發(fā)現(xiàn)元素周期的“律”：以學(xué)生學(xué)習(xí)為中心的情境任務(wù)

鄭弢 彭了/北京市十一學(xué)校教師

我們以學(xué)生的學(xué)習(xí)為中心、基于真實情境構(gòu)建的學(xué)習(xí)任務(wù)，充分地引起了學(xué)生主動探究的欲望，發(fā)現(xiàn)了學(xué)習(xí)的意義和樂趣。

元素周期表是科學(xué)領(lǐng)域里最具權(quán)威的標(biāo)識之一：一張簡單的表格用一種漂亮的形式抓住了化學(xué)的本質(zhì)。元素周期表是化學(xué)“從微觀的層次認識物質(zhì)，以符號的形式描述物質(zhì)”的學(xué)科本質(zhì)的最好體現(xiàn)之一。基于元素周期表，學(xué)生能夠?qū)⒅傲闵⒌幕瘜W(xué)知識，以更加普遍、全局的邏輯關(guān)系進行整合，建構(gòu)系統(tǒng)化的知識體系和模型化的思路方法，對形成未來發(fā)展所需的必備品格和關(guān)鍵能力有重要意義。

“授人以魚，不如授人以漁”，為了培養(yǎng)學(xué)生利用“元素周期表”這一工具解決實際問題的能力，實現(xiàn)從“解題”到“解決問題”，我們沒有從元素周期表基本概念的學(xué)習(xí)切入，而是從解決實際問題的角度切入。通過核心任務(wù)的設(shè)計，讓學(xué)生直接面對需要解決的問題，啟動學(xué)生的自我系統(tǒng)。在解決問題的過程中，主動完成對“元素周期表”的學(xué)習(xí)、理解和遷移運用。

參考2017 年版《普通高中化學(xué)學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)》和美國K-12 科學(xué)教育中的核心概念思想，我們對“元素周期表和元素周期律”這一單元學(xué)習(xí)主題開展教學(xué)設(shè)計。我們將新課標(biāo)必修及選擇性必修相關(guān)模塊內(nèi)容融合、抽提出這一單元的學(xué)習(xí)目標(biāo)為：“1.能夠利用元素周期律，分析和解釋常見元素的性質(zhì)，預(yù)測未知元素的性質(zhì)，或依據(jù)目標(biāo)功能尋找可能的物質(zhì)材料；2.通過自主歸納總結(jié)，能夠抽提出周期律，建構(gòu)周期律模型。利用周期律能夠預(yù)測其他事物的規(guī)律。”基于學(xué)習(xí)目標(biāo)，我們設(shè)計了促進目標(biāo)達成的學(xué)習(xí)任務(wù)群，本單元的核心任務(wù)為制作“創(chuàng)意周期表”，海報制作、R 星探秘、異常警報共同構(gòu)成支撐性子任務(wù)群。

創(chuàng)作“元素周期表發(fā)展簡史”海報：挖掘化學(xué)歷史 弘揚科學(xué)精神

在自然科學(xué)的教學(xué)中，我們往往注重知識而忽略科學(xué)史，學(xué)生感受到的自然科學(xué)的發(fā)展是突兀、偶然、斷裂的。為了引導(dǎo)學(xué)生樹立科學(xué)精神，在該任務(wù)中，學(xué)生需要創(chuàng)作海報，介紹元素周期表的發(fā)展簡史、元素周期律對發(fā)現(xiàn)新元素、制造新物質(zhì)、開發(fā)新材料的指導(dǎo)作用，培養(yǎng)了學(xué)生在科普閱讀中接受、吸收、分析、整合信息的能力。在海報的評估中，引入了“學(xué)術(shù)規(guī)范”指標(biāo)維度，要求學(xué)生進行規(guī)范引用，培養(yǎng)學(xué)生注重實證、嚴(yán)謹(jǐn)求實的科學(xué)態(tài)度。

任務(wù)進行的課堂上，扮演講解員的同學(xué)對著圖文并茂的海報繪聲繪色地講解，扮演觀眾的同學(xué)認真聽講、頻頻提問（見圖1）。拉瓦錫、紐蘭茲、門捷列夫，不再只是書本上冷冰冰的名字，而是故事中性格鮮明的主角。有同學(xué)在聽完講解之后感慨：“任何真理的發(fā)現(xiàn)都不是一帆風(fēng)順的，做科學(xué)家不僅要耐得住寂寞，還要能經(jīng)受嘲笑。我未來也想成為門捷列夫那樣的人。”這與“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”中嚴(yán)謹(jǐn)求實、崇尚真理的深意不謀而合。

R 星探秘：重走前輩的研究之路

圖1：元素周期表發(fā)展簡史的海報講解現(xiàn)場

圖2：學(xué)生創(chuàng)作的“創(chuàng)意周期表”

元素周期律的建立，經(jīng)歷了從無到有的發(fā)展過程，依靠了眾多科學(xué)家艱苦的探索。如何設(shè)置情境，才能讓學(xué)生重走前輩的研究之路？正當(dāng)我們一籌莫展之際，科幻故事給了我們啟發(fā)。基于學(xué)生對于科幻故事的喜愛，我們設(shè)置了以下情境：科學(xué)家（學(xué)生角色設(shè)定）攜帶有限的設(shè)備到達太陽系的一個行星，利用設(shè)備分離、提純并確定了11 種元素（分別以星座名稱命名）的部分物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)。學(xué)生在沒有任何提示的情況下尋找規(guī)律，組成一張元素周期表，并利用規(guī)律預(yù)測可能存在的第12 種元素的性質(zhì)。

學(xué)生完成上述任務(wù)的過程，就是自我建構(gòu)模型的過程。根據(jù)元素的性質(zhì)，反復(fù)排列、比較、組合、推倒重建，得到一個相對合理的結(jié)果，經(jīng)歷了鮮活、動態(tài)的認知發(fā)展。再利用自己提取的規(guī)律預(yù)測其他物質(zhì)的性質(zhì)，在應(yīng)用中真正體會元素周期表的功能價值。

異常警報：規(guī)律和“特例”的再認識

科學(xué)發(fā)展的過程中，規(guī)律和“特例”總是相伴而行，“特例”也可以通過規(guī)律進行解釋，元素周期表也不例外。認識規(guī)律和“特例”的關(guān)系，有助于學(xué)生形成完整的“模型認知”，揭示現(xiàn)象的本質(zhì)，進一步發(fā)揚“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”，敢于質(zhì)疑，勇于創(chuàng)新。

在該活動中，學(xué)生通過書籍、網(wǎng)絡(luò)查閱1～18 號元素原子半徑、化合價、第一電離能及電負性等數(shù)據(jù)，通過繪制柱狀圖或折線圖比較元素信息，尋找性質(zhì)關(guān)聯(lián)，整合數(shù)據(jù)，借鑒數(shù)學(xué)中研究函數(shù)的思路，以圖表形式加以呈現(xiàn)。在元素數(shù)據(jù)處理過程中涉及到反常數(shù)據(jù)的分析，學(xué)生需要用所學(xué)知識對其進行科學(xué)解釋。

核心任務(wù) ：制作“創(chuàng)意周期表”——從課堂到課外 從課外到課堂

元素周期表是對元素的重要性質(zhì)、規(guī)律的總結(jié)、梳理和呈現(xiàn)，但并不是只有化學(xué)元素的性質(zhì)具有規(guī)律性和遞變性。因此，未來希望成為科學(xué)家的學(xué)生們，也可以在除了化學(xué)以外的生活中，發(fā)現(xiàn)規(guī)律、總結(jié)規(guī)律，并排列出自己的“創(chuàng)意周期表”。

在該任務(wù)中，學(xué)生以小組為單位，分工合作，制作一份創(chuàng)意周期表、撰寫使用說明書并拍攝解讀視頻，解讀規(guī)律和如何利用規(guī)律預(yù)測未知事物。學(xué)生創(chuàng)作了誘人的零食周期表、有趣的FIFA 周期表、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)蔫F路周期表等（見圖2）。每個小組還為周期表使用配上了相應(yīng)的微視頻，實現(xiàn)思路外顯。

核心任務(wù)既是對于元素周期表知識的遷移應(yīng)用，也能夠促進對“周期律”的理解，引導(dǎo)學(xué)生主動在學(xué)習(xí)和生活中觀察發(fā)現(xiàn)、分析總結(jié)、提取規(guī)律。核心任務(wù)在一定程度上能夠支撐學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展，但化學(xué)的相關(guān)性較弱。在后續(xù)設(shè)計中進行了改進，引導(dǎo)學(xué)生在“位-構(gòu)-性”概念指導(dǎo)下進行創(chuàng)意周期表方案設(shè)計和小組展示，將學(xué)生活動的重心從原先偏重設(shè)計制作的藝術(shù)考察，轉(zhuǎn)為對周期律的深入思考，以及“位-構(gòu)-性”核心概念的形成上。

兩周的學(xué)習(xí)很快就結(jié)束了，但學(xué)生對于學(xué)習(xí)任務(wù)的討論和對于“律”的發(fā)現(xiàn)和理解還在繼續(xù)。我們以學(xué)生的學(xué)習(xí)為中心、基于真實情境構(gòu)建的學(xué)習(xí)任務(wù)，充分地引起了學(xué)生主動探究的欲望，發(fā)現(xiàn)了學(xué)習(xí)的意義和樂趣。在任務(wù)的完成過程中，學(xué)生自主設(shè)計自己的學(xué)習(xí)，尋求適合自己的學(xué)習(xí)方式與路徑，通過“總結(jié)規(guī)律”“創(chuàng)建新規(guī)律”“預(yù)測性質(zhì)”等活動實現(xiàn)知識的遷移應(yīng)用，逐步實現(xiàn)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)和跨學(xué)科綜合能力的發(fā)展提升。