选修3-5近代物理的教学思考，本文主要内容关键词为：近代论文,物理论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
鲁科版普通高中课程标准实验教科书（物理）选修3-5这个模块中近代物理主要有原子结构、原子核和波粒二象性，三个部分是层层递进的关系。原子结构、原子核和波粒二象性这些内容是高中物理不可或缺的重要的组成部分，目前教学中存在着一些问题，有悖于编者的意图，本文基于这些问题作分析并做一些教学建议。 一、目前教学中普遍存在的问题 1.教学过于功利化，教学时间投入不足 因为高考，大部分学校是这样安排高中物理的新课教学：高一年级因没有文理分科，科目多，课时少，一般完成必修1、必修2的教学；高二年级上学期文理分科后由于还有会考科目，课时也较少，一般只能完成选修3-1的教学，少数学生学习基础较好的学校至多再完成选修3-2的“电磁感应”的教学；高二年级下学期要完成其余的选修内容的教学，虽然高二年级下学期学校安排给物理科的课时相对多了，但还是远远不够。 2.教学定位片面性化，教学要求不到位 《高中物理的考试大纲》对原子结构、原子核、波粒二象性涉及的内容的考查除“氢原子的能级结构，光子的发射和吸收”和“核能、质量亏损，爱因斯坦的质能方程”这两个知识点是Ⅱ级要求外，其他的都是Ⅰ级要求，即原子结构、原子核、波粒二象性所涉及的内容在高考中只作基本的要求。比如现在福建省的高考是自主命题，对于原子结构、原子核、波粒二象性的考查是放在选考部分，两小题均以选择填空题的形式进行，都只考基本的知识点，难度并不大。所以很多老师对原子结构、原子核、波粒二象性的教学是能少讲就尽量少讲，甚至是根本不讲；只就着课本把可能会考到的知识点画一画，让学生记一记，然后进行大量的重复性练习以达到教学的目的：掌握正确的结论。 3.教学方式过于简单 原子结构、原子核、波粒二象性研究的是微观世界，而在此之前学生所接触、认识的都是宏观世界，对于微观世界基本没有什么深入的认识，特别是微观世界中的量子化现象。在教学过程中应该以什么样的方式向学生描述微观世界？应该借助于什么样的教学手段会更有效？教材中有些内容的描述较为简单，在教学过程中对这些内容应该怎么处理？应该补充或拓展哪些内容？这些问题无形中增加了老师在备课时的负担，使得有些老师干脆就通通不考虑，简单一带而过。 二、编者的意图 在《普通高中物理课程标准（实验）》（以下简称《课程标准》）及以《课程标准》为依据，针对福建省普通高中物理教学实际的《福建省普通高中新课程物理学科教学要求（选修模块）》中，对原子结构、原子核、波粒二象性都提出了明确、具体的学习要求。 原子结构：编者希望让学生了解人类探索原子结构的历史及有关经典实验；通过了解卢瑟福的α粒子散射实验的原理、现象以及对现象的分析推理过程，知道原子结构的有核模型；了解光谱的基本知识，通过对氢原子光谱的分析，了解原子的能级结构。 原子核：编者希望让学生知道原子核的组成，了解人类探索原子核组成的过程与方法；知道放射性和原子核的衰变并会用半衰期描述衰变的速度，知道半衰期的统计意义；了解放射性同位素的应用并知道射线的危害和防护；了解核力的概念与特点，能简单解释轻核与重核内中子数、质子数具有不同比例的原因；会根据质量数守恒和电荷守恒写出核反应方程；知道核裂变与核聚变的产生原因与工作原理；认识到核能能够被人类有效开发与合理利用，同时也会给环境带来一些危害。 波粒二象性：编者希望让学生了解微观世界中的量子化现象，比较宏观物体和微观粒子的能量变化特点，体会量子论的建立深化了人们对于物质世界的认识；了解光电效应和康普顿效应，知道光电效应实验的有关现象，知道爱因斯坦光电效应方程及其意义；知道光是一种概率波，光和实物粒子都具有波粒二象性；初步了解恒星的演化及粒子物理学的基础知识。 显然，少讲、甚至不讲，让学生通过死记硬背加上大量练习而掌握正确结论的应付考试的教法是达不到编者的意图的。而学生学习关于原子、原子核等微观粒子的初步知识，不但是了解现代科学技术的基础，也是继续学习物理学以及相关科学技术的基础。除此之外，由于历史上对于原子结构的认识典型地展示了人类认识自然规律的科学方法，对于微观粒子的波粒二象性的认识则表现了人类直接经验的局限性，因此在原子结构、原子核、波粒二象性这部分，学生不仅仅是要学到知识，更需要学习其中的科学方法、科学思想，并感受科学的和谐美。 三、一些教学建议 新课教学时教材的每一节内容都应该教，学生才不会出现某一部分知识的缺陷。那么，怎样的教法才能两全其美呢？ 以下的做法可以在有限的教学时间里，既完成教学内容，又尽量达到编者的意图。 1.打破教材中有些章节内容的编排顺序，重新整合教学内容，使知识的连贯性更强，教学过程更顺畅 比如可以这样重新整合《原子结构》的第3节和第4节：先补充光谱的相关知识（这部分知识在鲁科版教材中没有体现，教材的第4节直接讲氢原子光谱），再讲第4节的氢原子光谱的相关内容后，由卢瑟福的原子模型在解释氢原子光谱上的困难引入玻尔的原子模型，并得出氢原子的能级图（这些是教材第3节的内容），最后利用玻尔的原子模型解释氢原子的光谱（这是教材第4节的内容）。再比如可以把《核能》的第4节《核能的利用与环境保护》中的“核电站”与“核武器——原子弹”这两部分内容并入到第2节《核裂变》中作为重核裂变的应用，而把“核武器——氢弹”这部分内容并入到第3节《核聚变》中作为轻核聚变的应用，这样整合既丰富了第2节和第3节的教学内容，同时也节省了教学时间。 2.增加一些能让学生感受科学精神、学习科学方法的精髓的实验或研究过程 比如《原子核与放射性》的第1节《原子核结构》的主要内容是关于质子和中子的发现，教材的描述比较简单。可以先向学生介绍发现质子和中子的意义：卢瑟福用α粒子轰击氮原子核的实验发现质子，不但告诉人们原子核可再分，而且开辟了通向人工核反应的道路；而查德威克发现中子的重要意义除了证实原子核的模型应该是质子—中子核模型外，还在于它引起的一系列后果，主要有三方面：第一是为核模型理论提供了重要依据，从此核物理学进入了一个崭新的阶段；第二是激发了一系列新课题的研究，引起一连串的新发现：人工放射性、慢中子和核裂变；第三是打开了核能实际应用的大门。 接着介绍质子和中子的发现过程：先介绍卢瑟福用α粒子轰击氮原子核的实验装置→实验过程→实验结果——有新的粒子产生→卢瑟福是怎样确定所产生的新粒子是质子→质疑：质子是从哪里来的？是α粒子直接从氮原子核中打出的？还是α粒子与氮原子核结合成复核后从复核中放出来的？→布拉凯特的贡献：英国的物理学家布拉凯特在威尔逊云室中做了α粒子轰击氮核的实验，拍摄了两万多张云室照片，终于发现有八条径迹出现氢核径迹的分叉。经过分析表明：质子是α粒子击中氮原子核后形成一个复核，而这个复核不稳定，生成后随即发生变化而放出来的。 卢瑟福发现质子后，依据原子核的电荷数与质量数的差别，提出了著名的卢瑟福中子假说。为了检验卢瑟福的假说，卢瑟福早期的学生和得力助手查德威克目标明确、坚持不懈地进行探索，历经11年，终于找到确定的证据。 介绍查德威克发现中子的过程：从1921年～1930年间，查德威克和同事们用了各种不同的方法均没有找到证据；1930年德国人玻特发现用从钋（Po）发出的α射线轰出铍（Be）会产生一种不受电场和磁场影响、穿透力很强的射线。 同时期约里奥—居里夫妇也做了类似的实验，也得到和玻特一样的结果，但他们也和玻特一样错误地认为这是一种特殊的γ射线，双双遗憾地错过了发现中子的机会；查德威克重新做了实验复核了玻特和约里奥—居里夫妇的结果，并用碰撞中的动量守恒和能量守恒对实验结果进行理论分析得到：不可见粒子是质量与质子几乎相等的、不带电的粒子，这正是卢瑟福预见的中子。而且查德威克还进一步用云室的方法测定中子的质量，结果与质子的质量非常接近，再根据质谱仪的数据推算得到了中子的质量的精确值。就这样查德威克证实了中子的存在。当然，查德威克发现中子，既与其有准备的实验研究有关系，也和他所在的实验室（卡文迪许实验室）的整个集体的支持分不开，这是集体的智慧和力量的结晶。 3.尽量补充相关的物理学史，既能提高学生的听课积极性，也能使学生增长见识、开阔眼界，加深学生对物理学的理解，并从中得到教益 比如《波与粒子》，可以先介绍19世纪末物理学发展的现状：牛顿运动定律在各个领域里都取得了很大的成功；在电磁学方面，建立了一个能推断一切电磁现象的麦克斯韦方程；另外还找到了力、电、光、声等都遵循的规律——能量转化与守恒定律。当时许多物理学家都沉醉于这些成绩和胜利之中，他们认为物理学已经发展到头了。再利用当时物理学界的泰斗——开尔文的话引出当时物理学晴朗天空的两朵令人不安的乌云。接着介绍两朵乌云之一——黑体辐射实验的“紫外灾难”，再介绍普朗克对黑体辐射现象的研究并因此提出了能量子假设。接着引导学生回顾已知的科学事实，让学生初步了解微观能量的量子化虽然不同于人们的常识经验，但确实是符合科学事实的。并列举直接建立在量子论基础上的高新技术如半导体电子科技、激光技术、新材料技术等，使学生进一步体会量子论的正确性，体会它的建立和完善深化了人们对于物质世界的认识。做了这些铺垫后，再介绍光电效应现象的发现：1887年，赫兹在做证实麦克斯韦理论的火花放电实验时意外地发现：当接收电磁波的电极受到紫外线的照射时，火花放电就更容易产生。他在《紫外线对放电的影响》一文中，对此做了如实记载。该文发表后，许多物理学家对此进行了深入研究。英国物理学家J.J.汤姆孙和德国物理学家P.勒纳德等人通过实验认识到：当光照射到金属表面上时，金属内部的自由电子会从表面逃逸出来，这就是光电效应现象。 补充相关的物理史实的同时，可以把原子结构、原子核、波粒二象性这部分的教材中涉及的相关的物理学家也补充介绍给学生，特别是以下这些获得诺贝尔物理奖的物理学家及其获奖原因：伦琴发现X射线、J.J.汤姆孙发现电子、查德威克发现中子、贝克勒尔发现天然放射现象、居里夫妇发现并研究放射性元素钋和镭、普朗克发现能量子、爱因斯坦发现光电效应、密立根关于基本电荷的研究和及验证光电效应、康普顿发现康普顿效应、德布罗意发现电子的波动性、戴维森和J.P.汤姆孙发现晶体对电子的衍射现象、海森伯创立了量子力学、玻恩对波函数的统计解释。这些物理学家的介绍可以让学生感受科学家的精神，对学生是有教育触动作用的，当然这要多用去一些时间，但这时间的投入是很有必要的，也是值得的。 4.充分使用多媒体教学，提高教学质量和效益 教学内容多，能用的时间少，要按时按质地完成，可以借助于多媒体教学，比如PPT课件。用PPT课件上课的最大优点是课堂容量大，即在相同的时间里可以讲更多的内容，这是节省课时的一种有效途径。而且使用PPT课件上课，可以图文并茂，可以链接动画或视频，使得课堂更加生动有趣，学生自然兴趣更高，听讲更认真，听课效率自然也就提高了。 结论与过程是教学过程中一对十分重要的关系，与这一关系相关的还有学会与会学等关系。从教学角度来讲，所谓的教学结论就是教学所要达到的目的或所需获得的结果；所谓教学的过程就是达到教学目的或获得所需结论而必须经历的活动程序。毋庸置疑，教学的重要目的之一就是使学生理解和掌握正确的结论，所以必须重视结论。但是，如果没有多样化的思维过程和认知方式，没有多种观点的碰撞、论争和比较，结论难以被真正理解和巩固。更重要的是，没有以多样性、丰富性为前提的教学过程，学生的创新精神和创新思维就不可能培养起来。所以，不仅要重结论，更要重过程。新课程强调过程，意味着学生可能花了很多时间和精力结果表面上却一无所获，但是，这却是学生的学习、生存、生长、发展、创造所必须经历的过程，也是学生的能力、智慧发展的内在要求，它是一种不可量化的“长效”、一种难以言说的回报，而眼前耗费的时间和精力应该说是值得付出的代价。重结论更重过程，从学生学习的角度，就是让学生从学会到会学。标签：原子结构论文; 原子结构模型发展论文; 物理论文; 质子质量论文; 中子和质子论文; 实验物理论文; 物理学家论文; 教学过程论文; 原子论文; 量子力学论文; 爱因斯坦论文;