附錄PAGE5量子化學(xué)與電子排布分析概述為了解釋多電子原子的光譜現(xiàn)象（如塞曼效應(yīng)），AnoldSommerfeld進(jìn)一步引入了橢圓軌道拓展了波爾的理論，在電子量子化上進(jìn)一步引入了角量子數(shù)l、磁量子數(shù)mADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Sommerfeld</Author><Year>1916</Year><RecNum>923</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[42]</style></DisplayText><record><rec-number>923</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="svaawzvsnxzapse9re8pr2xo2502zz5aevpt"timestamp="1619687234">923</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Sommerfeld,A.</author></authors></contributors><titles><title>Thequantumtheoryofspectrallines</title><secondary-title>AnnalenDerPhysik</secondary-title></titles><periodical><full-title>AnnalenderPhysik</full-title></periodical><pages>1-94</pages><volume>51</volume><number>17</number><dates><year>1916</year><pub-dates><date>Sep</date></pub-dates></dates><isbn>0003-3804</isbn><accession-num>WOS:000201858500001</accession-num><urls><related-urls><url><GotoISI>://WOS:000201858500001</url></related-urls></urls></record></Cite></EndNote>[42]。玻爾于1921-1923年間建立了“構(gòu)造原理”（Aufbau/Buildingprinciple）即原子內(nèi)的電子從能量低的軌道上開始依次填充。1922年，波爾根據(jù)原子光譜的數(shù)據(jù)給出了主量子數(shù)n所在的殼層最多能夠容納的電子為2n2，在路易斯和科賽爾的理論基礎(chǔ)上，他將原子內(nèi)的殼層按照（2）、（2，6）、（2，6，10）（2，6，10，14）進(jìn)行分組，據(jù)此將周期表中86號之前的元素以2、8、8、18、18、32的周期排列ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Bohr</Author><Year>1921</Year><RecNum>930</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[43,44]</style></DisplayText><record><rec-number>930</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="svaawzvsnxzapse9re8pr2xo2502zz5aevpt"timestamp="1619687506">930</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Bohr,N.</author></authors></contributors><titles><title>Atomicstructure</title><secondary-title>Nature</secondary-title></titles><periodical><full-title>Nature</full-title></periodical><pages>104-107</pages><volume>107</volume><dates><year>1921</year><pub-dates><date>Mar-Aug</date></pub-dates></dates><isbn>0028-0836</isbn><accession-num>WOS:000188272300055</accession-num><urls><related-urls><url><GotoISI>://WOS:000188272300055</url></related-urls></urls><electronic-resource-num>10.1038/107104a0</electronic-resource-num></record></Cite><Cite><Author>Bohr</Author><Year>1922</Year><RecNum>933</RecNum><record><rec-number>933</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="svaawzvsnxzapse9re8pr2xo2502zz5aevpt"timestamp="1619687506">933</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Bohr,N.</author></authors></contributors><titles><title>Theconstitutionofatomsandthephysicalandchemicalpropertiesofelements</title><secondary-title>ZeitschriftFurPhysik</secondary-title></titles><periodical><full-title>ZeitschriftFurPhysik</full-title></periodical><pages>1-67</pages><volume>9</volume><dates><year>1922</year><pub-dates><date>Mar-May</date></pub-dates></dates><isbn>0044-3328</isbn><accession-num>WOS:000201793200001</accession-num><urls><related-urls><url><GotoISI>://WOS:000201793200001</url></related-urls></urls><electronic-resource-num>10.1007/bf01326955</electronic-resource-num></record></Cite></EndNote>[43,44]。在每個支殼層中，波爾主觀認(rèn)為每個支殼層中填充的電子數(shù)時2n個，這樣殼層能夠同那的電子數(shù)就是2n×n=2n2個。隨后Stoner在對堿金屬的光譜研究下，對波爾的殼層填充方式進(jìn)行了重新劃分。他通過對元素特征X射線的研究，發(fā)現(xiàn)針對每一個k（橢圓軌道引入的量子數(shù)，與角量子數(shù)l類似）對應(yīng)的亞層，其可填充的電子數(shù)是。每個殼層最多容納的電子數(shù)為和波爾從光譜數(shù)據(jù)中得到的結(jié)果相同。表SEQ表\*ARABIC8Bohr提出的電子的排列情況元素原子序數(shù)nk電子占有數(shù)（k代表在n下的支殼層）112122313233414243445152536162He22Ne10244Ar1824444Kr3624466644Xe54244666666-44Rn86244666888866644Pauli認(rèn)為殼層內(nèi)的原子軌道的能量不同，可以進(jìn)一步劃分為次級組，根據(jù)譜線的關(guān)系將其成為（s,p,d,f）軌道。但是關(guān)于光譜顯示的軌道只能夠填充一定數(shù)量的電子，Pauli仍然沒有建立有效的理論解釋方法。1925年泡利（WolfgangPauli）引入了Pauli不相容原理。Pauli不相容原理提出后解決了同科電子的原子態(tài)等難題，還在一定程度上預(yù)言了電子自旋的存在。對Pauli不相容原理的一般敘述為一個原子中不可能有兩個或者兩個以上的電子具有完全相同的4個量子數(shù)。通過Pauli不相容原理就能夠較好的解釋Stoner的電子排布，也能夠給出多原子態(tài)的相關(guān)信息。1925年烏倫貝克（G.E.Uhlenbeck）和古茲密特(S.Goudsmit)根據(jù)堿金屬光譜的雙線現(xiàn)象和反常塞曼效應(yīng)提出了電子自旋觀點(diǎn)，指出自旋角動量在z方向的分量只能有兩個，自旋量子數(shù)ms也被引入來描述電子運(yùn)動狀態(tài)ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Pauli</Author><Year>1925</Year><RecNum>934</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[45]</style></DisplayText><record><rec-number>934</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="svaawzvsnxzapse9re8pr2xo2502zz5aevpt"timestamp="1619688201">934</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Pauli,W.</author></authors></contributors><titles><title>Ontheconnectionofthearrangementofelectrongroupsinatomswiththecomplexstructureofspectra</title><secondary-title>ZeitschriftFurPhysik</secondary-title></titles><periodical><full-title>ZeitschriftFurPhysik</full-title></periodical><pages>765-783</pages><volume>31</volume><dates><year>1925</year><pub-dates><date>Feb-Apr</date></pub-dates></dates><isbn>0044-3328</isbn><accession-num>WOS:000201795200075</accession-num><urls><related-urls><url><GotoISI>://WOS:000201795200075</url></related-urls></urls><electronic-resource-num>10.1007/bf02980631</electronic-resource-num></record></Cite></EndNote>[45]。在4個量子數(shù)已經(jīng)引入的條件下，最終確定了每個軌道能夠容納的電子數(shù)，構(gòu)造原理也得以成熟。用現(xiàn)在的量子數(shù)來說明，即每個電子層（主量子數(shù)取n=1，2，3……，可用K,L,M……表示）中電子數(shù)目最多能夠容納個。每個電子層進(jìn)一步分為亞殼（軌道量子數(shù)取l=0,1,2,3……，可用s,p,d,f……表示），每個亞層可以容納個電子。至此量子論能夠順理成章地說明元素周期表中的元素序號，為基于原子內(nèi)電子結(jié)構(gòu)討論元素性質(zhì)奠定了基礎(chǔ)：元素的周期性是電子組態(tài)周期性的反映，而電子組態(tài)的周期性則聯(lián)系與特定軌道的可容性和能量最低原理。圖SEQ圖\*ARABIC13Bohr根據(jù)電子填充情況提出的元素周期表1928年CharlesJanet提出了一種左階梯的長式周期表（left-stepperiodictable），其中每一行元素的值都相同，隨后關(guān)于元素周期表區(qū)（block）的概念被提出。1936年ErwinMadelung重新發(fā)現(xiàn)了Janet對周期表的編排，并提出了電子排布的規(guī)則，即Madelung-Janet規(guī)則。這種規(guī)則認(rèn)為電子按照軌道以()的順序填充，()值相同的，則先填充n小的軌道，這種規(guī)則是一種對元素周期表經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Allen</Author><Year>2002</Year><RecNum>935</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[46]</style></DisplayText><record><rec-number>935</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="svaawzvsnxzapse9re8pr2xo2502zz5aevpt"timestamp="1619688535">935</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Allen,LelandC.</author><author>Knight,EugeneT.</author></authors></contributors><titles><title>TheL?wdinchallenge:Originofthen+?,n(Madelung)ruleforfillingtheorbitalconfigurationsoftheperiodictable</title><secondary-title>InternationalJournalofQuantumChemistry</secondary-title></titles><periodical><full-title>InternationalJournalofQuantumChemistry</full-title></periodical><pages>80-88</pages><volume>90</volume><number>1</number><keywords><keyword>n+?,nrule</keyword><keyword>periodictable</keyword><keyword>atomicorbitalconfigurations</keyword></keywords><dates><year>2002</year><pub-dates><date>2002/01/01</date></pub-dates></dates><publisher>JohnWiley&Sons,Ltd</publisher><isbn>0020-7608</isbn><work-type>/10.1002/qua.965</work-type><urls><related-urls><url>/10.1002/qua.965</url></related-urls></urls><electronic-resource-num>/10.1002/qua.965</electronic-resource-num><access-date>2021/04/29</access-date></record></Cite></EndNote>[46]，同時也是構(gòu)造原理的一種反應(yīng)。但是電子的填充順序的假設(shè)引申而來的不同軌道能量高低的順序是不嚴(yán)謹(jǐn)、不真實(shí)的。通過構(gòu)造原理我們能夠知道電子的組態(tài)，1925年洪特提出的洪特定則能夠幫助我們確定不同電子組態(tài)形成的原子態(tài)的能量順序，即原子的基態(tài)。洪特定則一般可以表述為：對于一個給定的電子組態(tài)形成的一系列原子態(tài)，當(dāng)某原子態(tài)具有的S（總自旋量子數(shù)）最大時，其所處的能級位置最低。對于同一個S，L（總角量子數(shù)）大的原子態(tài)能級更加低。1927年，針對這條定則，洪特有補(bǔ)充了一條對同科電子J（總量子數(shù)）不同的能級順序的附加規(guī)則，電子數(shù)目小于或等于殼層電子數(shù)一半（半充滿）時候，J值越小能量越低。如果大于半充滿，則J值越大能量越低。這樣的規(guī)則其實(shí)就是半滿，全滿結(jié)構(gòu)的原子的組態(tài)較為穩(wěn)定。但結(jié)合原子的光譜事實(shí)，可以發(fā)現(xiàn)在以L-S耦合方式的輕原子中，洪特定則才能夠成立ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Karayianis</Author><Year>1964</Year><RecNum>982</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[47]</style></DisplayText><record><rec-number>982</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="svaawzvsnxzapse9re8pr2xo2502zz5aevpt"timestamp="1620231643">982</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Karayianis,N.</author><author>Morrison,C.A.</author></authors></contributors><titles><title>PhysicalBasisforHund'sRule</title><secondary-title>AmericanJournalofPhysics</secondary-title></titles><periodical><full-title>AmericanJournalofPhysics</full-title></periodical><pages>216-220</pages><volume>32</volume><number>3</number><dates><year>1964</year><pub-dates><date>1964/03/01</date></pub-dates></dates><publisher>AmericanAssociationofPhysicsTeachers</publisher><isbn>0002-9505</isbn><urls><related-urls><url>/10.1119/1.1970181</url></related-urls></urls><electronic-resource-num>10.1119/1.1970181</electronic-resource-num><access-date>2021/05/05</access-date></record></Cite></EndNote>[47]。遷移在基態(tài)電子排布上，洪特規(guī)則及其補(bǔ)充原則，又可以表述為：在能級高低相等的軌道上，電子盡可能分占不同的軌道并自旋相同ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>楊福家</Author><Year>2008</Year><RecNum>980</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[48,49]</style></DisplayText><record><rec-number>980</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="svaawzvsnxzapse9re8pr2xo2502zz5aevpt"timestamp="1620216414">980</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>楊福家,</author></authors></contributors><titles><title>原子物理學(xué)</title></titles><edition>第4版.</edition><keywords><keyword>原子物理學(xué)--高等教育--教材</keyword></keywords><dates><year>2008</year></dates><pub-location>北京</pub-location><publisher>北京:高等教育出版社,2008</publisher><urls></urls></record></Cite><Cite><Author>周公度</Author><Year>2002</Year><RecNum>981</RecNum><record><rec-number>981</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="svaawzvsnxzapse9re8pr2xo2502zz5aevpt"timestamp="1620216471">981</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>周公度,</author></authors></contributors><titles><title>結(jié)構(gòu)化學(xué)基礎(chǔ)</title></titles><edition>第3版.</edition><keywords><keyword>結(jié)構(gòu)化學(xué)--高等學(xué)校--教材</keyword></keywords><dates><year>2002</year></dates><pub-location>北京</pub-location><publisher>北京:北京大學(xué)出版社,2002</publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[48,49]。當(dāng)然，洪特定則的變式應(yīng)該符合其使用的限制條件。一般來說洪特規(guī)則適用的范圍是：①基態(tài)原子（基態(tài)組態(tài)）②只能用于挑選基譜項(xiàng)，也就是確定能量最低項(xiàng)。圖SEQ圖\*ARABIC14左階梯周期表與()的順序填充元素周期表的發(fā)展課程資源精細(xì)設(shè)計以物理和化學(xué)研究的結(jié)合呈現(xiàn)學(xué)科發(fā)展的本質(zhì)在科學(xué)研究往往是多沖突、多層次的，經(jīng)驗(yàn)和理論之間、理論和理論之間具有復(fù)雜的相互關(guān)系。在不同學(xué)科，研究的內(nèi)容和方法有著不同的傳統(tǒng)。研究者基于不同的證據(jù)建立不同的理論，但是其對于證據(jù)的科學(xué)性、推理的邏輯性、以及理論的解釋性有著共同的追求，成為不同學(xué)科的聯(lián)系。19世紀(jì)的物理學(xué)構(gòu)筑在物質(zhì)和能量的連續(xù)性的基礎(chǔ)上，原子論取得了勝利之后，否定了物質(zhì)的連續(xù)性（原子渦流學(xué)說：將原子視為沒有重量的粒子（以太）構(gòu)成的流體）。進(jìn)入20世紀(jì)，能量的連續(xù)性也受到了質(zhì)疑，以解決黑體輻射問題為契機(jī)，量子論誕生了。1925年出現(xiàn)的量子力學(xué)提供了可以圓滿表述原子、分子微觀世界的力學(xué)，量子力學(xué)不僅給物理學(xué)，而且也給化學(xué)帶來很大的沖擊ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Cao</Author><Year>2019</Year><RecNum>946</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[50]</style></DisplayText><record><rec-number>946</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="svaawzvsnxzapse9re8pr2xo2502zz5aevpt"timestamp="1619690053">946</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Chang-SuCao</author><author>Han-ShiHu</author><author>JunLi</author><author>W.H.EugenSchwarz</author></authors></contributors><titles><title>Physicaloriginofchemicalperiodicitiesinthesystemofelements%JPureandAppliedChemistry</title></titles><pages>1969-1999</pages><volume>91</volume><number>12</number><dates><year>2019</year></dates><urls><related-urls><url>/10.1515/pac-2019-0901</url></related-urls></urls><electronic-resource-num>doi:10.1515/pac-2019-0901</electronic-resource-num></record></Cite></EndNote>[50]。隨著量子力學(xué)的出現(xiàn)，與化學(xué)有關(guān)的很多實(shí)驗(yàn)事實(shí)第一次可以給出合理解釋了，化學(xué)家獲得了說明化學(xué)現(xiàn)象的基本原理，量子化學(xué)就此誕生和興起。但是即使是指導(dǎo)理解原子和分子的基本法則，也不是馬上就能夠解決復(fù)雜的化學(xué)現(xiàn)象。化學(xué)的問題是多電子體系的問題，因?yàn)椴⒉荒軌蚯蟮醚Χㄖ@方程的精確解，所以需要求助于各種近似。如伯恩-奧本海默近似，就是將原子體系的運(yùn)動和電子體系的運(yùn)動分開討論。從剛剛開始學(xué)習(xí)化學(xué)，“化學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)”就深入人心，幾乎成為了化學(xué)學(xué)科最顯著的專業(yè)特征與特色。但是理論逐漸占據(jù)了化學(xué)研究的重要部分。縱觀20世紀(jì)化學(xué)的發(fā)展，原子物理學(xué)的發(fā)展帶領(lǐng)化學(xué)成為一門理論性更深的精細(xì)的學(xué)科，正如Pauling所說：“(物理學(xué)家)對于電子和原子核的新概念很快引入化學(xué)，應(yīng)到除了一個能將莫大化學(xué)事實(shí)的一大半都?xì)w納與一個統(tǒng)一的組織架構(gòu)中的結(jié)構(gòu)論的形式。同時，通過把新的物理學(xué)技術(shù)應(yīng)用于化學(xué)問題，（同時）不斷有效地使用化學(xué)本身的技術(shù)，使偉大的進(jìn)步得以實(shí)現(xiàn)?！痹雍头肿釉诨瘜W(xué)扮演中扮演著主角。在電子發(fā)現(xiàn)之后，基于電子的行為理解化學(xué)現(xiàn)象成為了一項(xiàng)重要的領(lǐng)域。元素周期表包含了三個重要的化學(xué)特征：化合價、原子半徑以及電負(fù)性。ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Rouvray</Author><Year>2015</Year><RecNum>936</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[51]</style></DisplayText><record><rec-number>936</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="svaawzvsnxzapse9re8pr2xo2502zz5aevpt"timestamp="1619688750">936</key></foreign-keys><ref-typename="BookSection">5</ref-type><contributors><authors><author>Rouvray,DennisH.</author></authors><secondary-authors><author>Hargittai,Balazs</author><author>Hargittai,István</author></secondary-authors></contributors><titles><title>TheSurprisingPeriodicTable:TenRemarkableFacts</title><secondary-title>CultureofChemistry:TheBestArticlesontheHumanSideof20th-CenturyChemistryfromtheArchivesoftheChemicalIntelligencer</secondary-title></titles><pages>183-193</pages><dates><year>2015</year><pub-dates><date>2015//</date></pub-dates></dates><pub-location>Boston,MA</pub-location><publisher>SpringerUS</publisher><isbn>978-1-4899-7565-2</isbn><urls><related-urls><url>/10.1007/978-1-4899-7565-2_39</url></related-urls></urls><electronic-resource-num>10.1007/978-1-4899-7565-2_39</electronic-resource-num></record></Cite></EndNote>[51]這些參數(shù)對于化合物的形成以及材料的設(shè)計有著重要的作用?；瘜W(xué)周期表作為在純化學(xué)和應(yīng)用化學(xué)中應(yīng)用的便利工具，將展示在環(huán)境條件下的真實(shí)人類世界中的化學(xué)的全面概況。由于化學(xué)世界的復(fù)雜性，定性分類，如元素的族、周期和區(qū)，以及這些集合中各種性質(zhì)的趨勢是非常有用的。量子力學(xué)發(fā)展之后，量子化學(xué)逐漸成為研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的重要工具。但是量子力學(xué)面臨的一個問題是，它建立在物理學(xué)理論的基礎(chǔ)上。因此，一個給定的量或概念可能在物理和化學(xué)環(huán)境中分別有非常不同的解釋。對分子在物理環(huán)境中的運(yùn)動感興趣的物理學(xué)家，會把它當(dāng)作質(zhì)點(diǎn)來對待。但是研究分子與環(huán)境相互作用的化學(xué)家對這種分子不感興趣。在化學(xué)方面，分子的大小和形狀，在理論物理中沒有定義，必須加以考慮。質(zhì)點(diǎn)之間的相互作用不能簡單地解釋所觀察到的化學(xué)物質(zhì)的行為ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Boeyens</Author><Year>2008</Year><RecNum>937</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[52]</style></DisplayText><record><rec-number>937</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="svaawzvsnxzapse9re8pr2xo2502zz5aevpt"timestamp="1619689135">937</key></foreign-keys><ref-typename="BookSection">5</ref-type><contributors><authors><author>JanC.A.Boeyens</author></authors><secondary-authors><author>Boeyens,JanC.A.</author></secondary-authors></contributors><titles><title>TheQuantumQuandary</title><secondary-title>ChemistryfromFirstPrinciples</secondary-title></titles><pages>73-126</pages><dates><year>2008</year><pub-dates><date>2008//</date></pub-dates></dates><pub-location>Dordrecht</pub-location><publisher>SpringerNetherlands</publisher><isbn>978-1-4020-8546-8</isbn><urls><related-urls><url>/10.1007/978-1-4020-8546-8_3</url></related-urls></urls><electronic-resource-num>10.1007/978-1-4020-8546-8_3</electronic-resource-num></record></Cite></EndNote>[52]。理論化學(xué)要取得成功，就必須發(fā)展闡明化學(xué)物質(zhì)行為的能力，使實(shí)驗(yàn)化學(xué)家滿意，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)化學(xué)家需要在許多不同的層次上運(yùn)作。在某種程度上符合化學(xué)直覺的表述方式更加能夠幫助實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐。證明存在缺陷的模型（八隅體、VSEPR等）因?yàn)槟軌蛴行П苊鈹?shù)學(xué)的復(fù)雜性解釋仍然在被廣泛使用。通過以上資源的開發(fā)和評述我們可以看出在探尋物質(zhì)結(jié)構(gòu)的過程中，物理學(xué)家和化學(xué)家都做了不同角度的努力，通過不同的證據(jù)最終對于原子的模型達(dá)成一致，進(jìn)而能夠以相同的理論基礎(chǔ)——基于量子化學(xué)的結(jié)構(gòu)來解釋元素周期表。對于科學(xué)發(fā)展的歷程，學(xué)生在學(xué)習(xí)化學(xué)以及物理課程中都會有所涉及，但是不能夠較好統(tǒng)籌；教師專注于本學(xué)科內(nèi)容，常常疏忽本學(xué)科與其他學(xué)科的結(jié)合。本研究結(jié)合科學(xué)史書籍ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[53-55]，對5.1-5.3節(jié)以文字闡述的元素周期表的開發(fā)的歷史，進(jìn)一步細(xì)化繪制科學(xué)史發(fā)展的結(jié)構(gòu)圖式作為課堂以外的閱讀材料，幫助學(xué)生和教師獲得結(jié)構(gòu)化的知識，外顯科學(xué)研究的過程是整體的，破除分科教學(xué)帶來的知識結(jié)構(gòu)構(gòu)建的壁壘。表SEQ表\*ARABIC9化學(xué)-物理理論發(fā)展表年份化學(xué)物理學(xué)1600《懷疑的化學(xué)家》(TheskepticalChymist)元素的定義,RobertBoyle,1661波義耳定律(Boyle’slaw),RobertBoyle,1662光的分散,IsaacNewton,1666牛頓運(yùn)動定律和萬有引力定律,IsaacNewton,16871700燃素理論,GeorgErnstStahl,1732排水集氣法，氣體化學(xué)開始興起,StephenHales,1724《燃燒概論》證明化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量守恒定律,Antoine-LaurentdeLavoisier,1777《化學(xué)概要》元素分類、質(zhì)量守恒定律，Antoine-LaurentdeLavoisier,1789第一張酸堿當(dāng)量表,JeremiasBenjaminRicher,1792定比定律,JosephLouisProust,1794紐科門蒸汽機(jī)，ThomasNewcomen，1705瓦特開始改良蒸汽機(jī),JamesWatt,1763提出庫侖定律，Charles-AugustindeCoulomb，17851800原子論，第一批原子量，倍比定律,JohnDalton,1803堿金屬的制備,Davy,1807蓋-呂薩克定律,JosephLouisGay-Lussac,1808堿土金屬的制備,Davy,1808分子論,AmedeoAvogadro,1811原子熱容定律,LouisDulong,TheresePetit,1819貝采里烏斯編制原子量表,J?nsJakobBerzelius,1814-1826伏打電堆,AnastasioVolta,1800光的干涉,ThomasYoung,1801惠更斯－菲涅耳原理，Augustin-JeanFresnel,1818電磁感應(yīng),MichaelFaraday,1831法拉第定律,MichaelFaraday,1834《論力的轉(zhuǎn)化》能量的轉(zhuǎn)化和守恒,FerdinandvonHelmholtz,18471850碳的四價學(xué)說,Kekule,1857原子光譜用于元素分析,RobertBunsen,GustavKirchhoff,1859卡斯魯厄會議(KarlsruheCongress),1860八音律表,JohnNewlands,1865門捷列夫元素周期表,Mendeleev,1869邁爾元素周期表,Mayer,1869發(fā)現(xiàn)鐳、釙,MarieCurie,PierreCurie,1898熱力學(xué)第二定律,RudolfClausius,1850熱力學(xué)第二定律,WilliamThomson(LordKelvin),1851發(fā)現(xiàn)陰極射線,JuliusPlücker,1858巴爾默公式,J.J.Balmer,1885里博德公式,JohannesRobertRydberg,1889發(fā)現(xiàn)X射線,WilhelmR?ntgen,1895塞曼效應(yīng),PieterZeeman,1869發(fā)現(xiàn)電子,JosephJohnThomson,18971900提出同位素的概念,FrederickSoddy,1910路易斯化學(xué)鍵理論,GilbertLewis，1916科賽爾離子鍵理論,Kossel,1916能量量子化,Planck,1900光量子假說,提出狹義相對論,AlbertEinstein,1905盧瑟福散射實(shí)驗(yàn),ErnestRutherford,1911X射線晶體衍射,MaxvonLaue,1912X射線晶體衍射,LawrenceBragg,HenryBragg,1913玻爾原子模型,NielsBohr,1913提出廣義相對論,AlbertEinstein,1915莫塞萊公式,Moseley,19131920共價鍵的量子力學(xué)解釋,WalterHeitler,FritzLondon,1927分子軌道理論,RobertMulliken,1928配位場理論,HansBethe,1929哈特里-?？朔匠?Hartree–Fockequation),1930雜化軌道理論,LinusPauling,1931物質(zhì)波,deBroglie,1923電子自旋,GeorgeUhlenbeck,SamuelGoudsmit,1925泡利不相容原理,WolfgangPauli,1925波動力學(xué),ErwinSchr?dinger,1926元素周期表的發(fā)展與元素的發(fā)現(xiàn)物理學(xué)史和物理教學(xué)的原則之一是要求引入的歷史為真實(shí)的歷史，不能夠編造歷史。在教材中，由于所講述的知識往往按照是本學(xué)科知識體系的邏輯線索構(gòu)建出來的，因此整體上來看是以邏輯史替代科學(xué)史的狀況。因此在教學(xué)過程中，教師往往會沿用科學(xué)的邏輯線索進(jìn)行課堂的引入以保證所授知識的整體性。若教師不能夠讓學(xué)生意識到所學(xué)的歷史為邏輯史而非真實(shí)歷史，往往會造成學(xué)生的認(rèn)知混亂。例如人教版對元素周期表的內(nèi)涵做了新的闡述：元素周期表是元素周期系的表格呈現(xiàn)方式；元素周期系則是按照原子核電荷數(shù)遞增的元素排列。這樣的處理方式較好地區(qū)別了門捷列夫以原子質(zhì)量遞增的元素排列和莫塞萊發(fā)現(xiàn)以后的核電荷數(shù)遞增的元素排列方式。在物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)模塊教學(xué)之前，學(xué)生一般建立了關(guān)于“元素周期表是實(shí)驗(yàn)事實(shí)（元素行為周期性）的總結(jié)”、“元素周期表來自于科學(xué)家（特別是門捷列夫）制定”的觀點(diǎn)，利用原子結(jié)構(gòu)解釋元素周期表的推理直接性顯然受到阻礙。從學(xué)生的認(rèn)知邏輯上考慮，引入莫塞萊定律的課程資源引發(fā)元素周期表內(nèi)涵的轉(zhuǎn)變是有必要的。從人教版的物質(zhì)與結(jié)構(gòu)教材中，我們可以敘述出從[早期分類嘗試和有關(guān)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)積累]→[門捷列夫周期律的假設(shè)(基于原子質(zhì)量)]→[莫塞萊對周期律的解釋（基于原子序數(shù)）]的元素周期表構(gòu)建的一系列故事，幫助學(xué)生構(gòu)建出從結(jié)構(gòu)理論的視角看待元素周期表以及元素周期律打下基礎(chǔ)。但這樣的教學(xué)組織方式使得學(xué)生產(chǎn)生“門捷列夫周期表是經(jīng)驗(yàn)的”、“門捷列夫并沒有認(rèn)識到元素性質(zhì)和原子結(jié)構(gòu)的關(guān)系”的認(rèn)識。與莫塞萊之后的元素周期表相比，呈現(xiàn)出從經(jīng)驗(yàn)歸納到理論解釋的跳躍的過程。建立簡單清晰的邏輯史幫助學(xué)生組織新舊知識有著重要的作用，在邏輯史的框架上細(xì)化科學(xué)研究過程中具有方法價值的方法和研究路徑能夠充分挖掘素材資源的認(rèn)知發(fā)展價值。本研究開發(fā)的課程資源中關(guān)于門捷列夫構(gòu)建元素周期表的歷史顯示出門捷列夫構(gòu)建元素周期表的同時發(fā)生了原子、分子學(xué)說的建立，并且已經(jīng)有研究者基于當(dāng)量/原子量對元素進(jìn)行排序。當(dāng)時的科學(xué)界在實(shí)證主義的影響下，事實(shí)的歸納被認(rèn)為是判斷是否為科學(xué)知識的唯一標(biāo)準(zhǔn)。因此對于大多數(shù)化學(xué)家來說，將元素性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)事實(shí)進(jìn)一步抽象到“原子的結(jié)構(gòu)”是一種飄渺的、無用的努力。這樣可以在一定程度上幫助學(xué)生理解為什么前期關(guān)于元素周期表的研究多以經(jīng)驗(yàn)為主。但是就科學(xué)研究過程的細(xì)節(jié)來看，門捷列夫?qū)τ诓煌淖C據(jù)進(jìn)行了不同程度和衡量，以及專門為未知元素留下預(yù)測的位置（區(qū)別于邁耶）體現(xiàn)出元素周期律/表的構(gòu)建不僅僅是經(jīng)驗(yàn)的歸納或者是對數(shù)據(jù)的組織。他通過倍比定律（元素的價態(tài)/氧化數(shù)）和道爾頓的原子理論來解釋元素表現(xiàn)出的周期性表現(xiàn)出在門捷列夫的時期，聯(lián)系宏觀性質(zhì)和微觀結(jié)構(gòu)的嘗試已經(jīng)開始。在距離莫塞萊定律發(fā)現(xiàn)之前，也就是將元素周期律與原子核電荷數(shù)關(guān)聯(lián)以前，新元素的不斷發(fā)現(xiàn)，關(guān)于原子是否實(shí)在的爭論也促進(jìn)元素周期表的持續(xù)發(fā)展。在莫塞萊定律發(fā)現(xiàn)之后，研究者積極利用結(jié)構(gòu)理論發(fā)現(xiàn)新物質(zhì)并嘗試建立宏觀現(xiàn)象的規(guī)律以及聯(lián)系微觀結(jié)構(gòu)。因此可以人類發(fā)現(xiàn)元素的歷史來展現(xiàn)理論和實(shí)驗(yàn)之間的關(guān)系。表SEQ表\*ARABIC10元素發(fā)展的歷史和動力原子核外電子排布與證據(jù)推理1、可以通過化學(xué)證據(jù)理解核外電子排布的規(guī)律。元素周期表將元素看作一個整體并反映出一定的規(guī)律性，它是無機(jī)化學(xué)系統(tǒng)化知識結(jié)構(gòu)的代表。通過元素周期表我們能夠?qū)送怆娮优挪嫉囊?guī)律做出更加深刻的理解。在利用元素周期表理解核外電子排布的規(guī)律之前，我們需要建立電子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)的聯(lián)系：元素性質(zhì)與原子的電子結(jié)構(gòu)有關(guān)，特別是最外層電子結(jié)構(gòu)。通過元素周期表我們還能夠獲得以下信息：①元素性質(zhì)