立足“胡桃壳”构建化学课的诗和远方

陆春梅

摘 要：原子结构的演变史，从点分析：一个模型到另一个模型的转变可以看到科学家的善于发现问题。从面分析：原子结构演变的过程是人类认知的局限性，在不断发展科学技术和思想的支持下，科学在不断地进步。启发学生错误并不可怕，直面自己的问题，不断修改并创新才能让自己实现梦想。

关键词：怀特海教育三阶段;原子结构演变史;点线面三结合;思维模型的建构

一、问题的源起

回望人类科学、化学发展史，从史前“北京猿人”开始用火到现在群星围绕量子力学的研究，人的成长可以在人类发展史中找到参照。怀特海在《教育的目的》中提出教育可以分为三个阶段：浪漫期、精确期、综合期。对应人类科学、化学发展史，门捷列夫元素周期表的发现可以说是化学研究的里程碑。它使自法拉第电解法的发明而纷纷涌现的各种元素的不同性质从无序变得有序，使化学由浪漫期进入精确期。纷乱的现象有序化促使科学家们更加深入的思考其背后的本质——化学变化中最小的微粒——原子的结构，也促使物理对原子结构的更为深入和积极。

原子结构的演變史又是一个非常经典的科学研究模型，从中我们可以看出科学演变的本质。原子结构模型的发展可以看作三阶段。对比人类科学、化学发展史和原子结构演变史，体会学习的关键应该是要像科学家一样的思考。教材的编写更重要的是普及知识，但是要成为能推动世界革新的人是需要有创造性的思维能力，引导学生跳出教材的局限，像科学家一样思考。借着门捷列夫的元素周期表和原子结构，对学生进行职业生涯规划教育非常适时适地，可以让我们的化学课堂也充满“诗和远方”。

二、教学设计

（一）课标和教材分析

1.以化学史为线，以门捷列夫为点，体会知识的生成方式

提供绘制的科学史发展时间图，回忆已学化学知识。体会人的认知发展顺序和教材构建体系对知识逻辑性的重视。以门捷列夫对纷乱的元素的排序，体会门捷列夫善于发现问题的思维方式。体会原子结构和元素周期表出现在此时此地的重要性，教会学生认知事物的角度和方法。

2.讲授原子结构的内容时，利用初中知识进行铺垫，再次体会教材编写的方式。

在教材的基础上深入挖掘相关知识，使隐性知识显性化。通过对稀有气体核外电子层排布的分析，学会图表的数据分析能力，归纳出原子排布的规律，满足学生对原子结构深入探索的欲望，帮助学生建立宏观辨识与微观探析之间的关系，为学生解决元素性质与原子结构、元素周期表中的位置之间的关系打下坚实的基础。

3.对“科学史话”从点到面的分析，归纳科学研究的特点，体会与自己学习方式的不同。

在教学时，对教材中的“科学史话”栏目适当补充五个阶段之间的衔接与过渡。将学生置身于历史情境中使他们体验原子结构模型的建立，修正，完善的过程，体会到理论的暂时性。了解原子模型的演变历程，学生可以认识到从宏观到微观结合的视角，分析和解决问题的重要性。了解科学研究过程中常需要依据物质及其变化的信息建构模型，提高模型认知能力。

（二）学情分析

高一学生，借助已知的知识和提供的科学史图相映照，发现自己学习发展的路径。跳出点对点的学习，从面上帮助学生认识到教材的目的和认知自己的学习特点。对门捷列夫进行分析发现自己思维的局限性。

（三）教学目标

1.回顾科学发展史、化学教材编排顺序，了解人类认知发展的规律及教材编写之逻辑性;分析门捷列夫的发现，体会科学家思维方式的不同，反思自己的学习方式。

2.了解原子结构、门捷列夫的元素周期表在人类科学史中的地位和重要性，思考自己所处的学习的关键节点。

3.计算和分析相关数据，知道质量数的概念及构成的微粒间的关系;找出原子核外电子的排布规律，能画出1～20号元素的原子结构示意图;感受数据的直观性和说服力;体会化学研究由宏观到微观、由表面到本质的发展过程。感受知识生成的规律。

4.分析原子结构模型的发展史，了解原子结构的发展和完善过程。渗透模型在科学研究中的重要作用;感悟科学不断自我纠错的特性，体会批判性思维是科学工作的关键要素。思考自己的学习方式的局限性。

（四）教学过程

1.课堂导入：欣赏诗歌，体会诗人对原子的深情，引发学生的兴趣。

[引入]我们都来自同样的种子，拥有同一个父亲，如母亲般哺育我们的大地，接收清澈的雨滴，产出明亮的麦穗，繁茂的绿树，还有人类，和各种野兽，供给食物，滋养生灵，过着幸福的生活，繁衍子嗣……

——卢克莱修（约前99年～约前55年）《物性论》

[设计意图]通过时间和名人对原子的热衷激发学生对原子的好奇。

2.核心内容1：以科学史为线，所学过的知识为点，印证认知发展规律。

（1）原子，你从哪里来？

[思考与讨论]小组合作

①沿着化学发展史，找一找你所熟悉的科学家或理论，和同学聊一聊你是在什么样的场合与他们相遇的？

②回忆你所学过的化学知识，按照教材编写的顺序找一找他们在发展史中的位置。你发现了什么规律吗？如果让你来编写化学教科书，你会如何编排？

③什么是原子？在科学发展史中，原子的身影在哪里？出现的频率如何？为什么呢？

[设计意图]

①了解教材的编写的顺序，感知教材之用心;

②了解门捷列夫的元素周期表里程碑式的意义;

③了解原子结构的地位和意义。

④通过人类科学史、教材编写顺序的相互印证体会认知发展，同时体会到元素周期表的重要性，门捷列夫的与众不同，体会科学家的眼光的独到之处。

3.核心问题2：借助现在的原子结构的学习，体会知识生成的方法。

[过渡]回望历史——原子，从远古蹒跚走来，现在的它又正是科学家的眼中的少男少女——就如我眼中的你们，孕育着希望。

让我们来看一看——现在——科学家眼中的原子的模样：

（2）原子，你是谁？

原子的质量

[思考与讨论]（小组合作）

①参照初中所学的相对原子质量的计算方法，利用初中教材提供的数据，计算粒子的相对质量（保留5位有效数字）。

②分析计算得到的数据，感受原子核与核外电子质量之间的差距。

③近似处理计算得到的数据，体会粒子的相对质量与粒子个数之间的关系。

（3）原子核外电子的分层排布

[思考与讨论]

从稀有气体元素原子的电子层排布表中，你能发现什么规律？请思考并讨论下列问题。

①当K成为最外层时，最多能容纳的电子数是多少？除了K层，其它各层为最外层时，最多能容纳的电子数是多少？

②次外层最多容纳的电子数是多少？（学生对次外层的意思不是很清楚，需要解释）

③你能归纳出第n层最多能容纳的电子数吗？

④请你根据所归纳的规律，用原子结构示意图表示核电荷数为1-20号元素原子的核外电子排布。

[设计意图]

①充分使用教材之材料，提高计算和分析数据的能力，体会数据带来的直观性和说服力，感受宏观质量和微观粒子个数之间的微妙的、神奇的关系;

②提高归纳整理数据的能力，掌握原子核外电子排布的规律。

③在前概念的助力下，新知识顺利生成，让学生体会到知识生成的规律。

4.核心问题3：借助原子结构的演变史，体会科学家的思维方式。

[过渡]但是我想问两个问题：

①大家体会一下教材的编排，真的是十分的用心。我们要注意教材的这种阶梯式编排符合人类认知的一般水平，让我们对新知识时学习有了铺垫，因为《人是如何学习的》中明确地说：学习是需要前概念的辅助的。所以教材的编写如此，我们的常规教学也必须如此。

但是，你有没有想过：科学家是这样思考这样的问题的？他会不会像我们这样借助于稀有气体的核外电子排布来总结核外电子的排布规律呢？

②我们现在所学的原子结构模型一定正确吗？

带着这样的问题，我们一起来回望原子结构的研究过程，看看能给我们哪些启示：

（4）原子，你到哪里去？

[思考与讨论]阅读教材中188页的科学史话和补充材料：

①科学家们是怎样一步一步探究原子结构的？

②科学家们研究的问题是从哪里来的？他们如何解决问题？

③从他们的研究中你发现了哪些方法可以借鉴？

[设计意图]

①体会模型的发展过程，感知化学由宏观到微观、由表面到本质的发展过程。

②知道预测、假设、模型等方法在科学家研究中的重要作用

③知道批判性思维是科学工作的关键要素。

④从人类认知的一般规律与科学家思考的方式对比，反思自己的学习方式。

5.总结提升：回顾原子结构的知识，追问自己的人生：

今天，我们借着小小的又举足轻重的原子，学着跳出“胡桃壳”的世界，站在上帝的视角：从时间上，跨越千古，知道了原子的前世今生——知道了我们现在所学的原子结构模型——质量数、核外电子排布的规律;展望未来，我们知道未来已来——量子力学已经拉开帷幕。

今天，我不僅仅想要告诉你，原子，你是谁？你从哪里来？你到哪里去？

我还想问一问每天都在读书的你、刚刚进入高一的你，

有没有想一想：我今天在学什么？学的这个知识的意义和价值在哪里？

有没有问一问：我今天的学习是为了什么？我的明天在哪里？

有没有问一问：我是谁？我从哪里来？我到哪里去？

我们何其幸运，生活在一个无法确知怎样的世界。

未知的未来，给了我们无限的空间;

未知的未来，给了我们无限的惊喜！

未来，一定属于你们！

[设计意图]总结提升，让学生回顾自己走过的路，反思自己的学习方式，思考自己的未来。

6.课外拓展：《科学的旅程》、卡洛·罗伟利、《科学革命的结构》

[设计意图]课堂四十五分钟的重心在现行原子结构的知识讲解和人类认知规律、教材分析及原子演变，学生可能会课堂上出现的部分内容感兴趣，所以补充一些课外书，有助于他们拓展。

四、教学反思

在常规教学实践中，大多数老师对此部分的内容并不重视，而且意识不到这部分内容的重要性。很少老师会意识到门捷列夫当时掌握的知识相当于我们学生现在所掌握的知识量，门捷列夫想到将混乱的知识找到顺序和规律，而学生在混乱中却没想到进行归纳整理。学生在接受知识时的随遇而安状态使他们不能像科学家一样的思考，所以要提醒学生转变自己的学习方式。

通常很多老师会将原子模型的推动细节作为教学的重点，但是这样的研究细节离学生太远，即便仔细分析对学生也意义不大，只能给学生增加心理负担。在本节课中，借助教材和科学史，不在细节上纠结，而是从宏观层面上总结出科学的发展规律，科学家的批判思维本质，相对真理的推陈出新的规律。让学生体会科学家的纠错能力，启发学生思维方式的转变。引导我们的学生跳出教材的局限，像科学家一样思考。

当学生明白自己的思维特点，意识到自己的局限性，就可以跳出自己的“胡桃壳”，构建自己的诗和远方。

参考文献

[1]万杏根.人类对原子结构认识的发展过程[J].化学教育，1986，7（1）：58-62.

[2]杨封友.基于科学要素的化学史教学设计——以"原子结构的模型"教学为例[J].化学教与学，2019（12）.

[3]陈必贤.关于"门捷列夫周期律和元素周期表"一章教材的复习提纲[J].化学通报，1957（11）：52-54.