核心素養視角下高中化學課堂教學探究活動設計

喻俊 唐樂天

摘要： 從整體把握教材設計意圖出發，以“元素周期律”教學為載體，運用任務驅動的教學策略，以學生活動為主體，主動探尋元素周期律，并嘗試構建元素周期表。在任務的解決過程中學會比較、歸納、演繹、解釋等科學探究方法，在課堂上落實學科核心素養，發展學生的高階思維。

關鍵詞： 元素周期律; 元素周期表; 任務驅動; 核心素養; 教學設計

文章編號： 1005-6629（2019）8-0067-04 ? ? ? ? ? ?中圖分類號： G633.8 ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： B

高中化學核心素養是高中生發展核心素養的重要組成部分，是學生具有化學學科特質的關鍵能力和必備品格。如何將化學核心素養的培養落實在課堂教學中，成為深化課改中廣大一線教師面臨的新考驗、新任務。如何在課堂教學中培養學生的化學學科核心素養？王云生教授認為，這個過程蘊含了教師教學模式和學生學習方式的變革，這就要求學科教學要給予基于問題的、合作與探

究的構建式學習。需要選擇或創設合理的學習情景，通過適當的學習活動以促進學習的發生，讓學習者在與情景的持續互動中，不斷嘗試問題解決的過程中形成學科觀念、學科思維模式和探究技能，發展核心素養[1]。

1 ?問題背景

“元素周期律”是上海科技出版社化學（高二第一學期）第8章第一節的內容[2]。作為高中化學知識中最具規律性的知識之一，它對促進學生發展有多方面重要的價值。這是因為元素周期律揭示了元素之間的內在聯系，反映了元素在周期表中的位置與元素性質以及結構之間的關系。它能夠幫助學生完善化學認知結構，擺脫化學元素及其化合物知識繁、亂、散的狀態。在化學知識系統化學習過程中，元素周期律起到了重要的作用。

在教學實踐中，不少課堂教學都是按照教材設計，讓學生直接尋找1～18號元素的主要化合價（最高正價、最低負價）、原子半徑的周期性變化規律。筆者認為，1～18號元素種類太少，元素性質的規律不足以體現。比如，強行將化合價規律分成3段（1～2、 3～10、 11～18），而這3段規律差異性本身就很大，不夠典型;再如，在元素眾多的性質中，直接讓學生歸納化合價的規律、原子半徑大小規律，少了些“探究”的意味。因而，本課嘗試從新的視角創設學習任務，讓學生在學習活動中逐步形成未來遇到相似問題解決所需要的學科觀念、思維模式和方法，促進學生化學學科核心素養的發展。

2 ?教學思路與過程

基于上述教學理念，本課時設計為給元素排序、給元素有規律地排列、揭示元素規律的本質3個學習任務，讓學生重溫元素周期律的發生、發展過程。通過學生的探究互動、實驗活動、數據資料的歸納整理等形式，主動汲取知識，獲得規律，掌握元素周期律的相關知識和學習方法。

2.1 ?任務1——給元素排序

（1） 給14種元素排序。將全班學生分成幾個小組，每個小組隨機抽選一副卡片。卡片分A、 B兩種類型，每類卡片有3～9、 11～17號元素共14張，每張卡片上都呈現了某一種元素的原子半徑、原子量、單質狀態、單質密度、單質熔點和沸點、溶解性、元素主要化合價等信息，唯一不同的是A類卡片中多了該元素的原子結構示意圖。抽選卡片后，學生根據卡片信息自主選擇排序依據，將14種元素進行排序，結果如表1所示。

活動中，持A類卡片的小組很快就確定了排序結果。用原子結構進行快速排序，體現了科學技術對化學學科發展起到的促進作用;而按照原子量排序則是模仿了早期科學家的探究活動，通過這一活動拉近學生與科學家的距離，讓學生嘗試沿著科學家的足跡去感受發現的過程，體驗研究中實驗的重要性、科學真理的相對性，更好地理解科學本質。抽到A類卡片小組在排列時會發現元素的序號并不是連續變化的（缺少第10號元素），這也是模擬了科學發展過程中的情景，即一開始科學家發現的元素種類較少，且不是連續的，缺失了某些元素，這種“情境再現”讓學生坦然接受科學研究中的“意外”。

（2） 給7種元素排序。每個小組領取相應的19～20， 31～35號共7張元素卡片（仍分為A、 B兩種類型），根據之前的排序依據繼續進行排序，呈現出來的結果均為： Li、 Be、 B、 C、 N、 O、 F、 Na、 Mg、 Al、 Si、 P、 S、 Cl、 K、 Ca、 Ga、 Ge、 As、 Se、 Br（這是因為質子數的遞增也會引起原子量的遞增，所以排出的序列是一樣的，在該范圍內此規律是符合的）。在兩組學生對元素進行排序的過程中，均會發現不論是原子量或者質子數都不如之前的元素有規律地遞變，此時對排序的意見就開始出現差異： 一部分學生是在14種元素序列基礎上連續排序，另一些學生則是在連續排序的基礎上，在Ca與Ga之間留有空隙（為未知元素留下位置）。教學中利用學生意見的差異，引導學生思考哪一種是最合理的，旨在逐步讓學生認識到質子數才是決定元素序數的本質。

2.2 ?任務2——給元素有規律地排列

（1） 給21種元素進行有規律的排列。學生在接到任務后，會立馬抓住“規律”的字眼，迅速尋找各元素的相同或相似之處。而這種相似的指引會使學生迅速將關注點聚焦到“元素主要化合價”“單質狀態”上。通過小組間的交流討論，學生會發現單質狀態除了能夠將元素進行分類外，難以進行有規律地排列。最終，各小組根據元素主要化合價進行排序，呈現出的結果有2種，如表2所示。

第1種情況正好體現了學生在進行有規律排列時的“意外”，或者說是“特例”。學生認為，從最高正價來看，O、 F無最高正價，無處可放;而第2種情況學生則認為，從最高正價來看，O、 F雖然無最高正價，但從最低負價來看，可放在相應位置。教學中正好抓住這一點，引導學生回憶引起元素化合價變化的本質原因，嘗試解釋氧（O）、氟（F）兩種元素沒有+6、+7價的原因。這一活動在落實教學重點、突破教學難點的基礎上，也為后續學習元素非金屬性遞變規律奠定基礎。最終學生在綜合分析元素的原子量、原子結構的基礎上，排列為第1種情況的小組同意可按照第2組排列。

（2） 對He、 Ne、 Ar、 Kr有規律地排列。特別要說明的是，這四種元素的信息卡片上沒有原子半徑信息。面對突然增加的元素，學生會在觀察化合價規律性變化的基礎上進行排列。各小組呈現出的結果有2種，具體如表3所示。

學生認為，按照元素的主要化合價排列，He、 Ne、 Ar、 Kr元素的化合價均為0價，可以排在+1價前面;此時有學生提出，按照前述排列，元素的原子結構就會出現每一行的第一列電子層數都會比其余列的少1層，這種有規律的排列只關注了化合價;如果將這4種元素按照第2種排列，既有化合價的規律，也有原子結構電子層相同的規律，規律性更強。

（3） 給H、 Fe、 I元素排列。每個小組領取相同的Fe、 I兩種元素卡片，根據卡片中的信息將二者進行排序。在已有經驗基礎上，學生會結合化合價與原子結構的規律，將H、 Fe、 I進行排列。排列出來的結果差異主要是在H和Fe上。對H來說，一種是按照最高正價+1和最低負價-1，分別排在Li的上方、F的上方。對Fe來說，一種是直接插在Ca和Ga中間，使得原有行和列元素的相對位置排列錯位，導致排列變得無序;另一種是Fe插在Ca和Ga中間，同時將第二、三、四行相應列（B對應的一列）都往右拉開，維持原有排列規律不變，但整體結構發生了變形。這個活動的目的是充分結合已經學過的碘、鐵相關知識，利用其獨特的性質和原子結構來進行排列，使學生思維發生碰撞，在活動中順利構建起元素周期表的雛形。

2.3 ?任務3——揭示元素規律的本質

（1） 探究元素規律與原子結構的關系。在對元素進行排序和有規律地排列后，教師引導學生回顧引起元素化合價發生規律性變化的本質原因，并繼續觀察除了化合價以外，原子半徑變化是否有規律，可嘗試以畫圖的形式呈現（發給學生坐標紙）。如果有，這種規律和化合價的變化規律是否相同？學生通過觀察元素卡片信息，描繪圖像并發現規律。部分學生會發現，最后一列的元素（稀有氣體元素）都缺少了原子半徑數據。當越來越多的學生發現這一“意外”后，可以告訴學生這是由于原子半徑的測量規則不同，不具有可比性，引導學生認識到原子半徑測量規則的多樣性和當時的局限性。

（2） 閱讀課本，體會“元素周期律”的概念內涵。通過閱讀課本，學生知道了元素的性質隨著元素核電荷數的遞增而呈現周期性變化的規律叫做元素周期律。元素周期律是元素原子核外電子排布隨著元素核電荷數的遞增發生周期性變化的必然結果。可以看出，元素周期律體現著事物變化由量變引起質變和對立統一的規律。其中“周期”一詞除了在描述元素主要化合價、原子半徑的規律性變化，同時也蘊含了類比的思想方法。周期的概念在數學、物理中出現非常多，也常出現在人們的日常生活中，所以在這里可以引導學生討論“周期”的內涵，有助于學生形成感性的認識，使其在化學中理性化、規范化。

3 ?教學反思

3.1 ?重視學生實踐活動，關注科學探究的能力

本節課以任務驅動為明線，有效地將元素的性質遞變規律、元素的性質與結構的關系等知識隱含其中，并將任務驅動與探究活動交叉結合。在教學過程中，教師通過設置任務，組織學生團結合作、解釋特例原因、歸納整理、透過現象看本質來作為探究元素周期律、構建元素周期表的有效活動，不再是由教師直接講授有關理論知識。同時，引導學生直面科學探究過程中出現的“特例”，或者說是“意外”，這是因為在化學發展史上，“特例”是再平凡不過的一件事。整個教學過程中一共出現了3次“特例”： 一是O、 F無+6、+7價;二是He、 Ne、 Ar、 Kr、 H、 Fe排列位置爭論;三是He、 Ne、 Ar、 Kr缺少原子量。而解決好這些特例，既能落實教學的重點和難點，又能培養學生科學探究的意識和能力，形成學生未來進一步學習和研究化學的重要生長點。

3.2 ?重視學生學習過程，關注學習方法的指導

不同版本的教材中都呈現了紐蘭茲的“八音律”或門捷列夫的“元素周期律”，教師通常會以該化學史向學生展示科學家在探索過程中使用的“分類”方法或展現科學家的精神品質。然而，僅僅利用分類法還無法探索出元素周期律和元素周期表。這是因為門捷列夫是在總結前人僅將最相似的元素進行分類的基礎上，勇于突破原有的觀念，把性質不相類似的元素作對比，研究各類元素之間的相互關系。這是從質和量的關系上對化學元素的自然體系進行理論概括，把歸納和演繹、分析和綜合結合起來，最后才發現了一般規律，敢于作出科學的推測或預見。正是這種思想方法導致門捷列夫發現了元素性質隨原子量變化的規律并據此制作了元素周期表，使得化學第一次在科學家們面前呈現出一種系統化的整體的圖景。這些思想和方法正是學生在未來遇到類似問題所必備的關鍵學科思想和方法。

3.3 ?重視教材設計意圖，關注思維的進階提升

教師不僅是教材的實施者，更是教材的組織者和創造者，要在深入研究教材和學生的基礎上，整體認識教材、把握教材、精心地對教材進行調整、組織，整合相關的教學資源。上海市課改教材無論在課程理念，還是教學方式上都對教師提出新的要求。例如，教材在對元素周期律的內容設置上，對元素化合物的性質和遞變規律的構建是以主題和課題形式分散呈現在高一教材中的[3]。按照教材的整體設計意圖，如果在高一階段就能在各個章節部分為高二學習元素周期律的知識進行適當鋪墊，學生在高二進行有關元素周期律和周期表的探究學習時，就能夠“水到渠成”。如果沒有這些鋪墊，在高二組織元素周期律和元素周期表的探究學習就會相對比較困難。因而，課改的關鍵不在教材的變化，而是如何理解與貫徹新的教學理念。學生的知識提升和思維發展的關鍵，在于教師對教材的認識與理解以及正確有效的貫徹和實施。

參考文獻：

[1]王云生. 課堂轉型與學科核心素養培養： 中學化學課堂教學改革探索[M]. 上海： 上海教育出版社， 2016： 8.

[2]姚子鵬主編. 高級中學課本·化學（高二年級第一學期）[M]. 上海： 上海科學技術出版社， 2015： 27～31.

[3]陳屹. 上海高一化學新教材教學中滲透元素周期律內容的嘗試和體會[J]. 化學教學， 2005， （9）： 26～28.