陸春梅

摘 要：原子結(jié)構(gòu)的演變史，從點分析：一個模型到另一個模型的轉(zhuǎn)變可以看到科學家的善于發(fā)現(xiàn)問題。從面分析：原子結(jié)構(gòu)演變的過程是人類認知的局限性，在不斷發(fā)展科學技術(shù)和思想的支持下，科學在不斷地進步。啟發(fā)學生錯誤并不可怕，直面自己的問題，不斷修改并創(chuàng)新才能讓自己實現(xiàn)夢想。

關(guān)鍵詞：懷特海教育三階段;原子結(jié)構(gòu)演變史;點線面三結(jié)合;思維模型的建構(gòu)

一、問題的源起

回望人類科學、化學發(fā)展史，從史前“北京猿人”開始用火到現(xiàn)在群星圍繞量子力學的研究，人的成長可以在人類發(fā)展史中找到參照。懷特海在《教育的目的》中提出教育可以分為三個階段：浪漫期、精確期、綜合期。對應人類科學、化學發(fā)展史，門捷列夫元素周期表的發(fā)現(xiàn)可以說是化學研究的里程碑。它使自法拉第電解法的發(fā)明而紛紛涌現(xiàn)的各種元素的不同性質(zhì)從無序變得有序，使化學由浪漫期進入精確期。紛亂的現(xiàn)象有序化促使科學家們更加深入的思考其背后的本質(zhì)——化學變化中最小的微粒——原子的結(jié)構(gòu)，也促使物理對原子結(jié)構(gòu)的更為深入和積極。

原子結(jié)構(gòu)的演變史又是一個非常經(jīng)典的科學研究模型，從中我們可以看出科學演變的本質(zhì)。原子結(jié)構(gòu)模型的發(fā)展可以看作三階段。對比人類科學、化學發(fā)展史和原子結(jié)構(gòu)演變史，體會學習的關(guān)鍵應該是要像科學家一樣的思考。教材的編寫更重要的是普及知識，但是要成為能推動世界革新的人是需要有創(chuàng)造性的思維能力，引導學生跳出教材的局限，像科學家一樣思考。借著門捷列夫的元素周期表和原子結(jié)構(gòu)，對學生進行職業(yè)生涯規(guī)劃教育非常適時適地，可以讓我們的化學課堂也充滿“詩和遠方”。

二、教學設計

（一）課標和教材分析

1.以化學史為線，以門捷列夫為點，體會知識的生成方式

提供繪制的科學史發(fā)展時間圖，回憶已學化學知識。體會人的認知發(fā)展順序和教材構(gòu)建體系對知識邏輯性的重視。以門捷列夫?qū)妬y的元素的排序，體會門捷列夫善于發(fā)現(xiàn)問題的思維方式。體會原子結(jié)構(gòu)和元素周期表出現(xiàn)在此時此地的重要性，教會學生認知事物的角度和方法。

2.講授原子結(jié)構(gòu)的內(nèi)容時，利用初中知識進行鋪墊，再次體會教材編寫的方式。

在教材的基礎(chǔ)上深入挖掘相關(guān)知識，使隱性知識顯性化。通過對稀有氣體核外電子層排布的分析，學會圖表的數(shù)據(jù)分析能力，歸納出原子排布的規(guī)律，滿足學生對原子結(jié)構(gòu)深入探索的欲望，幫助學生建立宏觀辨識與微觀探析之間的關(guān)系，為學生解決元素性質(zhì)與原子結(jié)構(gòu)、元素周期表中的位置之間的關(guān)系打下堅實的基礎(chǔ)。

3.對“科學史話”從點到面的分析，歸納科學研究的特點，體會與自己學習方式的不同。

在教學時，對教材中的“科學史話”欄目適當補充五個階段之間的銜接與過渡。將學生置身于歷史情境中使他們體驗原子結(jié)構(gòu)模型的建立，修正，完善的過程，體會到理論的暫時性。了解原子模型的演變歷程，學生可以認識到從宏觀到微觀結(jié)合的視角，分析和解決問題的重要性。了解科學研究過程中常需要依據(jù)物質(zhì)及其變化的信息建構(gòu)模型，提高模型認知能力。

（二）學情分析

高一學生，借助已知的知識和提供的科學史圖相映照，發(fā)現(xiàn)自己學習發(fā)展的路徑。跳出點對點的學習，從面上幫助學生認識到教材的目的和認知自己的學習特點。對門捷列夫進行分析發(fā)現(xiàn)自己思維的局限性。

（三）教學目標

1.回顧科學發(fā)展史、化學教材編排順序，了解人類認知發(fā)展的規(guī)律及教材編寫之邏輯性;分析門捷列夫的發(fā)現(xiàn)，體會科學家思維方式的不同，反思自己的學習方式。

2.了解原子結(jié)構(gòu)、門捷列夫的元素周期表在人類科學史中的地位和重要性，思考自己所處的學習的關(guān)鍵節(jié)點。

3.計算和分析相關(guān)數(shù)據(jù)，知道質(zhì)量數(shù)的概念及構(gòu)成的微粒間的關(guān)系;找出原子核外電子的排布規(guī)律，能畫出1～20號元素的原子結(jié)構(gòu)示意圖;感受數(shù)據(jù)的直觀性和說服力;體會化學研究由宏觀到微觀、由表面到本質(zhì)的發(fā)展過程。感受知識生成的規(guī)律。

4.分析原子結(jié)構(gòu)模型的發(fā)展史，了解原子結(jié)構(gòu)的發(fā)展和完善過程。滲透模型在科學研究中的重要作用;感悟科學不斷自我糾錯的特性，體會批判性思維是科學工作的關(guān)鍵要素。思考自己的學習方式的局限性。

（四）教學過程

1.課堂導入：欣賞詩歌，體會詩人對原子的深情，引發(fā)學生的興趣。

[引入]我們都來自同樣的種子，擁有同一個父親，如母親般哺育我們的大地，接收清澈的雨滴，產(chǎn)出明亮的麥穗，繁茂的綠樹，還有人類，和各種野獸，供給食物，滋養(yǎng)生靈，過著幸福的生活，繁衍子嗣……

——盧克萊修（約前99年～約前55年）《物性論》

[設計意圖]通過時間和名人對原子的熱衷激發(fā)學生對原子的好奇。

2.核心內(nèi)容1：以科學史為線，所學過的知識為點，印證認知發(fā)展規(guī)律。

（1）原子，你從哪里來？

[思考與討論]小組合作

①沿著化學發(fā)展史，找一找你所熟悉的科學家或理論，和同學聊一聊你是在什么樣的場合與他們相遇的？

②回憶你所學過的化學知識，按照教材編寫的順序找一找他們在發(fā)展史中的位置。你發(fā)現(xiàn)了什么規(guī)律嗎？如果讓你來編寫化學教科書，你會如何編排？

③什么是原子？在科學發(fā)展史中，原子的身影在哪里？出現(xiàn)的頻率如何？為什么呢？

[設計意圖]

①了解教材的編寫的順序，感知教材之用心;

②了解門捷列夫的元素周期表里程碑式的意義;

③了解原子結(jié)構(gòu)的地位和意義。

④通過人類科學史、教材編寫順序的相互印證體會認知發(fā)展，同時體會到元素周期表的重要性，門捷列夫的與眾不同，體會科學家的眼光的獨到之處。

3.核心問題2：借助現(xiàn)在的原子結(jié)構(gòu)的學習，體會知識生成的方法。

[過渡]回望歷史——原子，從遠古蹣跚走來，現(xiàn)在的它又正是科學家的眼中的少男少女——就如我眼中的你們，孕育著希望。

讓我們來看一看——現(xiàn)在——科學家眼中的原子的模樣：

（2）原子，你是誰？

原子的質(zhì)量

[思考與討論]（小組合作）

①參照初中所學的相對原子質(zhì)量的計算方法，利用初中教材提供的數(shù)據(jù)，計算粒子的相對質(zhì)量（保留5位有效數(shù)字）。

②分析計算得到的數(shù)據(jù)，感受原子核與核外電子質(zhì)量之間的差距。

③近似處理計算得到的數(shù)據(jù)，體會粒子的相對質(zhì)量與粒子個數(shù)之間的關(guān)系。

（3）原子核外電子的分層排布

[思考與討論]

從稀有氣體元素原子的電子層排布表中，你能發(fā)現(xiàn)什么規(guī)律？請思考并討論下列問題。

①當K成為最外層時，最多能容納的電子數(shù)是多少？除了K層，其它各層為最外層時，最多能容納的電子數(shù)是多少？

②次外層最多容納的電子數(shù)是多少？（學生對次外層的意思不是很清楚，需要解釋）

③你能歸納出第n層最多能容納的電子數(shù)嗎？

④請你根據(jù)所歸納的規(guī)律，用原子結(jié)構(gòu)示意圖表示核電荷數(shù)為1-20號元素原子的核外電子排布。

[設計意圖]

①充分使用教材之材料，提高計算和分析數(shù)據(jù)的能力，體會數(shù)據(jù)帶來的直觀性和說服力，感受宏觀質(zhì)量和微觀粒子個數(shù)之間的微妙的、神奇的關(guān)系;

②提高歸納整理數(shù)據(jù)的能力，掌握原子核外電子排布的規(guī)律。

③在前概念的助力下，新知識順利生成，讓學生體會到知識生成的規(guī)律。

4.核心問題3：借助原子結(jié)構(gòu)的演變史，體會科學家的思維方式。

[過渡]但是我想問兩個問題：

①大家體會一下教材的編排，真的是十分的用心。我們要注意教材的這種階梯式編排符合人類認知的一般水平，讓我們對新知識時學習有了鋪墊，因為《人是如何學習的》中明確地說：學習是需要前概念的輔助的。所以教材的編寫如此，我們的常規(guī)教學也必須如此。

但是，你有沒有想過：科學家是這樣思考這樣的問題的？他會不會像我們這樣借助于稀有氣體的核外電子排布來總結(jié)核外電子的排布規(guī)律呢？

②我們現(xiàn)在所學的原子結(jié)構(gòu)模型一定正確嗎？

帶著這樣的問題，我們一起來回望原子結(jié)構(gòu)的研究過程，看看能給我們哪些啟示：

（4）原子，你到哪里去？

[思考與討論]閱讀教材中188頁的科學史話和補充材料：

①科學家們是怎樣一步一步探究原子結(jié)構(gòu)的？

②科學家們研究的問題是從哪里來的？他們?nèi)绾谓鉀Q問題？

③從他們的研究中你發(fā)現(xiàn)了哪些方法可以借鑒？

[設計意圖]

①體會模型的發(fā)展過程，感知化學由宏觀到微觀、由表面到本質(zhì)的發(fā)展過程。

②知道預測、假設、模型等方法在科學家研究中的重要作用

③知道批判性思維是科學工作的關(guān)鍵要素。

④從人類認知的一般規(guī)律與科學家思考的方式對比，反思自己的學習方式。

5.總結(jié)提升：回顧原子結(jié)構(gòu)的知識，追問自己的人生：

今天，我們借著小小的又舉足輕重的原子，學著跳出“胡桃殼”的世界，站在上帝的視角：從時間上，跨越千古，知道了原子的前世今生——知道了我們現(xiàn)在所學的原子結(jié)構(gòu)模型——質(zhì)量數(shù)、核外電子排布的規(guī)律;展望未來，我們知道未來已來——量子力學已經(jīng)拉開帷幕。

今天，我不僅僅想要告訴你，原子，你是誰？你從哪里來？你到哪里去？

我還想問一問每天都在讀書的你、剛剛進入高一的你，

有沒有想一想：我今天在學什么？學的這個知識的意義和價值在哪里？

有沒有問一問：我今天的學習是為了什么？我的明天在哪里？

有沒有問一問：我是誰？我從哪里來？我到哪里去？

我們何其幸運，生活在一個無法確知怎樣的世界。

未知的未來，給了我們無限的空間;

未知的未來，給了我們無限的驚喜！

未來，一定屬于你們！

[設計意圖]總結(jié)提升，讓學生回顧自己走過的路，反思自己的學習方式，思考自己的未來。

6.課外拓展：《科學的旅程》、卡洛·羅偉利、《科學革命的結(jié)構(gòu)》

[設計意圖]課堂四十五分鐘的重心在現(xiàn)行原子結(jié)構(gòu)的知識講解和人類認知規(guī)律、教材分析及原子演變，學生可能會課堂上出現(xiàn)的部分內(nèi)容感興趣，所以補充一些課外書，有助于他們拓展。

四、教學反思

在常規(guī)教學實踐中，大多數(shù)老師對此部分的內(nèi)容并不重視，而且意識不到這部分內(nèi)容的重要性。很少老師會意識到門捷列夫當時掌握的知識相當于我們學生現(xiàn)在所掌握的知識量，門捷列夫想到將混亂的知識找到順序和規(guī)律，而學生在混亂中卻沒想到進行歸納整理。學生在接受知識時的隨遇而安狀態(tài)使他們不能像科學家一樣的思考，所以要提醒學生轉(zhuǎn)變自己的學習方式。

通常很多老師會將原子模型的推動細節(jié)作為教學的重點，但是這樣的研究細節(jié)離學生太遠，即便仔細分析對學生也意義不大，只能給學生增加心理負擔。在本節(jié)課中，借助教材和科學史，不在細節(jié)上糾結(jié)，而是從宏觀層面上總結(jié)出科學的發(fā)展規(guī)律，科學家的批判思維本質(zhì)，相對真理的推陳出新的規(guī)律。讓學生體會科學家的糾錯能力，啟發(fā)學生思維方式的轉(zhuǎn)變。引導我們的學生跳出教材的局限，像科學家一樣思考。

當學生明白自己的思維特點，意識到自己的局限性，就可以跳出自己的“胡桃殼”，構(gòu)建自己的詩和遠方。

參考文獻

[1]萬杏根.人類對原子結(jié)構(gòu)認識的發(fā)展過程[J].化學教育，1986，7（1）：58-62.

[2]楊封友.基于科學要素的化學史教學設計——以"原子結(jié)構(gòu)的模型"教學為例[J].化學教與學，2019（12）.

[3]陳必賢.關(guān)于"門捷列夫周期律和元素周期表"一章教材的復習提綱[J].化學通報，1957（11）：52-54.