《原子物理學(xué)》教材分層使用的思考

徐曉梅 應(yīng)希

（云南師范大學(xué)物理與電子信息學(xué)院 云南 昆明 650500）

1 引言

教材是教與學(xué)基本內(nèi)容的書面材料，它既是培養(yǎng)人才、傳播知識(shí)、開發(fā)智能和培養(yǎng)能力的工具，體現(xiàn)了教育思想、培養(yǎng)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，也是深入教學(xué)改革提高教學(xué)質(zhì)量的重要保證，對(duì)學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)的形成和教師的教學(xué)過程都有著重要的指導(dǎo)和參考作用，是實(shí)現(xiàn)教學(xué)目的的主要手段，在教學(xué)改革中處于先導(dǎo)與核心地位.因此，對(duì)教材進(jìn)行比較、分析研究將有重要的意義.

原子物理學(xué)在大學(xué)物理類專業(yè)教學(xué)中占有重要地位.目前，常用的原子物理學(xué)教材有10多種，根據(jù)各高校選用的一般情況，挑選出了較為典型的3種教材［1～3］進(jìn)行比較.通過比較，了解各教材的特點(diǎn)，對(duì)教師如何選用適合本校教學(xué)要求的教材，以及對(duì)教師如何指導(dǎo)學(xué)生按自己的基本學(xué)習(xí)目標(biāo)及要求采用不同特色的學(xué)習(xí)參考書給出建議.為班級(jí)教學(xué)層次上的分層指導(dǎo)作教材準(zhǔn)備，有利于學(xué)生學(xué)習(xí)，且利于促進(jìn)教材改革和教學(xué)改革的發(fā)展和完善.

2 三本原子物理學(xué)教材的分析比較

文獻(xiàn)［1］是我國(guó)經(jīng)歷了10年浩劫之后所編的第一套高校教材，對(duì)后來(lái)的教材編寫有較大的影響，在1987年國(guó)家教育委員會(huì)舉辦的全國(guó)優(yōu)秀教材評(píng)選中獲國(guó)家教委一等獎(jiǎng).該書以說(shuō)明原子結(jié)構(gòu)為中心，從大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)和總結(jié)出的規(guī)律，匯總到原子結(jié)構(gòu)的全貌，在圍繞中心目標(biāo)述及有關(guān)實(shí)驗(yàn)事實(shí)和規(guī)律時(shí)，也提到當(dāng)時(shí)該領(lǐng)域的重要應(yīng)用.文獻(xiàn)［2］是教育部“高等教育面向21世紀(jì)教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革計(jì)劃”的研究成果，是面向21世紀(jì)的課程教材.該書第一版在1987年國(guó)家教育委員會(huì)舉辦的全國(guó)優(yōu)秀教材評(píng)選中獲全國(guó)優(yōu)秀獎(jiǎng)，第四版在前三版的基礎(chǔ)上作了精心的修改和補(bǔ)充.該書從實(shí)驗(yàn)事實(shí)出發(fā)，以闡述原子結(jié)構(gòu)為中心，結(jié)合原子物理學(xué)的發(fā)展史，聯(lián)系實(shí)際應(yīng)用和科研前沿，深入淺出地討論了原子物理學(xué)的基本內(nèi)容，其中不少是作者的科研成果，水平較高.該書貫徹了作者“培養(yǎng)學(xué)生智能”的編寫意圖.文獻(xiàn)［3］是為了加強(qiáng)師范?？茖W(xué)校的教材建設(shè)，改變師專沒有適合自己特色的教材的局面，由國(guó)家教委主持，組織師專有多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的教師在1990年出版的師專專用教材的基礎(chǔ)上于1998年修訂的.該書堅(jiān)持面向中學(xué)物理教學(xué)，加強(qiáng)基本理論與實(shí)際應(yīng)用之間的聯(lián)系，對(duì)中學(xué)教材中涉及的內(nèi)容講述特別詳細(xì)，訓(xùn)練較多.

2.1 對(duì)知識(shí)內(nèi)容的比較

2.1.1 知識(shí)內(nèi)容的選取及其所占比重

為了用統(tǒng)計(jì)的方法進(jìn)行比較，故按通常的方法把《原子物理學(xué)》內(nèi)容分成12個(gè)部分［4］，分別為原子的基本狀況、原子的能級(jí)和輻射、量子力學(xué)初步、堿金屬原子和電子的自旋、多電子原子、在磁場(chǎng)中的原子、原子的殼層結(jié)構(gòu)、X射線、分子結(jié)構(gòu)和分子光譜、原子核、基本粒子、超精細(xì)相互作用.

3本教材所包含的內(nèi)容章節(jié)分別為，文獻(xiàn)［1］共11章68節(jié)，文獻(xiàn)［2］共8章45節(jié)，文獻(xiàn)［3］共9章49節(jié).表1和表2針對(duì)3本教材對(duì)上面12個(gè)部分的內(nèi)容做了統(tǒng)計(jì)（每個(gè)部分所包含的內(nèi)容以文獻(xiàn)［1］劃分為準(zhǔn)）.表1對(duì)3本教材12個(gè)部分的內(nèi)容所含節(jié)數(shù)和教材的總節(jié)數(shù)做出統(tǒng)計(jì)，二者的比值定義為該部分內(nèi)容在教材中的比重值.表2對(duì)3本教材中12個(gè)部分的內(nèi)容所占的頁(yè)數(shù)和該教材總頁(yè)數(shù)（均不包括習(xí)題、小結(jié)、12個(gè)部分內(nèi)容外的附錄）作出統(tǒng)計(jì)，二者的比值定義為該部分內(nèi)容在教材中的比重值.

表1 12個(gè)部分內(nèi)容所占節(jié)數(shù)在教材中所占比重

表2 12個(gè)部分內(nèi)容所占頁(yè)數(shù)在教材中所占比重

2.1.2 具體的知識(shí)內(nèi)容

（1）原子的基本狀況

相同點(diǎn)：3本教材都講述了原子的大小、湯姆孫原子模型、盧瑟福原子的核式結(jié)構(gòu)模型、盧瑟福公式的推導(dǎo)、粒子散射實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證.

不同點(diǎn)：文獻(xiàn)［2］介紹了原子物理學(xué)產(chǎn)生的背景以及行星模型的意義及困難，文獻(xiàn)［1］簡(jiǎn)要介紹了同位素.

（2）原子的能級(jí)和輻射

相同點(diǎn)：都講述了玻爾模型以及玻爾模型的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證（氫原子光譜、夫蘭克 －赫茲實(shí)驗(yàn)）、玻爾－索末菲模型、量子化通則、玻爾的對(duì)應(yīng)原理及玻爾模型的地位.

不同點(diǎn)：文獻(xiàn)［2］比文獻(xiàn)［1］和文獻(xiàn)［3］多介紹了玻爾理論產(chǎn)生的歷史背景.

（3）量子力學(xué)初步

相同點(diǎn)：都講述了光的波粒二象性、德布羅意假設(shè)、戴維遜 －革末實(shí)驗(yàn)、德布羅意波和量子態(tài)、測(cè)不準(zhǔn)原理、波函數(shù)及其統(tǒng)計(jì)解釋.

不同點(diǎn)：文獻(xiàn)［2］還介紹了平均值與算符.

（4）堿金屬原子和電子的自旋

相同點(diǎn)：都講述了原子中電子軌道運(yùn)動(dòng)的磁矩、原子實(shí)極化與軌道貫穿作用、電子自旋假設(shè)、堿金屬原子光譜及其精細(xì)結(jié)構(gòu)、單電子躍遷選擇定則.

不同點(diǎn)：文獻(xiàn)［3］沒有詳細(xì)講述氫原子光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)與藍(lán)姆移動(dòng).

（5）多電子原子

相同點(diǎn)：都講述了氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律和能級(jí)、兩個(gè)電子的耦合、電子組態(tài)、L-S和J-J角動(dòng)量耦合及其法則、泡利不相容原理.

不同點(diǎn)：文獻(xiàn)［1］還介紹了復(fù)雜原子光譜的一般規(guī)律及鎂的光譜和能級(jí)，文獻(xiàn)［3］沒有講述同科電子.

（6）在磁場(chǎng)中的原子

相同點(diǎn)：都講述了朗德因子g的計(jì)算方法、拉莫爾旋進(jìn)、原子受磁場(chǎng)作用的附加能量、史特恩 －蓋拉赫實(shí)驗(yàn)的解釋、塞曼效應(yīng)及理論解釋、磁共振.

不同點(diǎn)：文獻(xiàn)［2］對(duì)磁共振的講述放在附錄中，文獻(xiàn)［3］對(duì)塞曼效應(yīng)僅作為選學(xué)內(nèi)容，另外，文獻(xiàn)［3］只是簡(jiǎn)要介紹了磁共振法測(cè)原子核磁矩，在磁共振內(nèi)容上不如文獻(xiàn)［1，2］詳細(xì).

（7）原子的殼層結(jié)構(gòu)

相同點(diǎn)：都講述了元素周期表的周期性、電子填充殼層的原則.

不同點(diǎn)：文獻(xiàn)［2］利用原子的殼層結(jié)構(gòu)對(duì)電離能變化進(jìn)行了解釋.

（8）X射線

相同點(diǎn)：文獻(xiàn)［1］和文獻(xiàn)［2］都介紹了X射線的發(fā)現(xiàn)及其波性、X射線產(chǎn)生的機(jī)制和特征、康普頓散射、X射線的吸收.

不同點(diǎn)：文獻(xiàn)［3］對(duì)該部分內(nèi)容作為選學(xué)內(nèi)容，僅介紹了X射線的產(chǎn)生以及X射線的連續(xù)譜、標(biāo)識(shí)譜和X射線的特性與應(yīng)用.

（9）基本粒子

相同點(diǎn)：文獻(xiàn)［1］和文獻(xiàn)［3］都講述了基本粒子和粒子的相互作用、守恒定律、夸克模型.

不同點(diǎn)：文獻(xiàn)［2］沒有對(duì)該部分內(nèi)容進(jìn)行講述.文獻(xiàn)［1］還介紹了粒子的共振態(tài)、電磁相互作用以及弱相互作用.

從上面的比較可以看出，文獻(xiàn)［3］對(duì)基本知識(shí)內(nèi)容的要求不如文獻(xiàn)［1，2］高.文獻(xiàn)［1，2］對(duì)相同部分內(nèi)容的介紹有相同之處也有不同之處，相同部分的內(nèi)容所含知識(shí)點(diǎn)相差不大，且都比文獻(xiàn)［3］全面.不同之處有，文獻(xiàn)［2］在講述相關(guān)內(nèi)容之前都會(huì)介紹一下本部分內(nèi)容產(chǎn)生的歷史背景，也會(huì)在內(nèi)容之中穿插一些問題，這有利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，并且在每部分內(nèi)容之后都有相關(guān)的附錄知識(shí)，雖然附錄知識(shí)有一定的難度，但對(duì)感興趣的學(xué)生來(lái)說(shuō)卻是一筆不小的財(cái)富.

2.1.3 教材習(xí)題

（1）習(xí)題數(shù)量

3本教材中的習(xí)題數(shù)及所占比重如表3所示.

表3 三本教材的習(xí)題數(shù)所占比重

（2）習(xí)題的要求

文獻(xiàn)［1，2］的習(xí)題都是些計(jì)算或證明題，具有一定的難度，而文獻(xiàn)［3］在每章后習(xí)題的前幾道均為簡(jiǎn)答題，考察學(xué)生對(duì)概念模型的基本理解，計(jì)算題或證明題的難度沒有文獻(xiàn)［1，2］高.因此，雖然文獻(xiàn)［3］的習(xí)題最多，但習(xí)題難度對(duì)學(xué)生的要求卻是較低的，強(qiáng)調(diào)了對(duì)基本內(nèi)容的最基本把握.

2.2 對(duì)知識(shí)體系結(jié)構(gòu)的比較

2.2.1 教材結(jié)構(gòu)形式

文獻(xiàn)［1］的體系結(jié)構(gòu)有前言、緒論、正文、習(xí)題、常用物理常數(shù)、參考書籍、外國(guó)人名表、索引組成.文獻(xiàn)［2］有序言、緒論、每章之前的一兩段名人語(yǔ)錄、正文、小結(jié)、習(xí)題、每章附錄附表、附錄、習(xí)題答案（部分）、名詞索引、人名索引（部分）組成.文獻(xiàn)［3］由緒論、正文、小結(jié)、問題與習(xí)題、后記、附錄（基本常數(shù)、元素周期表）組成.可見，文獻(xiàn)［1，2］的體系結(jié)構(gòu)比文獻(xiàn)［3］更具多樣化.其次，文獻(xiàn)［2］和文獻(xiàn)［3］在每章后都做了小結(jié)，有利于學(xué)生歸納和總結(jié).此外，從比較可以明顯看出文獻(xiàn)［2］比文獻(xiàn)［1］和文獻(xiàn)［3］多出了每章之前的一兩段名人語(yǔ)錄、每章附錄這兩部分內(nèi)容，這也顯現(xiàn)出了文獻(xiàn)［2］的特色.

2.2.2 知識(shí)內(nèi)容編排

文獻(xiàn)［1］和文獻(xiàn)［2］在介紹完原子的基本狀況、原子的能級(jí)和輻射后就引入了量子力學(xué)初步，隨后講述了堿金屬原子、多電子原子、在磁場(chǎng)中的原子、原子的殼層結(jié)構(gòu)、X射線的內(nèi)容，而文獻(xiàn)［3］則是在講述完上述內(nèi)容以后才引入量子力學(xué)初步.雖然量子力學(xué)初步這一章在原子物理學(xué)教材中只需定性掌握，但卻是必不可少的.在原子的能級(jí)和輻射一章中講述了玻爾模型，引入了量子化條件，在堿金屬原子以及多電子原子內(nèi)容中進(jìn)一步用到了量子力學(xué)的相關(guān)內(nèi)容，所以文獻(xiàn)［1］和文獻(xiàn)［2］在對(duì)量子力學(xué)初步內(nèi)容的編排上使得前后內(nèi)容銜接更為緊密，易于學(xué)生理解.

另外，文獻(xiàn)［2］把堿金屬原子和在磁場(chǎng)中的原子這兩部分內(nèi)容合并為原子的精細(xì)結(jié)構(gòu)一章進(jìn)行講述，隨后才介紹多電子原子.而文獻(xiàn)［1］把多電子原子一章插到堿金屬原子和在磁場(chǎng)中的原子兩章中間進(jìn)行講述.文獻(xiàn)［3］則把在磁場(chǎng)中的原子、原子的殼層結(jié)構(gòu)以及X射線合并到多電子原子一章中進(jìn)行講述.從教材的編排可以看出，在對(duì)堿金屬原子、多電子原子、磁場(chǎng)中的原子、原子的殼層結(jié)構(gòu)內(nèi)容的講解上，文獻(xiàn)［1］分為4章，講解最為詳細(xì)，文獻(xiàn)［2］分為兩章，使得銜接較為緊密，文獻(xiàn)［3］也分為兩章，但對(duì)內(nèi)容的講述深度較淺.

在對(duì)原子核內(nèi)容的講述上，3種教材有著較大的區(qū)別，文獻(xiàn)［2］和文獻(xiàn)［1］都把該內(nèi)容做為一章進(jìn)行講述，但文獻(xiàn)［2］講述的深度較深.而文獻(xiàn)［3］則把該內(nèi)容分為3章來(lái)講述，使得原子核部分在文獻(xiàn)［3］中占的比重較大，從而減少了其他內(nèi)容所占的比重.

2.3 對(duì)學(xué)生能力培養(yǎng)的比較

文獻(xiàn)［2］在對(duì)一個(gè)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行講解時(shí)，往往先介紹其歷史背景，再講述知識(shí)點(diǎn)，然后介紹相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用舉例，提供解決某些問題的多種方法，不少方法相當(dāng)值得借鑒，對(duì)某些知識(shí)點(diǎn)給出了思考題，留給學(xué)生解決.文獻(xiàn)［1］只對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)講述，對(duì)其產(chǎn)生的歷史背景和應(yīng)用舉例講述得很少，解決問題的方法也比較傳統(tǒng).文獻(xiàn)［3］對(duì)某些知識(shí)點(diǎn)講述得過細(xì)，而對(duì)另一些知識(shí)點(diǎn)則輕描淡寫或直接略過.

下面用3本教材對(duì)“泡利不相容原理與＊同科電子”的講解為例作一比較.文獻(xiàn)［2］對(duì)該知識(shí)點(diǎn)的講解中依次介紹了歷史回顧、泡利不相容原理的敘述、應(yīng)用舉例、同科電子的合成狀態(tài).在應(yīng)用舉例中利用泡利不相容原理解釋了氦原子基態(tài)、原子的大小、金屬中的電子、原子核內(nèi)獨(dú)立核子運(yùn)動(dòng)、核子內(nèi)的有色夸克5個(gè)問題.在同科電子合成的狀態(tài)中介紹了斯萊特方法.文獻(xiàn)［1］僅介紹了泡利不相容原理的敘述和同科電子的合成狀態(tài)，處理同科電子的合成狀態(tài)的方法是傳統(tǒng)的組合法，過程繁雜且容易出錯(cuò)，不如斯萊特方法應(yīng)用得巧妙.文獻(xiàn)［3］則僅介紹了泡利不相容原理，沒有對(duì)同科電子進(jìn)行講述.

另外，從習(xí)題數(shù)量、習(xí)題難度綜合比較可以看出，文獻(xiàn)［2］更能培養(yǎng)學(xué)生提出問題、應(yīng)用知識(shí)解決問題的能力.文獻(xiàn)［2］的另一個(gè)特點(diǎn)在于隨時(shí)給出一些不同深度的思考題，有些甚至是“世界難題”，從而培養(yǎng)了學(xué)生的自學(xué)能力、思維能力、研究能力.

3 對(duì)三本教材選用及學(xué)生學(xué)習(xí)分層指導(dǎo)的思考

教材是教學(xué)的基本要素之一，也是深化教育教學(xué)改革、全面推進(jìn)素質(zhì)教育、保障和提高教學(xué)質(zhì)量的基礎(chǔ)，培養(yǎng)創(chuàng)新人才的重要保證.所以，教材的選用要以科學(xué)的發(fā)展觀為指導(dǎo)，強(qiáng)化以人為本，教材為學(xué)生服務(wù)的理念［5］.因?yàn)槊克鶎W(xué)校都有自己的特色和專業(yè)優(yōu)勢(shì)，對(duì)專門人才的培養(yǎng)要求都不是一種模式.表現(xiàn)在選用教材上要適合本校的專業(yè)特色和課程要求.選用的教材不但要符合專業(yè)培養(yǎng)方向的要求，也要符合教學(xué)大綱和學(xué)時(shí)的規(guī)定，符合學(xué)生的接受能力和知識(shí)水平，因此，強(qiáng)調(diào)教材的適用性就顯得尤其重要.

通過對(duì)3種《原子物理學(xué)》教材在知識(shí)內(nèi)容、體系結(jié)構(gòu)、能力培養(yǎng)的比較分析，可以看出，文獻(xiàn)［3］較注重基本概念、基本規(guī)律和基礎(chǔ)理論的分析論述，但在知識(shí)內(nèi)容方面不如文獻(xiàn)［1，2］全面，難度也最低，適用于作為師專（院）類教材；文獻(xiàn)［1，2］在內(nèi)容方面比較全面，其中，文獻(xiàn)［1］條理清晰，講得細(xì)致，它的科學(xué)性和系統(tǒng)性非常適合教學(xué)，被國(guó)家教委指定為高等學(xué)校教學(xué)推薦用書，已多次重印出版，具有“好講、好學(xué)”的特點(diǎn)，但一直沒有修訂過，與文獻(xiàn)［2］相比顯得有些陳舊，而且缺乏新概念、新成果，該書適合作為本科生或?qū)？粕滩模晃墨I(xiàn)［2］內(nèi)容充實(shí)、新穎，語(yǔ)言風(fēng)趣、幽默，并吸收了作者許多最新研究成果，而得到業(yè)內(nèi)專家學(xué)者的一致好評(píng).該書具有注重單位、歷史、物理常量、實(shí)驗(yàn)等特點(diǎn)，書中除不時(shí)插入介紹科學(xué)研究方法外，還在每一章中隨時(shí)提出一些不同類型的思考題，并先后列出了178篇中外參考文獻(xiàn)，這在國(guó)內(nèi)一般的教科書中是少見的，其用意是積極鼓勵(lì)學(xué)生通過查閱、思考和寫讀書報(bào)告來(lái)加強(qiáng)對(duì)“智能”的訓(xùn)練，事實(shí)上也確實(shí)收到了較好的教學(xué)效果.另外，每章后的閱讀材料極大地?cái)U(kuò)展了學(xué)生的視野，使學(xué)生的綜合素質(zhì)得到提高，培養(yǎng)了學(xué)生創(chuàng)新思維的形成，該書適合作為本科生教材，也可供有關(guān)科技人員作為參考.

另一方面，根據(jù)近幾年來(lái)筆者對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)情況的調(diào)查看，目前一個(gè)教學(xué)班中的學(xué)生，除基礎(chǔ)有差異外，更重要的是他們的求職期望不同，對(duì)學(xué)習(xí)的目標(biāo)要求、能投入的時(shí)間和精力有較大的差異.所以，在根據(jù)學(xué)?；窘虒W(xué)要求選用一種教材后，在班級(jí)教學(xué)中，可以提供給學(xué)生不同的教學(xué)參考教材進(jìn)行選擇.對(duì)于只需或只能達(dá)到最基本要求的學(xué)生，可以文獻(xiàn)［3］為主體，抓最基本的知識(shí)體系和思想方法及基本能力要求.對(duì)學(xué)有余力的學(xué)生，可以文獻(xiàn)［2］為主體，在把握基礎(chǔ)的前提下，加強(qiáng)“智能”訓(xùn)練，提高其提出問題、解決問題的能力.文獻(xiàn)［1］跳躍小，條理清楚，可讀性好，學(xué)習(xí)難度介于文獻(xiàn)［2］和文獻(xiàn)［3］之間，可作為班級(jí)基本要求.實(shí)踐幾年的結(jié)果表明，學(xué)生各有教材為基本依托，在教學(xué)基本要求下，可以有較為明確的自我安排.

教材作為教師和學(xué)生實(shí)施教學(xué)活動(dòng)的基本材料，根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)、要求，考慮學(xué)生實(shí)際情況，恰當(dāng)?shù)剡x用及推薦參考使用，對(duì)學(xué)生有效學(xué)習(xí)尤為重要.一味地降低要求，或一味地求高、求全、求新，都無(wú)益于學(xué)生的培養(yǎng).

1 褚圣麟.原子物理學(xué).北京：人民教育出版社，1979

2 楊福家.原子物理學(xué)（第四版）.北京：高等教育出版社，2008

3 周紹森，范成.原子物理學(xué) （修訂版）.上海：華東師范大學(xué)出版社，1996

4 李庚偉，邵素珍.對(duì)兩本《原子物理學(xué)》教材的統(tǒng)計(jì)及評(píng)價(jià).渤海大學(xué)學(xué)報(bào) （自然科學(xué)版），2004，25（2）：156 ～157

5 王慧麗，張奎純.簡(jiǎn)論提高教材選用質(zhì)量.沈陽(yáng)建筑大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2006，8（3）：285～286