高中化學(xué)教材“元素周期律”的進(jìn)階設(shè)計(jì)研究

【摘要】新課改從學(xué)生的全面發(fā)展需求出發(fā)，對(duì)化學(xué)教材進(jìn)行大幅度改編。為實(shí)現(xiàn)高中化學(xué)教材“元素周期律”的進(jìn)階設(shè)計(jì)，文章基于新課改，以新人教版化學(xué)教材為例，分析教材中“元素周期律”概念呈現(xiàn)特點(diǎn)，并以學(xué)習(xí)進(jìn)階為角度，設(shè)計(jì)“元素周期律”的進(jìn)階層級(jí)模型，最后基于高中化學(xué)教學(xué)實(shí)際情況，為教師使用新人教版教材組織教學(xué)活動(dòng)給予針對(duì)性建議，充分挖掘化學(xué)教學(xué)中的理論知識(shí)，提升教師對(duì)化學(xué)教材的認(rèn)知理解，助力構(gòu)建高質(zhì)量的化學(xué)課堂。

【關(guān)鍵詞】新課改；高中化學(xué)；新人教版；“元素周期律”

【中圖分類號(hào)】G633.8【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A【文章編號(hào)】1004—0463（2023）19—0075—05

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡(jiǎn)稱“新課標(biāo)”）中以不同進(jìn)階維度對(duì)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)與化學(xué)學(xué)業(yè)質(zhì)量水平進(jìn)行層級(jí)劃分與精準(zhǔn)描述，強(qiáng)調(diào)新教材的內(nèi)容編排與教師教學(xué)的呈現(xiàn)順序需以學(xué)生認(rèn)知發(fā)展程度為根本，以滿足不同層次學(xué)生的水平需求。同時(shí)由于高中化學(xué)知識(shí)點(diǎn)細(xì)而繁雜，涵蓋了30個(gè)專題知識(shí)點(diǎn)、120個(gè)關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)以及300多條必考知識(shí)點(diǎn)，且實(shí)際授課時(shí)留給化學(xué)教學(xué)的課時(shí)有限，導(dǎo)致在應(yīng)試教育的驅(qū)動(dòng)下，化學(xué)課堂過于重視學(xué)生對(duì)化學(xué)知識(shí)的理解與應(yīng)用，而忽略了學(xué)生化學(xué)素質(zhì)與思想價(jià)值的塑造，最終造成高中化學(xué)課堂實(shí)效性偏低，難以培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)[1]。所以，通過深入分析當(dāng)前高中化學(xué)教學(xué)需求，本文在新課改背景下，以新人教版化學(xué)教材為例，通過以必修1和選修2中“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”和“元素周期律”內(nèi)容為研究對(duì)象，深入研究高中化學(xué)教材中“元素周期律”的進(jìn)階設(shè)計(jì)，以明確“元素周期律”概念呈現(xiàn)特點(diǎn)，構(gòu)建學(xué)習(xí)進(jìn)階模型，并提出相應(yīng)教學(xué)策略，為“元素周期律”知識(shí)點(diǎn)以及其他化學(xué)知識(shí)點(diǎn)教學(xué)提供借鑒參考。

一、新教材“元素周期律”知識(shí)點(diǎn)呈現(xiàn)特點(diǎn)

“元素周期律”是指元素的性質(zhì)隨著元素的原子序數(shù)（即原子核外電子數(shù)或核電荷數(shù)）的遞增呈周期性變化的規(guī)律。在新舊教材中，學(xué)生對(duì)于“元素周期律”知識(shí)點(diǎn)的理解均是從物質(zhì)的俗稱和性質(zhì)角度出發(fā)認(rèn)知物質(zhì)變化及其變化的多樣性[2]。為進(jìn)一步明確新人教版教材“元素周期律”概念呈現(xiàn)特點(diǎn)，以學(xué)科特性、核心素養(yǎng)為切入點(diǎn)，對(duì)比新舊教材對(duì)于“元素周期律”概念的內(nèi)容編排，為下一階段“元素周期律”進(jìn)階層級(jí)模型設(shè)計(jì)給予理論支持。

1.學(xué)科特性更為突出。新舊教材關(guān)于“元素周期律”知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容序列對(duì)比見下表1。從表1可以看出，通過對(duì)比舊教材，新教材對(duì)于“元素周期律”知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容編排順序有所改變，是從介紹原子結(jié)構(gòu)入手，引導(dǎo)學(xué)生了解元素性質(zhì)與原子核的關(guān)系，明確原子核外電子排布規(guī)律；在此基礎(chǔ)上，再進(jìn)行元素周期表結(jié)構(gòu)教學(xué)，讓學(xué)生理解元素周期表的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；最后引入元素的性質(zhì)與原子結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生深入探究同主族元素的性質(zhì)與原子結(jié)構(gòu)，使學(xué)生可基于微觀本質(zhì)分析宏觀問題。并且，新教材在內(nèi)容編排中，還將原本融入“元素的性質(zhì)與原子結(jié)構(gòu)”與“原子核外電子排布規(guī)律”板塊中的“原子結(jié)構(gòu)”知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行提取整合，作為單獨(dú)教學(xué)的一部分放在元素周期表學(xué)習(xí)之前，為學(xué)生掌握元素周期表內(nèi)容奠定良好基礎(chǔ)，更能體現(xiàn)出化學(xué)學(xué)科是以研究物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)為主的科學(xué)[3]?？梢?，新教材的學(xué)科特性更為突出。

2.核心素養(yǎng)更為外顯。通過進(jìn)一步對(duì)比新舊教材的內(nèi)容編排，發(fā)現(xiàn)新教材在“元素周期律”知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)上，更注重引導(dǎo)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的遷移應(yīng)用，致力讓其在腦海中形成“位—構(gòu)—性”的認(rèn)知模型，即原子結(jié)構(gòu)可決定元素在元素周期表中的位置，也可用于決定、解釋與預(yù)測(cè)金屬性、非金屬性以及電離能、電負(fù)性等元素的形式；反之，元素性質(zhì)也可直觀反映出該元素在周期表的位置與原子結(jié)構(gòu)。以期通過認(rèn)知模型的構(gòu)建，在化學(xué)教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)中掌握理論知識(shí)，充分發(fā)揮化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)功能，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。例如，新教材在針對(duì)“同周期、同主族元素性質(zhì)的遞變”實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，首先，將實(shí)驗(yàn)?zāi)康木呋癁椋孩偌由顚W(xué)生對(duì)同周期、同主族元素性質(zhì)遞變規(guī)律的理解。②使學(xué)生了解元素周期表和元素周期律在學(xué)習(xí)元素化合物知識(shí)中的重要作用。實(shí)現(xiàn)了“元素周期律”知識(shí)點(diǎn)的核心概念與實(shí)驗(yàn)問題解決融為一體，凸顯化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)發(fā)展功能。其次，新教材將實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分為“探究同主族元素性質(zhì)的遞變（鹵素）”與“探究同周期元素性質(zhì)的遞變（第三周期）”兩個(gè)板塊，引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計(jì)部分實(shí)驗(yàn)，如Mg與冷水和熱水的反應(yīng)、MgCl2和AlCl3與堿的反應(yīng)等，實(shí)現(xiàn)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)。最后，為進(jìn)一步發(fā)散學(xué)生化學(xué)思維，提升其核心素養(yǎng)，在實(shí)驗(yàn)后期也設(shè)置了獨(dú)立的“問題和討論”環(huán)節(jié)，使學(xué)生可根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)論思考，認(rèn)知元素周期律對(duì)元素化合物知識(shí)學(xué)習(xí)的指導(dǎo)作用，對(duì)學(xué)生形成以辯證思維為主的化學(xué)學(xué)科思想起到助力作用[4]。

3.“元素周期律”進(jìn)階層級(jí)模型設(shè)計(jì)。新課標(biāo)確定原子結(jié)構(gòu)、元素周期表、元素周期律、電負(fù)性以及電離能為“元素周期律”的學(xué)習(xí)核心概念，所以在學(xué)習(xí)進(jìn)階下，“元素周期律”的進(jìn)階模型如表2所示。

從表2可以看出，在學(xué)習(xí)進(jìn)階下，“元素周期律”的進(jìn)階模型共包括觀念、識(shí)別、形式化、建構(gòu)、生成這五個(gè)進(jìn)階層次，分別代表了1～5個(gè)進(jìn)階水平，且每個(gè)進(jìn)階水平下提出了對(duì)學(xué)生知識(shí)能力的不同要求，對(duì)應(yīng)了“元素周期律”中原子結(jié)構(gòu)、元素周期表、元素周期律、電負(fù)性以及電離能這五大核心概念。例如，新教材必修1第四章《物質(zhì)結(jié)構(gòu)元素周期律》第一節(jié)“原子結(jié)構(gòu)與元素周期表”就對(duì)應(yīng)了“識(shí)別”這一進(jìn)階層次，進(jìn)階水平為2。教師在實(shí)際教學(xué)時(shí)，以化學(xué)史“原子結(jié)構(gòu)完善人們對(duì)元素周期表的認(rèn)知”為引，教學(xué)質(zhì)量數(shù)、電子層、原子核外電子的排列等理論知識(shí)，幫助學(xué)生理解如何利用原子結(jié)構(gòu)解釋元素周期表、用元素周期表推導(dǎo)原子結(jié)構(gòu)的合理性、分析元素的性質(zhì)，并在此基礎(chǔ)上探析元素周期表的結(jié)構(gòu)，挖掘元素周期表中蘊(yùn)含的知識(shí)信息，達(dá)成教學(xué)目的[5]。因此，基于新教材的內(nèi)容編排與“元素周期律”進(jìn)階層級(jí)模型，繪制了“元素周期律”進(jìn)階層級(jí)圖，如下圖1所示。

“元素周期律”進(jìn)階層次圖可直觀地看出原子結(jié)構(gòu)、元素周期表、元素周期律、電離能與電負(fù)性這五個(gè)核心概念的理論難度從低到高的邏輯關(guān)系，由內(nèi)而外地呈現(xiàn)出了“元素周期律”觀點(diǎn)生成到實(shí)際使用的遞進(jìn)過程，有效梳理了新教材中有關(guān)“元素周期律”的相關(guān)概念，并與新課標(biāo)所提出的“位—構(gòu)—性”認(rèn)知模型形成對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而為化學(xué)教師實(shí)踐教學(xué)提供了扎實(shí)的理論支撐。

二、進(jìn)階層級(jí)模型下“元素周期律”的教學(xué)策略

通過深入分析高中化學(xué)新人教版教材“元素周期律”知識(shí)點(diǎn)呈現(xiàn)特點(diǎn)以及對(duì)“元素周期律”進(jìn)階層級(jí)模型的設(shè)計(jì)構(gòu)建，發(fā)現(xiàn)在新課改背景下，新教材的內(nèi)容編著、實(shí)驗(yàn)設(shè)置以及習(xí)題編制均能體驗(yàn)出學(xué)習(xí)進(jìn)階的思路理念。因此，在“元素周期律”進(jìn)階層次模型下，教師更要合理使用新教材開展“元素周期律”的相關(guān)教學(xué)，助力學(xué)生知識(shí)水平階段的提升。

1.圍繞核心概念，注重認(rèn)知進(jìn)階。在進(jìn)階層級(jí)模型下，化學(xué)教師應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注新教材內(nèi)容中所蘊(yùn)含的進(jìn)階邏輯，圍繞原子結(jié)構(gòu)、元素周期表、元素周期律、電離能與電負(fù)性這五個(gè)核心概念，確保教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)和學(xué)科能力相互匹配，完成高質(zhì)量教學(xué)。

如，選修1第四章元素周期律知識(shí)進(jìn)階水平劃分緊緊圍繞著上文所提出的元素周期律等五個(gè)核心概念，并按照概念的難度，對(duì)第四章元素周期律知識(shí)進(jìn)階水平劃分。經(jīng)知識(shí)進(jìn)階水平劃分后，教師可在教學(xué)活動(dòng)前明確本章內(nèi)容的知識(shí)難度。在實(shí)際教學(xué)活動(dòng)開展時(shí)，可先帶領(lǐng)學(xué)生復(fù)習(xí)以前的教學(xué)，從已知的鈉元素和氯元素的性質(zhì)開始，將“思考與討論”“探索”等多個(gè)欄目整合到新教材中，明確同一周期、同一主體中元素性質(zhì)的漸進(jìn)變化。幫助學(xué)生弄清基本概念和基本概念之間的高級(jí)關(guān)系，并預(yù)先構(gòu)建認(rèn)知模型，打破學(xué)生在學(xué)習(xí)化學(xué)元素時(shí)，只割裂分析單一元素、死記硬背的認(rèn)知壁壘，以此完成高質(zhì)量的課堂教學(xué)[6]。

2.基于科學(xué)發(fā)展，培養(yǎng)核心素養(yǎng)。新教材在新課標(biāo)目標(biāo)的引導(dǎo)下，教材內(nèi)容編排更加注重以“素養(yǎng)為本”。通過設(shè)計(jì)“元素周期律”進(jìn)階層級(jí)模型可以發(fā)現(xiàn)，原子結(jié)構(gòu)、元素周期表、元素周期律、電離能與電負(fù)性這五個(gè)核心概念的歷史進(jìn)程與新教材“元素周期律”知識(shí)點(diǎn)的內(nèi)容編排順序完全一致?？梢姡瘜W(xué)教師在依托進(jìn)階層級(jí)模型下開展元素周期律教學(xué)時(shí)，可基于核心概念的難度進(jìn)階，選擇符合當(dāng)前教學(xué)知識(shí)點(diǎn)的科學(xué)史實(shí)，建構(gòu)深層次的認(rèn)知模型。例如，電負(fù)性最初被貝采尼烏斯認(rèn)為是原子吸引電子的能力，后來被認(rèn)為是第一電離能和第一電子親和能的算術(shù)平均值，直到萊納斯·卡爾·鮑林確認(rèn)了電負(fù)性的實(shí)驗(yàn)尺度，并通過他人修正得到了學(xué)術(shù)界的認(rèn)可，才得到了教科書中對(duì)電負(fù)性的描述。通過這一科學(xué)史實(shí)的講述，學(xué)生意識(shí)到電負(fù)性是一種理想化的思維模型，用于定量解釋元素的性質(zhì)，不僅可以更好地理解電負(fù)性的性質(zhì)，而且可以意識(shí)到假設(shè)和預(yù)測(cè)是建立模型的自然途徑，從而充分發(fā)揮化學(xué)史的科學(xué)規(guī)律和理論功能，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)有著重要意義。

3.注重課后習(xí)題，發(fā)揮診斷作用。新人教版教材中，增設(shè)了“練習(xí)與應(yīng)用”“復(fù)習(xí)與提高”這兩大板塊，進(jìn)一步幫助化學(xué)教師實(shí)現(xiàn)了完整的教學(xué)閉環(huán)。因此，化學(xué)教師應(yīng)從注重課后習(xí)題入手，根據(jù)“元素周期律”知識(shí)點(diǎn)進(jìn)階層次與進(jìn)階水平的不同，選擇與其適配的課后習(xí)題，切實(shí)發(fā)揮習(xí)題在化學(xué)課堂教學(xué)中的診斷作用，助力學(xué)生鞏固課堂理論知識(shí)。例如，必修1第四章第一節(jié)“原子結(jié)構(gòu)與元素周期表”中原子結(jié)構(gòu)理論知識(shí)的進(jìn)階層次主要集中在識(shí)別層次上，所以在課后習(xí)題的選擇中，化學(xué)教師也要以“識(shí)別層次”為主，檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握程度，可以陌生元素（Ti、Ge、Og等）為介質(zhì)，讓學(xué)生嘗試分析其原子結(jié)構(gòu)、核外電子等內(nèi)容，檢測(cè)學(xué)生從微觀本質(zhì)探討宏觀現(xiàn)象，考查學(xué)生理論知識(shí)的掌握程度、認(rèn)知層次以及核心素養(yǎng)的發(fā)展程度，以此提高化學(xué)教學(xué)效率。

綜上所述，新課改背景下高中化學(xué)教學(xué)強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)。而在“元素周期律”教學(xué)中，新人教版教材更加重視發(fā)揮核心概念對(duì)元素化合物知識(shí)學(xué)習(xí)的指導(dǎo)作用。因此，通過“元素周期律”進(jìn)階層級(jí)模型的構(gòu)建，可幫助教師在教學(xué)前深入了解新教材，體會(huì)新教材的編寫意圖，明確“元素周期律”相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)價(jià)值。同時(shí)，在進(jìn)階層級(jí)模型指導(dǎo)下，教師可以圍繞核心概念、基于科學(xué)發(fā)展、注重課后習(xí)題為切入點(diǎn)，豐富課堂教學(xué)環(huán)節(jié)，完善課堂教學(xué)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)

[1]陳貞芳.基于三大版本的高中化學(xué)核心素養(yǎng)培育的教學(xué)實(shí)踐——“元素周期律和元素周期表”為例[J].福建教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2022（11）：68-70.

[2]白建娥.高中化學(xué)必修與選擇性必修教材融合的教學(xué)策略——以“原子結(jié)構(gòu)與元素周期律”為例[J].化學(xué)教育（中英文），2021（09）：45.

[3]楊桂榕，鄭長(zhǎng)龍.基于學(xué)科理解的元素周期律的教學(xué)設(shè)計(jì)[J].化學(xué)教學(xué)，2022（10）：39-43.

[4]陳飄露，朱文娟，胡明雪，等.基于發(fā)展科學(xué)探究能力的高中化學(xué)教學(xué)實(shí)踐——以“元素周期律”章節(jié)為例[J].安徽化工，2021（01）：147-150.

[5]居鳴富，高翔.基于科學(xué)精神培養(yǎng)的高中化學(xué)教學(xué)實(shí)踐——以“元素周期律”為例[J].化學(xué)教育（中英文），2020（07）： 33-37.

[6]朱鵬飛，陳敏，孫逸明.化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)導(dǎo)向的教學(xué)設(shè)計(jì)——以“元素周期律”為例[J].化學(xué)教學(xué)，2019（10）：37-42.

編輯：張昀