“物質結構和元素周期律”核心概念的初步研究

馬斕

摘 要：通過教材知識體系的分析，以及高中教師的初步調查和認識分析，概括出了“物質結構和元素周期律”模塊的兩個核心概念，分別為原子結構和元素周期律。

關鍵詞：物質結構;元素周期律;核心概念;初步研究

核心概念是從西方教育界引進的術語，美國課程論專家埃里克森（Erickson）的認識是，它是人類思維過程中能夠引起遷移應用的一種綜合性思維方式，是處于事實層次之上的高級認知方式，較傳統的以主題和事實為主的，教條式的教學只能給學生最為淺層次的認知的模式而言，具有相當的應用價值，所以我們的課堂改革的重點應該是減少淺層次教學，強化以概念為本的教學。

圍繞學科的核心概念進行課堂教學已是國內教育界關注的熱點，研究者張穎之、劉恩山指出以核心概念為重點組織授課，是一種很有邏輯、卓有成效教學方式。一方面課程安排的內容緊緊圍繞核心概念來組織開展，不僅能確保學生牢固掌握核心概念，而且有利于提升學生對具體知識點的深入理解、遷移應用能力。以核心概念為重點的教學往往還要強調教師要對教學內容進行適當的篩選和加工，由于前期加工，在有限的課堂時間內，為開展“精、細、嚴、實”的教育提供和內容和效率保障。因此在日常教學中，注重核心概念的應用是一個十分具有研究意義的課題。本題對“物質結構和元素周期律”核心概念進行初步研究

一、 “物質結構和元素周期律”核心概念的初步分析

化學物質的結構與其性質及其在周期表中的位置，相互有著密切的關系，如結構決定其位置，而位置放映其結構;結構決定性質，性質放映其結構;而根據位置可以推測物質的化學性質，根據物質的性質可以判斷物質（元素）的位置。可以發現“物質結構和元素周期律”領域相關內容主要圍繞以下三個核心問題展開：（1）原子是怎么形成化合物的？（2）原子結構怎么決定元素性質？（3）元素周期表有什么意義？以上所述的核心問題涉及“原子結構”及“元素周期律”的相關內容。基于“物質結構和元素周期律”相關內容圍繞以上三個核心問題，學生學習這部分知識有一個同一元素“位—構—性”關系，即明確結構決定元素位置和性質，元素的位置和性質之間通過元素周期律聯系。所以，筆者將“物質結構和元素周期律”有關概念理論內容提取為兩個核心概念：原子結構、元素周期律。

二、 高中化學教師對“物質結構和元素周期律”核心概念的理解

筆者選擇就職學校有高三復習經驗的20位化學教師，對“物質結構和元素周期律”核心概念教學在高三化學復習中的實踐，實施訪談調查。訪談內容包括：（1）教師擔任高三教學任務的次數;（2）考綱對“物質結構和元素周期律”的要求;（3）筆者向教師說明核心概念的內涵;（4）從羅列出的“物質結構和元素周期律”相關概念中勾出3個以內認為的核心概念，并聽取理由和看法。

圍繞四點訪談內容，老師的回答統計訪談內容表現為：第一個問題教師擔任高三教學任務的次數一般為5～10次，多數老師還是具有很豐富的經驗，訪談過程中也發現很多老師是常年待在高三教學位置的;第二個問題考綱對“物質結構與元素周期律”的要求，這一點的訪談結果教師多數反映出考綱要求的具體內容是以具體化學結構以及元素周期的考試要求進行制定的，考綱制定的大體范圍是圍繞教學內容展開的，教學內容是圍繞學生需求展開的，因此考綱最終還是圍繞學生制定的具體要求;第三個問題是向老師說明核心概念的內涵，大部分老師指出理解這個詞的意思，并能知道它該有的特征;第四個問題是從羅列出的“物質結構和元素周期律”相關概念中勾出3個以內認為的核心概念，并聽取理由和看法，訪談中老師們都提出的核心概念為原子核外電子的排布規律、元素周期律、元素金屬性和非金屬性強弱的判斷依據。

完成訪談后本人對20份結果進行統計，并得出如下結果：選擇“核外電子排布規律”的次數為18次，選擇元素周期律的次數為12次，“原子結構”為9次，“八電子（或二電子）穩定理論”和“化學鍵”各為3人次。在選擇次數中，每一個老師的專業性經驗基礎上，都偏向于選擇核外電子排布規律為主要首選，也在這個情況下選擇的數量最多，核外電子排布規律的主要順序是隨著原子序數的增加，元素性質呈現周期性的遞變規律，這種遞變規律本身存在著一定的變化，因為教師對于這種變化重要性及影響的認知比較充分，所以都認可將這種變化的研究作為重要方向。同一周期，元素的金屬性從左向右遞減、非金屬性從左向右遞增，同一族內，元素的金屬性從上到下遞增，非金屬性從上到下遞減。在同一個周期內，元素的最高正氧化數從左到右遞增，最低負氧化數從左到右逐漸增高，同一族的元素性質相近。

對于出現次數較高的“核外電子排布規律”，老師們都認為原子結構應該統一在核外電子排布規律中，核外電子排布規律決定了元素的性質，從近些年的研究文獻中也可以得知對于“核外電子排布規律”的研究在教學任務上更注重這點。學者李雪佳（2012）在其論文《以核心概念為中心的化學教學設計》提出：“核外電子排布規律本身的研究在學校中已經得到了很多老師與學校教務工作者的重視，越來越多的老師會特別認真的將核外電子排布規律進行完整性的處理，找到其中的具體規律。”吳良根（2015）在其論文《信息加工學習理論在化學教學中的應用》中提出：“元素周期表是學習化學知識的重要基礎，學生學習元素周期律表是開展和深入研究化學的一種重要工具載體，通過學習元素周期表學習元素周期律可以很好的確定元素之間的內在聯系，掌握元素的自然分類與變化，利用元素性質變化，在周期表中確定具體的位置信息，讓原子結構的關系讓學生掌握清楚，有助于學生自我的可持續學習，對學生具有很好的幫助。”

結合文獻資料可以看出學校對于核外電子排布規律以及原子結構的研究不斷增加力度，在教師認知的選擇態度上也體現為多次，這就表現出了一種有效的結合，也是推動化學發展與前行的重要理論依據。

筆者認為高考中對核外電子排布規律的考察，重點也是在選修三中深入介紹，和性質有關的也就是最外層的電子，所以“核外電子排布規律”本身的影響力僅僅受到局限在元素排列方面。對于元素周期律來說，老師都普遍認為和選擇了化學相關的科學技術輔導電子排列規律，利用科學技術進行指導。“原子結構”選擇次數少，主要原因是實際上原子結構的知識點簡單，對學生來說不是難點。但是不一定越難就是重點，正因為原子結構的特點，才有了核外電子排布的規律和元素性質的相似性和遞變性。對于“八電子（或二電子）穩定理論”也有老師選擇，筆者認為該概念知道就行，不存在理解的問題，它不能統領整個物質結構和元素周期律。“化學鍵”是原子結構的應用，主要是為學習化學反應的實質，真正研究化學鍵還是在選修三。