基于三大版本的高中化學(xué)核心素養(yǎng)培育的教學(xué)實(shí)踐
——“元素周期律和元素周期表”為例

陳貞芳

（莆田第二中學(xué)，福建 莆田 351100）

課標(biāo)是教材編寫的指南。目前，已出版的高中化學(xué)選擇性必修教材主要有人教版、魯科版、蘇教版。各版本教材編寫的依據(jù)都基于《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版2020 年修訂）》，但是編者們從不同的理念出發(fā)，從不同的思路和角度講述、分析和整理知識點(diǎn)，所以在教材編排、選擇內(nèi)容、細(xì)節(jié)呈現(xiàn)等方面有一定差異。文章以“元素周期律和元素周期表”這一內(nèi)容為例，對3 個(gè)版本選修新教材綜合分析，挖掘教學(xué)編寫意圖，探討教材使用的高效性、創(chuàng)造性，旨在為提高課堂效率提供一定的參考。

“元素周期律和元素周期表”是蘇教版必修第一冊專題5 第一單元的內(nèi)容，是非常重要的化學(xué)概念原理知識。該單元知識的學(xué)習(xí)，可以幫助學(xué)生從結(jié)構(gòu)這一本質(zhì)角度加深對已學(xué)元素化合物性質(zhì)的認(rèn)識，掌握對元素化合物知識進(jìn)行自主拓展和歸類的能力，幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)從感性認(rèn)識上升到理性認(rèn)識。與此同時(shí)，該單元的知識對后續(xù)其他元素化合物知識以及選擇性必修模塊的物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)等內(nèi)容的學(xué)習(xí)都具有引導(dǎo)作用，可起到承上啟下的作用。

一、從課標(biāo)與材料中尋求促進(jìn)思維發(fā)展的落腳點(diǎn)

（一）學(xué)情分析

學(xué)生在初中已經(jīng)學(xué)習(xí)部分典型元素及其化合物的性質(zhì)，儲備了一定的相關(guān)知識；學(xué)生初中時(shí)對元素周期表有簡單的認(rèn)識，儲備了部分原子結(jié)構(gòu)知識；他們已經(jīng)具備一定的動手實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Αw納總結(jié)能力和資料閱讀能力，為該單元的學(xué)習(xí)提供了能力基礎(chǔ)。

該單元知識特點(diǎn)較抽象，理論性強(qiáng)，側(cè)重于原理性、規(guī)律性知識的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生具有較強(qiáng)的抽象思維能力。從認(rèn)知思維特點(diǎn)上看，該年齡段的學(xué)生頭腦敏捷、活躍，但抽象思維能力薄弱。因此，教師必須營造問題情境，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生掌握該單元的內(nèi)容。

（二）教學(xué)內(nèi)容分析

3 個(gè)版本新教材編排內(nèi)容及順序?qū)Ρ纫姳?，蘇教版新舊教材編排內(nèi)容及順序?qū)Ρ纫姳?。3 個(gè)版本的教材都凸顯了新課標(biāo)理念，以學(xué)科大概念為核心，注重認(rèn)知模型的建構(gòu)，使課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)化，推進(jìn)核心素養(yǎng)的實(shí)現(xiàn)。

表1 3 個(gè)版本新教材編排內(nèi)容及順序?qū)Ρ?/p>

表2 蘇教版新舊教材編排內(nèi)容及順序?qū)Ρ?/p>

（三）教學(xué)目標(biāo)分析

課標(biāo)對該單元的要求是認(rèn)識、建構(gòu)元素周期律，并能借此能分析、預(yù)測、比較元素及其化合物的性質(zhì)，在學(xué)習(xí)過程中能基于實(shí)驗(yàn)事實(shí)和科學(xué)的實(shí)驗(yàn)探究推理微觀結(jié)構(gòu)和宏觀性質(zhì)的關(guān)系。在化學(xué)史的學(xué)習(xí)中，體會科學(xué)家們的艱辛，領(lǐng)悟科學(xué)的意義。［1］上述要求是對元素周期律、元素周期表概念及本質(zhì)的學(xué)習(xí)，是后續(xù)選擇性必修中物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)學(xué)習(xí)的重要基礎(chǔ)。

二、從教學(xué)設(shè)計(jì)思路中找尋思維發(fā)展培養(yǎng)的實(shí)施路徑

必修兩冊中教學(xué)欄目和基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)部分內(nèi)容的增加，有助于學(xué)生自主探究能力發(fā)展。與此同時(shí)，該改變要求教師在備課中認(rèn)真思考，仔細(xì)制定教學(xué)的深度與廣度。在課堂教學(xué)中要實(shí)現(xiàn)學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，就要求教學(xué)時(shí)設(shè)定必要的問題，給予學(xué)生適當(dāng)合作與探究的學(xué)習(xí)空間，通過合適的學(xué)習(xí)活動，使學(xué)習(xí)的發(fā)生水到渠成。學(xué)生在教師創(chuàng)設(shè)的情境中不斷探索，在學(xué)習(xí)問題解決的過程中，學(xué)生的學(xué)科觀念自然形成，自主養(yǎng)成學(xué)科思維模式［2］。基于上述教學(xué)理念，該單元教學(xué)設(shè)計(jì)主要從下面4 個(gè)方向依次進(jìn)行：①從數(shù)據(jù)聯(lián)想導(dǎo)入，發(fā)現(xiàn)規(guī)律；②建立模型認(rèn)知，認(rèn)識周期概念；③基于證據(jù)推理，深刻理解元素周期律；④總結(jié)提升，建構(gòu)基于“位—構(gòu)—性”的認(rèn)識物質(zhì)性質(zhì)的模型。引導(dǎo)學(xué)生多角度進(jìn)行數(shù)據(jù)的觀察與分析，能基于證據(jù)認(rèn)識元素性質(zhì)的變化規(guī)律。通過科學(xué)探究讓學(xué)生建立證據(jù)與結(jié)論之間的邏輯關(guān)系，建立認(rèn)知模型，能運(yùn)用模型預(yù)測元素的某些性質(zhì)，體會元素周期對科學(xué)研究的意義。同時(shí)，要求學(xué)生運(yùn)用“觀察”“實(shí)驗(yàn)”“比較”等科學(xué)方法，通過小組討論、反思再探等活動，進(jìn)一步認(rèn)識物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之間的辯證關(guān)系，了解文獻(xiàn)證據(jù)與實(shí)驗(yàn)證據(jù)對結(jié)論支撐的一致。教學(xué)中依托學(xué)生已有知識，在數(shù)據(jù)分析—探尋本質(zhì)—建立模型—運(yùn)用模型的過程中，加深對元素性質(zhì)周期性變化的認(rèn)識，體會元素周期律的豐富內(nèi)涵，培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)推理與模型認(rèn)知的核心素養(yǎng)。

（一）數(shù)據(jù)觀察初步感受元素周期律

一是引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材，認(rèn)識核外電子排布的周期性變化。觀察書本1～18 號元素原子結(jié)構(gòu)示意圖中的原子核外電子排布，引導(dǎo)學(xué)生思考隨著原子序數(shù)的遞增的規(guī)律。在閱讀中讓學(xué)生學(xué)會提取信息，并對圖標(biāo)信息進(jìn)行分析。培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)意識，通過分析核外電子的排布變化，推理出其排布規(guī)律。二是基于提供的原子半徑數(shù)據(jù)，通過作圖認(rèn)識原子半徑的周期性變化。學(xué)生主觀參與畫圖，將抽象的半徑具體化，從宏觀的角度更好地分析微觀的原子半徑，實(shí)現(xiàn)用宏觀與微觀相結(jié)合的視角分析與解決實(shí)際問題。三是依據(jù)給出的元素的最高化合價(jià)和最低化合價(jià)，通過作圖探索元素化合價(jià)的周期性變化。用數(shù)學(xué)數(shù)軸的思維方法解決化合價(jià)的變化規(guī)律，用分析、推理的方法認(rèn)識研究對象的本質(zhì)特征，建立數(shù)學(xué)模型。四是根據(jù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究元素的金屬性和非金屬性變化規(guī)律。實(shí)驗(yàn)是化學(xué)的基礎(chǔ)，是另一種“讀”的方式。這種讀更直觀更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。（1）引導(dǎo)學(xué)生閱讀課本實(shí)驗(yàn)，利用證據(jù)推理提出可能的假設(shè)，建立觀點(diǎn)、結(jié)論和證據(jù)之間的邏輯關(guān)系，揭示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的本質(zhì)原因和金屬性非金屬性的變化規(guī)律。（2）引導(dǎo)學(xué)生閱讀圖表，提出假設(shè)，繼而通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證自己的方案，總結(jié)元素周期律。在這一過程中，學(xué)生科學(xué)探究的化學(xué)素養(yǎng)得以培養(yǎng)，學(xué)生通過推理得以認(rèn)識研究對象的本質(zhì)特征、構(gòu)成要素及其相互關(guān)系，從而建立模型。

（二）認(rèn)識元素周期表，建構(gòu)周期概念

以教師提出的問題為主線，引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材，初步掌握元素周期表的結(jié)構(gòu)，理解原子結(jié)構(gòu)與元素所在元素周期表位置的關(guān)系。以問題為導(dǎo)向，以閱讀為主要形式，讓學(xué)生在課堂上充分思考，通過對問題的總結(jié)和表達(dá)，使學(xué)生充分參與課堂中，對所學(xué)知識能自我整理、有效加工，讓知識在運(yùn)用中得以深化。

（三）深度探究元素周期律，建立模型

閱讀教材了解堿金屬元素及鹵素的物理性質(zhì)，觀察堿金屬、鹵族元素的原子結(jié)構(gòu)示意圖，討論、歸納結(jié)構(gòu)的共同點(diǎn)及遞變性。分析堿金屬與水反應(yīng)的現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)探究鹵素性質(zhì)的遞變，交流與討論，分析得出堿金屬、鹵族元素化學(xué)性質(zhì)的相似性和遞變性，并嘗試從原子結(jié)構(gòu)角度解釋。同時(shí)，基于原子結(jié)構(gòu)認(rèn)識物質(zhì)性質(zhì)的模型歸納總結(jié)同周期元素性質(zhì)的遞變規(guī)律，達(dá)到深度理解元素周期律的目的。

通過元素周期表中的兩族元素，即典型的金屬元素族—堿金屬，典型的非金屬元素族—鹵素性質(zhì)變化規(guī)律的學(xué)習(xí)，促使學(xué)生理解元素的金屬性、非金屬性與元素在周期表中的位置和原子結(jié)構(gòu)的關(guān)系。通過已學(xué)的微觀知識，對宏觀的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行解釋，體現(xiàn)了宏觀辨識和微觀探析的化學(xué)核心素養(yǎng)。幫助學(xué)生提高應(yīng)用周期表分析問題和解決問題的能力，進(jìn)一步建構(gòu)基于“位—構(gòu)—性”的認(rèn)識物質(zhì)性質(zhì)的模型，形成結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)的觀念。

（四）運(yùn)用模型，感受元素周期表價(jià)值，深化認(rèn)識

以閱讀為主要形式，讓學(xué)生在課堂上充分思考、表達(dá)，充分參與課堂中，在“拓展視野”中體會元素周期表的“奇妙”，了解元素周期表在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用，體會化學(xué)在生產(chǎn)生活中的重要作用。通過“調(diào)查研究”，滲透愛國主義情懷；落實(shí)“科學(xué)精神與社會責(zé)任”核心素養(yǎng)。建構(gòu)基于“位—構(gòu)—性”的認(rèn)識物質(zhì)性質(zhì)的模型，提高應(yīng)用周期表分析問題和解決問題的能力。其過程如圖1 所示。

圖1 “位—構(gòu)—性”的認(rèn)知模型

三、從知識與能力的進(jìn)階中追求學(xué)科核心素養(yǎng)的提升

（一）層層遞進(jìn)，多種角度發(fā)展核心素養(yǎng)

該單元通過各項(xiàng)任務(wù)的有效設(shè)置，將元素的“位—構(gòu)—性”的關(guān)系等知識有機(jī)串聯(lián)起來。在教學(xué)過程中教師以問題為導(dǎo)向，引導(dǎo)學(xué)生以閱讀、思考與實(shí)驗(yàn)探究交叉結(jié)合的形式，分析圖表，預(yù)測性質(zhì)并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，動手實(shí)踐，以宏觀的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和直觀的數(shù)據(jù)圖表作為支撐元素性質(zhì)變化規(guī)律的證據(jù)，以此達(dá)到宏微的有效結(jié)合，模型認(rèn)知和證據(jù)推理的有效融合。新課變要求學(xué)生具有實(shí)際解決問題的能力，在該單元中學(xué)生能用數(shù)據(jù)、圖表、符號等處理相關(guān)信息，并不斷優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案，讓學(xué)生在課堂中不自覺地動起來，逐步養(yǎng)成發(fā)現(xiàn)問題—設(shè)計(jì)方案—實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證—問題解決的思維習(xí)慣。在這個(gè)過程中，學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)逐步得到完善，能用自己所學(xué)的新知識解決新問題，收獲成功的喜悅。

（二）運(yùn)用化學(xué)史料，在思維上落實(shí)核心素養(yǎng)

通過“拓展視野”和“調(diào)查研究”等環(huán)節(jié)，讓學(xué)生在體會元素周期表“奇妙”的同時(shí)，不自覺拉近其與科學(xué)家的距離。學(xué)生在學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)中感受科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)周期表的過程，體驗(yàn)實(shí)踐研究的艱辛和科學(xué)探究的嚴(yán)謹(jǐn)，更好地理解真理的相對性，體會化學(xué)在生產(chǎn)生活中的重要作用。化學(xué)史的相關(guān)教學(xué)可以很好地落實(shí)“科學(xué)精神與社會責(zé)任”核心素養(yǎng)，有效促進(jìn)心智模型的轉(zhuǎn)變，對學(xué)生學(xué)科思維的培養(yǎng)、創(chuàng)新意識的提升、學(xué)科觀念的養(yǎng)成起到非常重要的作用。

（三）關(guān)注設(shè)計(jì)教材的意圖，關(guān)注學(xué)習(xí)的進(jìn)階與思維的提升

3 個(gè)不同版本教材在元素周期律的內(nèi)容設(shè)置上，都是將具體元素化合物的性質(zhì)、元素性質(zhì)的變化規(guī)律分散在高一［3］。教師在備課時(shí)要對教材進(jìn)行整體的認(rèn)識、把握，對相關(guān)的資源進(jìn)行有效整合，這樣才能更好地理解教材設(shè)計(jì)意思，更好地實(shí)施教材，創(chuàng)造性地使用教材。高二元素周期律知識的學(xué)習(xí)同樣需要高一教學(xué)的整體鋪墊，所以以上教學(xué)設(shè)計(jì)遵循教材的整體編寫理念，能很好地為高二的學(xué)習(xí)“添磚加瓦”，符合學(xué)習(xí)的螺旋式上升，可使學(xué)生的知識提升和思維發(fā)展達(dá)到水到渠成的效果。

構(gòu)建化學(xué)模型是高中化學(xué)理性思維培養(yǎng)的主要方法。“元素周期律和元素周期表”不僅為化學(xué)基礎(chǔ)理論研究提供依據(jù)，還可以指導(dǎo)新型材料的開發(fā)和應(yīng)用。在教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)推理與建構(gòu)模型的能力，建立觀點(diǎn)、結(jié)論和證據(jù)之間的邏輯關(guān)系，并能運(yùn)用模型解釋化學(xué)現(xiàn)象、揭示現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律，真正實(shí)現(xiàn)升華學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的目的。