核心素養(yǎng)視角下高中化學(xué)課堂教學(xué)探究活動(dòng)設(shè)計(jì)

喻俊 唐樂(lè)天

摘要： 從整體把握教材設(shè)計(jì)意圖出發(fā)，以“元素周期律”教學(xué)為載體，運(yùn)用任務(wù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)策略，以學(xué)生活動(dòng)為主體，主動(dòng)探尋元素周期律，并嘗試構(gòu)建元素周期表。在任務(wù)的解決過(guò)程中學(xué)會(huì)比較、歸納、演繹、解釋等科學(xué)探究方法，在課堂上落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)，發(fā)展學(xué)生的高階思維。

關(guān)鍵詞： 元素周期律; 元素周期表; 任務(wù)驅(qū)動(dòng); 核心素養(yǎng); 教學(xué)設(shè)計(jì)

文章編號(hào)： 1005-6629（2019）8-0067-04 ? ? ? ? ? ?中圖分類號(hào)： G633.8 ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

高中化學(xué)核心素養(yǎng)是高中生發(fā)展核心素養(yǎng)的重要組成部分，是學(xué)生具有化學(xué)學(xué)科特質(zhì)的關(guān)鍵能力和必備品格。如何將化學(xué)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)落實(shí)在課堂教學(xué)中，成為深化課改中廣大一線教師面臨的新考驗(yàn)、新任務(wù)。如何在課堂教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)？王云生教授認(rèn)為，這個(gè)過(guò)程蘊(yùn)含了教師教學(xué)模式和學(xué)生學(xué)習(xí)方式的變革，這就要求學(xué)科教學(xué)要給予基于問(wèn)題的、合作與探

究的構(gòu)建式學(xué)習(xí)。需要選擇或創(chuàng)設(shè)合理的學(xué)習(xí)情景，通過(guò)適當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)活動(dòng)以促進(jìn)學(xué)習(xí)的發(fā)生，讓學(xué)習(xí)者在與情景的持續(xù)互動(dòng)中，不斷嘗試問(wèn)題解決的過(guò)程中形成學(xué)科觀念、學(xué)科思維模式和探究技能，發(fā)展核心素養(yǎng)[1]。

1 ?問(wèn)題背景

“元素周期律”是上?？萍汲霭嫔缁瘜W(xué)（高二第一學(xué)期）第8章第一節(jié)的內(nèi)容[2]。作為高中化學(xué)知識(shí)中最具規(guī)律性的知識(shí)之一，它對(duì)促進(jìn)學(xué)生發(fā)展有多方面重要的價(jià)值。這是因?yàn)樵刂芷诼山沂玖嗽刂g的內(nèi)在聯(lián)系，反映了元素在周期表中的位置與元素性質(zhì)以及結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。它能夠幫助學(xué)生完善化學(xué)認(rèn)知結(jié)構(gòu)，擺脫化學(xué)元素及其化合物知識(shí)繁、亂、散的狀態(tài)。在化學(xué)知識(shí)系統(tǒng)化學(xué)習(xí)過(guò)程中，元素周期律起到了重要的作用。

在教學(xué)實(shí)踐中，不少課堂教學(xué)都是按照教材設(shè)計(jì)，讓學(xué)生直接尋找1～18號(hào)元素的主要化合價(jià)（最高正價(jià)、最低負(fù)價(jià)）、原子半徑的周期性變化規(guī)律。筆者認(rèn)為，1～18號(hào)元素種類太少，元素性質(zhì)的規(guī)律不足以體現(xiàn)。比如，強(qiáng)行將化合價(jià)規(guī)律分成3段（1～2、 3～10、 11～18），而這3段規(guī)律差異性本身就很大，不夠典型;再如，在元素眾多的性質(zhì)中，直接讓學(xué)生歸納化合價(jià)的規(guī)律、原子半徑大小規(guī)律，少了些“探究”的意味。因而，本課嘗試從新的視角創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)任務(wù)，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)活動(dòng)中逐步形成未來(lái)遇到相似問(wèn)題解決所需要的學(xué)科觀念、思維模式和方法，促進(jìn)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

2 ?教學(xué)思路與過(guò)程

基于上述教學(xué)理念，本課時(shí)設(shè)計(jì)為給元素排序、給元素有規(guī)律地排列、揭示元素規(guī)律的本質(zhì)3個(gè)學(xué)習(xí)任務(wù)，讓學(xué)生重溫元素周期律的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程。通過(guò)學(xué)生的探究互動(dòng)、實(shí)驗(yàn)活動(dòng)、數(shù)據(jù)資料的歸納整理等形式，主動(dòng)汲取知識(shí)，獲得規(guī)律，掌握元素周期律的相關(guān)知識(shí)和學(xué)習(xí)方法。

2.1 ?任務(wù)1——給元素排序

（1） 給14種元素排序。將全班學(xué)生分成幾個(gè)小組，每個(gè)小組隨機(jī)抽選一副卡片?？ㄆ諥、 B兩種類型，每類卡片有3～9、 11～17號(hào)元素共14張，每張卡片上都呈現(xiàn)了某一種元素的原子半徑、原子量、單質(zhì)狀態(tài)、單質(zhì)密度、單質(zhì)熔點(diǎn)和沸點(diǎn)、溶解性、元素主要化合價(jià)等信息，唯一不同的是A類卡片中多了該元素的原子結(jié)構(gòu)示意圖。抽選卡片后，學(xué)生根據(jù)卡片信息自主選擇排序依據(jù)，將14種元素進(jìn)行排序，結(jié)果如表1所示。

活動(dòng)中，持A類卡片的小組很快就確定了排序結(jié)果。用原子結(jié)構(gòu)進(jìn)行快速排序，體現(xiàn)了科學(xué)技術(shù)對(duì)化學(xué)學(xué)科發(fā)展起到的促進(jìn)作用;而按照原子量排序則是模仿了早期科學(xué)家的探究活動(dòng)，通過(guò)這一活動(dòng)拉近學(xué)生與科學(xué)家的距離，讓學(xué)生嘗試沿著科學(xué)家的足跡去感受發(fā)現(xiàn)的過(guò)程，體驗(yàn)研究中實(shí)驗(yàn)的重要性、科學(xué)真理的相對(duì)性，更好地理解科學(xué)本質(zhì)。抽到A類卡片小組在排列時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)元素的序號(hào)并不是連續(xù)變化的（缺少第10號(hào)元素），這也是模擬了科學(xué)發(fā)展過(guò)程中的情景，即一開始科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的元素種類較少，且不是連續(xù)的，缺失了某些元素，這種“情境再現(xiàn)”讓學(xué)生坦然接受科學(xué)研究中的“意外”。

（2） 給7種元素排序。每個(gè)小組領(lǐng)取相應(yīng)的19～20， 31～35號(hào)共7張?jiān)乜ㄆㄈ苑譃锳、 B兩種類型），根據(jù)之前的排序依據(jù)繼續(xù)進(jìn)行排序，呈現(xiàn)出來(lái)的結(jié)果均為： Li、 Be、 B、 C、 N、 O、 F、 Na、 Mg、 Al、 Si、 P、 S、 Cl、 K、 Ca、 Ga、 Ge、 As、 Se、 Br（這是因?yàn)橘|(zhì)子數(shù)的遞增也會(huì)引起原子量的遞增，所以排出的序列是一樣的，在該范圍內(nèi)此規(guī)律是符合的）。在兩組學(xué)生對(duì)元素進(jìn)行排序的過(guò)程中，均會(huì)發(fā)現(xiàn)不論是原子量或者質(zhì)子數(shù)都不如之前的元素有規(guī)律地遞變，此時(shí)對(duì)排序的意見就開始出現(xiàn)差異： 一部分學(xué)生是在14種元素序列基礎(chǔ)上連續(xù)排序，另一些學(xué)生則是在連續(xù)排序的基礎(chǔ)上，在Ca與Ga之間留有空隙（為未知元素留下位置）。教學(xué)中利用學(xué)生意見的差異，引導(dǎo)學(xué)生思考哪一種是最合理的，旨在逐步讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到質(zhì)子數(shù)才是決定元素序數(shù)的本質(zhì)。

2.2 ?任務(wù)2——給元素有規(guī)律地排列

（1） 給21種元素進(jìn)行有規(guī)律的排列。學(xué)生在接到任務(wù)后，會(huì)立馬抓住“規(guī)律”的字眼，迅速尋找各元素的相同或相似之處。而這種相似的指引會(huì)使學(xué)生迅速將關(guān)注點(diǎn)聚焦到“元素主要化合價(jià)”“單質(zhì)狀態(tài)”上。通過(guò)小組間的交流討論，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)單質(zhì)狀態(tài)除了能夠?qū)⒃剡M(jìn)行分類外，難以進(jìn)行有規(guī)律地排列。最終，各小組根據(jù)元素主要化合價(jià)進(jìn)行排序，呈現(xiàn)出的結(jié)果有2種，如表2所示。

第1種情況正好體現(xiàn)了學(xué)生在進(jìn)行有規(guī)律排列時(shí)的“意外”，或者說(shuō)是“特例”。學(xué)生認(rèn)為，從最高正價(jià)來(lái)看，O、 F無(wú)最高正價(jià)，無(wú)處可放;而第2種情況學(xué)生則認(rèn)為，從最高正價(jià)來(lái)看，O、 F雖然無(wú)最高正價(jià)，但從最低負(fù)價(jià)來(lái)看，可放在相應(yīng)位置。教學(xué)中正好抓住這一點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生回憶引起元素化合價(jià)變化的本質(zhì)原因，嘗試解釋氧（O）、氟（F）兩種元素沒(méi)有+6、+7價(jià)的原因。這一活動(dòng)在落實(shí)教學(xué)重點(diǎn)、突破教學(xué)難點(diǎn)的基礎(chǔ)上，也為后續(xù)學(xué)習(xí)元素非金屬性遞變規(guī)律奠定基礎(chǔ)。最終學(xué)生在綜合分析元素的原子量、原子結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，排列為第1種情況的小組同意可按照第2組排列。

（2） 對(duì)He、 Ne、 Ar、 Kr有規(guī)律地排列。特別要說(shuō)明的是，這四種元素的信息卡片上沒(méi)有原子半徑信息。面對(duì)突然增加的元素，學(xué)生會(huì)在觀察化合價(jià)規(guī)律性變化的基礎(chǔ)上進(jìn)行排列。各小組呈現(xiàn)出的結(jié)果有2種，具體如表3所示。

學(xué)生認(rèn)為，按照元素的主要化合價(jià)排列，He、 Ne、 Ar、 Kr元素的化合價(jià)均為0價(jià)，可以排在+1價(jià)前面;此時(shí)有學(xué)生提出，按照前述排列，元素的原子結(jié)構(gòu)就會(huì)出現(xiàn)每一行的第一列電子層數(shù)都會(huì)比其余列的少1層，這種有規(guī)律的排列只關(guān)注了化合價(jià);如果將這4種元素按照第2種排列，既有化合價(jià)的規(guī)律，也有原子結(jié)構(gòu)電子層相同的規(guī)律，規(guī)律性更強(qiáng)。

（3） 給H、 Fe、 I元素排列。每個(gè)小組領(lǐng)取相同的Fe、 I兩種元素卡片，根據(jù)卡片中的信息將二者進(jìn)行排序。在已有經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，學(xué)生會(huì)結(jié)合化合價(jià)與原子結(jié)構(gòu)的規(guī)律，將H、 Fe、 I進(jìn)行排列。排列出來(lái)的結(jié)果差異主要是在H和Fe上。對(duì)H來(lái)說(shuō)，一種是按照最高正價(jià)+1和最低負(fù)價(jià)-1，分別排在Li的上方、F的上方。對(duì)Fe來(lái)說(shuō)，一種是直接插在Ca和Ga中間，使得原有行和列元素的相對(duì)位置排列錯(cuò)位，導(dǎo)致排列變得無(wú)序;另一種是Fe插在Ca和Ga中間，同時(shí)將第二、三、四行相應(yīng)列（B對(duì)應(yīng)的一列）都往右拉開，維持原有排列規(guī)律不變，但整體結(jié)構(gòu)發(fā)生了變形。這個(gè)活動(dòng)的目的是充分結(jié)合已經(jīng)學(xué)過(guò)的碘、鐵相關(guān)知識(shí)，利用其獨(dú)特的性質(zhì)和原子結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行排列，使學(xué)生思維發(fā)生碰撞，在活動(dòng)中順利構(gòu)建起元素周期表的雛形。

2.3 ?任務(wù)3——揭示元素規(guī)律的本質(zhì)

（1） 探究元素規(guī)律與原子結(jié)構(gòu)的關(guān)系。在對(duì)元素進(jìn)行排序和有規(guī)律地排列后，教師引導(dǎo)學(xué)生回顧引起元素化合價(jià)發(fā)生規(guī)律性變化的本質(zhì)原因，并繼續(xù)觀察除了化合價(jià)以外，原子半徑變化是否有規(guī)律，可嘗試以畫圖的形式呈現(xiàn)（發(fā)給學(xué)生坐標(biāo)紙）。如果有，這種規(guī)律和化合價(jià)的變化規(guī)律是否相同？學(xué)生通過(guò)觀察元素卡片信息，描繪圖像并發(fā)現(xiàn)規(guī)律。部分學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)，最后一列的元素（稀有氣體元素）都缺少了原子半徑數(shù)據(jù)。當(dāng)越來(lái)越多的學(xué)生發(fā)現(xiàn)這一“意外”后，可以告訴學(xué)生這是由于原子半徑的測(cè)量規(guī)則不同，不具有可比性，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到原子半徑測(cè)量規(guī)則的多樣性和當(dāng)時(shí)的局限性。

（2） 閱讀課本，體會(huì)“元素周期律”的概念內(nèi)涵。通過(guò)閱讀課本，學(xué)生知道了元素的性質(zhì)隨著元素核電荷數(shù)的遞增而呈現(xiàn)周期性變化的規(guī)律叫做元素周期律。元素周期律是元素原子核外電子排布隨著元素核電荷數(shù)的遞增發(fā)生周期性變化的必然結(jié)果。可以看出，元素周期律體現(xiàn)著事物變化由量變引起質(zhì)變和對(duì)立統(tǒng)一的規(guī)律。其中“周期”一詞除了在描述元素主要化合價(jià)、原子半徑的規(guī)律性變化，同時(shí)也蘊(yùn)含了類比的思想方法。周期的概念在數(shù)學(xué)、物理中出現(xiàn)非常多，也常出現(xiàn)在人們的日常生活中，所以在這里可以引導(dǎo)學(xué)生討論“周期”的內(nèi)涵，有助于學(xué)生形成感性的認(rèn)識(shí)，使其在化學(xué)中理性化、規(guī)范化。

3 ?教學(xué)反思

3.1 ?重視學(xué)生實(shí)踐活動(dòng)，關(guān)注科學(xué)探究的能力

本節(jié)課以任務(wù)驅(qū)動(dòng)為明線，有效地將元素的性質(zhì)遞變規(guī)律、元素的性質(zhì)與結(jié)構(gòu)的關(guān)系等知識(shí)隱含其中，并將任務(wù)驅(qū)動(dòng)與探究活動(dòng)交叉結(jié)合。在教學(xué)過(guò)程中，教師通過(guò)設(shè)置任務(wù)，組織學(xué)生團(tuán)結(jié)合作、解釋特例原因、歸納整理、透過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì)來(lái)作為探究元素周期律、構(gòu)建元素周期表的有效活動(dòng)，不再是由教師直接講授有關(guān)理論知識(shí)。同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生直面科學(xué)探究過(guò)程中出現(xiàn)的“特例”，或者說(shuō)是“意外”，這是因?yàn)樵诨瘜W(xué)發(fā)展史上，“特例”是再平凡不過(guò)的一件事。整個(gè)教學(xué)過(guò)程中一共出現(xiàn)了3次“特例”： 一是O、 F無(wú)+6、+7價(jià);二是He、 Ne、 Ar、 Kr、 H、 Fe排列位置爭(zhēng)論;三是He、 Ne、 Ar、 Kr缺少原子量。而解決好這些特例，既能落實(shí)教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，又能培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的意識(shí)和能力，形成學(xué)生未來(lái)進(jìn)一步學(xué)習(xí)和研究化學(xué)的重要生長(zhǎng)點(diǎn)。

3.2 ?重視學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程，關(guān)注學(xué)習(xí)方法的指導(dǎo)

不同版本的教材中都呈現(xiàn)了紐蘭茲的“八音律”或門捷列夫的“元素周期律”，教師通常會(huì)以該化學(xué)史向?qū)W生展示科學(xué)家在探索過(guò)程中使用的“分類”方法或展現(xiàn)科學(xué)家的精神品質(zhì)。然而，僅僅利用分類法還無(wú)法探索出元素周期律和元素周期表。這是因?yàn)殚T捷列夫是在總結(jié)前人僅將最相似的元素進(jìn)行分類的基礎(chǔ)上，勇于突破原有的觀念，把性質(zhì)不相類似的元素作對(duì)比，研究各類元素之間的相互關(guān)系。這是從質(zhì)和量的關(guān)系上對(duì)化學(xué)元素的自然體系進(jìn)行理論概括，把歸納和演繹、分析和綜合結(jié)合起來(lái)，最后才發(fā)現(xiàn)了一般規(guī)律，敢于作出科學(xué)的推測(cè)或預(yù)見。正是這種思想方法導(dǎo)致門捷列夫發(fā)現(xiàn)了元素性質(zhì)隨原子量變化的規(guī)律并據(jù)此制作了元素周期表，使得化學(xué)第一次在科學(xué)家們面前呈現(xiàn)出一種系統(tǒng)化的整體的圖景。這些思想和方法正是學(xué)生在未來(lái)遇到類似問(wèn)題所必備的關(guān)鍵學(xué)科思想和方法。

3.3 ?重視教材設(shè)計(jì)意圖，關(guān)注思維的進(jìn)階提升

教師不僅是教材的實(shí)施者，更是教材的組織者和創(chuàng)造者，要在深入研究教材和學(xué)生的基礎(chǔ)上，整體認(rèn)識(shí)教材、把握教材、精心地對(duì)教材進(jìn)行調(diào)整、組織，整合相關(guān)的教學(xué)資源。上海市課改教材無(wú)論在課程理念，還是教學(xué)方式上都對(duì)教師提出新的要求。例如，教材在對(duì)元素周期律的內(nèi)容設(shè)置上，對(duì)元素化合物的性質(zhì)和遞變規(guī)律的構(gòu)建是以主題和課題形式分散呈現(xiàn)在高一教材中的[3]。按照教材的整體設(shè)計(jì)意圖，如果在高一階段就能在各個(gè)章節(jié)部分為高二學(xué)習(xí)元素周期律的知識(shí)進(jìn)行適當(dāng)鋪墊，學(xué)生在高二進(jìn)行有關(guān)元素周期律和周期表的探究學(xué)習(xí)時(shí)，就能夠“水到渠成”。如果沒(méi)有這些鋪墊，在高二組織元素周期律和元素周期表的探究學(xué)習(xí)就會(huì)相對(duì)比較困難。因而，課改的關(guān)鍵不在教材的變化，而是如何理解與貫徹新的教學(xué)理念。學(xué)生的知識(shí)提升和思維發(fā)展的關(guān)鍵，在于教師對(duì)教材的認(rèn)識(shí)與理解以及正確有效的貫徹和實(shí)施。

參考文獻(xiàn)：

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