核心素養(yǎng)下基于化學史的任務驅(qū)動式教學設(shè)計與實踐

［摘 要］本文以“元素周期表”的教學為例，聚焦元素“位—構(gòu)—性”關(guān)系，沿著情境線、問題線、活動線、知識線、素養(yǎng)線等五條主線進行教學設(shè)計、探索與實踐，探尋基于化學史的任務驅(qū)動式教學對發(fā)展學生化學學科核心素養(yǎng)的獨特價值。

［關(guān)鍵詞］化學史；核心素養(yǎng)；任務驅(qū)動式教學；元素周期表

［中圖分類號］" " G633.8" " " " ［文獻標識碼］" " A" " " " ［文章編號］" " 1674-6058（2024）20-0065-06

一、問題的提出

《普通高中化學課程標準（2017年版）》從宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與平衡思想、證據(jù)推理與模型認知、科學探究與創(chuàng)新意識、科學態(tài)度與社會責任五個維度構(gòu)建了化學學科核心素養(yǎng)的內(nèi)容體系，提倡開展“素養(yǎng)為本”的教學[1]。學科核心素養(yǎng)導向下的任務驅(qū)動式教學設(shè)計與實踐是各學科教學落實“立德樹人”根本任務、強化課堂育人的主要渠道，也是化學學科核心素養(yǎng)“落地生根”的有效途徑，勢必將引領(lǐng)廣大教師從關(guān)注“學科教學”轉(zhuǎn)向“學科育人”，引導學校教育教學從關(guān)注“冷冰冰的分數(shù)”轉(zhuǎn)向“活生生的人”，引導學生從“解答問題”走向“解決問題”。

人教版高中化學必修1第四章第一節(jié)“原子結(jié)構(gòu)與元素周期表”是以“物質(zhì)的分類及轉(zhuǎn)化”和“元素及其化合物”作為知識基礎(chǔ)，并為后續(xù)“元素周期律”的學習做鋪墊，起到承前啟后的作用，更是聚焦元素“位—構(gòu)—性”關(guān)系開展學科觀念構(gòu)建、思維能力訓練的十分貼切的單元教學素材。這部分知識計劃安排三個課時，第一課時是原子結(jié)構(gòu)、核素，第二課時是元素周期表，第三課時是原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)。教材中本節(jié)內(nèi)容以2個“科學史話”介紹了原子結(jié)構(gòu)模型的演變和元素周期表的發(fā)展，為探索化學史與學科單元教學深度融合以培育學生學科核心素養(yǎng)和進行課堂思政育人的教學新途徑創(chuàng)造了條件。但在教學實踐中，很多教師將該內(nèi)容作為課堂教學的“花絮”穿插于化學課堂教學中，沒有深刻領(lǐng)悟到教材的編排意圖，使得化學史的教學價值未能得到充分展現(xiàn)，從而導致化學史與化學課堂教學嚴重脫節(jié)[2]。而且，不少教師對元素周期表發(fā)展史的探究過程缺少補充意識，不能有效引導學生探索和運用科學家繪制元素周期表的科學思維和方法，并將其遷移運用到真實問題的解決之中，這極大地削弱了學生對科學探究的體驗和對科學本質(zhì)以及化學觀念的理解，未能實現(xiàn)與新課程改革理念的深度交融[3]。本文以人教版高中化學必修1中的“元素周期表”的教學為例，探尋基于化學史的任務驅(qū)動式教學對發(fā)展學生化學學科核心素養(yǎng)的獨特價值。

二、教學目標

1.通過給元素分類、排序和觀察原子結(jié)構(gòu)示意圖、元素周期表結(jié)構(gòu)，并進行分析、對比、總結(jié)，培養(yǎng)學生的概括歸納能力與分類的思維方法。

2.通過探尋原子序數(shù)、核電荷數(shù)、質(zhì)子數(shù)、核外電子數(shù)的關(guān)系，勾畫元素周期表的結(jié)構(gòu)框架以及活用元素周期表，培養(yǎng)學生的變化觀和學以致用的能力。

3.通過元素“位—構(gòu)—性”關(guān)系開展學科觀念構(gòu)建、思維能力訓練，讓知識教學轉(zhuǎn)向觀念、思維、方法外顯。

4.通過元素周期表發(fā)展史的介紹，提升化學史的教學價值，讓學生感受科學家不畏艱難、勇于探索的科學精神。

5.通過元素周期表的應用，培養(yǎng)學生的科學探究精神、愛國主義精神和奉獻精神。

三、教學設(shè)計思路與教學思想

新課程背景下，聚焦學科觀念構(gòu)建的任務驅(qū)動式教學是當前深受教師青睞的教學方法。本節(jié)課采用“情境線、問題線、活動線、知識線、素養(yǎng)線”相融合的“五線式”任務驅(qū)動教與學的方式：以元素周期表的發(fā)現(xiàn)過程和演變歷程為主線（情境線）來創(chuàng)設(shè)真實的教學情境，激發(fā)學生的學習原動力和學習熱情；立足不同時段化學史的內(nèi)容以及貫穿其中的科學精神，以解決實際問題為學習任務，通過設(shè)置深層價值問題（問題線）不斷激發(fā)學生深度思考、深度交流、深度研討（活動線），并結(jié)合多媒體課件，讓每一個學生都投入到合作與探究的學習活動中，真實體驗、加深印象；通過生產(chǎn)生活中的真問題和真探究，深挖各時段化學史中所潛藏的化學知識和原理（知識線）以及能夠培育學生化學學科核心素養(yǎng)的重要價值（素養(yǎng)線）?！拔寰€”中的每一條線之間相互融合、融通、融匯，呈現(xiàn)出螺旋上升態(tài)勢，并耦合形成本節(jié)課的教學思想：基于元素周期表發(fā)現(xiàn)和演變的科學研究過程以及貫穿其中的科學精神，以多媒體課件等教學資源作為腳手架，通過學情、目標、情境、問題、任務、結(jié)構(gòu)、展示、作業(yè)、評價等形式開展自主學習與合作探究，探尋其中隱藏的化學知識、化學原理和化學學科核心素養(yǎng)。

四、教學環(huán)節(jié)

（一）各抒己見，尋找元素之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)

【問題引導】元素種類多種多樣：18世紀——30余種，19世紀——54種，現(xiàn)代——118種。元素的性質(zhì)有什么規(guī)律可循？元素之間有何內(nèi)在聯(lián)系？現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的100多種元素之間能否分類或有序排列？

【學生活動】

（1）交流討論，將圖1元素卡片中的前7種元素按照一定的依據(jù)進行分類。

（2）小組合作，將圖1中的9種元素卡片按照一定的依據(jù)進行排序，并粘貼在同一張標簽中。

【小結(jié)】（1）分類：按元素形成單質(zhì)時的狀態(tài)分組；按金屬元素和非金屬元素分組；按原子具有相同的最外層電子數(shù)進行分組；等等。（2）排序：一字長蛇陣型簡單元素表；表格型簡單元素表。

設(shè)計意圖：引導學生利用樹狀分類法對卡片中的已知元素進行分類、排序，從局部到整體，從短周期到長周期，從主族到副族，循序漸進地構(gòu)建簡單的元素表。一來培養(yǎng)、鞏固學生的分類觀和分類思想，使其學會利用分類思維方法解決問題。二來培養(yǎng)學生的信息提取力、觀察力、表達力。三來讓學生從科學家的視角初步感受元素的簡單排列依據(jù)，為學生學習元素周期表的編排原則做鋪墊，培養(yǎng)學生的思維能力。

（二）融貫古今，體驗科學家編制元素周期表的探究過程

【教師活動】教師呈現(xiàn)化學史料，引導學生追尋化學家的足跡，探究元素周期表的編制過程。

【化學史料1】拉瓦錫的元素分類表（1789年）。

1789年，法國化學家拉瓦錫在《化學概要》一書中提出了第一個元素分類表（如表1），將元素分為金屬、非金屬、氣體和土質(zhì)四大類。

【化學史料2】德貝萊納的“三素組”（1829年）。

1829年，德國化學家德貝萊納根據(jù)元素性質(zhì)的相似性提出了“三素組”學說。將當時已知的54種元素中的15種分成5組（部分元素如表2所示）。

【評價】每組三元素的性質(zhì)相似，且中間元素的原子量等于兩側(cè)元素原子量的算術(shù)平均值。

【化學史料3】尚古多的“螺旋圖”（1862年）。

1862年，法國地質(zhì)學家尚古多提出了“元素的特性取決于相對原子質(zhì)量的數(shù)值”的論點，將當時已知的62種元素按相對原子質(zhì)量大小循序標記在一個圓周線分成16份的圓柱體的螺旋線上（如圖2），性質(zhì)相似的元素出現(xiàn)在同一條縱線上，如Na、K。但性質(zhì)不同的S和Ti也在同一條縱線上，這體現(xiàn)了尚古多螺旋圖的不足。

【評價】從相對原子質(zhì)量出發(fā)，從局部到整體考慮所有元素之間的關(guān)系。

【化學史料4】紐蘭茲的“八音律”（1864－1866年）。

1864－1866年，英國青年化學家紐蘭茲把當時已知的62種元素整理成為一個７行８列的表格（如表3），不直接使用相對原子質(zhì)量，而是使用了元素的號數(shù)，這點打破了先例。

【評價】將整張表填滿，部分位置放置了２個不同的元素，掩蓋了元素性質(zhì)的獨特性，而且一旦發(fā)現(xiàn)新元素，必然會打破整張表的布局。

【化學史料5】門捷列夫的元素周期表（1869、1871年）。

1869年，俄國化學家門捷列夫繼承和突破了前人的研究經(jīng)驗，對當時已發(fā)現(xiàn)的63種元素按照相對原子質(zhì)量從小到大排列，并將化學性質(zhì)相似的元素放在同一個縱行，繪制出了第一張元素周期表。1871年，門捷列夫發(fā)表第2張元素周期表（如表4），他依據(jù)相對原子質(zhì)量遞增的順序進行橫排，使同族元素處于同一列，一格一種元素，元素之間允許有空位，還添加了新的排布依據(jù)，如元素最高價的氧化物、最低價的氫化物、族和周期，并運用元素周期律預言了“類鋁”（鎵）、“類硼”（鈧）、“類硅”（鍺）。

門捷列夫的元素周期表是20世紀末化學史上的重要理論成就之一，具有里程碑意義。

【學生活動】談談對元素周期表編制史的感悟。

【學生回答】科學研究與發(fā)現(xiàn)是一個漫長的過程，我們要有毅力，靜待花開；科學研究與發(fā)現(xiàn)是站在巨人的肩膀上不斷完善和創(chuàng)新的過程，我們不能盲從，要守正創(chuàng)新；科學研究與發(fā)現(xiàn)需要豐富的想象力，要敢于做“白日夢”和堅持追求夢想……

設(shè)計意圖：采用“情境線、問題線、活動線、知識線、素養(yǎng)線”相結(jié)合的五線式探究教學，從時間、人物、事件、評價等維度對元素周期表的發(fā)展歷程進行細致品讀，通過提問、引導、啟發(fā)的形式開展探究，挖掘每段化學史蘊藏的化學知識，探尋科學本質(zhì)，從科學家的角度感知科學研究與發(fā)現(xiàn)，培養(yǎng)學生敢于質(zhì)疑、勇于探索的精神，落實“立德樹人”根本任務。

【展示】展示現(xiàn)行元素周期表。

【問題引導】

（1）完成教材第89頁“思考與討論”，找出原子序數(shù)與原子結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。

（2）觀察元素周期表，結(jié)合1～18號元素的原子結(jié)構(gòu)，歸納元素周期表的編排原則和結(jié)構(gòu)框架（橫行數(shù)、周期序數(shù)、縱列數(shù)、族數(shù)、族類數(shù)及其表示方法）。

（3）小組合作，探尋元素周期表中的序差規(guī)律。

【學生活動】自主、合作、探究。

（1）教材第89頁的“思考與討論”。

（2）元素周期表的編排原則和結(jié)構(gòu)框架歸納如下：

（3）元素周期中的序差規(guī)律：

①過渡元素最外層電子數(shù)一般不等于族序數(shù)，最外層電子數(shù)只有1～2個（46號Pd是18個）。

②最外層電子數(shù)為3、4、5、6、7的元素一定是主族元素；最外層電子數(shù)為1或2的元素可能是主族、副族或0族（He）元素。

（三）爭奇斗艷，切身感受元素周期表的特殊內(nèi)涵

【問題引導1】

（1）什么是過渡元素？

（2）什么是元素分界線？

（3）連線常見族所含元素的特別名稱：

①第IA族（初氫）" " " "a.稀有氣體元素

②第ⅦA族" " " " " " " " "b.堿金屬元素

③0族" " " " " " " " " " " " " c.鹵族元素

（4）填寫元素周期表方格內(nèi)符號的含義：

（5）準確描述元素在周期表中的位置，如Cl、Ca。

（6）根據(jù)Si在元素周期表中的位置（第三周期第ⅣA族），畫出Si原子的結(jié)構(gòu)示意圖。

【歸納提升】元素“位—構(gòu)—性”關(guān)系模型：

【問題引導2】

（1）超重元素Ts的質(zhì)子數(shù)為117，其原子結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示，請描述Ts元素在元素周期表中的位置。

（2）同一主族的元素一定都是金屬元素或非金屬元素嗎？元素有什么分布規(guī)律？

（3）哪個周期的元素種類最多？族呢？

（4）同周期相鄰主族元素的原子序數(shù)是不是都相差1？請舉例說明。

【學生活動】

第ⅡA族元素后面可能是第ⅢA族也可能是第ⅢB。

第ⅡA族和第ⅢA族的原子序數(shù)差可能為1、11、25。

設(shè)計意圖：以問題驅(qū)動的方式推動課堂教學，讓學生深度認識元素周期表的結(jié)構(gòu)，建立元素位置、原子結(jié)構(gòu)與物質(zhì)性質(zhì)之間的深層次關(guān)系，實現(xiàn)從“建?！钡睦碚摲治鲞^渡到“用模”的實踐應用。

（四）百花齊放，激活元素周期表的初心使命

【問題引導】閱讀課本第111頁，談談元素周期表在生產(chǎn)生活中有哪些應用，并勾畫在元素周期表基本框架中。

【學生活動】勾畫元素周期表基本框架：

【學生活動】完成下列實踐性作業(yè)

（1）繪制一張元素周期表。

（2）查閱資料，了解元素周期表的前世今生，寫一篇小論文。

設(shè)計意圖：通過實踐型作業(yè)，從整體上深層次理解元素周期表的規(guī)律，感悟元素周期表在生活、生產(chǎn)、科研等領(lǐng)域所呈現(xiàn)出的巨大價值，提升學生的科學態(tài)度與社會責任感。

五、教學反思

1.本課例是一節(jié)以發(fā)展化學學科核心素養(yǎng)為主旨的任務驅(qū)動式教學探究課。本節(jié)課引領(lǐng)學生通過分析、推理等方法建立原子結(jié)構(gòu)與元素位置的關(guān)聯(lián)，認識元素周期表的排序依據(jù)、發(fā)展過程和基本框架，從特殊到一般，建立元素“位—構(gòu)—性”關(guān)系模型，并運用模型解釋化學現(xiàn)象，揭示化學本質(zhì)和規(guī)律，再回到應用層面，達到學以致用的目的。課后安排的應用型任務是本節(jié)課的點睛之筆。

2.從化學教材中摘取了大量的化學史料，這些豐富的化學史是創(chuàng)設(shè)真實教學情境的好素材，其對化學知識、方法、原理的學習和科學思維、學科核心素養(yǎng)的提升均具有獨特的價值。本節(jié)課的教學中將元素周期表的發(fā)現(xiàn)與演變歷史作為教學明線，引導學生從科學家的視角體驗這一歷程，從而深化學生對科學本質(zhì)及化學觀念的理解，并促使其掌握科學的研究方法，重構(gòu)知識體系，展開深度學習。同時，這也增強了化學學科的人文魅力，促進學科核心素養(yǎng)培養(yǎng)目標在教學實踐中落地生根。

3.本文以元素周期表史料為載體，挖掘化學知識背后的過程、方法和思想等的內(nèi)涵，并靈活設(shè)計了多元科學探究活動，引導學生自主、合作、探究學習，樹立“任何有學術(shù)意義的研究都是從問題出發(fā)的探索而非從已有知識框架出發(fā)的學習”的科學態(tài)度，從而彰顯化學史促進學生學科核心素養(yǎng)發(fā)展的獨特價值。

4.本課例立足學情，在單元教學和課程思政視角下，遵照課程目標、評價目標的要求，從任務驅(qū)動、化學學科核心素養(yǎng)落實、課程思政育人以及課堂效果等角度進行教學實踐，探索搭建化學新教學的實踐階梯，幫助廣大教師樹立從鉆研到共研、從高質(zhì)到高效的專業(yè)化成長意識，為區(qū)域高中學校深化課程教學改革，走“高品質(zhì)、有內(nèi)涵、高質(zhì)量”的發(fā)展之路作出有意義的探索。

［" "參" "考" "文" "獻" "］

[1]" 中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準：2017年版[M].北京：人民教育出版社，2018.

[2]" 張娟，姜建文.基于化學史的“元素周期表”教學設(shè)計[J].化學教育（中英文），2017（17）：75-81.

[3]" 孟獻華，倪娟.基于化學史的教學設(shè)計模型與應用［J］.化學教育，2016（1）：74-81.

（責任編輯 羅 艷）