基于模型構建的“元素周期表的應用”單元教學設計

劉燕偉 吳濤

摘要：通過整體單元教學的設計，系統學習同周期同主族元素的結構和性質，構建元素的原子結構、元素在元素周期表中的位置、元素性質、物質性質之間的關系模型，從化學思維方式的視角學習化學知識，培養學生的模型認知能力，體驗元素性質遞變規律的實際應用。

關鍵詞：模型構建;單元教學;元素周期表;核心素養

文章編號：1008-0546（2022）04x-0034-04

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.04x.010

《普通高中化學課程標準（2017版）》提出以“發展學生化學學科核心素養”為主旨。其中證據推理與模型認知是化學核心素養的思維核心。“能認識化學現象與模型之間的聯系，能運用多種認知模型來描述和解釋物質的結構、性質和變化，預測物質及其變化的可能結果;能依據物質及其變化的信息建構模型，建立解決復雜化學問題的思維框架[1]。”建構模型的過程可以幫助學生整合知識，合理組織學生的認知結構，從化學思維方式的視角學習化學知識，培養運用模型解決真實問題的能力。

傳統的單課時教學，缺乏整體性思考，容易造成教學目標割裂，知識無法有效融合，使知識體系的形成受阻。學生獲得的是沒有結構化的碎片知識，不利于模型的建構，發展化學學科核心素養的要求難以落實。

單元教學以系統論為指導，突出知識建構的過程，站在整體的高度進行教學規劃。教師在對課程標準、教材等教學指導性資源進行深入解讀和剖析后，根據自己對教學內容的理解，以及學生的情況特點，對教學內容進行分析、整合、重組，形成相對完整的教學結構單元，并圍繞著該結構單元展開教學[2]。單元教學設計是教師運用系統方法，分析單元教學任務，確定單元教學目標、設計單元教學手段，架構各課時之間的教學關聯，以求教學效果最優化的編制單元教學方案的過程性設計。

一、單元教學主題

“元素周期表的應用”是學生學習化學，特別是學習元素化合物知識的重要工具。建立“位-構-性”模型，不僅可以系統地總結已有的元素及其化合物知識，而且可以結合原子結構研究元素及其化合物性質的遞變規律，并在此基礎上預測陌生元素及其化合物的性質。

1.單元目標分析

課程標準對“元素周期表的應用”的內容要求是：認識原子結構、元素性質與元素在元素周期表中位置的關系[1]。以第三周期的鈉、鎂、鋁、硅、磷、硫、氯，以及堿金屬和鹵族元素為例，了解同周期和同主族元素性質的遞變規律;體會元素周期律（表）在學習元素化合物知識與科學研究中的重要作用。

2.單元知識分析“元素周期表的應用”單元教學，在內容上層層遞

進，通過學習同周期、同主族元素性質的遞變規律，構建元素“位”“構”“性”的認識模型，通過預測元素及其化合物的性質的學習，發展對元素及其化合物化學性質的認識，構建“各類物質的一般性質—氧化性和還原性—相似性和遞變性”三維模型，同時體現元素周期表對合成新物質、尋找新材料的指導作用。通過海帶提碘的學習，體驗元素性質遞變規律的實際應用，提高物質分離提純的實驗設計與實驗能力，促進化學學科核心素養的落實。

3.學情分析

高一學生對元素化合物性質有一定的知識儲備，并熟練掌握了有關原子結構的相關內容，具備了一定的分析和推理能力，但學生對元素化合物的知識只停留在認識層面，在解釋具體問題時較少從結構決定性質的角度思考。缺乏對“位-構-性”認識模型的整體認識。

本單元的教學設計以知識落實為基礎，模型構建為目標，將學生停留在識記層面的基礎知識加以整合，運用建構主義理論幫助學生在頭腦中建立認識物質性質的“位-構-性”模型。通過單元教學方式，讓學生體會形成模型、應用模型、優化模型的完整過程。加強從元素視角看物質，明確物質性質不同的根本原因在于原子結構的不同，幫助學生建立起基于元素周期律的元素化合物認識模型。

二、單元教學活動設計

元素周期表的應用內容包括必修課程中元素周期表的應用和選修課程物質結構與性質中的原子結構與元素周期表。不同階段的內容，教學目標和教學設計有著不同的要求。本單元教學內容選自最新魯科版化學必修2第1章“元素周期表的應用”。

“元素周期表的應用”設置為4個課時，第1課時：同周期元素性質的遞變規律，體會實驗探究和閱讀探究研究方法，學會歸納總結得出同周期元素性質的遞

變規律;第2課時：同主族元素性質的遞變規律，建立“位-構-性”模型關系;第3課時：運用“位-構-性”模型，結合類別通性和化合價進行物質性質的預測，建立

元素周期表與具體物質性質的深層次關系;第4課時：通過海帶提取碘的實驗中氧化劑的選擇，體驗元素性質遞變規律的實際應用，體會化學在生活、生產中的重要作用。課時教學設計見表1、表2、表3和表4。

三、單元教學設計的特點與反思

1.模型的構建有利于知識的結構化

在本單元教學過程中，教師提供了恰當的情境和不同層次、不同階段的實際問題幫助學生組織、整合知識，利用已有的認知構建新的模型。

學習同周期、同主族元素原子性質，從原子結構特點建立同周期、同主族元素原子性質的遞變規律模型;基于構建元素原子得失電子能力模型，運用實驗探究、證據推理強化模型的構建;從元素的原子結構、元素在元素周期表中的位置、元素性質、物質性質之間的關系，建立“位-構-性”認知模型;從海帶提碘項目式學習中，體驗元素性質遞變規律的實際應用，構建物質富集、分離、提純的認知模型。

2.單元教學是教材內容有效的整合，促進核心素養發展

本單元的整體設計，從結構的角度，分析同周期、同主族元素原子性質的遞變規律，到實驗探究驗證并強化遞變規律，進而初步建立“位-構-性”模型。結合類別通性和化合價進行硅及其化合物性質的預測，完善“位-構-性”模型。海帶提碘的活動中，建立真實復雜系統中物質富集、分離、提取的基本思路，同時體驗元素性質遞變規律的實際應用，實現學科核心素養在本單元教學中落地。

3.真實情境的項目式學習，促進學習方式的轉變

以海帶提碘為真實情境，基于“位-構-性”模型，選擇合適的氧化劑為解決問題的工具，在啟發、探究和體驗的課堂中進行項目式的學習。模型建構與問題解決相結合，體現化學來源于生活，服務于生活的學科特點，增強學生對化學學習的興趣。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2020.

[2]王磊，黃燕寧.教學單元設計的實踐與反思[J].中學化學教學參考，2009（3）：9-11.