摘要：科学史是培养学生科学观念、科学精神的重要素材.在教学过程中渗透科学史能帮助学生体会科学发展的曲折和艰辛，更好地了解科学家顽强不息的意志和百折不挠的精神，从而培养学生科学精神的形成.

关键词：科学史;科学精神;原子结构

作者简介：张叶琴（1991-），女，浙江嘉善人，硕士，中学二级教师，研究方向：初中科学教学研究.1案例背景

“原子结构的模型”选自浙教版《科学》第四册第二章第3节第一课时，本节课属于微观世界中原子结构的学习，涉及到原子模型建立过程中的大量科学史实，具有非常大的学科育人价值.通过本节课的学习，学生可以穿越古今中外，感受科学家们的智慧，体会科学家们不断求真求实、勇于探索的精神.在建构模型的过程中感受科学是一门以客观事实为依据的学科，需要不断地修正和完善，从而初步建立辩证唯物主义世界观和科学精神.

2案例描述

本节课需要学生知道现有的几个原子结构模型，如果采用讲授的方式，课程单调，学生对于原子结构模型建立的漫长曲折过程体会不深，也无法感受科学家在科学探究中的精神.因此笔者决定在教学中渗透科学史，带学生重温原子模型建立的发展之路.在教学设计中突出原子结构模型的建立发展过程，促使学生体会科学渐进、曲折变化的发展过程，从而更好地了解科学家顽强不息的意志和百折不挠不畏艰险献身科学的精神.原子模型的建立，经历了从肯定到否定再到肯定，不断地接近事物的本质.本节课以历史发展为主线，任务驱动为辅线，以教师为主导，学生为主体方式呈现.以下为教学的部分片段：

【观察模型】学生自己制作的不同分子的模型

师：构成这些分子的原子有什么共同点？

生：表示原子的模型都是球形.

师：同学们对原子的认识与英国化学家道尔顿的实心球模型是一致的.这种模型对我们认识分子结构和化学反应过程有很大帮助.那么原子是不是构成物质的最小微粒？原子可不可以再分呢？科学家不满足于此，探索的脚步一直没有停歇，今天我们就跟着科学家的脚步一起来建立、完善原子结构模型.

【观看视频】阴极射线实验

师：对比两次实验的结果，粒子的运动轨迹有什么不同（如图1所示）？

生：加了电极以后，粒子运动方向发生了偏转.

生：粒子向正极偏转.

师：出现上述现象可以说明粒子带什么电性？

生：因为异种电荷相互排斥，推测粒子带负电.

师：原子是否显电性？

生：原子不显电性，好像跟刚刚的推测不符合了.

生：原子不显电性，电子带负电，原子中应该有带正电的部分.

师：同学们刚刚的推测还能不能用道尔顿的模型来解释？

生：不能，原子中有更小的粒子，道尔顿的原子模型不适用了.

师：如果是你，你将如何建立一个怎样的模型呢？请在学案上画一下，并给你的模型取个名字.

【画一画】建立一个新的原子结构模型

【展示】学生作品

生：我把它叫做葡萄干面包模型，表示原子是一个球体，正电荷均匀分布在整个球体内，电子像面包里的葡萄干那样镶嵌其中.

生：我的模型和刚刚的同学相似，我的叫西瓜模型.

生：我的叫枣糕模型.

……

师：同学们都很有创新意识，模型的建立就是基于我们对事物的了解.汤姆生的模型很好地解释了原子排布的一些规律，因此为科学家广泛接受，但他的模型又很快被其他科学家修正.为了更好地理解原子内部的结构，我们先来玩一个游戏——球球大作战

【做一做】用大小不同的球代表不同的微粒，我们来研究一下它们撞击时发生的作用.

【交流】当一个质量很小的物体撞击到一个质量很大的物体时会被弹回来;当磁极相同时会被吸引.

师：同学们很厉害，在宏观世界中发现微观世界的秘密，1911年，汤姆生的学生卢瑟福进行了一个类似微观粒子之间撞击的实验——α粒子轰击金属箔的实验，他这一撞撞出了原子结构模型的又一次更新，我们先来重温一下这个伟大的实验.

【视频】α粒子轰击金属箔

师：在卢瑟福的实验中，你观察α粒子有哪些运动轨迹？

生：运动轨迹有保持原来方向、小角度偏转、大角度偏转.

生：每种运动轨迹的数量不同，大概是以下三种：（1）大多数粒子穿过金属箔后仍能保持原来的运动方向;（2）少数粒子发生了偏转;（3）极少数粒子发生了较大角度的偏转.

师：同学们观察得非常细致，为什么会出现这样的运动情况？试解释.

生：大部分保持原来方向说明原子内部有很大空间，原子核体積很小.

生：少数发生偏转是因为受到排斥力，说明原子内有一个带正电的粒子.

生：极少数发生大角度偏转说明原子核的质量很大，体积很小.

……

师：同学们分析得很好，显然汤姆生的原子模型不能解释卢瑟福的实验现象，因此他提出了新的原子结构模型——原子核式模型.电子在核外空间绕核运动，像行星绕太阳的运动，因此我们也形象地称之为行星绕太阳模型.

师：科学探究依然在继续，科学家发现卢瑟福的模型中电子绕核运动是要有能量损耗的，最后导致的结果是电子撞击原子核，经计算原子的寿命不超过10-8秒，而这显然与事实不符合.这个时候我们该怎么办？

生：继续研究，建立新的模型.

师：这一难题在两年后被他的学生丹麦科学家玻尔所解决.玻尔发现电子只能在原子内的一些特定轨道上运动，“只有量子假说才能摆脱困境”，于是又一次修正了原子的结构模型，提出了分层轨道模型.

师：同学们觉得原子结构的研究到达终点了吗？

生：应该还可以不断地修正.

生：随着科技的进步，我们对事物的了解肯定会更加精密，原有的模型可能会被打破.

生：我不敢想象新的模型会是什么样子，但我总觉得会更新.

……

师：正如同学们所说，这一理论又很快被玻尔的一名学生海森堡进行了修正，因为他通过实验发现，电子的轨道并不是固定的，而是在一定区域内按照一定概率出现，电子的轨迹图很像星云图，于是有了现代原子结构的模型——电子云模型.

【聊一聊】从汤姆生四代师生对原子结构模型的建立及修正，对你有什么启示？

生：建立模型是一个不断完善、不断修正的过程.

生：我们在这个过程中越来越接近事物的本质.

生：科学研究很辛苦，很曲折，还不一定能得到正确的结果，但是整个发展很重要.

生：青出于蓝而胜于蓝.

……

3案例反思

科学教育目标从“两基”到“三维”，再到核心素养的提出，经历了两次质的转变.核心素养的提出，为我们科学教育工作者“培养什么样的人，怎么样培养人”指明了方向.我们要极大程度地发挥出学科育人的功能.科学一直在继承中发展，本节课随着原子模型建立的历程，学生有了建模体验，可以避免学生在学完本内容后出现前人的观点都是错的，毫无价值的错误认知.肯定每一代原子结构模型对下一代的发展起着功不可没的作用，承认前人的模型存在缺陷，是基于发展的需要.学生在聊感想时说到每个时代的科技水平不一样，所以能够达到的探究水平也不一样.我们承认他们的贡献，正视原有的缺陷，不断地探究，不断地修正，正是对科学本质追求的精神.学生能有这样的认知，笔者认为本节课的学科育人目标基本达成.

参考文献：

[1]陶聪燕.渗透物理学史 突出探究过程——谈《光的折射定律》教学设计[J].中学物理，2016，34（23）：41-42.

[2]陈广俊. 基于苏科版教材的初中物理教学中渗透物理学史教育的研究[D].南京师范大学，2017.

[3]苏丽琴.高中物理教学中渗透物理学史教育的探讨[J].中学物理，2016，34（23）：32-34.

（收稿日期：2019-05-05）