《原子物理学》教材分层使用的思考

徐晓梅 应希

（云南师范大学物理与电子信息学院 云南 昆明 650500）

1 引言

教材是教与学基本内容的书面材料，它既是培养人才、传播知识、开发智能和培养能力的工具，体现了教育思想、培养目标、教学内容和教学方法，也是深入教学改革提高教学质量的重要保证，对学生知识结构的形成和教师的教学过程都有着重要的指导和参考作用，是实现教学目的的主要手段，在教学改革中处于先导与核心地位.因此，对教材进行比较、分析研究将有重要的意义.

原子物理学在大学物理类专业教学中占有重要地位.目前，常用的原子物理学教材有10多种，根据各高校选用的一般情况，挑选出了较为典型的3种教材［1～3］进行比较.通过比较，了解各教材的特点，对教师如何选用适合本校教学要求的教材，以及对教师如何指导学生按自己的基本学习目标及要求采用不同特色的学习参考书给出建议.为班级教学层次上的分层指导作教材准备，有利于学生学习，且利于促进教材改革和教学改革的发展和完善.

2 三本原子物理学教材的分析比较

文献［1］是我国经历了10年浩劫之后所编的第一套高校教材，对后来的教材编写有较大的影响，在1987年国家教育委员会举办的全国优秀教材评选中获国家教委一等奖.该书以说明原子结构为中心，从大量实验事实和总结出的规律，汇总到原子结构的全貌，在围绕中心目标述及有关实验事实和规律时，也提到当时该领域的重要应用.文献［2］是教育部“高等教育面向21世纪教学内容和课程体系改革计划”的研究成果，是面向21世纪的课程教材.该书第一版在1987年国家教育委员会举办的全国优秀教材评选中获全国优秀奖，第四版在前三版的基础上作了精心的修改和补充.该书从实验事实出发，以阐述原子结构为中心，结合原子物理学的发展史，联系实际应用和科研前沿，深入浅出地讨论了原子物理学的基本内容，其中不少是作者的科研成果，水平较高.该书贯彻了作者“培养学生智能”的编写意图.文献［3］是为了加强师范专科学校的教材建设，改变师专没有适合自己特色的教材的局面，由国家教委主持，组织师专有多年教学经验的教师在1990年出版的师专专用教材的基础上于1998年修订的.该书坚持面向中学物理教学，加强基本理论与实际应用之间的联系，对中学教材中涉及的内容讲述特别详细，训练较多.

2.1 对知识内容的比较

2.1.1 知识内容的选取及其所占比重

为了用统计的方法进行比较，故按通常的方法把《原子物理学》内容分成12个部分［4］，分别为原子的基本状况、原子的能级和辐射、量子力学初步、碱金属原子和电子的自旋、多电子原子、在磁场中的原子、原子的壳层结构、X射线、分子结构和分子光谱、原子核、基本粒子、超精细相互作用.

3本教材所包含的内容章节分别为，文献［1］共11章68节，文献［2］共8章45节，文献［3］共9章49节.表1和表2针对3本教材对上面12个部分的内容做了统计（每个部分所包含的内容以文献［1］划分为准）.表1对3本教材12个部分的内容所含节数和教材的总节数做出统计，二者的比值定义为该部分内容在教材中的比重值.表2对3本教材中12个部分的内容所占的页数和该教材总页数（均不包括习题、小结、12个部分内容外的附录）作出统计，二者的比值定义为该部分内容在教材中的比重值.

表1 12个部分内容所占节数在教材中所占比重

表2 12个部分内容所占页数在教材中所占比重

2.1.2 具体的知识内容

（1）原子的基本状况

相同点：3本教材都讲述了原子的大小、汤姆孙原子模型、卢瑟福原子的核式结构模型、卢瑟福公式的推导、粒子散射实验验证.

不同点：文献［2］介绍了原子物理学产生的背景以及行星模型的意义及困难，文献［1］简要介绍了同位素.

（2）原子的能级和辐射

相同点：都讲述了玻尔模型以及玻尔模型的两个实验验证（氢原子光谱、夫兰克 －赫兹实验）、玻尔－索末菲模型、量子化通则、玻尔的对应原理及玻尔模型的地位.

不同点：文献［2］比文献［1］和文献［3］多介绍了玻尔理论产生的历史背景.

（3）量子力学初步

相同点：都讲述了光的波粒二象性、德布罗意假设、戴维逊 －革末实验、德布罗意波和量子态、测不准原理、波函数及其统计解释.

不同点：文献［2］还介绍了平均值与算符.

（4）碱金属原子和电子的自旋

相同点：都讲述了原子中电子轨道运动的磁矩、原子实极化与轨道贯穿作用、电子自旋假设、碱金属原子光谱及其精细结构、单电子跃迁选择定则.

不同点：文献［3］没有详细讲述氢原子光谱的精细结构与蓝姆移动.

（5）多电子原子

相同点：都讲述了氢原子光谱的实验规律和能级、两个电子的耦合、电子组态、L-S和J-J角动量耦合及其法则、泡利不相容原理.

不同点：文献［1］还介绍了复杂原子光谱的一般规律及镁的光谱和能级，文献［3］没有讲述同科电子.

（6）在磁场中的原子

相同点：都讲述了朗德因子g的计算方法、拉莫尔旋进、原子受磁场作用的附加能量、史特恩 －盖拉赫实验的解释、塞曼效应及理论解释、磁共振.

不同点：文献［2］对磁共振的讲述放在附录中，文献［3］对塞曼效应仅作为选学内容，另外，文献［3］只是简要介绍了磁共振法测原子核磁矩，在磁共振内容上不如文献［1，2］详细.

（7）原子的壳层结构

相同点：都讲述了元素周期表的周期性、电子填充壳层的原则.

不同点：文献［2］利用原子的壳层结构对电离能变化进行了解释.

（8）X射线

相同点：文献［1］和文献［2］都介绍了X射线的发现及其波性、X射线产生的机制和特征、康普顿散射、X射线的吸收.

不同点：文献［3］对该部分内容作为选学内容，仅介绍了X射线的产生以及X射线的连续谱、标识谱和X射线的特性与应用.

（9）基本粒子

相同点：文献［1］和文献［3］都讲述了基本粒子和粒子的相互作用、守恒定律、夸克模型.

不同点：文献［2］没有对该部分内容进行讲述.文献［1］还介绍了粒子的共振态、电磁相互作用以及弱相互作用.

从上面的比较可以看出，文献［3］对基本知识内容的要求不如文献［1，2］高.文献［1，2］对相同部分内容的介绍有相同之处也有不同之处，相同部分的内容所含知识点相差不大，且都比文献［3］全面.不同之处有，文献［2］在讲述相关内容之前都会介绍一下本部分内容产生的历史背景，也会在内容之中穿插一些问题，这有利于提高学生学习兴趣，并且在每部分内容之后都有相关的附录知识，虽然附录知识有一定的难度，但对感兴趣的学生来说却是一笔不小的财富.

2.1.3 教材习题

（1）习题数量

3本教材中的习题数及所占比重如表3所示.

表3 三本教材的习题数所占比重

（2）习题的要求

文献［1，2］的习题都是些计算或证明题，具有一定的难度，而文献［3］在每章后习题的前几道均为简答题，考察学生对概念模型的基本理解，计算题或证明题的难度没有文献［1，2］高.因此，虽然文献［3］的习题最多，但习题难度对学生的要求却是较低的，强调了对基本内容的最基本把握.

2.2 对知识体系结构的比较

2.2.1 教材结构形式

文献［1］的体系结构有前言、绪论、正文、习题、常用物理常数、参考书籍、外国人名表、索引组成.文献［2］有序言、绪论、每章之前的一两段名人语录、正文、小结、习题、每章附录附表、附录、习题答案（部分）、名词索引、人名索引（部分）组成.文献［3］由绪论、正文、小结、问题与习题、后记、附录（基本常数、元素周期表）组成.可见，文献［1，2］的体系结构比文献［3］更具多样化.其次，文献［2］和文献［3］在每章后都做了小结，有利于学生归纳和总结.此外，从比较可以明显看出文献［2］比文献［1］和文献［3］多出了每章之前的一两段名人语录、每章附录这两部分内容，这也显现出了文献［2］的特色.

2.2.2 知识内容编排

文献［1］和文献［2］在介绍完原子的基本状况、原子的能级和辐射后就引入了量子力学初步，随后讲述了碱金属原子、多电子原子、在磁场中的原子、原子的壳层结构、X射线的内容，而文献［3］则是在讲述完上述内容以后才引入量子力学初步.虽然量子力学初步这一章在原子物理学教材中只需定性掌握，但却是必不可少的.在原子的能级和辐射一章中讲述了玻尔模型，引入了量子化条件，在碱金属原子以及多电子原子内容中进一步用到了量子力学的相关内容，所以文献［1］和文献［2］在对量子力学初步内容的编排上使得前后内容衔接更为紧密，易于学生理解.

另外，文献［2］把碱金属原子和在磁场中的原子这两部分内容合并为原子的精细结构一章进行讲述，随后才介绍多电子原子.而文献［1］把多电子原子一章插到碱金属原子和在磁场中的原子两章中间进行讲述.文献［3］则把在磁场中的原子、原子的壳层结构以及X射线合并到多电子原子一章中进行讲述.从教材的编排可以看出，在对碱金属原子、多电子原子、磁场中的原子、原子的壳层结构内容的讲解上，文献［1］分为4章，讲解最为详细，文献［2］分为两章，使得衔接较为紧密，文献［3］也分为两章，但对内容的讲述深度较浅.

在对原子核内容的讲述上，3种教材有着较大的区别，文献［2］和文献［1］都把该内容做为一章进行讲述，但文献［2］讲述的深度较深.而文献［3］则把该内容分为3章来讲述，使得原子核部分在文献［3］中占的比重较大，从而减少了其他内容所占的比重.

2.3 对学生能力培养的比较

文献［2］在对一个知识点进行讲解时，往往先介绍其历史背景，再讲述知识点，然后介绍相关知识点的应用举例，提供解决某些问题的多种方法，不少方法相当值得借鉴，对某些知识点给出了思考题，留给学生解决.文献［1］只对知识点进行详细讲述，对其产生的历史背景和应用举例讲述得很少，解决问题的方法也比较传统.文献［3］对某些知识点讲述得过细，而对另一些知识点则轻描淡写或直接略过.

下面用3本教材对“泡利不相容原理与＊同科电子”的讲解为例作一比较.文献［2］对该知识点的讲解中依次介绍了历史回顾、泡利不相容原理的叙述、应用举例、同科电子的合成状态.在应用举例中利用泡利不相容原理解释了氦原子基态、原子的大小、金属中的电子、原子核内独立核子运动、核子内的有色夸克5个问题.在同科电子合成的状态中介绍了斯莱特方法.文献［1］仅介绍了泡利不相容原理的叙述和同科电子的合成状态，处理同科电子的合成状态的方法是传统的组合法，过程繁杂且容易出错，不如斯莱特方法应用得巧妙.文献［3］则仅介绍了泡利不相容原理，没有对同科电子进行讲述.

另外，从习题数量、习题难度综合比较可以看出，文献［2］更能培养学生提出问题、应用知识解决问题的能力.文献［2］的另一个特点在于随时给出一些不同深度的思考题，有些甚至是“世界难题”，从而培养了学生的自学能力、思维能力、研究能力.

3 对三本教材选用及学生学习分层指导的思考

教材是教学的基本要素之一，也是深化教育教学改革、全面推进素质教育、保障和提高教学质量的基础，培养创新人才的重要保证.所以，教材的选用要以科学的发展观为指导，强化以人为本，教材为学生服务的理念［5］.因为每所学校都有自己的特色和专业优势，对专门人才的培养要求都不是一种模式.表现在选用教材上要适合本校的专业特色和课程要求.选用的教材不但要符合专业培养方向的要求，也要符合教学大纲和学时的规定，符合学生的接受能力和知识水平，因此，强调教材的适用性就显得尤其重要.

通过对3种《原子物理学》教材在知识内容、体系结构、能力培养的比较分析，可以看出，文献［3］较注重基本概念、基本规律和基础理论的分析论述，但在知识内容方面不如文献［1，2］全面，难度也最低，适用于作为师专（院）类教材；文献［1，2］在内容方面比较全面，其中，文献［1］条理清晰，讲得细致，它的科学性和系统性非常适合教学，被国家教委指定为高等学校教学推荐用书，已多次重印出版，具有“好讲、好学”的特点，但一直没有修订过，与文献［2］相比显得有些陈旧，而且缺乏新概念、新成果，该书适合作为本科生或专科生教材；文献［2］内容充实、新颖，语言风趣、幽默，并吸收了作者许多最新研究成果，而得到业内专家学者的一致好评.该书具有注重单位、历史、物理常量、实验等特点，书中除不时插入介绍科学研究方法外，还在每一章中随时提出一些不同类型的思考题，并先后列出了178篇中外参考文献，这在国内一般的教科书中是少见的，其用意是积极鼓励学生通过查阅、思考和写读书报告来加强对“智能”的训练，事实上也确实收到了较好的教学效果.另外，每章后的阅读材料极大地扩展了学生的视野，使学生的综合素质得到提高，培养了学生创新思维的形成，该书适合作为本科生教材，也可供有关科技人员作为参考.

另一方面，根据近几年来笔者对学生学习情况的调查看，目前一个教学班中的学生，除基础有差异外，更重要的是他们的求职期望不同，对学习的目标要求、能投入的时间和精力有较大的差异.所以，在根据学校基本教学要求选用一种教材后，在班级教学中，可以提供给学生不同的教学参考教材进行选择.对于只需或只能达到最基本要求的学生，可以文献［3］为主体，抓最基本的知识体系和思想方法及基本能力要求.对学有余力的学生，可以文献［2］为主体，在把握基础的前提下，加强“智能”训练，提高其提出问题、解决问题的能力.文献［1］跳跃小，条理清楚，可读性好，学习难度介于文献［2］和文献［3］之间，可作为班级基本要求.实践几年的结果表明，学生各有教材为基本依托，在教学基本要求下，可以有较为明确的自我安排.

教材作为教师和学生实施教学活动的基本材料，根据培养目标、要求，考虑学生实际情况，恰当地选用及推荐参考使用，对学生有效学习尤为重要.一味地降低要求，或一味地求高、求全、求新，都无益于学生的培养.

1 褚圣麟.原子物理学.北京：人民教育出版社，1979

2 杨福家.原子物理学（第四版）.北京：高等教育出版社，2008

3 周绍森，范成.原子物理学 （修订版）.上海：华东师范大学出版社，1996

4 李庚伟，邵素珍.对两本《原子物理学》教材的统计及评价.渤海大学学报 （自然科学版），2004，25（2）：156 ～157

5 王慧丽，张奎纯.简论提高教材选用质量.沈阳建筑大学学报（社会科学版），2006，8（3）：285～286