整合高中物理和化學教材內容構建原子知識系統
2014-09-26 23:22:22陳偉
化學教與學 2014年9期
摘要：在簡介人教版高中物理和化學教材中原子知識內容的基礎上，對人教版高中物理和化學教材中原子知識設計特點進行對比分析，進而對物理和化學教材中原子知識進行系統整合，以期對學界進行相關內容的教學有所啟示。
關鍵詞：原子知識；原子結構知識；原子核知識；核外電子知識
文章編號：1008-0546（2014）09-0060-03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2014.09.021
原子知識是人類對物質微觀結構認識的成果，在物理和化學學科知識體系中均居于十分重要的位置。原子結構和原子核知識是核物理學的基礎，原子結構和核外電子知識是理解元素的性質、元素周期表和元素周期律的理論基礎。原子是由原子核和核外電子共同構成的有機整體，原子知識也理應是由原子結構知識、原子核知識和核外電子知識共同構成的知識系統。然而，從現有文獻和教學實踐情況來看，學界在進行相關內容教學時并未通過對物理和化學教材中原子知識設計特點進行對比分析、通過對物理和化學教材中原子知識進行系統整合來幫助學生構建起完整的原子知識系統。本文在簡介人教版高中物理和化學教材中原子知識內容的基礎上對物理和化學教材中原子知識設計特點進行對比分析，進而對物理和化學教材中原子知識進行系統整合，以期引導學界在進行物理教學時，幫助學生在理解、掌握原子結構和原子核知識的基礎上，將其與化學學科中的原子結構和核外電子知識進行對比分析和系統整合，在進行化學教學時幫助學生在理解、掌握原子結構和核外電子知識的基礎上，將其與物理學科中的原子結構和原子核知識進行對比分析和系統整合，進而幫助學生構建起完整的原子知識系統。
一、人教版高中物理和化學教材中原子知識的內容
人教版高中物理教材（下文簡稱物理教材）把對原子結構和原子核知識的系統介紹設計編排在選修3系列（比較完整和綜合的物理學內容的教材系列）的《物理選修3-5》，將原子結構和原子核知識與社會科學和人文學科的融合設計編排在選修1系列（物理學與社會科學和人文學科的融合的教材系列）的《物理選修1-2》，將原子結構和原子核知識與技術的結合設計編排在選修2系列（物理學與技術的結合的教材系列）的《物理選修2-3》，具體章節目錄見表1。
人教版高中化學教材（下文簡稱化學教材）首先在《化學2必修》中結合元素周期表和元素周期律介紹了原子結構并運用原子結構知識解釋了元素的性質、元素周期表和元素周期律，在《化學選修3物質結構與性質》中更為深入地介紹了核外電子排布和運動以及與分子結構和晶體結構相關的化學鍵的電子理論，具體章節目錄見表2。
二、對物理和化學教材中原子知識設計特點的對比分析
從上述相關內容的章節目錄可以看出，人教版高中物理和化學教材都對原子知識進行了介紹，然而由于學科背景和對原子研究的側重點不同，兩門學科在介紹原子知識時的側重點有所不同。
1. 物理教材對原子結構和原子核知識的設計特點
與化學教材對原子核的介紹僅涉及到原子核對核外電子的引力、“原子序數=核電荷數=質子數=核外電子數”這一數量關系以及核素和同位素的概念不同，物理教材在詳細介紹原子結構的基礎上更加突出對原子核的介紹。《物理選修3-5》第18章（原子結構）從電子的發現、原子的核式結構模型、氫原子光譜和波爾的原子模型這一人類探究原子結構的過程動態地介紹了人類對原子結構的發現史和原子理論的發展史，能夠很好地幫助學生從科學史的角度動態地理解和掌握原子結構知識。在介紹原子結構后，在第19章（原子核）對原子核做了詳細的介紹，設計編排了原子核的組成、放射性元素的衰變、探測射線的方法、放射性的應用與防護、核力與結合能、重核的裂變、核聚變以及粒子和宇宙共8節內容。《物理選修1-2》第3章（核能）沿著核物理學發展史從“放射性的發現”入手，在介紹原子的核式結構模型、原子核的組成以及質能方程的基礎上對原子核的放射性衰變、裂變和聚變做了介紹，并突出了“核能的利用”。《物理選修2-3》第5章（放射性與原子核）也是沿著核物理學發展史從“天然放射現象”入手，在介紹原子的核式結構模型、原子核的組成的基礎上介紹了原子核衰變，側重從技術應用的角度強調了核物理學與技術的結合，突出了“放射性同位素的應用”和“射線的探測和防護”。《物理選修2-3》第6章（核能與反應堆技術）在介紹核反應和核能的基礎上注重從技術應用的角度對核裂變和核聚變以及裂變反應堆和受控熱核反應的相關技術進行了介紹。
2. 化學教材對原子結構和核外電子知識的設計特點
與物理教材對原子結構和原子核做了詳細介紹而沒有詳細介紹核外電子排布和運動情況不同，化學教材在介紹原子結構的基礎上對核外電子排布和運動情況以及化學鍵的電子理論做了詳細的介紹。《化學2必修》第一節（元素周期表）首先介紹了元素周期表，并通過“元素的性質與原子結構”詳細介紹了典型的金屬元素——堿金屬元素和典型的非金屬元素——鹵族元素的性質與原子結構的特點，進而在介紹原子核外電子的排布的基礎上從原子結構和原子核外電子排布的規律性解釋了元素周期律。第二節（元素周期律）的第一部分“原子核外電子的排布”介紹了電子層和核外電子排布，并以表格的形式列出了“核電荷數為1～20的元素原子核外電子排布”情況。在此基礎上，在《化學選修3物質結構與性質》第一章（原子結構與性質）中，教材引入“能層與能級”的概念，在介紹電子在電子層（能層）中排布規律的基礎上介紹了能層與能級的關系以及電子在電子亞層（能級）中的排布情況，進而介紹了多電子原子的核外電子排布遵循的規律——構造原理。介紹核外電子排布后，教材接著對核外電子的運動情況進行介紹。教材簡要介紹“原子的行星模型”后，運用現代量子力學的觀點介紹了電子云與原子軌道。介紹了核外電子排布和核外電子運動情況后，教材運用核外電子排布和核外電子運動的知識從“原子結構與元素周期表”和“元素周期律”兩方面對元素的原子結構與性質進行介紹。20世紀初，在原子結構理論的基礎上建立了化學鍵的電子理論。共價鍵是現代化學鍵理論的核心。《化學選修3物質結構與性質》第一章（原子結構與性質）介紹原子結構理論后，第二章（分子結構與性質）和第三章（晶體結構與性質）介紹了化學鍵的電子理論。endprint
總之，高中物理和化學教材對原子知識均做了重點介紹，但由于學科背景和研究重點的差異，物理教材在介紹原子知識時在詳細介紹原子結構的基礎上突出了對原子核的介紹；而化學教材在介紹原子知識時重點突出了原子結構（尤其是核外電子排布）與元素的性質、元素周期表和元素周期律的關系，更注重對核外電子的介紹。
三、對物理和化學教材中原子知識的系統整合
在近代時期，知識的分化占主導地位；而在現代時期，知識的整合則占主導地位了。知識需要不斷地整合，產生一般性的高質量知識、綜合性知識和全面的知識，實現知識整體化，從而形成完整的知識體系[1]。高中各門課程作為學校所開設課程體系這個大系統中的子系統，它們之間必然有著密切的聯系[2]。物理與化學的關系更是唇齒相依、息息相關的，無論是從宏觀上還是從微觀上都是相輔相成、共同發展的[3]。對物理與化學的基礎知識進行整合是進行學科知識整合的基礎，是學生認知結構進行重組的關鍵，是幫助學生對物理與化學知識進行整合的重點[4]。我們在物理教學中幫助學生意義建構起原子結構和原子核知識體系的同時注重幫助學生將化學中的核外電子知識體系系統整合到所學知識系統，在化學教學中幫助學生意義建構起原子結構和核外電子知識體系的同時注重幫助學生將物理中的原子核知識體系系統整合到所學知識系統，這樣，必然能夠產生一般性的高質量知識、綜合性知識和全面的知識，通過知識系統的整體涌現實現“整體大于部分之和”的效果，幫助學生意義建構起完整的原子知識系統。
四、結語
總之，知識的生成和發展過程已經由知識的分化占主導地位轉變為知識的整合占主導地位，自然科學也在分科越來越細致、更加具體化的基礎上正逐漸走向統一與整合[6]。物理和化學作為自然科學中聯系最為緊密的兩門學科，其相互交叉和融合程度也必然越來越高。在教學中幫助學生從物理和化學兩門不同學科視角通過對物理教材介紹的原子結構和原子核知識與化學教材介紹的原子結構和核外電子知識進行對比分析和系統整合而構建起完整的原子知識系統，并以對原子知識的系統整合為起點對各學科知識體系進行系統整合，對幫助學生構建起符合素質教育要求的知識體系和培養學生綜合應用知識的能力大有裨益。
參考文獻
[1] 李喜先等.知識系統論[M].北京：科學出版社，2011：123
[2] 陳偉，謝鐵麗.系統學習法的學習方法指導——基于系統論的學習方法指導[J].學園·教育科研，2012，（11）：93-94
[3] 李曄，周青.學科教學之間的交叉與融合——對美國高中化學教材Prentice Hall
[4] 陳偉.賞析物體的平衡與化學平衡[J].科學教育，2012，（5）：57-58
[5] 宋心琦.化學選修3物質結構與性質[M].第2版，北京：人民教育出版社，2007：14
[6] 陳偉.對尖端放電與電解池電解的對比分析和系統整合[J].中學化學教學參考，2013，（5）：15-17
總之，高中物理和化學教材對原子知識均做了重點介紹，但由于學科背景和研究重點的差異，物理教材在介紹原子知識時在詳細介紹原子結構的基礎上突出了對原子核的介紹；而化學教材在介紹原子知識時重點突出了原子結構（尤其是核外電子排布）與元素的性質、元素周期表和元素周期律的關系，更注重對核外電子的介紹。
三、對物理和化學教材中原子知識的系統整合
在近代時期，知識的分化占主導地位；而在現代時期，知識的整合則占主導地位了。知識需要不斷地整合，產生一般性的高質量知識、綜合性知識和全面的知識，實現知識整體化，從而形成完整的知識體系[1]。高中各門課程作為學校所開設課程體系這個大系統中的子系統，它們之間必然有著密切的聯系[2]。物理與化學的關系更是唇齒相依、息息相關的，無論是從宏觀上還是從微觀上都是相輔相成、共同發展的[3]。對物理與化學的基礎知識進行整合是進行學科知識整合的基礎，是學生認知結構進行重組的關鍵，是幫助學生對物理與化學知識進行整合的重點[4]。我們在物理教學中幫助學生意義建構起原子結構和原子核知識體系的同時注重幫助學生將化學中的核外電子知識體系系統整合到所學知識系統，在化學教學中幫助學生意義建構起原子結構和核外電子知識體系的同時注重幫助學生將物理中的原子核知識體系系統整合到所學知識系統，這樣，必然能夠產生一般性的高質量知識、綜合性知識和全面的知識，通過知識系統的整體涌現實現“整體大于部分之和”的效果，幫助學生意義建構起完整的原子知識系統。
四、結語
總之，知識的生成和發展過程已經由知識的分化占主導地位轉變為知識的整合占主導地位，自然科學也在分科越來越細致、更加具體化的基礎上正逐漸走向統一與整合[6]。物理和化學作為自然科學中聯系最為緊密的兩門學科，其相互交叉和融合程度也必然越來越高。在教學中幫助學生從物理和化學兩門不同學科視角通過對物理教材介紹的原子結構和原子核知識與化學教材介紹的原子結構和核外電子知識進行對比分析和系統整合而構建起完整的原子知識系統，并以對原子知識的系統整合為起點對各學科知識體系進行系統整合，對幫助學生構建起符合素質教育要求的知識體系和培養學生綜合應用知識的能力大有裨益。
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總之，高中物理和化學教材對原子知識均做了重點介紹，但由于學科背景和研究重點的差異，物理教材在介紹原子知識時在詳細介紹原子結構的基礎上突出了對原子核的介紹；而化學教材在介紹原子知識時重點突出了原子結構（尤其是核外電子排布）與元素的性質、元素周期表和元素周期律的關系，更注重對核外電子的介紹。
三、對物理和化學教材中原子知識的系統整合
在近代時期，知識的分化占主導地位；而在現代時期，知識的整合則占主導地位了。知識需要不斷地整合，產生一般性的高質量知識、綜合性知識和全面的知識，實現知識整體化，從而形成完整的知識體系[1]。高中各門課程作為學校所開設課程體系這個大系統中的子系統，它們之間必然有著密切的聯系[2]。物理與化學的關系更是唇齒相依、息息相關的，無論是從宏觀上還是從微觀上都是相輔相成、共同發展的[3]。對物理與化學的基礎知識進行整合是進行學科知識整合的基礎，是學生認知結構進行重組的關鍵，是幫助學生對物理與化學知識進行整合的重點[4]。我們在物理教學中幫助學生意義建構起原子結構和原子核知識體系的同時注重幫助學生將化學中的核外電子知識體系系統整合到所學知識系統，在化學教學中幫助學生意義建構起原子結構和核外電子知識體系的同時注重幫助學生將物理中的原子核知識體系系統整合到所學知識系統，這樣，必然能夠產生一般性的高質量知識、綜合性知識和全面的知識，通過知識系統的整體涌現實現“整體大于部分之和”的效果，幫助學生意義建構起完整的原子知識系統。
四、結語
總之，知識的生成和發展過程已經由知識的分化占主導地位轉變為知識的整合占主導地位，自然科學也在分科越來越細致、更加具體化的基礎上正逐漸走向統一與整合[6]。物理和化學作為自然科學中聯系最為緊密的兩門學科，其相互交叉和融合程度也必然越來越高。在教學中幫助學生從物理和化學兩門不同學科視角通過對物理教材介紹的原子結構和原子核知識與化學教材介紹的原子結構和核外電子知識進行對比分析和系統整合而構建起完整的原子知識系統，并以對原子知識的系統整合為起點對各學科知識體系進行系統整合，對幫助學生構建起符合素質教育要求的知識體系和培養學生綜合應用知識的能力大有裨益。
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[6] 陳偉.對尖端放電與電解池電解的對比分析和系統整合[J].中學化學教學參考，2013，（5）：15-17
