在有限課堂中實現自主探究最大化
——“元素的性質與原子結構”教學實踐及思考

許城玉

（金陵中學河西分校江蘇南京210007）

在有限課堂中實現自主探究最大化
——“元素的性質與原子結構”教學實踐及思考

許城玉

（金陵中學河西分校江蘇南京210007）

通過化學小魔術創設教學情境，讓學生在“指鉀為鈉”的心理預期中實施對“鈉”的驗證實驗，進而在自主探究中發現矛盾，切入教學主題并通過“從實踐到理論、從理論到實踐”的雙向探究，達成三維教學目標。

自主探究；元素的性質與原子結構；堿金屬元素；鹵素

一、設計背景

人教版化學2第一章第一節（二）“元素的性質與原子結構”一節的教學內容在初三階段以及高一化學1中都已經有所涉及，在具備“學生接受難度不大”的有利因素的同時，如果教學方案設計得比較平淡，將很難激發起學生濃厚的學習興趣，所謂“利用本節教學內容培養合作探究、歸納整理、概括提升能力”等一系列的教學目標極易落空。

二、設計思想

將與本節教學內容密切相關的常用基本教學素材進行組合創新，以學生意想不到的方式啟動課堂教學程序，以足夠的力度激發起學生的學習興趣，為整節課的教學創設良好的教學情境；變單向的“學生閱讀→學生討論→教師小結”、“演示實驗→學生討論→教師小結”程式為雙向的“學生觀察→學生預測→自主設計→自主實踐→自主發現→自發討論→探究原本”程式；采用先“從性質到結構（從實踐到理論）”、后“從結構到性質（從理論到實踐）”的雙向探索研究方式，讓學生自然感悟出“元素的性質與原子結構”的基本對應關系及其化學本質，在有限的課堂達成學生自主探究主動學習構建知識體系發展綜合能力的總體教學目標。

三、教學過程

［教師］小魔術：能夠燃燒的“茶水”

（1）展示一杯茶水，教師當場喝下以證明其確實是普通茶水；

（2）取茶水加入一支事先準備好的“空”試管中至滿；

（3）在試管口用火柴點燃，“茶水”著火燃燒、火焰明亮有煙。

［學生］觀看小魔術并做出若干猜測。

設計意圖：金屬鈉通常保存在煤油中，這一事實為絕大多數學生所熟知，以此為切入點，便于為下一步教學的“善意誤導”埋下伏筆；本魔術能極大地激發起學生的好奇心，為本節課的教學創造出良好的情感氛圍。

魔術揭密：保存金屬鈉或鉀的煤油通常帶淡黃色，教師事先在一支試管中加入幾滴煤油，然后將該試管置于試卷架上并“強調”這是一支“空”試管，學生一般不會留意到其中有詐；使用茶水有三個目的，一是為了煤油層上浮，二是使學生難以發現隱藏的煤油，三是使用老師飲用的茶水更能激發學生的興趣，強化魔術的演示效果。

［教師］事實上老師事先在試管底部加了少量煤油，所用煤油取自一瓶保存有某種金屬的試劑瓶（向學生展示一瓶被有意撕去標簽的、保存有金屬鉀的試劑瓶但暫不說明是金屬鉀），哪位同學能說明本魔術所涉及的化學原理？

［學生］煤油不溶于水、密度比水的小……

［教師］試劑瓶中的固體是何種物質？請設計一個實驗以檢驗自己的判斷是否正確。

［學生］是鈉?？梢圆捎檬菇饘兮c燃燒形成黃色火焰、與水反應后滴加無色酚酞等方法加以驗證。

［教師］有可能！請同學們按自己的設想完成相關實驗。在實驗過程中務必注意安全、留意相關實驗現象（為確保實驗安全，每組學生限定供給兩小粒金屬鉀固體）。

［學生］做好安全防護工作后、分組實驗。

［教師］同學們在實驗過程中有什么重要發現？

［學生］（匯報實驗現象、不少學生能發現“異常現象”并產生疑問、自發交流討論）

［教師］事實上，剛才瓶中所保存的固體不是金屬鈉、而是金屬鉀！本實驗說明：我們通常要透過現象看本質、但本質究竟如何，要通過實踐的檢驗才能判斷出是否真理。本實驗說明，金屬鈉與金屬鉀兩者相比，其性質有什么特點？

［學生］既有相似性、又有不同點，其中金屬鉀的化學性質更加活潑一些。

設計意圖：金屬鈉通常保存在煤油中，這一事實為絕大多數學生所熟知，所以此處學生的第一判斷基本都是“金屬鈉”，教師進而要求學生設計實驗以檢驗金屬鈉，在復習舊知識的同時，為學生自主發現“異?，F象”提供了必要的心理條件與物質條件，學生通過誤判感受到鉀與鈉的相似、通過紫色火焰等“異?，F象”強烈感受到鉀與鈉的不同，可謂一舉多得。

［教師］事實上常溫下能與水發生反應的金屬有多種，如鋰、銣、銫等（播放經過剪輯的鋰、銣、銫分別與水反應的視頻素材，時長共約60s）。從錄相中，同學們有沒有發現什么規律？

［學生］這些金屬都能與水反應，但反應的劇烈程度有所不同，具體來說，按鋰、鈉、鉀、銣、銫的順序逐漸增強。

設計意圖：堿金屬包括鋰、鈉、鉀、銣、銫、鈁等6種元素，其中鈁具有放射性在中學化學中不做過多介紹，一般中學化學實驗室中沒有鋰、銣、銫的樣品，再考慮到實驗的安全性，這樣使用相應的國外實驗錄相素材是一個比較現實的選擇，特別是銣、銫分別與水反應的實驗效果極具震撼力與沖擊力，能將學生的學習熱情提升到相當的高度。至此，堿金屬元素的絕大多數成員已全面呈現，為后續教學準備好了素材。

［教師］事實上，鋰、鈉、鉀、銣、銫、鈁等6種元素被統稱為堿金屬元素，其中鈁具有放射性、中學化學中不做過多介紹。

（1）PPT展示鋰、鈉、鉀、銣、銫樣品圖片并對其物理性質做簡單介紹。這組元素的物理性質有哪些共同點？有哪些遞變規律？又有什么特別之處？

（2）能否認為這些金屬元素的單質都具有堿性？

［學生］（絕大多數能正確回答相關問題，特別是其中的第二點，學生一般都能指出金屬單質本身沒有任何酸堿性、它們的最高價氧化物對應的水化物都是易溶于水的強堿）

［教師］補充說明：LiOH是中強堿，從LiOH到CsOH，堿性逐漸增強。上述金屬與水的反應可用通式表示為：2M+2H2O=2MOH+H2↑，試分析反應過程中元素化合價的變化情況、電子轉移情況、堿金屬元素的單質在氧化還原反應中的具體作用。

［學生］反應過程中堿金屬元素的化合價從0價升高到+1價、每一個堿金屬元素的原子都失去一個電子、做還原劑。

［教師］請填寫堿金屬元素的單質的性質的表格（表略）。

設計意圖：考慮到學生的知識現狀，此處不對堿金屬元素的物理性質做重點分析，而是采用直接呈現、簡單介紹的方式進行處置以突出教學重點；通過對“堿金屬”概念的辨析，幫助學生弄清“堿金屬”概念的由來，強調其“都能與水發生反應生成易溶于水的堿”的化學本質，再通過提供相應氫氧化物堿性相對強弱的變化規律，使學生進一步認識到單質活動性變化與氫氧化物堿性相對強弱變化的對應關系；通過元素化合價、電子轉移情況、單質在氧化還原反應中具體作用的分析，為構建原子結構與元素化學性質的對應關系、金屬的活動性與其原子失電子能力、還原性相對強弱之間的對應關系埋下伏筆。

［教師］同學們有沒有做這樣的思考：堿金屬元素性質的共性與差異性與其原子結構的共性與差異性是否存在某種可能的聯系呢？請打開元素周期表，認真閱讀IA并填寫堿金屬元素的原子結構、核電荷數、最外層電子數、電子層數的表格（表略）并研究其中的主要規律。

［學生］（在老師的指導下絕大多數學生能夠順利完成表格的填寫并揭示出“原子最外層電子數都為1、從Li到Cs電子層數逐漸增多、原子半徑逐漸增大”等關鍵信息，進而得出如下結論：金屬原子核外最外層電子數都比較少→金屬原子在反應過程中只能失去電子→金屬原子電子層數越多→失電子能力越強→金屬的活動性逐漸增強→單質的還原性逐漸增強）

［教師］事實上這一特性在堿金屬與O2的反應中也有所體現，從Li到Cs，與O2的反應越來越容易、越來越劇烈、越來越復雜（要求學生閱讀教材相關內容）。

設計意圖：考慮到學生的知識現狀，此處不對堿金屬單質與氧氣的反應做重點分析，而是采用簡單介紹、一筆帶過的方式進行處置以突出教學重點。通過這一環節的設置，引導學生思考元素的性質可能與其原子結構存在某種必然聯系，進而構建原子失電子能力、金屬活動性、金屬的還原性之間的對應關系，達成本節課教學的第一階段目標。

［教師］對于最外層電子數較多的非金屬元素（如氯元素）的原子在化學反應過程中的得失電子情況又將如何？其得失電子的能力與電子層數可能存在何種對應關系？

［學生］（在老師指導下，絕大多數學生能得出如下結論：非金屬原子核外最外層電子數都比較多→非金屬原子在反應過程中一般得到電子→非金屬原子電子層數越多→得電子能力越弱→非金屬的活動性逐漸減弱→單質的氧化性逐漸減弱）。

設計意圖：此處將堿金屬元素教學環節中“從性質到結構”的探索路徑逆轉為“從結構到性質、先預測再驗證”的探索路徑，建立起結構性質聯系的雙向通道。

［教師］是不是這樣的呢？讓我們來看一組被稱為鹵族元素的元素，它們分別是氟、氯、溴、碘、砹（其中，砹有放射性，中學化學不做過多介紹），分布在元素周期表的第ⅤIIA族。（PPT展示氟氣、氯氣、液溴、碘樣品圖片及后三者的實物樣品，然后再PPT展示鹵素單質的物理性質。）這一組物質的物理性質有什么共同點與不同點？

［學生］（在老師的指導下絕大多數學生都能做出簡單回答。）

［教師］除F2以外的鹵素單質能分別溶解于水、CCl4等多種不同的溶劑，形成水溶液、CCl4溶液等，并呈現特殊的顏色（PPT展示圖片、同時展示實物樣品）。

設計意圖：考慮到學生的知識現狀，此處對鹵素單質的物理性質不做詳細分析、僅做簡單介紹以突出其它教學重點，但是對其水溶液、CCl4的顏色做具體說明，意在為學生對鹵素單質置換實驗現象的探究分析提供理論支撐。

［教師］請打開元素周期表，認真閱讀ⅤIIA并填寫鹵素的原子結構、核電荷數、最外層電子數、電子層數的表格（表略）并研究其中的主要規律。

［學生］（在老師的指導下絕大多數學生能夠順利完成表格的填寫并揭示出“原子最外層電子數都=7、從F到I電子層數逐漸增多、原子半徑逐漸增大”等關鍵信息。

［教師］閱讀教材相關內容，認真填寫鹵素單質與氫氣反應及其氫化物的穩定性表格（表略），用X2代表鹵素分子，寫出鹵素單質與氫氣反應的通式、分析反應過程中元素化合價的變化情況、電子轉移情況、鹵素單質在氧化還原反應過程中的具體作用、并分析表格中相關信息所包含的規律。

［學生］H2+X2=2HX；反應過程中鹵素的化合價從0價下降到-1價、每一個鹵素的原子都得到一個電子、做氧化劑。從F2到I2，非金屬元素的活動性逐漸減弱，單質的氧化性逐漸減弱（F2＞Cl2＞Br2＞I2）。

設計意圖：與堿金屬元素教學環節相比，雖然鹵素教學環節的探究路徑進行了逆轉，但此處仍然采用了“與同種物質相互反應進行比較”的方法作為教學的切入點，意在利用學生思維的連續性、提高學生的心理接納程度，也為下面的“置換法”提供了一個參照體系。

［教師］在初中化學學習中，我們曾經采用相互置換的方法來比較金屬單質活動性的相對強弱，那么我們可不可以采用類似的方法對非金屬單質活動性的相對強弱進行比較呢？請閱讀教材，完成相關實驗（簡介實驗方法與注意事項）并填寫下表：

表鹵素單質之間的相互置換實驗

［學生］（分組實驗、填寫相關表格。）

［教師］溶液為什么會變色？CCl4層為什么會變色？寫出相應的化學反應方程式、分析元素的化合價變化、單質在氧化還原反應中的具體作用。

［學生］（絕大多數學生能正確回答上述問題）

Cl2+2NaBr=2NaCl+Br2

Cl2+2KI=2KCl+I2

Br2+2KI=2KBr+I2

單質在反應中做氧化劑。

［教師］你能否根據上述實驗給出單質氧化性由強到弱的排列順序？

［學生］Cl2＞Br2＞I2

設計意圖：在學習本節內容之前，學生已經比較系統的掌握了金屬單質活動性強弱的“置換”比較法，而在堿金屬教學環節中，因為堿金屬一般優先與水溶液中的水反應以及單質沸點影響等復雜因素而沒有展開討論，通過鹵素單質之間的依次置換，既彌補了這一教學環節，同時又將“置換”比較法引入非金屬單質范疇，使知識體系更加完備。當然，為了不使知識點過于集中沖淡主題，本環節教學有意回避了F2與水的反應。

［師生合作、共同總結］（PPT展示元素性質與原子結構的規律總結。）

［布置作業］略。

設計意圖：回扣本節課的主要教學目標，確保學生通過本節課的學習能形成清晰思路。

四、教學反思

（1）本節課的教學從一個化學小魔術開始，在第一時間就牢牢地抓住了學生的眼球與心靈，緊接著通過對學生的“善意誤導”，使學生在自主探究中親身體驗“理想與現實的矛盾”，繼而通過這種矛盾切入同主族元素性質的相似性與不同點，并完成從實踐到理論、再從理論到實踐的雙向互通，在有限的45min課堂內實現了探究教學效益的最大化。

（2）通過多種教學資源（視頻、圖片、實物、實驗、教材閱讀等等）的調用與整合，使得整節課“新奇、驚險、刺激、快樂”，既輕松活潑、又科學嚴謹，極大地激發了學生學習化學的濃厚興趣，強化了教學效果，有效地保證了三維教學目標的全面達成。

（3）從具體授課實踐看，本節課教學內容比較豐富，對學生的思維能力、動手能力要求較高，時間上也比較吃緊，有待于進一步的研究與改進。

［1］宋心琦主編.普通高中課程標準實驗教科書·化學2（必修）［M］.北京：人民教育出版社，2007

［2］宋心琦主編.物質結構與性質（選修3）［M］.北京：人民教育出版社，2009

［3］王磊，陳光巨主編.普通高中課程標準實驗教科書·化學2（必修）.濟南：山東科學技術出版社，2004

［4］王祖浩主編.普通高中課程標準實驗教科書·化學2（必修）［M］.南京：江蘇教育出版社，2004

［5］朱慕菊主審.鐘啟泉等主編.普通高中新課程方案導讀［M］.上海：華東師范大學出版社，2003

1008-0546（2013）06-0058-03

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10.3969/j.issn.1008-0546.2013.06.025