张璐璐

 

一．有关科学方法的栏目设置及典型内容

在高中化学的学习中要求学生不同程度的掌握以下这些科学方法：观察、测量、记录、条件控制、分类、比较、类比、假说、模型化、收集信息、处理数据、实验、综合、归纳、演绎、证明、证伪。表1统计了各版教材中各栏目需要使用的科学方法。

表1　各栏目培养的科学方法

由上表可知，我国和加拿大教材中很多栏目都有培养学生掌握科学方法的功能。在加拿大教材中“技术链接”、“网络链接”、“数学链接”，澳大利亚教材中“网上化学”等栏目的设置，可以提高学生收集信息、处理信息的能力，同时也扩大学生的知识面。我们生活在信息时代，对于信息的收集和捕捉已经成为必不可少的能力，更是研究科学方便而有效的方法，因此，这些栏目的设置非常有必要，而这些呈现方式是我国教材编写中所欠缺的。

在两个电荷q₁和q₂之间，存在着电子之间的吸引力F，它们之间的距离是d，则有以下公式：F=kq₁q₂/d² ，k是常数。两个带有相反电荷的离子以及晶体中离子之间的核间距如何影响离子之间的引力？

 

自由—电子模型被简单表示成金属键。它在解释原子水平的金属中是有用的，然而这个模型不能充分解释所有金属的性质。量子化理论提供了更多的关于金属键的解释。登录以上的网址，并点击网络链接。这将带你进入分子轨道和波的理论的世界。使用设计图表的方法或写一份比较自由—电子和波理论模型的金属键简短的报告。

 

    如果你看到到这本书后面元素周期表中元素的名字，你将发现我们仅仅遇到了所有元素中的一少部分。

你也许可能发现了更多关于其他元素中的一些：

鐠——是这种元素的行为决定了它有毒的名字的吗？

砷——为什么是古代神秘作家的最爱？

氪——它是超人最怕的元素吗，像亚氪酸盐？

锝——什么使得它与周围的元素如此不同？

在这本书中，你不会找到这些问题的答案。你在哪可以找到更多的信息呢？你可以简单地转向你的计算机或者学校信息技术图书馆的计算机。上网并获得有益的化学信息。

试着键入“周期表”到你最喜欢用的搜索引擎，像Excite或者Alta　Vista。有一个回应将是美国国家图书馆提供的周期表（http://cst.lanl.gov/CST/imagemap/periodic/periodic.html）.你直接将网址输入到地址栏,可以直接进入网站.这个网站在电脑屏幕上显示一个五颜六色的周期表.

点击表中的一个独立的元素,将给出关于这个元素的历史,资源,生产,使用和性质.

Los Alamos网站的特点之一是它提供了链接其他有用网站的链接.点击链接到元素网网址,由英国Sheffield大学研制(http: //www.webelements.com/).出现另一个有更多有趣细节的元素周期表。

当然，在网上有更多关于化学而不仅仅是元素周期表的信息。搜索并且你会找到全部化学课程，有趣的（一些是危险的）实验描述，电影点击将显示反应的过程。例如，在一直被牛津大学哈希学院支持的Virtual Chemisry网站（http: //neon.chem.ox.ac.uk/vrchemisry/）你可以选择有关过渡金属的实验并且观看实验表演的录像。

Heinemann，这本书的出版社，有一个非常有用的网址(http: //www.hi.com.au/)是专门为学生和老师设计的.为什么不拿出1至2个小时的时间去看看你能找到什么呢?

 

二．有关科学探究的栏目设置及典型内容

科学探究是一种重要的学习内容和学习方式，各教材中有探究内容的栏目种类的统计见表2

 

表2 有探究内容的栏目

从表2统计可知，我国教材栏目设置中有着多种类型的探究性内容，“探究活动”栏目是含探究要素较多的相对完整的探究活动。其他栏目侧重让学生参与科学探究的某些侧面的活动。这些探究性的栏目意在使学生在设计实验方案、进行实验操作、观察记录现象、进行数据处理、获得实验结论的过程中，不仅能获取知识、技能，还能学习到科学的方法，提高探究能力。这与我国以往的教材有非常明显的不同。

·人教版教材使用的是“学与问”栏目^[4]

学与问：元素周期表中的同周期主族元素从左到右，原子半径的变化趋势如何？应如何理解这种趋势？周期表中的童主族元素从上到下，原子半径的变化趋势如何？应如何理解这种趋势？

·山东版教材直接给出了原子半径周期性变化的规律的结论^[5]

· 加拿大教材介绍该部分内容使用的是探究活动专题： ，原子半径数据的分析,具体内容如下^[6]：

如何比较同族和同周期原子的大小？

材料、安全事项（略）

1.下表列出了主族元素的半径。设计不同比例模型以有利于观察和比较原子大小。你的模型可以是二维也可以是三维的，可以大也可以小。

2.以小组形式讨论你的设计。选择一个你认为最能显示出你所需要信息的设计。

3. 制作你的模型。根据它们在周期表中的位置安排顺序。

1.同族元素从上到下观察，原子半径如何变化？

2.同周期元素从左到右，原子半径如何变化？

3.与你的预期结果进行比较，解释你的结果和预期结果相同或者不同的原因，最后

4.陈述原子半径是否是原子的一个周期的性质应用

你认为过渡元素也遵循主族元素这样的规律吗？列出过渡元素半径数据（不包括内过渡元素）。另做一个模型，或者绘制图线或柱形图来证明你的预期结果。

 

同样的一个内容在山东版教材中出现在正文部分，以陈述的语气表达出来。人教版教材中设计成学与问的探究型栏目，但其实经过简单的数据比较可以很容易得出结论，实质上相当于陈述结果。加拿大教材中采用专题探究形式，要求学生自行归纳、比较，方式上是发散的，学生可以依据自己的理解做出不同的比较。

由此可见，我国两版教材中有关于科学探究栏目的设置中，大多数活动是将步骤和探究内容或实验操作等给出，然后在相应的步骤中提问，让学生思考、讨论、分析、观察现象、解释或得出结论并记录填空或填表，探究活动呈“一线式”。与加拿大教材相比，加拿大教材中的探究不给出具体步骤，而是要学生自己设计方案，并将设计的方案与同学或教师讨论，然后再进行探究、分析，最后自己得出结论进行概括总结。这样的探究过程呈“多向式”，保证探究具有较大的空间和自由度；有利于学生体会获得知识的过程、方法、手段；有利于培养学生的科学素养。

在人类认识原子结构的过程中，科学家曾使用过不少科学研究方法。其中包括在科学研究中，人们根据实验事实和已知的科学原理，对研究对象的结构、性能和运动规律进行理性分析，设想出其大致框架，即提出未知事物的“模型”，然后再进行推理与计算，对未知事物作出解释和预测，并对模型加以检验、修正乃至抛弃。

澳大利亚教材在讲述原子的结构时引用化学史来阐明利用模型的方法进行科学推理与科学发现的过程。从卢瑟福模型介绍到玻尔模型。

 

卢瑟福形象化的把电子绕核运动比作行星绕太阳运动。原子中的作用力是存在于电子和原子核之间的静电引力，而使太阳系运行的是万有引力。依靠卢瑟福的α粒子散射实验建立起来的原子模型理论存在明显的缺陷。

根据经典物理学推测，电子绕圆形轨道运动应该连续不断地发射出电磁辐射，不过任何辐射都没有观察到。

当电磁辐射现象发生后，电子将会丧失动能，螺旋着飞向原子核，在很短的时间内，原子将会消失。

模型不能解释当元素被加热时，只能观察到具有特定能量的光。当光通过棱镜打到屏幕上的时候，原子发射光谱就形成了。这个光谱是黑色背景下的一些有间隔的彩线。

1913年丹麦物理学家波尔提出经典物理学不能用来解释电子的运动。他指出电子在原子内的运动应该是这样的：

绕原子核运动而没有能量损失

只能以既定的能量在特定的轨道中运动

电子在什么轨道运动决定于电子的能量的高低，能量低的电子在离核近的轨道运动，能量高的电子在离核远的轨道运动。

 

在加拿大教材中用了大量笔墨来描述原子结构的认识过程，正是为了向学生介绍“模型”的方法。不仅采用了化学史的背景（见后文），还介绍了著名的“卢瑟福的α粒子散射实验”。详细叙述了这个实验的整个过程，从假设—实验—最后结论，向学生展示了科学发现的过程。

 

根据汤姆生的实心带电球原子模型预计的结果是射入的α射线没有或者有小角度偏移。

B.实验：

1.    放射性样本发射粒子流

2.    α粒子流轰击金挡板

3.    当α粒子在屏幕中出现，观察到闪光时，显示有大部分α粒子几乎没有偏        移或者没有偏移

4.    偶尔有小角度偏移

5.    很少有大角度偏移

入射的α粒子有小角度偏移和大角度偏移，证明了原子是由质量很大体积很小的原子核构成。

 

综合比较可以看出，国外教材的探究形式是多样化的，发散式的。有资料型的探究，有利于模型方法的探究，也有实验探究。探究活动可以是显性的，也可以将之作为组织内容、叙述内容的线索。因此，好的教材对于探究能力的培养应该是“浸润式”的，在润物无声的过程中，培养学生探究的思维方式与探究能力。

参考文献：

1．宋心琦主编. 物质结构与性质(选修).北京:人民教育出版社,2004

2．王磊主编. 物质结构与性质(选修).济南:山东科学技术出版社,2004

3．加拿大《Chemisry 11》

4．澳大利亚《Chemistry Two》

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