从人文视角探讨原子物理的复习教学，本文主要内容关键词为：原子论文,视角论文,人文论文,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。
目前的高三物理复习教学，犹如行色匆匆赶路之人，沿着章节急急忙忙赶进度，围着试卷反反复复做题目，对着学生滔滔不绝讲要求，使物理教学失去了应有的活力和魅力，导致学生对物理学习感到枯燥无味、“危机”四伏；教师对物理教学疲于奔命、激情尽失。
如何使高三的物理教学生机勃勃呢？关键是要让学生了解科学源流，品味科学成就，掌握科学方法，欣赏和体验科学理论本身和谐对称的美。下面以“原子和原子核”这部分内容为基础，展示一下我们的做法及思考，以飨同仁。
一、原子物理部分有两类知识点及高考要求
1.要确切理解该知识的含义及与其他知识的联系，能进行叙述和解释，并能在实际问题的分析、综合、推理和判断等过程中运用。这类知识点中有光子的发射和吸收，以及核能、质量亏损、爱因斯坦质能方程；
2.对其余知识点，要知道该知识的内容及含义，并能在有关问题中识别和直接利用。
二、对原子物理部分教材的处理
我们将“原子和原子核”放在廿世纪初到廿一世纪初这一跨度为100年的背景上审视这部分内容，将其视为一个开放性的系统，在不变更其主体结构的前提下，渗透“科学、技术与社会”(STS)的思想，突显这部分内容在方法论上的价值，对“原子和原子核”的复习安排从以下三个维度展开。
1.知识维度
“原子和原子核”按从大到小，从外向内，采取“剥洋葱”的方式展现知识网络，具体线索为：原子结构→原子核结构→基本粒子→核技术和核能的应用。
原子结构的知识脉络：汤姆生枣糕式原子模型→卢瑟福有核模型→玻尔模型（经典理论基础上加量子化的模型）。这一层次以玻尔模型为重点，作为学生认识过程中的台阶，在研究和解释某些现象涉及到原子结构知识时，也以玻尔模型为依据。
贝克勒尔发现天然放射现象，揭示了原子核是可变的、可分的，使传统的自然观受到了很大的冲击，这一部分让学生认识到原子核的衰变、人工转变、核组成、质子和中子的发现、人工放射性同位素的发现及相关的应用。
原子核能尤其是通过裂变和聚变这两条有效途径获得核能，是当前解决能源问题中大家关心并积极研究的大事情。我们有必要让学生了解这方面的基础知识和进展情况，何况高考也有这方面的要求。在爱因斯坦质能方程的复习中，我们有责任让学生体会其中的科学美。
2.方法维度
人们对原子和原子核的研究，为我们展示了一条非常清晰的科学研究的途径：实验（事实）——理论假设——实验（提供新的事实）——修正理论（甚至建立新的假设），人们在不断修正错误中逼近事物的本质，获得真理性的认识。
1895年发现x射线，1896年发现天然放射性现象，1897年发现电子；连续出现的三大发现在科学界和哲学界产生的影响是十分巨大的，给整个物理学界带来了困惑和论争，马赫称作为“原理的普遍毁灭”（原子的不可分割不变性被打破了，物质不灭和能量守恒的规律受到新的检验等等）。唯心论者认为“原子非物质化，物质消失了”。我们用今天眼光审视过去，不难发现，物理学在这些发现后达到了一个新的高度。
人们在认识原子结构的历程中，方法论的因素非常丰富。科学理论的发展并不是新理论毁灭了旧理论的成果，而是新理论继承了旧理论的优点，同时也指出了它的局限性，从而使人们运用自己的前概述念，达到更高的理论水平。不仅原子和原子核理论如此，物理学的任何变化，无论看起来有怎样的革命性，都是如此。
3.情感与价值观的维度
100年来，人类认识物质结构的历史，可以说是波澜壮阔的。我们不妨回忆一下这一串耀眼的名字：贝克勒尔、卢瑟福、玻尔、玛丽居里和皮埃尔·居里夫妇、约里奥·居里和伊利芙·居里夫妇、查德威克、钱三强和何泽慧夫妇、李政道和杨振宁、王淦昌等等。掸去灰尘，打开尘封的历史，我们会发现这闪光名字背后鲜活的科学事件。教学中渗透科学史的知识，有助于培养学生对科学的正确认识，有助于学生创新意识的培养，有助于学生理性怀疑意识的建立和批判精神形成。
1909年卢瑟福在做α粒子散射实验时发现大约有八千分之一的α粒子发生超过90°的大角度散射。卢瑟福后来提起这件事时曾说：“这是我一生中最不可思议的事件。这就象您对着卷烟纸射出一颗15英寸的炮弹，却被反弹回来的炮弹击中一样地不可思议。”这促使卢瑟福去思考他的老师J·J·汤姆生原子模型的正确与否这一问题。本来，汤姆生为α散射建立了一个多次碰撞的理论，可以解释大角度散射。由于α粒子比电子的质量大得多，因而两者多次碰撞几率趋于零。而实验结果却是八千分之一，这是一个极大的矛盾。
一边是恩师的理论，一边是千真万确的实验结果，卢瑟福陷入了极其矛盾的境地，经过长时间思考，1910年底，卢瑟福终于做出决断，放弃汤姆生模型，承认原子有核，从而建立了原子核式结构模型，为原子物理和核物理的发展奠定了最主要的基础。
批判精神的核心是怀疑精神，表现为不迷信权威，不迷信书本，坚持真理。哈佛大学的校训是“以柏拉图为友，以亚里士多德为友，更要以真理为友”；亚里士多德的名言“吾爱吾师，吾更爱真理”，都是批判精神的写照。物理学的发展史就是一部反思、怀疑、批判、求真、求美、求新的科学史。从光的微粒、说、波动说到波粒二象性和光子说；从古典力学、经典力学再到相对论力学；从热质说、热力学到能量说；爱因斯坦与玻尔之间就量子力学是否完备发生的长期争论等，都是让学生体悟批判精神的生动素材，对物理学史的阅读、听讲、讨论的本身就是一种培养批判精神的过程。
三、“原子和原子核”的问题聚焦
注重考查近代物理知识，是近几年高考命题的一个显著特点。命题者往往将这部分知识和现代科技进展联系起来，考查考生采集信息、处理信息、应用知识解决问题的综合素质，体现了物理高考与时俱进、学以致用的鲜明主题和时代特色，因而“原于和原子核”的知识就成了近年高考的热点之一。举例如下：
例1 （2001年上海物理卷）卢瑟福原子核式结构理论的主要内容有（ ）
A.原子的中心有个核，叫原子核
B.原子的正电荷均匀分布在整个原子中
C.原子的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在原子核里
D.带负电的电子在核外围绕着核旋转
本题考查了原子结构模型的相关知识。
例2 （2004年江苏物理卷）若原子的某内层电子被电离形成空位，其他层的电子跃迁到该空位上时，会将多余的能量以电磁辐射的形式释放出去，此电磁辐射就是原子的特征X射线。内层空位的产生有多种机制，其中的一种称为内转换，即原子中处于激发态的核跃迁回基态时，将跃迁时释放的能量交给某一内层电子，使此内层电子电离而形成空位（被电离的电子称为内转换电子）。
的原子核从某一激发态回到基态时，可将能量
=1.416MeV交给内层电子（如K、L、 M层电子，K、L、M标记原子中最靠近核的三个电子层）使其电离，实验测得从原子的K、L、M层电离出的电子的动能分别为
。则可发射出特征X射线的能量为（ ）
A.0.013MeVB.0.017MeV
C.0.076MeVD.0.093MeV
本题则是以新的物理背景——原子内层空位产生的内转换机制，通过的一些相关数据，来考查学生对原子的能级跃迁知识的理解与实际应用。
例3 （2003年全国理综）
的动量大小之比为（ ）
A.1:1 B.1:2 C.1:3 D.1:6
本题中的
介子在教材中虽做简介性的提及，但其核衰变、带电性质以及在匀强磁场中的受力和运动等情况，学生仍可通过知识的迁移，运用动量守恒来解决此类问题，考查了学生运用知识的综合素质。
除上面几种类型的问题外，还有半衰期、利用爱因斯坦质能方程进行计算等问题，限于篇幅不赘述。
四、对物理教学的几点启示
1.理解物理教学的核心
就是让学生获得清晰的物理概念，形成正确的思维方式，掌握物质运动的规律，提升学生搜集、整理和处理各种信息的能力。物理就是要“以物讲理，见物思理”，而不是“无理”或“雾里”。
2.提高物理教学的品位
要求教师必须持续不断地学习，以更新和充实自己的知识结构，很难设想一位对物理学最新图景认知还不甚清晰的教师，能使学生在物理学习中获得美的享受。
3.杜绝物理教学的神话
要注意把物理学神秘化，把物理学家神圣化的倾向，这样对待物理学，往往会使学生以为物理研究是一种高不可攀的实践活动，因而对其敬而远之。把物理学的发现描述成传奇故事，将难以建构学生对科学发现的规律性认识；把物理学家刻画成圣人，必将扼杀学生的怀疑精神和创新精神。你想：圣人一般的物理学家发现的知识，怎么能去怀疑呢？
面对物理教科书中的概念、术语、公式、定律，学生认为它们就是真理，唯一需要做的，就是学习它、记住它，久而久之，历史性的、进化着的科学理论被神圣化、教条化，学生不知道这个理论从何而来，为什么会是这样的，但我们还要相信它是真的。这种教条的态度明显地与科学精神格格不入，但在物理教育中产生这样的态度又是相当普遍的，因为学生不知道一个理论源于哪些问题，有多少种解决问题的方案，以及为什么人们选择了其中一种并称之为科学理论，学生也不知道这种理论是可错的，并非万古不变的教条。所有这一切，在以灌输知识为目的的教学中肯定是得不到应有的反映，它不自觉地剥夺了学生的怀疑精神，而怀疑和批判精神对于科学发展恰恰是不可或缺的。我们经常看到，人们对科学怀着怎样一种祟敬心情，似乎只要是科学的，甚至是贴着科学标签的，就肯定是正确的、好的。这种心情无论对于理解科学理论的真理价值，还是理解该理论的条件性和局限性都没有益处。