發現元素周期的“律”：以學生學習為中心的情境任務

鄭弢 彭了/北京市十一學校教師

我們以學生的學習為中心、基于真實情境構建的學習任務，充分地引起了學生主動探究的欲望，發現了學習的意義和樂趣。

元素周期表是科學領域里最具權威的標識之一：一張簡單的表格用一種漂亮的形式抓住了化學的本質。元素周期表是化學“從微觀的層次認識物質，以符號的形式描述物質”的學科本質的最好體現之一。基于元素周期表，學生能夠將之前零散的化學知識，以更加普遍、全局的邏輯關系進行整合，建構系統化的知識體系和模型化的思路方法，對形成未來發展所需的必備品格和關鍵能力有重要意義。

“授人以魚，不如授人以漁”，為了培養學生利用“元素周期表”這一工具解決實際問題的能力，實現從“解題”到“解決問題”，我們沒有從元素周期表基本概念的學習切入，而是從解決實際問題的角度切入。通過核心任務的設計，讓學生直接面對需要解決的問題，啟動學生的自我系統。在解決問題的過程中，主動完成對“元素周期表”的學習、理解和遷移運用。

參考2017 年版《普通高中化學學科課程標準》和美國K-12 科學教育中的核心概念思想，我們對“元素周期表和元素周期律”這一單元學習主題開展教學設計。我們將新課標必修及選擇性必修相關模塊內容融合、抽提出這一單元的學習目標為：“1.能夠利用元素周期律，分析和解釋常見元素的性質，預測未知元素的性質，或依據目標功能尋找可能的物質材料；2.通過自主歸納總結，能夠抽提出周期律，建構周期律模型。利用周期律能夠預測其他事物的規律。”基于學習目標，我們設計了促進目標達成的學習任務群，本單元的核心任務為制作“創意周期表”，海報制作、R 星探秘、異常警報共同構成支撐性子任務群。

創作“元素周期表發展簡史”海報：挖掘化學歷史 弘揚科學精神

在自然科學的教學中，我們往往注重知識而忽略科學史，學生感受到的自然科學的發展是突兀、偶然、斷裂的。為了引導學生樹立科學精神，在該任務中，學生需要創作海報，介紹元素周期表的發展簡史、元素周期律對發現新元素、制造新物質、開發新材料的指導作用，培養了學生在科普閱讀中接受、吸收、分析、整合信息的能力。在海報的評估中，引入了“學術規范”指標維度，要求學生進行規范引用，培養學生注重實證、嚴謹求實的科學態度。

任務進行的課堂上，扮演講解員的同學對著圖文并茂的海報繪聲繪色地講解，扮演觀眾的同學認真聽講、頻頻提問（見圖1）。拉瓦錫、紐蘭茲、門捷列夫，不再只是書本上冷冰冰的名字，而是故事中性格鮮明的主角。有同學在聽完講解之后感慨：“任何真理的發現都不是一帆風順的，做科學家不僅要耐得住寂寞，還要能經受嘲笑。我未來也想成為門捷列夫那樣的人。”這與“科學態度與社會責任”中嚴謹求實、崇尚真理的深意不謀而合。

R 星探秘：重走前輩的研究之路

圖1：元素周期表發展簡史的海報講解現場

圖2：學生創作的“創意周期表”

元素周期律的建立，經歷了從無到有的發展過程，依靠了眾多科學家艱苦的探索。如何設置情境，才能讓學生重走前輩的研究之路？正當我們一籌莫展之際，科幻故事給了我們啟發。基于學生對于科幻故事的喜愛，我們設置了以下情境：科學家（學生角色設定）攜帶有限的設備到達太陽系的一個行星，利用設備分離、提純并確定了11 種元素（分別以星座名稱命名）的部分物理性質和化學性質。學生在沒有任何提示的情況下尋找規律，組成一張元素周期表，并利用規律預測可能存在的第12 種元素的性質。

學生完成上述任務的過程，就是自我建構模型的過程。根據元素的性質，反復排列、比較、組合、推倒重建，得到一個相對合理的結果，經歷了鮮活、動態的認知發展。再利用自己提取的規律預測其他物質的性質，在應用中真正體會元素周期表的功能價值。

異常警報：規律和“特例”的再認識

科學發展的過程中，規律和“特例”總是相伴而行，“特例”也可以通過規律進行解釋，元素周期表也不例外。認識規律和“特例”的關系，有助于學生形成完整的“模型認知”，揭示現象的本質，進一步發揚“科學探究與創新意識”，敢于質疑，勇于創新。

在該活動中，學生通過書籍、網絡查閱1～18 號元素原子半徑、化合價、第一電離能及電負性等數據，通過繪制柱狀圖或折線圖比較元素信息，尋找性質關聯，整合數據，借鑒數學中研究函數的思路，以圖表形式加以呈現。在元素數據處理過程中涉及到反常數據的分析，學生需要用所學知識對其進行科學解釋。

核心任務 ：制作“創意周期表”——從課堂到課外 從課外到課堂

元素周期表是對元素的重要性質、規律的總結、梳理和呈現，但并不是只有化學元素的性質具有規律性和遞變性。因此，未來希望成為科學家的學生們，也可以在除了化學以外的生活中，發現規律、總結規律，并排列出自己的“創意周期表”。

在該任務中，學生以小組為單位，分工合作，制作一份創意周期表、撰寫使用說明書并拍攝解讀視頻，解讀規律和如何利用規律預測未知事物。學生創作了誘人的零食周期表、有趣的FIFA 周期表、嚴謹的鐵路周期表等（見圖2）。每個小組還為周期表使用配上了相應的微視頻，實現思路外顯。

核心任務既是對于元素周期表知識的遷移應用，也能夠促進對“周期律”的理解，引導學生主動在學習和生活中觀察發現、分析總結、提取規律。核心任務在一定程度上能夠支撐學科核心素養的發展，但化學的相關性較弱。在后續設計中進行了改進，引導學生在“位-構-性”概念指導下進行創意周期表方案設計和小組展示，將學生活動的重心從原先偏重設計制作的藝術考察，轉為對周期律的深入思考，以及“位-構-性”核心概念的形成上。

兩周的學習很快就結束了，但學生對于學習任務的討論和對于“律”的發現和理解還在繼續。我們以學生的學習為中心、基于真實情境構建的學習任務，充分地引起了學生主動探究的欲望，發現了學習的意義和樂趣。在任務的完成過程中，學生自主設計自己的學習，尋求適合自己的學習方式與路徑，通過“總結規律”“創建新規律”“預測性質”等活動實現知識的遷移應用，逐步實現化學學科核心素養和跨學科綜合能力的發展提升。