對化學2教科書中“物質結構 元素周期律”的分析研究

摘要:從促進學生認識發展視角對化學2模塊教科書中“物質結構 元素周期律”內容的本體進行了分析，進而探討了物質結構、元素周期律內容的認識功能、教科書中的活動設計及其認識功能的落實途徑，以及教科書中物質結構、元素周期律內容的邏輯順序和認識發展思路，并在此基礎上評析了相關的教學論問題。

關鍵詞:物質結構;元素周期律;認識發展

文章編號:1005-6629(2010)07-0035-05 中圖分類號:G633.8 文獻標識碼:B

物質結構、元素周期律屬于化學中的核心原理內容之一，在中學化學中占有舉足輕重的位置，學生在學習時往往認為比較容易，但在解決分析相關問題時卻常常感覺迷茫，關鍵在于學生較容易接受物質結構和元素周期律的知識結論，但通常沒有建立相關的認識，更不能將其內化，達到解決分析問題的水平。那么，“化學2”模塊物質結構、元素周期律內容對學生的認識發展起到怎樣的作用?“化學2”模塊教科書在組織和呈現相關內容方面是否充分考慮了學生的認識發展?以及由此產生了哪些相關的教學論問題?這些是本文要探討的核心問題。

1高中化學課程標準中化學2模塊對物質結構、元素周期律的描述和分析

高中化學課程標準中化學2模塊對物質結構、元素周期律的描述為:知道元素、核素的涵義;了解原子核外電子的排布;能結合有關數據和實驗事實認識元素周期律，了解原子結構與元素性質的關系;能描述元素周期表的結構，知道金屬、非金屬在元素周期表中的位置及其性質的遞變規律。

課程標準中描述的物質結構、元素周期律的內容，主要是化學學科領域的認識，希望學生建立的認識角度為:構成物質的原子結構(原子核構成、原子核外電子的排布)、構成物質的微粒間的相互作用、原子結構與元素性質的關系、元素性質的遞變規律、元素周期表對元素性質遞變規律的呈現。

由此可見，在化學2模塊中，通過原子結構、元素周期律內容的學習，發展學生對構成物質的原子的結構的認識，將原子結構與元素性質建立關系，從而建立對元素性質的規律性認識。

2教科書中物質結構、元素周期律知識本體的分析

元素周期律的發現和總結對于化學學科的發展具有里程碑的意義，它使化學家建立起元素間的聯系，為未知元素的認識和發現提供了更多的預測參照指標，為普通化學在近代的蓬勃發展奠定了理論基礎，提供了強有力的工具。從時間維度上看，門捷列夫發現元素周期律是在十八世紀七十年代，當時人們對原子結構的認識還沒有到達原子的內部，包括門捷列夫在內的幾位化學家都是在對原子量排序的基礎上歸納闡述元素周期律的。到了十八世紀九十年代，隨著湯姆遜陰極射線研究發現了電子之后，科學家逐漸對原子的內部結構有了更深入的認識，從原子結構的角度反觀元素周期律并對其進行了修正;從認識發展維度來看，化學家對元素的認識也是經歷了從無序到有序的過程，促使其認識發展的動機就在于追尋元素間的聯系。當零星、散亂的元素擺在人們面前時，科學家首要解決的任務就是探查規律、尋找認識工具。

人教版和魯科版兩種版本的教科書關于“物質結構、元素周期律”在知識內容上大體相同，都包括原子結構、元素周期律、元素周期表、元素周期律和元素周期表的應用。在具體細節上二者存在差異，表現為元素周期表的應用。具體見表1所示。

由此引發出第一個問題:元素周期律和元素周期表到底有何作用?為了解決這個問題，我們必須先清楚什么是元素周期律，什么是元素周期表，元素周期律和元素周期表的關系是什么。元素周期律是指元素的性質隨著原子序數的遞增而呈周期性的變化規律。其中化合價、得失電子能力都是元素的性質。元素周期表是將元素按照原子序數的遞增進行排列的表。元素周期表體現了元素周期律，是元素周期律的外在表現形式。實際上，元素周期律和元素周期表形成了元素的位、構、性的三方面的聯系。

由此可見，對于學生來說，元素周期律和元素周期表的認識功能和應用價值在于:建立同周期和同主族元素性質的遞變規律，根據元素在周期表中的位置推測其原子結構和性質、根據元素的原子結構推測它在周期表中的位置、元素的化合價與元素在周期表中的位置關系;對人類生產生活和科學研究的價值在于:發現新元素，預測新物質的性質，尋找新材料等。

由于兩種版本教科書的差異，提出了第二個問題，什么是元素的金屬性和非金屬性?人教版教科書中描述的是:元素的金屬性和非金屬性呈現周期性變化。 為此， 本研究專門與學科專家進行了交流。化學學科專家認為:元素的金屬性不同于金屬的活動性，金屬的活動性指金屬原子在水溶液中的失電子能力。通常情況下，人們不對金屬性作嚴格的定義。

3 教科書中知識內容的認識功能分析

原子結構、元素周期律和元素周期表內容的認識功能是什么?首先，需要分析這些知識的內容本體是什么;其次，分析這些內容發展了對相應認識對象的哪些認識;第三，了解這些內容對其他認識對象的認識發展作用是什么。具體見表2所示。

4教科書中的活動設計及其認識功能的落實分析

在對物質結構、元素周期律知識認識功能分析的基礎上，需要分析教科書:是否能通過活動性欄目落實知識的認識功能?是否讓學生通過具體的認識實踐活動，建立認識并且鞏固發展認識?對人教版、魯科版兩種教科書中相關的活動及活動實現的認識功能的分析如表3、表4所示。

通過比較發現，人教版教科書通過活動使學生較好地建立了原子結構與元素性質的認識，并且讓學生經歷了充分地認識實踐活動。魯科版教科書比人教版多了讓學生建立原子結構中各成分間關系的認識實踐活動。

的認識發展，會導致不同認識水平的學習結果。例如原子結構、元素性質與原子結構的關系、元素性質的遞變規律、元素周期表、物質性質五方面不同認識水平的表現如表5所示。

5 教科書中內容的邏輯順序和認識發展思路分析

魯科版教科書中關于物質結構、元素周期律內容的邏輯順序為:原子核的構成→核素→核外電子排布→核外電子排布與元素性質(得失電子、化合價)的關系→元素周期律→元素周期表→元素周期表的應用(見圖1所示)。

這樣的邏輯關系，揭示的學生認識發展思路為:在初中學生認識到原子由原子核和核外電子構成，通過高中化學2模塊的學習，建立原子核的構成認識，建立核外電子運動特點和排布規律的認識;通過化學1模塊的學習，學生建立了各種物質性質的認識，建立了物質的得失電子與氧化性、還原性關系。通過原子結構的學習后，建立元素的得失電子與原子結構的關系，初步建立物質結構(原子核外電子排布)與元素性質的關系;在此基礎上，從原子的孤立構成到核電荷數、原子半徑、核外電子、最外層電子數及其之間關系的認識建立，再到這些原子結構屬性的遞變規律與元素得失電子能力規律的關系建立;最后，建立元素周期表的應用認識，應用元素周期表解釋和預測某些物質的性質，應用元素周期表開發新材料等。人教版教科書

中關于物質結構、元素周期律內容的先后邏輯順序為:元素周期表→元素的性質與原子結構→核素→原子核外電子排布→元素周期律→元素周期律和元素周期表的應用(見圖2所示)。

這樣的邏輯關系，揭示的學生認識發展思路為:通過學生在初中接觸過的元素周期表，讓學生開始關注元素間的聯系，實現從孤立的元素到元素之間關系的建立;怎樣才能認識元素周期表中元素之間的關系呢?元素周期表是按照原子序數排列的，原子序數=核電荷數=質子數=核外電子數，核外電子屬于原子結構，原子結構與元素的性質是否存在關系?通過堿金屬和鹵族元素的性質遞變規律，讓學生認識到元素的性質(得失電子能力)與原子結構(核外電子，尤其是最外層電子)密切相關。元素的性質除了與原子核外電子有關系外，還與原子核有關系，建立核素的認識，了解同位素的應用;既然元素的性質與原子的核外電子密切相關，那么，核外電子的排布是怎樣的?是否存在規律?建立原子核外電子排布的規律認識;在上述基礎上，建立元素周期律，從而認識周期表中的元素位置、元素原子的結構與元素性質的關系，并且應用這種關系，認識新元素、預測新物質的性質和結構，開發生產生活中需要的材料等。

通過前面的分析可見，人教版的教科書把原子結構的內容分散編排，把著力點放在了讓學生建立原子結構與元素性質的關系上，充分發揮了原子結構知識的認識功能，并且逐一搭建建立元素周期律的認識平臺，最后建立元素周期表的位置、原子結構和元素性質的關系。此外，為了實現這樣的認識平臺的逐漸建立，教科書把同周期和同主族元素性質的遞變規律也采取了分散處理。通過認識同主族元素性質的遞變規律，讓學生建立元素性質與原子結構的關系。在此基礎上，應用這種關系和分析解決問題的思路，建立同周期元素性質遞變規律的認識，這是符合學生的認識發展規律的。因為，在同主族元素性質的遞變規律與原子結構的關系中，原子結構的主要決定因素是電子層數;在同周期元素性質的遞變規律與原子結構的關系中，原子結構的主要決定因素是質子數與最外層電子數。前者較簡單，更易理解;后者較復雜，較難理解。

通過對兩種版本教科書的分析，從編排的順序和認識發展思路看，人教版的教科書更注重認識發展的逐漸建立。但導致的一個問題是:使原子結構和元素性質的遞變規律分散編排。魯科版教科書把原子結構和元素性質的遞變規律集中編排，涉及了原子結構與元素性質的關系內容，但著墨較少。這樣的處理區別，引發我們思考:①元素性質與原子結構關系的認識是否重要?②元素性質與原子結構關系的建立，對于學生來說是否困難?③關于元素性質與原子結構關系，若要達到分析解釋問題的應用水平，是否需要認識實踐過程?

初步的教學實踐表明，學生往往存在以下認識的困難:①學生不清楚什么是元素的性質。②元素周期律學習后，學生往往記住了同周期、同主族元素性質的遞變規律，但其與原子結構的關系認識較模糊。③學生不能應用原子結構與元素性質的關系，分析解釋問題或者預測和解釋物質的性質。由此可見，原子結構與元素性質的關系是學生學習的難點，是認識發展和建構的關鍵，需要通過認識實踐活動讓學生建立起相關的認識和分析問題的思路。

通過從促進學生認識發展視角對“物質結構 元素周期律”的專題分析，建立了教科書具體內容的比較分析思路，為多版本教科書的分析研究提供了新的研究視角和方法，特別重要的是，提出了與學生認識發展相關的問題，為教科書編寫關注學生認識發展方面提供了重要的借鑒，也提出了促進學生認識建立和發展的教學研究問題。長久以來，我們知道在教科書編寫中要關注學生的認識發展順序，但是已有的研究結果只能告訴我們大體的脈絡:即從感性認識到理性認識，關注學生認知結構的建立和發展。但是較少研究能夠告訴我們學生在具體化學認識建立中的過程和問題是什么。而本研究恰恰為此開創了思路和方法，并且提供了示例。

參考文獻:

[1]王磊 胡久華主編.高中化學必修課教與學[M].北京:北京大學出版社，2005.

[2]普通高中課程標準實驗教科書，化學2[M]. 濟南:山東科學技術出版社，2007.

[3]普通高中課程標準實驗教科書，化學2[M].北京:人民教育出版社，2007.

[4]化學發展簡史編寫組.化學發展簡史[M].北京:科學出版社，1980.