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【摘要】 在高三物理“原子结构”部分尝试设计以物理学史为主导的复习课，渗透物理学史的复习课不仅能取得较好的复习效果，还能帮助学生提升物理学科核心素养。
【关键词】 物理学史 高三复习 原子结构
【中图分类号】 G633.7
【文献标识码】 A
【文章编号】 1992-7711（2020）01-020-020
高三物理复习是一场马拉松赛，基本没有学生实验，没有新概念、新问题，老师们研究过考试要求和高考真题之后会整理出考试涉及的公式、定理、定律，各种小结论和典型题型及其拓展，之后按照章节顺序填满学生的课堂内外。应试教育的特征在这一阶段体现得最为淋漓尽致。这种做法使得对物理没有兴趣、学习能力较弱、意志不够坚定的同学在复习过程中出现畏难情绪。物理学科比较抽象、有点枯燥，对逻辑推理有一定的要求，如果老师不注意复习方法，拘囿于终端结论的罗列和应用，而完全忽视结论形成的过程、忽视知识体系的构建，就极容易让物理复习过程变得冰冷生硬，晦涩难懂，最后拒学生于千里之外。
1.“原子结构”高三常见复习方法简介
以“原子结构”为例，当复习进展到这里的时候基本接近尾声了，“原子结构”在高考中涉及到三个考点：氢原子光谱、氢原子能级假设与能级公式。在2018年全国Ⅰ卷理综试题物理部分第一题就有体现。所以，也算举足轻重。为了让复习有成效，老师们主要有以下做法：归纳该部分的知识点，搜集近五年或十年各地的高考真题给学生强化训练;做得生动一些的老师会要求学生以思维导图的形式自己归纳整理知识、考点和题型，交流展示。
2.渗透物理学史，提升复习效果
物理是自然科学的重要组成部分，承载着培养学生科学核心素养的重要使命，即便是高三，特别是高三，学生中学阶段的的新知识已经学完，即将步入大学塑造专业能力，这种时候教师最好也最有必要强化学生的物理核心素养，为教育的“立德树人”功能把好中学最后一关。除了考试要求之外，“原子结构”涉及的内容是“量子力学”的序幕，是“量子力学”催生的主要研究话题，也是人类认识世界、认识物质结构的里程碑事件，在其中蕴藏着大量的科学家，他们的工作方法、精神、友谊以及他们发现的许多伟大结论对学生都有重要的教育意义。我们如果能在复习过程中充分渗透物理学史，组织以物理学史为主线的复习资料，引导学生自行提炼重要区域，再加以强化，相信能让学生在掌握知识的同时有更多的收获。
2.1按照物理学史的介绍还原原子结构的发现历程，补齐关键信息
原子结构的发现有以下重要阶段：研究阴极射线发现电子（1858年-1890年）;原子结构的猜测并建立核式结构模型（1898年-1911年）;对光谱的研究和玻尔的原子模型（1911年-1913年）。这里面主要涉及到德国物理学家普吕克尔和戈德斯坦，英国物理学家J.J.汤姆孙，德国物理学家赫兹，美国实验物理学家密立根，英国物理学家卢瑟福，瑞士数学教师巴尔末，丹麦物理学家玻尔。在探索原子结构的过程中，1911年是第一届索尔维会议召开的时间，卢瑟福的α粒子散射实验居然没有出现在会议记录中，可见核式结构模型最初是不被接受的。卢瑟福在提出核式结构模型时已经意识到到自己的模型不完备，所以一开始就做了申明：“在现阶段，不必考虑所提原子的稳定性，因为显然这将取决于原子的细微结构和带电的组成部分的运动。”
我们可以以重要人物和结论为主干做一条知识脉络，如下图一：
图一 原子结构发展史
2.2围绕原子结构发展，引导学生分析史料
现行课标提出了物理学科的四大核心素养：物理观念、科学思维、科学探究和科学态度与责任。如果细心品味“原子结构”的发现历史，我们可以从中挖掘出很多有意义的教育素材，所以，在归纳出上述知识脉络之后教师可以从以下三个方面引导学生体会在了解原子结构发展史之后的收获。
其一，关于人物、精神和友谊。有学生问：“为什么其他人物翻译之后都是简称，没有前缀，汤姆孙前面要加‘J.J.’？”，因为这是老汤姆孙啊，汤姆孙的儿子小汤姆孙也是物理学家，叫做G.P.汤姆孙，因通过实验发现受电子照射的晶体中的干涉现象获得1937年诺贝尔物理学奖，所谓“虎父无犬子”。再就是卢瑟福，外号“鳄鱼”，因为鳄鱼从不回头，张开大口吞食一切，不断前进，这是对他科学精神的褒奖。卢瑟福是J.J.汤姆孙的研究生，后来接替他的老师出任了卡文迪许实验室的主任。而玻尔是卢瑟福的学生，1912年曾在卢瑟福的实验室工作过，在α粒子散射实验中帮助同事们做过整理数据和撰写论文的工作，他很钦佩卢瑟福的工作，支持卢瑟福的观点，也了解“核式结构模型”面临的困难，当他的一位朋友向他介绍了巴尔末描述氢光谱特征的公式时，他联想到普朗克和爱因斯坦的量子理论，于是提出了关于氢原子结构的三条量子化假设，也就是后来的“玻尔原子结构模型”。这三位伟大的物理学家前赴后继，孜孜不倦，相互合作，合理继承，大胆创新，为揭示原子结构谱写了许多奋斗的故事和美好的友谊。这对学生“科学态度与责任”的提升能起到熏陶的作用。在合作、继承和创新上做到极致的是“索尔维会议”，学生大多数都见过那张“世界上最强大脑”的照片，那是索尔维第五届会议参会的29位科学巨匠的合影。索尔维会议是由德国物理学家普朗克和物理化学家瓦尔特.能斯特酝酿，由比利时化学家、企业家索尔维赞助的世界最高水平的学术会议，1911年首届举办在比利时，由洛伦兹主持，会议的主要宗旨是研讨物理学发展中亟待解决的关键性问题，会议每三年举办一次，这个会议对整合国际资源推动物理和化学的发展起到的作用不可估量。当老师在给学生介绍以上资料时，就仿佛给干巴巴毫无生气的物理结论注入了生机，让它们都鲜活、亲切起来，同时也可以激发学生热爱科学、热爱真理的情怀。
其二，关于方法。物理是一门以实验为基础的科学，听起来再可靠再滴水不漏的理论如果没有实验验证都不会被外界接受。电子尺度非常微小难于观察，但是它能在电场或磁场中受力，于是J.J.汤姆孙通过对阴极射线在电磁场中偏转的特性确认了电子的存在，当然这之前需要先假设阴极射线是实物带电粒子。美国科学家密立根的“油滴实验”是物理学界最美十大实验之一，电子电量及其微小，密立根测量了许多带电小油滴的电量，发现它们所带电量都是某一个值的整数倍，于是间接获得了电子的电量。α粒子散射实验更是开辟了正确研究原子结构的新途径，现在我们常常把它叫做“黑箱法”：通过粒子轰击未知区域内部，分析轰击粒子的运动情况去判断未知区域的特征。除了实验思想之外，实验工具的发展也伴随其中，为了获取α粒子，为了制造真空环境，为了观测到粒子的运动路径，科学家们也是绞尽了脑汁。通过对实验方法、手段和数据分析的介绍，能够提高学生對物理学习中科学探究和科学思维能力的认识，帮助学生开阔视野，打通解决物理问题和解决科学问题之间的通道，其实二者一脉相承。 其三，关于知识。虽然知识包含的种类很多，有知识本身，也有获取知识的方法的知识，但我们一般狭隘的理解就是知识本身。这也是作为高三学生，作为我们大多数教师教学最关注的区域，因为它最显性，能最直接、迅速带来分数。从学科素养来说，“原子结构”部分的知识主要帮助增强学生的“物理观念”，对物质和能量特别是微观物质和能量有深度认识。
2.3组织学生研究真题和考试要求，锁定高考重点区域
学生徜徉完物理学史之后还是会关心这一部分高考的考试形式和题目特点。最后，我们要回到学科知识本身上来。“原子结构”的考点前面已做陈述。从巴尔末的四条线开始说起，到玻尔的三条假设，三条假设对应的原子图景和相应的能量状态计算，跃迁时吸收和发射的光子或特点。轨道量子化公式，能量量子化公式，跃迁公式共三条公式，两个图：能级图（包含跃迁图），总体来说就是：四条线、三个公式、两种图。然后组织真题做一点课堂限时训练和讲评。
3.教学效果
这么操作下来大概需要三节课的时间，可能有老师不认同把大量的时间分配在物理学史上，大家都会比较急功近利直奔真题训练。但是，只有建立在前后逻辑贯穿的前提下，学生才能更好地接受玻尔的假设，只有接受了玻尔能级假设的重要意义才可能进入理解环节。从前面的介绍我们可以发现这一章出现的科学家和整个电磁学部分的科学家都有联系，比如洛伦兹做了索尔维会议5届的主持人，因为他热情开朗善于交际，这么一说，同学们一定会稍微消除一些对“洛伦兹力”的畏惧，有了法拉第在“电磁感应”上的贡献，后续的科学家才能获得更好的实验条件，进行更高精尖的探索。所以，物理学史的介绍在活跃学科氛围的同时能够拉近学生与学科之间的距离。其次，科学家们艰苦探索的精神对学生的高三备考也是一种激励，科学家严谨客观、追求真理、不计名利的品质对学生的世界观也有许多正面的感召。
事实表明：以物理学史为主导的“原子结构”复习对提高学生的复习效果是不错的。从后续的测试中可以明显看到该部分考点的试题学生的正确率较其它区域要高，对物理学史的渗透也稍微消除了学生物理学习的畏难情绪，课堂氛圍活泼中透着严肃，对于和伟大发现失之交臂的科学家比如赫兹，同学们唏嘘感叹;对于挑战困难孜孜以求的卢瑟福，同学们报以敬仰;对卢瑟福和玻尔的友谊同学们一片会心莞尔;介绍α散射实验的时候他们会惊叹科学家的睿智;介绍密立根油滴实验时他们又会觉得密立根真是用简单的想法解决了大难题。这些介绍都让学生觉得：其实科学研究并不神秘，都是一些正常的想法就能实现的，那么，解决物理问题也应该如此，掌握原理，理解问题，开动脑筋，就一定能实现突破。
4.小结
中学物理中的每一个公式、定理、定律和结论背后都藏着长长的时光隧道，在那隧道里有人、故事和成果。不光是“原子结构”，也不光是复习课，我们要善于找到那么多长长时光隧道中的宝藏，把它展开来，放在学生面前，更放在学生心中，指引他们成才的路。
[ 参
【关键词】 物理学史 高三复习 原子结构
【中图分类号】 G633.7
【文献标识码】 A
【文章编号】 1992-7711（2020）01-020-020
高三物理复习是一场马拉松赛，基本没有学生实验，没有新概念、新问题，老师们研究过考试要求和高考真题之后会整理出考试涉及的公式、定理、定律，各种小结论和典型题型及其拓展，之后按照章节顺序填满学生的课堂内外。应试教育的特征在这一阶段体现得最为淋漓尽致。这种做法使得对物理没有兴趣、学习能力较弱、意志不够坚定的同学在复习过程中出现畏难情绪。物理学科比较抽象、有点枯燥，对逻辑推理有一定的要求，如果老师不注意复习方法，拘囿于终端结论的罗列和应用，而完全忽视结论形成的过程、忽视知识体系的构建，就极容易让物理复习过程变得冰冷生硬，晦涩难懂，最后拒学生于千里之外。
1.“原子结构”高三常见复习方法简介
以“原子结构”为例，当复习进展到这里的时候基本接近尾声了，“原子结构”在高考中涉及到三个考点：氢原子光谱、氢原子能级假设与能级公式。在2018年全国Ⅰ卷理综试题物理部分第一题就有体现。所以，也算举足轻重。为了让复习有成效，老师们主要有以下做法：归纳该部分的知识点，搜集近五年或十年各地的高考真题给学生强化训练;做得生动一些的老师会要求学生以思维导图的形式自己归纳整理知识、考点和题型，交流展示。
2.渗透物理学史，提升复习效果
物理是自然科学的重要组成部分，承载着培养学生科学核心素养的重要使命，即便是高三，特别是高三，学生中学阶段的的新知识已经学完，即将步入大学塑造专业能力，这种时候教师最好也最有必要强化学生的物理核心素养，为教育的“立德树人”功能把好中学最后一关。除了考试要求之外，“原子结构”涉及的内容是“量子力学”的序幕，是“量子力学”催生的主要研究话题，也是人类认识世界、认识物质结构的里程碑事件，在其中蕴藏着大量的科学家，他们的工作方法、精神、友谊以及他们发现的许多伟大结论对学生都有重要的教育意义。我们如果能在复习过程中充分渗透物理学史，组织以物理学史为主线的复习资料，引导学生自行提炼重要区域，再加以强化，相信能让学生在掌握知识的同时有更多的收获。
2.1按照物理学史的介绍还原原子结构的发现历程，补齐关键信息
原子结构的发现有以下重要阶段：研究阴极射线发现电子（1858年-1890年）;原子结构的猜测并建立核式结构模型（1898年-1911年）;对光谱的研究和玻尔的原子模型（1911年-1913年）。这里面主要涉及到德国物理学家普吕克尔和戈德斯坦，英国物理学家J.J.汤姆孙，德国物理学家赫兹，美国实验物理学家密立根，英国物理学家卢瑟福，瑞士数学教师巴尔末，丹麦物理学家玻尔。在探索原子结构的过程中，1911年是第一届索尔维会议召开的时间，卢瑟福的α粒子散射实验居然没有出现在会议记录中，可见核式结构模型最初是不被接受的。卢瑟福在提出核式结构模型时已经意识到到自己的模型不完备，所以一开始就做了申明：“在现阶段，不必考虑所提原子的稳定性，因为显然这将取决于原子的细微结构和带电的组成部分的运动。”
我们可以以重要人物和结论为主干做一条知识脉络，如下图一：
图一 原子结构发展史
2.2围绕原子结构发展，引导学生分析史料
现行课标提出了物理学科的四大核心素养：物理观念、科学思维、科学探究和科学态度与责任。如果细心品味“原子结构”的发现历史，我们可以从中挖掘出很多有意义的教育素材，所以，在归纳出上述知识脉络之后教师可以从以下三个方面引导学生体会在了解原子结构发展史之后的收获。
其一，关于人物、精神和友谊。有学生问：“为什么其他人物翻译之后都是简称，没有前缀，汤姆孙前面要加‘J.J.’？”，因为这是老汤姆孙啊，汤姆孙的儿子小汤姆孙也是物理学家，叫做G.P.汤姆孙，因通过实验发现受电子照射的晶体中的干涉现象获得1937年诺贝尔物理学奖，所谓“虎父无犬子”。再就是卢瑟福，外号“鳄鱼”，因为鳄鱼从不回头，张开大口吞食一切，不断前进，这是对他科学精神的褒奖。卢瑟福是J.J.汤姆孙的研究生，后来接替他的老师出任了卡文迪许实验室的主任。而玻尔是卢瑟福的学生，1912年曾在卢瑟福的实验室工作过，在α粒子散射实验中帮助同事们做过整理数据和撰写论文的工作，他很钦佩卢瑟福的工作，支持卢瑟福的观点，也了解“核式结构模型”面临的困难，当他的一位朋友向他介绍了巴尔末描述氢光谱特征的公式时，他联想到普朗克和爱因斯坦的量子理论，于是提出了关于氢原子结构的三条量子化假设，也就是后来的“玻尔原子结构模型”。这三位伟大的物理学家前赴后继，孜孜不倦，相互合作，合理继承，大胆创新，为揭示原子结构谱写了许多奋斗的故事和美好的友谊。这对学生“科学态度与责任”的提升能起到熏陶的作用。在合作、继承和创新上做到极致的是“索尔维会议”，学生大多数都见过那张“世界上最强大脑”的照片，那是索尔维第五届会议参会的29位科学巨匠的合影。索尔维会议是由德国物理学家普朗克和物理化学家瓦尔特.能斯特酝酿，由比利时化学家、企业家索尔维赞助的世界最高水平的学术会议，1911年首届举办在比利时，由洛伦兹主持，会议的主要宗旨是研讨物理学发展中亟待解决的关键性问题，会议每三年举办一次，这个会议对整合国际资源推动物理和化学的发展起到的作用不可估量。当老师在给学生介绍以上资料时，就仿佛给干巴巴毫无生气的物理结论注入了生机，让它们都鲜活、亲切起来，同时也可以激发学生热爱科学、热爱真理的情怀。
其二，关于方法。物理是一门以实验为基础的科学，听起来再可靠再滴水不漏的理论如果没有实验验证都不会被外界接受。电子尺度非常微小难于观察，但是它能在电场或磁场中受力，于是J.J.汤姆孙通过对阴极射线在电磁场中偏转的特性确认了电子的存在，当然这之前需要先假设阴极射线是实物带电粒子。美国科学家密立根的“油滴实验”是物理学界最美十大实验之一，电子电量及其微小，密立根测量了许多带电小油滴的电量，发现它们所带电量都是某一个值的整数倍，于是间接获得了电子的电量。α粒子散射实验更是开辟了正确研究原子结构的新途径，现在我们常常把它叫做“黑箱法”：通过粒子轰击未知区域内部，分析轰击粒子的运动情况去判断未知区域的特征。除了实验思想之外，实验工具的发展也伴随其中，为了获取α粒子，为了制造真空环境，为了观测到粒子的运动路径，科学家们也是绞尽了脑汁。通过对实验方法、手段和数据分析的介绍，能够提高学生對物理学习中科学探究和科学思维能力的认识，帮助学生开阔视野，打通解决物理问题和解决科学问题之间的通道，其实二者一脉相承。 其三，关于知识。虽然知识包含的种类很多，有知识本身，也有获取知识的方法的知识，但我们一般狭隘的理解就是知识本身。这也是作为高三学生，作为我们大多数教师教学最关注的区域，因为它最显性，能最直接、迅速带来分数。从学科素养来说，“原子结构”部分的知识主要帮助增强学生的“物理观念”，对物质和能量特别是微观物质和能量有深度认识。
2.3组织学生研究真题和考试要求，锁定高考重点区域
学生徜徉完物理学史之后还是会关心这一部分高考的考试形式和题目特点。最后，我们要回到学科知识本身上来。“原子结构”的考点前面已做陈述。从巴尔末的四条线开始说起，到玻尔的三条假设，三条假设对应的原子图景和相应的能量状态计算，跃迁时吸收和发射的光子或特点。轨道量子化公式，能量量子化公式，跃迁公式共三条公式，两个图：能级图（包含跃迁图），总体来说就是：四条线、三个公式、两种图。然后组织真题做一点课堂限时训练和讲评。
3.教学效果
这么操作下来大概需要三节课的时间，可能有老师不认同把大量的时间分配在物理学史上，大家都会比较急功近利直奔真题训练。但是，只有建立在前后逻辑贯穿的前提下，学生才能更好地接受玻尔的假设，只有接受了玻尔能级假设的重要意义才可能进入理解环节。从前面的介绍我们可以发现这一章出现的科学家和整个电磁学部分的科学家都有联系，比如洛伦兹做了索尔维会议5届的主持人，因为他热情开朗善于交际，这么一说，同学们一定会稍微消除一些对“洛伦兹力”的畏惧，有了法拉第在“电磁感应”上的贡献，后续的科学家才能获得更好的实验条件，进行更高精尖的探索。所以，物理学史的介绍在活跃学科氛围的同时能够拉近学生与学科之间的距离。其次，科学家们艰苦探索的精神对学生的高三备考也是一种激励，科学家严谨客观、追求真理、不计名利的品质对学生的世界观也有许多正面的感召。
事实表明：以物理学史为主导的“原子结构”复习对提高学生的复习效果是不错的。从后续的测试中可以明显看到该部分考点的试题学生的正确率较其它区域要高，对物理学史的渗透也稍微消除了学生物理学习的畏难情绪，课堂氛圍活泼中透着严肃，对于和伟大发现失之交臂的科学家比如赫兹，同学们唏嘘感叹;对于挑战困难孜孜以求的卢瑟福，同学们报以敬仰;对卢瑟福和玻尔的友谊同学们一片会心莞尔;介绍α散射实验的时候他们会惊叹科学家的睿智;介绍密立根油滴实验时他们又会觉得密立根真是用简单的想法解决了大难题。这些介绍都让学生觉得：其实科学研究并不神秘，都是一些正常的想法就能实现的，那么，解决物理问题也应该如此，掌握原理，理解问题，开动脑筋，就一定能实现突破。
4.小结
中学物理中的每一个公式、定理、定律和结论背后都藏着长长的时光隧道，在那隧道里有人、故事和成果。不光是“原子结构”，也不光是复习课，我们要善于找到那么多长长时光隧道中的宝藏，把它展开来，放在学生面前，更放在学生心中，指引他们成才的路。
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