基于科學(xué)與人文融合的化學(xué)教育

1、基于科學(xué)與人文交融的化學(xué)教育基于科學(xué)與人文交融的化學(xué)教育一、教學(xué)背景分析1.教材及教學(xué)現(xiàn)狀分析本案例屬于蘇教版化學(xué)1專題一第三單元?人類對原子構(gòu)造的認(rèn)識?的第一課時。盡管教材在內(nèi)容導(dǎo)向上彰顯了科學(xué)與人文的交融，但由于教材顯性資源的缺乏和教師對本部分內(nèi)容理解高度和深度的缺乏，導(dǎo)致了絕大多數(shù)教師在教學(xué)時往往和后面的電子排布及原子核教學(xué)內(nèi)容合并為一課時，而對本部分內(nèi)容那么是一帶而過、或者是讓學(xué)生自學(xué)、或者是通過ppt課件簡單介紹、或者是通過ai技術(shù)多媒體計算機(jī)輔助模擬動態(tài)模擬各種不同的原子模型。實際上，這些教學(xué)方式并沒有表達(dá)出新教材編排本部分內(nèi)容的真實意圖：讓學(xué)生在化學(xué)教育中體會科學(xué)與人文的交融，既

2、能領(lǐng)悟科學(xué)探究的軌跡及科學(xué)方法、科學(xué)精神，又能感悟到人文精神的價值引領(lǐng)，這正是新時期化學(xué)教育的目的所在。2.教學(xué)內(nèi)容的科學(xué)與人文分析科學(xué)方法是指人們在認(rèn)識和改造世界中遵循或運用的、符合科學(xué)一般原那么的各種途徑和手段。本部分內(nèi)容所涉及的科學(xué)方法主要有：觀察法、實驗法、假說法、模型法、類比法、直覺思維法等；科學(xué)精神指的是從自然科學(xué)活動的特征中抽象、概括、提升出來的一種普遍的精神，它本身代表著一種革命力量，是推動歷史開展的根本力量。本部分內(nèi)容所涉及的科學(xué)精神主要有：實事求是、理性、不畏權(quán)力、追求真理、不斷創(chuàng)新等；人文精神是從人文活動及人文社會科學(xué)的研究中抽象、概括、提升出來，它是一種普遍的人類自我關(guān)

3、心，表現(xiàn)為對人的尊嚴(yán)、價值、命運的維護(hù)、追求和關(guān)切，關(guān)注的是人類價值和精神表現(xiàn)，從現(xiàn)代觀點來看，其核心內(nèi)容是價值判斷。本部分內(nèi)容所涉及的人文精神主要有：團(tuán)結(jié)、合作、理想、追求、生命價值等。不過，這些內(nèi)容絕大多數(shù)是一些隱性的資源，需要教師在教學(xué)時深化理解和挖掘并將之顯性化。3.學(xué)情分析初中時學(xué)生已經(jīng)有了對原子構(gòu)造的初步的、零散的理解，如原子的根本構(gòu)成、拉瓦錫發(fā)現(xiàn)氧氣、盧瑟福的粒子散射實驗、電子掃描隧道顯微鏡控制原子，假設(shè)教師對這部分內(nèi)容只是蜻蜓點水似的一帶而過，那么遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足學(xué)生對知識探究欲望的需求，更不能表達(dá)新課程的課改理念，使學(xué)生具有愛國主義、集體主義精神，逐步形成正確的世界觀、價值觀和人

4、生觀，初步具有探究意識、創(chuàng)新精神、科學(xué)和人文精神。二、教學(xué)主要線索及手段本課以原子構(gòu)造模型的開展為主線，以科學(xué)方法、科學(xué)精神、人文精神為輔線，以各種挑戰(zhàn)性和探究性問題為明線，以各學(xué)科交融為暗線。一方面讓學(xué)生體會理論的歷史性和暫時性，科學(xué)的理論并非與生俱來、萬古不變的永久真理，科學(xué)始終是在與錯誤、偏見與宗教禁錮作為不懈的乃至殘酷的斗爭中開展起來的，科學(xué)每一個重大開展都對人類的精神文明產(chǎn)生重要的推動作用，科學(xué)理論不斷進(jìn)步一般有兩種途徑：證實和證偽，從而將這種思維方式應(yīng)用于自己的學(xué)習(xí)和生活當(dāng)中；另一方面讓學(xué)生明白科學(xué)不是從一些天才的頭腦中蹦出來，一旦問世就永駐神圣不可進(jìn)犯的地位，科學(xué)是以求真和務(wù)實為

5、天職和靈魂的，科學(xué)的繼承并不是消極地前后相繼和兼收并蓄，而是取其精華、去其糟粕，批判地繼承，辯證地?fù)P棄；更重要的是要讓學(xué)生感受到協(xié)作、友愛、寬容、團(tuán)結(jié)品格是人永久的魅力，尤其是如今科學(xué)已開展到國家規(guī)模乃至國際規(guī)模，科學(xué)研究更需要依靠集體的力量去完成，所以更需要無私協(xié)作、友愛寬容和執(zhí)著拼搏。難得是，通過各學(xué)科的交融，可以向?qū)W生提醒科學(xué)與人類其他文化比方哲學(xué)、宗教、政治、文學(xué)等的關(guān)系，以及科學(xué)的文化背景，從而讓人領(lǐng)悟到人類文化的統(tǒng)一性，領(lǐng)悟到科學(xué)是人類其他社會文化背景的支撐下開展起來的。本課在教學(xué)手段上采取ppt輔助教學(xué)，配以精巧的、有視覺沖擊力的畫面。三、教學(xué)過程簡要及意圖說明【情境引入】202

6、2年9月1日18時59分57秒，嫦娥二號奔月開始，07年的嫦娥一號，05和08年的神六及神七，隨著現(xiàn)代科技的進(jìn)步，人們已有才能對太空進(jìn)展探究，但在遠(yuǎn)古時期，人們望著藍(lán)藍(lán)的天空、蒼茫的宇宙，心中一片迷茫。大約在2500年前，人們開始考慮人類存在的價值及物質(zhì)構(gòu)成的奧秘。設(shè)計意圖：嫦娥奔月、神六和神七激發(fā)起學(xué)生的自豪感和愛國之情，并讓學(xué)生感受到科技強(qiáng)國之路?！竟糯诱摗?.名畫欣賞：意大利畫家拉斐爾名畫?雅典學(xué)院?；2.亞里士多德的四元素說水、空氣、火、土；3.古希臘哲學(xué)家德謨克利特提出的原子概念。設(shè)計意圖：1.從對人生價值的考慮到對宇宙奧秘探究，引導(dǎo)學(xué)生對人生意義和至高境界的追求；2.適時介紹亞

7、里士多德的名言吾愛吾師，但吾更愛真理，從而感受哲人追求真理的魅力。【挑戰(zhàn)性問題1】由于亞里士多德在哲學(xué)和科學(xué)界的絕對權(quán)威，所以四元素說統(tǒng)治了人們思想兩千多年，以致于當(dāng)人們對簡單的燃燒現(xiàn)象不理解時，也試圖從火元素身上開掘出燃素說并將其解釋。同學(xué)們，你知道最終是誰打破了這種兩千多年的寂靜嗎？設(shè)計意圖：讓學(xué)生感受到權(quán)威也并不都是正確的，崇拜但不迷信權(quán)威。【挑戰(zhàn)性問題2】你知道是什么實驗讓拉瓦錫發(fā)現(xiàn)了氧氣從而發(fā)現(xiàn)了燃燒原理嗎？你知道他實驗的成功得益于哪一種儀器的使用嗎？【教師】1872年，拉瓦錫做了白磷在鐘罩中燃燒的實驗，在實驗中他準(zhǔn)確使用了天平這種儀器，使得他驗證了質(zhì)量守恒定律，發(fā)現(xiàn)了氧氣等。當(dāng)時，

8、進(jìn)展這方面研究的科學(xué)家還有很多，比方法國化學(xué)家普魯斯特，他是一個有心人，在生活中他觀察到不管來自哪里的水，其質(zhì)量組成總是：h占11.1%，占88.9%，這一現(xiàn)象激發(fā)了他的興趣，到底是必然還是偶然呢？，1799年，他通過定量實驗證實了不管碳酸銅的生成方式如何，亦即不管是天然形成還是人工合成，其組成都固定不變。設(shè)計意圖：讓學(xué)生感受到生活中要做個有心人，要擅長分析外表現(xiàn)象背后的必然原因。【挑戰(zhàn)性問題3】同學(xué)們，很顯然拉瓦錫和普魯斯特對化學(xué)的開展做了較大的奉獻(xiàn)，但你知道他們兩位的缺乏之處在哪里嗎？設(shè)計意圖：1.讓學(xué)生體會理論之所以成為理論的原因：可以合理解釋的各種現(xiàn)象；2.讓學(xué)生感受到學(xué)習(xí)中的總結(jié)和提

9、升比單獨的埋頭學(xué)習(xí)更加重要。【挑戰(zhàn)性問題4】1803年，道爾頓根據(jù)他對原子的認(rèn)識，提出了實心的、不可分的原子構(gòu)造模型。自此近100年的時間里，人們都認(rèn)為原子不可分割。同學(xué)們，你知道后來是誰打破了這種原子論的神話？【學(xué)生】湯姆生。【教師】對，1897年湯姆生在研究陰極射線的時候，發(fā)現(xiàn)并證實了電子的存在，后來其他科學(xué)家也陸續(xù)證實了電子的存在。設(shè)計意圖：鑒于學(xué)生對帶電粒子在磁場中的運動規(guī)律還不清楚，所以此處不便對湯姆生如何發(fā)現(xiàn)電子過多討論，只需要讓學(xué)生知道他根據(jù)特殊現(xiàn)象推測并證實了電子的存在?！举Y料1】湯姆生的主要成就及奉獻(xiàn)【資料2】知識鏈接科學(xué)革命設(shè)計意圖：使學(xué)生理解科學(xué)革命，感受科學(xué)的進(jìn)步會促使

10、人類思維方式的變革，而思維方式的變革又能反過來促進(jìn)人們對科學(xué)的研究?！咎骄?】假設(shè)你是湯姆生，發(fā)現(xiàn)了電子之后，你會怎樣重新修正原子的構(gòu)造？【學(xué)生】既然電子是帶負(fù)電的，那么肯定應(yīng)該有帶正電的東西，所以我覺得原子內(nèi)應(yīng)該帶有正電荷?！举Y料3】湯姆生認(rèn)為：原子是一個平均分布著正電荷的粒子，其中鑲嵌著許多電子，中和了電荷，從而形成了中性原子。設(shè)計意圖：1.讓學(xué)生感覺偉人并不神秘，他們的思想也是建立在一定的土壤之上的，科學(xué)的開展不是亙古不變的，而是真理與錯誤相交織的過程，科學(xué)理論的演變就像是積木拼圖游戲一樣，先是在黑暗中探究，繼而漸漸地浮現(xiàn)出來；2.促進(jìn)學(xué)生的成就感?！窘處煛?897年，湯姆生根據(jù)自己對原

11、子的理解，將道爾頓的實心原子模型修正為葡萄干面包式的原子構(gòu)造模型?！咎魬?zhàn)性問題5】同學(xué)們，湯姆生的這種原子構(gòu)造模型使人們對原子的認(rèn)識產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍，拉開了人類探究原子內(nèi)部奧秘的序幕。但是你覺得湯姆生的這種模型確實是正確的嗎？它有什么缺陷嗎？設(shè)計意圖：使學(xué)生理解到科學(xué)理論不斷進(jìn)步的兩種途徑：證實和證偽，從而將這種思維方式應(yīng)用于自己的學(xué)習(xí)和生活當(dāng)中。【挑戰(zhàn)性問題6】無論是證實還是證偽，我們必定都要打入原子的內(nèi)部去獲取情報，才可以知道是否是均勻分布著正電荷，那么，怎么進(jìn)去呢？派誰去呢？誰有這么大的本領(lǐng)？【學(xué)生】盧瑟福粒子轟擊金箔的實驗?！咎骄?】實驗現(xiàn)象：絕大部分粒子直行穿過，很小部分發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)

12、，個別反彈回來。這些現(xiàn)象說明了什么問題？你會怎么想？接下來你會怎樣重新修正有關(guān)原子構(gòu)成的理論？【學(xué)生考慮、討論、并互相補(bǔ)充】此時學(xué)生比較容易得出原子核的構(gòu)造模型了，在此根底上再和盧瑟福的觀點相比照?！举Y料4】盧瑟福認(rèn)為：1.原子由原子核和核外電子構(gòu)成；2.原子核帶正電，位于原子的中心，占據(jù)了原子中極小的空間，但幾乎集中了原子所有的質(zhì)量；3.電子在原子核周圍的空間做高速運動，就象行星圍繞太陽一樣。設(shè)計意圖：1.激發(fā)學(xué)生探究真理的欲望；2.感受所謂理論實際上是一個不斷被修正的過程。3.引導(dǎo)學(xué)生要像科學(xué)家一樣的思維方式，并不一定要非常準(zhǔn)確、高度復(fù)雜、超脫世俗的思維才能?！窘處熞龑?dǎo)】盧瑟福根據(jù)自己對原

13、子構(gòu)造的認(rèn)識，在1911年提出了原子核式的構(gòu)造模型。至此，人們對原子構(gòu)造的認(rèn)識看似完美了，一時，盧瑟福的理論及模型也成為了經(jīng)典。但是盧瑟福并沒有滿足于此，在他發(fā)現(xiàn)原子核以后，反而更激起了他打入原子核內(nèi)部去看個終究的決心，所以，他繼續(xù)設(shè)計實驗，用粒子轟擊原子核，繼而發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子并預(yù)測出中子的存在?！咎魬?zhàn)性問題7】盡管盧瑟福的原子核式的構(gòu)造一時被奉為經(jīng)典，但是，你知道它有什么不可防止的、與生俱來的局限性嗎？接下來他將面臨怎樣的危機(jī)和挑戰(zhàn)？【學(xué)生考慮并討論】電子在核外運動，由于正負(fù)電性相吸引，為什么電子不會撞到原子核上去？【教師講解】是啊，非常好，這其實就是當(dāng)時人們所不解的一個方面。根據(jù)當(dāng)時以牛頓為代

14、表的經(jīng)典電磁理論可以推測：但是兩個明顯的事實是：氫原子光譜是不連續(xù)的，原子幾十億年都未消滅。是盧瑟福錯了？還是經(jīng)典的理論錯了？顯然，都沒錯。那么怎么才能合理解決這個矛盾呢？設(shè)計意圖：讓學(xué)生感受到完美的東西也有其不完美的一面，學(xué)會辯證地看問題。至此，學(xué)生陷入了沉思?！窘處煛?913年，丹麥的物理學(xué)家玻爾，他在盧瑟福模型的根底上，引入量子論觀點，提出原子核外電子在一系列穩(wěn)定的軌道上運動，每個軌道都具有一個確定的能量值，電子在其軌道上運動時，既不放出能量，也不吸收能量。玻爾的量子理論完美地解釋了使盧瑟福原子構(gòu)造模型陷入困境兩個科學(xué)事實：1.氫原子光譜不連續(xù)；2.原子幾十億年未消滅。為此，玻爾獲得了1

15、922年的諾貝爾物理獎?！咎魬?zhàn)性問題8】玻爾根據(jù)自己對原子構(gòu)造的理解，于1913年將盧瑟福提出的原子構(gòu)造模型修正為軌道模型?？梢酝昝赖亟鉀Q盧瑟福模型不能解釋的現(xiàn)象，但是他的模型是否就完美了呢？他又面臨著怎樣的新的問題？【資料5】玻爾原子構(gòu)造模型的局限性：1.仍保存經(jīng)典粒子和經(jīng)典軌道；2.只能解釋單電子原子的光譜，對多電子原子的光譜無法解釋。后來在法國物理學(xué)家德布羅意、奧地利物理學(xué)家薛定諤、德國物理學(xué)家海森堡的公同努力下，發(fā)現(xiàn)了電子運動的波粒二象性，并提出了現(xiàn)代的電子云式的原子構(gòu)造模型。【挑戰(zhàn)性問題9】在整個原子構(gòu)造模型的開展過程中，許多人都做出了他們出色的成就，在他們逝世后也被人們所尊重和思念。其中有兩位英國的科學(xué)家，一位是發(fā)現(xiàn)電子的湯姆生，另一位是發(fā)現(xiàn)原子核的盧瑟福，死后都被葬在了威斯敏斯特教堂，但你知道為什么盧瑟福更加靠近牛頓的位置嗎？在他身上有什么優(yōu)秀的品格？設(shè)計意圖：1.