“元素、原子、原子模型”的教学思路

周小梅

基本粒子和宇宙是目前探索物质世界的两大前沿领域之一，其中的很多深奥知识不是初中学生所能掌握的，但是组成物质的原子、分子、我们人类生活的地球在宇宙中所处位置等常识，是一个中学生应该具备的基本科学素养。

本文从元素、原子、原子模型等的概念介绍入手，通过分析学生原有知识水平，辅助设置学习支架的方式，帮助学生理解并掌握这些基本常识。

一、关于概念

原子是组成元素的最小单元，由原子核和围绕原子核运动的电子组成。最早关于原子的概念阐述可以追溯到公元前6世纪的古印度。大约在公元前450年，古希腊哲学家德谟克利特就已经提出原子的概念。“原子”这一术语在希腊文中是“不可分割”的意思。他认为一切物质都是由不可分割的小微粒——原子构成，但缺乏科学实验的验证。在公元前4世纪左右，中国哲学家墨翟在《墨经》中也独立提出了物质有限可分的概念，并将最小的可分单位称之为“端”。尽管当时印度、中国和希腊的原子观都是基于哲学上的理解，但现代科学界仍然沿用了德谟克利特所创造的名称。

元素：元素又称化学元素，指自然界中一百多种基本的金属和非金属物质，它们只由几种有共同特点的原子组成。到现在为止，总共有一百多种元素被发现，其中94种是存在于地球上的。

原子模型：原子模型是由原子核（质子和中子）和电子构成的，电子绕核做不规则运动，形成电子云。古希腊时期就已有人提出关于原子的想法。他们认为，元素是由原子所组成；不同元素的原子有不同的物理性质。但到19世纪之前，原子的理论都没有实验证据。约翰·道尔顿是第一个提出建立在实验基础上的原子理论的人。道尔顿对原子理论的特别贡献是他定出出元素的原子量。道尔顿还是把原子看成是一个整体不可分的结构单元。因此原子没有结构。直到电子的发现，人类才开启了探索原子内部结构的新篇章，而其中之一就是对原子模型的讨论。

葡萄干蛋糕模型：1897年约瑟夫·约翰·汤姆森发现，阴极射线管内发出的阴极射线在电场作用下，偏向正电极。他正确地判断，这些是由阴极射线管内的原子分裂出来的带负电的粒子，他称它们为电子。电子的重量只有最轻的氢原子的二千分之一。汤姆森第一次提出原子是可以分裂的。他修改了道尔顿的把原子看成是一个不可分的整体的模型。 汤姆森为了要解析原子带中性电的性质，1904年他提议：原子是由N个带正电的颗粒和N个带负电的电子所组成，它们相互均匀地分布。

量子化原子模型：当原子受热时，它会辐射出固定值的能量，但在当时没有人能解析这种现象。1914年丹麦物理学家波尔为了解析这种现象而修改了卢瑟福的原子模型。波尔的量子化原子模型主要包括以下几点： （1）原子核位于原子的中心；（2）电子不停地绕原子核作轨道运动；处于稳定状态，不辐射出也不吸收能量。（3）当一个电子从一种状态变到另一状态时，这个电子就会损失或获得能量，它就会发射或吸收能量。（4）光谱中的每一根谱线都与一个电子从某一稳定状态变到另一个状态有联系。

二、教学任务分析

1.学生原有水平分析

九年级学生对正、负电荷有了初步的了解。他们知道静电现象，但对原子是呈电中性，即整体不显电性的知识不太了解。学生初步具有了根据实验现象，分析归纳得出实验结论的能力。

2.存在的困难

原子模型是本节的难点和关键。在教学中，学生可能出现以下的困难和问题：由于原子内部结构是微观现象，看不见也摸不着，非常抽象，学生感到学起来很迷惘，甚至听不懂。对于卢瑟福α粒子散射实验，由于条件的限制，不能进行实物演示，学生对实验难以理解。对于“行星模型”，由于学生想象和思维能力有限，不能理解模型的真正含义。

3.教学辅助支架

图片（原子内部结构）。 目的：对于用语言很难表达的物理现象可以用图片形象直观地表示出来，引导学生逐步了解学习物理的方法。

课件（模拟实验演示）。目的：卢瑟福α粒子散射实验属于高中学习知识、对于初三学生来说有点难度，所以教师可以用形象的多媒体模拟实验演示，加深印象，从而引导学生由物理实验现象通过推测而得出物理结论。

类比（ 原子模型）。目的：例如在学习“行星模型”时，原子中带正电的原子核好像太阳，而带负电的电子好像行星绕太阳运转一样绕原子核在核外高速旋转。帮助学生理解各类模型。

总之，通过学习支架的设置，可以引导学生了解微观世界的知识，明白原子与元素的区别。在原子模型的建立过程中，让学生感受观察、猜想、推理、建模等透过现象看本质的思维方法，并体验学习的乐趣，懂得交流与合作的重要。