學的世界觀”。化學課堂教學中如何將化學知識的習得與科學研究的體驗緊密結(jié)合，讓學生感受化學的發(fā)展和了解化學家的工作，挖掘化學教學的人文內(nèi)涵，啟迪學生的科學精神與創(chuàng)造意識，是每一個化學教學工作者正在思考并設(shè)法加以解決的問題。本文以蘇教版必修1專題—“原子核的組成”教學設(shè)計為例，與大家交流商榷。

設(shè)計理念：本課教材知識方面，涉及到原子核的組成及組成粒子的數(shù)學關(guān)系，以及核素、同位素的概念、質(zhì)量數(shù)的計算。但在知識陳述上較為淺顯直接。知識前后聯(lián)系上較為松散，許多結(jié)論已為學生熟諳(如質(zhì)子、中子、原子核的組成等)，而科學史上如何得到這些知識的過程，則是相當曲折艱辛、富有教學內(nèi)涵的。為此，筆者嘗試以原子核組成的研究史為主線索，滲透原子核組成研究的方法，探討研究過程中的前因后果，讓學生在科學史的體驗中習得學科知識，用科學研究的艱辛撼動學生的心靈。

過程實錄：

1、創(chuàng)設(shè)情景，引入課題

師：多媒體展示以下材料，提出原子核組成研究的課題。

材料1：地球上的一切能量來源于太陽內(nèi)部的核聚變反應，即4個氫原子核聚變?yōu)?個氦原子核。聚變過程中釋放出巨大的能量以輻射、對流等形式向外傳遞。

材料2：展示居里夫婦、盧瑟福、查德威克等人的照片。

生：被吸引，期待了解原子核組成和相關(guān)科學家。

2、科學史體驗。積極思考

2.1放射性研究和質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)師：多媒體展示以下材料。

材料一：說到放射性肯定要談居里夫婦，1903年，皮埃爾·居里與瑪麗·居里由于發(fā)現(xiàn)鐳而獲得諾貝爾物理學獎。讓人印象更深刻的是他們的奉獻精神。為了研究放射性對人體的影響，皮埃爾-居里把自己作為試驗品，讓胳膊裸露在放射性射線下數(shù)小時，以記錄射線對皮膚的漸進燒傷反應，而居里夫人也在長期病痛之后，死于由過度輻射引起的血癌。

材料二：盧瑟福提出了原子的有核模型，并發(fā)現(xiàn)了放射性的本質(zhì)：元素的自發(fā)衰變。放射性元素的原子核放出射線后自身衰變成了另一種元素。

師：從何角度分析原子核由更小的微粒組成?

生1：不可能用顯微鏡觀察到。(學生大笑。)

生2：一種原子的原子核會衰變成另一種原子的原子核，這說明原子核可以改變，原子核還有它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

‘

師：對，原子核的變化應該是其組成的更小的微粒的數(shù)目變化，正如化學反應中分子的變化是原子的組合方式或數(shù)目的變化一樣。

生3：原子核是極小的粒子，要探測其內(nèi)部組成，就要讓原子核發(fā)生變化，如高能量使其分解，在這種變化中，看看有什么共同的東西從核中釋放出來。

師：這一想法很好，但想分解原子，化學反應的能量是遠遠不夠的!必須借助粒子對撞機!粒子對撞的猛烈作用或極高能量才會分解?；谧兓杏^察的觀點，科學家嘗試用高速的粒子去轟擊原子核，使原子核發(fā)生變化，從而探究原子核的組成。

師：多媒體展示以下材料。

盧瑟福最早致力于這方面的研究。1919年，他在用a粒子(即氦原子)轟擊氮原子核時，發(fā)現(xiàn)可產(chǎn)生出一種新的、射程很長、質(zhì)量更小的粒子，并發(fā)現(xiàn)它帶有一個單位的正電荷，推測其數(shù)目應與電子數(shù)相同，盧瑟福把他發(fā)現(xiàn)的這種粒子命名為“質(zhì)子”。若用a粒子去轟擊其他元素的原子核，也都產(chǎn)生類似的轉(zhuǎn)變。并產(chǎn)生質(zhì)子，說明質(zhì)子是各種原子核里都有的成分。

生：學生有所感悟，初步體會到成功的喜悅。

2.2 中子是怎么被發(fā)現(xiàn)的?

師：多媒體展示以下材料：

材料一：質(zhì)子發(fā)現(xiàn)后人們的困惑。一些科學家經(jīng)過測量，發(fā)現(xiàn)氫原子的原子核的質(zhì)量數(shù)約為質(zhì)子數(shù)的2倍，所以原子核內(nèi)還應有質(zhì)量與質(zhì)子差不多的中性粒子。1920年，盧瑟福提出了原子核中可能存在一種中性粒子的預言：“在某些條件下，一個電子有可能更緊密地與氫核(質(zhì)子)相結(jié)合，從而形成一個中性偶極子”。但在較長時間內(nèi)無法測定其存在。

材料二：1930年，德國科學家玻特和貝克用a粒子轟擊鈹核的實驗時，發(fā)現(xiàn)并未發(fā)射出質(zhì)子，而放出了一種新的射線，這種射線幾乎不能使氣體電離，在電場和磁場中也不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。1931年，居里夫婦重復了玻特和貝克的實驗，并用這種未知射線去轟擊石蠟。結(jié)果競從中打出了質(zhì)子。但令人惋惜的是，由于錯誤的

查德威克判斷，他們均與“中子”失之交臂! 1932年1月底，查德威克獲悉居里夫婦的實驗，測出射線的速度不到光速的十分之一，排除了是γ射線的可能，然后又作了兩件工作，成功證實了這種射線就是中子流。為此，他當之無愧地成為“中子之父”，并因此獲得1935年諾貝爾物理獎。

師：根據(jù)上述材料，你可得出中子質(zhì)量、電性有何特點?

生1：原子核的質(zhì)量數(shù)約為質(zhì)子數(shù)的2倍，中子質(zhì)量應與質(zhì)子差不多。

生2：中子流幾乎不能使氣體電離，在電場和磁場中也不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說明是不帶電的。

生3：中子的質(zhì)量較大，其射線的能量很大。用它去轟擊石蠟，能打出質(zhì)子。

師：請你評價盧瑟福的預言。

生：盧瑟福的預言：“在某些條件下，一個電子有可能更緊密地與氫核(質(zhì)子)相結(jié)合，從而形成一個中性偶極子”的結(jié)論是不準確的，中子應是獨立的微粒。

師：你認為查德威克除了排除了該射線是1射線的可能外，還需要做哪兩件工作?

生1：測出其質(zhì)量應與質(zhì)子的質(zhì)量差不多。

生2：排除該粒子是由質(zhì)子和電子組合而成的可能。即證明中子應是獨立的微粒。

師：以上同學提出的想法很好，發(fā)現(xiàn)中子的實驗正是按照這些思路去設(shè)計而獲得成功的。

到此，學生對中子發(fā)現(xiàn)的推測獲得了印證，思維空間打開了，求知欲望被充分調(diào)動起來。課堂氣氛推向了高潮。

師：查德威克是盧瑟福的學生，對導師預言的中子，作過多次探測的嘗試?！皺C遇只偏愛有準備的頭腦”，當中子存在的跡象一出現(xiàn)，他就能用正確的方法去認定它。中子的發(fā)現(xiàn)，有重大的意義。中子不帶電，中子流去轟擊原子核，不受帶電粒子間力的影響，穿透本領(lǐng)更大，是轟擊原子核變的有效“炮彈”。人們用它轟擊各種原子核，獲得許多人工放射性同位素，如用它轟開鈾核，實現(xiàn)了原子能的利用。

2.3 同位素的發(fā)現(xiàn)

師：在天然放射性逐漸被認清的基礎(chǔ)上，人們知道有些放射性元素的原子雖然質(zhì)量、放射性顯著不同，但化學性質(zhì)卻完全一樣。于是同位素被發(fā)現(xiàn)了。

師：同位素化學性質(zhì)完全一樣意味著什么?放射性為何顯著不同?

生：同位素的化學性質(zhì)相同是因它們的核外電子數(shù)相同，且具有相同電子層結(jié)構(gòu)。由于質(zhì)子數(shù)=核電荷數(shù)=核外電子數(shù)，質(zhì)子數(shù)相同。但由于它們的中子數(shù)不同，這就造成了各原子質(zhì)量會有所不同，并導致其某些物理性質(zhì)(如放射性、形成氣體后的密度、擴散速度等)有所不同。

師：把具有一定質(zhì)子數(shù)和一定中子數(shù)的一種原子稱為核素。人們把質(zhì)子數(shù)相同，質(zhì)量數(shù)(或中子數(shù))不同的核素互稱為同位素。常用質(zhì)量數(shù)(將原子核中所有的質(zhì)子和中子的相對質(zhì)量取整數(shù)，加起來所得到的數(shù)值)來表示核素的相對質(zhì)量的大小。質(zhì)量數(shù)(A)=質(zhì)子數(shù)(Z)+中子數(shù)(N)。

生：閱讀拓展視野一同位素的應用

師：美國科學家尤里，因發(fā)現(xiàn)氫的同位素氘而獲得1934年諾貝爾化學獎。他通過蒸發(fā)液氫的方法將氫氘分離，使人們對同位素有了進一步了解，同位素除了拓展視野中的應用外還有：¹²C是作為確定原子量標準的原子；氘和氚是制造氫彈的材料：²³⁵U是制造原子彈的材料和核反應堆的原料等。

3、啟發(fā)引導。總結(jié)提高

(1)練習鞏固原子核的組成：質(zhì)子、中子和電子的質(zhì)量、相對質(zhì)量和電量、質(zhì)量數(shù)的計算、同位素的判斷等知識點。

師：引導學生把握學科知識內(nèi)容。

(2)閱讀教材中的“拓展視野”：夸克的發(fā)現(xiàn)。結(jié)合原子核組成的研究史，談一下學習體會。

生1：科學家探索原子核的結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了艱難的過程。

生2：實驗、假設(shè)、模型等科學方法在化學研究中起著極其重要的作用。

生3：人類對原子核結(jié)構(gòu)的認識是一個不斷發(fā)展的過程?？淇说陌l(fā)現(xiàn)，并不意味著人類對原子結(jié)構(gòu)的認識到了最后階段。

生4：科學是沒有國界的，對原子核的認識，既有個人的突出貢獻，又有科學家們集體智慧的結(jié)晶。

生5：機遇只偏愛有準備的頭腦。

師：生活和學習也如科學研究一樣，我們在平時要養(yǎng)成用心觀察、用情思考、親手實踐的習慣。我相信，你們化學學習的水平一定會提高到一個新的層次。

4、教學反思

(1)“授之以魚，僅供一飯之需；授之以漁，則一生受用。”本課例在著眼讓學生掌握基本的學科知識的同時，更重要的是突出學生的主體地位，讓學生模仿科學家研究的方向和思路，運用猜想、模型、對比等研究方法，并對一定時期的科學結(jié)論作一些評點。在教學過程中，學生能不斷自我激發(fā)、在學科知識水平和科學研究素養(yǎng)上獲得了有效提升。而科學研究進程中科學家們知難而進及奉獻精神，無不都是對學生情感態(tài)度與價值觀的一次次洗禮。

(2)以科學史為教學主線索串連本節(jié)課的教學內(nèi)容。由于學生知識水平有限，又涉及到許多物理知識(如放射性、各種射線等)，學生接受有一定難度?？蓮膬煞矫婕右越鉀Q：一是適當弱化涉及到的物理知識，并在課前準備相關(guān)物理知識的閱讀材料，二是可要求學生先作一些知識儲備，如到圖書館或上網(wǎng)查閱有關(guān)資料。