立足“胡桃殼”構(gòu)建化學(xué)課的詩和遠(yuǎn)方

陸春梅

摘 要：原子結(jié)構(gòu)的演變史，從點(diǎn)分析：一個(gè)模型到另一個(gè)模型的轉(zhuǎn)變可以看到科學(xué)家的善于發(fā)現(xiàn)問題。從面分析：原子結(jié)構(gòu)演變的過程是人類認(rèn)知的局限性，在不斷發(fā)展科學(xué)技術(shù)和思想的支持下，科學(xué)在不斷地進(jìn)步。啟發(fā)學(xué)生錯(cuò)誤并不可怕，直面自己的問題，不斷修改并創(chuàng)新才能讓自己實(shí)現(xiàn)夢想。

關(guān)鍵詞：懷特海教育三階段;原子結(jié)構(gòu)演變史;點(diǎn)線面三結(jié)合;思維模型的建構(gòu)

一、問題的源起

回望人類科學(xué)、化學(xué)發(fā)展史，從史前“北京猿人”開始用火到現(xiàn)在群星圍繞量子力學(xué)的研究，人的成長可以在人類發(fā)展史中找到參照。懷特海在《教育的目的》中提出教育可以分為三個(gè)階段：浪漫期、精確期、綜合期。對(duì)應(yīng)人類科學(xué)、化學(xué)發(fā)展史，門捷列夫元素周期表的發(fā)現(xiàn)可以說是化學(xué)研究的里程碑。它使自法拉第電解法的發(fā)明而紛紛涌現(xiàn)的各種元素的不同性質(zhì)從無序變得有序，使化學(xué)由浪漫期進(jìn)入精確期。紛亂的現(xiàn)象有序化促使科學(xué)家們更加深入的思考其背后的本質(zhì)——化學(xué)變化中最小的微粒——原子的結(jié)構(gòu)，也促使物理對(duì)原子結(jié)構(gòu)的更為深入和積極。

原子結(jié)構(gòu)的演變史又是一個(gè)非常經(jīng)典的科學(xué)研究模型，從中我們可以看出科學(xué)演變的本質(zhì)。原子結(jié)構(gòu)模型的發(fā)展可以看作三階段。對(duì)比人類科學(xué)、化學(xué)發(fā)展史和原子結(jié)構(gòu)演變史，體會(huì)學(xué)習(xí)的關(guān)鍵應(yīng)該是要像科學(xué)家一樣的思考。教材的編寫更重要的是普及知識(shí)，但是要成為能推動(dòng)世界革新的人是需要有創(chuàng)造性的思維能力，引導(dǎo)學(xué)生跳出教材的局限，像科學(xué)家一樣思考。借著門捷列夫的元素周期表和原子結(jié)構(gòu)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行職業(yè)生涯規(guī)劃教育非常適時(shí)適地，可以讓我們的化學(xué)課堂也充滿“詩和遠(yuǎn)方”。

二、教學(xué)設(shè)計(jì)

（一）課標(biāo)和教材分析

1.以化學(xué)史為線，以門捷列夫?yàn)辄c(diǎn)，體會(huì)知識(shí)的生成方式

提供繪制的科學(xué)史發(fā)展時(shí)間圖，回憶已學(xué)化學(xué)知識(shí)。體會(huì)人的認(rèn)知發(fā)展順序和教材構(gòu)建體系對(duì)知識(shí)邏輯性的重視。以門捷列夫?qū)妬y的元素的排序，體會(huì)門捷列夫善于發(fā)現(xiàn)問題的思維方式。體會(huì)原子結(jié)構(gòu)和元素周期表出現(xiàn)在此時(shí)此地的重要性，教會(huì)學(xué)生認(rèn)知事物的角度和方法。

2.講授原子結(jié)構(gòu)的內(nèi)容時(shí)，利用初中知識(shí)進(jìn)行鋪墊，再次體會(huì)教材編寫的方式。

在教材的基礎(chǔ)上深入挖掘相關(guān)知識(shí)，使隱性知識(shí)顯性化。通過對(duì)稀有氣體核外電子層排布的分析，學(xué)會(huì)圖表的數(shù)據(jù)分析能力，歸納出原子排布的規(guī)律，滿足學(xué)生對(duì)原子結(jié)構(gòu)深入探索的欲望，幫助學(xué)生建立宏觀辨識(shí)與微觀探析之間的關(guān)系，為學(xué)生解決元素性質(zhì)與原子結(jié)構(gòu)、元素周期表中的位置之間的關(guān)系打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3.對(duì)“科學(xué)史話”從點(diǎn)到面的分析，歸納科學(xué)研究的特點(diǎn)，體會(huì)與自己學(xué)習(xí)方式的不同。

在教學(xué)時(shí)，對(duì)教材中的“科學(xué)史話”欄目適當(dāng)補(bǔ)充五個(gè)階段之間的銜接與過渡。將學(xué)生置身于歷史情境中使他們體驗(yàn)原子結(jié)構(gòu)模型的建立，修正，完善的過程，體會(huì)到理論的暫時(shí)性。了解原子模型的演變歷程，學(xué)生可以認(rèn)識(shí)到從宏觀到微觀結(jié)合的視角，分析和解決問題的重要性。了解科學(xué)研究過程中常需要依據(jù)物質(zhì)及其變化的信息建構(gòu)模型，提高模型認(rèn)知能力。

（二）學(xué)情分析

高一學(xué)生，借助已知的知識(shí)和提供的科學(xué)史圖相映照，發(fā)現(xiàn)自己學(xué)習(xí)發(fā)展的路徑。跳出點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，從面上幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)到教材的目的和認(rèn)知自己的學(xué)習(xí)特點(diǎn)。對(duì)門捷列夫進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)自己思維的局限性。

（三）教學(xué)目標(biāo)

1.回顧科學(xué)發(fā)展史、化學(xué)教材編排順序，了解人類認(rèn)知發(fā)展的規(guī)律及教材編寫之邏輯性;分析門捷列夫的發(fā)現(xiàn)，體會(huì)科學(xué)家思維方式的不同，反思自己的學(xué)習(xí)方式。

2.了解原子結(jié)構(gòu)、門捷列夫的元素周期表在人類科學(xué)史中的地位和重要性，思考自己所處的學(xué)習(xí)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。

3.計(jì)算和分析相關(guān)數(shù)據(jù)，知道質(zhì)量數(shù)的概念及構(gòu)成的微粒間的關(guān)系;找出原子核外電子的排布規(guī)律，能畫出1～20號(hào)元素的原子結(jié)構(gòu)示意圖;感受數(shù)據(jù)的直觀性和說服力;體會(huì)化學(xué)研究由宏觀到微觀、由表面到本質(zhì)的發(fā)展過程。感受知識(shí)生成的規(guī)律。

4.分析原子結(jié)構(gòu)模型的發(fā)展史，了解原子結(jié)構(gòu)的發(fā)展和完善過程。滲透模型在科學(xué)研究中的重要作用;感悟科學(xué)不斷自我糾錯(cuò)的特性，體會(huì)批判性思維是科學(xué)工作的關(guān)鍵要素。思考自己的學(xué)習(xí)方式的局限性。

（四）教學(xué)過程

1.課堂導(dǎo)入：欣賞詩歌，體會(huì)詩人對(duì)原子的深情，引發(fā)學(xué)生的興趣。

[引入]我們都來自同樣的種子，擁有同一個(gè)父親，如母親般哺育我們的大地，接收清澈的雨滴，產(chǎn)出明亮的麥穗，繁茂的綠樹，還有人類，和各種野獸，供給食物，滋養(yǎng)生靈，過著幸福的生活，繁衍子嗣……

——盧克萊修（約前99年～約前55年）《物性論》

[設(shè)計(jì)意圖]通過時(shí)間和名人對(duì)原子的熱衷激發(fā)學(xué)生對(duì)原子的好奇。

2.核心內(nèi)容1：以科學(xué)史為線，所學(xué)過的知識(shí)為點(diǎn)，印證認(rèn)知發(fā)展規(guī)律。

（1）原子，你從哪里來？

[思考與討論]小組合作

①沿著化學(xué)發(fā)展史，找一找你所熟悉的科學(xué)家或理論，和同學(xué)聊一聊你是在什么樣的場合與他們相遇的？

②回憶你所學(xué)過的化學(xué)知識(shí)，按照教材編寫的順序找一找他們在發(fā)展史中的位置。你發(fā)現(xiàn)了什么規(guī)律嗎？如果讓你來編寫化學(xué)教科書，你會(huì)如何編排？

③什么是原子？在科學(xué)發(fā)展史中，原子的身影在哪里？出現(xiàn)的頻率如何？為什么呢？

[設(shè)計(jì)意圖]

①了解教材的編寫的順序，感知教材之用心;

②了解門捷列夫的元素周期表里程碑式的意義;

③了解原子結(jié)構(gòu)的地位和意義。

④通過人類科學(xué)史、教材編寫順序的相互印證體會(huì)認(rèn)知發(fā)展，同時(shí)體會(huì)到元素周期表的重要性，門捷列夫的與眾不同，體會(huì)科學(xué)家的眼光的獨(dú)到之處。

3.核心問題2：借助現(xiàn)在的原子結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)，體會(huì)知識(shí)生成的方法。

[過渡]回望歷史——原子，從遠(yuǎn)古蹣跚走來，現(xiàn)在的它又正是科學(xué)家的眼中的少男少女——就如我眼中的你們，孕育著希望。

讓我們來看一看——現(xiàn)在——科學(xué)家眼中的原子的模樣：

（2）原子，你是誰？

原子的質(zhì)量

[思考與討論]（小組合作）

①參照初中所學(xué)的相對(duì)原子質(zhì)量的計(jì)算方法，利用初中教材提供的數(shù)據(jù)，計(jì)算粒子的相對(duì)質(zhì)量（保留5位有效數(shù)字）。

②分析計(jì)算得到的數(shù)據(jù)，感受原子核與核外電子質(zhì)量之間的差距。

③近似處理計(jì)算得到的數(shù)據(jù)，體會(huì)粒子的相對(duì)質(zhì)量與粒子個(gè)數(shù)之間的關(guān)系。

（3）原子核外電子的分層排布

[思考與討論]

從稀有氣體元素原子的電子層排布表中，你能發(fā)現(xiàn)什么規(guī)律？請(qǐng)思考并討論下列問題。

①當(dāng)K成為最外層時(shí)，最多能容納的電子數(shù)是多少？除了K層，其它各層為最外層時(shí)，最多能容納的電子數(shù)是多少？

②次外層最多容納的電子數(shù)是多少？（學(xué)生對(duì)次外層的意思不是很清楚，需要解釋）

③你能歸納出第n層最多能容納的電子數(shù)嗎？

④請(qǐng)你根據(jù)所歸納的規(guī)律，用原子結(jié)構(gòu)示意圖表示核電荷數(shù)為1-20號(hào)元素原子的核外電子排布。

[設(shè)計(jì)意圖]

①充分使用教材之材料，提高計(jì)算和分析數(shù)據(jù)的能力，體會(huì)數(shù)據(jù)帶來的直觀性和說服力，感受宏觀質(zhì)量和微觀粒子個(gè)數(shù)之間的微妙的、神奇的關(guān)系;

②提高歸納整理數(shù)據(jù)的能力，掌握原子核外電子排布的規(guī)律。

③在前概念的助力下，新知識(shí)順利生成，讓學(xué)生體會(huì)到知識(shí)生成的規(guī)律。

4.核心問題3：借助原子結(jié)構(gòu)的演變史，體會(huì)科學(xué)家的思維方式。

[過渡]但是我想問兩個(gè)問題：

①大家體會(huì)一下教材的編排，真的是十分的用心。我們要注意教材的這種階梯式編排符合人類認(rèn)知的一般水平，讓我們對(duì)新知識(shí)時(shí)學(xué)習(xí)有了鋪墊，因?yàn)椤度耸侨绾螌W(xué)習(xí)的》中明確地說：學(xué)習(xí)是需要前概念的輔助的。所以教材的編寫如此，我們的常規(guī)教學(xué)也必須如此。

但是，你有沒有想過：科學(xué)家是這樣思考這樣的問題的？他會(huì)不會(huì)像我們這樣借助于稀有氣體的核外電子排布來總結(jié)核外電子的排布規(guī)律呢？

②我們現(xiàn)在所學(xué)的原子結(jié)構(gòu)模型一定正確嗎？

帶著這樣的問題，我們一起來回望原子結(jié)構(gòu)的研究過程，看看能給我們哪些啟示：

（4）原子，你到哪里去？

[思考與討論]閱讀教材中188頁的科學(xué)史話和補(bǔ)充材料：

①科學(xué)家們是怎樣一步一步探究原子結(jié)構(gòu)的？

②科學(xué)家們研究的問題是從哪里來的？他們?nèi)绾谓鉀Q問題？

③從他們的研究中你發(fā)現(xiàn)了哪些方法可以借鑒？

[設(shè)計(jì)意圖]

①體會(huì)模型的發(fā)展過程，感知化學(xué)由宏觀到微觀、由表面到本質(zhì)的發(fā)展過程。

②知道預(yù)測、假設(shè)、模型等方法在科學(xué)家研究中的重要作用

③知道批判性思維是科學(xué)工作的關(guān)鍵要素。

④從人類認(rèn)知的一般規(guī)律與科學(xué)家思考的方式對(duì)比，反思自己的學(xué)習(xí)方式。

5.總結(jié)提升：回顧原子結(jié)構(gòu)的知識(shí)，追問自己的人生：

今天，我們借著小小的又舉足輕重的原子，學(xué)著跳出“胡桃殼”的世界，站在上帝的視角：從時(shí)間上，跨越千古，知道了原子的前世今生——知道了我們現(xiàn)在所學(xué)的原子結(jié)構(gòu)模型——質(zhì)量數(shù)、核外電子排布的規(guī)律;展望未來，我們知道未來已來——量子力學(xué)已經(jīng)拉開帷幕。

今天，我不僅僅想要告訴你，原子，你是誰？你從哪里來？你到哪里去？

我還想問一問每天都在讀書的你、剛剛進(jìn)入高一的你，

有沒有想一想：我今天在學(xué)什么？學(xué)的這個(gè)知識(shí)的意義和價(jià)值在哪里？

有沒有問一問：我今天的學(xué)習(xí)是為了什么？我的明天在哪里？

有沒有問一問：我是誰？我從哪里來？我到哪里去？

我們何其幸運(yùn)，生活在一個(gè)無法確知怎樣的世界。

未知的未來，給了我們無限的空間;

未知的未來，給了我們無限的驚喜！

未來，一定屬于你們！

[設(shè)計(jì)意圖]總結(jié)提升，讓學(xué)生回顧自己走過的路，反思自己的學(xué)習(xí)方式，思考自己的未來。

6.課外拓展：《科學(xué)的旅程》、卡洛·羅偉利、《科學(xué)革命的結(jié)構(gòu)》

[設(shè)計(jì)意圖]課堂四十五分鐘的重心在現(xiàn)行原子結(jié)構(gòu)的知識(shí)講解和人類認(rèn)知規(guī)律、教材分析及原子演變，學(xué)生可能會(huì)課堂上出現(xiàn)的部分內(nèi)容感興趣，所以補(bǔ)充一些課外書，有助于他們拓展。

四、教學(xué)反思

在常規(guī)教學(xué)實(shí)踐中，大多數(shù)老師對(duì)此部分的內(nèi)容并不重視，而且意識(shí)不到這部分內(nèi)容的重要性。很少老師會(huì)意識(shí)到門捷列夫當(dāng)時(shí)掌握的知識(shí)相當(dāng)于我們學(xué)生現(xiàn)在所掌握的知識(shí)量，門捷列夫想到將混亂的知識(shí)找到順序和規(guī)律，而學(xué)生在混亂中卻沒想到進(jìn)行歸納整理。學(xué)生在接受知識(shí)時(shí)的隨遇而安狀態(tài)使他們不能像科學(xué)家一樣的思考，所以要提醒學(xué)生轉(zhuǎn)變自己的學(xué)習(xí)方式。

通常很多老師會(huì)將原子模型的推動(dòng)細(xì)節(jié)作為教學(xué)的重點(diǎn)，但是這樣的研究細(xì)節(jié)離學(xué)生太遠(yuǎn)，即便仔細(xì)分析對(duì)學(xué)生也意義不大，只能給學(xué)生增加心理負(fù)擔(dān)。在本節(jié)課中，借助教材和科學(xué)史，不在細(xì)節(jié)上糾結(jié)，而是從宏觀層面上總結(jié)出科學(xué)的發(fā)展規(guī)律，科學(xué)家的批判思維本質(zhì)，相對(duì)真理的推陳出新的規(guī)律。讓學(xué)生體會(huì)科學(xué)家的糾錯(cuò)能力，啟發(fā)學(xué)生思維方式的轉(zhuǎn)變。引導(dǎo)我們的學(xué)生跳出教材的局限，像科學(xué)家一樣思考。

當(dāng)學(xué)生明白自己的思維特點(diǎn)，意識(shí)到自己的局限性，就可以跳出自己的“胡桃殼”，構(gòu)建自己的詩和遠(yuǎn)方。

參考文獻(xiàn)

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