鄒艷梅

【摘要】 在高三物理“原子結(jié)構(gòu)”部分嘗試設(shè)計(jì)以物理學(xué)史為主導(dǎo)的復(fù)習(xí)課，滲透物理學(xué)史的復(fù)習(xí)課不僅能取得較好的復(fù)習(xí)效果，還能幫助學(xué)生提升物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

【關(guān)鍵詞】 物理學(xué)史 高三復(fù)習(xí) 原子結(jié)構(gòu)

【中圖分類號】 G633.7

【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】 A

【文章編號】 1992-7711（2020）01-020-020

高三物理復(fù)習(xí)是一場馬拉松賽，基本沒有學(xué)生實(shí)驗(yàn)，沒有新概念、新問題，老師們研究過考試要求和高考真題之后會整理出考試涉及的公式、定理、定律，各種小結(jié)論和典型題型及其拓展，之后按照章節(jié)順序填滿學(xué)生的課堂內(nèi)外。應(yīng)試教育的特征在這一階段體現(xiàn)得最為淋漓盡致。這種做法使得對物理沒有興趣、學(xué)習(xí)能力較弱、意志不夠堅(jiān)定的同學(xué)在復(fù)習(xí)過程中出現(xiàn)畏難情緒。物理學(xué)科比較抽象、有點(diǎn)枯燥，對邏輯推理有一定的要求，如果老師不注意復(fù)習(xí)方法，拘囿于終端結(jié)論的羅列和應(yīng)用，而完全忽視結(jié)論形成的過程、忽視知識體系的構(gòu)建，就極容易讓物理復(fù)習(xí)過程變得冰冷生硬，晦澀難懂，最后拒學(xué)生于千里之外。

1.“原子結(jié)構(gòu)”高三常見復(fù)習(xí)方法簡介

以“原子結(jié)構(gòu)”為例，當(dāng)復(fù)習(xí)進(jìn)展到這里的時候基本接近尾聲了，“原子結(jié)構(gòu)”在高考中涉及到三個考點(diǎn)：氫原子光譜、氫原子能級假設(shè)與能級公式。在2018年全國Ⅰ卷理綜試題物理部分第一題就有體現(xiàn)。所以，也算舉足輕重。為了讓復(fù)習(xí)有成效，老師們主要有以下做法：歸納該部分的知識點(diǎn)，搜集近五年或十年各地的高考真題給學(xué)生強(qiáng)化訓(xùn)練;做得生動一些的老師會要求學(xué)生以思維導(dǎo)圖的形式自己歸納整理知識、考點(diǎn)和題型，交流展示。

2.滲透物理學(xué)史，提升復(fù)習(xí)效果

物理是自然科學(xué)的重要組成部分，承載著培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)核心素養(yǎng)的重要使命，即便是高三，特別是高三，學(xué)生中學(xué)階段的的新知識已經(jīng)學(xué)完，即將步入大學(xué)塑造專業(yè)能力，這種時候教師最好也最有必要強(qiáng)化學(xué)生的物理核心素養(yǎng)，為教育的“立德樹人”功能把好中學(xué)最后一關(guān)。除了考試要求之外，“原子結(jié)構(gòu)”涉及的內(nèi)容是“量子力學(xué)”的序幕，是“量子力學(xué)”催生的主要研究話題，也是人類認(rèn)識世界、認(rèn)識物質(zhì)結(jié)構(gòu)的里程碑事件，在其中蘊(yùn)藏著大量的科學(xué)家，他們的工作方法、精神、友誼以及他們發(fā)現(xiàn)的許多偉大結(jié)論對學(xué)生都有重要的教育意義。我們?nèi)绻茉趶?fù)習(xí)過程中充分滲透物理學(xué)史，組織以物理學(xué)史為主線的復(fù)習(xí)資料，引導(dǎo)學(xué)生自行提煉重要區(qū)域，再加以強(qiáng)化，相信能讓學(xué)生在掌握知識的同時有更多的收獲。

2.1按照物理學(xué)史的介紹還原原子結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)歷程，補(bǔ)齊關(guān)鍵信息

原子結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)有以下重要階段：研究陰極射線發(fā)現(xiàn)電子（1858年-1890年）;原子結(jié)構(gòu)的猜測并建立核式結(jié)構(gòu)模型（1898年-1911年）;對光譜的研究和玻爾的原子模型（1911年-1913年）。這里面主要涉及到德國物理學(xué)家普呂克爾和戈德斯坦，英國物理學(xué)家J.J.湯姆孫，德國物理學(xué)家赫茲，美國實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家密立根，英國物理學(xué)家盧瑟福，瑞士數(shù)學(xué)教師巴爾末，丹麥物理學(xué)家玻爾。在探索原子結(jié)構(gòu)的過程中，1911年是第一屆索爾維會議召開的時間，盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)居然沒有出現(xiàn)在會議記錄中，可見核式結(jié)構(gòu)模型最初是不被接受的。盧瑟福在提出核式結(jié)構(gòu)模型時已經(jīng)意識到到自己的模型不完備，所以一開始就做了申明：“在現(xiàn)階段，不必考慮所提原子的穩(wěn)定性，因?yàn)轱@然這將取決于原子的細(xì)微結(jié)構(gòu)和帶電的組成部分的運(yùn)動?！?/p>

我們可以以重要人物和結(jié)論為主干做一條知識脈絡(luò)，如下圖一：

圖一 原子結(jié)構(gòu)發(fā)展史

2.2圍繞原子結(jié)構(gòu)發(fā)展，引導(dǎo)學(xué)生分析史料

現(xiàn)行課標(biāo)提出了物理學(xué)科的四大核心素養(yǎng)：物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。如果細(xì)心品味“原子結(jié)構(gòu)”的發(fā)現(xiàn)歷史，我們可以從中挖掘出很多有意義的教育素材，所以，在歸納出上述知識脈絡(luò)之后教師可以從以下三個方面引導(dǎo)學(xué)生體會在了解原子結(jié)構(gòu)發(fā)展史之后的收獲。

其一，關(guān)于人物、精神和友誼。有學(xué)生問：“為什么其他人物翻譯之后都是簡稱，沒有前綴，湯姆孫前面要加‘J.J.？”，因?yàn)檫@是老湯姆孫啊，湯姆孫的兒子小湯姆孫也是物理學(xué)家，叫做G.P.湯姆孫，因通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)受電子照射的晶體中的干涉現(xiàn)象獲得1937年諾貝爾物理學(xué)獎，所謂“虎父無犬子”。再就是盧瑟福，外號“鱷魚”，因?yàn)轺{魚從不回頭，張開大口吞食一切，不斷前進(jìn)，這是對他科學(xué)精神的褒獎。盧瑟福是J.J.湯姆孫的研究生，后來接替他的老師出任了卡文迪許實(shí)驗(yàn)室的主任。而玻爾是盧瑟福的學(xué)生，1912年曾在盧瑟福的實(shí)驗(yàn)室工作過，在α粒子散射實(shí)驗(yàn)中幫助同事們做過整理數(shù)據(jù)和撰寫論文的工作，他很欽佩盧瑟福的工作，支持盧瑟福的觀點(diǎn)，也了解“核式結(jié)構(gòu)模型”面臨的困難，當(dāng)他的一位朋友向他介紹了巴爾末描述氫光譜特征的公式時，他聯(lián)想到普朗克和愛因斯坦的量子理論，于是提出了關(guān)于氫原子結(jié)構(gòu)的三條量子化假設(shè)，也就是后來的“玻爾原子結(jié)構(gòu)模型”。這三位偉大的物理學(xué)家前赴后繼，孜孜不倦，相互合作，合理繼承，大膽創(chuàng)新，為揭示原子結(jié)構(gòu)譜寫了許多奮斗的故事和美好的友誼。這對學(xué)生“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”的提升能起到熏陶的作用。在合作、繼承和創(chuàng)新上做到極致的是“索爾維會議”，學(xué)生大多數(shù)都見過那張“世界上最強(qiáng)大腦”的照片，那是索爾維第五屆會議參會的29位科學(xué)巨匠的合影。索爾維會議是由德國物理學(xué)家普朗克和物理化學(xué)家瓦爾特.能斯特醞釀，由比利時化學(xué)家、企業(yè)家索爾維贊助的世界最高水平的學(xué)術(shù)會議，1911年首屆舉辦在比利時，由洛倫茲主持，會議的主要宗旨是研討物理學(xué)發(fā)展中亟待解決的關(guān)鍵性問題，會議每三年舉辦一次，這個會議對整合國際資源推動物理和化學(xué)的發(fā)展起到的作用不可估量。當(dāng)老師在給學(xué)生介紹以上資料時，就仿佛給干巴巴毫無生氣的物理結(jié)論注入了生機(jī)，讓它們都鮮活、親切起來，同時也可以激發(fā)學(xué)生熱愛科學(xué)、熱愛真理的情懷。

其二，關(guān)于方法。物理是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，聽起來再可靠再滴水不漏的理論如果沒有實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證都不會被外界接受。電子尺度非常微小難于觀察，但是它能在電場或磁場中受力，于是J.J.湯姆孫通過對陰極射線在電磁場中偏轉(zhuǎn)的特性確認(rèn)了電子的存在，當(dāng)然這之前需要先假設(shè)陰極射線是實(shí)物帶電粒子。美國科學(xué)家密立根的“油滴實(shí)驗(yàn)”是物理學(xué)界最美十大實(shí)驗(yàn)之一，電子電量及其微小，密立根測量了許多帶電小油滴的電量，發(fā)現(xiàn)它們所帶電量都是某一個值的整數(shù)倍，于是間接獲得了電子的電量。α粒子散射實(shí)驗(yàn)更是開辟了正確研究原子結(jié)構(gòu)的新途徑，現(xiàn)在我們常常把它叫做“黑箱法”：通過粒子轟擊未知區(qū)域內(nèi)部，分析轟擊粒子的運(yùn)動情況去判斷未知區(qū)域的特征。除了實(shí)驗(yàn)思想之外，實(shí)驗(yàn)工具的發(fā)展也伴隨其中，為了獲取α粒子，為了制造真空環(huán)境，為了觀測到粒子的運(yùn)動路徑，科學(xué)家們也是絞盡了腦汁。通過對實(shí)驗(yàn)方法、手段和數(shù)據(jù)分析的介紹，能夠提高學(xué)生對物理學(xué)習(xí)中科學(xué)探究和科學(xué)思維能力的認(rèn)識，幫助學(xué)生開闊視野，打通解決物理問題和解決科學(xué)問題之間的通道，其實(shí)二者一脈相承。

其三，關(guān)于知識。雖然知識包含的種類很多，有知識本身，也有獲取知識的方法的知識，但我們一般狹隘的理解就是知識本身。這也是作為高三學(xué)生，作為我們大多數(shù)教師教學(xué)最關(guān)注的區(qū)域，因?yàn)樗铒@性，能最直接、迅速帶來分?jǐn)?shù)。從學(xué)科素養(yǎng)來說，“原子結(jié)構(gòu)”部分的知識主要幫助增強(qiáng)學(xué)生的“物理觀念”，對物質(zhì)和能量特別是微觀物質(zhì)和能量有深度認(rèn)識。

2.3組織學(xué)生研究真題和考試要求，鎖定高考重點(diǎn)區(qū)域

學(xué)生徜徉完物理學(xué)史之后還是會關(guān)心這一部分高考的考試形式和題目特點(diǎn)。最后，我們要回到學(xué)科知識本身上來?！霸咏Y(jié)構(gòu)”的考點(diǎn)前面已做陳述。從巴爾末的四條線開始說起，到玻爾的三條假設(shè)，三條假設(shè)對應(yīng)的原子圖景和相應(yīng)的能量狀態(tài)計(jì)算，躍遷時吸收和發(fā)射的光子或特點(diǎn)。軌道量子化公式，能量量子化公式，躍遷公式共三條公式，兩個圖：能級圖（包含躍遷圖），總體來說就是：四條線、三個公式、兩種圖。然后組織真題做一點(diǎn)課堂限時訓(xùn)練和講評。

3.教學(xué)效果

這么操作下來大概需要三節(jié)課的時間，可能有老師不認(rèn)同把大量的時間分配在物理學(xué)史上，大家都會比較急功近利直奔真題訓(xùn)練。但是，只有建立在前后邏輯貫穿的前提下，學(xué)生才能更好地接受玻爾的假設(shè)，只有接受了玻爾能級假設(shè)的重要意義才可能進(jìn)入理解環(huán)節(jié)。從前面的介紹我們可以發(fā)現(xiàn)這一章出現(xiàn)的科學(xué)家和整個電磁學(xué)部分的科學(xué)家都有聯(lián)系，比如洛倫茲做了索爾維會議5屆的主持人，因?yàn)樗麩崆殚_朗善于交際，這么一說，同學(xué)們一定會稍微消除一些對“洛倫茲力”的畏懼，有了法拉第在“電磁感應(yīng)”上的貢獻(xiàn)，后續(xù)的科學(xué)家才能獲得更好的實(shí)驗(yàn)條件，進(jìn)行更高精尖的探索。所以，物理學(xué)史的介紹在活躍學(xué)科氛圍的同時能夠拉近學(xué)生與學(xué)科之間的距離。其次，科學(xué)家們艱苦探索的精神對學(xué)生的高三備考也是一種激勵，科學(xué)家嚴(yán)謹(jǐn)客觀、追求真理、不計(jì)名利的品質(zhì)對學(xué)生的世界觀也有許多正面的感召。

事實(shí)表明：以物理學(xué)史為主導(dǎo)的“原子結(jié)構(gòu)”復(fù)習(xí)對提高學(xué)生的復(fù)習(xí)效果是不錯的。從后續(xù)的測試中可以明顯看到該部分考點(diǎn)的試題學(xué)生的正確率較其它區(qū)域要高，對物理學(xué)史的滲透也稍微消除了學(xué)生物理學(xué)習(xí)的畏難情緒，課堂氛圍活潑中透著嚴(yán)肅，對于和偉大發(fā)現(xiàn)失之交臂的科學(xué)家比如赫茲，同學(xué)們唏噓感嘆;對于挑戰(zhàn)困難孜孜以求的盧瑟福，同學(xué)們報(bào)以敬仰;對盧瑟福和玻爾的友誼同學(xué)們一片會心莞爾;介紹α散射實(shí)驗(yàn)的時候他們會驚嘆科學(xué)家的睿智;介紹密立根油滴實(shí)驗(yàn)時他們又會覺得密立根真是用簡單的想法解決了大難題。這些介紹都讓學(xué)生覺得：其實(shí)科學(xué)研究并不神秘，都是一些正常的想法就能實(shí)現(xiàn)的，那么，解決物理問題也應(yīng)該如此，掌握原理，理解問題，開動腦筋，就一定能實(shí)現(xiàn)突破。

4.小結(jié)

中學(xué)物理中的每一個公式、定理、定律和結(jié)論背后都藏著長長的時光隧道，在那隧道里有人、故事和成果。不光是“原子結(jié)構(gòu)”，也不光是復(fù)習(xí)課，我們要善于找到那么多長長時光隧道中的寶藏，把它展開來，放在學(xué)生面前，更放在學(xué)生心中，指引他們成才的路。

[ 參? 考? 文? 獻(xiàn) ]

[1]普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書.物理3-5[M].北京：人民教育出版社，47-59.

[2]郭奕玲，沈慧君.物理學(xué)史（第二版）[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005.

[3]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2017.