摘要：科學(xué)史是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)觀念、科學(xué)精神的重要素材.在教學(xué)過程中滲透科學(xué)史能幫助學(xué)生體會(huì)科學(xué)發(fā)展的曲折和艱辛，更好地了解科學(xué)家頑強(qiáng)不息的意志和百折不撓的精神，從而培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)精神的形成.

關(guān)鍵詞：科學(xué)史;科學(xué)精神;原子結(jié)構(gòu)

作者簡(jiǎn)介：張葉琴（1991-），女，浙江嘉善人，碩士，中學(xué)二級(jí)教師，研究方向：初中科學(xué)教學(xué)研究.1案例背景

“原子結(jié)構(gòu)的模型”選自浙教版《科學(xué)》第四冊(cè)第二章第3節(jié)第一課時(shí)，本節(jié)課屬于微觀世界中原子結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)，涉及到原子模型建立過程中的大量科學(xué)史實(shí)，具有非常大的學(xué)科育人價(jià)值.通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以穿越古今中外，感受科學(xué)家們的智慧，體會(huì)科學(xué)家們不斷求真求實(shí)、勇于探索的精神.在建構(gòu)模型的過程中感受科學(xué)是一門以客觀事實(shí)為依據(jù)的學(xué)科，需要不斷地修正和完善，從而初步建立辯證唯物主義世界觀和科學(xué)精神.

2案例描述

本節(jié)課需要學(xué)生知道現(xiàn)有的幾個(gè)原子結(jié)構(gòu)模型，如果采用講授的方式，課程單調(diào)，學(xué)生對(duì)于原子結(jié)構(gòu)模型建立的漫長(zhǎng)曲折過程體會(huì)不深，也無(wú)法感受科學(xué)家在科學(xué)探究中的精神.因此筆者決定在教學(xué)中滲透科學(xué)史，帶學(xué)生重溫原子模型建立的發(fā)展之路.在教學(xué)設(shè)計(jì)中突出原子結(jié)構(gòu)模型的建立發(fā)展過程，促使學(xué)生體會(huì)科學(xué)漸進(jìn)、曲折變化的發(fā)展過程，從而更好地了解科學(xué)家頑強(qiáng)不息的意志和百折不撓不畏艱險(xiǎn)獻(xiàn)身科學(xué)的精神.原子模型的建立，經(jīng)歷了從肯定到否定再到肯定，不斷地接近事物的本質(zhì).本節(jié)課以歷史發(fā)展為主線，任務(wù)驅(qū)動(dòng)為輔線，以教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體方式呈現(xiàn).以下為教學(xué)的部分片段：

【觀察模型】學(xué)生自己制作的不同分子的模型

師：構(gòu)成這些分子的原子有什么共同點(diǎn)？

生：表示原子的模型都是球形.

師：同學(xué)們對(duì)原子的認(rèn)識(shí)與英國(guó)化學(xué)家道爾頓的實(shí)心球模型是一致的.這種模型對(duì)我們認(rèn)識(shí)分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)反應(yīng)過程有很大幫助.那么原子是不是構(gòu)成物質(zhì)的最小微粒？原子可不可以再分呢？科學(xué)家不滿足于此，探索的腳步一直沒有停歇，今天我們就跟著科學(xué)家的腳步一起來(lái)建立、完善原子結(jié)構(gòu)模型.

【觀看視頻】陰極射線實(shí)驗(yàn)

師：對(duì)比兩次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡有什么不同（如圖1所示）？

生：加了電極以后，粒子運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生了偏轉(zhuǎn).

生：粒子向正極偏轉(zhuǎn).

師：出現(xiàn)上述現(xiàn)象可以說明粒子帶什么電性？

生：因?yàn)楫惙N電荷相互排斥，推測(cè)粒子帶負(fù)電.

師：原子是否顯電性？

生：原子不顯電性，好像跟剛剛的推測(cè)不符合了.

生：原子不顯電性，電子帶負(fù)電，原子中應(yīng)該有帶正電的部分.

師：同學(xué)們剛剛的推測(cè)還能不能用道爾頓的模型來(lái)解釋？

生：不能，原子中有更小的粒子，道爾頓的原子模型不適用了.

師：如果是你，你將如何建立一個(gè)怎樣的模型呢？請(qǐng)?jiān)趯W(xué)案上畫一下，并給你的模型取個(gè)名字.

【畫一畫】建立一個(gè)新的原子結(jié)構(gòu)模型

【展示】學(xué)生作品

生：我把它叫做葡萄干面包模型，表示原子是一個(gè)球體，正電荷均勻分布在整個(gè)球體內(nèi)，電子像面包里的葡萄干那樣鑲嵌其中.

生：我的模型和剛剛的同學(xué)相似，我的叫西瓜模型.

生：我的叫棗糕模型.

……

師：同學(xué)們都很有創(chuàng)新意識(shí)，模型的建立就是基于我們對(duì)事物的了解.湯姆生的模型很好地解釋了原子排布的一些規(guī)律，因此為科學(xué)家廣泛接受，但他的模型又很快被其他科學(xué)家修正.為了更好地理解原子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，我們先來(lái)玩一個(gè)游戲——球球大作戰(zhàn)

【做一做】用大小不同的球代表不同的微粒，我們來(lái)研究一下它們撞擊時(shí)發(fā)生的作用.

【交流】當(dāng)一個(gè)質(zhì)量很小的物體撞擊到一個(gè)質(zhì)量很大的物體時(shí)會(huì)被彈回來(lái);當(dāng)磁極相同時(shí)會(huì)被吸引.

師：同學(xué)們很厲害，在宏觀世界中發(fā)現(xiàn)微觀世界的秘密，1911年，湯姆生的學(xué)生盧瑟福進(jìn)行了一個(gè)類似微觀粒子之間撞擊的實(shí)驗(yàn)——α粒子轟擊金屬箔的實(shí)驗(yàn)，他這一撞撞出了原子結(jié)構(gòu)模型的又一次更新，我們先來(lái)重溫一下這個(gè)偉大的實(shí)驗(yàn).

【視頻】α粒子轟擊金屬箔

師：在盧瑟福的實(shí)驗(yàn)中，你觀察α粒子有哪些運(yùn)動(dòng)軌跡？

生：運(yùn)動(dòng)軌跡有保持原來(lái)方向、小角度偏轉(zhuǎn)、大角度偏轉(zhuǎn).

生：每種運(yùn)動(dòng)軌跡的數(shù)量不同，大概是以下三種：（1）大多數(shù)粒子穿過金屬箔后仍能保持原來(lái)的運(yùn)動(dòng)方向;（2）少數(shù)粒子發(fā)生了偏轉(zhuǎn);（3）極少數(shù)粒子發(fā)生了較大角度的偏轉(zhuǎn).

師：同學(xué)們觀察得非常細(xì)致，為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的運(yùn)動(dòng)情況？試解釋.

生：大部分保持原來(lái)方向說明原子內(nèi)部有很大空間，原子核體積很小.

生：少數(shù)發(fā)生偏轉(zhuǎn)是因?yàn)槭艿脚懦饬?，說明原子內(nèi)有一個(gè)帶正電的粒子.

生：極少數(shù)發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)說明原子核的質(zhì)量很大，體積很小.

……

師：同學(xué)們分析得很好，顯然湯姆生的原子模型不能解釋盧瑟福的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，因此他提出了新的原子結(jié)構(gòu)模型——原子核式模型.電子在核外空間繞核運(yùn)動(dòng)，像行星繞太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)，因此我們也形象地稱之為行星繞太陽(yáng)模型.

師：科學(xué)探究依然在繼續(xù)，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)盧瑟福的模型中電子繞核運(yùn)動(dòng)是要有能量損耗的，最后導(dǎo)致的結(jié)果是電子撞擊原子核，經(jīng)計(jì)算原子的壽命不超過10-8秒，而這顯然與事實(shí)不符合.這個(gè)時(shí)候我們?cè)撛趺崔k？

生：繼續(xù)研究，建立新的模型.

師：這一難題在兩年后被他的學(xué)生丹麥科學(xué)家玻爾所解決.玻爾發(fā)現(xiàn)電子只能在原子內(nèi)的一些特定軌道上運(yùn)動(dòng)，“只有量子假說才能擺脫困境”，于是又一次修正了原子的結(jié)構(gòu)模型，提出了分層軌道模型.

師：同學(xué)們覺得原子結(jié)構(gòu)的研究到達(dá)終點(diǎn)了嗎？

生：應(yīng)該還可以不斷地修正.

生：隨著科技的進(jìn)步，我們對(duì)事物的了解肯定會(huì)更加精密，原有的模型可能會(huì)被打破.

生：我不敢想象新的模型會(huì)是什么樣子，但我總覺得會(huì)更新.

……

師：正如同學(xué)們所說，這一理論又很快被玻爾的一名學(xué)生海森堡進(jìn)行了修正，因?yàn)樗ㄟ^實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，電子的軌道并不是固定的，而是在一定區(qū)域內(nèi)按照一定概率出現(xiàn)，電子的軌跡圖很像星云圖，于是有了現(xiàn)代原子結(jié)構(gòu)的模型——電子云模型.

【聊一聊】從湯姆生四代師生對(duì)原子結(jié)構(gòu)模型的建立及修正，對(duì)你有什么啟示？

生：建立模型是一個(gè)不斷完善、不斷修正的過程.

生：我們?cè)谶@個(gè)過程中越來(lái)越接近事物的本質(zhì).

生：科學(xué)研究很辛苦，很曲折，還不一定能得到正確的結(jié)果，但是整個(gè)發(fā)展很重要.

生：青出于藍(lán)而勝于藍(lán).

……

3案例反思

科學(xué)教育目標(biāo)從“兩基”到“三維”，再到核心素養(yǎng)的提出，經(jīng)歷了兩次質(zhì)的轉(zhuǎn)變.核心素養(yǎng)的提出，為我們科學(xué)教育工作者“培養(yǎng)什么樣的人，怎么樣培養(yǎng)人”指明了方向.我們要極大程度地發(fā)揮出學(xué)科育人的功能.科學(xué)一直在繼承中發(fā)展，本節(jié)課隨著原子模型建立的歷程，學(xué)生有了建模體驗(yàn)，可以避免學(xué)生在學(xué)完本內(nèi)容后出現(xiàn)前人的觀點(diǎn)都是錯(cuò)的，毫無(wú)價(jià)值的錯(cuò)誤認(rèn)知.肯定每一代原子結(jié)構(gòu)模型對(duì)下一代的發(fā)展起著功不可沒的作用，承認(rèn)前人的模型存在缺陷，是基于發(fā)展的需要.學(xué)生在聊感想時(shí)說到每個(gè)時(shí)代的科技水平不一樣，所以能夠達(dá)到的探究水平也不一樣.我們承認(rèn)他們的貢獻(xiàn)，正視原有的缺陷，不斷地探究，不斷地修正，正是對(duì)科學(xué)本質(zhì)追求的精神.學(xué)生能有這樣的認(rèn)知，筆者認(rèn)為本節(jié)課的學(xué)科育人目標(biāo)基本達(dá)成.

參考文獻(xiàn)：

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（收稿日期：2019-05-05）