學習進階視角下培育“證據推理與模型認知”的教學實踐研究
——以元素周期律應用教學為例

陳春發

(福建省莆田第二中學 351100)

通過多年的學習進階視角下培育“證據推理與模型認知”的教學實踐研究表明，課堂教學以化學核心素養為準則，能夠幫助學生快速構建化學學科知識體系.例如，在元素周期律應用內容的學習時，采用創設情境→提出假設→實驗設計→收集證據→論證推理→得出結論(模型認知)等重要環節可以達到培養學生的“證據推理與模型認知”核心素養的目的.

從元素周期律應用的內容來看，在學生已初步認知元素周期表的結構以及元素周期律的內容的基礎上進行拓展，引導學生掌握運用元素周期律知識解決實際問題，通過堿金屬、鹵族、第3周期元素的性質規律的類比和延伸，達成元素的“位置、結構、性質”間的證據推理與模型認知.

【課堂實錄】

1.導入課題

[師]通過前面的學習，我們知道原子核外電子的周期性排布引起了元素的性質也呈現周期性變化.請同學們猜想一下第3周期元素金屬性、非金屬性變化規律？

[生]可能有三種情況：第一種情況是第3周期元素金屬性逐漸變強、非金屬性逐漸變弱；第二種情況是第3周期元素金屬性逐漸變弱、非金屬性逐漸變強；第三種情況是第3周期元素金屬性、非金屬性變化不規則.

[師]同學們，哪種猜想較為合理呢？請說明理由.

[生]應該是第二種情況.因為Na、Mg、Al是金屬、P、S、Cl是非金屬，故是由金屬性到非金屬性遞變.

【創設目的】提出與元素周期律相關的問題，讓學生通過猜想和推理從理論上得出第3周期元素金屬性、非金屬性變化規律.

2.課堂展開

[師]請同學們先設計Na、Mg、Al的金屬性依次減弱的實驗.

[學生活動](1)設計實驗方案：

①Na、Mg、Al與水或酸的反應；②最高價氧化物對應水化物NaOH、Mg(OH)2、Al(OH)3的堿性強弱.

(2)收集實驗證據：

①Na與水反應的現象是“浮在水面、熔化為小球、四處游動、嘶嘶作響”——劇烈，不需要加熱；Mg在冷水中緩慢逸出氣泡，加熱至沸騰迅速產生氣體，反應迅速；Al在水中無明顯現象，加熱仍然無明顯現象.在Mg和Al與稀鹽酸反應的實驗中，Mg與鹽酸反應迅速，產生大量氣泡；Al與鹽酸反應緩慢逸出氣體.

②NaOH溶液使酚酞變紅色，屬強堿；Mg與熱水反應生成的Mg(OH)2能使酚酞變淺紅色，屬中強堿；Al(OH)3不能使酚酞變紅色，但Al(OH)3既可以溶于鹽酸又可以溶于NaOH溶液，屬兩性氫氧化物.

(3)實驗結論：Na、Mg、Al的金屬性逐漸減弱.

[師幫助學生建立模型認知]第3周期元素的性質變化規律是：金屬性逐漸變弱→同周期元素金屬性依次變弱.

【創設目的】通過學生設計方案、分組實驗、觀察現象收集證據達成對化學規律的建模.金屬性的比較的兩個重要實驗，一個實驗是金屬單質與水或酸的反應劇烈程度；另一個實驗是金屬元素最高價氧化物對應水化物的堿性強弱.

3.類比推理

[師]請同學們完成電子白板上的問題.

(電子白板出示)硅、磷、硫、氯的非金屬性比較

①硅、磷、硫、氯與H2反應的難易：

元素Si(硅)P(磷)S(硫)Cl(氯)氫化物SiH4PH3H2SHCl生成條件高溫磷蒸氣與H2反應加熱光照或點燃下劇烈反應結論→單質與H2反應逐漸變

②硅、磷、硫、氯元素的最高價氧化物對應水化物的酸性：

分子式H4SiO4H3PO4H2SO4HClO4酸性弱酸中強酸強酸最強酸結論→元素的最高價含氧酸的酸性逐漸

得出結論：第3周期元素的金屬性和非金屬性變化規律：金屬性逐漸____，非金屬性逐漸____

[學生活動]反思規律，填寫相應的內容.

【創設目的】讓學生認知元素非金屬性強弱比較的實驗方法，同時學會類比的方法進行推理，構建同周期元素的金屬性和非金屬性變化規律模型.元素非金屬性強弱比較的實驗方法有比較非金屬單質與H2反應的難易程度；比較非金屬元素的最高價氧化物對應水化物的酸性強弱.

4.課堂拓展

[師]同學們已經知道了第3周期元素的特征，若用ⅦA族的非金屬元素為例，同一主族元素又有什么特征呢？

[學生活動](1)閱讀課本，了解三個方面知識：①鹵族元素原子的結構特征；②鹵族單質的物理性質；③鹵素單質與氫氣反應的劇烈程度比較.

分組討論，選取一名成員對問題進行詮釋，總結得出有關結論：

①鹵族元素原子的結構特征相同點是最外層都是7個電子；不同點s隨核電荷數的增加，電子層數逐漸增加，原子半徑逐漸增大.

②由教材相關內容得出單質的物理性質是依F2、Cl2、Br2、I2的順序：顏色由淺到深；密度由小到大；熔、沸點由低到高.

③鹵素單質依F2、Cl2、Br2、I2的順序與氫氣反應的劇烈程度依次減弱(注意提示學生記住H2與F2在暗處就會爆炸，H2與I2在加熱條件下反應還是不能進行到底的).

(2)設計實驗方案，探究鹵素單質間的置換反應現象，收集實驗證據.

[學生展示]預設的實驗方案：

編號實驗操作現象①用膠頭滴管將少量新制的飽和氯水滴加到盛有NaBr溶液的試管中,振蕩后用膠頭滴管再滴加幾滴四氯化碳,振蕩,在試管架上靜置試管內的溶液分上下兩層,下層呈色②用膠頭滴管將少量新制的飽和氯水滴加到盛有KI溶液的試管中,振蕩后用膠頭滴管再滴加幾滴四氯化碳,振蕩,在試管架上靜置試管內的溶液分上下兩層,下層呈色③用膠頭滴管將少量溴水滴加到盛有KI溶液的試管中,振蕩后用膠頭滴管再滴加幾滴四氯化碳,振蕩,在試管架上靜置試管內的溶液分上下兩層,下層呈______色結論隨著核電荷數的增加,鹵素單質的氧化性逐漸

(3)得出實驗規律，構建化學模型.

【創設目的】以化學反應原理類推的方法，在“證據推理與模型認知”引領下的實踐，旨在培養學生通過第ⅦA族元素的實驗探究活動獲取相關的證據意識，學會通過化學反應特征的分析(如單質如氫氣的反應現象、元素之間的置換反應現象)、推理等方法認識研究元素周期律的本質特征、元素周期表的構成要素及互通關系，達到建立模型認知的目的.

總之，作為“元素周期律的應用”教學，可以采用通過注重課堂教學的實踐，在學生學習進階中培養實驗探究的設計方案、探究實驗和收集證據的意識，建立模型認知教學，從而一改傳統教學中直接給出元素周期律的結論.這樣做不斷豐富了課堂教學的創設，而且能夠把復雜抽象的理論知識化繁為簡，由表及里.因此，筆者認為，只要在課堂上通過知識推理，建構模型認知，就一定能夠幫助學生理解化學概念的本質和內涵，在學習進階中不斷提升學科素養.