基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)的高中化學(xué)原子結(jié)構(gòu)教學(xué)設(shè)計(jì)*

張玉春，李艷妮，楊艷華

(昆明學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，云南 昆明 650214)

基于高考選拔制度下，我國(guó)目前的高中課程教學(xué)依舊以應(yīng)試高考為主，進(jìn)而教師為提高學(xué)生成績(jī)依舊使用傳統(tǒng)的“填鴨式”教學(xué)方法，這不利于學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，更不利于“立德樹(shù)人”這一教育根本任務(wù)的落實(shí)[1]。化學(xué)是高中核心科目之一，《普通高中教科書(shū) 化學(xué) 選擇性必修2 物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》)是高考化學(xué)試卷的選考題之一的出處，并且對(duì)這部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)是學(xué)生進(jìn)一步理解微觀層面的必由之路，重要程度不言而喻。《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》明確提出，教師在教學(xué)中要依據(jù)“宏觀辨識(shí)與微觀探析”的學(xué)科核心素養(yǎng)，結(jié)合學(xué)生當(dāng)下的認(rèn)知發(fā)展水平，使學(xué)生能從物質(zhì)的微觀層面理解其組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的聯(lián)系，進(jìn)一步強(qiáng)化“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)決定應(yīng)用”的觀念[2]。同時(shí)課程標(biāo)準(zhǔn)也提倡“激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，促使學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變”，以及“注重啟發(fā)式、互動(dòng)式、探究式教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)”[2]。基于上述教學(xué)方法和課標(biāo)要求，我們嘗試實(shí)踐一種更加高效的教學(xué)方法。

建構(gòu)主義指出，學(xué)生對(duì)知識(shí)的學(xué)習(xí)，是基于已有經(jīng)驗(yàn)，用知識(shí)校對(duì)經(jīng)驗(yàn)，然后主動(dòng)建構(gòu)起知識(shí)體系的過(guò)程。在建構(gòu)主義中，教師在教學(xué)過(guò)程中只起到引導(dǎo)、組織、監(jiān)督和提供素材的作用，這比較符合課標(biāo)提出的“學(xué)生需具有自主發(fā)展能力和溝通合作能力，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生積極開(kāi)展建構(gòu)學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)和問(wèn)題解決學(xué)習(xí)的教學(xué)理念”[2]。“任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法”是在建構(gòu)主義理論基礎(chǔ)上提出的，它打破學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中以聽(tīng)講為主的被動(dòng)接受知識(shí)的教學(xué)方法，形成以“合作探究”“解決問(wèn)題”“主動(dòng)學(xué)習(xí)”等為特點(diǎn)的教學(xué)方法，并且通過(guò)設(shè)置適當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)任務(wù)，讓每一位學(xué)生面對(duì)問(wèn)題時(shí)，活用知識(shí)和特有經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行合作探究、解決問(wèn)題[3]。

運(yùn)用任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法進(jìn)行教學(xué)，能讓學(xué)生始終處于積極、主動(dòng)的學(xué)習(xí)狀態(tài)。一個(gè)任務(wù)的完成，會(huì)使學(xué)生獲得滿(mǎn)足感和成就感，進(jìn)而激發(fā)他們的求知欲望，逐步形成一個(gè)良性循環(huán)，在很大程度上提高了學(xué)習(xí)效率[4]。

因此，本文以《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》中的“原子結(jié)構(gòu)”部分知識(shí)教學(xué)為例[5]，采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法，選取可以設(shè)計(jì)為任務(wù)的相關(guān)知識(shí)，借助生活實(shí)例引出知識(shí)點(diǎn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲，在教學(xué)活動(dòng)中不斷完善學(xué)科知識(shí)體系，發(fā)展學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)。在剛開(kāi)始的教學(xué)中，簡(jiǎn)單講述原子結(jié)構(gòu)化學(xué)史，讓學(xué)生了解到對(duì)原子結(jié)構(gòu)的研究是從“淺”到“深”再到“廣”的過(guò)程，體會(huì)科學(xué)研究的態(tài)度和學(xué)科素養(yǎng)。在“能層與能級(jí)”的教學(xué)過(guò)程中，先回顧舊知，提出問(wèn)題，發(fā)布任務(wù)，再進(jìn)行引導(dǎo)解答，初步培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、獨(dú)立思考、合作交流的能力，培養(yǎng)模型認(rèn)知，宏觀辨識(shí)與微觀探析的學(xué)科素養(yǎng)。在“基態(tài)與激發(fā)態(tài) 原子光譜”的教學(xué)過(guò)程中，通過(guò)視頻引出知識(shí)點(diǎn)，再發(fā)布任務(wù)，讓學(xué)生自主完善知識(shí)點(diǎn)以增加知識(shí)儲(chǔ)備，感受課本內(nèi)容的局限性和自主學(xué)習(xí)的重要性。在“構(gòu)造原理與電子排布式”的教學(xué)過(guò)程中，利用構(gòu)造原理圖，講解能級(jí)交錯(cuò)，降低學(xué)習(xí)難度，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力，通過(guò)大量練習(xí)，提高學(xué)生用符號(hào)直觀表示原子核外電子的排布的能力，為后面的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)[6]。

1 教學(xué)背景分析

1.1 教學(xué)內(nèi)容分析

此內(nèi)容位于《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》第一章 原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)<第一節(jié) 原子結(jié)構(gòu)>，主要涉及能層與能級(jí)、基態(tài)與激發(fā)態(tài) 原子光譜、構(gòu)造原理與電子排布式這三個(gè)方面的知識(shí)點(diǎn)。其中，能層與能級(jí)與《普通高中教科書(shū) 化學(xué) 必修第一冊(cè)》中第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)和元素周期律<第一節(jié) 原子結(jié)構(gòu)與元素周期表>的原子結(jié)構(gòu)這一知識(shí)點(diǎn)基本相同；構(gòu)造原理與電子排布為之后學(xué)習(xí)泡利原理、洪特規(guī)則、能量最低原理奠定了基礎(chǔ)，這樣的內(nèi)容編排方式體現(xiàn)出知識(shí)呈螺旋上升的趨勢(shì)。該內(nèi)容從核外電子層這一微觀深入到更加微觀的層面，在整本教材中為學(xué)習(xí)后續(xù)章節(jié)做基礎(chǔ)鋪墊，在整個(gè)高中化學(xué)中成為了通向了解“結(jié)構(gòu)-性質(zhì)”的橋梁。

1.2 學(xué)生情況分析

原子結(jié)構(gòu)所涵蓋的知識(shí)點(diǎn)基本都是概念性的且比較抽象，以學(xué)生已知的能級(jí)和能層為基礎(chǔ)，采用螺旋上升的呈現(xiàn)方式，層層遞進(jìn)介紹新知。處于高二階段的學(xué)生已經(jīng)具備一定的抽象思維和空間想象能力，但主要以直觀思維為主，對(duì)于抽象概念的學(xué)習(xí)仍存在很大的阻力，需要聯(lián)系生活讓學(xué)生便于理解。對(duì)于原子結(jié)構(gòu)，是讓學(xué)生知道它包含了哪些內(nèi)容，又怎樣影響宏觀現(xiàn)象。

2 教學(xué)目標(biāo)

2.1 知識(shí)與技能

①了解原子結(jié)構(gòu)演變史，積淀學(xué)科素養(yǎng)；

②知道能層和能級(jí)，核外電子能級(jí)排布的構(gòu)造原理，了解原子的基態(tài)和激發(fā)態(tài)的聯(lián)系，能用電子排布式表示常見(jiàn)元素(1-36號(hào))的基態(tài)電子排布；

③了解原子實(shí)和價(jià)層電子的概念，知道用簡(jiǎn)化電子排布式和價(jià)層電子表示元素的電子排布。

2.2 過(guò)程與方法

①通過(guò)主動(dòng)學(xué)習(xí)、完成知識(shí)體系的構(gòu)建；

②通過(guò)小組合作討論交流、歸納總結(jié)，理解并掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容，并且能靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題；

③通過(guò)問(wèn)題探究和討論交流，體會(huì)化學(xué)理論知識(shí)的推理邏輯，強(qiáng)化類(lèi)比歸納等學(xué)習(xí)方法。

2.3 情感態(tài)度與價(jià)值觀

①通過(guò)對(duì)原子結(jié)構(gòu)演變史的介紹引入教學(xué)主角，激發(fā)學(xué)生敢于質(zhì)疑，能發(fā)現(xiàn)和提出針對(duì)性問(wèn)題，勇于探究，大膽假設(shè)的學(xué)習(xí)品質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)的核心素養(yǎng)；

②通過(guò)對(duì)原子結(jié)構(gòu)部分知識(shí)的學(xué)習(xí)，強(qiáng)化學(xué)生從微觀和宏觀相結(jié)合的角度去分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生宏觀辨識(shí)與微觀探析的核心素養(yǎng)；

③通過(guò)生活實(shí)例，構(gòu)建模型，能基于模型發(fā)展學(xué)生抽象思維，培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)推理與模型認(rèn)知的核心素養(yǎng)。

3 教學(xué)重難點(diǎn)

3.1 教學(xué)重點(diǎn)

①核外電子的能級(jí)分布及構(gòu)造原理；

②常見(jiàn)元素(1-36號(hào))原子核外電子的排布式的表示。

3.2 教學(xué)難點(diǎn)

依據(jù)構(gòu)造原理表示元素原子核外電子的排布。

4 教學(xué)方法

自主學(xué)習(xí)法、討論法、練習(xí)法、講授法、類(lèi)比法和任務(wù)驅(qū)動(dòng)法。

5 教學(xué)過(guò)程

5.1 簡(jiǎn)介原子結(jié)構(gòu)演變 引入主題

對(duì)于原子結(jié)構(gòu)的相關(guān)知識(shí)，教師直接講述效果可能不太理想，借助必修第一冊(cè)第88頁(yè)的科學(xué)史話，結(jié)合引言，既有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更有助于引入教學(xué)主題做準(zhǔn)備。

【任務(wù)1】人類(lèi)對(duì)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了怎樣的過(guò)程？

[教師活動(dòng)]引導(dǎo)學(xué)生簡(jiǎn)單梳理原子結(jié)構(gòu)已從“原型論”深入到“模型論”再到對(duì)原子結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域的研究。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)歷史演變與時(shí)代發(fā)展相結(jié)合，了解“結(jié)構(gòu)”的發(fā)展概況，一方面是為激起學(xué)生的好奇心，順勢(shì)引入主題；另一方面，讓學(xué)生感受科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題和解決問(wèn)題的科學(xué)探究心路，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究和創(chuàng)新意識(shí)及科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任的核心素養(yǎng)。

5.2 從不同的角度認(rèn)識(shí)原子結(jié)構(gòu)

借助具體的生活現(xiàn)象使抽象概念直觀化，引導(dǎo)學(xué)生從不同角度進(jìn)行觀察和思考，使學(xué)生及時(shí)抓住所學(xué)習(xí)內(nèi)容的重點(diǎn)或重要細(xì)節(jié)，并進(jìn)行思考，讓學(xué)生產(chǎn)生強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)去弄清事實(shí)。再結(jié)合任務(wù)的發(fā)布，促使學(xué)生主動(dòng)探究，及時(shí)調(diào)整學(xué)習(xí)思路，更加高效地完成學(xué)習(xí)目標(biāo)。

1)能層與能級(jí)

[回顧舊知]在必修第一冊(cè)對(duì)原子結(jié)構(gòu)有了初步的認(rèn)識(shí)，即原子由原子核與核外電子組成，原子核由質(zhì)子和中子組成。

核外電子因能量的不同而被劃分為不同能層，用一、二、三等表示層數(shù)，K、L、M等符號(hào)表示相應(yīng)能層，每一能層最多能容納2n2個(gè)電子。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)對(duì)已學(xué)習(xí)過(guò)的知識(shí)進(jìn)行簡(jiǎn)單回顧，一是讓學(xué)生集中注意力，二是為引出“能級(jí)”這個(gè)知識(shí)點(diǎn)做鋪墊。

[提問(wèn)]思考一下，為什么用字母K、L、M等符號(hào)表示能層？

[多媒體展示]這與諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者查爾斯·格洛弗·巴克拉發(fā)現(xiàn)X射線的散射現(xiàn)象有關(guān)。當(dāng)高能電子轟擊金屬元素時(shí)，同一元素會(huì)發(fā)射出不同頻率的X射線，其中，頻率越大波長(zhǎng)越短。巴克拉為了給未發(fā)現(xiàn)的短波長(zhǎng)X射線預(yù)留編排序號(hào)，將當(dāng)時(shí)轟擊得到的最大頻率X射線，編排序號(hào)從K開(kāi)始，而不是A。后經(jīng)證實(shí)，轟擊得到的最大頻率X射線就是原子核外第一層電子發(fā)出的，因此，將原子核外第一層用K表示，第二層用L表示，依次類(lèi)推。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)講解化學(xué)史和科學(xué)家的主要貢獻(xiàn)，一方面，可以激發(fā)學(xué)習(xí)學(xué)生熱情，鼓勵(lì)學(xué)生樹(shù)立榜樣，培養(yǎng)學(xué)生堅(jiān)持不懈，永攀科學(xué)高峰的奮斗精神。另一方面，更加透徹地理解能層表示符號(hào)的來(lái)龍去脈，強(qiáng)化記憶，更加牢固的掌握好這部分知識(shí)內(nèi)容。

【任務(wù)2】核外電子排布遵循怎樣的規(guī)律？

[引導(dǎo)]以一棟七層教學(xué)樓為例，每一樓層間都有臺(tái)階相連，臺(tái)階高度不一致，且越靠近地面，樓層高度越低。若每一樓層可簡(jiǎn)單代表一核外電子層，由此可以推測(cè)，每一個(gè)電子層間，都存在像臺(tái)階一樣的能級(jí)，且各能層能量不一樣。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)生活實(shí)例，將宏觀事物與微觀概念相聯(lián)系，方便學(xué)生理解抽象概念，加強(qiáng)對(duì)能層的理解的同時(shí)引出能級(jí)這一概念，提高學(xué)生合作交流的能力，培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)推理與模型認(rèn)知的核心素養(yǎng)。

[講解]能層的能量由內(nèi)到外依次升高，能層可分為不同的能級(jí)，能層包含著能級(jí)。

[提問(wèn)]為什么用s、p、d、f等符號(hào)表示能級(jí)？

[講解]經(jīng)過(guò)科學(xué)家的不斷探索和努力，在X射線研究基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的光譜學(xué)，將能級(jí)用s、p、d、f等表示。其中，第一能層K有一個(gè)能級(jí)(1s)、第二能層L有兩個(gè)能級(jí)(2s和2p)，依次類(lèi)推。

若二樓表示原子核外第二層電子層，二樓的第一個(gè)臺(tái)階離地面的高度比一樓第一個(gè)臺(tái)階離地面的高度要高，即第二層電子層的第一能級(jí)比第一層電子層的第一能級(jí)能量高。即不同能層中，同類(lèi)能級(jí)的能量也不相同。如1s<2s< 3s <4s……

設(shè)計(jì)意圖：既可以讓學(xué)生了解能級(jí)表示符號(hào)的來(lái)龍去脈，強(qiáng)化記憶，能更加牢固的掌握好這部分知識(shí)內(nèi)容，也可也讓學(xué)生感受到類(lèi)比遷移的學(xué)習(xí)方法。

[追問(wèn)]能級(jí)在能層中的排布有什么規(guī)律？各能級(jí)最多電子數(shù)的變化有什么規(guī)律？

[講解]能級(jí)在能層中的排布順序都是s、p、d、f……但是能層數(shù)是幾，該能層就只有幾個(gè)能級(jí)。比如，第三能層有三個(gè)能級(jí)，可以排3s、3p和3d三個(gè)能級(jí)。每個(gè)能級(jí)可容納的最多電子數(shù)是固定的，并且s、p、d、f……依次為自然數(shù)中奇數(shù)序列1、3、5、7……的2倍，即2、6、10、14……

依然以一棟七層教學(xué)樓為例，以樓層象征能層，樓層中的每一級(jí)臺(tái)階代表一個(gè)能級(jí)。那么在這棟教學(xué)樓里，第一層樓只有1級(jí)臺(tái)階、第二層樓有2級(jí)臺(tái)階、第三層樓有3級(jí)臺(tái)階，以此類(lèi)推。我們把每層樓里從下往上數(shù)的一、二、三、四級(jí)臺(tái)階分別用s、p、d、f替換，同一樓層中級(jí)數(shù)越大，該級(jí)距離地面就越高，即同一能層中能級(jí)排在越后面能級(jí)的能量越高，即：E(ns)

設(shè)計(jì)意圖：先進(jìn)行理論講解，再通過(guò)生活實(shí)例，將生活中的宏觀現(xiàn)象與化學(xué)中的微觀概念相聯(lián)系。一方面可以通過(guò)模型建構(gòu)幫助學(xué)生更好地理解與記憶這一知識(shí)點(diǎn)；另一方面通過(guò)這樣的宏微觀聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)推理與模型認(rèn)知的核心素養(yǎng)。

[拓展]核外電子的填充是從第一能層的第一能級(jí)開(kāi)始的，低能級(jí)填滿(mǎn)后才到高能級(jí)。因此，核外電子排布按照1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 3d → 4s → 4p → 4d → 4f →5s……的順序進(jìn)行。

[練習(xí)]完成教材第7頁(yè)的“思考與討論”，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建能級(jí)和能層知識(shí)框架導(dǎo)圖，完成學(xué)習(xí)任務(wù)。

設(shè)計(jì)意圖：知識(shí)導(dǎo)圖的構(gòu)建可以使學(xué)生知道能級(jí)、能層之間的聯(lián)系和區(qū)別，能更好的體現(xiàn)重難點(diǎn)，為以后的復(fù)習(xí)提供指導(dǎo)。

2)基態(tài)與激發(fā)態(tài) 原子光譜

【任務(wù)3】金屬元素為什么呈現(xiàn)不同焰色？

[觀看視頻]播放一些常見(jiàn)元素的焰色反應(yīng)視頻[7]，視頻截圖如圖1所示。

圖1 顏色反應(yīng)教學(xué)視頻截圖

設(shè)計(jì)意圖：利用直觀的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生對(duì)問(wèn)題探究的積極性。進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)現(xiàn)象推測(cè)其中涉及的化學(xué)原理，為引出基態(tài)、激發(fā)態(tài)和原子光譜知識(shí)點(diǎn)做鋪墊。

[講解]在穩(wěn)定的基態(tài)原子中，當(dāng)電子受到外部提供的能量(如熱、電和光照等)刺激時(shí)，基態(tài)電子因吸收能量躍遷至激發(fā)態(tài)，而激發(fā)態(tài)的電子不穩(wěn)定，需要通過(guò)釋放能量躍遷返回穩(wěn)定的基態(tài)。一般情況下，能量釋放的主要形式是光和熱。因此，焰色反應(yīng)的實(shí)質(zhì)就是電子躍遷釋放能量的結(jié)果。

[提問(wèn)]家里的臺(tái)燈打開(kāi)一段時(shí)間后關(guān)閉，用手觸摸表面時(shí)會(huì)感覺(jué)到有余熱。那手機(jī)中的手電筒打開(kāi)一段時(shí)間后，用手觸摸是否會(huì)有同樣的感覺(jué)？

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)提問(wèn)，讓學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知沖突，通過(guò)自主學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生從多角度思考問(wèn)題和驗(yàn)證知識(shí)的學(xué)習(xí)意識(shí)。

[講解]在不同的元素原子中，電子發(fā)生躍遷時(shí)吸收或釋放的能量不同，光也就不一樣。進(jìn)而原子光譜分為吸收光譜和發(fā)射光譜，分別對(duì)應(yīng)電子躍遷時(shí)吸收和釋放的能量。在現(xiàn)代化學(xué)中，原子光譜常用來(lái)鑒定元素。

3)構(gòu)造原理與電子排布式

[回顧]在必修第一冊(cè)中初步知道原子核外電子排布的一般規(guī)律：核外電子總是由里向外依次排布在電子層中；原子核外各電子層最多能容納2n2個(gè)電子；原子最外層電子數(shù)目不超過(guò)8個(gè)(K層為最外層時(shí)不能超過(guò)2個(gè)電子)。

設(shè)計(jì)意圖：從熟悉的知識(shí)入手，便于引入更深層次的知識(shí)點(diǎn)，也不易讓學(xué)生產(chǎn)生抵觸情緒，更方便學(xué)生構(gòu)建知識(shí)體系。

[拓展]次外層電子數(shù)目不能超過(guò)18個(gè)，倒數(shù)第三層電子數(shù)目不超過(guò)32個(gè)。

【任務(wù)4】試一試，能否根據(jù)規(guī)律推測(cè)出1～36號(hào)原子的核外電子排布式？

[過(guò)渡]在能層與能級(jí)中，我們已了解核外電子的填充的順序?yàn)?s → 2s → 2p → 3s → 3p → 3d → 4s → 4p……但是，這與課本圖1-5(圖2所示)展示的構(gòu)造式3p → 4s → 3d產(chǎn)生矛盾，這是為什么呢？

圖2 構(gòu)造原理示意圖

結(jié)合前期的教學(xué)研究?jī)?nèi)容[8]，引入徐光憲規(guī)則(n+0.7l)，清晰的看出核外電子占據(jù)軌道(即能級(jí))的先后順序，讓學(xué)生清楚的區(qū)分，構(gòu)造原理表述的是軌道能量，與電子排布式不是同一概念，示意圖如圖3所示。

(a) (b)

[講解]橫向?qū)Ρ葓D3(a)和(b)，各能層包含的能級(jí)能量數(shù)字化。現(xiàn)將“n+0.7l”做如下假設(shè)：“n”假設(shè)為能層數(shù)，并規(guī)定：n=K、L、M、N等；同理，“l(fā)”假設(shè)為能級(jí)，并規(guī)定l= s、p、d、f。因此，n+0.7l=K+0.7s。例如：1s=1.0?K=1s=1.0，即1 + 0.7s=1.0，可知s=0；2s=2.0?L=2 + 0.7×0=2.0；2p=2.7?2+0.7×p=2.7，可知p=1，同理可求出d=2。所以，K、L、M、N分別對(duì)應(yīng)1、2、3、4；s、p、d、f分別對(duì)應(yīng)0、1、2、3。反常的是3d=4.4>4s=4.0，電子先填滿(mǎn)3p再填充4s繼而填充3d，這種現(xiàn)象稱(chēng)為能級(jí)交錯(cuò)現(xiàn)象，它從第四周期開(kāi)始出現(xiàn)。構(gòu)造原理從能量的角度說(shuō)明了核外電子占據(jù)軌道(即能級(jí))的先后順序。必須強(qiáng)調(diào)的是，能級(jí)交錯(cuò)源于光譜實(shí)驗(yàn)事實(shí)是真實(shí)存在的，而構(gòu)造原理是個(gè)假想過(guò)程。

設(shè)計(jì)意圖：利用圖片，不僅增強(qiáng)直觀性，而且將電子填充順序的本質(zhì)和能級(jí)交錯(cuò)等難理解的知識(shí)簡(jiǎn)單化，有利于對(duì)知識(shí)的記憶和理解。

[補(bǔ)充]作為一個(gè)理論模型，構(gòu)造原理存在一定的局限性。對(duì)于個(gè)別特殊的過(guò)渡元素核外電子的排布并不適用。如Cr和Cu的最后兩個(gè)能級(jí)的電子排布式分別為3d54s1和3d104s1，并不是先滿(mǎn)足4s，而是滿(mǎn)足整體能量最低，這樣它才穩(wěn)定[4]。

[講解]書(shū)寫(xiě)電子排布式時(shí)，按照1s→2s→2p→3s→3p→3d→4s→4p→4d→5s……的順序進(jìn)行書(shū)寫(xiě)，電子填充時(shí)卻要符合能量的高低順序。

【例1】(2018年全國(guó)卷Ⅲ 第35題)Zn原子核外電子排布式為。

[解析]Zn是30號(hào)元素，位于第四周期第ⅠB，按照構(gòu)造原理，最先從1s開(kāi)始填充，按照能量從低到高依次為1s22s22p63s23p64s23d10，但是3d的能量是高于4s的，故電子先填滿(mǎn)4s再到3d。而電子排布式則根據(jù)能層大小排列，因此，核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s2。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)列舉高考真題強(qiáng)調(diào)做題要點(diǎn)：先排構(gòu)造式(即軌道能量從低到高的順序)，再改寫(xiě)為排布式(即能層從小到大的順序)。

[追問(wèn)]通過(guò)對(duì)基態(tài)原子的電子排布式的學(xué)習(xí)，思考一下離子的如O2-、Na+和Cl-的電子排布式又如何書(shū)寫(xiě)？

[講解]各元素的離子是在原有的基態(tài)電子排布式上得失電子，如Na+失去最外層的一個(gè)電子，因此Na+的電子排布式為：1s22s22p6；同理O2-為1s22s22p6，Cl-為1s22s22p63s23p6。

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生靈活運(yùn)用知識(shí)，已到達(dá)知識(shí)遷移的目的。

【例2】(2018年江蘇卷 第21題)Fe2+的基態(tài)電子排布式為。

[講解]Fe為26號(hào)元素，從1s開(kāi)始填充，考慮構(gòu)造原理最后兩個(gè)能級(jí)的電子排布式為3d64s2，并易失去最外層的兩個(gè)電子成為Fe2+，所以Fe2+的電子排布式為1s22s22p63s23p63d6。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)真題，讓學(xué)生感受元素的基態(tài)和離子的電子排布式的聯(lián)系與區(qū)別，使學(xué)生體會(huì)知識(shí)融會(huì)貫通的重要性。

【任務(wù)5】如“[Ne]”中，方括號(hào)里的符號(hào)有什么意義？

[過(guò)渡]通過(guò)上述學(xué)習(xí)，不難發(fā)現(xiàn)元素的原子序數(shù)越大，它的電子排布式表達(dá)越長(zhǎng)，書(shū)寫(xiě)時(shí)就變得困難，也就容易出錯(cuò)，有什么方法可以簡(jiǎn)化一下呢？

設(shè)計(jì)意圖：一方面是承接上文內(nèi)容，另一方面是為引出下文所要將的知識(shí)點(diǎn)做鋪墊。

[講解]諸如[Ne]、[Ar]、[Kr]等稱(chēng)為“原子實(shí)”，把內(nèi)層電子數(shù)達(dá)到稀有氣體結(jié)構(gòu)的部分，用稀有氣體元素符號(hào)外加方括號(hào)來(lái)代替，以簡(jiǎn)化電子排布式的書(shū)寫(xiě)。例如，Na：[Ne]3s1、Al：[Ne]3s23p1、Ca：[Ar]4s2，它們稱(chēng)為簡(jiǎn)化電子排布式。

[課堂練習(xí)]仿照Na：[Ne]3s1寫(xiě)出O、Si、Cu的簡(jiǎn)化電子排布式。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)課后習(xí)題，挖掘隱藏知識(shí)點(diǎn)。對(duì)新知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行及時(shí)復(fù)習(xí)鞏固，也對(duì)易忽略的知識(shí)進(jìn)行必要查缺補(bǔ)漏。

[講解]O：[He]2s22p4；Cu：[Ar]3d104s1，簡(jiǎn)化電子排布式也適用于元素離子的電子排布式，如Fe2+：[Ar]3d6。

[補(bǔ)充]原子實(shí)外的部分稱(chēng)為價(jià)層電子，價(jià)層電子排布式：主族元素用最外層電子數(shù)表示，如C：2s22p2；F：2s22p5；副族元素用最外層電子數(shù)加上次外層部分電子表示，如Mn：3d54s2；Fe：3d64s2；Zn：3d104s2。

5.3 作業(yè)布置，鞏固提高

[作業(yè)1]請(qǐng)完成P17練習(xí)與應(yīng)用的前四題。

[作業(yè)2]請(qǐng)完成N、O、Na、Al、Ca、Ti、V、Cr、Ni、Cu的價(jià)層電子書(shū)寫(xiě)。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)課后作業(yè)，強(qiáng)化知識(shí)點(diǎn)的同時(shí)了解學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況。

5.4 教學(xué)反思

在教學(xué)設(shè)計(jì)中，設(shè)置一系列恰當(dāng)?shù)娜蝿?wù)，學(xué)生通過(guò)主動(dòng)完成任務(wù)，獲得方法并構(gòu)建起知識(shí)體系，培養(yǎng)學(xué)科素養(yǎng)[9]。本教學(xué)過(guò)程中，始終堅(jiān)持以“教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體”的教學(xué)原則，對(duì)疑難問(wèn)題，通過(guò)教師的引導(dǎo)和講解，消除學(xué)生恐懼心理[10]，以便繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)環(huán)節(jié)。任務(wù)驅(qū)動(dòng)取向教學(xué)，通過(guò)學(xué)生“小組討論”的形式解決問(wèn)題，有利于培養(yǎng)學(xué)生的合作交流意識(shí)與能力[11]。

6 總結(jié)與展望

本教學(xué)設(shè)計(jì)將學(xué)習(xí)任務(wù)驅(qū)動(dòng)做為主線，恰當(dāng)?shù)貙⒛軐优c能級(jí)、基態(tài)與激發(fā)態(tài) 原子光譜、構(gòu)造原理與電子排布式等零散知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)起來(lái)。值得一提是，部分任務(wù)和日常生活現(xiàn)象緊密聯(lián)系，把生活素材融入課堂，使課堂更有生氣；當(dāng)學(xué)生在探討生活現(xiàn)象時(shí)，不僅能掌握技能改善學(xué)習(xí)方式，還能更好的凸顯“以學(xué)生為中心”。更有，借助樓層和臺(tái)階講解能層和能級(jí)，以及引入徐光憲規(guī)則具體化構(gòu)造原理，幫助學(xué)生從直觀層面理解抽象概念是本文的兩大亮點(diǎn)，對(duì)知識(shí)的理解提供參考思路。任務(wù)驅(qū)動(dòng)型課堂能較好的幫助學(xué)生建立完善的知識(shí)體系，更能培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)運(yùn)用能力，引導(dǎo)學(xué)生將課本知識(shí)與日常生活相結(jié)合，真正達(dá)到學(xué)有所用，學(xué)以致用的教學(xué)意義。本教學(xué)設(shè)計(jì)偏重引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)“完成任務(wù)”的課堂教學(xué)。在實(shí)踐過(guò)程中，學(xué)生的分析能力、合作交流能力應(yīng)進(jìn)一步提高，同時(shí)也受課時(shí)時(shí)間、教學(xué)設(shè)備、學(xué)生之間的差異等多方面因素的影響，很難真正地凸顯任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法的真正效果。因此，在今后的教學(xué)中優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，深入了解學(xué)生，更有效地使“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”走向“自主驅(qū)動(dòng)”。