在科學教學中融入科學史

齊亞坤+陳小明

摘 要：“原子結構的模型”是浙教版科學八下第二章的內容，因為其內容抽象，需要學生有較強的理解能力。在教學過程中嘗試融入原子結構的模型建立的科學史，結合直觀模型演示等教學方法，并通過讓學生角色扮演、自己動手制作原子結構的模型圖等方式，幫助學生理解知識的同時培養學生的邏輯思維能力和探究精神，體會質疑在科學發展中的重要性。

關鍵詞：抽象思維；科學史；模型演示

一、教材地位及學情分析

“原子結構的模型”是浙教版初中《科學》八年級下冊第二章第3節的內容，是七年級學過的物質的構成和物理性質、化學性質等知識的延伸，同時本節內容又為以后學習元素、化學式、化合價及化學方程式做了鋪墊，因此本節課具有承上啟下的作用。初中的學生處于具體形象思維的階段，本節內容相對較為抽象，原子肉眼又不可見，遠離學生生活，學生理解起來比較困難，但學生在前面學習了模型、符號及物質與微觀粒子模型的相關知識，繼續來學習原子結構的模型，有一定的微觀認識基礎。要使學生形成正確的原子的結構模型[1]，需要教師利用直觀模型演示等方法，并在教學過程中融入科學史，幫助學生由感性認識上升到理性認識，讓他們自主構建知識框架。

二、教學目標

（一）知識與技能目標

通過本節課的學習，學生能了解原子結構的模型的發展過程及建立依據，知道α粒子散射實驗和盧瑟福的原子核式結構模型，能知道原子核的內部結構。

（二）過程與能力目標

通過小組合作討論α粒子散射實驗結果，培養學生對實驗現象的分析歸納能力和邏輯推理能力；通過了解原子結構模型的建立過程，體會建立模型在研究科學問題中的重要作用。

（三）情感態度與價值觀目標

通過對原子結構模型的發展歷程的了解，學生能體會到質疑和不斷尋找證據推動了科學的向前發展，領悟到科學的本質[2]。

三、教學重難點

重點：原子核式結構模型及原子核的結構。

難點：粒子散射實驗的結果和分析。

四、 教學過程

（一）問題導入 激發興趣

教師拿出一杯蒸餾水，請學生回答這杯水由什么微觀粒子構成的？進而再提問水分子又由什么微粒構成？在學生回答出氫原子和氧原子之后，問學生對于原子又了解哪些？針對學生的回答，教師順勢把課堂引到本節課要學習的內容“原子結構的模型”。

設計意圖：通過一杯水引出的問題把學生從宏觀世界帶入到陌生的微觀世界，讓學生體會到原子的相關知識雖然抽象，但與我們的生活息息相關，激發學生的興趣和求知欲。

（二）深入對話 建立模型

1. 湯姆生對道爾頓實心球模型的修正過程

教師簡單介紹道爾頓的實心球模型，這個模型在很長的時間內被人們接受，直到湯姆生在實驗過程中發現了電子。教師拋出問題“發現電子意味著什么”，學生回答：意味著原子內有帶負電的電子，這說明原子可分。接著教師順勢再問原子帶不帶電，這個問題較難，引導學生關注由原子直接構成的物質，得出原子內部有帶正電的物質。基于這樣的事實和假設，請學生角色扮演，如果你是湯姆生，你會得出什么樣的原子結構模型？學生會有很多不同的模型，在鼓勵他們的基礎上給出湯姆生的原子結構模型（即棗糕模型）。教師同時展示出自己事先準備好的棗糕模型，見圖1。

設計意圖：通過師生的對話、學生角色扮演、模型演示，讓學生體會湯姆生的原子結構模型的建立過程，滲透科學探究的方法，對后續的學習起指導作用。

2.盧瑟福對湯姆生棗糕模型的修正過程

簡單給學生介紹盧瑟福的α粒子散射實驗方法，盧瑟福的實驗是來驗證棗糕模型的，讓學生猜想如果棗糕模型是合理的將會出現什么現象。學生帶著猜想觀看α粒子散射實驗的Flash動畫演示，并描述觀察到的實驗現象。教師順勢讓學生小組討論，角色扮演“如果你是盧瑟福，你會得出什么樣的結論”。

模擬實驗：把一個乒乓球和一個小鐵球（質量較大）懸掛起來，分別用乒乓球去撞擊鐵球和鐵球撞擊乒乓球，觀察它們的運動情況。結合只有極少數的α粒子反彈回來，推理：原子中間有一個質量很大、體積很小的核心。少部分α粒子發生偏轉，推理：原子的核心帶正電；絕大部分α粒子穿過，推理：原子內大部分是空的。

教師此時拋出問題：湯姆生發現的電子去哪里了？演示實驗：大燒杯中固定一個磁鐵，旁邊放置一個小鐵球，轉動燒杯小球旋轉，不轉動燒杯，觀察小球的狀態。小球速度降下來之后瞬間被吸引，推理：電子繞著原子內的核心高速旋轉。盧瑟福由此提出了行星繞太陽模型（即核式模型）。Flash動畫演示氫原子的核式模型，如圖2所示。

設計意圖：此過程的設計重視α粒子散射實驗的分析推理過程，運用動畫演示、模擬實驗，用學生熟悉的宏觀世界的事實使得學生對微觀世界的動態有更形象的理解，通過角色扮演，引導學生“親歷”科學探究的過程。

3.玻爾對盧瑟福核式模型的修正過程

給出氫原子核式模型之后，教師順勢問學生盧瑟福的模型有什么不足的地方。學生提出問題：核外電子數量較多以后，電子怎么運動。波爾在盧瑟福的基礎上認為電子在原子核外空間的軌道分層繞核高速運轉。

（三） 情境升華 領悟本質

教師和學生一起梳理原子結構的模型探究歷程，問學生在這個過程中學生能感悟到什么？學生給出自己不同的感悟。教師進行總結，科學本身就是一個不斷發展的過程，這個過程中科學家們不斷質疑并尋找證據，推動了科學不斷向前發展，同學們以后也要致力于科學研究，為人類探索未知世界做出自己應有的貢獻。

設計意圖：進一步讓學生體會科學探究的過程，鼓勵學生大膽質疑，尋找著證據，推動科學不斷向前發展。

（四）理解運用 畫出模型

讓學生根據盧瑟福和玻爾的原子結構的模型畫出氦原子的結構模型，提示：氦原子的原子核內有2個單位正電荷，核外的2個電子在同一軌道上繞核運動 ，小組間討論并展示。

設計意圖：通過畫出模型的方式，讓學生更好地理解盧瑟福和玻爾的原子結構的模型。

（五）閱讀材料 尋找證據

根據學生畫的氦原子結構模型，教師問原子核體積很小是不是意味著它密不可分呢，你有什么證據？請學生閱讀課本“原子核的秘密” 的內容，并回答下列問題：①研究原子核的方法是什么？②原子核是由什么粒子構成？粒子帶電情況如何？③什么是核電荷數？④原子為什么顯電中性？⑤為什么說原子的質量集中在原子核上？

設計意圖：教師設問，學生提出假設并尋找證據，滲透科學研究方法。問題設置層層推進，由“原子的組成”推進到“核電荷數、中子數、質子數、核外電子數”以及它們之間的關系，學生不斷充實知識體系，擴充學生的認知結構。

（六） 動手作圖 學以致用

讓學生再畫氦原子的結構模型，提示：氦原子核內有2個質子和2個中子。

設計意圖：通過再次作圖，讓學生對原子及內部的原子核的結構有更形象的理解。

五、板書設計

六、教學反思

本節課在教學過程中采用了多種教學方法，再現了原子結構模型的科學史，同時使得學生能夠親歷原子結構模型建立的大致過程。在這個過程中激發學生對科學的興趣，培養學生嚴謹的科學態度，促進學生對科學思想方法的理解，進而理解科學的本質，培養科學精神。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.義務教育初中科學課程標準[M].北京：北京師范大學出版社，2011：30-31.

[2]漢斯·波塞爾.科學：什么是科學[M].李文潮，譯.上海：上海三聯書店，2002：109-111.endprint