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“原子核式结构”的探究教学案例评析
作者:陈信余 /曾锦波 来源:摘自:《物理新课程》 点击:23201次 评论:0


 

 

一、教材浅析

高中物理教材关于“原子核式结构”一节,主要讲述卢瑟福提出原子核式结构的过程,对α粒子散射实验的目的、实验装置、实验条件、结果分析、结论都作了有条理性的介绍。在教学中,教师通常会按照教材传统的模式,简单地对教材进行重述,有条件的学校会采用 CAI课件来演示α粒子散射实验,以达到直观,形象的目的。即便如此,也很难提起学生的兴趣,因为学生只能机械、被动的接受知识的灌输,缺少思考的余地和想象的空间,对于物理思维和学习方法的养成一无所获,在科学精神、科学态度、科学观方面也感受不深。要改变这种传统的教学模式。必须要创造性对教材进行拓展和重组,充分利用好这一节课对学生进行物理科学教育。

二、教学设想

首先在指导思想方面,要重塑科学历史的背景,指出科学发现的历程,领会科学一般的研究方法,强调科学的曲折。以汤姆生发现电子 →原子结构猜想(枣糕模型)及其成功之处→汤姆生的学生(卢瑟福)想用实验验证其猜想→发现出乎意料结果出现矛盾→推翻旧的猜想→建立新的理论(核式结构)等一系列曲折的科学历程为主线,渗透科学精神的教育。让学生明白一个新的科学发现一般要经过初期的猜想、实验证明、发现新的矛盾、提出新的观点、再用实验验证等一系列漫长艰苦的过程。这是人类科学文明发展的一个缩影,理论和实验的矛盾是物理科学发展的动力源泉之一。在教学中应做到绘声绘色让学生仿佛身临其境,置身于无穷的物理世界中,形成一种无形的熏陶。

在构思上,要打破完全依照教材一步到位的灌输方式,按照当时人们对原子结构的认识水平,介绍当时科学界的几种的理论,围绕以α粒子散射实验,结合生活经验,利用电脑创设一个 “黑箱探究”的实验情境,并给出一系列可能实验结果,充分地发挥学生的想象力和思维,让学生尽可能多地提出各种可能的结构模式,并让学生自主地分析各种可能模式的理由及其不合理性,最终得出最合理的结果。下面谈谈如何实现以上的思想观点。

三、黑箱探究

1.引入

先用课件设计一个“黑箱探究 ”的情景(如图1):“有一团云雾,看不见、摸不着、无色无味,如何探知其内部的结构?”让学生讨论,要求学生提出探究其内部结构的方法。然后提出一种间接的探究方法:用运动的颗粒射向云雾,通过粒子进入云雾内部后出射各种可能的情况,推测其内部的结构。(如图2)

2.观察、猜想与判断

演示粒子进出“黑箱”的各种变化情况,要求学生对观察结果进行猜测并说出其理由,最后,分析、比较各种猜测,判断哪种最合理。

( 1)粒子直接穿透黑箱,运动轨迹基本不变(如图3)

学生可能猜测:

可能的情况

理由

哪种猜测更合理

真空或空气

粒子没有受到力的作用

 

棉花团

粒子受到的作用力接近零

 

网状物质

粒子穿过网孔

 

其它可能

 

 

( 2)粒子被“黑箱”吸收了(图4)

学生可能猜测

可能的情况

理由

哪种猜测更合理

黑洞

黑洞对粒子有很强引力

 

一块磁铁

磁铁对小球有吸引力

 

一堆电荷

黑箱电荷与小球异电性相吸

 

其它可能

 

 

( 3)粒子在“黑箱”处反弹(图5)

学生可能猜测

可能的情况

理由

哪种猜测更合理

弹性板

象压缩的弹簧会把小球弹回

 

硬钢板

粒子碰到钢板被反弹回来

 

一堆电荷

黑箱内电荷与小球同电性相斥

 

其它可能

 

 

( 4)只有中间的粒子通过,上下粒子被吸收(图6)

学生可能猜测

可能的情况

理由

哪种猜测更合理

上下硬物、中间管道

粒子只在管道中穿过

 

圆环钢板

空心处通过

 

其它可能

 

 

( 5)大部分按原来方向前进,少数发生大角度偏转,个别反弹(图7)

学生可能猜测

可能的情况

理由

哪个猜测更合理

中间有质量大体积小物体

越靠近中间的粒子越难通过

 

中间有强硬度的物体

中间部分粒子难通过

 

中间有体积小、电量大电荷

四周粒子基本不受影响,靠近中间的粒子受强大排斥力作用,而正对的粒子会发生反射。

 

其它可能

 

 

四、教材内容展示

有了上面的“黑箱探究”基础,再来介绍介绍α粒子散射实验,就能保持学生的好奇,遵循学生的认知规律,找到了学生认知的最近发展区,并指出在物理科学史上也有过类似的问题(原子核的结构猜测),科学家采用过类似的方法(α粒子散射实验)得到一个出乎意料的重大结果(以下用 CAI动画模拟α粒子散射实验并分步介绍)

目的:汤姆生发现电子后对原子结构作了猜想(分析枣糕模型与上述猜想的哪种情况相类似),卢瑟福想用实验验证其猜想。

方法:介绍α粒子散射实验装置,仪器的作用(如何观察α粒子偏折情况)。

预期实验结果:α粒子基本按原来的方向运动,几乎没有偏折。

实验结果:观看动画(绝大多数α粒子穿过金属箔后仍沿原来方向前进,但有少数α粒子发生了较大的偏转),与枣糕模型的设想矛盾

分析:总结现象,结合引入新课时的猜测,从电子的影响、库仑力的作用、正电荷和质量的集中分布等因素进行分析这种实验结果的原因。并指出这种情况与前面猜测的哪种情况类似。

结论:新的原子结构模式:原子核式结构。

解释:用原子核式结构来解释α粒子散射实验观察到现象。

五、小结

1.指出卢瑟福α粒子散射实验科学历程:

提出猜想 →实验验证→实验结果与猜想出现矛盾→推翻旧的猜想→建立新的猜想→解释实验现象→进一步的实验验证。

2.让学生谈谈上完这一节课后的一些思考,包括对科学的态度、对科学研究方法的一些认识和感受。并引导学生思考原子结构和天体结构相类似的科学事实,激发其进一步学习的热情。

这样的处理达到了以课本知识为纲,为学生提供了一个全新的探究情景,对学生的思维产生了很大的冲击,给了学生主动思考问题、自主分析的空间,既锻炼分析问题的能力,又让学生对原子核式结构有了深刻的认识,同时又了解了历史,感受了科学的方法,使知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三维目标真正得到体现。

知识传授并不是教育的最重要的部分,激发学生的科学兴趣、让学生了解科学的历史,培养学生刻苦的科学探究精神、严谨的科学的态度、才是一种真正的科学教育。

点评:

本探究活动将信息技术与物理实验有机地结合起来处理教材,为学生提供了一个全新的探究情景,对学生的思维产生了很大的冲击,给了学生主动思考问题、自主分析的空间,既锻炼分析问题的能力,又让学生对原子核式结构有了深刻的认识,同时又了解了历史,感受了科学的方法,使知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三维目标真正得到体现。

普通高中《物理课程标准》(实验)强调鼓励将信息技术渗透于物理教学中,将电子计算机等多媒体技术应用在物理实验中。信息技术的介入,无疑将改变传统物理课堂教学基本靠教师口授、板书、演示的局面,能为全体学生的充分感知创造条件,也可以重新组织情景、突出事物的本质特征,促进学生对重、难点知识的理解。但物理学作为一门以实验为基础的学科,真正的实验具有客观真实性,对学生起直接的启发引导作用,媒体应用于物理学实验时,要考虑到计算机的辅助功能,突出它在常规教学无法达到理想效果时的特殊功效,千万不能用媒体来代替学生实验。同时要兼顾到,信息技术应用于物理实验教学时,不能仅仅停留在“仿真实验”、使用信自技术为主的演示型教学模式上,而要充分利用多媒体的特殊性,在实验思想上下功夫,突出实验的设计思想,为学生探究物理提供服务。

 

更新:2007/3/28 9:24:46 编辑:fengyefy
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