以物理基本观念建构为中心的“氢原子光谱”教学策略

于洪雨

摘 要 通過分析原子结构内容教学的特点及其所蕴含的物理基本观念，提出了物理基本观念对高中物理物质科学内容教学的重要性。以“氢原子光谱”为例，探讨了以学生物理基本观念建构为中心的教学策略，通过对目前高中学生物理基本观念的水平进行分析，确定了以基本观念为中心的教学思路。

关键词 氢原子光谱 教学策略 基本观念

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2017.10.061

Abstract By analyzing the characteristics of the content teaching of atomic structure and the basic concepts of physics， the importance of the basic concepts of physics to the teaching of physical science content in senior high school is put forward. Take “the hydrogen atom spectrum" as an example， the paper discusses the construction as the center of teaching strategies to students' physical concept， through the analysis of the current high school students the basic concepts of the physical level， the teaching ideas to the basic ideas for the center.

Keywords Atomic spectrum of hydrogen； teaching strategies； basic concept

1 高中原子结构内容特点及教学中的问题

对于物质内部结构的认识，是人类在自然科学领域过去、现在和未来永恒的主题。从知识体系看，原子结构是构成高中物理知识的重要组成部分，是人类认识世界本源的一部分，与化学、医药生物学、地质矿物学等关系密切；从知识特点看，原子结构是微观世界的图景，比较抽象，不易理解，在教学中属于介绍性知识，教材编写相对不够全面细致；从高考命题看，原子结构试题难度中下，因此教师在新课教学以及复习、习题等其他课型中强调的程度不够、课时分配较少。

教学存在以下几个层面的问题：第一，在有限的教学时间里，学生只能掌握氢原子光谱可见光区的基本事实，很难理解其中蕴含的基本思想和规律，对所学知识拓展性和迁移性功能较弱；第二，教学中注重知识的掌握和解题能力，忽视原子光谱认识过程中数学物理方法、实验方法的应用以及能量的变化特征，学生无法形成认识事物的一般思路和方法，造成知识的碎片化；第三，注重知识与技能，忽略情感态度与价值观，在世界科学史上，原子结构认识的过程具有长期性和曲折性，史料生动鲜活，是从肯定到否定再到否定之否定的自然辩证进程，体现了物理价值观、自然辩证观。第四，教师的重视性不足，相关教学研究较少，知识自我拓展不够深入，根据调查了解，有一些教师，本身并不能够科学认识原子结构蕴含的教学价值。[1]

2 物理基本观念在物理学习中的重要性

物理学研究物理现象、物质结构、物质相互作用、物质运动规律等。在物理教学中要强调物理基本观念，第一，基本观念体现物理学科本身的特征。第二，基本观念的建构符合我国中学物理教学的理论和实践，建构物理基本观念的教学有利于知识的迁移进阶，有利于建立网络化的知识系统、形成基本的物理思维，从而实现课程目标。第三，学科基本观念的建构能有效促进学生理解学科知识、建构学科体系，对减轻学生的认知负荷、促进学生形成对自然界的整体认识具有重要作用。第四，建构物理基本观念的教学定位于学生的长远发展，把重点放在今后能否形成科学的思想、观点和方法上。第五，建构物理基本观念的教学符合世界科学教育的发展趋势，符合高中毕业科学素养培养的需求。

学科基本观念在高中物理原子结构学段主要包括三类，分别是：知识基本观念的量子力学观、能量变化观、物质运动观；技能类基本观念的数学物理方法、实验方法；情感类基本观念的物理价值观、自然辩证观。

3 以物理基本观念建构为中心的教学策略

3.1 以观念为核心的内容分析

内容角度：氢原子光谱是典型的物质结构知识，是人教版高中物理选修3-5的内容，在学习波粒二象性、能量守恒的基础上，通过氢原子光谱的实验事实来认识氢原子的结构，进一步通过氢原子去感知并认识多电子原子。通过本节课的学习帮助学生科学认识原子结构，创设认识微观实物的思维模式，在高中物理学习中具有总结提升的作用，它既是本章的重点，也是形成科学思维、物理思维的阶段性总结。

认识角度：掌握用宏观实验现象推测微观物质结构的思维方法；感知物理现象的解读不是孤立的，还需要用数学、化学、实验等方法；通过从氢原子去认识原子的结构；领会原子特征光谱是不同种类的原子微观区别的宏观表现。

通过学习氢原子光谱的基本特征和认识过程，能初步构建量子力学观、能量变化观、物质运动观的基本观点，建立微观粒子认识过程，由“宏观-微观”的思维模式。了解原子物理的概况和主要研究方法，激发学生深入学习的兴趣，为以后探究更复杂的知识和课题奠定基础。

3.2 学生物理基本观念的水平分析

知识水平：在高中物理《原子结构》章节学生已经学习了微观粒子波粒二象性，知道电子、原子等微观粒子的运动规律与实物粒子的区别，对原子结构的模型，例如枣糕式模型有了基本的认识，从化学学科掌握了氢原子是单电子原子，呈电中性，了解元素、同位素概念，会判断不同元素的本质区别，为本节氢原子光谱的探究打下基础。[2]endprint

認识水平：学生身心处在发展时期，求知欲强，兴趣广泛；但自我认识能力不足，思维活跃但不够深刻，需要老师加强新知识的讲解和实验的演示，才能理解透彻，印象深刻。

学习障碍：①知识障碍：学生已经学到的知识很多，但把知识抽象出核心本质的能力不够，掌握的知识是零乱而不系统的。从量子力学、数学物理、实验等角度的认识思路尚不清晰。②认知障碍：本节内容具有较强的逻辑性，具有透过现象看本质的特点，原子结构本身较抽象，学生用宏观的光谱特征认识微观粒子运动规律的思维尚未形成。

3.3 基本观念为中心的教学思路

基于高中原子结构教学目标的总体要求，由物理基本观念和教学背景分析制定如下教学思路：以教材分析、学生分析、课程标准分析为背景，构建三维一体的教学目标，确定教学重难点。根据教材的内容价值、分类特点和学生学习的认知机理，确定教学策略、方法与模式，设计教学流程。以观念建构为目的设计情境，生成问题，让学生在分组实验中建构基本物理观念。

体现物理实验观，通过彩虹等认识光谱，用已有的生活经验来感知连续光谱，对比不连续光谱，实验展示氢原子光谱的线状谱线特征，提供研究科学规律的基本思路和角度。

氢原子光谱在可见光区的谱线特征，作为基本实验事实具有稳定性，谱线的波长具有持久性。启发学生观察四条谱线的频率规律，体现了数学物理观。由同学们分组进行实验，总结现象，培养学生的逻辑思维能力，由巴尔麦、里德堡等经验规律的产生、发展及演变过程，体验认识的自然辩证过程。

引导学生了解并熟悉玻尔氢原子光谱提出的基础、突破性及闪光点，在经典物理基础之上，吸收了普朗克、爱因斯坦的量子力学观念，创造性提出了三点假设，体会从理论逻辑到实践智慧的辩证过程。[3]氢原子光谱在紫外区和红外区的拓展研究，培养学生形成认识事物的一般规律和方法。由每种原子具有独特的光谱特征，培养学生形成物理价值观，善于将物理与其他学科结合并应用到生活当中。

对原子结构的学习应引导学生建立物质科学观，以量子力学、能量变化的观点为基础，并应用数学物理方法、实验方法发现分析原子结构的特征。

基于建构基本观念的教学，是对科学规律的遵循，也是对物理课程标准的具体落实。基本观念的建构不会一蹴而就，教师要在教学中有意识的设计，特定的环节有明确的定位，让学生通过物理事实内容的学习，逐渐感知到了解，再到领会和应用。在氢原子光谱的整个教学流程中渗透多个物理基本观念，如：量子力学观、能量变化观、物质运动观、数学物理观、实验观以及物理价值观等。[4]多个物理基本观念支撑着整个教学设计，体现学生的主体地位，发挥教师的辅助和引导作用，推动教学流程的顺利进行，帮助学生解决在学习过程中存在的问题，培养深层次的理解能力以及思维创新能力。

参考文献

[1] 施申蕾.原子物理中卢瑟福模型教学方法的思考[J].教育教学论坛，2014（28）：113-114.

[2] 冯华.以物理观念统领物理教学[J].课程.教材.教法，2014（8）：70-73，85.

[3] 宗先汉，胡扬洋，邢红军.基于科学史分级的高中物理教学策略——以“天然放射现象 原子的结构”为例[J].北京教育学院学报（自然科学版），2016（2）：54-58.

[4] 范增.我国高中物理核心概念及其学习进阶研究[D].西南大学，2013.endprint