以物理基本觀念建構為中心的“氫原子光譜”教學策略

于洪雨

摘 要 通過分析原子結構內容教學的特點及其所蘊含的物理基本觀念，提出了物理基本觀念對高中物理物質科學內容教學的重要性。以“氫原子光譜”為例，探討了以學生物理基本觀念建構為中心的教學策略，通過對目前高中學生物理基本觀念的水平進行分析，確定了以基本觀念為中心的教學思路。

關鍵詞 氫原子光譜 教學策略 基本觀念

中圖分類號：G424 文獻標識碼：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 高中原子結構內容特點及教學中的問題

對于物質內部結構的認識，是人類在自然科學領域過去、現在和未來永恒的主題。從知識體系看，原子結構是構成高中物理知識的重要組成部分，是人類認識世界本源的一部分，與化學、醫藥生物學、地質礦物學等關系密切；從知識特點看，原子結構是微觀世界的圖景，比較抽象，不易理解，在教學中屬于介紹性知識，教材編寫相對不夠全面細致；從高考命題看，原子結構試題難度中下，因此教師在新課教學以及復習、習題等其他課型中強調的程度不夠、課時分配較少。

教學存在以下幾個層面的問題：第一，在有限的教學時間里，學生只能掌握氫原子光譜可見光區的基本事實，很難理解其中蘊含的基本思想和規律，對所學知識拓展性和遷移性功能較弱；第二，教學中注重知識的掌握和解題能力，忽視原子光譜認識過程中數學物理方法、實驗方法的應用以及能量的變化特征，學生無法形成認識事物的一般思路和方法，造成知識的碎片化；第三，注重知識與技能，忽略情感態度與價值觀，在世界科學史上，原子結構認識的過程具有長期性和曲折性，史料生動鮮活，是從肯定到否定再到否定之否定的自然辯證進程，體現了物理價值觀、自然辯證觀。第四，教師的重視性不足，相關教學研究較少，知識自我拓展不夠深入，根據調查了解，有一些教師，本身并不能夠科學認識原子結構蘊含的教學價值。[1]

2 物理基本觀念在物理學習中的重要性

物理學研究物理現象、物質結構、物質相互作用、物質運動規律等。在物理教學中要強調物理基本觀念，第一，基本觀念體現物理學科本身的特征。第二，基本觀念的建構符合我國中學物理教學的理論和實踐，建構物理基本觀念的教學有利于知識的遷移進階，有利于建立網絡化的知識系統、形成基本的物理思維，從而實現課程目標。第三，學科基本觀念的建構能有效促進學生理解學科知識、建構學科體系，對減輕學生的認知負荷、促進學生形成對自然界的整體認識具有重要作用。第四，建構物理基本觀念的教學定位于學生的長遠發展，把重點放在今后能否形成科學的思想、觀點和方法上。第五，建構物理基本觀念的教學符合世界科學教育的發展趨勢，符合高中畢業科學素養培養的需求。

學科基本觀念在高中物理原子結構學段主要包括三類，分別是：知識基本觀念的量子力學觀、能量變化觀、物質運動觀；技能類基本觀念的數學物理方法、實驗方法；情感類基本觀念的物理價值觀、自然辯證觀。

3 以物理基本觀念建構為中心的教學策略

3.1 以觀念為核心的內容分析

內容角度：氫原子光譜是典型的物質結構知識，是人教版高中物理選修3-5的內容，在學習波粒二象性、能量守恒的基礎上，通過氫原子光譜的實驗事實來認識氫原子的結構，進一步通過氫原子去感知并認識多電子原子。通過本節課的學習幫助學生科學認識原子結構，創設認識微觀實物的思維模式，在高中物理學習中具有總結提升的作用，它既是本章的重點，也是形成科學思維、物理思維的階段性總結。

認識角度：掌握用宏觀實驗現象推測微觀物質結構的思維方法；感知物理現象的解讀不是孤立的，還需要用數學、化學、實驗等方法；通過從氫原子去認識原子的結構；領會原子特征光譜是不同種類的原子微觀區別的宏觀表現。

通過學習氫原子光譜的基本特征和認識過程，能初步構建量子力學觀、能量變化觀、物質運動觀的基本觀點，建立微觀粒子認識過程，由“宏觀-微觀”的思維模式。了解原子物理的概況和主要研究方法，激發學生深入學習的興趣，為以后探究更復雜的知識和課題奠定基礎。

3.2 學生物理基本觀念的水平分析

知識水平：在高中物理《原子結構》章節學生已經學習了微觀粒子波粒二象性，知道電子、原子等微觀粒子的運動規律與實物粒子的區別，對原子結構的模型，例如棗糕式模型有了基本的認識，從化學學科掌握了氫原子是單電子原子，呈電中性，了解元素、同位素概念，會判斷不同元素的本質區別，為本節氫原子光譜的探究打下基礎。[2]endprint

認識水平：學生身心處在發展時期，求知欲強，興趣廣泛；但自我認識能力不足，思維活躍但不夠深刻，需要老師加強新知識的講解和實驗的演示，才能理解透徹，印象深刻。

學習障礙：①知識障礙：學生已經學到的知識很多，但把知識抽象出核心本質的能力不夠，掌握的知識是零亂而不系統的。從量子力學、數學物理、實驗等角度的認識思路尚不清晰。②認知障礙：本節內容具有較強的邏輯性，具有透過現象看本質的特點，原子結構本身較抽象，學生用宏觀的光譜特征認識微觀粒子運動規律的思維尚未形成。

3.3 基本觀念為中心的教學思路

基于高中原子結構教學目標的總體要求，由物理基本觀念和教學背景分析制定如下教學思路：以教材分析、學生分析、課程標準分析為背景，構建三維一體的教學目標，確定教學重難點。根據教材的內容價值、分類特點和學生學習的認知機理，確定教學策略、方法與模式，設計教學流程。以觀念建構為目的設計情境，生成問題，讓學生在分組實驗中建構基本物理觀念。

體現物理實驗觀，通過彩虹等認識光譜，用已有的生活經驗來感知連續光譜，對比不連續光譜，實驗展示氫原子光譜的線狀譜線特征，提供研究科學規律的基本思路和角度。

氫原子光譜在可見光區的譜線特征，作為基本實驗事實具有穩定性，譜線的波長具有持久性。啟發學生觀察四條譜線的頻率規律，體現了數學物理觀。由同學們分組進行實驗，總結現象，培養學生的邏輯思維能力，由巴爾麥、里德堡等經驗規律的產生、發展及演變過程，體驗認識的自然辯證過程。

引導學生了解并熟悉玻爾氫原子光譜提出的基礎、突破性及閃光點，在經典物理基礎之上，吸收了普朗克、愛因斯坦的量子力學觀念，創造性提出了三點假設，體會從理論邏輯到實踐智慧的辯證過程。[3]氫原子光譜在紫外區和紅外區的拓展研究，培養學生形成認識事物的一般規律和方法。由每種原子具有獨特的光譜特征，培養學生形成物理價值觀，善于將物理與其他學科結合并應用到生活當中。

對原子結構的學習應引導學生建立物質科學觀，以量子力學、能量變化的觀點為基礎，并應用數學物理方法、實驗方法發現分析原子結構的特征。

基于建構基本觀念的教學，是對科學規律的遵循，也是對物理課程標準的具體落實?；居^念的建構不會一蹴而就，教師要在教學中有意識的設計，特定的環節有明確的定位，讓學生通過物理事實內容的學習，逐漸感知到了解，再到領會和應用。在氫原子光譜的整個教學流程中滲透多個物理基本觀念，如：量子力學觀、能量變化觀、物質運動觀、數學物理觀、實驗觀以及物理價值觀等。[4]多個物理基本觀念支撐著整個教學設計，體現學生的主體地位，發揮教師的輔助和引導作用，推動教學流程的順利進行，幫助學生解決在學習過程中存在的問題，培養深層次的理解能力以及思維創新能力。

參考文獻

[1] 施申蕾.原子物理中盧瑟福模型教學方法的思考[J].教育教學論壇，2014（28）：113-114.

[2] 馮華.以物理觀念統領物理教學[J].課程.教材.教法，2014（8）：70-73，85.

[3] 宗先漢，胡揚洋，邢紅軍.基于科學史分級的高中物理教學策略——以“天然放射現象 原子的結構”為例[J].北京教育學院學報（自然科學版），2016（2）：54-58.

[4] 范增.我國高中物理核心概念及其學習進階研究[D].西南大學，2013.endprint