核心素养下显化化学史教育功能的课堂教学实践——以“探秘原子结构”为例
摘要
关键词
核心素养；外显化；评价体系
正文
1 主题内容现状分析
《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订》要求：了解有关核外电子运动模型的历史发展过程，认识核外电子运动特点；引导学生反思已有模型局限，建立新原子结构模型。借助科学史故事和素材多角度展示人类对微观结构的认识过程，促进学生对于科学本质的认识和理解[1]。
查教材“原子模型演变”初中化学涉及少，人教版高中化学《选择性必修2》（2020版）无介绍，人教版高中物理《选择性必修3》（2020版）第四章3-5节有呈现。访谈发现学生对核外电子排布知识有零散记忆，对演变的复杂过程不了解。 查文献发现基于原子发现及结构探索过程多，而显化化学史育人功能的教学实践少。
2 教学创新点
2.1 整合内容，开展跨学科学习
跳出知识层面，触及学科本质，开展跨学科学习，把目标定在强化形成科学的研究方法和过程的体验维度，在课堂活动设计中拆解目标，逐步提升思考力、想象力、表达力、创新力、合作力等综合学习力。
2.2 优化呈现，注重过程体验
从始至终营造向团队致敬氛围。以大事年表方式，呈现关联时代背景，为自主探秘作足铺垫，形成跨越年代长，关联性强的故事，沿着历史发展脚步开展沉浸式学习。
3 教学目标
（1）通过学习原子结构发展史，能描述演变过程并简要画出相应模型图，表征原子的微粒组成；
（2）通过电子发现过程和探究原子核理清科学研究过程，感受科研艰辛和意外现象的价值，强化科学探究程序和能力。通过氢原子光谱和量子力学介绍，发展科学论证和思辩能力，感受科学方法和科技发展在科研中的支撑作用。
（3）学会反思已有模型局限，在优化模型中提高继承发展意识，领悟理论和实验在探寻科学本质中的作用。
4 教学流程
见表1。
5 教学实录
5.1 任务1:了解道尔顿发现并提出原子论的过程
【师】你见过原子吗？确切的说：见过堆放的原子，而没见过单个原子。想不想亲眼目睹原子的真面目？
【放视频】《A BOY AND HIS ATOM》[2]
【师】电影讲述小男孩和原子间的欢乐故事。虽长度有限但制作难度可观，为制作这部只有242帧的电影，IBM用扫描隧道显微镜在-268℃将原子放大1
表1 教学流程
情境线 | 活动线 | 知识线 | 素养线 | |
任务一 了解道尔顿发现并提出原子论的过程 | 观察3种氮氧化物中N、O元素质量数据规律 | 介绍道尔顿数据处理方式，从结果发现倍比定律概括出原子论 | 实心球原子模型
| 对比两个原子论区别，认识科学实证的重要性，发展宏观辨识和微观探析能力 |
任务二 体验汤姆生发现电子的过程 | 观看阴极射线的产生及在磁场作用下的偏转的实验视频 | 判断阴极射线的电性，体验电子荷质比定量测定艰辛过程 | 枣糕模型
| 尝试证据推理与模型认知。理清科学研究过程，感受科研艰辛和意外现象价值。 |
亿倍，通过操控1纳米的针头来移动原子，制成画面再定格动画。所以要感谢IBM人员用独特方式分享原子级世界，展示了科技魅力。看来可用五官感知宏观世界、用仪器研究微观世界，还可用思维触摸世界。下面一起穿越时光隧道，沿科学家走过的路去探秘原子结构。
【PPT】公元前450年哲学家德谟克里特最先提出原子论
→
→ 1756年拉瓦锡发现氧气，1777年提出质量守恒定律
→ 1803年道尔顿证明原子存在，提出原子论
【师】道尔顿是如何发现原子存在的呢？
【PPT】表2 三种氮氧简单化合物中元素的质量对应关系（换算前）
化合物 | 总质量（g) | 氮的质量（g) | 氧的质量（g) |
氧化物A | 100.0 | 30.5 | 69.5 |
氧化物B | 100.0 | 46.7 | 53.3 |
氧化物C | 100.0 | 63.7 | 36.3 |
表3三种氮氧简单化合物中元素的质量对应关系（换算后）
化合物 | 总质量（g) | 氮的质量（g） | 氧的质量（g） |
氧化物A | 3.28 | 1.00 | 2.28 |
氧化物B | 2.14 | 1.00 | 1.14 |
氧化物C | 1.57 | 1.00 | 0.57 |
【生】三种物质中与相同量的氮相结合氧质量比约为4：2：1。从组成上看构成元素相同，微粒个数不同
【师】道尔顿当时还用了多组类似化合物的数据进行倍比换算后均符合规律，由此提出倍比定律，并把这种最小微粒称为原子，概括出原子论。
【PPT】→ 要点：一切元素都是由不能再分割的微粒组成的，称为原子。
→
图1 “实心球”原子结构模型
【师】道尔顿的原子学说有力推动了科学向前发展哲学家德漠克里特与道尔顿的原子论有什么差别？
【生】前者是哲学思辨，后者是科学实证。
5.2 任务2 : 体验汤姆生发现电子的过程
【PPT】→1858年发现阴极射线 →1869年门捷列夫发现元素周期律制作了元素周期表。
→1889年汤姆生发现电子，1904年提出枣糕模型，至此原子可再分。
【师】“阴极”是什么装置中的名词？1800年时已开始用电池电解水了，很多科学家都在研究阴极射线
【放视频】阴极射线在外加磁场中的变化[3]，
【师】根据阴极射线在电场中偏转的情况，推测带什么电性？
【生1】电流方向是从阳极到阴极，阴极射线是从阴极到阳极，推测：带负电
【师】汤姆生测出“微粒”荷质比是H+（当时最大）的约2000倍，并换用其他材料实验结果基本相同。若数值没有问题，那荷质比如此大说明什么？
【生】这种带电微粒是各种物质共有的成分，要么电荷量特别大，要么质量特别小
【PPT】汤姆生做了大量实验，终于确定了微粒的电荷量，与H+的电荷量大致相同；
→ 尽管测得不很准确，但足以证明该粒子质量非常小，被称为电子。
→这是人类首次用实验证实一种基本粒子
【师】在继承“原子是实心球”基础上，证实了原子可再分，发展了原子结构模型。
【PPT】原子是一个球，正电荷均匀分布，电子像枣一样镶嵌在原子里
图2 “枣糕模型”原子结构模型
【师】根据实验过程的介绍，你该如何看待科研究呢？
【生】科研非常艰辛，需要知识方法和科技做支撑，要大量实验推理以及充分想象抽象；
6 教学反思
6.1 教学评一体化，激发内驱，强化体验
在观察思考、分析推理、表达交流、展示评价、总结中及时诊断思维状况，外显思维过程，经历矛盾、困惑、惊诧、迷茫、顿悟。
6.2 动态生成板书，小结意味深长
课堂通过动态生成的“人”的板书作为结尾。既总结知识，又提炼方法，既建立观念，又升华思想。巧妙呼应课堂导入，又给学生留下意味深长的期待和嘱托：科学发展的力量需要理论和实践的同时迈进。
参考文献：
[1]《普通高中化学课程标准(2017年版2020年修订)》.[M]北京:人民教育出版社,2020:36-37.
[2]孙新曹宝龙.普通高中教科书物理.选择性必修第三册(2020版).[M]人民教育出版社.81.
[3]胡慧.卢瑟福传.[M]吉林出版集团时代文艺出版社.2012.4:54.125.
...