周小梅

基本粒子和宇宙是目前探索物質(zhì)世界的兩大前沿領(lǐng)域之一，其中的很多深奧知識不是初中學(xué)生所能掌握的，但是組成物質(zhì)的原子、分子、我們?nèi)祟惿畹牡厍蛟谟钪嬷兴幬恢玫瘸ＷR，是一個中學(xué)生應(yīng)該具備的基本科學(xué)素養(yǎng)。

本文從元素、原子、原子模型等的概念介紹入手，通過分析學(xué)生原有知識水平，輔助設(shè)置學(xué)習(xí)支架的方式，幫助學(xué)生理解并掌握這些基本常識。

一、關(guān)于概念

原子是組成元素的最小單元，由原子核和圍繞原子核運動的電子組成。最早關(guān)于原子的概念闡述可以追溯到公元前6世紀(jì)的古印度。大約在公元前450年，古希臘哲學(xué)家德謨克利特就已經(jīng)提出原子的概念?！霸印边@一術(shù)語在希臘文中是“不可分割”的意思。他認(rèn)為一切物質(zhì)都是由不可分割的小微?！訕?gòu)成，但缺乏科學(xué)實驗的驗證。在公元前4世紀(jì)左右，中國哲學(xué)家墨翟在《墨經(jīng)》中也獨立提出了物質(zhì)有限可分的概念，并將最小的可分單位稱之為“端”。盡管當(dāng)時印度、中國和希臘的原子觀都是基于哲學(xué)上的理解，但現(xiàn)代科學(xué)界仍然沿用了德謨克利特所創(chuàng)造的名稱。

元素：元素又稱化學(xué)元素，指自然界中一百多種基本的金屬和非金屬物質(zhì)，它們只由幾種有共同特點的原子組成。到現(xiàn)在為止，總共有一百多種元素被發(fā)現(xiàn)，其中94種是存在于地球上的。

原子模型：原子模型是由原子核（質(zhì)子和中子）和電子構(gòu)成的，電子繞核做不規(guī)則運動，形成電子云。古希臘時期就已有人提出關(guān)于原子的想法。他們認(rèn)為，元素是由原子所組成；不同元素的原子有不同的物理性質(zhì)。但到19世紀(jì)之前，原子的理論都沒有實驗證據(jù)。約翰·道爾頓是第一個提出建立在實驗基礎(chǔ)上的原子理論的人。道爾頓對原子理論的特別貢獻是他定出出元素的原子量。道爾頓還是把原子看成是一個整體不可分的結(jié)構(gòu)單元。因此原子沒有結(jié)構(gòu)。直到電子的發(fā)現(xiàn)，人類才開啟了探索原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的新篇章，而其中之一就是對原子模型的討論。

葡萄干蛋糕模型：1897年約瑟夫·約翰·湯姆森發(fā)現(xiàn)，陰極射線管內(nèi)發(fā)出的陰極射線在電場作用下，偏向正電極。他正確地判斷，這些是由陰極射線管內(nèi)的原子分裂出來的帶負(fù)電的粒子，他稱它們?yōu)殡娮?。電子的重量只有最輕的氫原子的二千分之一。湯姆森第一次提出原子是可以分裂的。他修改了道爾頓的把原子看成是一個不可分的整體的模型。 湯姆森為了要解析原子帶中性電的性質(zhì)，1904年他提議：原子是由N個帶正電的顆粒和N個帶負(fù)電的電子所組成，它們相互均勻地分布。

量子化原子模型：當(dāng)原子受熱時，它會輻射出固定值的能量，但在當(dāng)時沒有人能解析這種現(xiàn)象。1914年丹麥物理學(xué)家波爾為了解析這種現(xiàn)象而修改了盧瑟福的原子模型。波爾的量子化原子模型主要包括以下幾點： （1）原子核位于原子的中心；（2）電子不停地繞原子核作軌道運動；處于穩(wěn)定狀態(tài)，不輻射出也不吸收能量。（3）當(dāng)一個電子從一種狀態(tài)變到另一狀態(tài)時，這個電子就會損失或獲得能量，它就會發(fā)射或吸收能量。（4）光譜中的每一根譜線都與一個電子從某一穩(wěn)定狀態(tài)變到另一個狀態(tài)有聯(lián)系。

二、教學(xué)任務(wù)分析

1.學(xué)生原有水平分析

九年級學(xué)生對正、負(fù)電荷有了初步的了解。他們知道靜電現(xiàn)象，但對原子是呈電中性，即整體不顯電性的知識不太了解。學(xué)生初步具有了根據(jù)實驗現(xiàn)象，分析歸納得出實驗結(jié)論的能力。

2.存在的困難

原子模型是本節(jié)的難點和關(guān)鍵。在教學(xué)中，學(xué)生可能出現(xiàn)以下的困難和問題：由于原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)是微觀現(xiàn)象，看不見也摸不著，非常抽象，學(xué)生感到學(xué)起來很迷惘，甚至聽不懂。對于盧瑟福α粒子散射實驗，由于條件的限制，不能進行實物演示，學(xué)生對實驗難以理解。對于“行星模型”，由于學(xué)生想象和思維能力有限，不能理解模型的真正含義。

3.教學(xué)輔助支架

圖片（原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)）。 目的：對于用語言很難表達的物理現(xiàn)象可以用圖片形象直觀地表示出來，引導(dǎo)學(xué)生逐步了解學(xué)習(xí)物理的方法。

課件（模擬實驗演示）。目的：盧瑟福α粒子散射實驗屬于高中學(xué)習(xí)知識、對于初三學(xué)生來說有點難度，所以教師可以用形象的多媒體模擬實驗演示，加深印象，從而引導(dǎo)學(xué)生由物理實驗現(xiàn)象通過推測而得出物理結(jié)論。

類比（ 原子模型）。目的：例如在學(xué)習(xí)“行星模型”時，原子中帶正電的原子核好像太陽，而帶負(fù)電的電子好像行星繞太陽運轉(zhuǎn)一樣繞原子核在核外高速旋轉(zhuǎn)。幫助學(xué)生理解各類模型。

總之，通過學(xué)習(xí)支架的設(shè)置，可以引導(dǎo)學(xué)生了解微觀世界的知識，明白原子與元素的區(qū)別。在原子模型的建立過程中，讓學(xué)生感受觀察、猜想、推理、建模等透過現(xiàn)象看本質(zhì)的思維方法，并體驗學(xué)習(xí)的樂趣，懂得交流與合作的重要。