在科学教学中融入科学史——以“原子结构的模型”为例

□齐亚坤 陈小明

（杭州英特外国语学校，浙江杭州311122）

在科学教学中融入科学史
——以“原子结构的模型”为例

□齐亚坤 陈小明

（杭州英特外国语学校，浙江杭州311122）

“原子结构的模型”是浙教版科学八下第二章的内容，因为其内容抽象，需要学生有较强的理解能力。在教学过程中尝试融入原子结构的模型建立的科学史，结合直观模型演示等教学方法，并通过让学生角色扮演、自己动手制作原子结构的模型图等方式，帮助学生理解知识的同时培养学生的逻辑思维能力和探究精神，体会质疑在科学发展中的重要性。

抽象思维；科学史；模型演示

一、教材地位及学情分析

“原子结构的模型”是浙教版初中《科学》八年级下册第二章第3节的内容，是七年级学过的物质的构成和物理性质、化学性质等知识的延伸，同时本节内容又为以后学习元素、化学式、化合价及化学方程式做了铺垫，因此本节课具有承上启下的作用。初中的学生处于具体形象思维的阶段，本节内容相对较为抽象，原子肉眼又不可见，远离学生生活，学生理解起来比较困难，但学生在前面学习了模型、符号及物质与微观粒子模型的相关知识，继续来学习原子结构的模型，有一定的微观认识基础。要使学生形成正确的原子的结构模型[1]，需要教师利用直观模型演示等方法，并在教学过程中融入科学史，帮助学生由感性认识上升到理性认识，让他们自主构建知识框架。

二、教学目标

（一）知识与技能目标

通过本节课的学习，学生能了解原子结构的模型的发展过程及建立依据，知道α粒子散射实验和卢瑟福的原子核式结构模型，能知道原子核的内部结构。

（二）过程与能力目标

通过小组合作讨论α粒子散射实验结果，培养学生对实验现象的分析归纳能力和逻辑推理能力；通过了解原子结构模型的建立过程，体会建立模型在研究科学问题中的重要作用。

（三）情感态度与价值观目标

通过对原子结构模型的发展历程的了解，学生能体会到质疑和不断寻找证据推动了科学的向前发展，领悟到科学的本质[2]。

三、教学重难点

重点：原子核式结构模型及原子核的结构。

难点：α粒子散射实验的结果和分析。

四、教学过程

（一）问题导入 激发兴趣

教师拿出一杯蒸馏水，请学生回答这杯水由什么微观粒子构成的？进而再提问水分子又由什么微粒构成？在学生回答出氢原子和氧原子之后，问学生对于原子又了解哪些？针对学生的回答，教师顺势把课堂引到本节课要学习的内容“原子结构的模型”。

设计意图：通过一杯水引出的问题把学生从宏观世界带入到陌生的微观世界，让学生体会到原子的相关知识虽然抽象，但与我们的生活息息相关，激发学生的兴趣和求知欲。

（二）深入对话 建立模型

1.汤姆生对道尔顿实心球模型的修正过程

教师简单介绍道尔顿的实心球模型，这个模型在很长的时间内被人们接受，直到汤姆生在实验过程中发现了电子。教师抛出问题“发现电子意味着什么”，学生回答：意味着原子内有带负电的电子，这说明原子可分。接着教师顺势再问原子带不带电，这个问题较难，引导学生关注由原子直接构成的物质，得出原子内部有带正电的物质。基于这样的事实和假设，请学生角色扮演，如果你是汤姆生，你会得出什么样的原子结构模型？学生会有很多不同的模型，在鼓励他们的基础上给出汤姆生的原子结构模型（即枣糕模型）。教师同时展示出自己事先准备好的枣糕模型，见图1。

图1

设计意图：通过师生的对话、学生角色扮演、模型演示，让学生体会汤姆生的原子结构模型的建立过程，渗透科学探究的方法，对后续的学习起指导作用。

2.卢瑟福对汤姆生枣糕模型的修正过程

简单给学生介绍卢瑟福的α粒子散射实验方法，卢瑟福的实验是来验证枣糕模型的，让学生猜想如果枣糕模型是合理的将会出现什么现象。学生带着猜想观看α粒子散射实验的Flash动画演示，并描述观察到的实验现象。教师顺势让学生小组讨论，角色扮演“如果你是卢瑟福，你会得出什么样的结论”。

模拟实验：把一个乒乓球和一个小铁球（质量较大）悬挂起来，分别用乒乓球去撞击铁球和铁球撞击乒乓球，观察它们的运动情况。结合只有极少数的α粒子反弹回来，推理：原子中间有一个质量很大、体积很小的核心。少部分α粒子发生偏转，推理：原子的核心带正电；绝大部分α粒子穿过，推理：原子内大部分是空的。

教师此时抛出问题：汤姆生发现的电子去哪里了？演示实验：大烧杯中固定一个磁铁，旁边放置一个小铁球，转动烧杯小球旋转，不转动烧杯，观察小球的状态。小球速度降下来之后瞬间被吸引，推理：电子绕着原子内的核心高速旋转。卢瑟福由此提出了行星绕太阳模型（即核式模型）。Flash动画演示氢原子的核式模型，如图2所示。

图2

设计意图：此过程的设计重视α粒子散射实验的分析推理过程，运用动画演示、模拟实验，用学生熟悉的宏观世界的事实使得学生对微观世界的动态有更形象的理解，通过角色扮演，引导学生“亲历”科学探究的过程。

3.玻尔对卢瑟福核式模型的修正过程

给出氢原子核式模型之后，教师顺势问学生卢瑟福的模型有什么不足的地方。学生提出问题：核外电子数量较多以后，电子怎么运动。波尔在卢瑟福的基础上认为电子在原子核外空间的轨道分层绕核高速运转。

（三）情境升华 领悟本质

教师和学生一起梳理原子结构的模型探究历程，问学生在这个过程中学生能感悟到什么？学生给出自己不同的感悟。教师进行总结，科学本身就是一个不断发展的过程，这个过程中科学家们不断质疑并寻找证据，推动了科学不断向前发展，同学们以后也要致力于科学研究，为人类探索未知世界做出自己应有的贡献。

设计意图：进一步让学生体会科学探究的过程，鼓励学生大胆质疑，寻找着证据，推动科学不断向前发展。

（四）理解运用 画出模型

让学生根据卢瑟福和玻尔的原子结构的模型画出氦原子的结构模型，提示：氦原子的原子核内有2个单位正电荷，核外的2个电子在同一轨道上绕核运动，小组间讨论并展示。

设计意图：通过画出模型的方式，让学生更好地理解卢瑟福和玻尔的原子结构的模型。

（五）阅读材料 寻找证据

根据学生画的氦原子结构模型，教师问原子核体积很小是不是意味着它密不可分呢，你有什么证据？请学生阅读课本“原子核的秘密”的内容，并回答下列问题：①研究原子核的方法是什么？②原子核是由什么粒子构成？粒子带电情况如何？③什么是核电荷数？④原子为什么显电中性？⑤为什么说原子的质量集中在原子核上？

设计意图：教师设问，学生提出假设并寻找证据，渗透科学研究方法。问题设置层层推进，由“原子的组成”推进到“核电荷数、中子数、质子数、核外电子数”以及它们之间的关系，学生不断充实知识体系，扩充学生的认知结构。

（六）动手作图 学以致用

让学生再画氦原子的结构模型，提示：氦原子核内有2个质子和2个中子。

设计意图：通过再次作图，让学生对原子及内部的原子核的结构有更形象的理解。

五、板书设计

六、教学反思

本节课在教学过程中采用了多种教学方法，再现了原子结构模型的科学史，同时使得学生能够亲历原子结构模型建立的大致过程。在这个过程中激发学生对科学的兴趣，培养学生严谨的科学态度，促进学生对科学思想方法的理解，进而理解科学的本质，培养科学精神。

［1］中华人民共和国教育部.义务教育初中科学课程标准［M］.北京：北京师范大学出版社，2011：30-31.

［2］汉斯·波塞尔.科学：什么是科学［M］.李文潮，译.上海：上海三联书店，2002：109-111.