徐良明

(浙江慈溪陽光實(shí)驗(yàn)學(xué)校，浙江 慈溪 315300)

依“史”重視過程方法 據(jù)“探”促進(jìn)自主建構(gòu)
——初中科學(xué)教材“構(gòu)成物質(zhì)的微?！钡慕虒W(xué)設(shè)計(jì)透析

徐良明

(浙江慈溪陽光實(shí)驗(yàn)學(xué)校，浙江 慈溪 315300)

以“科學(xué)家認(rèn)識(shí)原子過程”的科學(xué)史實(shí)為教學(xué)主題,幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)知識(shí)的形成過程和方法,通過分析、理論探究等教學(xué)方法實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)“原子”知識(shí)的建構(gòu),從而提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)．

初中科學(xué)教學(xué)； 原子; 科學(xué)史; 理論探究

《全面科學(xué)素質(zhì)行動(dòng)計(jì)劃(2006—2010—2020年)》指出:“科學(xué)領(lǐng)域課程應(yīng)以提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)為目標(biāo),學(xué)生通過課程的學(xué)習(xí)應(yīng)了解必要的科學(xué)知識(shí)、掌握基本的研究方法、樹立科學(xué)思想、崇尚科學(xué)精神,并具有一定的應(yīng)用它們處理實(shí)際問題的能力”．[1]那么如何在初中科學(xué)課堂教學(xué)中讓學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)探究方法,經(jīng)歷科學(xué)探究過程從而獲得知識(shí)呢?本文以“構(gòu)成物質(zhì)的微?！睘槔?談?wù)勔馈笆贰?、?jù)“探”來開展課堂教學(xué)提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的實(shí)踐和思考．

1 教材分析

在科學(xué)課程中,學(xué)生可以通過親身的體驗(yàn)活動(dòng)來學(xué)習(xí)科學(xué)探究的過程與方法,也可以通過科學(xué)家探究活動(dòng)的“科學(xué)史”來認(rèn)識(shí)科學(xué)探究．華東師范大學(xué)出版社出版的初中科學(xué)教材8年級(jí)上冊(cè)第6章第1節(jié)“構(gòu)成物質(zhì)的微?！钡木帉懻迷忈屃诉@一點(diǎn)．該教材先介紹了“人們經(jīng)過幾個(gè)世紀(jì)的不斷探索,終于搞清楚物質(zhì)由分子、原子或離子等微粒構(gòu)成”后,教材按“分子—原子—原子核—核外電子”的順序來依次認(rèn)識(shí)這些微粒;通過“電子的發(fā)現(xiàn)(閱讀材料)—α粒子散射實(shí)驗(yàn)(閱讀材料)—原子-分子論(閱讀材料)—人們‘看到’了原子與分子(視窗)”的順序讓學(xué)生在歷史背景下了解科學(xué)建立的過程或者說是知識(shí)的形成過程,同時(shí)教材還隱藏了一條學(xué)生活動(dòng)的主線,那就是:探究活動(dòng)1(如何把方糖分得最小且仍有甜味)——微觀解釋活動(dòng)2(從微觀角度嘗試解釋電解水產(chǎn)生O2和H2的事實(shí))——推測(cè)活動(dòng)3(根據(jù)α粒子運(yùn)動(dòng)軌跡推測(cè)正電荷在原子內(nèi)部的分布情況)．

2 教學(xué)困擾

對(duì)教材不同的理解就會(huì)產(chǎn)生不同的處理方式,課堂自然就會(huì)產(chǎn)生不同的效果．事實(shí)上,這節(jié)教材第1課時(shí)的內(nèi)容(不涉及離子內(nèi)容,本文也僅介紹分子和原子這部分內(nèi)容)經(jīng)常被選作各類級(jí)別賽課的經(jīng)典內(nèi)容．這堂課的設(shè)計(jì)有個(gè)明顯的分化現(xiàn)象,那就是有的課堂注重知識(shí)層面充分拓展分子和原子的教學(xué),而將α粒子散射實(shí)驗(yàn)作淡化處理;另一種課堂則是將重點(diǎn)放在α粒子散射實(shí)驗(yàn)的探究上,重心放在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及現(xiàn)象的分析上．在討論哪種設(shè)計(jì)更合理之前,筆者發(fā)現(xiàn)有以下兩個(gè)問題困擾著教學(xué)．

困擾1: 對(duì)分子和原子的認(rèn)識(shí)．教材對(duì)分子、原子均沒有給出明確的概念,只是強(qiáng)調(diào)“小”和“可分”．學(xué)生對(duì)這些微粒的認(rèn)識(shí)來自各自的閱讀面,但無論學(xué)生對(duì)微粒名稱熟悉與否,他們都知道微粒很“小”的事實(shí),不知道的是這兩種微粒可分到何種程度,兩者的區(qū)別在哪兒．那么,在學(xué)習(xí)完這節(jié)內(nèi)容以后呢?筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)原子和分子的認(rèn)識(shí)并沒有出現(xiàn)縱深的理解,他們還是不能很好地說出分子和原子的區(qū)別,他們獲得的僅僅是知識(shí)在平面上的疊加,即知道分子可分為原子,原子由原子核和電子構(gòu)成,且知道了各自的電性．產(chǎn)生這一問題的根源來自教材.我們知道,由分子構(gòu)成的物質(zhì),分子是保持物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的最小微粒,但教材在一開始就回避這種提法,用了一句“一直分到仍然具有糖的性質(zhì)的最小粒子”來引出分子這一微粒名稱．正是“性質(zhì)”和“最小粒子”這一含糊不清的提法，讓教師在處理教材時(shí)出現(xiàn)了上文提到的兩種場(chǎng)景:一是重分子認(rèn)識(shí)的拓展;另一種則是強(qiáng)化探究教學(xué)．

困擾2: 關(guān)于α粒子散射實(shí)驗(yàn)．“α粒子散射實(shí)驗(yàn)”這部分內(nèi)容是以“閱讀材料”的形式出現(xiàn)的,與它同時(shí)出現(xiàn)的還有“湯姆生發(fā)現(xiàn)電子”的內(nèi)容．在教學(xué)中,教師窮盡各種方法,盡最大可能地模擬出接近真實(shí)的情景,讓學(xué)生去發(fā)現(xiàn)α粒子運(yùn)行軌跡規(guī)律,并試著讓學(xué)生去解釋產(chǎn)生這些現(xiàn)象的原因,但在實(shí)際教學(xué)中,教師和學(xué)生都感到非常吃力.在課后的調(diào)查中,學(xué)生能說出原子是由原子核和電子構(gòu)成這一結(jié)論,但在復(fù)述這一實(shí)驗(yàn)原理、現(xiàn)象及推理過程時(shí),漏洞百出,也就是說“過程和方法”這一目標(biāo)的落實(shí)往往達(dá)不到預(yù)期的教學(xué)效果．

那么“α粒子散射實(shí)驗(yàn)”這一閱讀材料如何利用呢?“α粒子散射實(shí)驗(yàn)”的探究教學(xué)又如何開展呢?“分子”相關(guān)知識(shí)的拓展還要不要呢?

3 教學(xué)設(shè)計(jì)流程及透析

基于教材和教學(xué)困擾分析,筆者提出,借助“微?！钡恼J(rèn)識(shí)及發(fā)展史來開展課堂教學(xué),讓學(xué)生在真切的歷史背景下了解科學(xué)知識(shí)的建立過程,結(jié)合科學(xué)史上的重大發(fā)現(xiàn),展開部分探究活動(dòng),讓學(xué)生在活動(dòng)中建立起對(duì)原子和分子的認(rèn)識(shí)．本節(jié)課的重點(diǎn)是放在假說的完善、發(fā)展過程上,α粒子散射實(shí)驗(yàn)教學(xué)關(guān)注研究問題的思路和方法上.這樣,不僅注重了知識(shí)和方法的學(xué)習(xí),更幫助學(xué)生準(zhǔn)確地認(rèn)識(shí)科學(xué)和科學(xué)家,感悟科學(xué)精神．

3.1 新課引入

活動(dòng)1: 見圖1所示.

圖1

設(shè)計(jì)意圖:通過活動(dòng)讓學(xué)生感知方糖可以分到肉眼看不到的顆粒,為學(xué)生的交流作鋪墊,從而引發(fā)學(xué)生思考:方糖是不是可以一直分下去，若不能一直分下去,那個(gè)能保持甜味的最小顆粒會(huì)是什么?

3.2 新課教學(xué)流程

第1環(huán)節(jié):認(rèn)識(shí)“原子分子論”的發(fā)展史,感知原子、分子真實(shí)存在．

科學(xué)史呈現(xiàn)——介紹 1803年道爾頓提出原子論: 一切物質(zhì)都是由最小的不能再分的粒子—原子構(gòu)成．

學(xué)生活動(dòng):學(xué)生試著用原子論來解釋蔗糖物質(zhì)的構(gòu)成．

科學(xué)事實(shí)呈現(xiàn)——1805年,蓋-呂薩克在研究空氣的成分時(shí),發(fā)現(xiàn)并證實(shí)水可以用H2和O2按一定的比例制?。?/p>

讓學(xué)生用原子論來解釋O2、H2和H2O的構(gòu)成．重點(diǎn)關(guān)注H2O是由復(fù)雜原子構(gòu)成的說法．

問題思考: 復(fù)雜原子里含有H原子和O原子,它能再分嗎?

修改假說:原子論不能解釋水原子的構(gòu)成,據(jù)此你會(huì)對(duì)原子論進(jìn)行怎樣的修改或完善?

科學(xué)史呈現(xiàn)——1811年阿伏伽德羅提出分子假說:原子構(gòu)成分子,一切物質(zhì)由分子構(gòu)成．

學(xué)生活動(dòng): 學(xué)生用分子論來解釋蔗糖、水等物質(zhì)的構(gòu)成．重點(diǎn)讓學(xué)生感受分子論的合理性和先進(jìn)性．

科學(xué)事實(shí)呈現(xiàn)——掃描隧道顯微鏡下的微粒圖片(如圖2所示)．

圖2

設(shè)計(jì)意圖:通過活動(dòng)1,既讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到原子—分子論的發(fā)展史,也讓學(xué)生感受到原子論的局限性;同時(shí),通過設(shè)置水原子和水分子的認(rèn)知沖突讓學(xué)生在思考中明白“分子是可以再分成原子的”這一事實(shí)．活動(dòng)最后,教師出示分子、原子的STM顯微圖(圖2),讓學(xué)生有理由相信且認(rèn)同“物質(zhì)就是由分子、原子等微粒構(gòu)成”．

第2環(huán)節(jié):認(rèn)識(shí)分子構(gòu)成,了解模型,嘗試微觀解釋．

科學(xué)史呈現(xiàn):1860年康尼查羅通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了分子的存在,他給“原子”和“分子”下了一個(gè)準(zhǔn)確的定義．他提出:原子是構(gòu)成分子的最小粒子;分子則是物質(zhì)性質(zhì)的體現(xiàn)者．

學(xué)生小組交流: 以“蔗糖”為例,請(qǐng)學(xué)生談?wù)剬?duì)“原子是構(gòu)成分子的最小粒子;分子則是物質(zhì)性質(zhì)的體現(xiàn)者”的理解.

教師出示CO2分子的STM顯微圖片并展示CO2分子模型(教師對(duì)模型進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹),要求學(xué)生仔細(xì)觀察分子的特點(diǎn),說說氣體的組成及分子的構(gòu)成情況.

設(shè)計(jì)意圖:學(xué)生對(duì)“原子是構(gòu)成分子的最小粒子,分子則是物質(zhì)性質(zhì)的體現(xiàn)者”這兩句話的討論和交流可以加深他們對(duì)分子及原子的認(rèn)識(shí).教師可以通過和學(xué)生一起探討有意識(shí)地校正學(xué)生的一些錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)．STM顯微圖片承上啟下運(yùn)用,讓學(xué)生在感性中學(xué)會(huì)正確地表達(dá)宏觀世界的組成及微觀世界的構(gòu)成,從而落實(shí)知識(shí)目標(biāo),如CO2是由CO2分子聚集而成,一個(gè)CO2分子是由2個(gè)O原子和1個(gè)C原子構(gòu)成．通過分子模型的介紹讓學(xué)生了解到研究微觀世界的一種方法．

學(xué)生活動(dòng)1:請(qǐng)學(xué)生們閱讀教材第146頁分子比例模型結(jié)構(gòu)圖,并利用模型材料拼接4個(gè)分子模型．要求:兩個(gè)分別是水分子和氧分子模型,另兩個(gè)分子模型在圖中自選.

學(xué)生活動(dòng)2:水在電解的條件下分解成O2和H2．請(qǐng)小組同學(xué)用分子等微粒來解釋這一現(xiàn)象,并推選1名代表上黑板用微粒模型來示意這一現(xiàn)象.

活動(dòng)結(jié)束,請(qǐng)學(xué)生說說對(duì)分子有哪些新的認(rèn)識(shí)?并提出問題:分子可再分,原子可分嗎?引入原子教學(xué)環(huán)節(jié)．

設(shè)計(jì)意圖:這一環(huán)節(jié)內(nèi)容的設(shè)置旨在加深學(xué)生對(duì)分子的認(rèn)識(shí),學(xué)生會(huì)說出不同的分子結(jié)構(gòu)不同;有的分子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有的結(jié)構(gòu)復(fù)雜等生成內(nèi)容．重要的是讓學(xué)生有機(jī)會(huì)動(dòng)手組裝分子模型,在此基礎(chǔ)上能借用模型來認(rèn)識(shí)分子可再分,學(xué)會(huì)用微觀粒子來解釋宏觀現(xiàn)象,為后續(xù)學(xué)習(xí)“化學(xué)變化是原子重組的過程”打下基礎(chǔ)．

第3環(huán)節(jié):原子結(jié)構(gòu)的探究.

教師出示石墨碳原子的STM顯微圖片,引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到原子可以直接構(gòu)成物質(zhì)后,由此引出問題:原子可以再分嗎?

科學(xué)史呈現(xiàn)——1803年,道爾頓提出實(shí)心球模型;1897年湯姆生發(fā)現(xiàn)了電子,電子帶負(fù)電,而電子普遍存在于各種原子中,且原子整體不顯電性．

完善猜想:若你是湯姆生,你會(huì)對(duì)道爾頓的模型作哪些修改?

問題探究:正電荷如何分布在原子之中?

該如何開展研究呢?

科學(xué)史呈現(xiàn)——盧瑟福認(rèn)為，可以利用電荷間的性質(zhì),用帶正電荷的α粒子轟擊Au原子．通過觀察α粒子的運(yùn)行軌跡來推測(cè)正電荷的分布．

問題思考:α粒子質(zhì)量約是電子質(zhì)量的7000倍,若碰到電子,α粒子運(yùn)行方向會(huì)不會(huì)發(fā)生變化?

Au原子帶的正電荷多,Au原子的質(zhì)量是α粒子質(zhì)量的50倍,α粒子、Au原子中哪個(gè)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)容易改變?

科學(xué)事實(shí)動(dòng)畫呈現(xiàn)——教師用視頻出示α粒子撞擊金箔的實(shí)驗(yàn)動(dòng)畫圖(如圖3所示),并呈現(xiàn)獲得的α粒子的運(yùn)行軌跡(如圖4所示)．

圖3

圖4

學(xué)生活動(dòng):結(jié)合教材,讓學(xué)生對(duì)α粒子的運(yùn)行軌跡作整體描述．

探究活動(dòng):依據(jù)現(xiàn)象,小組進(jìn)行討論,針對(duì)原子內(nèi)部正電荷的分布情況提出自己的猜想.

科學(xué)史呈現(xiàn)——盧瑟福根據(jù)散射實(shí)驗(yàn)于1911年提出原子有核模型:原子是由帶正電的原子核和帶負(fù)電荷的電子構(gòu)成．帶正荷的原子核位于原子的中心,它集中了原子的全部正電荷和幾乎全部的質(zhì)量．

反思校正:能支持盧瑟福建立有核模型的依據(jù)是哪些現(xiàn)象,請(qǐng)學(xué)生逐條論述,相互辨析校正．

設(shè)計(jì)意圖:對(duì)學(xué)生而言,α粒子、Au原子等概念都是陌生的,學(xué)生對(duì)α粒子散射現(xiàn)象缺乏感性認(rèn)識(shí),因此要依據(jù)現(xiàn)象來推測(cè)原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)會(huì)感到特別困難．若把內(nèi)部結(jié)構(gòu)直接告知學(xué)生,不讓學(xué)生去經(jīng)歷這一探究過程,這對(duì)學(xué)生探究能力的培養(yǎng)是不利的,也是教學(xué)資源的一種浪費(fèi),所以教師將這部分內(nèi)容分步來實(shí)施探究教學(xué)．先讓學(xué)生了解α粒子、Au原子的一些相關(guān)知識(shí),一方面補(bǔ)充相關(guān)知識(shí),另一方面讓學(xué)生明白為什么會(huì)選擇這兩種粒子做實(shí)驗(yàn)材料.之后出示實(shí)驗(yàn)動(dòng)畫,讓學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)有個(gè)感性認(rèn)識(shí),再動(dòng)畫展示α粒子運(yùn)動(dòng)軌跡并讓學(xué)生去描述α粒子運(yùn)動(dòng)軌跡特點(diǎn),加深學(xué)生印象.要根據(jù)這些現(xiàn)象來探究原子內(nèi)部正電荷的分布.最后讓學(xué)生將自己的模型和盧瑟福的有核模型進(jìn)行比較,通過尋找證據(jù)邊理解邊校正來獲得對(duì)原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)這一知識(shí)的建構(gòu)．

3.3 閱讀整理,小結(jié)提升

學(xué)生活動(dòng):閱讀教材完成“原子的構(gòu)成”知識(shí)整理．

學(xué)習(xí)小結(jié):請(qǐng)學(xué)生談?wù)勥@節(jié)課感觸最深的內(nèi)容有哪些?

設(shè)計(jì)意圖:對(duì)學(xué)生來說,學(xué)習(xí)“原子核的構(gòu)成”這一知識(shí)是沒有難度的,教師利用這個(gè)時(shí)機(jī)讓學(xué)生帶著“微任務(wù)”去閱讀教材,去提升學(xué)生的知識(shí)整理能力．在課堂小結(jié)中,通過讓學(xué)生談最深感觸來落實(shí)“情感、態(tài)度、價(jià)值觀”這一教學(xué)目標(biāo)．

4 結(jié)語

我們知道,事實(shí)性知識(shí)、概念性知識(shí)、方法性知識(shí)和價(jià)值性知識(shí)構(gòu)成了一個(gè)完整的知識(shí)體系,教師的指導(dǎo)意義就在于通過教學(xué)活動(dòng)使學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解程度不僅僅停留在“現(xiàn)象水平”或者“概念水平”,還要讓學(xué)生關(guān)注到“方法水平”與“價(jià)值水平”．本節(jié)內(nèi)容主要是介紹性知識(shí),課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)本節(jié)知識(shí)的要求也較低,但教師可以開發(fā)教材中的閱讀材料來進(jìn)行探究性教學(xué),本節(jié)課的設(shè)計(jì)理念就是依“史”重視過程方法,據(jù)“探”促進(jìn)自主建構(gòu),也就是課堂自始圍繞呈現(xiàn)的“科學(xué)史”展開,課堂至終按“原子”知識(shí)的形成歷史過程來推進(jìn)的,學(xué)生活動(dòng)也是借“認(rèn)知沖突”來展開的,這樣的設(shè)計(jì)讓學(xué)生經(jīng)歷知識(shí)的生成過程,經(jīng)歷思維形成的過程,使知識(shí)和能力在反思、探究中生成、建構(gòu)、并發(fā)展．

1 中華人民共和國(guó)中央人民政府．全民科學(xué)素質(zhì)行動(dòng)計(jì)劃綱要(2006—2010—2020年)[EB/OL]．

2 王璐珠.寓史于教，寓探于學(xué)[J].物理教師，2016(11)：15-18.

2016-12-27)