原子结构内容的比较.doc

姓名：曹英 化学课程专题研究 主讲教师：王祖浩原子结构内容的比较上科版与新加坡（Chemistry Insights）化学是研究物质的一门学科，物质的基本结构究竟如何一直是人们想要知道了解的。物质的结构在化学中占有十分重要的地位，且原子结构理论教学历来都是化学学科教学的重难点，这部分内容涉及到很多的微观模型问题，内容单一抽象，缺乏直观性，学生无法感知到微观事物的存在形式和运动变化规律，从而加大了中学生的学习难度。影响此部分知识学习的因素很多，其中教材的呈现方式为一个不可忽视的因素，因为据了解大部分教师进行教学时一般均采用遵循教材的授课方式。一、 两本教材有关原子结构内容的分布新加坡以一个主题专门介绍有关原子结构的知识，此主题分为五章：第三、四、五、六、七章。第三章为固体、液体和气体，第四章为单质与化合物，第五章为原子结构，第六章为化学键，第七章为结构与性质。上科版在高中一年级上学期的第1章打开原子世界的大门和第3章探索原子构建物质的奥秘以及高中三年级拓展型教材第1章原子结构与元素周期律和第2章化学键和晶体结构介绍了有关原子结构这个主题的相关内容。两本教材中有关原子结构内容的分布具体见表1。表1 两本教材中有关原子结构内容的具体分布情况新加坡（Chemistry Insights）上科版第三章 固体、液体和气体3.1 物质的状态3.2 物质的动能粒子理论3.3 物质的粒子模型3.4 物质的相变第四章 单质与化合物4.1 单质4.2 单质的组成4.3 化合物4.4 化合物的组成4.5 混合物第五章 原子结构5.1 一个古老的原子模型（即道尔顿模型）5.2 原子模型的演变5.3 原子之间的不同5.4 进一步修改原子模型：电子排布5.5 电子结构和元素周期表5.6 由原子到离子第六章 化学键6.1 原子之间的成键6.2 离子键电子转移6.3 化学式和离子化合物的命名6.4 共价键共用电子6.5 巨大的共价结构第七章 结构与性质7.1 结构与性质7.2 巨大的离子结构7.3 巨大的共价结构7.4 简单的分子物质7.5 金属高一第1章 打开原子世界的大门1.1 从葡萄干面包原子模型到原子结构的行星模型1.2 原子结构和相对原子质量1.3 揭开原子核外电子运动的面纱第3章 探索原子构建物质的奥秘3.1 原子间的相互作用3.2 离子键3.3 共价键高三第1章 原子结构与元素周期律1.1 原子结构1.2 元素周期律第2章 化学键和晶体结构2.1 化学键和分子间作用力2.2 晶体二、 对原子结构内容进行分析比较选取新加坡教材此主题下的第五章原子结构与上科版高中一年级上学期的第1章打开原子世界的大门进行比较分析，其均是初步介绍原子结构的相关知识。1. 章首的分析比较新加坡教材章首提出此章的八个学习目标，并提出三个问题。1.科学模型和理论总是在变化着。最初，原子模型被视为固体小球。随着时间的推移，原子模型是如何改变的？2.科学知识和科学解释是建立在证据的基础上的。化学家认为原子中心包含原子核。化学家这样认为的证据是什么？3.元素周期表是将所有的元素组织在一起的一种方式。原子结构与其在元素周期表中的序数有何关系？上科版是通过一段文字描述简单说明学习原子结构的重要性，从而提出学习化学,首先就要打开原子世界的大门。由此可见，新加坡教材为学生明确了学习目标，并提出了相关问题，而上科版并没有提出明确的学习目标及相关问题。而学习目标与问题均有着自身的重要性。（1）学习目标的重要性学习目相标是学习中学习者预期达到的学习结果和标准。在此，通过引用拿破伦希尔成功学全书的一句话来类比学习目标的重要性。“If you dont know where to go, anywhere you do.”其本意为一个人若没有目标，人生就会迷失方向。个人觉得这句话也同样适用于学习中，学习如果没有目标，就如航海时没有灯塔，很容易迷失方向。作为学习者，明确自己应该学会什么，有助于他们自觉地、努力地学习，从而达到较佳的学习效果。明确的学习目标还可通过对学生注意的分配以及注意集中的强度产生一定的影响，从而提高学生的学习成绩。国内外的学习实践都证明，学习目标具有导向、启动、激励、凝聚、调控、制约等心理作用。美国的一位心理学家曾经指出：“如果一个铅球运动员在比赛的时候没有目标，那么，他的成绩一定不会很好。如果他心中有一个奋斗目标，铅球就会朝着那个目标飞行，而且投掷的距离就会更远。”这个比喻非常形象，具体说明了学习目标的重要性。当学习者有了一个追求的学习目标时，才会通过不懈的努力，向着心中既定的目标前进。1970年，G丹尼斯在他的研究中指出，当学习中行为目标十分突出时，对孩子后面的学习能发挥最佳的作用。另外，有人打过形象的比喻：没有目标的学习像是饭后散步，有明确目标的学习像是运动会上赛跑。（2）问题的重要性章首提出的问题，可以在学生心理上造成一种悬而未决但又必须解决的求知状态，从而激发学生强烈的学习愿望，学习时注意力高度集中，积极主动地投入学习。正因为有问题，有疑问，一个人才会去追寻答案。从学习者的角度看，问题看上去就像一个铁锚、一块磁石，它能吸引学习者的目光和身心，牢牢地将学习者“困”在那里，因而可以极大地调动学习者个体思维的活跃性、独立性和创造性。按照纽威尔和西蒙（NewellSimon）的观点，当一个人面对一个朝思暮想、不得其解的问题时，在“初始状态”与“目标状态”之间便构成了一个奇特的“问题空间”。这个“问题空间”所反映的其实就是学习者的某种心理状态，它所引发的“空缺感”构成了问题解决的动力源泉，同时必然引起问题解决过程中认知思维的空前活跃。一些科学家例如爱因斯坦、霍金等在思考问题时的痴迷状态便说明了这一点。2. 两本教材具体内容的分析比较（1）原子结构模型的发展史两个不同版本的教材均介绍了原子结构模型的发展史，但呈现方式并不相同。新加坡教材中原子结构模型演变内容中介绍了道尔顿模型，以资料社会中的化学详细呈现了汤姆生模型和卢瑟福模型及粒子散射实验。上科版则按时间顺序依次呈现了对原子模型做出贡献的科学家，古希腊德谟克利特原子论道尔顿1803年提出的原子模型汤姆生1904年提出的原子模型卢瑟福1911年提出的原子模型，详细介绍了卢瑟福提出其原子模型的过程及粒子散射实验。另外，在介绍卢瑟福原子模型前，先介绍了“从X射线到元素放射性的发现”，内容包括伦琴发现X射线和贝克勒尔发现铀盐有放射性的实验，其中贝克勒尔发现铀盐有放射性的实验以化学史话的方式呈现。但两本教材均侧重于介绍汤姆生模型和卢瑟福模型及粒子散射实验，尤其是卢瑟福模型及粒子散射实验，并没有大的差别。（2）现代原子结构模型两个版本的教材均介绍了原子结构的现代模型，均包括以下知识点：原子由原子核和核外电子组成，原子核包括质子和中子；质子带带正电，电子带负电，中子不带电；质子和中子质量相似，但是电子的质量比质子和中子小很多，可以忽略不计。并且两本教材均以表格的形式呈现了电子、质子和中子的相对质量和所带电荷，但略有差别。如下面表2和表3所示。表2 新加坡教材粒子符号相对质量电荷质子p11+中子n10电子e-1/18361-旁边附以【思考时间】为什么采用相对质量而非质量？表3 上科版原子构成原子的微粒电子原子核质子中子质量9.04110-31kg1.672610-27kg1.674810-27kg相对质量*1/183610071008电性和电荷量带一个单位负电荷带一个单位负电荷不显电性*是指与一种碳原子（原子核内有6个质子和6个中子的碳原子）质量的1/12相比较所得的数值的近似值另外，两个版本教材在介绍原子核体积很小时，呈现方式分别如下。新加坡教材采用类比的方式，将原子比为体育场，那么原子核相当于位于体育场中心的一个豌豆。电子在围绕此体育场快速运动，但是电子太小，不能观察到。原子内部大部分是中空的。上科版直接描述原子很小，原子核更小，它的半径是原子的万分之一，它的体积只占原子体积的几千亿分之一。可见，新加坡教材呈现方式较形象直观，学生容易进行想象，勾勒出一个合理的画面；上科版则略显抽象，学生很难感知到“它的体积只占原子体积的几千亿分之一”到底是如何一种景象。两个版本均讲到质量数以及构成原子的微粒数之间的关系，区别在于新加坡版本的教材先介绍了三种最简单原子的结构（氢原子、氦原子和锂原子）进而介绍质子数和质量数，并给出了例子对微粒数之间的关系进行讲解，而上科版仅将质量数和微粒数之间的关系进行罗列。不过，个人认为只单纯罗列应该不会加大学习难度，因为这部分知识只涉及到简单的计算和识记，高中学生的认知水平以达到较高水平，对于他们来说并不复杂。（3）同位素两个版本的教材均以氢元素的三种同位素氕、氘和氚为例介绍了同位素，均说明了同一元素的各种同位素化学性质基本完全相同。不同之处在于：新加坡教材说明同一元素的各种同位素在化合物中化学式相同，然而它们的物理性质有所不同，例如质量和沸点略有不同；上科版指出在天然存在的某种元素里，不论是游离态还是化合态，各种同位素所占的原子百分率一般是不变的。另两个版本的教材均介绍了同位素的作用：新加坡教材资料社会中的化学详细介绍了放射性碳定年法（利用自然存在的碳-14同位素的放射性定年法，用以确定原先存活的动物和植物的年龄的一种方法）；上科版在拓展视野中简单介绍了放射性同位素在工农业生产、科学研究、医学领域等有着重要的应用。（4）电子排布新加坡教材在5.4再一次修改原子模型：电子排布中由卢瑟福模型不能解释原子中电子的排布引出玻尔模型，并以表格的形式列举了前20号元素原子的电子排布方式。指出最外层（或价层）以及最外层电子（或价电子），值得提出的为其中提出通常画原子结构示意图时，只需画出最外层电子，叫做最外层电子结构。例如，图1硫原子的最外层电子结构。上科版指出电子层K、L、M、N、O、P、Q层，原子的核外电子排布可以用原子结构示意图表示。元素的化学性质主要由原子的最外层电子数决定，我们通常用小黑点（或）来表示元素原子的最外层上的电子，即电子式。如图2。根据两个表中呈现的元素原子的排布归纳了核外电子的排布规律。两个版本的教材原子结构示意图表达方式不同，如图3和图4。新加坡教材中的最外层电子结构与上科版中的电子式有异曲同工之处，均是表示出原子的最外层电子。另外，在介绍核外电子排布时，新加坡教材列举了周期表中的前20号元素，指出第一层、第二层和第三层分别最多容纳2个电子、8个电子和18个电子。上科版则归纳出了核外电子的排布规律。另外，新加坡教材提出了玻尔模型和价层以及价电子的概念，上科版在这部分内容中未提出玻尔模型和价层以及价电子的概念。图1 硫原子的最外层电子结构图图2 氢、氧、钠的电子式图4 上科：铝原子结构示意图图3 新加坡：碳原子结构示意图（5）离子新加坡教材5.6从原子到离子以稀有气体具有稳定结构而其他元素不具有稳定结构引出离子的形成，然后进一步介绍阳离子的形成（以钠离子和镁离子为例）、阴离子的形成（以氯离子和阳离子为例），最后指出离子的概念为离子理论的一部分并简单列举离子理论的重要性。在介绍离子时，给出了钠原子与钠离子的异同、镁原子与镁离子的异同、氯原子与氯离子的异同、氧原子与氧离子的异同。而上科版在介绍离子时，给出氧原子和氧离子的结构示意图后，旁边设置了思考与练习和思考与讨论，如图5和图6所示。图6 思考与讨论图5 思考与练习此点上，上科版的编排方式显然更能激发学生的思维，学生可以充分的思考与讨论，在讨论的基础上进行归纳总结，并将所学知识迁移到新的问题情景中，可以培养学生分析问题、解决问题的能力。这样的编排方式注重学生的思考、交流合作，充分发挥了学生的主体作用，为学生提供了自主学习和合作学习的平台。（6）不同的知识内容在所选的章节中，新加坡教材5.5电子结构与元素周期表简单介绍了族和周期的概念以及元素周期律，上科版中1.2中介绍了相对原子质量；新加坡教材为涉及到相对原子质量，上科版则未提到族和周期的概念以及元素周期律的内容。三、 思考与总结由分析比较可知，新加坡教材（Chemistry Insights）与上科版所包含的内容大部分相同。只是上科介绍了相对原子质量，新加坡教材没有介绍；新加坡教材在原子结构在章中介绍了族和周期的概念以及元素周期律，上科则没有。两本教材所涉及的内容大部分相同，不过呈现方式和内容结构上不尽相同，如前面所述，有些知识新加坡的呈现方式较上科版好，同样上科版中的某些内容呈现方式较新加坡好。另外，建议国内教材在章首提出明确的学习目标以及相关的有意义、有价值的问题，从而促进学生的学习，改善他们的学习效果。教材中应该多设计一些能够促进学生交流合