第三单元　人类对原子结构的认识课时教学实录

《人类对原子结构的认识（课时1）》教学设计及意图

江苏省南通田家炳中学

张弛

一、教材与学情

本节课位于江苏教育出版社《化学1》教材专题1“化学家眼中的物质世界”的第三单元，单元题为《人类对原子结构的认识》，本节课为该单元第1课时，主要授课内容为“原子结构的演变”。

从与前两个单元的关系来看，教材的意图是让学生形成从宏观到微观、从现象到本质的思维方式，形成必要的结构观、微粒观，并且感悟化学的发展历程和研究方法，这其中就包括了假说、模型和实验等。

本单元内容是对初中所接触“化学”定义的进一步诠释和呼应，也是将化学逐步引向深入、展示其学科综合性的一种体现。本质上，本单元属于“科学史”教育，虽然学生在初中零星接触过一些化学史，但都不如本堂课这样的系统和深入，除了涉及历史、人物评价等问题，还将涉及到物理学、数学等学科的知识，其综合性和难度还是比较明显的。

此次授课对象为江苏省盐城中学的高一年级学生，该校为当地的名校，生源质量较高，而且据了解，笔者此次上课的课题正好符合该校的正常进度。然而，毕竟此次为借班上课，笔者对于学生的真实学习状况并不十分了解，还是需要在具体教学过程中加强对学生关注、及时作出调整的。

二、基本思路

在课堂的教学生态系统中，每一个生命都是具有情感和生命能量的个体，他们都是课堂的主体，都应当处于课的中央，学生生命成长的状态和被关注程度直接影响到这个课堂的教学生态。为了构建这种良好的课堂生态，笔者采取了这样的思路：

（1）教学观念方面，人是被考虑的关键要素。也就是说，整堂课都是基于对人的情感、人的交往、人的信息获得方式等要素的考虑而进行设计。在表达上，要考虑言语的可接受性，基于人的情感需求。

（2）活动形式方面，学生为主体，突出探究性和交往性。拟用视频展示、模拟实验、小组合作学习等方式，来引导学生充分投入学习和思考，帮助他们体验科学研究的历程，同时也鼓励他们提出问题、相互辩驳、主动证明自己的观点，让他们在课堂中，与知识、与科学家、与同学、与老师之间充分交往，真正成为处于课中央的主体。

（3）教育诉求和教学素材选择方面，体现人文性。虽然是理科教学，但不忽视对人文素养和精神的关注与培养。在素材的选择上要有人文内涵，具有启示性和感染力，能够触动人的内心，在对素材的诠释上，要能对人的精神品质形成良性促进作用。

三、教学目标

1.知道化学科学的主要研究对象和主要手段，了解化学学科的发展趋势，进一步加深对化学学科本质的认识。

2.通过对从古希腊哲学家德谟克利特的原子学说到道尔顿的原子结构模型再到最后的量子力学原子结构模型的了解和学习，体会科学家探索原子结构的思维方式、研究方法、艰辛历程，并且在学习过程中学会辩证、一分为二地看待问题。

3.了解原子核外电子分层排布的基本情况和规律。

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四、主要教学流程

1.课前准备

预备铃阶段：调整状态，做好上课前准备，自由观看音乐视频，背景音乐为执教者原创音乐作品《时空·心之大》，辅以宇宙时空遐想为主题的歌词字幕。

幻灯片定格：至大无外，谓之大一；至小无内，谓之小一——战国·宋·庄周《庄子·天下》。

设计意图：课前的准备是必不可少的，一方面是学习用具、材料方面的准备，一方面是身心世界的准备。此时播放视频供学生自由观看，既留给他们准备学习用具、材料的时间，又因此处的视频和音乐作品风格的“神秘感”，可帮助学生“渐入佳境”。当然，这里也是师生之间一次无言的、心灵的对话交往。

2.引入

活动：学生分享感受。

教师：“至大无外，至小无内”，看似矛盾却又富有辩证的哲理。

转折：由于受客观条件的限制，人类对自然、对科学的探索和认识，有时却只能是从原始宗教、从哲学开始的。

复习：什么是化学？（强调原子、分子层面）

设计意图：从宏观快速过渡到微观的视频，容易引起强烈的视觉和感觉冲击，而分析“至大无外，至小无内”这句话，则是为学生提供了一次与古圣哲人的对话交往机会。这句话本身也既是对视频的一种诠释，又是对人类探究精神的一种揭示。至于对化学的定义的分析，则是为本课微观层面的探究打下伏笔。

3.预探究

教师：原子、分子都是微观的、看不到的粒子，对它们的发现和认识又是谈何容易呢？

探究活动：比较一空、一实两个塑料小球，后者填满了沙子。根据公式ρ=M/V（板书），二者的区别在于密度不同。

教师：这个“实心球”真的是实的吗？

学生：装满沙子的塑料球中还是有空隙，可以注入水。

教师：加满了水之后密度如何变？就真的是实了吗？

学生：分子间存在空隙。

探究：液体分子间有空隙，那么固体呢？（学生猜想，并提出证明方法）

讨论：金刚石与石墨的密度为何有很大差异？

学生：固体组成粒子在空间排布上存在差异，造成占据空间利用率不同。

教师：换言之，固体的组成粒子间也存在空隙。刚才我们讨论的是粒子的外部，那么问题来了，原子的内部是怎样的呢？

投影：儒家《中庸》：语小，天下莫能破焉；墨家：端，体之无序（厚）最前者也。

介绍：英文单词：Atom，意思是不可分割，被译成“原子”。古希腊哲学家德谟克利特把物质的最小单元称为原子，他认为就像用一块块砖头砌墙一样（展示图和实物模型）。

讨论：德谟克利特的话显然是存在错误的，但是否就没有积极意义呢？

投影：作为原子唯物论学说的创始人，德谟克利特的原子论哲学成为古希腊自然哲学发展史上的一座高峰。

设计意图：用空塑料小球、装满沙子的小球、水晶球之间的对比，来分析什么是“实”。可以逐渐从宏观过渡到微观，自然引出了“原子”的本意和古希腊哲学家德谟克利特。这个探究的过程是师生以对话、辨析的形式来完成的，难度加大有梯度。

4.主体探究

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过渡：德谟克利特提出了原子，那么，原子到底是什么样子的呢？为此，近代直到现代，许许多多科学家都在努力探寻，先后提出了多种原子结构模型。

板书：一、原子结构模型的演变

布置研究性学习任务：分为四个课题组，分别研究道尔顿、汤姆生、卢瑟福以及波尔的四种原子结构模型中的一种，并且从代表人物及简介、理论主要的依据或主要观点、代表性的原子结构模型、对科学的主要贡献、存在的不足这几个方面来加以探究，要求画出相关的模型图或者制作相应的立体模型。

学生活动：分组、各组完成自己的课题任务，然后依次上台讲解：

课题一：道尔顿原子结构模型

【人物简介】（略）

【主要依据或观点】（略）

【原子结构模型】（学生边展示模型边解释）

【主要贡献】（略）

【不足】（略）

教师问：其他各组是否有补充或者疑问的？

课题二：汤姆生原子结构模型

【人物简介】（略）

【主要依据或观点】（略）

播放视频：阴极射线实验（与学生探讨实验大致原理）

【原子结构模型】（学生边展示模型边解释）

【主要贡献】（略）

【不足】（略）

播放视频：中子星的密度介绍。（说明原子可以在很大程度上压缩，对照密度公式，密度可以再变大）

过渡：哪位科学家揭开了原子中有很大空间的事实真相呢？

课题三：卢瑟福原子结构模型

【人物简介】1871-1937，出生于新西兰，是汤姆生的学生。1907年，诺贝尔评审委员会授予他诺贝尔化学奖。

穿插讨论：今年的诺贝尔化学奖奖给了三位从事物理和生物的科学家，因而被戏称作“最不务正业的奖”或者“诺贝尔理综奖”，同学们怎么看？

共同得出结论：作为一项基础学科，化学在与不同基础门类相结合，衍生了不少交叉学科。

【主要依据或观点】（略）

播放视频：α粒子轰击金箔实验视频。（与学生共同探讨原理）

【原子结构模型】（学生边展示模型边解释）

教师演示：用激光照射透明空球、不透明小球（模拟原子核）来模拟α粒子散射实验。（分析其相似与不相似性，再寻找最佳解释方案）

【主要贡献】（略）

【不足】（略）

模拟实验：在一个培养皿的中心放置一块磁铁，让一颗磁性小珠沿培养皿内壁运动，看到它最终被磁铁吸引。

课题四：波尔原子结构模型

【人物简介】（略）

【主要依据或观点】（略）

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教师投影并辅助解释：氢原子光谱的不连续性。

【原子结构模型】（略）

【主要贡献】（略）

【不足】（略）

师生共同活动：相互评价活动中的表现，总结原子结构模型发展的演变过程，谈心得。

设计意图：采用分组承担课题的方式来研究四种主要的研究结构模型，把课堂的学习主体、表达主体都让给学生。教师作为必要的指引者或助手，在理论讲解、视频播放等方面加以辅助，并且帮助进行环节过渡。交往的过程体现在组内、组间、师生之间。

5.拓展

过渡：随着波粒二象性的发现和量子力学的发展，对原子的结构，人们逐步提出了电子云模型。

投影视频：介绍电子云。

教师：科学家很早提出“基本粒子”的概念，但发现“基本粒子”还存在着内部结构，哪个才是那个古人所说的“至小无内”呢？

设计意图：电子云的介绍才使得“真相”更趋近现实，体现科学性。而“至小无内”则是对之前学习活动的一种呼应。

6.应用、实践

过渡：理论的提出是为了实践和应用，前人的研究在今天有怎样的意义？

教师：对于多电子原子，是可以近似认为电子在核外是分层排布的。

活动：分析核外电子排布的基本规律，探讨原子结构示意图的含义，与分层排布理论之间进行对比。

讨论：在化学反应中，原子核和电子是否发生变化、如何变化？

设计意图：以应用的方式呈现这部分内容，帮助学生认同所学习内容的价值，它同时还是对化学“定义”的一个回应。

7.总结与期望

活动：谈收获和感受。

投影：1亿光年宇宙景像图和电子云结构图（学生猜测是什么）。

再投影：至大无外，至小无内……

教师寄语：科学探究其乐无穷，你会发现原子很小，宇宙也很小。而作为探究者，我们的境界是无止境的，人最大，心最大！

设计意图：此环节具有开放性，学生可以畅所欲言、可以畅想。“至大无外，至小无内”是对之前讨论内容的再次呼应。而教师的鼓励、期望则能够转化为学生后续学习的动力。

五、总结与反思

1.教学逻辑方面——明暗逻辑线并行

本节课，在设计和实际操作中注意了明暗四条线的并行与互补。

首先是基于教学内容的历史进程线，这是明线。从中国古代的哲学思想到古希腊哲学家德谟克利特的原子学说，此作为教学之“起”，而后从道尔顿直到波尔的原子结构模型，此是教学之“重”，最后量子力学原子结构模型的介绍，此是教学之“延”。

其次是思维发展层面的逻辑线。对原子结构认识的发展，其实就是一个思维不断深入、严谨的过程，肯定前人的贡献，分析前人的不足，它是一个否定之否定到再否定的上升过程，这是一条隐藏于明线之下的暗线。

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第三是科学问题层面的逻辑线。教师从探究的引入阶段到之后的层层深入，反复抓住科学中的“密度”问题加以探讨，它仿佛一个发动机驱动着活动进程的不断发展。

第四是哲学和视角层面的逻辑线。从课的最初到结束，反复对“至大无外”“至小无内”两句话进行辨析，前后呼应，在哲学思维层面对教学环节进行了串联，也带领学生将探究的视角从宏观走向微观，从微观又走向宏观乃至融合。

2.教学主旨方面——人在课中央

这堂课是一节科学史教育为主题的课，在日常教学中，不属于“重点内容”，是很容易被忽略、滑过的对象。所以，有关这节课的可参考教学设计或实录也不是很多，且大多雷同，很难有新意。然而，不可否认的是，作为对完整的人的培养、落实“核心素养”的教育，少了对情感、人文精神的关注和培养，少了对人的创新精神和意志力的培养，是万万不行的，是仅仅依靠知识、技能层面的教育而不能达成的，这堂课的价值正在于此。这堂课要实施的是“培养人”的教育，是要提醒教育工作者“眼中有人”，让“人”真正的成为课堂被关注的对象，使他（她）走到课中央！当然，这里的“人”既是学生，也是教师，这堂课更有历史上一个个哲人、科学家，我们共同关注他们、欣赏他们、学习他们，与他们穿越时空的交流，在思想和精神上进行互动。

这堂课在人的培养方面，重点是要培养的两种精神，一是人文精神，二是创新精神。

（1）人文精神

化学是一门基础科学，但是化学的发展离不开人文精神。本堂课引导学生体会科学家探索原子结构的艰辛历程，有利于培养他们直面挑战、克服困难的勇气；而对前人所作贡献的分析，让学生体会到今天的科学发展是“站在前人的肩膀上”，有利于培养他们的感恩心，让他们学会对他人尊重；至于对前人研究的“不足”的分析，则可以帮助他们学会辩证、一分为二地看待问题。当然，这堂课的辩证思想和精神也通过对空与实、大与小、宏观与微观等方面的辩证统一性分析加以了呈现和培养。

此外，合作精神（可归属于人文精神）的培养在这堂课也得到了体现。小组活动时，强调的是组内分工、合作，在各组完成研究任务后，还允许小组间走动，相互讨论，形成组间合作。最后在面向全班的汇报环节中，允许其他小组加以补充或者辩驳，补充当然是一种合作，而辩驳也是为了促进学习，也是合作的过程中必不可少的，当然，这个环节，教师的辅助、引导、设疑，也是一种师生合作的方式。

其实，分组的目的在根本上的确不是竞争，应该说，每一组最终都是成功者，没有失败者，教师会注意引导大家彼此认可对方。虽然每一组所代表的科学家因时代的局限性，都有不足之处，但是，设身处地思考，如果你是处于那个时代，你能提出那样的观点，你就是当时最伟大的科学家，你就是“权威”！当然，辩证地说，权威并不代表正确，人类的认识是需要不断发展的，是不断趋近真相的，这也是需要学生领悟的地方。

（2）创新精神

当前教育特别重视对人的创新精神的培养，将它提升到国家竞争力的层面。其实，科学史本身就是一部创新史，科学史的教育就是为了培养学生的创新意识、思维和品质。

所以，笔者提示学生从人物介绍、理论依据或观点、原子结构模型、主要贡献、不足这几个方面来对科学家及其研究加以分析，就是为了帮助学生全面了解这些具有伟大创新精神和能力的科学家们是如何取得如此成就的。在教学过程中，笔者还特别强调了几位物理学家、生物学家的身份，提及到他们所获得的诺贝尔奖，尤其还对今年的诺贝尔化学奖进行了评论，讨论诺贝尔化学奖是不是真的“不务正业”，这些都是为了帮助学生体会到，科学研究是没有界限的，创新不能有思维的界限，跨界、超越才是创新的基本要素。至于人类对于“基本粒子”的探寻之路，这其实就是一条创新之路，学生还可以沿着前人的足迹走下去，教师在课堂结束时的寄语则是对他们创新精神的一次强力号召。

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