高中化學教材“元素周期律”的進階設計研究

【摘要】新課改從學生的全面發展需求出發，對化學教材進行大幅度改編。為實現高中化學教材“元素周期律”的進階設計，文章基于新課改，以新人教版化學教材為例，分析教材中“元素周期律”概念呈現特點，并以學習進階為角度，設計“元素周期律”的進階層級模型，最后基于高中化學教學實際情況，為教師使用新人教版教材組織教學活動給予針對性建議，充分挖掘化學教學中的理論知識，提升教師對化學教材的認知理解，助力構建高質量的化學課堂。

【關鍵詞】新課改；高中化學；新人教版；“元素周期律”

【中圖分類號】G633.8【文獻標志碼】A【文章編號】1004—0463（2023）19—0075—05

《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“新課標”）中以不同進階維度對化學學科核心素養與化學學業質量水平進行層級劃分與精準描述，強調新教材的內容編排與教師教學的呈現順序需以學生認知發展程度為根本，以滿足不同層次學生的水平需求。同時由于高中化學知識點細而繁雜，涵蓋了30個專題知識點、120個關鍵知識點以及300多條必考知識點，且實際授課時留給化學教學的課時有限，導致在應試教育的驅動下，化學課堂過于重視學生對化學知識的理解與應用，而忽略了學生化學素質與思想價值的塑造，最終造成高中化學課堂實效性偏低，難以培養學生的核心素養[1]。所以，通過深入分析當前高中化學教學需求，本文在新課改背景下，以新人教版化學教材為例，通過以必修1和選修2中“物質結構與性質”和“元素周期律”內容為研究對象，深入研究高中化學教材中“元素周期律”的進階設計，以明確“元素周期律”概念呈現特點，構建學習進階模型，并提出相應教學策略，為“元素周期律”知識點以及其他化學知識點教學提供借鑒參考。

一、新教材“元素周期律”知識點呈現特點

“元素周期律”是指元素的性質隨著元素的原子序數（即原子核外電子數或核電荷數）的遞增呈周期性變化的規律。在新舊教材中，學生對于“元素周期律”知識點的理解均是從物質的俗稱和性質角度出發認知物質變化及其變化的多樣性[2]。為進一步明確新人教版教材“元素周期律”概念呈現特點，以學科特性、核心素養為切入點，對比新舊教材對于“元素周期律”概念的內容編排，為下一階段“元素周期律”進階層級模型設計給予理論支持。

1.學科特性更為突出。新舊教材關于“元素周期律”知識點內容序列對比見下表1。從表1可以看出，通過對比舊教材，新教材對于“元素周期律”知識點內容編排順序有所改變，是從介紹原子結構入手，引導學生了解元素性質與原子核的關系，明確原子核外電子排布規律；在此基礎上，再進行元素周期表結構教學，讓學生理解元素周期表的內部結構；最后引入元素的性質與原子結構，讓學生深入探究同主族元素的性質與原子結構，使學生可基于微觀本質分析宏觀問題。并且，新教材在內容編排中，還將原本融入“元素的性質與原子結構”與“原子核外電子排布規律”板塊中的“原子結構”知識點進行提取整合，作為單獨教學的一部分放在元素周期表學習之前，為學生掌握元素周期表內容奠定良好基礎，更能體現出化學學科是以研究物質微觀結構為主的科學[3]。可見，新教材的學科特性更為突出。

2.核心素養更為外顯。通過進一步對比新舊教材的內容編排，發現新教材在“元素周期律”知識點內容的設計上，更注重引導學生對理論知識的遷移應用，致力讓其在腦海中形成“位—構—性”的認知模型，即原子結構可決定元素在元素周期表中的位置，也可用于決定、解釋與預測金屬性、非金屬性以及電離能、電負性等元素的形式；反之，元素性質也可直觀反映出該元素在周期表的位置與原子結構。以期通過認知模型的構建，在化學教學實踐活動中掌握理論知識，充分發揮化學實驗的教學功能，培養學生的核心素養。例如，新教材在針對“同周期、同主族元素性質的遞變”實驗設計中，首先，將實驗目的具化為：①加深學生對同周期、同主族元素性質遞變規律的理解。②使學生了解元素周期表和元素周期律在學習元素化合物知識中的重要作用。實現了“元素周期律”知識點的核心概念與實驗問題解決融為一體，凸顯化學學科素養發展功能。其次，新教材將實驗活動的實驗內容分為“探究同主族元素性質的遞變（鹵素）”與“探究同周期元素性質的遞變（第三周期）”兩個板塊，引導學生自主設計部分實驗，如Mg與冷水和熱水的反應、MgCl2和AlCl3與堿的反應等，實現學生的自主學習。最后，為進一步發散學生化學思維，提升其核心素養，在實驗后期也設置了獨立的“問題和討論”環節，使學生可根據實驗結論思考，認知元素周期律對元素化合物知識學習的指導作用，對學生形成以辯證思維為主的化學學科思想起到助力作用[4]。

3.“元素周期律”進階層級模型設計。新課標確定原子結構、元素周期表、元素周期律、電負性以及電離能為“元素周期律”的學習核心概念，所以在學習進階下，“元素周期律”的進階模型如表2所示。

從表2可以看出，在學習進階下，“元素周期律”的進階模型共包括觀念、識別、形式化、建構、生成這五個進階層次，分別代表了1～5個進階水平，且每個進階水平下提出了對學生知識能力的不同要求，對應了“元素周期律”中原子結構、元素周期表、元素周期律、電負性以及電離能這五大核心概念。例如，新教材必修1第四章《物質結構元素周期律》第一節“原子結構與元素周期表”就對應了“識別”這一進階層次，進階水平為2。教師在實際教學時，以化學史“原子結構完善人們對元素周期表的認知”為引，教學質量數、電子層、原子核外電子的排列等理論知識，幫助學生理解如何利用原子結構解釋元素周期表、用元素周期表推導原子結構的合理性、分析元素的性質，并在此基礎上探析元素周期表的結構，挖掘元素周期表中蘊含的知識信息，達成教學目的[5]。因此，基于新教材的內容編排與“元素周期律”進階層級模型，繪制了“元素周期律”進階層級圖，如下圖1所示。

“元素周期律”進階層次圖可直觀地看出原子結構、元素周期表、元素周期律、電離能與電負性這五個核心概念的理論難度從低到高的邏輯關系，由內而外地呈現出了“元素周期律”觀點生成到實際使用的遞進過程，有效梳理了新教材中有關“元素周期律”的相關概念，并與新課標所提出的“位—構—性”認知模型形成對應關系，從而為化學教師實踐教學提供了扎實的理論支撐。

二、進階層級模型下“元素周期律”的教學策略

通過深入分析高中化學新人教版教材“元素周期律”知識點呈現特點以及對“元素周期律”進階層級模型的設計構建，發現在新課改背景下，新教材的內容編著、實驗設置以及習題編制均能體驗出學習進階的思路理念。因此，在“元素周期律”進階層次模型下，教師更要合理使用新教材開展“元素周期律”的相關教學，助力學生知識水平階段的提升。

1.圍繞核心概念，注重認知進階。在進階層級模型下，化學教師應重點關注新教材內容中所蘊含的進階邏輯，圍繞原子結構、元素周期表、元素周期律、電離能與電負性這五個核心概念，確保教學內容與學生已有知識經驗和學科能力相互匹配，完成高質量教學。

如，選修1第四章元素周期律知識進階水平劃分緊緊圍繞著上文所提出的元素周期律等五個核心概念，并按照概念的難度，對第四章元素周期律知識進階水平劃分。經知識進階水平劃分后，教師可在教學活動前明確本章內容的知識難度。在實際教學活動開展時，可先帶領學生復習以前的教學，從已知的鈉元素和氯元素的性質開始，將“思考與討論”“探索”等多個欄目整合到新教材中，明確同一周期、同一主體中元素性質的漸進變化。幫助學生弄清基本概念和基本概念之間的高級關系，并預先構建認知模型，打破學生在學習化學元素時，只割裂分析單一元素、死記硬背的認知壁壘，以此完成高質量的課堂教學[6]。

2.基于科學發展，培養核心素養。新教材在新課標目標的引導下，教材內容編排更加注重以“素養為本”。通過設計“元素周期律”進階層級模型可以發現，原子結構、元素周期表、元素周期律、電離能與電負性這五個核心概念的歷史進程與新教材“元素周期律”知識點的內容編排順序完全一致。可見，化學教師在依托進階層級模型下開展元素周期律教學時，可基于核心概念的難度進階，選擇符合當前教學知識點的科學史實，建構深層次的認知模型。例如，電負性最初被貝采尼烏斯認為是原子吸引電子的能力，后來被認為是第一電離能和第一電子親和能的算術平均值，直到萊納斯·卡爾·鮑林確認了電負性的實驗尺度，并通過他人修正得到了學術界的認可，才得到了教科書中對電負性的描述。通過這一科學史實的講述，學生意識到電負性是一種理想化的思維模型，用于定量解釋元素的性質，不僅可以更好地理解電負性的性質，而且可以意識到假設和預測是建立模型的自然途徑，從而充分發揮化學史的科學規律和理論功能，對培養學生的科學素養有著重要意義。

3.注重課后習題，發揮診斷作用。新人教版教材中，增設了“練習與應用”“復習與提高”這兩大板塊，進一步幫助化學教師實現了完整的教學閉環。因此，化學教師應從注重課后習題入手，根據“元素周期律”知識點進階層次與進階水平的不同，選擇與其適配的課后習題，切實發揮習題在化學課堂教學中的診斷作用，助力學生鞏固課堂理論知識。例如，必修1第四章第一節“原子結構與元素周期表”中原子結構理論知識的進階層次主要集中在識別層次上，所以在課后習題的選擇中，化學教師也要以“識別層次”為主，檢驗學生對基礎知識的掌握程度，可以陌生元素（Ti、Ge、Og等）為介質，讓學生嘗試分析其原子結構、核外電子等內容，檢測學生從微觀本質探討宏觀現象，考查學生理論知識的掌握程度、認知層次以及核心素養的發展程度，以此提高化學教學效率。

綜上所述，新課改背景下高中化學教學強調對學生綜合能力的培養。而在“元素周期律”教學中，新人教版教材更加重視發揮核心概念對元素化合物知識學習的指導作用。因此，通過“元素周期律”進階層級模型的構建，可幫助教師在教學前深入了解新教材，體會新教材的編寫意圖，明確“元素周期律”相關知識點的教學價值。同時，在進階層級模型指導下，教師可以圍繞核心概念、基于科學發展、注重課后習題為切入點，豐富課堂教學環節，完善課堂教學設計，培養學生的化學學科核心素養。

參考文獻

[1]陳貞芳.基于三大版本的高中化學核心素養培育的教學實踐——“元素周期律和元素周期表”為例[J].福建教育學院學報，2022（11）：68-70.

[2]白建娥.高中化學必修與選擇性必修教材融合的教學策略——以“原子結構與元素周期律”為例[J].化學教育（中英文），2021（09）：45.

[3]楊桂榕，鄭長龍.基于學科理解的元素周期律的教學設計[J].化學教學，2022（10）：39-43.

[4]陳飄露，朱文娟，胡明雪，等.基于發展科學探究能力的高中化學教學實踐——以“元素周期律”章節為例[J].安徽化工，2021（01）：147-150.

[5]居鳴富，高翔.基于科學精神培養的高中化學教學實踐——以“元素周期律”為例[J].化學教育（中英文），2020（07）： 33-37.

[6]朱鵬飛，陳敏，孫逸明.化學學科核心素養導向的教學設計——以“元素周期律”為例[J].化學教學，2019（10）：37-42.

編輯：張昀