“思維階梯”式教學解決化學學習障礙點的實踐

楊德紅??

摘要： 闡述“思維階梯”式教學的主要教學流程，以“揭開原子核外電子運動的面紗”為例，詳細介紹“課題引入、問題引導、邏輯推理、興趣激發、宏微符聯系”等五個思維階梯的設置與教學過程，幫助學生突破化學新課學習中的障礙點，提升化學學科素養。

關鍵詞： 思維階梯式教學； 學習障礙點； 化學教學； 學科素養

文章編號： 10056629（2018）8005504 中圖分類號： G633.8 文獻標識碼： B

筆者任教的學校是一所區屬普通高中學校，學生基礎較為薄弱，化學學習普遍存在困難。針對這種情況，筆者在新課教學中十分重視教學的過程與方法指導，堅持探索以“思維階梯”式教學解決他們的學習障礙點，取得了理想的課堂教學效果。

1 “思維階梯”式教學

思維階梯式教學的關鍵是設置系列思維階梯，為學生搭建腳手架，分步驟、緩慢而有序地攀登知識巔峰。教師一般需在仔細研讀教材的基礎上，認真分析學生認知規律，梳理學生可能存在的理解困難問題（學習障礙點），精心設置階梯與針對性問題，在課堂教學實踐與反饋的基礎上完善發展，最終達到學生在理解知識的基礎上自我建構知識網絡、提升學習效率的目的。主要教學環節如圖1所示：

圖1 思維階梯式教學主要流程

其中，設置系列思維階梯是解決學生學習障礙點的關鍵環節。教師在設置階梯過程中一般需依次思考這樣幾個問題： 教材重點、難點是什么？課時教學的線索是什么？學生理解中可能存在的困難是什么？需要設置哪幾方面的思維階梯？如何設置教學思維階梯？思維階梯設置如何做到科學恰當？教學效果如何進行反饋與評價？等等。通過分析教材、分析學生、分析教學，尋找相互之間的對接點和落差點，設置系列思維階梯，確保教學順利、高效開展。下面以上科版高一教材中“揭開原子核外電子運動的面紗”[1]的課時教學為例做說明。

2 教材內容和學生認知分析

2.1 教材分析

本課時的學習以原子結構內容為基礎。從原子結構與元素性質關系來看，教學需牢牢把握“結構決定性質”的規律（暗線）。同時，課時的教學核心線索就是“電子”（明線）。在這樣分析理解教材的基礎上自然得到了本課時教學的重點是“電子在原子核外是怎樣運動的？核外電子的排布規律有哪些？如何表述原子結構中核外電子的排布？如何通過核外電子排布推測元素性質？”等四個主要內容，教學的難點是理解核外電子排布規律及原子結構示意圖的表述。

2.2 學生認知分析

從學生認知發展的角度看，學生已經學習并了解盧瑟福原子結構模型、知道核外電子圍繞原子核高速旋轉，但學生不清楚電子的具體運動狀態。學生在學習中可能有下列疑問，了解原子結構為什么要認識核外電子的運動？電子的運動為什么是分層的？分層的依據合理嗎？原子結構示意圖的意義何在？要解決這些疑問，教學中一定要牢牢把握教學的核心問題，即為什么要研究電子的運動、排布及表述？讓學生明白研究原子結構目的是為推測、理解元素的性質。

3 思維階梯設置與教學過程

在分析教材與學生認知的基礎上設置系列思維階梯展開教學，確保教學過程的流暢性、知識的邏輯性、理解的層次性和學習的過程性。課堂以“結構決定性質”這一規律貫穿始終，緊緊圍繞“電子”這一知識線索，以問題推進的方式循序漸進多角度地設置思維階梯展開教學活動。教學過程中設置了“課題引入、問題引導、邏輯推理、興趣激發、宏微符聯系”等五個思維階梯。

3.1 課題引入階梯——為什么要研究電子

由于前面學習的盧瑟福原子結構模型沒有涉及電子分層排布的問題，直接介紹分層排布會讓學生感到很突兀。為此，筆者設置了以下引入階梯幫助學生一步步揭開核外電子運動的面紗。回憶原子結構模型的發展歷史（建立理論是不斷發展與完善的觀念）→對盧瑟福原子結構模型的質疑與分層模型的提出（建立敢于質疑的科學精神）→為什么要研究原子結構（建立“結構決定性質”的科學思維方法，引入教學線索）→為什么要研究電子的運動與排布（建立電子決定元素化學性質的意識鋪墊，進一步強化“結構決定性質”）。具體教學過程如下：

前面我們學習了“人類認識原子結構的發展史”。在科學實驗和科學發現的推動下，科學家們陸續提出了各種有關原子結構的模型，對原子結構的認識逐漸清晰。從英國科學家道爾頓提出的近代原子論——原子是不可分割的“實心球模型”開始，在湯姆生發現電子后，進而提出了具有簡單結構的“葡萄干面包模型”；在元素放射性的發現和盧瑟福的α粒子散射實驗事實基礎上，盧瑟福進而提出了原子具有原子核的“行星模型”。

根據盧瑟福的原子結構模型，我們得到原子結構可分為幾個部分？

（兩個部分： 原子核和核外電子。）

思考： 我們研究原子結構的目的是什么？

（推測元素的性質）

在化學變化中原子核會發生變化嗎？

（不會，是核外電子。）

對。因此，就化學學科而言，電子的運動成為科學家們關注的焦點。那么，電子的運動狀態是怎樣的呢？這就是今天我們將要學習的內容“1.3揭開原子核外電子運動的面紗”。

根據盧瑟福原子結構模型，你認為電子的運動狀態是怎樣的？

（繞原子核高速旋轉。）

但有科學家對此模型提出質疑。電子在繞原子核高速旋轉的過程中，根據經典的電磁場理論，電子將會發射出電磁波，電磁波具有能量，這樣電子的能量將不斷減小，軌道半徑就會越來越小，最終會掉落到原子核中。顯然，事實并非如此。說明盧瑟福原子結構模型還存在缺陷。玻爾是盧瑟福的學生，在受到一些啟發后進一步提出了“玻爾模型”。請同學們觀察模型圖示（如圖2），結合相關材料說出盧瑟福模型與玻爾模型的主要區別是什么？

3.2 問題引導階梯——電子如何分層排布

此環節教學過程如下：

第一條規律： 分層排布。分層（分類）的思想非常重要，現實生活中處處有分層（分類），如根據年齡大小可以把人分為老年、中年、青年、少年、兒童等；根據學歷可以分為小學、初中、高中、大學等；根據成績表現可分為優、良、中、待提高等等。

（1） 怎么分層？依據是什么？（根據能量大小不同。）

（2） 能量高低怎么判斷？（離核距離的遠近，近低遠高。如發射地球衛星一樣，能量越高，衛星離地球就會越遠；生活中也是這樣。比如，一個人從出生、幼兒、小學、初中、高中、大學……，伴隨成長，孩子離父母的距離將越來越遠，能量越來越大。）

（3） 分哪幾層？（目前分七個電子層，分別是K， L， M， N， O， P， Q。從K層到Q層，離核的距離越來越遠，能量越來越高，電子的穩定性越來越低，電子的活潑性越來越高。具體如圖3所示。）

最外層電子的能量最高，最活潑，在化學反應中最容易發生得失，其主要決定元素的化學性質。

3.3 邏輯推理階梯——電子如何排布

每層排多少？很多時候，教學中可能通過觀察排布以后直接給學生一個結果——至多排2n2個。但就大多數學生而言，根本不知道這是怎么得到的，更不可能從中體驗到科學家思維濃縮和推理的過程。筆者嘗試讓學生在課堂參與中自然獲得，從而培養學生的基本邏輯推理與思維方法。具體教學過程如下：

我們一起閱讀教材第14頁表1.3和1.4。

K n=1 ≤2

L n=2≤8

M n=3≤18

N n=4≤32

請同學們思考尋找電子層數和至多排的電子數之間有何關系？

觀察2， 8， 18， 32都是什么數？（偶數。）

因此可以提取它們的公因子2，剩余的數分別為1， 4， 9， 16；再觀察它們又是什么數？

（平方數。）

很好，分別為12， 22， 32， 42。大家發現什么規律沒有？（2n2個，n為電子層數）。

為理解這樣一個數學推理歸納過程，教學中設置了對數字的觀察、歸類、找規律的過程，得出“2n2個”自然是水到渠成的事，學生印象深刻，避免了死記硬背結論。

3.4 興趣激發階梯——最外層電子排布有何特點

興趣是最好的導師。本課時中，綜合運用了原子結構模型發展與對比，把“電子能量大小與離核距離的遠近關系”與“衛星發射”相類比；把8電子飽和的穩定結構與生活中的“八仙桌”類比、把最外層電子數的多少與集體活動中的用餐（八仙桌上坐1～3個人容易并入到坐5～7個人桌上）進行類比等，把電子的抽象結構模型化、具體化、生活化，最終達到加深理解、促進記憶的目的。具體教學過程如下：

最外層電子數能量最高、最活潑，其主要決定元素的化學性質。你能歸納出最外層電子數的排布特點嗎？閱讀第14頁表1.3、 1.4。

（≤8個。）即最外層8個電子達到飽和的穩定結構，其中稀有氣體的最外層電子數（除He）一般都是8個，達到了飽和的穩定結構。

同學們也可以繼續觀察次外層及倒數第三層的排布情況，總結得出相應排布規律。

知道原子核外電子的排布規律以后，科學上要用科學簡潔的符號表述原子結構、推測元素的化學性質（突出“結構決定性質”這一暗線）。這就是第二個問題“核外電子的符號表達”——原子結構示意圖

3.5 “宏微符”聯系階梯——核外電子排布如何用符號進行表征

“宏微符”聯系教學是化學思維階梯不可或缺的重要教學策略之一，是契合化學學科特點和學生認知發展規律的本質要求的。從元素宏觀性質、原子微觀結構特點及符號表征三個方面有效設計思維階梯，相互聯系、相互印證。在原子結構示意圖的表述教學中，針對薄弱學生群體，教師在教學中要遵循“先講后練、先易后難、先一般后特殊、先重點后難點”的順序進行。舉例時需遵循“原子序數由小到大，先原子后離子，先示范后總結，先書寫練習（做學生）后糾錯練習（當老師）”的原則，問題解決由淺入深、角色互換，最終達到鞏固、提升、發展的目的。

原子用圓圈表示，原子核內質子帶正電，用加號+z表示，中子無需表示（只影響原子質量，其本身與元素化學性質無關），根據核外電子排布規律對電子進行分層排布。如Na的原子結構示意圖（略），師生共同解釋符號表述的含義。

因此，我們不難得到這樣一個結論： 元素的化學性質主要由最外層電子數決定。

既然元素最外層電子數如此重要，怎樣用符號進行科學表達？這就是下節課我們將要學習的內容——“電子式”。

師生共同小結：

今天我們在原子結構學習基礎上進一步圍繞“電子”進行學習，回答了“電子運動狀態怎樣？電子排布規律有哪些？如何表述電子排布？最外層電子與元素性質關系怎樣？”等四個方面的內容。請同學們課后歸納出本節課的知識網絡結構圖。

4 教學反思

“思維能力”是學生非常重要的學科素養之一。思維階梯式教學在“教材和學情”兩方面綜合分析的基礎上，通過設置科學合理的階梯以降低知識習得的難度，并以系列問題引發學生深入思考、積極參與教學、激發學生興趣；以“線索”統領全局，較好地實現了新舊知識的聯系與發展，有效化解學生學習過程中的思維障礙點，提升學生的思維能力。

參考文獻：

[1]上海市中小學（幼兒園）課程改革委員會.化學（高一第一學期）（試用本）[M].上海： 上海科技出版社，2015： 13～15.