魏平 程潔鑾 呂明靜

摘要：以“位—構(gòu)—性”思維模型為指引，充分發(fā)揮元素周期表的預(yù)測功能?；邴u族元素的位置和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生對鹵族元素的非金屬性和對應(yīng)單質(zhì)的氧化性進(jìn)行推斷和預(yù)測，并設(shè)計實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，從而實(shí)現(xiàn)學(xué)生對鹵族元素性質(zhì)的意義建構(gòu)，充分發(fā)揮學(xué)生的主體性，發(fā)展并提升學(xué)生證據(jù)推理與模型認(rèn)知素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：“位—構(gòu)—性”模型；元素性質(zhì)；意義建構(gòu)

文章編號：1008-0546（2021）11-0044-03中圖分類號：G632.41文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.11.011

一、問題的提出

建構(gòu)主義的學(xué)習(xí)要求學(xué)生通過高水平的思維活動來學(xué)習(xí)，通過問題解決進(jìn)行學(xué)習(xí)。學(xué)生要不斷思考，對各種信息和觀念進(jìn)行加工轉(zhuǎn)換，基于新、舊知識進(jìn)行綜合和概括，解釋有關(guān)的現(xiàn)象，形成新的假設(shè)和推論，并對自己的想法進(jìn)行反思性的推敲和檢驗(yàn)[1]。但在教學(xué)實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)教師往往容易忽視舊知對新知建構(gòu)的重要性，使學(xué)生無法以舊知為出發(fā)點(diǎn)，通過信息提取，嘗試推理分析，從而獲得新知，解決問題。

譬如，鹵族元素及其化合物的學(xué)習(xí)安排在元素周期表和堿金屬元素的內(nèi)容之后，可以作為一個很好的案例來引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用前面已經(jīng)建立的“位—構(gòu)—性”思維模型[1]，這可使學(xué)生在加深對元素周期表認(rèn)識的同時，發(fā)展其對模型的應(yīng)用能力。反觀目前，大部分教學(xué)多采用觀察和歸納的教學(xué)方法來引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識鹵族元素及其化合物的性質(zhì)，將構(gòu)建“位—構(gòu)—性”思維模型作為教學(xué)的終點(diǎn)[2]。此教學(xué)忽略了該內(nèi)容對發(fā)展學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)的價值，特別是證據(jù)推理和模型認(rèn)知素養(yǎng)，教師無法引導(dǎo)學(xué)生思考學(xué)習(xí)這個模型有什么用以及如何應(yīng)用，學(xué)生無法認(rèn)識到模型的作用——預(yù)測功能，導(dǎo)致其在應(yīng)用該模型預(yù)測其它陌生元素的性質(zhì)時出現(xiàn)了障礙，只能通過機(jī)械記憶的方法來認(rèn)識鹵族元素的性質(zhì)，無法建立非金屬元素的研究思路，從而未能自主構(gòu)建元素周期律。

二、教學(xué)設(shè)計

1.教學(xué)邏輯分析

本課時的教學(xué)內(nèi)容主要是探究鹵族元素遞變性、相似性的規(guī)律。通過前面的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)具備了元素周期表的相關(guān)知識并對堿金屬元素的性質(zhì)進(jìn)行了探究，初步建立了“位—構(gòu)—性”思維模型，本節(jié)課的目標(biāo)在于促進(jìn)學(xué)生對原子結(jié)構(gòu)與元素周期律第三層次知識的認(rèn)識，重點(diǎn)引導(dǎo)學(xué)生巧妙運(yùn)用“位—構(gòu)—性”模型來預(yù)測和認(rèn)識鹵族元素的性質(zhì)，在體會元素周期表預(yù)測功能的同時，達(dá)到模型的應(yīng)用水平，從而發(fā)展學(xué)生的證據(jù)推理與模型認(rèn)知素養(yǎng)，為下一步自主構(gòu)建元素周期律打下思維和方法的基礎(chǔ)。

在學(xué)習(xí)本節(jié)課之前，學(xué)生需要具備的已有認(rèn)知基礎(chǔ)和認(rèn)識角度，以及教師所需發(fā)揮的作用，具體見表1。

2.學(xué)情分析

本校學(xué)生已認(rèn)識了堿金屬元素性質(zhì)的相似性和遞變性，建立了金屬元素的研究思路，初步構(gòu)建了“位-構(gòu)-性”的思維方式，但體現(xiàn)到應(yīng)用上，還存在一定的差距。本節(jié)內(nèi)容從金屬元素到非金屬元素的遷移，既有元素失電子能力和得電子能力的差異，又有單質(zhì)還原性和氧化性強(qiáng)弱比較的實(shí)驗(yàn)方法的差異。通過本節(jié)課，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用“位—構(gòu)—性”模型對非金屬元素的性質(zhì)進(jìn)行預(yù)測和分析，從而診斷和發(fā)展學(xué)生的證據(jù)推理和模型認(rèn)知素養(yǎng)。

3.目標(biāo)分析

（1）通過鹵族元素的原子結(jié)構(gòu)的推導(dǎo)認(rèn)識原子結(jié)構(gòu)與元素在周期表中的位置關(guān)系，為“位—構(gòu)—性”方法模型提供認(rèn)識基礎(chǔ)。

（2）通過鹵族元素單質(zhì)氧化性強(qiáng)弱預(yù)測及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，發(fā)展學(xué)生的證據(jù)推理素養(yǎng)。

（3）通過鹵族元素的元素結(jié)構(gòu)到物質(zhì)性質(zhì)的學(xué)習(xí)，充分應(yīng)用“位-構(gòu)-性”的方法模型，提升學(xué)生的模型認(rèn)知素養(yǎng)。

4.教學(xué)流程（見表2）

5.教學(xué)實(shí)錄

環(huán)節(jié)一：認(rèn)識鹵族元素的結(jié)構(gòu)、位置

【教師】如何推測Cl位于元素周期表的位置？

【學(xué)生】畫出Cl的原子結(jié)構(gòu)示意圖，根據(jù)其電子層數(shù)和最外層電子數(shù)推斷出Cl在元素周期表中的位置為第三周期ⅡA族。

【教師】已知F、Cl、Br、I位于同一族，其相應(yīng)的原子序數(shù)和電子排布是？

【學(xué)生】根據(jù)元素周期表中各周期的元素種類，推導(dǎo)出F、Br、I的原子序數(shù)，并根據(jù)核外電子的排布特點(diǎn)，畫出鹵族元素的原子結(jié)構(gòu)示意圖。

環(huán)節(jié)二：了解鹵族元素單質(zhì)的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)的相似性

【教師】首先，我們來看鹵族元素構(gòu)成的單質(zhì)的圖片，發(fā)現(xiàn)物理性質(zhì)會有一定的規(guī)律性，比如顏色逐漸加深，由淺黃綠色的氟氣變?yōu)樽虾谏牡鈫钨|(zhì)，狀態(tài)由氣體變?yōu)楣腆w，熔沸點(diǎn)都在逐漸增大。那么鹵族元素構(gòu)成的單質(zhì)化學(xué)性質(zhì)有什么規(guī)律性嗎？Cl元素對應(yīng)的單質(zhì)Cl2具有什么性質(zhì)呢？

【學(xué)生】能與水發(fā)生反應(yīng)；能與堿發(fā)生反應(yīng)；能與金屬單質(zhì)（如Fe、Cu）發(fā)生反應(yīng)；能與非金屬單質(zhì)（如H2）發(fā)生反應(yīng)。

【教師】那么Br2能發(fā)生哪些反應(yīng)呢？

【學(xué)生】能與水發(fā)生反應(yīng)；能與堿發(fā)生反應(yīng)；能與金屬單質(zhì)發(fā)生反應(yīng)；能與非金屬單質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。（大部分同學(xué)并不能通過同族元素性質(zhì)相似來進(jìn)行預(yù)測，只是零星的說出一些反應(yīng)）

【教師】為何如此預(yù)測呢？預(yù)測的依據(jù)是什么？

【學(xué)生】Br與Cl位于同一族，最外層電子數(shù)一樣，性質(zhì)相似。

環(huán)節(jié)三：鹵族元素單質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的遞變性

【教師】同一族的元素性質(zhì)具有相似性，那是否存在差異呢？

【學(xué)生】有，從上到下，元素對應(yīng)的核外電子層數(shù)逐漸增大。

【教師】電子層數(shù)增大，相應(yīng)的原子半徑有何變化呢？

【學(xué)生】變大。

【教師】這對元素的性質(zhì)有何影響？

【學(xué)生】（進(jìn)行討論后得出結(jié)論）原子半徑增大，原子核對外層電子的吸引力變小，得電子能力變?nèi)酢?/p>

【教師】鹵族元素從上往下，得電子能力越來越弱，那么鹵素的單質(zhì)性質(zhì)會發(fā)生怎樣的變化呢？比如氯氣能夠與氫氣發(fā)生反應(yīng)，氯氣做氧化劑，氫氣做還原劑。其它鹵素單質(zhì)都能夠與氫氣反應(yīng)，都是做氧化劑，請大家討論，氟氣、氯氣、溴單質(zhì)、碘單質(zhì)與氫氣反應(yīng)，哪種反應(yīng)最容易，最劇烈？

【學(xué)生】（討論后）隨著原子核電荷數(shù)的增多，鹵素單質(zhì)與H2的反應(yīng)越來越難。

【教師】為什么反應(yīng)越來越難？

【學(xué)生】鹵素原子要吸引電子，達(dá)到8電子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，說明了隨著原子核電荷數(shù)的增多，鹵素原子半徑增大，核內(nèi)質(zhì)子對核外電子的吸引力減弱，鹵素單質(zhì)的得電子能力越來越弱，所以與氫氣反應(yīng)越來越難，氫化物的穩(wěn)定性也越來越弱。（通過課本表格驗(yàn)證）

【教師】隨著原子半徑的增大，鹵族元素的非金屬性從上往下逐漸減弱，對應(yīng)單質(zhì)的氧化性也是逐漸減弱，即氧化性：F2>Cl2>Br2>I2，那應(yīng)如何設(shè)計實(shí)驗(yàn)，證實(shí)Cl2的氧化性大于Br2呢？

【學(xué)生】氧化劑大于氧化產(chǎn)物，可選Cl2作氧化劑，以Br-作還原劑（如KBr），看是否能夠生成產(chǎn)物Br2。

【教師】演示實(shí)驗(yàn)，向KBr溶液中滴加適量的氯水，充分振蕩。

【學(xué)生】觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。發(fā)現(xiàn)溶液變黃。

【教師】能否判斷生成了Br2嗎？

【學(xué)生】不能，因?yàn)槁人渤庶S綠色，有可能是加了氯水的原因。

【教師】提供資料卡片，即Br2的CCl4溶液呈橙色，I2的CCl4溶液呈紫紅色，CCl4為有機(jī)溶劑，不溶于水，密度比水大。

【學(xué)生】提議說，向混合溶液中，再滴加少量的CCl4，充分振蕩，若CCl4層呈現(xiàn)橙色，則證實(shí)有Br2生成。

【教師】依照學(xué)生的討論結(jié)果，繼續(xù)實(shí)驗(yàn)操作，

【學(xué)生】觀察到CCl4層呈現(xiàn)橙色，說明有Br2生成，即氧化性：Cl2>Br2。

【教師】那如何設(shè)計實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證氧化性：Br2>I2呢？

【學(xué)生】參考上述的實(shí)驗(yàn)設(shè)計思路，在教師的引導(dǎo)下，取出試管中的Br2的CCl4溶液，并滴加適量的KI溶液，充分振蕩，觀察到下層溶液呈紫紅色，證實(shí)了有I2生成，由此證明：氧化性：F2>Cl2>Br2>I2

環(huán)節(jié)四：鹵族元素規(guī)律總結(jié)

【教師】由此，我們學(xué)習(xí)了非金屬元素的研究思路，最外層電子數(shù)決定了非金屬元素容易得電子，從而其單質(zhì)一般具有氧化性；半徑的大小決定了非金屬元素得電子的能力，從而判斷其單質(zhì)氧化性的強(qiáng)弱。請歸納鹵族元素的性質(zhì)。

【學(xué)生】在鹵族元素中，最外層電子數(shù)都為7個，容易得1個電子達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，從而鹵素單質(zhì)都具有氧化性；隨著原子核電荷數(shù)的增多，鹵素原子半徑增大，核內(nèi)質(zhì)子對核外電子的吸引力減弱，鹵素單質(zhì)的得電子能力越來越弱，所以其單質(zhì)的氧化性：F2>Cl2>Br2>I2。

三、教學(xué)效果與反思

在以往的教學(xué)中沒有區(qū)分元素性質(zhì)和元素構(gòu)成物質(zhì)的性質(zhì)，導(dǎo)致學(xué)生對得失電子能力和氧化性還原性等概念容易產(chǎn)生混淆，影響了學(xué)生對“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的判斷，也無法形成研究非金屬元素的思路，只能死記硬背物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)。本節(jié)教學(xué)中注意引導(dǎo)學(xué)生區(qū)分鹵族元素的性質(zhì)是得電子的能力，其構(gòu)成單質(zhì)的性質(zhì)是氧化性，后期還要引導(dǎo)學(xué)生區(qū)分元素構(gòu)成的化合物的性質(zhì)，概念的層次區(qū)分明顯，從而有助于學(xué)生的理解和構(gòu)建研究思路。

當(dāng)今的建構(gòu)主義者提出：沒有對事物的唯一正確的本質(zhì)抽象表征，不能通過語言簡單地把經(jīng)過形式化概括的知識傳遞給學(xué)生[1]。在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，即使是最外層電子數(shù)相同，對應(yīng)單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)相似這個類比推測性質(zhì)的認(rèn)識思路，大部分學(xué)生也僅僅是了解，無法應(yīng)用在陌生物質(zhì)性質(zhì)的預(yù)測上，比如學(xué)生在預(yù)測Br2所能發(fā)生的反應(yīng)上，只能零星說出個別反應(yīng)，并不能根據(jù)Cl2性質(zhì)的相似性來預(yù)測出所有的反應(yīng)，所以在課堂上需要創(chuàng)設(shè)問題情景，使學(xué)生不斷嘗試使用剛建立的方法和思路，進(jìn)行試錯和思考，從而達(dá)到模型的應(yīng)用水平，而不是簡單的記憶和理解。通過本節(jié)課基于“位-構(gòu)-性”教學(xué)模型的設(shè)計，在本節(jié)課的結(jié)尾，大部分學(xué)生可以預(yù)測和推理出I2能夠與NaOH溶液反應(yīng)，并且可以快速推測出反應(yīng)的產(chǎn)物。

上一節(jié)課探究堿金屬元素性質(zhì)的相似性和遞變性的方法是本節(jié)課的知識生長點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上，利用非金屬元素與金屬元素在原子結(jié)構(gòu)上的相似性，比如最外層電子數(shù)相同，原子半徑逐漸增大，來進(jìn)行單質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的預(yù)測，然后設(shè)計實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行驗(yàn)證，從而深化“位-構(gòu)-性”方法模型，讓學(xué)生完整體驗(yàn)了非金屬元素的研究思路，發(fā)展并提升了學(xué)生證據(jù)推理與模型認(rèn)知的核心素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)

[1]張建偉，孫燕青.建構(gòu)性學(xué)習(xí)[M].上海：上海教育出版社，2005：52

[2]莊乾敏，劉冰，張雪.基于化學(xué)史發(fā)展學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)——以“膠體”為例[J].化學(xué)教育（中英文），2019，40（13）：28-32

[3]王峰，劉金翠.基于內(nèi)容分析與教學(xué)設(shè)計的教材“二次開發(fā)”研究——以“元素周期律與元素周期表”為例[J].化學(xué)教育，2013，34（12）：18-21