核心素养视角下高中化学课堂教学探究活动设计

喻俊 唐乐天

摘要： 从整体把握教材设计意图出发，以“元素周期律”教学为载体，运用任务驱动的教学策略，以学生活动为主体，主动探寻元素周期律，并尝试构建元素周期表。在任务的解决过程中学会比较、归纳、演绎、解释等科学探究方法，在课堂上落实学科核心素养，发展学生的高阶思维。

关键词： 元素周期律; 元素周期表; 任务驱动; 核心素养; 教学设计

文章编号： 1005-6629（2019）8-0067-04            中图分类号： G633.8            文献标识码： B

高中化学核心素养是高中生发展核心素养的重要组成部分，是学生具有化学学科特质的关键能力和必备品格。如何将化学核心素养的培养落实在课堂教学中，成为深化课改中广大一线教师面临的新考验、新任务。如何在课堂教学中培养学生的化学学科核心素养？王云生教授认为，这个过程蕴含了教师教学模式和学生学习方式的变革，这就要求学科教学要给予基于问题的、合作与探

究的构建式学习。需要选择或创设合理的学习情景，通过适当的学习活动以促进学习的发生，让学习者在与情景的持续互动中，不断尝试问题解决的过程中形成学科观念、学科思维模式和探究技能，发展核心素养[1]。

1  问题背景

“元素周期律”是上海科技出版社化学（高二第一学期）第8章第一节的内容[2]。作为高中化学知识中最具规律性的知识之一，它对促进学生发展有多方面重要的价值。这是因为元素周期律揭示了元素之间的内在联系，反映了元素在周期表中的位置与元素性质以及结构之间的关系。它能够帮助学生完善化学认知结构，摆脱化学元素及其化合物知识繁、乱、散的状态。在化学知识系统化学习过程中，元素周期律起到了重要的作用。

在教学实践中，不少课堂教学都是按照教材设计，让学生直接寻找1～18号元素的主要化合价（最高正价、最低负价）、原子半径的周期性变化规律。笔者认为，1～18号元素种类太少，元素性质的规律不足以体现。比如，强行将化合价规律分成3段（1～2、 3～10、 11～18），而这3段规律差异性本身就很大，不够典型;再如，在元素众多的性质中，直接让学生归纳化合价的规律、原子半径大小规律，少了些“探究”的意味。因而，本课尝试从新的视角创设学习任务，让学生在学习活动中逐步形成未来遇到相似问题解决所需要的学科观念、思维模式和方法，促进学生化学学科核心素养的发展。

2  教学思路与过程

基于上述教学理念，本课时设计为给元素排序、给元素有规律地排列、揭示元素规律的本质3个学习任务，让学生重温元素周期律的发生、发展过程。通过学生的探究互动、实验活动、数据资料的归纳整理等形式，主动汲取知识，获得规律，掌握元素周期律的相关知识和学习方法。

2.1  任务1——给元素排序

（1） 给14种元素排序。将全班学生分成几个小组，每个小组随机抽选一副卡片。卡片分A、 B兩种类型，每类卡片有3～9、 11～17号元素共14张，每张卡片上都呈现了某一种元素的原子半径、原子量、单质状态、单质密度、单质熔点和沸点、溶解性、元素主要化合价等信息，唯一不同的是A类卡片中多了该元素的原子结构示意图。抽选卡片后，学生根据卡片信息自主选择排序依据，将14种元素进行排序，结果如表1所示。

活动中，持A类卡片的小组很快就确定了排序结果。用原子结构进行快速排序，体现了科学技术对化学学科发展起到的促进作用;而按照原子量排序则是模仿了早期科学家的探究活动，通过这一活动拉近学生与科学家的距离，让学生尝试沿着科学家的足迹去感受发现的过程，体验研究中实验的重要性、科学真理的相对性，更好地理解科学本质。抽到A类卡片小组在排列时会发现元素的序号并不是连续变化的（缺少第10号元素），这也是模拟了科学发展过程中的情景，即一开始科学家发现的元素种类较少，且不是连续的，缺失了某些元素，这种“情境再现”让学生坦然接受科学研究中的“意外”。

（2） 给7种元素排序。每个小组领取相应的19～20， 31～35号共7张元素卡片（仍分为A、 B两种类型），根据之前的排序依据继续进行排序，呈现出来的结果均为： Li、 Be、 B、 C、 N、 O、 F、 Na、 Mg、 Al、 Si、 P、 S、 Cl、 K、 Ca、 Ga、 Ge、 As、 Se、 Br（这是因为质子数的递增也会引起原子量的递增，所以排出的序列是一样的，在该范围内此规律是符合的）。在两组学生对元素进行排序的过程中，均会发现不论是原子量或者质子数都不如之前的元素有规律地递变，此时对排序的意见就开始出现差异： 一部分学生是在14种元素序列基础上连续排序，另一些学生则是在连续排序的基础上，在Ca与Ga之间留有空隙（为未知元素留下位置）。教学中利用学生意见的差异，引导学生思考哪一种是最合理的，旨在逐步让学生认识到质子数才是决定元素序数的本质。

2.2  任务2——给元素有规律地排列

（1） 给21种元素进行有规律的排列。学生在接到任务后，会立马抓住“规律”的字眼，迅速寻找各元素的相同或相似之处。而这种相似的指引会使学生迅速将关注点聚焦到“元素主要化合价”“单质状态”上。通过小组间的交流讨论，学生会发现单质状态除了能够将元素进行分类外，难以进行有规律地排列。最终，各小组根据元素主要化合价进行排序，呈现出的结果有2种，如表2所示。

第1种情况正好体现了学生在进行有规律排列时的“意外”，或者说是“特例”。学生认为，从最高正价来看，O、 F无最高正价，无处可放;而第2种情况学生则认为，从最高正价来看，O、 F虽然无最高正价，但从最低负价来看，可放在相应位置。教学中正好抓住这一点，引导学生回忆引起元素化合价变化的本质原因，尝试解释氧（O）、氟（F）两种元素没有+6、+7价的原因。这一活动在落实教学重点、突破教学难点的基础上，也为后续学习元素非金属性递变规律奠定基础。最终学生在综合分析元素的原子量、原子结构的基础上，排列为第1种情况的小组同意可按照第2组排列。

（2） 对He、 Ne、 Ar、 Kr有规律地排列。特别要说明的是，这四种元素的信息卡片上没有原子半径信息。面对突然增加的元素，学生会在观察化合价规律性变化的基础上进行排列。各小组呈现出的结果有2种，具体如表3所示。

学生认为，按照元素的主要化合价排列，He、 Ne、 Ar、 Kr元素的化合价均为0价，可以排在+1价前面;此时有学生提出，按照前述排列，元素的原子结构就会出现每一行的第一列电子层数都会比其余列的少1层，这种有规律的排列只关注了化合价;如果将这4种元素按照第2种排列，既有化合价的规律，也有原子结构电子层相同的规律，规律性更强。

（3） 给H、 Fe、 I元素排列。每个小组领取相同的Fe、 I两种元素卡片，根据卡片中的信息将二者进行排序。在已有经验基础上，学生会结合化合价与原子结构的规律，将H、 Fe、 I进行排列。排列出来的结果差异主要是在H和Fe上。对H来说，一种是按照最高正价+1和最低负价-1，分别排在Li的上方、F的上方。对Fe来说，一种是直接插在Ca和Ga中间，使得原有行和列元素的相对位置排列错位，导致排列变得无序;另一种是Fe插在Ca和Ga中间，同时将第二、三、四行相应列（B对应的一列）都往右拉开，维持原有排列规律不变，但整体结构发生了变形。这个活动的目的是充分结合已经学过的碘、铁相关知识，利用其独特的性质和原子结构来进行排列，使学生思维发生碰撞，在活动中顺利构建起元素周期表的雏形。

2.3  任务3——揭示元素规律的本质

（1） 探究元素规律与原子结构的关系。在对元素进行排序和有规律地排列后，教师引导学生回顾引起元素化合价发生规律性变化的本质原因，并继续观察除了化合价以外，原子半径变化是否有规律，可尝试以画图的形式呈现（发给学生坐标纸）。如果有，这种规律和化合价的变化规律是否相同？学生通过观察元素卡片信息，描绘图像并发现规律。部分学生会发现，最后一列的元素（稀有气体元素）都缺少了原子半径数据。当越来越多的学生发现这一“意外”后，可以告诉学生这是由于原子半径的测量规则不同，不具有可比性，引导学生认识到原子半径测量規则的多样性和当时的局限性。

（2） 阅读课本，体会“元素周期律”的概念内涵。通过阅读课本，学生知道了元素的性质随着元素核电荷数的递增而呈现周期性变化的规律叫做元素周期律。元素周期律是元素原子核外电子排布随着元素核电荷数的递增发生周期性变化的必然结果。可以看出，元素周期律体现着事物变化由量变引起质变和对立统一的规律。其中“周期”一词除了在描述元素主要化合价、原子半径的规律性变化，同时也蕴含了类比的思想方法。周期的概念在数学、物理中出现非常多，也常出现在人们的日常生活中，所以在这里可以引导学生讨论“周期”的内涵，有助于学生形成感性的认识，使其在化学中理性化、规范化。

3  教学反思

3.1  重视学生实践活动，关注科学探究的能力

本节课以任务驱动为明线，有效地将元素的性质递变规律、元素的性质与结构的关系等知识隐含其中，并将任务驱动与探究活动交叉结合。在教学过程中，教师通过设置任务，组织学生团结合作、解释特例原因、归纳整理、透过现象看本质来作为探究元素周期律、构建元素周期表的有效活动，不再是由教师直接讲授有关理论知识。同时，引导学生直面科学探究过程中出现的“特例”，或者说是“意外”，这是因为在化学发展史上，“特例”是再平凡不过的一件事。整个教学过程中一共出现了3次“特例”： 一是O、 F无+6、+7价;二是He、 Ne、 Ar、 Kr、 H、 Fe排列位置争论;三是He、 Ne、 Ar、 Kr缺少原子量。而解决好这些特例，既能落实教学的重点和难点，又能培养学生科学探究的意识和能力，形成学生未来进一步学习和研究化学的重要生长点。

3.2  重视学生学习过程，关注学习方法的指导

不同版本的教材中都呈现了纽兰兹的“八音律”或门捷列夫的“元素周期律”，教师通常会以该化学史向学生展示科学家在探索过程中使用的“分类”方法或展现科学家的精神品质。然而，仅仅利用分类法还无法探索出元素周期律和元素周期表。这是因为门捷列夫是在总结前人仅将最相似的元素进行分类的基础上，勇于突破原有的观念，把性质不相类似的元素作对比，研究各类元素之间的相互关系。这是从质和量的关系上对化学元素的自然体系进行理论概括，把归纳和演绎、分析和综合结合起来，最后才发现了一般规律，敢于作出科学的推测或预见。正是这种思想方法导致门捷列夫发现了元素性质随原子量变化的规律并据此制作了元素周期表，使得化学第一次在科学家们面前呈现出一种系统化的整体的图景。这些思想和方法正是学生在未来遇到类似问题所必备的关键学科思想和方法。

3.3  重视教材设计意图，关注思维的进阶提升

教师不仅是教材的实施者，更是教材的组织者和创造者，要在深入研究教材和学生的基础上，整体认识教材、把握教材、精心地对教材进行调整、组织，整合相关的教学资源。上海市课改教材无论在课程理念，还是教学方式上都对教师提出新的要求。例如，教材在对元素周期律的内容设置上，对元素化合物的性质和递变规律的构建是以主题和课题形式分散呈现在高一教材中的[3]。按照教材的整体设计意图，如果在高一阶段就能在各个章节部分为高二学习元素周期律的知识进行适当铺垫，学生在高二进行有关元素周期律和周期表的探究学习时，就能够“水到渠成”。如果没有这些铺垫，在高二组织元素周期律和元素周期表的探究学习就会相对比较困难。因而，课改的关键不在教材的变化，而是如何理解与贯彻新的教学理念。学生的知识提升和思维发展的关键，在于教师对教材的认识与理解以及正确有效的贯彻和实施。

参考文献：

[1]王云生. 课堂转型与学科核心素养培养： 中学化学课堂教学改革探索[M]. 上海： 上海教育出版社， 2016： 8.

[2]姚子鹏主编. 高级中学课本·化学（高二年级第一学期）[M]. 上海： 上海科学技术出版社， 2015： 27～31.

[3]陈屹. 上海高一化学新教材教学中渗透元素周期律内容的尝试和体会[J]. 化学教学， 2005， （9）： 26～28.