基于模型構(gòu)建的“元素周期表的應(yīng)用”單元教學(xué)設(shè)計(jì)

劉燕偉 吳濤

摘要：通過(guò)整體單元教學(xué)的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)學(xué)習(xí)同周期同主族元素的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，構(gòu)建元素的原子結(jié)構(gòu)、元素在元素周期表中的位置、元素性質(zhì)、物質(zhì)性質(zhì)之間的關(guān)系模型，從化學(xué)思維方式的視角學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的模型認(rèn)知能力，體驗(yàn)元素性質(zhì)遞變規(guī)律的實(shí)際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：模型構(gòu)建;單元教學(xué);元素周期表;核心素養(yǎng)

文章編號(hào)：1008-0546（2022）04x-0034-04

中圖分類(lèi)號(hào)：G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.04x.010

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）》提出以“發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)”為主旨。其中證據(jù)推理與模型認(rèn)知是化學(xué)核心素養(yǎng)的思維核心?！澳苷J(rèn)識(shí)化學(xué)現(xiàn)象與模型之間的聯(lián)系，能運(yùn)用多種認(rèn)知模型來(lái)描述和解釋物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和變化，預(yù)測(cè)物質(zhì)及其變化的可能結(jié)果;能依據(jù)物質(zhì)及其變化的信息建構(gòu)模型，建立解決復(fù)雜化學(xué)問(wèn)題的思維框架[1]?！苯?gòu)模型的過(guò)程可以幫助學(xué)生整合知識(shí)，合理組織學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，從化學(xué)思維方式的視角學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)，培養(yǎng)運(yùn)用模型解決真實(shí)問(wèn)題的能力。

傳統(tǒng)的單課時(shí)教學(xué)，缺乏整體性思考，容易造成教學(xué)目標(biāo)割裂，知識(shí)無(wú)法有效融合，使知識(shí)體系的形成受阻。學(xué)生獲得的是沒(méi)有結(jié)構(gòu)化的碎片知識(shí)，不利于模型的建構(gòu)，發(fā)展化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的要求難以落實(shí)。

單元教學(xué)以系統(tǒng)論為指導(dǎo)，突出知識(shí)建構(gòu)的過(guò)程，站在整體的高度進(jìn)行教學(xué)規(guī)劃。教師在對(duì)課程標(biāo)準(zhǔn)、教材等教學(xué)指導(dǎo)性資源進(jìn)行深入解讀和剖析后，根據(jù)自己對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解，以及學(xué)生的情況特點(diǎn)，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行分析、整合、重組，形成相對(duì)完整的教學(xué)結(jié)構(gòu)單元，并圍繞著該結(jié)構(gòu)單元展開(kāi)教學(xué)[2]。單元教學(xué)設(shè)計(jì)是教師運(yùn)用系統(tǒng)方法，分析單元教學(xué)任務(wù)，確定單元教學(xué)目標(biāo)、設(shè)計(jì)單元教學(xué)手段，架構(gòu)各課時(shí)之間的教學(xué)關(guān)聯(lián)，以求教學(xué)效果最優(yōu)化的編制單元教學(xué)方案的過(guò)程性設(shè)計(jì)。

一、單元教學(xué)主題

“元素周期表的應(yīng)用”是學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)，特別是學(xué)習(xí)元素化合物知識(shí)的重要工具。建立“位-構(gòu)-性”模型，不僅可以系統(tǒng)地總結(jié)已有的元素及其化合物知識(shí)，而且可以結(jié)合原子結(jié)構(gòu)研究元素及其化合物性質(zhì)的遞變規(guī)律，并在此基礎(chǔ)上預(yù)測(cè)陌生元素及其化合物的性質(zhì)。

1.單元目標(biāo)分析

課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)“元素周期表的應(yīng)用”的內(nèi)容要求是：認(rèn)識(shí)原子結(jié)構(gòu)、元素性質(zhì)與元素在元素周期表中位置的關(guān)系[1]。以第三周期的鈉、鎂、鋁、硅、磷、硫、氯，以及堿金屬和鹵族元素為例，了解同周期和同主族元素性質(zhì)的遞變規(guī)律;體會(huì)元素周期律（表）在學(xué)習(xí)元素化合物知識(shí)與科學(xué)研究中的重要作用。

2.單元知識(shí)分析“元素周期表的應(yīng)用”單元教學(xué)，在內(nèi)容上層層遞

進(jìn)，通過(guò)學(xué)習(xí)同周期、同主族元素性質(zhì)的遞變規(guī)律，構(gòu)建元素“位”“構(gòu)”“性”的認(rèn)識(shí)模型，通過(guò)預(yù)測(cè)元素及其化合物的性質(zhì)的學(xué)習(xí)，發(fā)展對(duì)元素及其化合物化學(xué)性質(zhì)的認(rèn)識(shí)，構(gòu)建“各類(lèi)物質(zhì)的一般性質(zhì)—氧化性和還原性—相似性和遞變性”三維模型，同時(shí)體現(xiàn)元素周期表對(duì)合成新物質(zhì)、尋找新材料的指導(dǎo)作用。通過(guò)海帶提碘的學(xué)習(xí)，體驗(yàn)元素性質(zhì)遞變規(guī)律的實(shí)際應(yīng)用，提高物質(zhì)分離提純的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ龠M(jìn)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的落實(shí)。

3.學(xué)情分析

高一學(xué)生對(duì)元素化合物性質(zhì)有一定的知識(shí)儲(chǔ)備，并熟練掌握了有關(guān)原子結(jié)構(gòu)的相關(guān)內(nèi)容，具備了一定的分析和推理能力，但學(xué)生對(duì)元素化合物的知識(shí)只停留在認(rèn)識(shí)層面，在解釋具體問(wèn)題時(shí)較少?gòu)慕Y(jié)構(gòu)決定性質(zhì)的角度思考。缺乏對(duì)“位-構(gòu)-性”認(rèn)識(shí)模型的整體認(rèn)識(shí)。

本單元的教學(xué)設(shè)計(jì)以知識(shí)落實(shí)為基礎(chǔ)，模型構(gòu)建為目標(biāo)，將學(xué)生停留在識(shí)記層面的基礎(chǔ)知識(shí)加以整合，運(yùn)用建構(gòu)主義理論幫助學(xué)生在頭腦中建立認(rèn)識(shí)物質(zhì)性質(zhì)的“位-構(gòu)-性”模型。通過(guò)單元教學(xué)方式，讓學(xué)生體會(huì)形成模型、應(yīng)用模型、優(yōu)化模型的完整過(guò)程。加強(qiáng)從元素視角看物質(zhì)，明確物質(zhì)性質(zhì)不同的根本原因在于原子結(jié)構(gòu)的不同，幫助學(xué)生建立起基于元素周期律的元素化合物認(rèn)識(shí)模型。

二、單元教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)

元素周期表的應(yīng)用內(nèi)容包括必修課程中元素周期表的應(yīng)用和選修課程物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)中的原子結(jié)構(gòu)與元素周期表。不同階段的內(nèi)容，教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)設(shè)計(jì)有著不同的要求。本單元教學(xué)內(nèi)容選自最新魯科版化學(xué)必修2第1章“元素周期表的應(yīng)用”。

“元素周期表的應(yīng)用”設(shè)置為4個(gè)課時(shí)，第1課時(shí)：同周期元素性質(zhì)的遞變規(guī)律，體會(huì)實(shí)驗(yàn)探究和閱讀探究研究方法，學(xué)會(huì)歸納總結(jié)得出同周期元素性質(zhì)的遞

變規(guī)律;第2課時(shí)：同主族元素性質(zhì)的遞變規(guī)律，建立“位-構(gòu)-性”模型關(guān)系;第3課時(shí)：運(yùn)用“位-構(gòu)-性”模型，結(jié)合類(lèi)別通性和化合價(jià)進(jìn)行物質(zhì)性質(zhì)的預(yù)測(cè)，建立

元素周期表與具體物質(zhì)性質(zhì)的深層次關(guān)系;第4課時(shí)：通過(guò)海帶提取碘的實(shí)驗(yàn)中氧化劑的選擇，體驗(yàn)元素性質(zhì)遞變規(guī)律的實(shí)際應(yīng)用，體會(huì)化學(xué)在生活、生產(chǎn)中的重要作用。課時(shí)教學(xué)設(shè)計(jì)見(jiàn)表1、表2、表3和表4。

三、單元教學(xué)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)與反思

1.模型的構(gòu)建有利于知識(shí)的結(jié)構(gòu)化

在本單元教學(xué)過(guò)程中，教師提供了恰當(dāng)?shù)那榫澈筒煌瑢哟?、不同階段的實(shí)際問(wèn)題幫助學(xué)生組織、整合知識(shí)，利用已有的認(rèn)知構(gòu)建新的模型。

學(xué)習(xí)同周期、同主族元素原子性質(zhì)，從原子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)建立同周期、同主族元素原子性質(zhì)的遞變規(guī)律模型;基于構(gòu)建元素原子得失電子能力模型，運(yùn)用實(shí)驗(yàn)探究、證據(jù)推理強(qiáng)化模型的構(gòu)建;從元素的原子結(jié)構(gòu)、元素在元素周期表中的位置、元素性質(zhì)、物質(zhì)性質(zhì)之間的關(guān)系，建立“位-構(gòu)-性”認(rèn)知模型;從海帶提碘項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中，體驗(yàn)元素性質(zhì)遞變規(guī)律的實(shí)際應(yīng)用，構(gòu)建物質(zhì)富集、分離、提純的認(rèn)知模型。

2.單元教學(xué)是教材內(nèi)容有效的整合，促進(jìn)核心素養(yǎng)發(fā)展

本單元的整體設(shè)計(jì)，從結(jié)構(gòu)的角度，分析同周期、同主族元素原子性質(zhì)的遞變規(guī)律，到實(shí)驗(yàn)探究驗(yàn)證并強(qiáng)化遞變規(guī)律，進(jìn)而初步建立“位-構(gòu)-性”模型。結(jié)合類(lèi)別通性和化合價(jià)進(jìn)行硅及其化合物性質(zhì)的預(yù)測(cè)，完善“位-構(gòu)-性”模型。海帶提碘的活動(dòng)中，建立真實(shí)復(fù)雜系統(tǒng)中物質(zhì)富集、分離、提取的基本思路，同時(shí)體驗(yàn)元素性質(zhì)遞變規(guī)律的實(shí)際應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)學(xué)科核心素養(yǎng)在本單元教學(xué)中落地。

3.真實(shí)情境的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，促進(jìn)學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變

以海帶提碘為真實(shí)情境，基于“位-構(gòu)-性”模型，選擇合適的氧化劑為解決問(wèn)題的工具，在啟發(fā)、探究和體驗(yàn)的課堂中進(jìn)行項(xiàng)目式的學(xué)習(xí)。模型建構(gòu)與問(wèn)題解決相結(jié)合，體現(xiàn)化學(xué)來(lái)源于生活，服務(wù)于生活的學(xué)科特點(diǎn)，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)化學(xué)學(xué)習(xí)的興趣。

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國(guó)教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2020.

[2]王磊，黃燕寧.教學(xué)單元設(shè)計(jì)的實(shí)踐與反思[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2009（3）：9-11.