基于“教、學、評”一體化的高中化學教學實踐研究

李燃 周玉芝 林紅焰

摘要：選取北京景山學校貫通實驗班的學生作為研究對象，選擇元素周期律這一內容作為研究的載體，摸索利用精準、合理、全面的“評、教、學”一體化系統指導教學的一般方法。研究過程為：通過課前測試探明學生的知識基礎，發現學生思維上存在的問題—制定有針對性的教學目標，開展具有時效性的教學實踐—教學之后，通過問卷法調查學生的學習效果—分為績優生和績差生兩個研究組進行對比，通過分析學生的學習效果，為后續的教學提出指導性意見。

關鍵詞：“教、學、評”一體化;核心素養;學習研究;元素周期律

文章編號：1008-0546（2022）09-0062-07中圖分類號：G632.41文獻標識碼：B

《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》[1]中積極倡導教、學、評一體化，力爭使每個學生的化學學科核心素養得到不同程度的發展。在化學日常學習評價中，“有教無評”“有評無促”的現象十分普遍。[2]本研究為了摸索利用精準、合理、全面的“教、學、評”一體化系統指導教學的一般方法，[3]選擇元素周期律這一內容進行研究，[4]首先通過課前測試探明學生的知識基礎，發現學生思維上存在的問題，進而指導教學目標的制定和教學過程的實施。在教學之后通過問卷法調查學生的學習效果，分為績優生和績差生兩個研究組進行對比，通過分析學生的學習效果，為后續的教學提出指導性意見。

一、學生基本信息

北京景山學校九年級貫通班是從300名左右的學生中選拔41名學生組成的班級。具有較好的理科思維和學習習慣，具有較為濃厚的學習興趣和持續的學習動力。

經過初三化學的學習，并沒有出現分化。但是經過一個學期的高中學習，成績有了一定的分化，單元測驗及期末考試成績極差為30分左右。出現這種情況的原因可能由于學生的學習興趣不同導致，但更主要的原因可能是某些同學在學習方法上出現了問題。在初中，部分學生會認為化學是一門“假理科，真文科”，通過記憶或者刷題就能取得好成績。但是到了高中之后，隨著知識容量和知識難度的增加，特別是內容之間的邏輯關系變得越來越強，就要求學生不僅要關注知識本身，更應重視概念之間的關系以及遷移能力的發展和提高。而很多學生可能沒有意識到這一點，這也就成為其成績下降的主要原因。通過本次調研，目的在于將上述假設進行驗證，暴露學生學習過程中的真實問題，并尋求解決問題的思路和方法，提高教師的教學質量和學生的學習成績。

二、前測分析

班級40人參與了元素周期律的學習，在學習之前對學生進行了前測，前測結果表明：

1.學生可以有效地提取知識，從結構的角度對單一元素的性質進行解釋和分析，但是對于同周期元素性質的遞變規律的預測和解釋還存在著很大的困難和不足（見圖1）。

2.學生只關注最外層電子數的遞變對化學性質的

影響，沒有系統利用電子排布（原子結構）分析元素性質變化規律的意識，因此也就沒有從原子半徑以及原子核對最外層電子的吸引力的角度對元素的遞變性進行合理地分析的意識（見圖2）。

3.學生能較好地對于常見元素性質進行預測和分析，但對于陌生元素性質的預測和分析能力還有待提高，特別是根據較復雜的信息進行有效推斷的能力（見圖3）更待提高。

4.學生對于同族元素金屬性和非金屬性的判斷方法掌握得較好，但是在已有知識基礎之上進行歸納和整理，建立判斷元素金屬性和非金屬性的模型的能力還有待提高（見圖4）。

三、教學過程

學生已經分別討論了堿金屬元素的金屬性和鹵族元素非金屬性的變化規律，構建了同族元素性質變化的相似性和遞變性規律。本節將以此為基礎，以第三周期元素為代表，闡述元素性質隨原子結構的周期性變化規律，揭示同周期元素金屬性和非金屬性的性質變化規律，從而歸納出元素周期律。在學習過程中，幫助學生認識元素“位”“構”“性”之間的內在聯系，構建“位”“構”“性”的認知模型。

本課學習內容為理論知識，通過本節課的學習可以有效地培養學生的邏輯思維能力和分析問題能力。通過閱讀數據等相關信息，在討論歸納的基礎上，學習元素核外電子排布、原子半徑、化合價的變化規律，培養學生的歸納總結能力;在原子結構學習之后，以同主族元素的學習為基礎進行類比遷移，分析同周期元素結構的遞變規律，預測并解釋同周期元素金屬性、非金屬性的遞變規律，構建元素周期律，培養學生的遷移學習能力。

本節課在設計的過程中，第一部分，讓學生在排列元素的過程中尋找規律，形式上是排列元素周期表，實際上是感受建構、形成元素周期律的過程，與上一節課學習元素周期表的結構及內容具有不一樣的功能與價值。第二部分，學生在已有知識經驗的基礎之上，先對元素性質進行簡單的預測，之后進行理論分析，再通過閱讀及實驗搜集證據作為自己理論分析的佐證，進而驗證自己的猜想，是培養學生證據推理過程的集中體現。第三部分，學生體會“結構決定性質”的關系，分析得到“原子結構的周期性變化是元素性質周期性變化的本質原因”這樣的關系，為下一節課利用元素周期表和元素周期律的內容進行復雜問題分析，構建元素“位、構、性”關系進行鋪墊。

基于上述的分析，制定了教學目標：（1）能結合有關數據和實驗事實認識元素周期律，了解原子結構（核外電子排布）與元素性質（元素最高化合價和最低化合價、原子半徑）的關系。（2）能在同主族元素的學習基礎上進行類比遷移，分析同周期元素結構的遞變規律，預測并解釋同周期元素金屬性、非金屬性的遞變規律，構建元素周期律。（3）加深對分類法，歸納法等科學方法的認識，提高論證能力以及邏輯推理能力，發展證據推理與模型認知的核心素養。（4）通過化學史的學習，引導學生體驗科學發現的艱辛，科學方法的力量，創新思維的魅力，發展創新意識的核心素養。

四、學生學習效果研究

1.調研方法

本次調研采取問卷法，[5]調研對象為北京景山學校九年級貫通班41名學生，發放問卷41份，收回40份。由于疫情的原因，問卷采取網絡形式完成。

2.調研問題

（1）你能說出元素周期律的基本內容嗎？你能說出元素周期律的本質嗎？

（2）你認為掌握了元素周期律可以幫助人們做什么事情？

（3）請你用一張圖來表述出元素周期律與其他知識的關聯？

（4）請預測鋇和鈣兩種元素的金屬性強弱，并說出原因及實驗論證方法。

（5）請預測氮元素和氧元素的非金屬性強弱，并說出原因及實驗驗證方法。

（6）有一種未知元素，其單質在潮濕空氣中失去光澤，與堿反應放出氫氣，能被冷濃鹽酸浸蝕，對熱硝酸顯鈍性。你猜測它還有可能具有什么性質？為什么？

（7）本內容學習之后，你對元素周期律的掌握可以打幾分？（滿分10分）

（8）你認為哪些內容理解得比較透徹？

（9）你認為哪些內容還有困惑？

（10）對于本內容，你的興趣度是多少分？（10分滿分）

（11）對于本內容，你掌握的學習方法是什么？

3.調研結果

（1）整體分析

學生的學習興趣較高，平均得分7.7分（滿分10分），這表明學生基本具有一種積極的認識傾向與情緒狀態，這是激發學生的元認知系統，順利掌握新知識，發展更高學習能力及學科素養的必備條件。

對元素周期律內容的掌握程度打分為7.7分（滿分10分），證明學生還是具有一定的自信心的，學生在學習過程中對自己的學習能力、學習過程、學習結果等方面的認同還是處于中等偏上的水平，這對于學生保持持久的學習狀態具有決定作用。

通過對本節課的學習，學生的知識和能力發展點在于：①對元素周期律的內容和本質具有了一定的認識，建構并形成了“結構決定性質”的思想;②對金屬元素的金屬性和非金屬元素的非金屬性的比較掌握得較好，具有一定的知識遷移能力，可以完成同周期、同主族元素的性質比較;③對利用“位—構—性“模型解決問題具有了較為熟練的應用，可以預測陌生元素的性質，并對多元素的性質進行預測和比較，可以利用原子結構的周期性變化解釋元素性質的周期性變化，可以設計簡單的實驗對自己的預測進行證明，并熟練運用控制變量的思想。

學生的困惑主要集中在如下兩個方面：其一是物質的氧化性和還原性與元素的非金屬性和金屬性的相互關系，其二是對未知元素性質的預測。在后邊題目的分析過程中前者確實成為了很多同學思維上的難點，以至于在解釋說明以及實驗設計的過程中都出現了邏輯上的混亂，而后者問題的本質其實是學生對于“位—構—性”模型的認識不夠透徹，而這正是本節課的教學重點和教學難點。

在學生概括的學習方法上，大家采取的主要方法包括：識記元素周期律的內容;分類整理元素的性質，結合熟悉的元素性質進行類比分析;利用原子結構的周期性變化去推理、論證元素性質的周期性變化。而這三種學習方法可以概括為三種學科活動能力及表現在學習理解層面的三個水平：辨識記憶，概括關聯，說明論證。我們所希望的是學生可以盡可能達到最高層次的水平，這樣才能為后續的應用實踐以及遷移創新打下堅實的基礎。

（2）對比分析（“績優生”和“績差生”）

①“績優生”的學習方法：

從對于“元素周期律本質和內容”的考查結果分析，“績優生”可以清晰地把握元素周期律的本質和內容（見圖5），對“周期性變化”具有清晰的理解，并沒有割裂地關注具體的知識，而是從整體上理解“結構決定性質”的思想。

從對“元素周期律學習價值”的考查結果分析，“績優生”表達出了元素周期律（表）的預測功能以及尋找特定元素和材料的功能或者兩者中的一個方面，可以充分認識概念學習的價值，對個人可持續的學習具有決定性作用（見圖6）。

從對“元素周期律與其他知識的關系”的考查結果分析（見圖7），“績優生”可以將元素周期律的知識與物質類比以及氧化還原的知識進行聯系，他們認為，在利用元素周期律解決問題的過程中必須要配合“價—類”二維的思想對物質的性質進行系統的研究和比較。同時少數同學也指明了元素金屬性、非金屬性與單質的氧化還原性的關系，可以說是很好地完成了知識體系的構建。

從對“陌生元素的性質進行比較”的考查結果來分析（見圖8），“績優生”可以運用原子結構的相互關系，分析到原子半徑的關系，再分析到得失電子的關系，最終解釋元素金屬性、非金屬性的關系，形成了一套完整的利用結構預測、解釋性質的結構決定性質的思考問題的路徑。

從對“陌生元素性質的推測”的考查結果分析（見圖9），“績優生”可以利用“價-類二維的思想分析單質的性質，而且利用“位—構—性”模型分析了元素的性質，交代了兩者的關系，并且通過自己的分析提出了已有的知識無法解釋的疑問（本節課在設計時沒有設計鋁及其化合物的知識），可以說思維是有序的，結論是有理有據的，問題是對后續的學習有指引性的。

②“績差生”的學習方法：

從對于“元素周期律本質和內容”的考查上（見圖10），“績差生”將元素周期律的內容描述為具體的各種性質的變化，而將元素性質隨原子序數的遞增呈周期性變化當成了元素周期律的本質。出現這種情況的原因主要由于學生將過多的精力放在了具體知識的記憶上，卻忽略了對于本質的探究，學生并沒有將原子結構（核外電子排布）的周期性變化決定元素性質的周期性變化進行深刻的理解，即宏觀辨識與微觀探析的核心素養的培養還需要強化。

從對“元素周期律學習價值”的考查結果分析（見圖11），“績差生”認為元素周期律（表）的學習是為了某個單一元素性質的學習或者多元素性質的比較。這種想法并沒有錯誤，但是確實沒有抓住核心。元素性質的學習和比較固然重要，但是它只是一個知識的載體，更重要的是通過元素周期律（表）的學習培養有序的思維習慣，大膽的創新精神，不斷發現的勇氣和意識。也只有幫助學生達到這個層面，才能避免出現只顧知識而輕視本質的局面。

也有個別同學完全沒有發現元素周期表的預測功能，他只是停留在“用元素的位置去比較元素的性質”這個層面，總是過分強調位置和性質的關系（見圖12），所以在解釋性質遞變關系時也沒有從原子結構的角度去分析，在總結學習方法時也是強調利用“特殊元素法”。這是一種典型的“唯做題論”，這樣的同學貌似掌握了大部分習題的解題方法，但是卻沒有把握元素周期律的本質和核心，其思維上缺失也會在后續的學習中逐漸體現，因此教師必須進行及時個別輔導，幫助學生完成相應素養的提升。

從對“元素周期律與其他知識的關系”的考查結果分析，“績差生”比較割裂地對元素周期律的知識進行整合和總結，并將關注點放在了元素周期律內容中元素性質的比較——這個與考試最為相關的內容部分。這些同學貌似非常熟練地掌握了“位—構—性”模型，但是，其實在對元素周期律的內容和本質的相互關系的理解上，在對元素的性質與物質的性質的相互關系的辨析上，以及在如何將“價—類”二維模型與“位—構—性”模型綜合運用解決復雜問題上都存在著一定的模糊認識和障礙。因此在遇到復雜問題的時候就會出現提取知識路徑的不暢通，即運用知識不具有靈活性和系統性。

從對“陌生元素的性質進行比較”的考查結果來分析，“績差生”更多關注的是元素在周期表中的上下關系、左右關系（見圖13）、距離特征元素（Cs、F）的遠近等（見圖14）。這些同學并不能很好地調用“結構決定性質”的思想去分析解釋問題，即使這些同學在上一題中很好地回答了元素周期律的本質和內容，但是他們只是進行了簡單記憶，并沒有深入理解，所以不能自覺地運用。而出現這種結果的原因可能是在授課的過程中教師過多地強調了“利用元素的位置關系去判斷元素性質關系”的作用，學生將這一分析問題的角度單一化，因此忽略了宏微結合的分析視角。

從對“陌生元素性質的推測”的考查結果分析，“績差生”或多或少可以調用自己原有的認知，去分析物質的還原性或者金屬單質的通性，但是缺少證據推理的意識，沒有用具體的反應結果去作為物質具有某性質的佐證，也沒有將“價—類”二維的思想與元素性質的預測相聯系，即沒有形成完整的知識體系。

③調研總結與啟示

“績優生”的學習主要有如下的一些特點：可以熟練地找到知識內容之間的邏輯關系，具有很好的知識遷移能力;具有縝密的思考問題的路徑，可以利用模型解決真實、復雜問題;概念學習過程中，明確概念的內涵和外延，既關注具體的知識，又能全面地把握概念的價值。

“績差生”的學習主要有如下一些特點：割裂地看待知識，沒有建立起知識網絡，知識遷移能力不強;思考問題角度單一，沒有認識到模型的價值，解決真實復雜問題存在障礙;沒有明確概念學習的價值，只看重解題過程中知識點的應用。

五、教學改進對策

1.將元素周期律的本質和內容思路外顯，強化結構決定性質的關系

授課過程中元素性質的周期性變化和原子結構的周期性變化是分不同部分進行講解的，最后利用“結構決定性質”的思想，讓學生接受了原子結構的周期性變化決定元素性質的周期性變化。但是由于學生的關注點并沒有放在邏輯關系上，而是在具體的知識內容上，所以對“決定”二字并沒有真正地把握，出現了會記憶、會簡單地解釋說明，但在陌生復雜情境下的調用就不會很順暢。

在之后的教學過程中，要將發現邏輯關系的機會交給學生，而不是為了推進課堂的進度進行快速地闡述，讓學生真正地感受到原子結構的周期性變化與元素性質的周期性變化的關系，并進行反復強化，形成認知模型，這樣才可以打通學生提取知識的路徑，內化為自己分析問題的基本角度和思路。

2.加強概念教學的力度，重點放在概念的形成與落實，弱化知識細節對學生概念形成的影響

調查結果表明個別學生沒有真正領會“周期性”這個概念，而是將關注點放在了“相似性”和“遞變性”上。原因在于元素性質的相似性和遞變性更加具體，在應用的過程中更頻繁。不論是教師的教，還是學生的用都是以相似性和遞變性為主，對于周期性只停留在概念的記憶和模糊的理解上，遇到實際問題時，不會主動地進行調用就成為了必然的事實，在之后的教學過程中，要凸顯“周期性”的價值，反復強調相似性、遞變性、周期性三者的關系，利用“臺歷、課標”進行類比，有利于學生對“周期性“這一概念的理解。教師要弱化知識的講授和概括，強調具體知識對概念學習的支撐作用，將學生對核心概念的掌握和理解作為自己的教學重點和難點。

3.加強學生運用知識水平能力的訓練，而不是知識的簡單重現或簡單應用

預測部分培養學生的知識遷移能力，學生能否通過課上堿金屬元素、鹵族元素、第三周期元素性質的學習，遷移到其它族、其它周期元素性質的比較上，是解決本題的關鍵。解釋部分培養學生宏微結合的能力和意識，學生能否自覺地利用原子結構的相互關系去解釋元素性質的關系，是學生微觀思維水平的體現。在設計實驗部分培養學生證據推理的意識，學生會在設計實驗、尋找證據的過程中運用控制變量的思想，這是對學生利用對比實驗進行實驗探究能力的一次檢驗。

4.重點培養學生在學習元素周期律的過程中自覺地將前邊學習過程中強化的“價—類”二維思想熟練運用的能力

在以往的元素周期律的教學過程中，教師教的重點，學生學的重點，考試評的重點都不約而同地放在了通過分析元素的“位—構—性”關系上和完成不同元素間的性質比較上，但卻忽略了對某一元素的性質的分析。而因為在利用短周期元素學習元素周期律的過程中，總結的很多規律在第四周期以后的元素比較過程中往往會出現很多的“特殊情況”，所以我們慢慢地意識到元素周期律的教學承載的任務更多的是應該訓練學生的系統思維，而其中之一就是讓學生系統地運用“位—構—性”模型和“價—類”二維模型分析問題。

元素周期律（表）在教材中是獨立的一章內容，而且它的內容形式與學生之前學習的內容有很大的不同。學生之前的學習主要在元素及其化合物知識的學習（鈉元素及其化合物，氯元素及其化合物）和與化學反應有關的基本概念的學習（氧化還原反應，離子反應）。所以學生學習元素周期律（表）之后，最容易出現的局面是將該部分內容和其他內容涇渭分明地割裂開，這對于學生多角度分析問題能力的培養是不利的。我們希望學生在元素周期律（表）學習之后，可以將“位—構—性”模型和“價—類”二維模型做一個整合，豐富自己分析物質性質的角度和途徑。同時，在進行元素周期律（表）的學習過程中，教師非常強調從相似性和遞變性兩個角度對元素性質進行分析，而這種分析問題的習慣也可以遷移到物質性質的學習過程，因為在“價—類”二維的模型中往往可能更強調的是物質的相似性，而忽略物質的遞變性，而這種分析問題的角度也是學生學習物質性質過程中不可缺少的。

參考文獻

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