突出息處理能力的“元素周期表”教學設計

杜敏

摘要：以元素周期表的發現歷程為情境，在學情分析的基礎上，精選已知信息，利用自制學具讓學生對1-20號元素排序。同時，要求學生講出排序的依據，并進行分類討論，嘗試找出最能反映本質的排序依據。在此基礎上，對元素重新排序，制作出更加合理的元素周期表，借此培養學生處理復雜信息的能力。

關鍵詞：化學史：信息處理能力：教學設計

文章編號：1008-0546（ 2022 ）09x-0046-03 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2022.09x.012

一、教學背景

1.元素周期表課題的教學價值與已有研究

元素周期表是中學化學重要的學習內容。除了知識價值外，元素周期表還承載著很多教育功能，[1]并在培養學生分類思維方面起到重要作用。[2]文獻研究發現，基于化學史開展元素周期表教學的探索主要集中在兩個方面：第一，模擬歷史史實，讓學生體驗科學家編制元素周期表的探究過程，[3-6]如：修明磊以化學史為情境，重視學生的體驗，提出了“互動歷史短劇”（IHV）教學模式;[7]第二，注重“發現法”教學，[8'9]如：張新宇在剖析已有方案、深入認識造成探究低效的原因的基礎上，分析影響探究效果的關鍵因素，構建了有效的探究方案。[10]

文獻研究發現，目前多數課堂教學對“元素周期表”的探究常常流于形式，教師引導學生逐步觀察現有周期表的結構并進行記憶，本質上屬于一種“偽探究”;通過訪談了解到，教師在實際教學過程中更多的是把元素周期表的發現過程作為一種史實進行介紹，強調門捷列夫的重大貢獻。對于能否在課堂上讓學生嘗試自己編制元素周期表的創新想法，多數教師持懷疑態度，認為學生可能出現兩種情況：要么根據記憶照搬課本上的元素周期表，要么隨便亂編一些沒有太大意義的表格，畢竟元素周期表涵蓋的內容非常多，讓高中生在課堂上編制難度過大，老師也難以駕馭。

通過深入了解元素周期表的發現過程，我們注意到，門捷列夫和他之前、之后的眾多科學家留下了許多珍貴的文獻。在諸多紛繁復雜毫無頭緒的信息中，哪些是正確的？哪些是錯誤的？哪些是表面的？哪些是本質的？哪些是因？哪些是果？要理清這些關系，需要的不僅僅是勤奮，更需要信息處理能力。信息處理能力的不同，決定著一個人考慮問題的深度和廣度，影響著行為的發展。本文基于史實，嘗試在分析學生學情的基礎上，精選已知信息，搭建必要臺階，設計適合學生的課堂活動，在學生自主編制、教師引導討論和完善元素周期表的過程中，提高學生的信息處理能力。

2.基于學情診斷，確定學生在元素周期表學習中存在的問題與困難

上課前首先對學生進行訪談，主要了解以下三個問題：

（1）你知道元素周期表嗎？

（2）你對元素周期表的結構了解多少？周期表的族分哪幾類？每一列對應的族序數是什么？你能根據原子序數確定元素在周期表中的位置嗎？

（3）你覺得學習元素周期表有什么用？

由訪談可知，學生對元素周期表的認識比較粗略、膚淺，特別是對元素排列的依據、元素之間的內部聯系和元素周期表的意義認識很淺?；谝陨蠁栴}，我們決定設計課堂活動，讓學生自制元素周期表，以培養學生的信息處理能力，理清元素之間的內在聯系。

二、創新之處

在前人研究的基礎上，我們在以下四個方面進行了突破：

①給出前20號元素的相對原子質量、質子數、元素符號，請學生給元素排序。不增加學生不熟悉的元素，降低難度，方便學生找出規律。不直接給出原子結構示意圖，考察學生能否自主調動已有知識，能否從化學視角對信息進行分類，辨析信息的重要程度及信息之間的關聯。這樣的設計有利于學生思維的發散，有一定深度和挑戰性。

②自制學具，方便學生對元素進行排序、展示排序結果和調整、重排。

我們給每組同學準備了一個磁性白板和20個磁吸，每個磁吸上用油性筆書寫1-20號元素的質子數、元素符號、相對原子質量三個信息。利用這組簡單的學具，學生可以方便地對元素進行排序和展示，若需要調整和修改也非常方便。圖1是學生在課堂上利用自制學具展示排序結果。

③組織好小組交流，讓學生思維外顯;通過對比分析，提升學生的信息處理能力。

④設計課外實踐活動，讓學生自制不同形式的元素周期表，讓探究不止于課堂，課內與課外學習相結合，理論與實踐相結合。

三、教學目標

①了解元素周期表的發展歷程，能夠從化學的視角對所給元素信息進行歸類和價值判斷，提升信息處理能力。體會科學家在發現周期表時面臨的困難和所做的重大貢獻，提高學生的學習興趣，學習科學家勇于探索的精神。

②理解元素周期表的編排原則。能標出周期序數和每一列對應的族序數。能正確表示元素在周期表中的位置。

③了解元素周期表在科研、生產、生活中的重大意義。

四、教學流程

表1是本課的教學流程。

五、教學實錄

環節一：重走發現之旅

教師布置課前活動任務：已知下列20種元素的相對原子質量、質子數等信息：

K、Ca、Na、Mg、Al、H、Si、Cl、S、N、O、He、Ar、B、F、P、C、Li、Be、Ne

（1）請按照一定的規則將這些元素整理排序，并講出排序的依據。

（2）說明這種排序方式的優點。

學生小組合作，按要求完成實踐作業，并通過學具展示排序結果。

環節二：課堂展示交流

教師組織學生以小組為單位分別展示本組排序的結果，講清排序的依據，說明這種排序方法的優點。

學生展示排序方法：

第1組：按相對原子質量由小到大的順序排列成一行;

第2組：按質子數由小到大的順序排列成一行;

第3組：按原子結構排序，把電子層數相同的元素按質子數遞增的順序排在同一行，把最外層電子數相同的元素，按電子層數遞增的順序由上而下排成縱行;

第4組：把元素按金屬、非金屬分類，同一類放在一行。

環節三：師生分析評價、確定最優方案

教師提出問題：排序依據的關注點在哪里？

學生分析：相對原子質量和狀態屬于物理性質的信息;質子數和原子結構都屬于結構方面的信息;“金屬、非金屬”都關注了化學性質的信息。

教師追問：在結構、物理性質和化學性質等諸多信息中，哪方面的信息是我們最關注的？哪方面的信息是最本質的？

學生回答：化學性質是我們最關注的，結構的信息是最本質的，因為結構決定性質。

教師再問：為什么按質子數而不是按相對原子質量排序？

學生回答：在化學家眼里，化學性質遠比相對原子質量重要;化學性質是由原子結構決定的，因此，按照質子數排序更能反映問題實質。

環節四：重新進行排序

教師提示：為什么不把所有元素放在同一行，而是排成有行有列的表格形式？處在同一列的元素（如Li、Na、K）有什么共同點？

學生發現：Li、Na、K三種元素性質相似。因為它們的結構相似。

教師引導：板書Li、Na、K的原子結構示意圖。請學生分析它們原子結構上的相同點和不同點，推測其性質上的相似性和差異，并思考把這些元素排在同一列有什么好處。

學生發現：它們的最外層電子數相同，所以性質相似;它們的電子層數從上到下遞增，則性質會遞變。如果把最外層電子數相同的元素，按電子層數遞增的順序由上而下排成縱行，則有利于了解陌生元素的性質。

教師引導：排在同一橫行的元素在結構上又有什么相同點和不同點呢？這樣的排序方式有什么優點？

學生發現：同一橫行元素的電子層數目相同，從左到右原子序數遞增。有利于了解陌生元素的性質。

教師提出要求：請寫出這些元素的原子結構示意圖，嘗試從原子結構角度把元素重新排列。

學生活動：書寫原子結構示意圖，并利用自制學具重排元素周期表。

教師引導發現：請同學們認真觀察元素周期表的結構，了解每一周期能容納多少種元素，每一周期的最大原子序數是多少？并思考以下問題：

（1）4、5周期容納的元素種類比2、3周期多了幾種？多出的是哪一部分？

（2）6、7周期容納的元素種類比4、5周期多了幾種？多出的是哪一部分？

（3）族分幾種，分別用什么符號表示？族序數用什么數字表示？每一縱行對應哪一族？

（4）周期表中所含元素種類最多的族是哪一族？

學生通過自學和討論解決上述問題。

環節五：再行創新之路

教師布置任務：通過這節課的學習，大家對元素之間的本質聯系有了更深刻的認識，也看到周期表可以有各種各樣的呈現方式。請大家利用課余時間，發揮自己的聰明才智，制作有自己個性的元素周期表。

六、教學反思

從過程來看，在整節課教學中，學生樂于參與、樂于表達，小組之間有深層次的思維碰撞。學生在討論辨析的過程中，逐步整合已有知識、理清關系、學會判斷，其信息處理能力得到發展、分析判斷能力得到提升。從結果來看，學生對元素周期表的最佳排序的依據認可度高，能迅速按照最佳排序的依據給元素重新排序。學生在學習知識的同時體會科學家在發現周期表時面臨的困難和所做的重大貢獻，提高學習興趣，培養勇于探索的科學精神。這樣的教學設計比以前單純講知識點，定位更高，思維啟發更大，教育意義更深遠。

參考文獻

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