新手 熟手 專家型教師科學本質觀教學滲透研究

王振芳+張賢金+吳新建

[摘 要]

基于教師專業發展的不同階段，以魯科版高中化學《物質結構與性質》第一章第一節“原子結構模型”教學為例，對新手、熟手、專家型教師在課堂教學中科學本質觀滲透情況進行分析，從課前備課、課堂教學和課后反思三個維度進行比較研究，從而為新手、熟手型教師向專家型教師發展提供幫助。

[關鍵詞]

科學本質觀；教學滲透；比較研究

對于科學素養核心組成部分的科學本質觀的研究，現已成為科學教育中的關鍵問題和科學教育研究中的核心問題。作為學生科學本質觀培養的重要引領者，高中化學教師要深入研究如何開展科學本質觀教育。當前，根據教師專業發展的不同階段，學界普遍將教師分為新手、熟手、專家型教師。在長期的教學實踐中，發現新手、熟手、專家型教師由于受教齡、教學實踐、職稱和教學研究水平等的影響，在化學課堂教學中滲透科學本質觀的意識和能力有較大的差距。本文以魯科版高中化學《物質結構與性質》第一章第一節“原子結構模型”為例，對新手、熟手、專家型教師在課堂教學中滲透科學本質觀的情況進行比較研究，為今后教學提供借鑒和指導，也為新手、熟手型教師向專家型教師發展提供幫助。

一、研究對象

教師作為實踐性很強的一種職業，學界普遍認為，教齡長短可以從側面反映出一個教師經驗的積累和內化的程度，國家把高中教師職稱分為中學正高級、中學高級、中學一級和中學二級，一般而言，把教齡在0到5年之間，職稱在中學二級的教師稱為新手型教師；把教齡在20年左右，被評聘為中學高級或中學正高級的教師稱為專家型教師；而處于新手型和專家型教師之間的稱為熟手型教師。本研究所選擇的三位教師代表情況如表1所示。筆者將所選擇的三位教師的相關情況向課程專家、教學專家們做了咨詢，他們都認為這三位教師可以作為新手、熟手和專家型教師的代表。

二、新手、熟手、專家型教師“原子結構模型”課堂設計

（一）新手型教師課堂設計

【教學設計思路】由雞蛋的內部結構認識引入原子結構的學習，再利用Flash動畫演示盧瑟福的α粒子散射實驗，以幫助學生理解原子的內部結構由原子核和電子組成。在教學中圍繞原子結構的研究進行，讓學生理解道爾頓、盧瑟福的貢獻，認識科研過程。

【教學目標】本節深入探討原子結構，運用原子結構知識解釋原子是由原子核和電子組成，遵循由具體到抽象、由現象到本質的認知規律。同時了解科學研究方法中的假說、模型等對科學研究的意義。

【教學過程】

環節一

【提問】要研究雞蛋的內部結構，應該怎么辦？

【展示實物】切開熟雞蛋，觀察雞蛋的內部結構。

【提問】

（1）化學變化中的最小微粒是什么？

（2）原子是不是一個簡單的、不可分割的實心球體？

（3）原子為什么不顯電性？

（4）你想象中的原子小到什么程度？

【設計意圖】展示實物，吸引學生注意力，利用雞蛋的分層結構讓學生形象地想象出原子的結構特征。由幾個問題的提出，過渡到原子結構的學習。

環節二

【多媒體展示】

（1）通過動畫演示盧瑟福的α粒子散射實驗。

（2）實驗結論：通過實驗發現α粒子中絕大多數在穿過金箔時按原來的方向前進，α粒子中少數發生較大偏轉，還有極少數α粒子被金箔彈了回來。

【學生活動】學生在教師引導下思考以下問題：是什么原因導致α粒子中絕大多數穿過金箔后仍按原來的方向前進？少數α粒子會發生較大偏轉？極少數α粒子被金箔彈了回來？

【設計意圖】通過α粒子撞擊實驗，讓學生認識到化學實驗對化學理論發展的重要意義，可以培養學生的科學態度和科學精神。

環節三

【歸納】盧瑟福的核式原子結構模型

通過分析α粒子散射實驗，得出原子是由原子核和核外電子構成，原子核位于原子的中心，核外電子在原子核周圍做高速運動。

【設計意圖】幫助學生認識化學實驗對科學研究的重要意義，了解科學研究方法中的模型、假說等對科學研究的意義。

【教師小結】本節課首先通過分析原子結構的演變從道爾頓的實心球到盧瑟福的原子核式模型，重點要讓學生理解原子是由核外電子和原子核組成，并為后面原子核外電子的能級分布及用電子排布式表示原子核外電子的排布打基礎。其次，讓學生知道科學知識并非永恒不變，它會隨著社會發展和人類對科學領域的深入研究而不斷發展變化，說明科學知識具有發展性。

【點評】有關原子結構模型的教學只花了約10分鐘，重點還是與原子結構有關的知識點，對科學本質教育只簡單帶過。

（二）熟手型教師課堂設計

【教學設計思路】從生活的現象提出問題，介紹量子力學前的原子結構模型的發展歷史，從道爾頓的“實心球體”、湯姆生的“葡萄干布丁模型”、盧瑟福的“核式結構模型”、波爾的“電子分層運動模型”，讓學生感受到不同時期科學技術的發展程度，體會科學家對于科學研究的崇高理想和嚴謹態度，明白科學研究對于社會發展的重要作用。

【教學目標】通過人類探索原子結構模型的演變歷史，讓學生理解科學研究方法中的模型、假說等對科學研究的意義。讓學生領悟化學對人類發展過程的作用，培養學生追求真理的科學態度。能利用“玻爾原子結構模型”解釋氫原子的線狀光譜。

【教學過程】

環節一

【引課】為什么霓虹燈可以發出五顏六色的光？通過本節學習去找到答案。

【設計意圖】提出生活中出現的問題，激發學生的興趣。

環節二

【課件展示】介紹量子力學前的原子結構模型

【講解】（1）道爾頓的“實心球體”的原子學說內容endprint

【學生活動1】請同學們說出“道爾頓原子學說”的不足之處。

【評價】評價學生的說法并加以完善。

【設計意圖】使學生認識到原子結構模型是不斷發展、完善的。

【講解】（2）盧瑟福原子結構的核式模型

【學生活動2】思考：氫原子的光譜是線狀光譜這一現象能用“盧瑟福的核式原子結構模型”來解釋嗎？

【設計意圖】使學生認識到化學實驗對化學理論發展的重要意義。

【講解】（3）玻爾原子結構模型

【答疑】霓虹燈為什么能發出五顏六色的光？

【設計意圖】讓學生知道原子光譜產生的原因并解釋氫原子光譜為什么是線狀光譜，使學生認識到“玻爾原子結構模型”對原子結構理論的發展起著極其重要的作用。同時讓學生了解原子結構模型的建立是科學家經歷幾千年的探索和艱苦工作的結果。

【小結】通過對化學史的教學，達到對重點知識的教學與培養學生科學本質觀。

【點評】本節課有關原子結構模型的教學花了約18分鐘，重點介紹了“玻爾原子結構模型”解釋氫原子的線狀光譜，以及原子結構模型的演變過程，對學生建立正確的科學本質觀有一定的幫助。

（三）專家型教師課堂設計

【教學設計思路】通過學生課前查找原子結構模型的化學史資料，課堂上由師生共同提出問題來探究科學本質問題；并在師生共同描述、探討、歸納和解釋的過程中建構知識體系，以形成正確的科學本質觀。

【教學目標】初步認識原子結構模型的發展歷史，知道假說、模型在原子結構理論建立中的重要作用。通過原子結構模型建立的歷史，感受科學家在科學創造中的豐功偉績。

【教學過程】

環節一

【課前】課前完成科學史資料的閱讀

環節二

【課中】教師幫助學生一起從科學史資料中提出有關問題。

【資料】課件展示原子結構模型的發展歷史。

【問題情景1】道爾頓的主要觀點是什么？

【學生活動1】1803年，英國科學家道爾頓在實驗的基礎上得出原子是構成物質的基本粒子，它內部沒有任何結構，非常小而且不可再分，像一個實心小球[4]。

【問題情景2】道爾頓的原子學說會被推翻嗎？

【學生活動2】1897年，湯姆遜提出了“葡萄干布丁模型”，主要是他發現原子中存在帶負電的電子，而新的模型能解釋許多實驗事實，因此，被當時很多科學家接受。

【設計意圖】通過提出問題及解釋，學生就能明白：科學知識是暫定性的（科學知識并非永恒不變的，是可以被修改，但在一定歷史時期內會處于穩定的地位），所以，科學知識具有動態性本質與暫時性本質。

【問題情景2】“葡萄干布丁模型”會發生變化嗎？

【講解】1911年，盧瑟福提出“核式結構模型”。

【設計意圖】盧瑟福是湯姆遜的研究生，在老師的研究基礎上提出質疑，在自己的研究領域取得了突破性進展，說明科學知識在一定程度上具有主觀性和創造性。

【問題情景3】你認為其他科學家會接受盧瑟福“核式結轉構模型”嗎？

【講解】1913年，丹麥的科學家玻爾提出“電子分層運動模型”。

【設計意圖】從盧瑟福“核式結構模型”到玻爾“電子分層運動模型”的發展過程，可以讓學生理解科學知識的產生具有局限性和發展性。

【問題情景4】你認為波爾模型會被另外的模型取代嗎？

【講解】由于玻爾理論是建立在舊量子論的基礎上，當時對比較簡單的氫原子光譜可以解釋，而無法解釋比較復雜的原子光譜，存在一定的局限性。隨著科技的發展，到20世紀20年代，又建立了現代量子力學模型。

【設計意圖】從原子結構模型的演變歷程，可以看出原子結構模型作為一種科學知識，它并非永恒不變，它與當時的社會和文化有關。

環節三

【教師小結】在原子結構模型發展史的介紹中，從道爾頓提出原子是實心球的模型到湯姆遜在發現電子的基礎上，提出“葡萄干布丁”模型，歷經100年。而盧瑟福是湯姆遜的研究生，對老師的觀點通過α散射實驗提出了質疑，最后提出了核式結構模型，這可以讓學生理解科學的發展歷史，是科學懷疑的歷史，是科學家不斷糾正錯誤、追求真理的歷史。學生也能進一步理解科學知識具有動態性本質與暫時性本質；科學知識在一定程度上具有創造性和主觀性；科學知識的產生具有局限性。

【設計意圖】通過對發展史的教學，從而讓學生領悟到人類社會科學發展過程中一代代科學家接力賽般進行著科學的研究和發現，讓學生初步建立正確的科學本質觀，真正把對科學本質的認識和理解根植于學生的腦海里。

【點評】本節課有關原子結構模型的教學花了約30分鐘，重點以問題形式分析原子結構模型的演變過程，對每一次演變的歷史中挖掘科學本質的內涵，從而讓學生形成正確的科學本質觀，為學生今后的學習提供研究方向。

三、新手、熟手、專家型教師科學本質觀教學滲透比較研究

通過三位不同類型教師對原子結構模型演變歷史的教學，可以看出不同類型的教師在科學本質觀教學滲透中存在著差異，主要表現在以下三個方面：

（一）課前備課

新手型教師都是新教師，他們參加工作不久，優勢是工作熱情高，對如何上好一節課考慮得多，會花較多的時間來備課，但短板是經驗不足，自身對科學本質觀的理解也不到位，在備課方面就難免對知識與技能的準備更側重。熟手型教師都是有十幾年甚至二十幾年教學實踐的老教師，他們教學經驗豐富，對課堂教學內容比較熟悉，可是不足之處往往是對課前的計劃與準備會形成思維定勢，這種定勢能讓教師熟練地進行課前準備，縮短時間，提高效率，能從化學史入手，課前就準備好原子結構模型的發展史，引導學生進行科學本質觀的理解，但對發展史中體現的科學本質內涵重視不足，挖掘不夠深入。專家型教師則不同，他們經過了二十幾年的教學實踐，對課堂相關的內容比較熟悉，課前讓學生上網查找原子結構模型的發展史資料，讓學生提前自主學習，不僅激發學生學習化學的興趣，更為課堂教學中引導學生理解科學本質觀打下基礎。endprint

（二）課堂教學

新手型教師的課堂教學雖然在課前制訂了完整的教學計劃，但不會隨著課堂情景的變化來修正他們的計劃，而課堂教學更注重完成知識任務的教學，對原子結構模型的發展史的教學也是圍繞知識點來展開，較難達到科學本質的滲透。熟手型教師對課堂教學駕馭能力很強，他們能關注學生間的溝通與交流，能依據課堂情景及時調整教學計劃，隨時關注維持學生的注意力[5]。對原子結構模型的發展史與知識的關聯可以講解得比較清楚，但對發展史后面隱藏的科學本質講解不到位，只能對學生建立正確的科學本質觀有一定的幫助。專家型教師的課堂教學表現出靈活性、創造性，首先利用課前學生上網查的資料為素材，調動學生學習的興趣，其次課堂中由教師和學生共同創設問題情景來分析原子結構模型的發展史，挖掘發展史后面蘊藏的科學本質內涵，幫助學生形成正確的科學本質觀。

（三）課后反思

新手型教師在課堂上大都忙于教學方法的實施，急于既定教學任務的完成，他們的課后反思大多停留在對教學方法和教學效果的評價，而對原子結構模型的發展史中蘊含的豐富的科學本質觀則視而不見。熟手型教師的課后反思往往側重于課堂教學中教師對知識的傳授是否到位，學生對知識的學習是否掌握為主，而對在課堂教學中如何更好地滲透科學本質觀思考有所欠缺。專家型教師會根據課堂教學中學生出現的問題及時調整下節課的教學方法，會思考如何利用好發展史讓學生認識科學本質的內涵，以促進學生形成正確的科學本質觀。

四、研究結論

通過分析、比較可以發現新手、熟手、專家型教師在課堂教學中滲透科學本質觀有較大的差異，新手型教師更注重原子結構模型的演變知識的傳授；熟手型教師在注重知識傳授的同時，還能引入科學本質觀教育但缺乏深入挖掘；專家型教師則能充分利用原子結構模型的演變來挖掘發展史中蘊藏的科學本質內涵，從而幫助學生形成正確的科學本質觀。

[參 考 文 獻]

[1]中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（實驗）[S].北京：人民教育出版社，2003.

[2]連榕.新手—熟手—專家型教師心理特征的比較[J].心理學報，2004（1）.

[3]王磊.普通高中課程標準實驗教科書化學2（必修2）教師用書[M].濟南：山東科技出版社，2007.

[4]季薛慶.融入科學史凸顯科學本質的教學探討——以原子結構模型教學為例[J].科學教育，2010（2）.

[5]孟迎芳，連榕.專家—熟手—新手型教師教學策略的比較研究[J].心理發展與教育，2004（4）.endprint