楊繼男

人教版和翰林版化學(xué)教科書在對原子結(jié)構(gòu)部分內(nèi)容的編寫特點(diǎn)與應(yīng)用分析*

楊繼男

人教版高中化學(xué)教科書選修3和翰林版高中化學(xué)教科書《選修化學(xué)》針對“原子結(jié)構(gòu)”部分內(nèi)容在編寫形式上存在很大的不同，兩者在內(nèi)容選材上又基本一致，在用人教版教科書教學(xué)時，可以借鑒翰林版教科書的圖文輔助教學(xué)，以幫助學(xué)生理解原子結(jié)構(gòu)的知識內(nèi)容。

人教版；翰林版；高中化學(xué)教科書；原子結(jié)構(gòu)；對比與應(yīng)用

一、人教版教科書的編寫順序特點(diǎn)

“原子結(jié)構(gòu)”部分內(nèi)容出現(xiàn)在選修3《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》第一章《原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》，是在必修2的基礎(chǔ)上用圖示簡單介紹原子概念的建立及其發(fā)展和變化過程。原子結(jié)構(gòu)的教材內(nèi)容編寫順序?yàn)椋合葟脑拥恼Q生到能層與能級，接著介紹構(gòu)造原理和電子排布式、能量最低原理、基態(tài)和激發(fā)態(tài)、光譜，最后才是原子軌道和電子云，泡利原理和洪特規(guī)則。

本章依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)對“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”模塊的要求，依據(jù)本模塊“主題1、原子結(jié)構(gòu)與元素的性質(zhì)”的要求內(nèi)容的選取，充分考慮了初中化學(xué)和高中化學(xué)必修2中的原子結(jié)構(gòu)的知識的基礎(chǔ)，注意知識的銜接與深化。

在第一節(jié)原子結(jié)構(gòu)中，教科書不再重復(fù)建立原子結(jié)構(gòu)的概念，而是直接介紹核外電子的能層(即電子層)和能級(即電子亞層)的概念，給出每一能層有幾個能級，每個能級最多可以容納幾個電子，教科書沒有介紹原子核的組成，有了能層和能級的概念，直接給出構(gòu)造原理，并根據(jù)構(gòu)造原理進(jìn)行核外電子排布；有了構(gòu)造原理，又由構(gòu)造原理引出能量最低原理，并同時引出基態(tài)和激發(fā)態(tài)的概念，以及原子光譜。由于第二章介紹共價鍵時需要涉及電子云和原子軌道等概念，該節(jié)在描述原子核外電子的運(yùn)動時介紹了這兩個概念，有了原子軌道的概念，結(jié)合原子核外電子的電子排布圖，介紹了泡利原理和洪特規(guī)則。本節(jié)內(nèi)容在陳述方式上可以說是一種倒敘式，即直接給出知識，而不加以理論上解釋，如把構(gòu)造看作是一個經(jīng)驗(yàn)規(guī)律，直接給出了原子核外電子排布的次序。但隨著學(xué)習(xí)的不斷深入，前面直接給出的一些結(jié)論性的知識不斷得到解釋。

二、翰林版教科書的編寫順序特點(diǎn)

“原子構(gòu)造”部分內(nèi)容出現(xiàn)在翰林版教科書《選修化學(xué)(上》)，從量子力學(xué)理論角度出發(fā)來研究原子結(jié)構(gòu)，從理論的角度出發(fā)來介紹原子結(jié)構(gòu)。編寫順序如下。

(1)由“電磁波為研究原子構(gòu)造極有用的工具”，先討論電磁波與能量的關(guān)系、氫原子光譜與芮得柏方程。

(2)介紹波爾的氫原子模型與氫原子能階?！案鞣N不同原子具有不同的能階，因此，不同的原子具有不同的原子光譜，因而探究遙遠(yuǎn)恒星發(fā)出的光譜，可得知其主要組成為何”。此節(jié)內(nèi)容主要討論原子結(jié)構(gòu)與光譜之間的關(guān)系，內(nèi)容較為深奧，從定量角度介紹能階公式，引出主量子數(shù)、基態(tài)、激發(fā)態(tài)、游離能等概念。

(3)原子軌道。電子的波粒性對于原子構(gòu)造的了解有很大的幫助，本節(jié)介紹由此概念衍生出的量子數(shù)與原子軌道理論。編寫順序是按人類對原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識研究順序編寫，科學(xué)家提出軌道(orbitall)這個名詞描述電子在原子中的空間分布情形，科學(xué)家用3個量子數(shù)來描述軌域，分別是主量子數(shù)n，角量子數(shù)l和磁量子數(shù)ml。此外還引入自旋量子數(shù)ms。介紹原子軌道的形狀，常用電子云的方式表示軌道。

(4)探討原子中電子在軌道的分布情況，稱電子組態(tài)，即原子中電子在能階中分布的表示法，一般指量穩(wěn)定之基態(tài)原子的電子排列方式。介紹多電子原子的電子填入軌道道時必須遵守3個規(guī)則：構(gòu)造原理(遞建原理)、包立不相容原理，與洪德定則。還介紹另一種表示電子排列方式軌道圖，詳細(xì)介紹了1-36號元素的電子組態(tài)，還介紹了價電子，價軌道等概念，以及周期表可分為s，p，d，f四區(qū)。

(5)由周期表的原子電子排列方式，元素性質(zhì)的周期性和原子的電子組態(tài)有密切關(guān)系，本節(jié)研究討論元素的原子半徑，游離能與電負(fù)度的趨勢。

本節(jié)有4道計(jì)算題范例，配有練習(xí)題4題。共有7個范例題。

三、教學(xué)應(yīng)用

在使用人教版教科書進(jìn)行教學(xué)時，可以根據(jù)學(xué)生的認(rèn)識發(fā)展規(guī)律，借鑒翰林版教科書對原子結(jié)構(gòu)認(rèn)識的順序，適當(dāng)調(diào)整教學(xué)順序，使教學(xué)更有利于學(xué)生學(xué)習(xí)。筆者在教學(xué)中采用的教學(xué)思路設(shè)計(jì)如下。

按照1-原子誕生、能層與能級；2-電子云與原子軌道、電子排布式；3-構(gòu)造原理、泡利原理和洪特規(guī)則；4-能量最低原理，基態(tài)與激發(fā)態(tài)、光譜的順序進(jìn)行教學(xué)。

第一課時，先介紹原子的誕生，引起學(xué)生的興趣。接著復(fù)習(xí)提問：“現(xiàn)在你們已經(jīng)知道原子由原子核和核外電子構(gòu)成，那么人們對原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識經(jīng)歷了什么樣的過程大家知道嗎？”然后利用第一章的章圖和結(jié)合PPT介紹人類對原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識。設(shè)計(jì)意圖為通過原子結(jié)構(gòu)模型的演變，使學(xué)生了解人類探索物質(zhì)結(jié)構(gòu)的價值、方法等，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生的教學(xué)目標(biāo)。

然后提問，“原子核外電子是如何運(yùn)動的？”引出能層和能級的概念。利用“學(xué)與問1”的問題，引導(dǎo)學(xué)生歸納得出能層與能級數(shù)之間關(guān)系，可得出每個能級最多容納的電子數(shù)。

第二課時提問：“為什么每個能級容納的最多電子數(shù)依次是1，3，5，7……的2倍”？引出電子云和原子軌道的概念，由PPT展示s，p，d電子云輪廓圖，再利用表1-2討論，得出(s，p，d，f……)不同能層的能級，原子軌道數(shù)及電子云輪廓圖之間的關(guān)系，即s，p，d，f……能級數(shù)等于原子軌道數(shù)。再歸納出每個能層的原子軌道總數(shù)，比較每個能層容納的最多電子數(shù)，從而得出每個軌道最多可容納2個電子。由原子結(jié)構(gòu)示意圖介紹電子排布式，讓學(xué)生根據(jù)練習(xí)書寫C，N，O，F(xiàn)和Si，P，S，Cl的電子排布式。

提問：“多電子原子的核外電子排布要遵循什么規(guī)律呢？”引出構(gòu)造原理。在了解構(gòu)造原理的基礎(chǔ)上，利用“思考與交流2”，讓學(xué)生思考后，再練習(xí)書寫簡化的電子排布式。

讓學(xué)生練習(xí)書寫原子序數(shù)為22號至36號元素的電子排布式后再讓學(xué)生對比元素周期表中的價層電子排布式，看看它們有什么不同？當(dāng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)24號鉻和29號銅與按構(gòu)造原理寫出的電子排布式不同時，會產(chǎn)生疑問，然后再引出電子排布還要遵守泡利原理和洪特規(guī)則。

第三課時，泡利原理的內(nèi)容學(xué)生并不覺得有什么困難，然后介紹用電子排布圖表示電子排布。先介紹Li的電子排布圖，然后要求學(xué)生寫出Be的電子排布圖，利用[學(xué)與問]讓學(xué)生判斷硼的正確電子排布圖。由2的判斷，引出洪特規(guī)則。介紹洪特規(guī)則后，讓學(xué)生練習(xí)習(xí)書寫N，O，P，Ne的電子排布圖。此時可向?qū)W生介紹未成對電子概念。

由洪特規(guī)則提到的基態(tài)原子引出能量最低原理、基態(tài)、激發(fā)態(tài)、光譜。強(qiáng)調(diào)原子的核外電子排布同時遵守構(gòu)造原理、泡利原理和洪特規(guī)則時，就是遵守能量最低原理。由于課程標(biāo)準(zhǔn)對光譜的要求較低，即知道原子核外電子在一定條件下會發(fā)生躍遷，了解其簡單應(yīng)用。故當(dāng)學(xué)生知道外電子對排布規(guī)律，遵循能量最低原理時原子處于基態(tài)，吸收能量后使能量高的電子發(fā)生躍遷產(chǎn)生吸收光譜；處于激發(fā)態(tài)，當(dāng)從激發(fā)態(tài)能量高的能級躍遷回能量低的能級或基態(tài)時，會釋放能量，產(chǎn)生發(fā)射光譜。介紹不同元素原子產(chǎn)生的原子光譜不同，可用于元素鑒定。然后讓學(xué)生閱讀第一節(jié)的兩篇科學(xué)史話。讓學(xué)生感悟科學(xué)精神與科學(xué)方法，達(dá)到情感態(tài)度價值觀的三維教學(xué)目標(biāo)。

四、教學(xué)反思

由于我們學(xué)校學(xué)生第一次選修《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》，許多年輕教師沒有上過這本書，都存在畏難心。經(jīng)過備課組集體討論、備課，大家一致采用這個教學(xué)思路來組織教學(xué)，教學(xué)效果顯示學(xué)生比較容易接受，學(xué)習(xí)成績比較讓人滿意。

(致謝：本文得到貴州省雷山縣第三中學(xué)潘國榮老師的指導(dǎo)，在此表示感謝！)

[1]宋心琦.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書?化學(xué)?選修3[M].北京:人民教育出版社,2009.

[2]陳秋炳.普通高級中學(xué)?選修化學(xué)(上)[M].臺南:翰林出版事業(yè)股份有限公司,2012.

[3]高興邦.中學(xué)化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)中適度重整化學(xué)教材資源例談[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考,2011(5):333.

楊繼男，本科，中教高級。貴州省雷山民族中學(xué)，557199

2014年貴州省教育科學(xué)規(guī)劃課題專項(xiàng)課題《大陸人教版與臺灣翰林版現(xiàn)行高中化學(xué)教材的比較研究》(編號：2014GZ042)。