基于證據(jù)推理的《元素周期律》的教學(xué)設(shè)計(jì)和課堂教學(xué)實(shí)踐

北京市延慶區(qū)教育科學(xué)研究中心 宋春艷

一、教學(xué)設(shè)計(jì)思想

1.教學(xué)基礎(chǔ)

《元素周期律》是人教版必修二第一章《物質(zhì)結(jié)構(gòu)元素周期律》的第二節(jié)內(nèi)容。它將元素性質(zhì)、原子結(jié)構(gòu)、元素周期表等內(nèi)容結(jié)合起來，歸納總結(jié)有關(guān)的化學(xué)基本理論，并以此理論來指導(dǎo)后續(xù)學(xué)習(xí)。學(xué)生通過元素周期律的學(xué)習(xí)對以前學(xué)過的知識進(jìn)行概括、綜合，知道元素的性質(zhì)變化具有周期性以及引起其周期性變化的實(shí)質(zhì)，實(shí)現(xiàn)由感性認(rèn)識上升到理性認(rèn)識。元素周期律反映了各種元素是有內(nèi)在聯(lián)系的統(tǒng)一體 ,反映了化學(xué)元素性質(zhì)的發(fā)展變化是由量變到質(zhì)變的過程。因此 ,它具有科學(xué)的預(yù)見性和創(chuàng)造性,為尋找新元素和研究其性質(zhì)提供了理論的依據(jù)。

2.教學(xué)承載功能

元素周期律的發(fā)現(xiàn)史蘊(yùn)含著豐富的科學(xué)哲理,周期律本身是歸納和演繹兩種科學(xué)方法完美結(jié)合的產(chǎn)物。而它的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展過程正體現(xiàn)了科學(xué)發(fā)展由現(xiàn)象到本質(zhì),由宏觀到微觀,不斷探索、更新、不斷接近真理的過程。因此對于全面提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng),元素周期律的發(fā)現(xiàn)、發(fā)展史就成為最有價值、最有意義的學(xué)習(xí)資源。課堂中，分類、對比、控制變量的方法以及歸納、概括、語言表達(dá)能力在探究實(shí)驗(yàn)和探究元素周期律的內(nèi)涵中得到應(yīng)用。學(xué)生形成元素周期律的“周期性”和結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)的觀念。認(rèn)識到量變引起質(zhì)變，為學(xué)生的創(chuàng)新意識奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3.教學(xué)思路

教學(xué)思路如圖所示：

二、教學(xué)過程

1.創(chuàng)設(shè)情境，明確任務(wù)

本課例上課就展示教材后附著的元素周期表，為學(xué)生提供具體感性材料或者學(xué)習(xí)的場景的刺激，提出問題1：門捷列夫根據(jù)什么編排的元素周期表？通過元素周期表，你想了解元素的哪些變化或規(guī)律？ 讓學(xué)生觀察，思考，研討，表達(dá)，這樣可以使學(xué)生產(chǎn)生積極的學(xué)習(xí)心理，很快進(jìn)入學(xué)習(xí)者的角色，讓學(xué)生主動參與到課堂教學(xué)過程中，從化學(xué)角度認(rèn)識和解決問題。同時也引出了本節(jié)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容，探究元素周期律內(nèi)涵。

2.問題探究，證據(jù)推理

首先教師布置任務(wù)一：讓全體學(xué)生填寫教材14頁的科學(xué)探究中表格1和表格2，經(jīng)過作品展示，研討交流引領(lǐng)學(xué)生歸納整理出同周期元素電子層排布、原子半徑、主要化合價的變化規(guī)律，培養(yǎng)了學(xué)生分析處理數(shù)據(jù)能力、歸納總結(jié)以及語言表述能力。

其次教師根據(jù)學(xué)生研討的結(jié)果布置任務(wù)二：讓學(xué)生探究同周期金屬元素性質(zhì)的遞變規(guī)律（以第三周期為例）并提出問題2：Na、Mg、Al金屬元素性質(zhì)的變化規(guī)律是怎樣的？學(xué)生推測結(jié)論是金屬性：Na＞Mg＞Al，教師追問問題3：如何從原子結(jié)構(gòu)角度解釋金屬性強(qiáng)弱的原因？學(xué)生思考后回答同周期原子半徑逐漸減小，原子核吸收電子能力增強(qiáng)，電子不容易失去，金屬性逐漸減弱。 此環(huán)節(jié)突出結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)的學(xué)科思想，培養(yǎng)學(xué)生對抽象理論的理解，提升對信息的歸納概括和表述能力。緊接著教師提出問題4：依據(jù)理論分析，可以設(shè)計(jì)出哪些實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證？

學(xué)生根據(jù)金屬性強(qiáng)弱判斷的依據(jù)一是單質(zhì)與水或酸反應(yīng)置換出H2的難易程度；二是最高價氧化物對應(yīng)水化物的堿性強(qiáng)弱；三是金屬間的置換反應(yīng)做出猜想，設(shè)計(jì)出不同的實(shí)驗(yàn)方案。通過學(xué)生代表上講臺交流實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)思路和操作，進(jìn)行研討，辨析，確定出最佳實(shí)驗(yàn)方案。然后根據(jù)教師提供的實(shí)驗(yàn)儀器和藥品：鈉、鎂帶、鋁片、1mol/L鹽酸、蒸餾水，試管等，學(xué)生第一步將金屬分為一類，然后將水和1mol/L鹽酸各分為一類，進(jìn)行分組探究實(shí)驗(yàn)，用產(chǎn)生氣泡快慢的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象概括出同周期金屬元素性質(zhì)的遞變規(guī)律的結(jié)論。這樣的教學(xué)使學(xué)生學(xué)會把分類，對比，控制變量等思想熟練運(yùn)用于實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)和實(shí)踐中。這個過程教師指導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和提出有探究價值的化學(xué)問題，能依據(jù)探究目的設(shè)計(jì)并優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案，完成實(shí)驗(yàn)操作，能對觀察記錄的實(shí)驗(yàn)信息進(jìn)行加工并獲得結(jié)論；能和同學(xué)交流實(shí)驗(yàn)探究的成果，提出進(jìn)一步探究或改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的設(shè)想；能尊重事實(shí)和證據(jù)，不迷信權(quán)威，具有獨(dú)立思考、敢于質(zhì)疑和批判的創(chuàng)新精神。

再次探究出金屬元素的性質(zhì)遞變規(guī)律后，讓學(xué)生進(jìn)行任務(wù)三：自主探究第三周期非金屬元素性質(zhì)的遞變規(guī)律并提出問題5：如何比較第三周期非金屬元素性質(zhì)的強(qiáng)弱？學(xué)生依據(jù)同樣的思想方法從以下四個方面：一是從結(jié)構(gòu)上分析Si、P、S、Cl非金屬性依次增強(qiáng)；二是查找非金屬性強(qiáng)弱判斷依據(jù)；三是選擇合適的試劑，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案；四是實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，為理論推理提供證據(jù)進(jìn)行非金屬性質(zhì)遞變規(guī)律的研究和實(shí)踐。由于非金屬元素性質(zhì)實(shí)驗(yàn)要求的條件在本校實(shí)驗(yàn)室無法完成，教師提供教材16頁3.閱讀的表格為學(xué)生進(jìn)行的自主探究提供證據(jù)，從而得出同周期元素非金屬性逐漸增強(qiáng)的結(jié)論。這樣的教學(xué)目的是學(xué)以致用，通過自主探究非金屬性強(qiáng)弱的規(guī)律，來檢測金屬性強(qiáng)弱探究的學(xué)習(xí)效果。

3.總結(jié)提升，反思評價

本環(huán)節(jié)首先歸納了學(xué)生們習(xí)得的元素周期律的內(nèi)涵：隨原子序數(shù)的遞增，元素原子的電子層排布、原子半徑、化合價和元素性質(zhì)都呈周期性變化。接著從任務(wù)二的探究實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)和操作中明確學(xué)科思想和方法的實(shí)踐。再接著從教學(xué)環(huán)節(jié)二中的任務(wù)二和任務(wù)三中提取出一般研究元素性質(zhì)的步驟或程序：1.從結(jié)構(gòu)角度預(yù)測元素性質(zhì)；2.查找實(shí)驗(yàn)理論依據(jù)；3.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案；4.完成實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證5.交流得出結(jié)論。

三、結(jié)束語

課例《元素周期律》的設(shè)計(jì)和實(shí)施增強(qiáng)了學(xué)生的實(shí)證意識，實(shí)驗(yàn)探究環(huán)節(jié)從“重操作”向“重設(shè)計(jì)”轉(zhuǎn)變；突出學(xué)科思想方法在化學(xué)學(xué)習(xí)中的應(yīng)用；培養(yǎng)了學(xué)生對理論的概括總結(jié)和語言表述能力。需要改進(jìn)的是實(shí)驗(yàn)試劑的給出應(yīng)多樣化，讓學(xué)生去選擇，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)更開放一些。