突出息處理能力的“元素周期表”教學設計

杜敏

摘要：以元素周期表的發(fā)現(xiàn)歷程為情境，在學情分析的基礎上，精選已知信息，利用自制學具讓學生對1-20號元素排序。同時，要求學生講出排序的依據(jù)，并進行分類討論，嘗試找出最能反映本質的排序依據(jù)。在此基礎上，對元素重新排序，制作出更加合理的元素周期表，借此培養(yǎng)學生處理復雜信息的能力。

關鍵詞：化學史：信息處理能力：教學設計

文章編號：1008-0546（ 2022 ）09x-0046-03 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2022.09x.012

一、教學背景

1.元素周期表課題的教學價值與已有研究

元素周期表是中學化學重要的學習內容。除了知識價值外，元素周期表還承載著很多教育功能，[1]并在培養(yǎng)學生分類思維方面起到重要作用。[2]文獻研究發(fā)現(xiàn)，基于化學史開展元素周期表教學的探索主要集中在兩個方面：第一，模擬歷史史實，讓學生體驗科學家編制元素周期表的探究過程，[3-6]如：修明磊以化學史為情境，重視學生的體驗，提出了“互動歷史短劇”（IHV）教學模式;[7]第二，注重“發(fā)現(xiàn)法”教學，[8'9]如：張新宇在剖析已有方案、深入認識造成探究低效的原因的基礎上，分析影響探究效果的關鍵因素，構建了有效的探究方案。[10]

文獻研究發(fā)現(xiàn)，目前多數(shù)課堂教學對“元素周期表”的探究常常流于形式，教師引導學生逐步觀察現(xiàn)有周期表的結構并進行記憶，本質上屬于一種“偽探究”;通過訪談了解到，教師在實際教學過程中更多的是把元素周期表的發(fā)現(xiàn)過程作為一種史實進行介紹，強調門捷列夫的重大貢獻。對于能否在課堂上讓學生嘗試自己編制元素周期表的創(chuàng)新想法，多數(shù)教師持懷疑態(tài)度，認為學生可能出現(xiàn)兩種情況：要么根據(jù)記憶照搬課本上的元素周期表，要么隨便亂編一些沒有太大意義的表格，畢竟元素周期表涵蓋的內容非常多，讓高中生在課堂上編制難度過大，老師也難以駕馭。

通過深入了解元素周期表的發(fā)現(xiàn)過程，我們注意到，門捷列夫和他之前、之后的眾多科學家留下了許多珍貴的文獻。在諸多紛繁復雜毫無頭緒的信息中，哪些是正確的？哪些是錯誤的？哪些是表面的？哪些是本質的？哪些是因？哪些是果？要理清這些關系，需要的不僅僅是勤奮，更需要信息處理能力。信息處理能力的不同，決定著一個人考慮問題的深度和廣度，影響著行為的發(fā)展。本文基于史實，嘗試在分析學生學情的基礎上，精選已知信息，搭建必要臺階，設計適合學生的課堂活動，在學生自主編制、教師引導討論和完善元素周期表的過程中，提高學生的信息處理能力。

2.基于學情診斷，確定學生在元素周期表學習中存在的問題與困難

上課前首先對學生進行訪談，主要了解以下三個問題：

（1）你知道元素周期表嗎？

（2）你對元素周期表的結構了解多少？周期表的族分哪幾類？每一列對應的族序數(shù)是什么？你能根據(jù)原子序數(shù)確定元素在周期表中的位置嗎？

（3）你覺得學習元素周期表有什么用？

由訪談可知，學生對元素周期表的認識比較粗略、膚淺，特別是對元素排列的依據(jù)、元素之間的內部聯(lián)系和元素周期表的意義認識很淺?；谝陨蠁栴}，我們決定設計課堂活動，讓學生自制元素周期表，以培養(yǎng)學生的信息處理能力，理清元素之間的內在聯(lián)系。

二、創(chuàng)新之處

在前人研究的基礎上，我們在以下四個方面進行了突破：

①給出前20號元素的相對原子質量、質子數(shù)、元素符號，請學生給元素排序。不增加學生不熟悉的元素，降低難度，方便學生找出規(guī)律。不直接給出原子結構示意圖，考察學生能否自主調動已有知識，能否從化學視角對信息進行分類，辨析信息的重要程度及信息之間的關聯(lián)。這樣的設計有利于學生思維的發(fā)散，有一定深度和挑戰(zhàn)性。

②自制學具，方便學生對元素進行排序、展示排序結果和調整、重排。

我們給每組同學準備了一個磁性白板和20個磁吸，每個磁吸上用油性筆書寫1-20號元素的質子數(shù)、元素符號、相對原子質量三個信息。利用這組簡單的學具，學生可以方便地對元素進行排序和展示，若需要調整和修改也非常方便。圖1是學生在課堂上利用自制學具展示排序結果。

③組織好小組交流，讓學生思維外顯;通過對比分析，提升學生的信息處理能力。

④設計課外實踐活動，讓學生自制不同形式的元素周期表，讓探究不止于課堂，課內與課外學習相結合，理論與實踐相結合。

三、教學目標

①了解元素周期表的發(fā)展歷程，能夠從化學的視角對所給元素信息進行歸類和價值判斷，提升信息處理能力。體會科學家在發(fā)現(xiàn)周期表時面臨的困難和所做的重大貢獻，提高學生的學習興趣，學習科學家勇于探索的精神。

②理解元素周期表的編排原則。能標出周期序數(shù)和每一列對應的族序數(shù)。能正確表示元素在周期表中的位置。

③了解元素周期表在科研、生產(chǎn)、生活中的重大意義。

四、教學流程

表1是本課的教學流程。

五、教學實錄

環(huán)節(jié)一：重走發(fā)現(xiàn)之旅

教師布置課前活動任務：已知下列20種元素的相對原子質量、質子數(shù)等信息：

K、Ca、Na、Mg、Al、H、Si、Cl、S、N、O、He、Ar、B、F、P、C、Li、Be、Ne

（1）請按照一定的規(guī)則將這些元素整理排序，并講出排序的依據(jù)。

（2）說明這種排序方式的優(yōu)點。

學生小組合作，按要求完成實踐作業(yè)，并通過學具展示排序結果。

環(huán)節(jié)二：課堂展示交流

教師組織學生以小組為單位分別展示本組排序的結果，講清排序的依據(jù)，說明這種排序方法的優(yōu)點。

學生展示排序方法：

第1組：按相對原子質量由小到大的順序排列成一行;

第2組：按質子數(shù)由小到大的順序排列成一行;

第3組：按原子結構排序，把電子層數(shù)相同的元素按質子數(shù)遞增的順序排在同一行，把最外層電子數(shù)相同的元素，按電子層數(shù)遞增的順序由上而下排成縱行;

第4組：把元素按金屬、非金屬分類，同一類放在一行。

環(huán)節(jié)三：師生分析評價、確定最優(yōu)方案

教師提出問題：排序依據(jù)的關注點在哪里？

學生分析：相對原子質量和狀態(tài)屬于物理性質的信息;質子數(shù)和原子結構都屬于結構方面的信息;“金屬、非金屬”都關注了化學性質的信息。

教師追問：在結構、物理性質和化學性質等諸多信息中，哪方面的信息是我們最關注的？哪方面的信息是最本質的？

學生回答：化學性質是我們最關注的，結構的信息是最本質的，因為結構決定性質。

教師再問：為什么按質子數(shù)而不是按相對原子質量排序？

學生回答：在化學家眼里，化學性質遠比相對原子質量重要;化學性質是由原子結構決定的，因此，按照質子數(shù)排序更能反映問題實質。

環(huán)節(jié)四：重新進行排序

教師提示：為什么不把所有元素放在同一行，而是排成有行有列的表格形式？處在同一列的元素（如Li、Na、K）有什么共同點？

學生發(fā)現(xiàn)：Li、Na、K三種元素性質相似。因為它們的結構相似。

教師引導：板書Li、Na、K的原子結構示意圖。請學生分析它們原子結構上的相同點和不同點，推測其性質上的相似性和差異，并思考把這些元素排在同一列有什么好處。

學生發(fā)現(xiàn)：它們的最外層電子數(shù)相同，所以性質相似;它們的電子層數(shù)從上到下遞增，則性質會遞變。如果把最外層電子數(shù)相同的元素，按電子層數(shù)遞增的順序由上而下排成縱行，則有利于了解陌生元素的性質。

教師引導：排在同一橫行的元素在結構上又有什么相同點和不同點呢？這樣的排序方式有什么優(yōu)點？

學生發(fā)現(xiàn)：同一橫行元素的電子層數(shù)目相同，從左到右原子序數(shù)遞增。有利于了解陌生元素的性質。

教師提出要求：請寫出這些元素的原子結構示意圖，嘗試從原子結構角度把元素重新排列。

學生活動：書寫原子結構示意圖，并利用自制學具重排元素周期表。

教師引導發(fā)現(xiàn)：請同學們認真觀察元素周期表的結構，了解每一周期能容納多少種元素，每一周期的最大原子序數(shù)是多少？并思考以下問題：

（1）4、5周期容納的元素種類比2、3周期多了幾種？多出的是哪一部分？

（2）6、7周期容納的元素種類比4、5周期多了幾種？多出的是哪一部分？

（3）族分幾種，分別用什么符號表示？族序數(shù)用什么數(shù)字表示？每一縱行對應哪一族？

（4）周期表中所含元素種類最多的族是哪一族？

學生通過自學和討論解決上述問題。

環(huán)節(jié)五：再行創(chuàng)新之路

教師布置任務：通過這節(jié)課的學習，大家對元素之間的本質聯(lián)系有了更深刻的認識，也看到周期表可以有各種各樣的呈現(xiàn)方式。請大家利用課余時間，發(fā)揮自己的聰明才智，制作有自己個性的元素周期表。

六、教學反思

從過程來看，在整節(jié)課教學中，學生樂于參與、樂于表達，小組之間有深層次的思維碰撞。學生在討論辨析的過程中，逐步整合已有知識、理清關系、學會判斷，其信息處理能力得到發(fā)展、分析判斷能力得到提升。從結果來看，學生對元素周期表的最佳排序的依據(jù)認可度高，能迅速按照最佳排序的依據(jù)給元素重新排序。學生在學習知識的同時體會科學家在發(fā)現(xiàn)周期表時面臨的困難和所做的重大貢獻，提高學習興趣，培養(yǎng)勇于探索的科學精神。這樣的教學設計比以前單純講知識點，定位更高，思維啟發(fā)更大，教育意義更深遠。

參考文獻

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