滲透科學史實培養(yǎng)科學精神

摘要：科學史是培養(yǎng)學生科學觀念、科學精神的重要素材.在教學過程中滲透科學史能幫助學生體會科學發(fā)展的曲折和艱辛，更好地了解科學家頑強不息的意志和百折不撓的精神，從而培養(yǎng)學生科學精神的形成.

關鍵詞：科學史;科學精神;原子結(jié)構(gòu)

作者簡介：張葉琴（1991-），女，浙江嘉善人，碩士，中學二級教師，研究方向：初中科學教學研究.1案例背景

“原子結(jié)構(gòu)的模型”選自浙教版《科學》第四冊第二章第3節(jié)第一課時，本節(jié)課屬于微觀世界中原子結(jié)構(gòu)的學習，涉及到原子模型建立過程中的大量科學史實，具有非常大的學科育人價值.通過本節(jié)課的學習，學生可以穿越古今中外，感受科學家們的智慧，體會科學家們不斷求真求實、勇于探索的精神.在建構(gòu)模型的過程中感受科學是一門以客觀事實為依據(jù)的學科，需要不斷地修正和完善，從而初步建立辯證唯物主義世界觀和科學精神.

2案例描述

本節(jié)課需要學生知道現(xiàn)有的幾個原子結(jié)構(gòu)模型，如果采用講授的方式，課程單調(diào)，學生對于原子結(jié)構(gòu)模型建立的漫長曲折過程體會不深，也無法感受科學家在科學探究中的精神.因此筆者決定在教學中滲透科學史，帶學生重溫原子模型建立的發(fā)展之路.在教學設計中突出原子結(jié)構(gòu)模型的建立發(fā)展過程，促使學生體會科學漸進、曲折變化的發(fā)展過程，從而更好地了解科學家頑強不息的意志和百折不撓不畏艱險獻身科學的精神.原子模型的建立，經(jīng)歷了從肯定到否定再到肯定，不斷地接近事物的本質(zhì).本節(jié)課以歷史發(fā)展為主線，任務驅(qū)動為輔線，以教師為主導，學生為主體方式呈現(xiàn).以下為教學的部分片段：

【觀察模型】學生自己制作的不同分子的模型

師：構(gòu)成這些分子的原子有什么共同點？

生：表示原子的模型都是球形.

師：同學們對原子的認識與英國化學家道爾頓的實心球模型是一致的.這種模型對我們認識分子結(jié)構(gòu)和化學反應過程有很大幫助.那么原子是不是構(gòu)成物質(zhì)的最小微粒？原子可不可以再分呢？科學家不滿足于此，探索的腳步一直沒有停歇，今天我們就跟著科學家的腳步一起來建立、完善原子結(jié)構(gòu)模型.

【觀看視頻】陰極射線實驗

師：對比兩次實驗的結(jié)果，粒子的運動軌跡有什么不同（如圖1所示）？

生：加了電極以后，粒子運動方向發(fā)生了偏轉(zhuǎn).

生：粒子向正極偏轉(zhuǎn).

師：出現(xiàn)上述現(xiàn)象可以說明粒子帶什么電性？

生：因為異種電荷相互排斥，推測粒子帶負電.

師：原子是否顯電性？

生：原子不顯電性，好像跟剛剛的推測不符合了.

生：原子不顯電性，電子帶負電，原子中應該有帶正電的部分.

師：同學們剛剛的推測還能不能用道爾頓的模型來解釋？

生：不能，原子中有更小的粒子，道爾頓的原子模型不適用了.

師：如果是你，你將如何建立一個怎樣的模型呢？請在學案上畫一下，并給你的模型取個名字.

【畫一畫】建立一個新的原子結(jié)構(gòu)模型

【展示】學生作品

生：我把它叫做葡萄干面包模型，表示原子是一個球體，正電荷均勻分布在整個球體內(nèi)，電子像面包里的葡萄干那樣鑲嵌其中.

生：我的模型和剛剛的同學相似，我的叫西瓜模型.

生：我的叫棗糕模型.

……

師：同學們都很有創(chuàng)新意識，模型的建立就是基于我們對事物的了解.湯姆生的模型很好地解釋了原子排布的一些規(guī)律，因此為科學家廣泛接受，但他的模型又很快被其他科學家修正.為了更好地理解原子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，我們先來玩一個游戲——球球大作戰(zhàn)

【做一做】用大小不同的球代表不同的微粒，我們來研究一下它們撞擊時發(fā)生的作用.

【交流】當一個質(zhì)量很小的物體撞擊到一個質(zhì)量很大的物體時會被彈回來;當磁極相同時會被吸引.

師：同學們很厲害，在宏觀世界中發(fā)現(xiàn)微觀世界的秘密，1911年，湯姆生的學生盧瑟福進行了一個類似微觀粒子之間撞擊的實驗——α粒子轟擊金屬箔的實驗，他這一撞撞出了原子結(jié)構(gòu)模型的又一次更新，我們先來重溫一下這個偉大的實驗.

【視頻】α粒子轟擊金屬箔

師：在盧瑟福的實驗中，你觀察α粒子有哪些運動軌跡？

生：運動軌跡有保持原來方向、小角度偏轉(zhuǎn)、大角度偏轉(zhuǎn).

生：每種運動軌跡的數(shù)量不同，大概是以下三種：（1）大多數(shù)粒子穿過金屬箔后仍能保持原來的運動方向;（2）少數(shù)粒子發(fā)生了偏轉(zhuǎn);（3）極少數(shù)粒子發(fā)生了較大角度的偏轉(zhuǎn).

師：同學們觀察得非常細致，為什么會出現(xiàn)這樣的運動情況？試解釋.

生：大部分保持原來方向說明原子內(nèi)部有很大空間，原子核體積很小.

生：少數(shù)發(fā)生偏轉(zhuǎn)是因為受到排斥力，說明原子內(nèi)有一個帶正電的粒子.

生：極少數(shù)發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)說明原子核的質(zhì)量很大，體積很小.

……

師：同學們分析得很好，顯然湯姆生的原子模型不能解釋盧瑟福的實驗現(xiàn)象，因此他提出了新的原子結(jié)構(gòu)模型——原子核式模型.電子在核外空間繞核運動，像行星繞太陽的運動，因此我們也形象地稱之為行星繞太陽模型.

師：科學探究依然在繼續(xù)，科學家發(fā)現(xiàn)盧瑟福的模型中電子繞核運動是要有能量損耗的，最后導致的結(jié)果是電子撞擊原子核，經(jīng)計算原子的壽命不超過10-8秒，而這顯然與事實不符合.這個時候我們該怎么辦？

生：繼續(xù)研究，建立新的模型.

師：這一難題在兩年后被他的學生丹麥科學家玻爾所解決.玻爾發(fā)現(xiàn)電子只能在原子內(nèi)的一些特定軌道上運動，“只有量子假說才能擺脫困境”，于是又一次修正了原子的結(jié)構(gòu)模型，提出了分層軌道模型.

師：同學們覺得原子結(jié)構(gòu)的研究到達終點了嗎？

生：應該還可以不斷地修正.

生：隨著科技的進步，我們對事物的了解肯定會更加精密，原有的模型可能會被打破.

生：我不敢想象新的模型會是什么樣子，但我總覺得會更新.

……

師：正如同學們所說，這一理論又很快被玻爾的一名學生海森堡進行了修正，因為他通過實驗發(fā)現(xiàn)，電子的軌道并不是固定的，而是在一定區(qū)域內(nèi)按照一定概率出現(xiàn)，電子的軌跡圖很像星云圖，于是有了現(xiàn)代原子結(jié)構(gòu)的模型——電子云模型.

【聊一聊】從湯姆生四代師生對原子結(jié)構(gòu)模型的建立及修正，對你有什么啟示？

生：建立模型是一個不斷完善、不斷修正的過程.

生：我們在這個過程中越來越接近事物的本質(zhì).

生：科學研究很辛苦，很曲折，還不一定能得到正確的結(jié)果，但是整個發(fā)展很重要.

生：青出于藍而勝于藍.

……

3案例反思

科學教育目標從“兩基”到“三維”，再到核心素養(yǎng)的提出，經(jīng)歷了兩次質(zhì)的轉(zhuǎn)變.核心素養(yǎng)的提出，為我們科學教育工作者“培養(yǎng)什么樣的人，怎么樣培養(yǎng)人”指明了方向.我們要極大程度地發(fā)揮出學科育人的功能.科學一直在繼承中發(fā)展，本節(jié)課隨著原子模型建立的歷程，學生有了建模體驗，可以避免學生在學完本內(nèi)容后出現(xiàn)前人的觀點都是錯的，毫無價值的錯誤認知.肯定每一代原子結(jié)構(gòu)模型對下一代的發(fā)展起著功不可沒的作用，承認前人的模型存在缺陷，是基于發(fā)展的需要.學生在聊感想時說到每個時代的科技水平不一樣，所以能夠達到的探究水平也不一樣.我們承認他們的貢獻，正視原有的缺陷，不斷地探究，不斷地修正，正是對科學本質(zhì)追求的精神.學生能有這樣的認知，筆者認為本節(jié)課的學科育人目標基本達成.

參考文獻：

[1]陶聰燕.滲透物理學史 突出探究過程——談《光的折射定律》教學設計[J].中學物理，2016，34（23）：41-42.

[2]陳廣俊. 基于蘇科版教材的初中物理教學中滲透物理學史教育的研究[D].南京師范大學，2017.

[3]蘇麗琴.高中物理教學中滲透物理學史教育的探討[J].中學物理，2016，34（23）：32-34.

（收稿日期：2019-05-05）