都知道“興趣是最好的老師”，哪位教師不希望自己的教學(xué)有趣些呢？尤其是理科課程早已被大眾貼上“高冷”的標(biāo)簽。為了讓理科教學(xué)親民有趣，教師們想出了各種辦法：有的采用抑揚(yáng)頓挫的語調(diào)，有的采用夸張的肢體語言，有的在教學(xué)內(nèi)容中加進(jìn)“段子”——講一段科學(xué)家的趣聞?shì)W事，放一段爆炸泄漏的視頻，甚至編造一些荒誕離奇的故事。

例如，為了幫助學(xué)生學(xué)習(xí)圓的周長和面積公式，有教師編造了關(guān)于“圓周先生”和他的“面積太太”的故事，說圓周先生有“兩個(gè)派”（2π），而面積太太的“派”是“方形”的（平方）。再如，為了讓學(xué)生覺得原電池有趣，有教師編造了格林太太假牙的故事：“格林太太有兩顆假牙，一顆是黃金的，另一顆是不銹鋼的。自從裝上了這兩顆假牙后，她經(jīng)常頭痛失眠。許多醫(yī)生絞盡腦汁也無能為力。一位年輕的化學(xué)家來看望她，為格林太太揭開了病因，解除了病痛……”

每當(dāng)聽到這樣的故事，我都會(huì)替科學(xué)叫屈，仿佛它是丑媳婦，不化妝打扮就不能出來見人。科學(xué)教學(xué)真的這么無趣嗎？我們需要人為地加上“有趣”的外衣嗎？

一、好奇與探究是人類的天性

捉迷藏是兩千年前就流行于古希臘的一種兒童游戲，又叫摸瞎子，即蒙住眼睛尋找躲藏者。直到今天，世界各地的兒童盡管文化背景不同，卻都不約而同地愛玩這種游戲。被蒙上眼睛，憑著一點(diǎn)微弱的動(dòng)靜，不斷地猜想、判斷、嘗試，最后成功找到了，這是多么令人激動(dòng)的事??！兒童天生對(duì)尋寶類游戲有巨大的興趣。其實(shí)不僅是兒童，成人也是如此。那種預(yù)感到有個(gè)秘密在前方，不知道又想知道的感覺，真是撓得人心直癢癢?。「匾氖?，人們?cè)陧槕?yīng)內(nèi)心的好奇，一點(diǎn)一點(diǎn)地去探索的時(shí)候，盡管有時(shí)候山窮水盡，有時(shí)候柳暗花明，盡管被折騰得夠嗆，但是全然不覺得苦與累，反而覺得其樂無窮，特別有成就感。古往今來，狄仁杰斷案傳奇、福爾摩斯探案故事、密室逃脫游戲……這些文藝作品或者商業(yè)模式廣受歡迎，充分說明了好奇與探究是人類的天性，發(fā)現(xiàn)秘密是一件特別好玩、有趣的事情。

二、科學(xué)本身就是發(fā)現(xiàn)秘密的有趣過程

與其編造“圓周先生”和“面積太太”的故事，不如說說發(fā)現(xiàn)圓周率這個(gè)秘密本身的故事。古人發(fā)明輪子后，產(chǎn)生了這樣的好奇：輪子滾一周到底可以滾多遠(yuǎn)呢？它和輪子的大小（直徑、半徑）顯然是有關(guān)系的，那么究竟是什么關(guān)系呢？測(cè)量直線多么方便，而測(cè)量曲線多么困難啊！直線與曲線看著是那么不同，二者有沒有什么內(nèi)在聯(lián)系呢？圓內(nèi)接多邊形的邊長總比圓周小，外切多邊形的邊長總比圓周大；多邊形的邊數(shù)越多，周長（面積）越接近圓的周長（面積）。如果無窮多呢？那種不知道但快要知道的感覺是不是來了？實(shí)在是太誘人啦！這是一個(gè)人類為了測(cè)量曲線所做的種種努力的故事，是一個(gè)關(guān)于歐多克斯、阿基米德、劉徽、祖沖之和“窮盡法”“割圓術(shù)”的故事，是關(guān)于神奇的π的故事。

到底什么比較有趣——用別人給的公式（不加解釋，只要會(huì)背）來計(jì)算圓的周長和面積，還是聽聽這一人類歷史上最聰明和最具震撼力的想法是如何發(fā)生的？歷史上一些最有創(chuàng)造力的人所創(chuàng)造出來的藝術(shù)作品本身已經(jīng)足夠美妙而有趣了，不需要涂脂抹粉。在教學(xué)中敘說與阿基米德、劉徽等人有關(guān)的圓周率的探索史實(shí)，一定更能觸動(dòng)學(xué)生的好奇心。

三、教學(xué)中再現(xiàn)這種有趣是教師的創(chuàng)造性勞動(dòng)

各個(gè)學(xué)科的基本知識(shí)與結(jié)構(gòu)，都是在問題背景下發(fā)展而來的。從歷史的角度來看知識(shí)是怎么發(fā)生的，應(yīng)當(dāng)更能將學(xué)生的好奇心與歷史長河中人類的好奇心貼近。問題在于人類漫長的探索歷史與課堂短暫的探究時(shí)間之間的矛盾。因此，教學(xué)中教師需要通過創(chuàng)造性的勞動(dòng)凝練歷史，設(shè)計(jì)出適合學(xué)生認(rèn)知的問題（過程），再現(xiàn)科學(xué)本身的“有趣”。下面，試舉化學(xué)教學(xué)中的兩個(gè)例子。

（一）化學(xué)鍵結(jié)合之密的破案之旅

讓學(xué)生從分子、原子層面認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界是高中化學(xué)教學(xué)的目標(biāo)之一。不過，分子、原子看不見、摸不著，它們之間的相互作用——化學(xué)鍵則更抽象，教學(xué)如何能有趣起來？我們可以和學(xué)生一起經(jīng)歷一場福爾摩斯式的破案之旅。

在學(xué)習(xí)化學(xué)鍵之前，學(xué)生已經(jīng)具備了原子結(jié)構(gòu)以及元素周期表的知識(shí)。面對(duì)元素周期表，問題自然就產(chǎn)生了：表中只有一百多種元素，而由這些元素組成的化合物卻超過五千萬種，這巨大的反差當(dāng)然是由于原子間的相互結(jié)合。那么，原子間是怎樣結(jié)合的呢？“鍵”字有“鼎上貫通兩耳的橫杠”之意，即指起到聯(lián)結(jié)作用的部件?！盎瘜W(xué)鍵”一詞本身就揭示了原子間結(jié)合的秘密。

以離子鍵為例。觀察了金屬鈉在氯氣中燃燒，放出大量的熱并生成大量白煙（NaCl）后，問題自然又生成了：Na原子與Cl原子是怎樣聚集在一起的呢？它們?yōu)槭裁匆奂谝黄鹉?？要回答這個(gè)問題，可以先看一看自然界中那些不需要“群居”的原子，它們的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)或許可以給我們啟發(fā)。

元素周期表中，稀有氣體He、Ne、Ar等都是單原子分子，它們的原子不需要“群居”，它們?cè)咏Y(jié)構(gòu)上的共同特征是價(jià)電子層全部排滿。因此，比較容易推理得到，其他原子若要聚集，需要滿足價(jià)電子層排滿（八隅律）。這樣，學(xué)生就朝著Na原子與Cl原子怎樣“相互幫助”才能滿足八隅律的方向去思考。很快，學(xué)生就提出如圖1所示的模型。無論用圖示或語言，學(xué)生想表達(dá)的意思是Na原子失去一個(gè)電子，Cl原子得到一個(gè)電子，這樣它們都達(dá)到了最外層8個(gè)電子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

看上去，“案子”已經(jīng)破了，秘密已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)了?？墒?，真的嗎？教師進(jìn)一步補(bǔ)充數(shù)據(jù)：Na（g）Na+（g） ΔH=+496 kJ/mol①；Cl（g）Cl-（g） ΔH=-349 kJ/mol②。這兩個(gè)過程的熱量變化疊加在一起是吸熱的（①②聯(lián)立得 ΔH=147 kJ/mol>0），可是金屬鈉與氯氣的反應(yīng)明明是大量放熱的啊——這里為了簡化問題，隱去了鈉的升華熱和氯分子的解離熱，它們都是吸熱的，對(duì)討論沒有影響。矛盾很快就被學(xué)生發(fā)現(xiàn)：一定還隱藏著一個(gè)大量放熱的過程，否則生成NaCl時(shí)大量放出的熱量是哪里來的呢？

這一發(fā)現(xiàn)讓學(xué)生興奮起來：新的證據(jù)出現(xiàn)了，“案子”需要重新審理！學(xué)生的重審結(jié)果是：形成了陰、陽離子后，二者會(huì)相互靠近，根據(jù)庫侖定律，這一過程能量會(huì)降低，所以會(huì)放熱。

于是，NaCl的聚集模型被修正為圖2：Na+ 和Cl- 由于電性作用，緊密結(jié)合，形成離子鍵。

這次“案子”真的破了，秘密都被發(fā)現(xiàn)了嗎？教師進(jìn)一步提醒學(xué)生結(jié)合圖3思考：這是大家頭腦中的NaCl模型嗎？是否合理？結(jié)合熔點(diǎn)為801℃、沸點(diǎn)為1465℃、液態(tài)時(shí)能導(dǎo)電這些NaCl的物理性質(zhì)來看，好像還有秘密沒有被發(fā)現(xiàn)。如果不是離子間全都緊密結(jié)合、堆積，哪來這么高的熔、沸點(diǎn)呢？那么，離子間為什么可以大量緊密堆積，而不是一個(gè)陽離子與一個(gè)陰離子結(jié)合成小分子呢？學(xué)生能夠發(fā)現(xiàn)：Na+與Cl- 間的作用是電荷間的作用，一個(gè)Na+ 由于點(diǎn)電荷的電場作用會(huì)盡可能多地吸引Cl- ，形成一個(gè)帶負(fù)電荷的團(tuán)簇，這個(gè)團(tuán)簇的電場再盡可能多地吸引Na+ ，如此下去。

至此，“案子”又被重新審理，NaCl 的聚集模型被修正為圖4（其中淺色圈為Na+，深色圈為Cl-）：陰、陽離子緊密結(jié)合，有序堆積，形成“巨大”的“分子”。

當(dāng)教師呈現(xiàn)X射線衍射實(shí)驗(yàn)證實(shí)的Na+和Cl-在空間的排列方式圖片（如圖5）時(shí)，學(xué)生驚喜的神情就像阿基米德跳出澡盆，大喊著“尤里卡！尤里卡！” （Eureka，意思是“我知道了”）的模樣。

（二）原子序數(shù)發(fā)現(xiàn)的趣聞

我們知道，原子核中有帶正電荷的質(zhì)子，不同的原子有不同數(shù)目的質(zhì)子，這是原子間產(chǎn)生區(qū)別的標(biāo)志；原子序數(shù)等于核電荷數(shù)，等于質(zhì)子數(shù)。問題是我們是怎么找到這些整數(shù)的，它們同樣也是看不見、摸不著的啊。

教學(xué)到這里，就要講述一個(gè)亨利·莫塞萊的故事了——當(dāng)然，科學(xué)課堂上的故事是關(guān)于科學(xué)研究的理性故事，而不是科學(xué)家的趣聞?shì)W事。

莫塞萊一直在研究原子發(fā)射出來的X射線，結(jié)果發(fā)現(xiàn)各種原子發(fā)射出來的X射線的頻率都不一樣。這個(gè)結(jié)果引發(fā)了他的好奇，他把各種原子發(fā)射出來的X射線的頻率從小到大排了個(gè)隊(duì)，還給它們依次編上“學(xué)號(hào)”（他稱之為原子序數(shù)），得到了圖6。

結(jié)果讓他大吃一驚：太有規(guī)律啦！X射線的頻率不僅隨原子序數(shù)變大而增長，而且它的增長呈現(xiàn)平滑曲線。這個(gè)曲線看上去非常像函數(shù)y=x2的圖像。那么它是一條拋物線嗎？莫塞萊也很好奇，于是，他又繪出了X射線頻率的平方根對(duì)原子序數(shù)的圖像（如圖7），來看是否呈現(xiàn)直線。

圖7清晰地表明了各種原子發(fā)射出來的X射線的頻率與原子序數(shù)之間存在一種簡單的對(duì)應(yīng)關(guān)系。這個(gè)結(jié)果奇怪嗎？太奇怪啦！奇怪在哪里？X射線頻率是原子的物理性質(zhì)，而原子序數(shù)只是按照X射線頻率排序用來計(jì)數(shù)的整數(shù)（就是莫塞萊給原子編的“學(xué)號(hào)”）。為什么原子自身的物理性質(zhì)能與僅僅作為序號(hào)的人為編號(hào)如此好地匹配呢？只有一種可能性：原子序數(shù)一定也是原子的物理性質(zhì)，并不是一個(gè)隨意的數(shù)字。而且原子序數(shù)是整數(shù)，整數(shù)的用途是計(jì)數(shù)物體的個(gè)數(shù)，這就意味著它一定對(duì)應(yīng)著原子中某種微粒的個(gè)數(shù)，并且那個(gè)數(shù)目對(duì)相應(yīng)原子來說是唯一的，即質(zhì)子和電子的個(gè)數(shù)。

至此，謎底揭穿了：原子序數(shù)是原子的一種特征性質(zhì)，它等于原子中的質(zhì)子數(shù)，也等于原子中的電子數(shù)。我們發(fā)現(xiàn)了一種計(jì)數(shù)原子中電荷數(shù)目的方法。

四、真正有趣的學(xué)習(xí)經(jīng)歷讓人難忘

回顧我自己的學(xué)生時(shí)代，也有許多老師講過類似“圓周先生”和“面積太太”的故事來吸引我們這些頑劣的學(xué)生。不過，現(xiàn)在回憶起來甚感模糊。但我清晰地記得我的小學(xué)數(shù)學(xué)老師帶給我的一次“有趣”。她是一位年長的老太太，平時(shí)對(duì)學(xué)生很嚴(yán)，我們都有點(diǎn)怕她。有一次放學(xué)后，她看見我，突然說要和我玩一個(gè)“搶30”的游戲：兩個(gè)人從1開始，輪流說連續(xù)的1個(gè)或2個(gè)整數(shù)，誰能搶先說到30，就算贏。我興致勃勃地開始了，我說1，她說2、3，我說4、5，她說6……結(jié)果，我輸了。玩了幾局，我總是輸。再后來一局，我隨意地說著，突然，我說到了27，老師笑瞇瞇地看了我一會(huì)兒，“為難”地說出28、29，我大聲地說出30，贏了！我突然發(fā)現(xiàn)，若能搶到27，無論老師說1個(gè)或2個(gè)數(shù)，我都贏定了！這一發(fā)現(xiàn)讓我狂喜，繼續(xù)往下想：若能搶到24、21、18……?。∥野l(fā)現(xiàn)，一開始搶到3才是關(guān)鍵，這就得讓老師先說。這一發(fā)現(xiàn)讓我激動(dòng)得滿臉通紅，結(jié)結(jié)巴巴地對(duì)老師說：“您先說，您先說?！崩蠋煗M意地拍拍我的頭……

真的，我們不需要刻意讓理科（科學(xué)學(xué)科）變得有趣，因?yàn)樗緛砭瓦h(yuǎn)超過你了解的有趣。