“物質(zhì)結(jié)構(gòu)和元素周期律”核心概念的初步研究

馬斕

摘 要：通過(guò)教材知識(shí)體系的分析，以及高中教師的初步調(diào)查和認(rèn)識(shí)分析，概括出了“物質(zhì)結(jié)構(gòu)和元素周期律”模塊的兩個(gè)核心概念，分別為原子結(jié)構(gòu)和元素周期律。

關(guān)鍵詞：物質(zhì)結(jié)構(gòu);元素周期律;核心概念;初步研究

核心概念是從西方教育界引進(jìn)的術(shù)語(yǔ)，美國(guó)課程論專家埃里克森（Erickson）的認(rèn)識(shí)是，它是人類思維過(guò)程中能夠引起遷移應(yīng)用的一種綜合性思維方式，是處于事實(shí)層次之上的高級(jí)認(rèn)知方式，較傳統(tǒng)的以主題和事實(shí)為主的，教條式的教學(xué)只能給學(xué)生最為淺層次的認(rèn)知的模式而言，具有相當(dāng)?shù)膽?yīng)用價(jià)值，所以我們的課堂改革的重點(diǎn)應(yīng)該是減少淺層次教學(xué)，強(qiáng)化以概念為本的教學(xué)。

圍繞學(xué)科的核心概念進(jìn)行課堂教學(xué)已是國(guó)內(nèi)教育界關(guān)注的熱點(diǎn)，研究者張穎之、劉恩山指出以核心概念為重點(diǎn)組織授課，是一種很有邏輯、卓有成效教學(xué)方式。一方面課程安排的內(nèi)容緊緊圍繞核心概念來(lái)組織開(kāi)展，不僅能確保學(xué)生牢固掌握核心概念，而且有利于提升學(xué)生對(duì)具體知識(shí)點(diǎn)的深入理解、遷移應(yīng)用能力。以核心概念為重點(diǎn)的教學(xué)往往還要強(qiáng)調(diào)教師要對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮Y選和加工，由于前期加工，在有限的課堂時(shí)間內(nèi)，為開(kāi)展“精、細(xì)、嚴(yán)、實(shí)”的教育提供和內(nèi)容和效率保障。因此在日常教學(xué)中，注重核心概念的應(yīng)用是一個(gè)十分具有研究意義的課題。本題對(duì)“物質(zhì)結(jié)構(gòu)和元素周期律”核心概念進(jìn)行初步研究

一、 “物質(zhì)結(jié)構(gòu)和元素周期律”核心概念的初步分析

化學(xué)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與其性質(zhì)及其在周期表中的位置，相互有著密切的關(guān)系，如結(jié)構(gòu)決定其位置，而位置放映其結(jié)構(gòu);結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)放映其結(jié)構(gòu);而根據(jù)位置可以推測(cè)物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)，根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)可以判斷物質(zhì)（元素）的位置?？梢园l(fā)現(xiàn)“物質(zhì)結(jié)構(gòu)和元素周期律”領(lǐng)域相關(guān)內(nèi)容主要圍繞以下三個(gè)核心問(wèn)題展開(kāi)：（1）原子是怎么形成化合物的？（2）原子結(jié)構(gòu)怎么決定元素性質(zhì)？（3）元素周期表有什么意義？以上所述的核心問(wèn)題涉及“原子結(jié)構(gòu)”及“元素周期律”的相關(guān)內(nèi)容。基于“物質(zhì)結(jié)構(gòu)和元素周期律”相關(guān)內(nèi)容圍繞以上三個(gè)核心問(wèn)題，學(xué)生學(xué)習(xí)這部分知識(shí)有一個(gè)同一元素“位—構(gòu)—性”關(guān)系，即明確結(jié)構(gòu)決定元素位置和性質(zhì)，元素的位置和性質(zhì)之間通過(guò)元素周期律聯(lián)系。所以，筆者將“物質(zhì)結(jié)構(gòu)和元素周期律”有關(guān)概念理論內(nèi)容提取為兩個(gè)核心概念：原子結(jié)構(gòu)、元素周期律。

二、 高中化學(xué)教師對(duì)“物質(zhì)結(jié)構(gòu)和元素周期律”核心概念的理解

筆者選擇就職學(xué)校有高三復(fù)習(xí)經(jīng)驗(yàn)的20位化學(xué)教師，對(duì)“物質(zhì)結(jié)構(gòu)和元素周期律”核心概念教學(xué)在高三化學(xué)復(fù)習(xí)中的實(shí)踐，實(shí)施訪談?wù){(diào)查。訪談內(nèi)容包括：（1）教師擔(dān)任高三教學(xué)任務(wù)的次數(shù);（2）考綱對(duì)“物質(zhì)結(jié)構(gòu)和元素周期律”的要求;（3）筆者向教師說(shuō)明核心概念的內(nèi)涵;（4）從羅列出的“物質(zhì)結(jié)構(gòu)和元素周期律”相關(guān)概念中勾出3個(gè)以內(nèi)認(rèn)為的核心概念，并聽(tīng)取理由和看法。

圍繞四點(diǎn)訪談內(nèi)容，老師的回答統(tǒng)計(jì)訪談內(nèi)容表現(xiàn)為：第一個(gè)問(wèn)題教師擔(dān)任高三教學(xué)任務(wù)的次數(shù)一般為5～10次，多數(shù)老師還是具有很豐富的經(jīng)驗(yàn)，訪談過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)很多老師是常年待在高三教學(xué)位置的;第二個(gè)問(wèn)題考綱對(duì)“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與元素周期律”的要求，這一點(diǎn)的訪談結(jié)果教師多數(shù)反映出考綱要求的具體內(nèi)容是以具體化學(xué)結(jié)構(gòu)以及元素周期的考試要求進(jìn)行制定的，考綱制定的大體范圍是圍繞教學(xué)內(nèi)容展開(kāi)的，教學(xué)內(nèi)容是圍繞學(xué)生需求展開(kāi)的，因此考綱最終還是圍繞學(xué)生制定的具體要求;第三個(gè)問(wèn)題是向老師說(shuō)明核心概念的內(nèi)涵，大部分老師指出理解這個(gè)詞的意思，并能知道它該有的特征;第四個(gè)問(wèn)題是從羅列出的“物質(zhì)結(jié)構(gòu)和元素周期律”相關(guān)概念中勾出3個(gè)以內(nèi)認(rèn)為的核心概念，并聽(tīng)取理由和看法，訪談中老師們都提出的核心概念為原子核外電子的排布規(guī)律、元素周期律、元素金屬性和非金屬性強(qiáng)弱的判斷依據(jù)。

完成訪談后本人對(duì)20份結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并得出如下結(jié)果：選擇“核外電子排布規(guī)律”的次數(shù)為18次，選擇元素周期律的次數(shù)為12次，“原子結(jié)構(gòu)”為9次，“八電子（或二電子）穩(wěn)定理論”和“化學(xué)鍵”各為3人次。在選擇次數(shù)中，每一個(gè)老師的專業(yè)性經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，都偏向于選擇核外電子排布規(guī)律為主要首選，也在這個(gè)情況下選擇的數(shù)量最多，核外電子排布規(guī)律的主要順序是隨著原子序數(shù)的增加，元素性質(zhì)呈現(xiàn)周期性的遞變規(guī)律，這種遞變規(guī)律本身存在著一定的變化，因?yàn)榻處煂?duì)于這種變化重要性及影響的認(rèn)知比較充分，所以都認(rèn)可將這種變化的研究作為重要方向。同一周期，元素的金屬性從左向右遞減、非金屬性從左向右遞增，同一族內(nèi)，元素的金屬性從上到下遞增，非金屬性從上到下遞減。在同一個(gè)周期內(nèi)，元素的最高正氧化數(shù)從左到右遞增，最低負(fù)氧化數(shù)從左到右逐漸增高，同一族的元素性質(zhì)相近。

對(duì)于出現(xiàn)次數(shù)較高的“核外電子排布規(guī)律”，老師們都認(rèn)為原子結(jié)構(gòu)應(yīng)該統(tǒng)一在核外電子排布規(guī)律中，核外電子排布規(guī)律決定了元素的性質(zhì)，從近些年的研究文獻(xiàn)中也可以得知對(duì)于“核外電子排布規(guī)律”的研究在教學(xué)任務(wù)上更注重這點(diǎn)。學(xué)者李雪佳（2012）在其論文《以核心概念為中心的化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)》提出：“核外電子排布規(guī)律本身的研究在學(xué)校中已經(jīng)得到了很多老師與學(xué)校教務(wù)工作者的重視，越來(lái)越多的老師會(huì)特別認(rèn)真的將核外電子排布規(guī)律進(jìn)行完整性的處理，找到其中的具體規(guī)律?！眳橇几?015）在其論文《信息加工學(xué)習(xí)理論在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用》中提出：“元素周期表是學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)的重要基礎(chǔ)，學(xué)生學(xué)習(xí)元素周期律表是開(kāi)展和深入研究化學(xué)的一種重要工具載體，通過(guò)學(xué)習(xí)元素周期表學(xué)習(xí)元素周期律可以很好的確定元素之間的內(nèi)在聯(lián)系，掌握元素的自然分類與變化，利用元素性質(zhì)變化，在周期表中確定具體的位置信息，讓原子結(jié)構(gòu)的關(guān)系讓學(xué)生掌握清楚，有助于學(xué)生自我的可持續(xù)學(xué)習(xí)，對(duì)學(xué)生具有很好的幫助。”

結(jié)合文獻(xiàn)資料可以看出學(xué)校對(duì)于核外電子排布規(guī)律以及原子結(jié)構(gòu)的研究不斷增加力度，在教師認(rèn)知的選擇態(tài)度上也體現(xiàn)為多次，這就表現(xiàn)出了一種有效的結(jié)合，也是推動(dòng)化學(xué)發(fā)展與前行的重要理論依據(jù)。

筆者認(rèn)為高考中對(duì)核外電子排布規(guī)律的考察，重點(diǎn)也是在選修三中深入介紹，和性質(zhì)有關(guān)的也就是最外層的電子，所以“核外電子排布規(guī)律”本身的影響力僅僅受到局限在元素排列方面。對(duì)于元素周期律來(lái)說(shuō)，老師都普遍認(rèn)為和選擇了化學(xué)相關(guān)的科學(xué)技術(shù)輔導(dǎo)電子排列規(guī)律，利用科學(xué)技術(shù)進(jìn)行指導(dǎo)?！霸咏Y(jié)構(gòu)”選擇次數(shù)少，主要原因是實(shí)際上原子結(jié)構(gòu)的知識(shí)點(diǎn)簡(jiǎn)單，對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)不是難點(diǎn)。但是不一定越難就是重點(diǎn)，正因?yàn)樵咏Y(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，才有了核外電子排布的規(guī)律和元素性質(zhì)的相似性和遞變性。對(duì)于“八電子（或二電子）穩(wěn)定理論”也有老師選擇，筆者認(rèn)為該概念知道就行，不存在理解的問(wèn)題，它不能統(tǒng)領(lǐng)整個(gè)物質(zhì)結(jié)構(gòu)和元素周期律。“化學(xué)鍵”是原子結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，主要是為學(xué)習(xí)化學(xué)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)，真正研究化學(xué)鍵還是在選修三。