學(xué)習(xí)進(jìn)階視角下培育“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的教學(xué)實(shí)踐研究
——以元素周期律應(yīng)用教學(xué)為例

陳春發(fā)

(福建省莆田第二中學(xué) 351100)

通過多年的學(xué)習(xí)進(jìn)階視角下培育“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的教學(xué)實(shí)踐研究表明，課堂教學(xué)以化學(xué)核心素養(yǎng)為準(zhǔn)則，能夠幫助學(xué)生快速構(gòu)建化學(xué)學(xué)科知識體系.例如，在元素周期律應(yīng)用內(nèi)容的學(xué)習(xí)時，采用創(chuàng)設(shè)情境→提出假設(shè)→實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)→收集證據(jù)→論證推理→得出結(jié)論(模型認(rèn)知)等重要環(huán)節(jié)可以達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生的“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”核心素養(yǎng)的目的.

從元素周期律應(yīng)用的內(nèi)容來看，在學(xué)生已初步認(rèn)知元素周期表的結(jié)構(gòu)以及元素周期律的內(nèi)容的基礎(chǔ)上進(jìn)行拓展，引導(dǎo)學(xué)生掌握運(yùn)用元素周期律知識解決實(shí)際問題，通過堿金屬、鹵族、第3周期元素的性質(zhì)規(guī)律的類比和延伸，達(dá)成元素的“位置、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)”間的證據(jù)推理與模型認(rèn)知.

【課堂實(shí)錄】

1.導(dǎo)入課題

[師]通過前面的學(xué)習(xí)，我們知道原子核外電子的周期性排布引起了元素的性質(zhì)也呈現(xiàn)周期性變化.請同學(xué)們猜想一下第3周期元素金屬性、非金屬性變化規(guī)律？

[生]可能有三種情況：第一種情況是第3周期元素金屬性逐漸變強(qiáng)、非金屬性逐漸變?nèi)?；第二種情況是第3周期元素金屬性逐漸變?nèi)酢⒎墙饘傩灾饾u變強(qiáng)；第三種情況是第3周期元素金屬性、非金屬性變化不規(guī)則.

[師]同學(xué)們，哪種猜想較為合理呢？請說明理由.

[生]應(yīng)該是第二種情況.因?yàn)镹a、Mg、Al是金屬、P、S、Cl是非金屬，故是由金屬性到非金屬性遞變.

【創(chuàng)設(shè)目的】提出與元素周期律相關(guān)的問題，讓學(xué)生通過猜想和推理從理論上得出第3周期元素金屬性、非金屬性變化規(guī)律.

2.課堂展開

[師]請同學(xué)們先設(shè)計(jì)Na、Mg、Al的金屬性依次減弱的實(shí)驗(yàn).

[學(xué)生活動](1)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案：

①Na、Mg、Al與水或酸的反應(yīng)；②最高價氧化物對應(yīng)水化物NaOH、Mg(OH)2、Al(OH)3的堿性強(qiáng)弱.

(2)收集實(shí)驗(yàn)證據(jù)：

①Na與水反應(yīng)的現(xiàn)象是“浮在水面、熔化為小球、四處游動、嘶嘶作響”——劇烈，不需要加熱；Mg在冷水中緩慢逸出氣泡，加熱至沸騰迅速產(chǎn)生氣體，反應(yīng)迅速；Al在水中無明顯現(xiàn)象，加熱仍然無明顯現(xiàn)象.在Mg和Al與稀鹽酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，Mg與鹽酸反應(yīng)迅速，產(chǎn)生大量氣泡；Al與鹽酸反應(yīng)緩慢逸出氣體.

②NaOH溶液使酚酞變紅色，屬強(qiáng)堿；Mg與熱水反應(yīng)生成的Mg(OH)2能使酚酞變淺紅色，屬中強(qiáng)堿；Al(OH)3不能使酚酞變紅色，但Al(OH)3既可以溶于鹽酸又可以溶于NaOH溶液，屬兩性氫氧化物.

(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：Na、Mg、Al的金屬性逐漸減弱.

[師幫助學(xué)生建立模型認(rèn)知]第3周期元素的性質(zhì)變化規(guī)律是：金屬性逐漸變?nèi)酢芷谠亟饘傩砸来巫內(nèi)?

【創(chuàng)設(shè)目的】通過學(xué)生設(shè)計(jì)方案、分組實(shí)驗(yàn)、觀察現(xiàn)象收集證據(jù)達(dá)成對化學(xué)規(guī)律的建模.金屬性的比較的兩個重要實(shí)驗(yàn)，一個實(shí)驗(yàn)是金屬單質(zhì)與水或酸的反應(yīng)劇烈程度；另一個實(shí)驗(yàn)是金屬元素最高價氧化物對應(yīng)水化物的堿性強(qiáng)弱.

3.類比推理

[師]請同學(xué)們完成電子白板上的問題.

(電子白板出示)硅、磷、硫、氯的非金屬性比較

①硅、磷、硫、氯與H2反應(yīng)的難易：

元素Si(硅)P(磷)S(硫)Cl(氯)氫化物SiH4PH3H2SHCl生成條件高溫磷蒸氣與H2反應(yīng)加熱光照或點(diǎn)燃下劇烈反應(yīng)結(jié)論→單質(zhì)與H2反應(yīng)逐漸變

②硅、磷、硫、氯元素的最高價氧化物對應(yīng)水化物的酸性：

分子式H4SiO4H3PO4H2SO4HClO4酸性弱酸中強(qiáng)酸強(qiáng)酸最強(qiáng)酸結(jié)論→元素的最高價含氧酸的酸性逐漸

得出結(jié)論：第3周期元素的金屬性和非金屬性變化規(guī)律：金屬性逐漸____，非金屬性逐漸____

[學(xué)生活動]反思規(guī)律，填寫相應(yīng)的內(nèi)容.

【創(chuàng)設(shè)目的】讓學(xué)生認(rèn)知元素非金屬性強(qiáng)弱比較的實(shí)驗(yàn)方法，同時學(xué)會類比的方法進(jìn)行推理，構(gòu)建同周期元素的金屬性和非金屬性變化規(guī)律模型.元素非金屬性強(qiáng)弱比較的實(shí)驗(yàn)方法有比較非金屬單質(zhì)與H2反應(yīng)的難易程度；比較非金屬元素的最高價氧化物對應(yīng)水化物的酸性強(qiáng)弱.

4.課堂拓展

[師]同學(xué)們已經(jīng)知道了第3周期元素的特征，若用ⅦA族的非金屬元素為例，同一主族元素又有什么特征呢？

[學(xué)生活動](1)閱讀課本，了解三個方面知識：①鹵族元素原子的結(jié)構(gòu)特征；②鹵族單質(zhì)的物理性質(zhì)；③鹵素單質(zhì)與氫氣反應(yīng)的劇烈程度比較.

分組討論，選取一名成員對問題進(jìn)行詮釋，總結(jié)得出有關(guān)結(jié)論：

①鹵族元素原子的結(jié)構(gòu)特征相同點(diǎn)是最外層都是7個電子；不同點(diǎn)s隨核電荷數(shù)的增加，電子層數(shù)逐漸增加，原子半徑逐漸增大.

②由教材相關(guān)內(nèi)容得出單質(zhì)的物理性質(zhì)是依F2、Cl2、Br2、I2的順序：顏色由淺到深；密度由小到大；熔、沸點(diǎn)由低到高.

③鹵素單質(zhì)依F2、Cl2、Br2、I2的順序與氫氣反應(yīng)的劇烈程度依次減弱(注意提示學(xué)生記住H2與F2在暗處就會爆炸，H2與I2在加熱條件下反應(yīng)還是不能進(jìn)行到底的).

(2)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，探究鹵素單質(zhì)間的置換反應(yīng)現(xiàn)象，收集實(shí)驗(yàn)證據(jù).

[學(xué)生展示]預(yù)設(shè)的實(shí)驗(yàn)方案：

編號實(shí)驗(yàn)操作現(xiàn)象①用膠頭滴管將少量新制的飽和氯水滴加到盛有NaBr溶液的試管中,振蕩后用膠頭滴管再滴加幾滴四氯化碳,振蕩,在試管架上靜置試管內(nèi)的溶液分上下兩層,下層呈色②用膠頭滴管將少量新制的飽和氯水滴加到盛有KI溶液的試管中,振蕩后用膠頭滴管再滴加幾滴四氯化碳,振蕩,在試管架上靜置試管內(nèi)的溶液分上下兩層,下層呈色③用膠頭滴管將少量溴水滴加到盛有KI溶液的試管中,振蕩后用膠頭滴管再滴加幾滴四氯化碳,振蕩,在試管架上靜置試管內(nèi)的溶液分上下兩層,下層呈______色結(jié)論隨著核電荷數(shù)的增加,鹵素單質(zhì)的氧化性逐漸

(3)得出實(shí)驗(yàn)規(guī)律，構(gòu)建化學(xué)模型.

【創(chuàng)設(shè)目的】以化學(xué)反應(yīng)原理類推的方法，在“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”引領(lǐng)下的實(shí)踐，旨在培養(yǎng)學(xué)生通過第ⅦA族元素的實(shí)驗(yàn)探究活動獲取相關(guān)的證據(jù)意識，學(xué)會通過化學(xué)反應(yīng)特征的分析(如單質(zhì)如氫氣的反應(yīng)現(xiàn)象、元素之間的置換反應(yīng)現(xiàn)象)、推理等方法認(rèn)識研究元素周期律的本質(zhì)特征、元素周期表的構(gòu)成要素及互通關(guān)系，達(dá)到建立模型認(rèn)知的目的.

總之，作為“元素周期律的應(yīng)用”教學(xué)，可以采用通過注重課堂教學(xué)的實(shí)踐，在學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)階中培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)探究的設(shè)計(jì)方案、探究實(shí)驗(yàn)和收集證據(jù)的意識，建立模型認(rèn)知教學(xué)，從而一改傳統(tǒng)教學(xué)中直接給出元素周期律的結(jié)論.這樣做不斷豐富了課堂教學(xué)的創(chuàng)設(shè)，而且能夠把復(fù)雜抽象的理論知識化繁為簡，由表及里.因此，筆者認(rèn)為，只要在課堂上通過知識推理，建構(gòu)模型認(rèn)知，就一定能夠幫助學(xué)生理解化學(xué)概念的本質(zhì)和內(nèi)涵，在學(xué)習(xí)進(jìn)階中不斷提升學(xué)科素養(yǎng).