发现元素周期的“律”：以学生学习为中心的情境任务

郑弢 彭了/北京市十一学校教师

我们以学生的学习为中心、基于真实情境构建的学习任务，充分地引起了学生主动探究的欲望，发现了学习的意义和乐趣。

元素周期表是科学领域里最具权威的标识之一：一张简单的表格用一种漂亮的形式抓住了化学的本质。元素周期表是化学“从微观的层次认识物质，以符号的形式描述物质”的学科本质的最好体现之一。基于元素周期表，学生能够将之前零散的化学知识，以更加普遍、全局的逻辑关系进行整合，建构系统化的知识体系和模型化的思路方法，对形成未来发展所需的必备品格和关键能力有重要意义。

“授人以鱼，不如授人以渔”，为了培养学生利用“元素周期表”这一工具解决实际问题的能力，实现从“解题”到“解决问题”，我们没有从元素周期表基本概念的学习切入，而是从解决实际问题的角度切入。通过核心任务的设计，让学生直接面对需要解决的问题，启动学生的自我系统。在解决问题的过程中，主动完成对“元素周期表”的学习、理解和迁移运用。

参考2017 年版《普通高中化学学科课程标准》和美国K-12 科学教育中的核心概念思想，我们对“元素周期表和元素周期律”这一单元学习主题开展教学设计。我们将新课标必修及选择性必修相关模块内容融合、抽提出这一单元的学习目标为：“1.能够利用元素周期律，分析和解释常见元素的性质，预测未知元素的性质，或依据目标功能寻找可能的物质材料；2.通过自主归纳总结，能够抽提出周期律，建构周期律模型。利用周期律能够预测其他事物的规律。”基于学习目标，我们设计了促进目标达成的学习任务群，本单元的核心任务为制作“创意周期表”，海报制作、R 星探秘、异常警报共同构成支撑性子任务群。

创作“元素周期表发展简史”海报：挖掘化学历史 弘扬科学精神

在自然科学的教学中，我们往往注重知识而忽略科学史，学生感受到的自然科学的发展是突兀、偶然、断裂的。为了引导学生树立科学精神，在该任务中，学生需要创作海报，介绍元素周期表的发展简史、元素周期律对发现新元素、制造新物质、开发新材料的指导作用，培养了学生在科普阅读中接受、吸收、分析、整合信息的能力。在海报的评估中，引入了“学术规范”指标维度，要求学生进行规范引用，培养学生注重实证、严谨求实的科学态度。

任务进行的课堂上，扮演讲解员的同学对着图文并茂的海报绘声绘色地讲解，扮演观众的同学认真听讲、频频提问（见图1）。拉瓦锡、纽兰兹、门捷列夫，不再只是书本上冷冰冰的名字，而是故事中性格鲜明的主角。有同学在听完讲解之后感慨：“任何真理的发现都不是一帆风顺的，做科学家不仅要耐得住寂寞，还要能经受嘲笑。我未来也想成为门捷列夫那样的人。”这与“科学态度与社会责任”中严谨求实、崇尚真理的深意不谋而合。

R 星探秘：重走前辈的研究之路

图1：元素周期表发展简史的海报讲解现场

图2：学生创作的“创意周期表”

元素周期律的建立，经历了从无到有的发展过程，依靠了众多科学家艰苦的探索。如何设置情境，才能让学生重走前辈的研究之路？正当我们一筹莫展之际，科幻故事给了我们启发。基于学生对于科幻故事的喜爱，我们设置了以下情境：科学家（学生角色设定）携带有限的设备到达太阳系的一个行星，利用设备分离、提纯并确定了11 种元素（分别以星座名称命名）的部分物理性质和化学性质。学生在没有任何提示的情况下寻找规律，组成一张元素周期表，并利用规律预测可能存在的第12 种元素的性质。

学生完成上述任务的过程，就是自我建构模型的过程。根据元素的性质，反复排列、比较、组合、推倒重建，得到一个相对合理的结果，经历了鲜活、动态的认知发展。再利用自己提取的规律预测其他物质的性质，在应用中真正体会元素周期表的功能价值。

异常警报：规律和“特例”的再认识

科学发展的过程中，规律和“特例”总是相伴而行，“特例”也可以通过规律进行解释，元素周期表也不例外。认识规律和“特例”的关系，有助于学生形成完整的“模型认知”，揭示现象的本质，进一步发扬“科学探究与创新意识”，敢于质疑，勇于创新。

在该活动中，学生通过书籍、网络查阅1～18 号元素原子半径、化合价、第一电离能及电负性等数据，通过绘制柱状图或折线图比较元素信息，寻找性质关联，整合数据，借鉴数学中研究函数的思路，以图表形式加以呈现。在元素数据处理过程中涉及到反常数据的分析，学生需要用所学知识对其进行科学解释。

核心任务 ：制作“创意周期表”——从课堂到课外 从课外到课堂

元素周期表是对元素的重要性质、规律的总结、梳理和呈现，但并不是只有化学元素的性质具有规律性和递变性。因此，未来希望成为科学家的学生们，也可以在除了化学以外的生活中，发现规律、总结规律，并排列出自己的“创意周期表”。

在该任务中，学生以小组为单位，分工合作，制作一份创意周期表、撰写使用说明书并拍摄解读视频，解读规律和如何利用规律预测未知事物。学生创作了诱人的零食周期表、有趣的FIFA 周期表、严谨的铁路周期表等（见图2）。每个小组还为周期表使用配上了相应的微视频，实现思路外显。

核心任务既是对于元素周期表知识的迁移应用，也能够促进对“周期律”的理解，引导学生主动在学习和生活中观察发现、分析总结、提取规律。核心任务在一定程度上能够支撑学科核心素养的发展，但化学的相关性较弱。在后续设计中进行了改进，引导学生在“位-构-性”概念指导下进行创意周期表方案设计和小组展示，将学生活动的重心从原先偏重设计制作的艺术考察，转为对周期律的深入思考，以及“位-构-性”核心概念的形成上。

两周的学习很快就结束了，但学生对于学习任务的讨论和对于“律”的发现和理解还在继续。我们以学生的学习为中心、基于真实情境构建的学习任务，充分地引起了学生主动探究的欲望，发现了学习的意义和乐趣。在任务的完成过程中，学生自主设计自己的学习，寻求适合自己的学习方式与路径，通过“总结规律”“创建新规律”“预测性质”等活动实现知识的迁移应用，逐步实现化学学科核心素养和跨学科综合能力的发展提升。