探究科學(xué)本質(zhì)的“元素周期律”教學(xué)設(shè)計

樊小勇

高中生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)是當(dāng)今科學(xué)教育改革備受關(guān)注的主題。使學(xué)生理解科學(xué)本質(zhì)是科學(xué)素養(yǎng)的重要組成部分，是實現(xiàn)科學(xué)教育目標的關(guān)鍵因素。如何將這些科學(xué)本質(zhì)的共識落實到科學(xué)課堂中，本人以“元素周期律”教學(xué)設(shè)計為例，探討基于科學(xué)本質(zhì)的“元素周期律”教學(xué)設(shè)計。

一、教材分析

1.本單元內(nèi)容的地位和作用

本課題選自蘇教版高中《化學(xué)2（必修）》專題一第一單元“原子核外電子排布與元素周期律”的內(nèi)容。本單元內(nèi)容在教材中所處的地位和作用：

通過初三和必修I的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)基本具備了一定的無機化學(xué)基礎(chǔ)知識。例如，初三學(xué)習(xí)的原子的構(gòu)成、核外電子排布、元素周期表簡介等一些基本的物質(zhì)結(jié)構(gòu)知識，這些為本單元的學(xué)習(xí)奠定了一定的基礎(chǔ)。在本單元中，這些知識將更加細化，理論性更強，體系更加完整。通過《元素周期律》的學(xué)習(xí)，可以使學(xué)生對于所學(xué)元素化合物等知識進行綜合、歸納。同時，作為理論指導(dǎo)，學(xué)生能更好地把無機化學(xué)知識系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化。在物質(zhì)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，將元素周期表的學(xué)習(xí)和元素周期律的學(xué)習(xí)結(jié)合起來，將學(xué)生在初中和必修I中所學(xué)習(xí)的氧化還原反應(yīng)和許多元素化合物的知識融會貫通?？傊締卧膬?nèi)容既是必修的重要理論內(nèi)容，可為今后有志深入學(xué)習(xí)化學(xué)的同學(xué)打下一定的基礎(chǔ)。

2.對教學(xué)內(nèi)容的分析

元素周期律是高中化學(xué)的基礎(chǔ)理論內(nèi)容，但是元素性質(zhì)的周期性變化可以從資料進行分析而得出，所以要注意激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，讓學(xué)生去分析圖表、資料獲取信息。具體來說，原子的最外層電子數(shù)、原子半徑的周期性變化可通過表格和函數(shù)圖像來呈現(xiàn)。元素周期律反映的是原子的最外層電子數(shù)、元素的化合價、原子半徑、元素的金屬性非金屬性的周期性變化，而元素性質(zhì)的周期性變化的根本原因是原子的核外層電子排布的周期性變化。所以，要引導(dǎo)學(xué)生利用前一課時所學(xué)的原子結(jié)構(gòu)知識來探究元素周期律的本質(zhì)原因，強化“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”這一重點。

3.教學(xué)目標和教學(xué)重、難點

基于對教材結(jié)構(gòu)和內(nèi)容的深刻理解，結(jié)合《高中化學(xué)課程標準》的說明，確定了三維教學(xué)目標：

（1）知識與技能目標：能結(jié)合有關(guān)數(shù)據(jù)和實驗事實認識元素周期律。

（2）過程與方法目標：通過圖表來呈現(xiàn)原子的最外層電子數(shù)、原子半徑的周期性變化。

（3）情感態(tài)度與價值觀目標是本節(jié)課的重點，該目標的主要內(nèi)容是理解元素原子核外電子排布、原子半徑、元素的主要化合價周期性變化規(guī)律，并且能夠梳理它們之間的聯(lián)系。

二、教學(xué)過程

生活中計時，一天以小時為序排列體現(xiàn)周期性，我們今天要學(xué)習(xí)的內(nèi)容是元素周期律，那么，元素以什么為序排列表現(xiàn)出周期性呢？我們在《化學(xué)1》中學(xué)習(xí)過許多元素化合物的性質(zhì)，它們之間是否有規(guī)律？這一規(guī)律是否就是周期性變化呢？

由于目前我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的元素有一百多種，為了研究方便，人們習(xí)慣上對元素進行編號。由于在化學(xué)反應(yīng)中原子核是不會變化的，所以人們按核電荷數(shù)由小到大的順序進行編號，這種編號稱為原子序數(shù)。

提問：根據(jù)原子序數(shù)的規(guī)定方法，該序數(shù)與原子組成的哪些粒子數(shù)有關(guān)系？有什么關(guān)系？

板書：元素周期律

原子序數(shù)=核電荷數(shù)=質(zhì)子數(shù)=原子核外電子數(shù)

1.最外層電子排布的周期性變化

提問：從課本第2頁圖1-2核電荷數(shù)為1-18的元素原子結(jié)構(gòu)示意圖，你認為原子核外最外層電子排布隨原子序數(shù)的遞增有什么規(guī)律性的變化？同時可以參照課本第3頁圖1-3以核電荷數(shù)為橫坐標最外層電子數(shù)為縱坐標的變化規(guī)律。

板書：隨原子序數(shù)的遞增原子核外最外層電子排布呈現(xiàn)周期性變化。

過渡：元素原子的最外層電子數(shù)決定了什么？與哪些化學(xué)性質(zhì)有關(guān)呢？

2.元素化合價的周期性變化

提問：仔細觀察課本第6頁表1-5：11～17號元素的最高正化合價和最外層電子數(shù)，已列在此表上，思考：元素的最高正價與什么有關(guān)？再結(jié)合表1-4元素的最高正價與最低負價之間有什么聯(lián)系？

板書：元素的最高正價=最外層電子數(shù)（O、F及稀有氣體元素除外）

元素的負化合價（非金屬具有）=8-最外層電子數(shù)

小結(jié)：隨著原子序數(shù)的遞增，元素的化合價呈周期性變化（+1→+7、-4→-1）。元素原子的最外層電子數(shù)決定元素的主要化合價。

結(jié)論：隨著原子序數(shù)的遞增，元素化合價呈現(xiàn)周期性的變化。

3.元素原子半徑的周期性變化。

（學(xué)生觀察課本第4頁表1-2原子序數(shù)為3～9和11～17號元素的原子半徑數(shù)據(jù)）

提問：從表中的數(shù)據(jù)看，你認為元素原子半徑隨原子序數(shù)的遞增呈現(xiàn)什么規(guī)律性的變化？（稀有氣體元素的原子半徑暫不考慮，因為稀有氣體的原子半徑的測定方法與其他元素原子半徑的測定方法不同）

小結(jié)：當(dāng)原子的電子層數(shù)相同時，隨著原子序數(shù)的遞增，元素原子半徑呈周期性變化。（由大到?。?/p>

結(jié)論：隨著原子序數(shù)的遞增，元素原子半徑呈現(xiàn)周期性的變化。

提問：元素的原子的大小由什么來決定呢？原子是一個實心的球嗎？請回顧上學(xué)期所學(xué)知識。

小結(jié)：原子的大?。丛影霃降拇笮。┯呻娮拥倪\動區(qū)域來決定。元素的原子的半徑隨著電子層數(shù)遞增而增大；電子層數(shù)相同的元素的原子半徑隨著電子數(shù)的遞增而減少。

提問：當(dāng)原子的電子層數(shù)不同而最外層電子數(shù)相同時，你認為元素原子半徑隨原子序數(shù)的遞增會呈現(xiàn)什么規(guī)律性的變化？

（元素原子半徑會隨原子序數(shù)的遞增而逐漸增大。）

提問：當(dāng)原子的電子層數(shù)相同時，為什么隨著原子序數(shù)的遞增，元素原子半徑會逐漸減小？元素原子的半徑大小受哪些因素的影響呢？

小結(jié)：當(dāng)原子的電子層數(shù)相同時，元素原子的半徑大小主要取決于原子核對外層電子的引力大小。隨著原子序數(shù)的遞增，原子核所帶的正電荷數(shù)逐漸增大，核外電子所帶的負電荷數(shù)也逐漸增大，兩者之間的引力也在逐漸增大，所以原子半徑逐漸減小。

板書：半徑比較的規(guī)律：

（1）最外層電子數(shù)相同時，電子層數(shù)越多，半徑越大；

（2）原子電子層數(shù)相同時，原子序數(shù)越大，半徑越小。

小結(jié)：學(xué)習(xí)了隨著原子序數(shù)的遞增，原子的最外層電子數(shù)、主要化合價及原子半徑的變化規(guī)律，為我們下一節(jié)課學(xué)習(xí)元素周期律打下基礎(chǔ)。原子半徑能夠影響元素的哪些性質(zhì)？下堂課我們將繼續(xù)學(xué)習(xí)。

4.布置作業(yè)

元素周期律的有關(guān)練習(xí)。

三、教學(xué)反思

對科學(xué)本質(zhì)教育的探討多是將科學(xué)本質(zhì)要素貫穿于具體知識教學(xué)中。在教學(xué)設(shè)計中，先讓學(xué)生在前1個課時通過對元素性質(zhì)和原子結(jié)構(gòu)關(guān)系的探究，歸納出元素原子結(jié)構(gòu)決定元素性質(zhì)。元素周期律主要包含隨著原子序數(shù)的遞增，原子的最外層電子數(shù)、主要化合價、原子半徑及元素的金屬性和非金屬性的周期性變化規(guī)律。通過學(xué)習(xí)探究元素的本質(zhì)：原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)之間的關(guān)系，元素周期律和其所蘊含的科學(xué)本質(zhì)要素都是教學(xué)的重點、難點，這種處理還能夠有效分散教學(xué)難點。用好蘇教版必修2教材中的圖表，引導(dǎo)學(xué)生如何用好教材，方便學(xué)生理解。

對元素周期律的正確認識（元素的性質(zhì)隨著元素原子序數(shù)的遞增而呈周期性變化）是學(xué)生要掌握的一個重要內(nèi)容，是化學(xué)學(xué)科的重要規(guī)律，對指導(dǎo)元素化合物學(xué)習(xí)有著重要作用，在教學(xué)中必須重視。

（作者單位：浙江省慈溪實驗高級中學(xué)）