整合高中物理和化学教材内容构建原子知识系统
2014-09-26 23:22陈伟
化学教与学 2014年9期
摘要：在简介人教版高中物理和化学教材中原子知识内容的基础上，对人教版高中物理和化学教材中原子知识设计特点进行对比分析，进而对物理和化学教材中原子知识进行系统整合，以期对学界进行相关内容的教学有所启示。
关键词：原子知识；原子结构知识；原子核知识；核外电子知识
文章编号：1008-0546（2014）09-0060-03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2014.09.021
原子知识是人类对物质微观结构认识的成果，在物理和化学学科知识体系中均居于十分重要的位置。原子结构和原子核知识是核物理学的基础，原子结构和核外电子知识是理解元素的性质、元素周期表和元素周期律的理论基础。原子是由原子核和核外电子共同构成的有机整体，原子知识也理应是由原子结构知识、原子核知识和核外电子知识共同构成的知识系统。然而，从现有文献和教学实践情况来看，学界在进行相关内容教学时并未通过对物理和化学教材中原子知识设计特点进行对比分析、通过对物理和化学教材中原子知识进行系统整合来帮助学生构建起完整的原子知识系统。本文在简介人教版高中物理和化学教材中原子知识内容的基础上对物理和化学教材中原子知识设计特点进行对比分析，进而对物理和化学教材中原子知识进行系统整合，以期引导学界在进行物理教学时，帮助学生在理解、掌握原子结构和原子核知识的基础上，将其与化学学科中的原子结构和核外电子知识进行对比分析和系统整合，在进行化学教学时帮助学生在理解、掌握原子结构和核外电子知识的基础上，将其与物理学科中的原子结构和原子核知识进行对比分析和系统整合，进而帮助学生构建起完整的原子知识系统。
一、人教版高中物理和化学教材中原子知识的内容
人教版高中物理教材（下文简称物理教材）把对原子结构和原子核知识的系统介绍设计编排在选修3系列（比较完整和综合的物理学内容的教材系列）的《物理选修3-5》，将原子结构和原子核知识与社会科学和人文学科的融合设计编排在选修1系列（物理学与社会科学和人文学科的融合的教材系列）的《物理选修1-2》，将原子结构和原子核知识与技术的结合设计编排在选修2系列（物理学与技术的结合的教材系列）的《物理选修2-3》，具体章节目录见表1。
人教版高中化学教材（下文简称化学教材）首先在《化学2必修》中结合元素周期表和元素周期律介绍了原子结构并运用原子结构知识解释了元素的性质、元素周期表和元素周期律，在《化学选修3物质结构与性质》中更为深入地介绍了核外电子排布和运动以及与分子结构和晶体结构相关的化学键的电子理论，具体章节目录见表2。
二、对物理和化学教材中原子知识设计特点的对比分析
从上述相关内容的章节目录可以看出，人教版高中物理和化学教材都对原子知识进行了介绍，然而由于学科背景和对原子研究的侧重点不同，两门学科在介绍原子知识时的侧重点有所不同。
1. 物理教材对原子结构和原子核知识的设计特点
与化学教材对原子核的介绍仅涉及到原子核对核外电子的引力、“原子序数=核电荷数=质子数=核外电子数”这一数量关系以及核素和同位素的概念不同，物理教材在详细介绍原子结构的基础上更加突出对原子核的介绍。《物理选修3-5》第18章（原子结构）从电子的发现、原子的核式结构模型、氢原子光谱和波尔的原子模型这一人类探究原子结构的过程动态地介绍了人类对原子结构的发现史和原子理论的发展史，能够很好地帮助学生从科学史的角度动态地理解和掌握原子结构知识。在介绍原子结构后，在第19章（原子核）对原子核做了详细的介绍，设计编排了原子核的组成、放射性元素的衰变、探测射线的方法、放射性的应用与防护、核力与结合能、重核的裂变、核聚变以及粒子和宇宙共8节内容。《物理选修1-2》第3章（核能）沿着核物理学发展史从“放射性的发现”入手，在介绍原子的核式结构模型、原子核的组成以及质能方程的基础上对原子核的放射性衰变、裂变和聚变做了介绍，并突出了“核能的利用”。《物理选修2-3》第5章（放射性与原子核）也是沿着核物理学发展史从“天然放射现象”入手，在介绍原子的核式结构模型、原子核的组成的基础上介绍了原子核衰变，侧重从技术应用的角度强调了核物理学与技术的结合，突出了“放射性同位素的应用”和“射线的探测和防护”。《物理选修2-3》第6章（核能与反应堆技术）在介绍核反应和核能的基础上注重从技术应用的角度对核裂变和核聚变以及裂变反应堆和受控热核反应的相关技术进行了介绍。
2. 化学教材对原子结构和核外电子知识的设计特点
与物理教材对原子结构和原子核做了详细介绍而没有详细介绍核外电子排布和运动情况不同，化学教材在介绍原子结构的基础上对核外电子排布和运动情况以及化学键的电子理论做了详细的介绍。《化学2必修》第一节（元素周期表）首先介绍了元素周期表，并通过“元素的性质与原子结构”详细介绍了典型的金属元素——碱金属元素和典型的非金属元素——卤族元素的性质与原子结构的特点，进而在介绍原子核外电子的排布的基础上从原子结构和原子核外电子排布的规律性解释了元素周期律。第二节（元素周期律）的第一部分“原子核外电子的排布”介绍了电子层和核外电子排布，并以表格的形式列出了“核电荷数为1～20的元素原子核外电子排布”情况。在此基础上，在《化学选修3物质结构与性质》第一章（原子结构与性质）中，教材引入“能层与能级”的概念，在介绍电子在电子层（能层）中排布规律的基础上介绍了能层与能级的关系以及电子在电子亚层（能级）中的排布情况，进而介绍了多电子原子的核外电子排布遵循的规律——构造原理。介绍核外电子排布后，教材接着对核外电子的运动情况进行介绍。教材简要介绍“原子的行星模型”后，运用现代量子力学的观点介绍了电子云与原子轨道。介绍了核外电子排布和核外电子运动情况后，教材运用核外电子排布和核外电子运动的知识从“原子结构与元素周期表”和“元素周期律”两方面对元素的原子结构与性质进行介绍。20世纪初，在原子结构理论的基础上建立了化学键的电子理论。共价键是现代化学键理论的核心。《化学选修3物质结构与性质》第一章（原子结构与性质）介绍原子结构理论后，第二章（分子结构与性质）和第三章（晶体结构与性质）介绍了化学键的电子理论。endprint
总之，高中物理和化学教材对原子知识均做了重点介绍，但由于学科背景和研究重点的差异，物理教材在介绍原子知识时在详细介绍原子结构的基础上突出了对原子核的介绍；而化学教材在介绍原子知识时重点突出了原子结构（尤其是核外电子排布）与元素的性质、元素周期表和元素周期律的关系，更注重对核外电子的介绍。
三、对物理和化学教材中原子知识的系统整合
在近代时期，知识的分化占主导地位；而在现代时期，知识的整合则占主导地位了。知识需要不断地整合，产生一般性的高质量知识、综合性知识和全面的知识，实现知识整体化，从而形成完整的知识体系[1]。高中各门课程作为学校所开设课程体系这个大系统中的子系统，它们之间必然有着密切的联系[2]。物理与化学的关系更是唇齿相依、息息相关的，无论是从宏观上还是从微观上都是相辅相成、共同发展的[3]。对物理与化学的基础知识进行整合是进行学科知识整合的基础，是学生认知结构进行重组的关键，是帮助学生对物理与化学知识进行整合的重点[4]。我们在物理教学中帮助学生意义建构起原子结构和原子核知识体系的同时注重帮助学生将化学中的核外电子知识体系系统整合到所学知识系统，在化学教学中帮助学生意义建构起原子结构和核外电子知识体系的同时注重帮助学生将物理中的原子核知识体系系统整合到所学知识系统，这样，必然能够产生一般性的高质量知识、综合性知识和全面的知识，通过知识系统的整体涌现实现“整体大于部分之和”的效果，帮助学生意义建构起完整的原子知识系统。
四、结语
总之，知识的生成和发展过程已经由知识的分化占主导地位转变为知识的整合占主导地位，自然科学也在分科越来越细致、更加具体化的基础上正逐渐走向统一与整合[6]。物理和化学作为自然科学中联系最为紧密的两门学科，其相互交叉和融合程度也必然越来越高。在教学中帮助学生从物理和化学两门不同学科视角通过对物理教材介绍的原子结构和原子核知识与化学教材介绍的原子结构和核外电子知识进行对比分析和系统整合而构建起完整的原子知识系统，并以对原子知识的系统整合为起点对各学科知识体系进行系统整合，对帮助学生构建起符合素质教育要求的知识体系和培养学生综合应用知识的能力大有裨益。
参考文献
[1] 李喜先等.知识系统论[M].北京：科学出版社，2011：123
[2] 陈伟，谢铁丽.系统学习法的学习方法指导——基于系统论的学习方法指导[J].学园·教育科研，2012，（11）：93-94
[3] 李晔，周青.学科教学之间的交叉与融合——对美国高中化学教材Prentice Hall
[4] 陈伟.赏析物体的平衡与化学平衡[J].科学教育，2012，（5）：57-58
[5] 宋心琦.化学选修3物质结构与性质[M].第2版，北京：人民教育出版社，2007：14
[6] 陈伟.对尖端放电与电解池电解的对比分析和系统整合[J].中学化学教学参考，2013，（5）：15-17
总之，高中物理和化学教材对原子知识均做了重点介绍，但由于学科背景和研究重点的差异，物理教材在介绍原子知识时在详细介绍原子结构的基础上突出了对原子核的介绍；而化学教材在介绍原子知识时重点突出了原子结构（尤其是核外电子排布）与元素的性质、元素周期表和元素周期律的关系，更注重对核外电子的介绍。
三、对物理和化学教材中原子知识的系统整合
在近代时期，知识的分化占主导地位；而在现代时期，知识的整合则占主导地位了。知识需要不断地整合，产生一般性的高质量知识、综合性知识和全面的知识，实现知识整体化，从而形成完整的知识体系[1]。高中各门课程作为学校所开设课程体系这个大系统中的子系统，它们之间必然有着密切的联系[2]。物理与化学的关系更是唇齿相依、息息相关的，无论是从宏观上还是从微观上都是相辅相成、共同发展的[3]。对物理与化学的基础知识进行整合是进行学科知识整合的基础，是学生认知结构进行重组的关键，是帮助学生对物理与化学知识进行整合的重点[4]。我们在物理教学中帮助学生意义建构起原子结构和原子核知识体系的同时注重帮助学生将化学中的核外电子知识体系系统整合到所学知识系统，在化学教学中帮助学生意义建构起原子结构和核外电子知识体系的同时注重帮助学生将物理中的原子核知识体系系统整合到所学知识系统，这样，必然能够产生一般性的高质量知识、综合性知识和全面的知识，通过知识系统的整体涌现实现“整体大于部分之和”的效果，帮助学生意义建构起完整的原子知识系统。
四、结语
总之，知识的生成和发展过程已经由知识的分化占主导地位转变为知识的整合占主导地位，自然科学也在分科越来越细致、更加具体化的基础上正逐渐走向统一与整合[6]。物理和化学作为自然科学中联系最为紧密的两门学科，其相互交叉和融合程度也必然越来越高。在教学中帮助学生从物理和化学两门不同学科视角通过对物理教材介绍的原子结构和原子核知识与化学教材介绍的原子结构和核外电子知识进行对比分析和系统整合而构建起完整的原子知识系统，并以对原子知识的系统整合为起点对各学科知识体系进行系统整合，对帮助学生构建起符合素质教育要求的知识体系和培养学生综合应用知识的能力大有裨益。
参考文献
[1] 李喜先等.知识系统论[M].北京：科学出版社，2011：123
[2] 陈伟，谢铁丽.系统学习法的学习方法指导——基于系统论的学习方法指导[J].学园·教育科研，2012，（11）：93-94
[3] 李晔，周青.学科教学之间的交叉与融合——对美国高中化学教材Prentice Hall
[4] 陈伟.赏析物体的平衡与化学平衡[J].科学教育，2012，（5）：57-58
[5] 宋心琦.化学选修3物质结构与性质[M].第2版，北京：人民教育出版社，2007：14
[6] 陈伟.对尖端放电与电解池电解的对比分析和系统整合[J].中学化学教学参考，2013，（5）：15-17
总之，高中物理和化学教材对原子知识均做了重点介绍，但由于学科背景和研究重点的差异，物理教材在介绍原子知识时在详细介绍原子结构的基础上突出了对原子核的介绍；而化学教材在介绍原子知识时重点突出了原子结构（尤其是核外电子排布）与元素的性质、元素周期表和元素周期律的关系，更注重对核外电子的介绍。
三、对物理和化学教材中原子知识的系统整合
在近代时期，知识的分化占主导地位；而在现代时期，知识的整合则占主导地位了。知识需要不断地整合，产生一般性的高质量知识、综合性知识和全面的知识，实现知识整体化，从而形成完整的知识体系[1]。高中各门课程作为学校所开设课程体系这个大系统中的子系统，它们之间必然有着密切的联系[2]。物理与化学的关系更是唇齿相依、息息相关的，无论是从宏观上还是从微观上都是相辅相成、共同发展的[3]。对物理与化学的基础知识进行整合是进行学科知识整合的基础，是学生认知结构进行重组的关键，是帮助学生对物理与化学知识进行整合的重点[4]。我们在物理教学中帮助学生意义建构起原子结构和原子核知识体系的同时注重帮助学生将化学中的核外电子知识体系系统整合到所学知识系统，在化学教学中帮助学生意义建构起原子结构和核外电子知识体系的同时注重帮助学生将物理中的原子核知识体系系统整合到所学知识系统，这样，必然能够产生一般性的高质量知识、综合性知识和全面的知识，通过知识系统的整体涌现实现“整体大于部分之和”的效果，帮助学生意义建构起完整的原子知识系统。
四、结语
总之，知识的生成和发展过程已经由知识的分化占主导地位转变为知识的整合占主导地位，自然科学也在分科越来越细致、更加具体化的基础上正逐渐走向统一与整合[6]。物理和化学作为自然科学中联系最为紧密的两门学科，其相互交叉和融合程度也必然越来越高。在教学中帮助学生从物理和化学两门不同学科视角通过对物理教材介绍的原子结构和原子核知识与化学教材介绍的原子结构和核外电子知识进行对比分析和系统整合而构建起完整的原子知识系统，并以对原子知识的系统整合为起点对各学科知识体系进行系统整合，对帮助学生构建起符合素质教育要求的知识体系和培养学生综合应用知识的能力大有裨益。
参考文献
[1] 李喜先等.知识系统论[M].北京：科学出版社，2011：123
[2] 陈伟，谢铁丽.系统学习法的学习方法指导——基于系统论的学习方法指导[J].学园·教育科研，2012，（11）：93-94
[3] 李晔，周青.学科教学之间的交叉与融合——对美国高中化学教材Prentice Hall
[4] 陈伟.赏析物体的平衡与化学平衡[J].科学教育，2012，（5）：57-58
[5] 宋心琦.化学选修3物质结构与性质[M].第2版，北京：人民教育出版社，2007：14
[6] 陈伟.对尖端放电与电解池电解的对比分析和系统整合[J].中学化学教学参考，2013，（5）：15-17
