楊德紅??

摘要： 闡述“思維階梯”式教學(xué)的主要教學(xué)流程，以“揭開原子核外電子運(yùn)動(dòng)的面紗”為例，詳細(xì)介紹“課題引入、問題引導(dǎo)、邏輯推理、興趣激發(fā)、宏微符聯(lián)系”等五個(gè)思維階梯的設(shè)置與教學(xué)過程，幫助學(xué)生突破化學(xué)新課學(xué)習(xí)中的障礙點(diǎn)，提升化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞： 思維階梯式教學(xué)； 學(xué)習(xí)障礙點(diǎn)； 化學(xué)教學(xué)； 學(xué)科素養(yǎng)

文章編號(hào)： 10056629（2018）8005504 中圖分類號(hào)： G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

筆者任教的學(xué)校是一所區(qū)屬普通高中學(xué)校，學(xué)生基礎(chǔ)較為薄弱，化學(xué)學(xué)習(xí)普遍存在困難。針對(duì)這種情況，筆者在新課教學(xué)中十分重視教學(xué)的過程與方法指導(dǎo)，堅(jiān)持探索以“思維階梯”式教學(xué)解決他們的學(xué)習(xí)障礙點(diǎn)，取得了理想的課堂教學(xué)效果。

1 “思維階梯”式教學(xué)

思維階梯式教學(xué)的關(guān)鍵是設(shè)置系列思維階梯，為學(xué)生搭建腳手架，分步驟、緩慢而有序地攀登知識(shí)巔峰。教師一般需在仔細(xì)研讀教材的基礎(chǔ)上，認(rèn)真分析學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，梳理學(xué)生可能存在的理解困難問題（學(xué)習(xí)障礙點(diǎn)），精心設(shè)置階梯與針對(duì)性問題，在課堂教學(xué)實(shí)踐與反饋的基礎(chǔ)上完善發(fā)展，最終達(dá)到學(xué)生在理解知識(shí)的基礎(chǔ)上自我建構(gòu)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)、提升學(xué)習(xí)效率的目的。主要教學(xué)環(huán)節(jié)如圖1所示：

圖1 思維階梯式教學(xué)主要流程

其中，設(shè)置系列思維階梯是解決學(xué)生學(xué)習(xí)障礙點(diǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。教師在設(shè)置階梯過程中一般需依次思考這樣幾個(gè)問題： 教材重點(diǎn)、難點(diǎn)是什么？課時(shí)教學(xué)的線索是什么？學(xué)生理解中可能存在的困難是什么？需要設(shè)置哪幾方面的思維階梯？如何設(shè)置教學(xué)思維階梯？思維階梯設(shè)置如何做到科學(xué)恰當(dāng)？教學(xué)效果如何進(jìn)行反饋與評(píng)價(jià)？等等。通過分析教材、分析學(xué)生、分析教學(xué)，尋找相互之間的對(duì)接點(diǎn)和落差點(diǎn)，設(shè)置系列思維階梯，確保教學(xué)順利、高效開展。下面以上科版高一教材中“揭開原子核外電子運(yùn)動(dòng)的面紗”[1]的課時(shí)教學(xué)為例做說明。

2 教材內(nèi)容和學(xué)生認(rèn)知分析

2.1 教材分析

本課時(shí)的學(xué)習(xí)以原子結(jié)構(gòu)內(nèi)容為基礎(chǔ)。從原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)關(guān)系來看，教學(xué)需牢牢把握“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的規(guī)律（暗線）。同時(shí)，課時(shí)的教學(xué)核心線索就是“電子”（明線）。在這樣分析理解教材的基礎(chǔ)上自然得到了本課時(shí)教學(xué)的重點(diǎn)是“電子在原子核外是怎樣運(yùn)動(dòng)的？核外電子的排布規(guī)律有哪些？如何表述原子結(jié)構(gòu)中核外電子的排布？如何通過核外電子排布推測(cè)元素性質(zhì)？”等四個(gè)主要內(nèi)容，教學(xué)的難點(diǎn)是理解核外電子排布規(guī)律及原子結(jié)構(gòu)示意圖的表述。

2.2 學(xué)生認(rèn)知分析

從學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的角度看，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)并了解盧瑟福原子結(jié)構(gòu)模型、知道核外電子圍繞原子核高速旋轉(zhuǎn)，但學(xué)生不清楚電子的具體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。學(xué)生在學(xué)習(xí)中可能有下列疑問，了解原子結(jié)構(gòu)為什么要認(rèn)識(shí)核外電子的運(yùn)動(dòng)？電子的運(yùn)動(dòng)為什么是分層的？分層的依據(jù)合理嗎？原子結(jié)構(gòu)示意圖的意義何在？要解決這些疑問，教學(xué)中一定要牢牢把握教學(xué)的核心問題，即為什么要研究電子的運(yùn)動(dòng)、排布及表述？讓學(xué)生明白研究原子結(jié)構(gòu)目的是為推測(cè)、理解元素的性質(zhì)。

3 思維階梯設(shè)置與教學(xué)過程

在分析教材與學(xué)生認(rèn)知的基礎(chǔ)上設(shè)置系列思維階梯展開教學(xué)，確保教學(xué)過程的流暢性、知識(shí)的邏輯性、理解的層次性和學(xué)習(xí)的過程性。課堂以“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”這一規(guī)律貫穿始終，緊緊圍繞“電子”這一知識(shí)線索，以問題推進(jìn)的方式循序漸進(jìn)多角度地設(shè)置思維階梯展開教學(xué)活動(dòng)。教學(xué)過程中設(shè)置了“課題引入、問題引導(dǎo)、邏輯推理、興趣激發(fā)、宏微符聯(lián)系”等五個(gè)思維階梯。

3.1 課題引入階梯——為什么要研究電子

由于前面學(xué)習(xí)的盧瑟福原子結(jié)構(gòu)模型沒有涉及電子分層排布的問題，直接介紹分層排布會(huì)讓學(xué)生感到很突兀。為此，筆者設(shè)置了以下引入階梯幫助學(xué)生一步步揭開核外電子運(yùn)動(dòng)的面紗?；貞浽咏Y(jié)構(gòu)模型的發(fā)展歷史（建立理論是不斷發(fā)展與完善的觀念）→對(duì)盧瑟福原子結(jié)構(gòu)模型的質(zhì)疑與分層模型的提出（建立敢于質(zhì)疑的科學(xué)精神）→為什么要研究原子結(jié)構(gòu)（建立“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的科學(xué)思維方法，引入教學(xué)線索）→為什么要研究電子的運(yùn)動(dòng)與排布（建立電子決定元素化學(xué)性質(zhì)的意識(shí)鋪墊，進(jìn)一步強(qiáng)化“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”）。具體教學(xué)過程如下：

前面我們學(xué)習(xí)了“人類認(rèn)識(shí)原子結(jié)構(gòu)的發(fā)展史”。在科學(xué)實(shí)驗(yàn)和科學(xué)發(fā)現(xiàn)的推動(dòng)下，科學(xué)家們陸續(xù)提出了各種有關(guān)原子結(jié)構(gòu)的模型，對(duì)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)逐漸清晰。從英國(guó)科學(xué)家道爾頓提出的近代原子論——原子是不可分割的“實(shí)心球模型”開始，在湯姆生發(fā)現(xiàn)電子后，進(jìn)而提出了具有簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的“葡萄干面包模型”；在元素放射性的發(fā)現(xiàn)和盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)事實(shí)基礎(chǔ)上，盧瑟福進(jìn)而提出了原子具有原子核的“行星模型”。

根據(jù)盧瑟福的原子結(jié)構(gòu)模型，我們得到原子結(jié)構(gòu)可分為幾個(gè)部分？

（兩個(gè)部分： 原子核和核外電子。）

思考： 我們研究原子結(jié)構(gòu)的目的是什么？

（推測(cè)元素的性質(zhì)）

在化學(xué)變化中原子核會(huì)發(fā)生變化嗎？

（不會(huì)，是核外電子。）

對(duì)。因此，就化學(xué)學(xué)科而言，電子的運(yùn)動(dòng)成為科學(xué)家們關(guān)注的焦點(diǎn)。那么，電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是怎樣的呢？這就是今天我們將要學(xué)習(xí)的內(nèi)容“1.3揭開原子核外電子運(yùn)動(dòng)的面紗”。

根據(jù)盧瑟福原子結(jié)構(gòu)模型，你認(rèn)為電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是怎樣的？

（繞原子核高速旋轉(zhuǎn)。）

但有科學(xué)家對(duì)此模型提出質(zhì)疑。電子在繞原子核高速旋轉(zhuǎn)的過程中，根據(jù)經(jīng)典的電磁場(chǎng)理論，電子將會(huì)發(fā)射出電磁波，電磁波具有能量，這樣電子的能量將不斷減小，軌道半徑就會(huì)越來越小，最終會(huì)掉落到原子核中。顯然，事實(shí)并非如此。說明盧瑟福原子結(jié)構(gòu)模型還存在缺陷。玻爾是盧瑟福的學(xué)生，在受到一些啟發(fā)后進(jìn)一步提出了“玻爾模型”。請(qǐng)同學(xué)們觀察模型圖示（如圖2），結(jié)合相關(guān)材料說出盧瑟福模型與玻爾模型的主要區(qū)別是什么？

3.2 問題引導(dǎo)階梯——電子如何分層排布

此環(huán)節(jié)教學(xué)過程如下：

第一條規(guī)律： 分層排布。分層（分類）的思想非常重要，現(xiàn)實(shí)生活中處處有分層（分類），如根據(jù)年齡大小可以把人分為老年、中年、青年、少年、兒童等；根據(jù)學(xué)歷可以分為小學(xué)、初中、高中、大學(xué)等；根據(jù)成績(jī)表現(xiàn)可分為優(yōu)、良、中、待提高等等。

（1） 怎么分層？依據(jù)是什么？（根據(jù)能量大小不同。）

（2） 能量高低怎么判斷？（離核距離的遠(yuǎn)近，近低遠(yuǎn)高。如發(fā)射地球衛(wèi)星一樣，能量越高，衛(wèi)星離地球就會(huì)越遠(yuǎn)；生活中也是這樣。比如，一個(gè)人從出生、幼兒、小學(xué)、初中、高中、大學(xué)……，伴隨成長(zhǎng)，孩子離父母的距離將越來越遠(yuǎn)，能量越來越大。）

（3） 分哪幾層？（目前分七個(gè)電子層，分別是K， L， M， N， O， P， Q。從K層到Q層，離核的距離越來越遠(yuǎn)，能量越來越高，電子的穩(wěn)定性越來越低，電子的活潑性越來越高。具體如圖3所示。）

最外層電子的能量最高，最活潑，在化學(xué)反應(yīng)中最容易發(fā)生得失，其主要決定元素的化學(xué)性質(zhì)。

3.3 邏輯推理階梯——電子如何排布

每層排多少？很多時(shí)候，教學(xué)中可能通過觀察排布以后直接給學(xué)生一個(gè)結(jié)果——至多排2n2個(gè)。但就大多數(shù)學(xué)生而言，根本不知道這是怎么得到的，更不可能從中體驗(yàn)到科學(xué)家思維濃縮和推理的過程。筆者嘗試讓學(xué)生在課堂參與中自然獲得，從而培養(yǎng)學(xué)生的基本邏輯推理與思維方法。具體教學(xué)過程如下：

我們一起閱讀教材第14頁表1.3和1.4。

K n=1 ≤2

L n=2≤8

M n=3≤18

N n=4≤32

請(qǐng)同學(xué)們思考尋找電子層數(shù)和至多排的電子數(shù)之間有何關(guān)系？

觀察2， 8， 18， 32都是什么數(shù)？（偶數(shù)。）

因此可以提取它們的公因子2，剩余的數(shù)分別為1， 4， 9， 16；再觀察它們又是什么數(shù)？

（平方數(shù)。）

很好，分別為12， 22， 32， 42。大家發(fā)現(xiàn)什么規(guī)律沒有？（2n2個(gè)，n為電子層數(shù)）。

為理解這樣一個(gè)數(shù)學(xué)推理歸納過程，教學(xué)中設(shè)置了對(duì)數(shù)字的觀察、歸類、找規(guī)律的過程，得出“2n2個(gè)”自然是水到渠成的事，學(xué)生印象深刻，避免了死記硬背結(jié)論。

3.4 興趣激發(fā)階梯——最外層電子排布有何特點(diǎn)

興趣是最好的導(dǎo)師。本課時(shí)中，綜合運(yùn)用了原子結(jié)構(gòu)模型發(fā)展與對(duì)比，把“電子能量大小與離核距離的遠(yuǎn)近關(guān)系”與“衛(wèi)星發(fā)射”相類比；把8電子飽和的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)與生活中的“八仙桌”類比、把最外層電子數(shù)的多少與集體活動(dòng)中的用餐（八仙桌上坐1～3個(gè)人容易并入到坐5～7個(gè)人桌上）進(jìn)行類比等，把電子的抽象結(jié)構(gòu)模型化、具體化、生活化，最終達(dá)到加深理解、促進(jìn)記憶的目的。具體教學(xué)過程如下：

最外層電子數(shù)能量最高、最活潑，其主要決定元素的化學(xué)性質(zhì)。你能歸納出最外層電子數(shù)的排布特點(diǎn)嗎？閱讀第14頁表1.3、 1.4。

（≤8個(gè)。）即最外層8個(gè)電子達(dá)到飽和的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，其中稀有氣體的最外層電子數(shù)（除He）一般都是8個(gè)，達(dá)到了飽和的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

同學(xué)們也可以繼續(xù)觀察次外層及倒數(shù)第三層的排布情況，總結(jié)得出相應(yīng)排布規(guī)律。

知道原子核外電子的排布規(guī)律以后，科學(xué)上要用科學(xué)簡(jiǎn)潔的符號(hào)表述原子結(jié)構(gòu)、推測(cè)元素的化學(xué)性質(zhì)（突出“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”這一暗線）。這就是第二個(gè)問題“核外電子的符號(hào)表達(dá)”——原子結(jié)構(gòu)示意圖

3.5 “宏微符”聯(lián)系階梯——核外電子排布如何用符號(hào)進(jìn)行表征

“宏微符”聯(lián)系教學(xué)是化學(xué)思維階梯不可或缺的重要教學(xué)策略之一，是契合化學(xué)學(xué)科特點(diǎn)和學(xué)生認(rèn)知發(fā)展規(guī)律的本質(zhì)要求的。從元素宏觀性質(zhì)、原子微觀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及符號(hào)表征三個(gè)方面有效設(shè)計(jì)思維階梯，相互聯(lián)系、相互印證。在原子結(jié)構(gòu)示意圖的表述教學(xué)中，針對(duì)薄弱學(xué)生群體，教師在教學(xué)中要遵循“先講后練、先易后難、先一般后特殊、先重點(diǎn)后難點(diǎn)”的順序進(jìn)行。舉例時(shí)需遵循“原子序數(shù)由小到大，先原子后離子，先示范后總結(jié)，先書寫練習(xí)（做學(xué)生）后糾錯(cuò)練習(xí)（當(dāng)老師）”的原則，問題解決由淺入深、角色互換，最終達(dá)到鞏固、提升、發(fā)展的目的。

原子用圓圈表示，原子核內(nèi)質(zhì)子帶正電，用加號(hào)+z表示，中子無需表示（只影響原子質(zhì)量，其本身與元素化學(xué)性質(zhì)無關(guān)），根據(jù)核外電子排布規(guī)律對(duì)電子進(jìn)行分層排布。如Na的原子結(jié)構(gòu)示意圖（略），師生共同解釋符號(hào)表述的含義。

因此，我們不難得到這樣一個(gè)結(jié)論： 元素的化學(xué)性質(zhì)主要由最外層電子數(shù)決定。

既然元素最外層電子數(shù)如此重要，怎樣用符號(hào)進(jìn)行科學(xué)表達(dá)？這就是下節(jié)課我們將要學(xué)習(xí)的內(nèi)容——“電子式”。

師生共同小結(jié)：

今天我們?cè)谠咏Y(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上進(jìn)一步圍繞“電子”進(jìn)行學(xué)習(xí)，回答了“電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)怎樣？電子排布規(guī)律有哪些？如何表述電子排布？最外層電子與元素性質(zhì)關(guān)系怎樣？”等四個(gè)方面的內(nèi)容。請(qǐng)同學(xué)們課后歸納出本節(jié)課的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。

4 教學(xué)反思

“思維能力”是學(xué)生非常重要的學(xué)科素養(yǎng)之一。思維階梯式教學(xué)在“教材和學(xué)情”兩方面綜合分析的基礎(chǔ)上，通過設(shè)置科學(xué)合理的階梯以降低知識(shí)習(xí)得的難度，并以系列問題引發(fā)學(xué)生深入思考、積極參與教學(xué)、激發(fā)學(xué)生興趣；以“線索”統(tǒng)領(lǐng)全局，較好地實(shí)現(xiàn)了新舊知識(shí)的聯(lián)系與發(fā)展，有效化解學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的思維障礙點(diǎn)，提升學(xué)生的思維能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]上海市中小學(xué)（幼兒園）課程改革委員會(huì).化學(xué)（高一第一學(xué)期）（試用本）[M].上海： 上海科技出版社，2015： 13～15.