人教版和翰林版化学教科书在对原子结构部分内容的编写特点与应用分析*

2017-01-29杨继男

中国现代教育装备 2017年22期

关键词：原子结构教科书原子

杨继男

杨继男

人教版高中化学教科书选修3和翰林版高中化学教科书《选修化学》针对“原子结构”部分内容在编写形式上存在很大的不同，两者在内容选材上又基本一致，在用人教版教科书教学时，可以借鉴翰林版教科书的图文辅助教学，以帮助学生理解原子结构的知识内容。

人教版；翰林版；高中化学教科书；原子结构；对比与应用

一、人教版教科书的编写顺序特点

“原子结构”部分内容出现在选修3《物质结构与性质》第一章《原子结构与性质》，是在必修2的基础上用图示简单介绍原子概念的建立及其发展和变化过程。原子结构的教材内容编写顺序为：先从原子的诞生到能层与能级，接着介绍构造原理和电子排布式、能量最低原理、基态和激发态、光谱，最后才是原子轨道和电子云，泡利原理和洪特规则。

本章依据课程标准对“物质结构与性质”模块的要求，依据本模块“主题1、原子结构与元素的性质”的要求内容的选取，充分考虑了初中化学和高中化学必修2中的原子结构的知识的基础，注意知识的衔接与深化。

在第一节原子结构中，教科书不再重复建立原子结构的概念，而是直接介绍核外电子的能层(即电子层)和能级(即电子亚层)的概念，给出每一能层有几个能级，每个能级最多可以容纳几个电子，教科书没有介绍原子核的组成，有了能层和能级的概念，直接给出构造原理，并根据构造原理进行核外电子排布；有了构造原理，又由构造原理引出能量最低原理，并同时引出基态和激发态的概念，以及原子光谱。由于第二章介绍共价键时需要涉及电子云和原子轨道等概念，该节在描述原子核外电子的运动时介绍了这两个概念，有了原子轨道的概念，结合原子核外电子的电子排布图，介绍了泡利原理和洪特规则。本节内容在陈述方式上可以说是一种倒叙式，即直接给出知识，而不加以理论上解释，如把构造看作是一个经验规律，直接给出了原子核外电子排布的次序。但随着学习的不断深入，前面直接给出的一些结论性的知识不断得到解释。

二、翰林版教科书的编写顺序特点

“原子构造”部分内容出现在翰林版教科书《选修化学(上》)，从量子力学理论角度出发来研究原子结构，从理论的角度出发来介绍原子结构。编写顺序如下。

(1)由“电磁波为研究原子构造极有用的工具”，先讨论电磁波与能量的关系、氢原子光谱与芮得柏方程。

(2)介绍波尔的氢原子模型与氢原子能阶。“各种不同原子具有不同的能阶，因此，不同的原子具有不同的原子光谱，因而探究遥远恒星发出的光谱，可得知其主要组成为何”。此节内容主要讨论原子结构与光谱之间的关系，内容较为深奥，从定量角度介绍能阶公式，引出主量子数、基态、激发态、游离能等概念。

(3)原子轨道。电子的波粒性对于原子构造的了解有很大的帮助，本节介绍由此概念衍生出的量子数与原子轨道理论。编写顺序是按人类对原子结构的认识研究顺序编写，科学家提出轨道(orbitall)这个名词描述电子在原子中的空间分布情形，科学家用3个量子数来描述轨域，分别是主量子数n，角量子数l和磁量子数ml。此外还引入自旋量子数ms。介绍原子轨道的形状，常用电子云的方式表示轨道。

(4)探讨原子中电子在轨道的分布情况，称电子组态，即原子中电子在能阶中分布的表示法，一般指量稳定之基态原子的电子排列方式。介绍多电子原子的电子填入轨道道时必须遵守3个规则：构造原理(递建原理)、包立不相容原理，与洪德定则。还介绍另一种表示电子排列方式轨道图，详细介绍了1-36号元素的电子组态，还介绍了价电子，价轨道等概念，以及周期表可分为s，p，d，f四区。

(5)由周期表的原子电子排列方式，元素性质的周期性和原子的电子组态有密切关系，本节研究讨论元素的原子半径，游离能与电负度的趋势。

本节有4道计算题范例，配有练习题4题。共有7个范例题。

三、教学应用

在使用人教版教科书进行教学时，可以根据学生的认识发展规律，借鉴翰林版教科书对原子结构认识的顺序，适当调整教学顺序，使教学更有利于学生学习。笔者在教学中采用的教学思路设计如下。

按照1-原子诞生、能层与能级；2-电子云与原子轨道、电子排布式；3-构造原理、泡利原理和洪特规则；4-能量最低原理，基态与激发态、光谱的顺序进行教学。

第一课时，先介绍原子的诞生，引起学生的兴趣。接着复习提问：“现在你们已经知道原子由原子核和核外电子构成，那么人们对原子结构的认识经历了什么样的过程大家知道吗？”然后利用第一章的章图和结合PPT介绍人类对原子结构的认识。设计意图为通过原子结构模型的演变，使学生了解人类探索物质结构的价值、方法等，达到培养学生的教学目标。

然后提问，“原子核外电子是如何运动的？”引出能层和能级的概念。利用“学与问1”的问题，引导学生归纳得出能层与能级数之间关系，可得出每个能级最多容纳的电子数。

第二课时提问：“为什么每个能级容纳的最多电子数依次是1，3，5，7……的2倍”？引出电子云和原子轨道的概念，由PPT展示s，p，d电子云轮廓图，再利用表1-2讨论，得出(s，p，d，f……)不同能层的能级，原子轨道数及电子云轮廓图之间的关系，即s，p，d，f……能级数等于原子轨道数。再归纳出每个能层的原子轨道总数，比较每个能层容纳的最多电子数，从而得出每个轨道最多可容纳2个电子。由原子结构示意图介绍电子排布式，让学生根据练习书写C，N，O，F和Si，P，S，Cl的电子排布式。

提问：“多电子原子的核外电子排布要遵循什么规律呢？”引出构造原理。在了解构造原理的基础上，利用“思考与交流2”，让学生思考后，再练习书写简化的电子排布式。

让学生练习书写原子序数为22号至36号元素的电子排布式后再让学生对比元素周期表中的价层电子排布式，看看它们有什么不同？当学生发现24号铬和29号铜与按构造原理写出的电子排布式不同时，会产生疑问，然后再引出电子排布还要遵守泡利原理和洪特规则。

第三课时，泡利原理的内容学生并不觉得有什么困难，然后介绍用电子排布图表示电子排布。先介绍Li的电子排布图，然后要求学生写出Be的电子排布图，利用[学与问]让学生判断硼的正确电子排布图。由2的判断，引出洪特规则。介绍洪特规则后，让学生练习习书写N，O，P，Ne的电子排布图。此时可向学生介绍未成对电子概念。

由洪特规则提到的基态原子引出能量最低原理、基态、激发态、光谱。强调原子的核外电子排布同时遵守构造原理、泡利原理和洪特规则时，就是遵守能量最低原理。由于课程标准对光谱的要求较低，即知道原子核外电子在一定条件下会发生跃迁，了解其简单应用。故当学生知道外电子对排布规律，遵循能量最低原理时原子处于基态，吸收能量后使能量高的电子发生跃迁产生吸收光谱；处于激发态，当从激发态能量高的能级跃迁回能量低的能级或基态时，会释放能量，产生发射光谱。介绍不同元素原子产生的原子光谱不同，可用于元素鉴定。然后让学生阅读第一节的两篇科学史话。让学生感悟科学精神与科学方法，达到情感态度价值观的三维教学目标。