陳飄露，朱文娟，胡明雪，姚成立

（合肥師范學(xué)院化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，安徽 合肥230601）

2017 版普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)將“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”作為五大學(xué)科核心素養(yǎng)之一，提出了學(xué)生科學(xué)探究能力的培養(yǎng)要求，制定了探究學(xué)習(xí)效果的評價標(biāo)準(zhǔn)。然而在將理論轉(zhuǎn)化為課堂教學(xué)實踐的過程中，教師僅僅停留在完成活動程序的表層，導(dǎo)致學(xué)生對科學(xué)探究的概念缺乏整體性理解。這是因為教師對學(xué)生探究能力的發(fā)展?fàn)顩r缺乏了解，對科學(xué)探究能力的構(gòu)成要素缺乏系統(tǒng)性認(rèn)識，因此無法在學(xué)生活動時進(jìn)行針對性的指導(dǎo)。本文以“元素周期律”內(nèi)容為例進(jìn)行教學(xué)研究，充分挖掘核心知識在提升學(xué)生科學(xué)探究能力方面的價值，在教學(xué)環(huán)節(jié)中明確科學(xué)探究能力要素，契合新課標(biāo)對科學(xué)探究的培養(yǎng)要求。

1 基于發(fā)展學(xué)生科學(xué)探究能力的整體設(shè)計思路

1.1 元素周期律對科學(xué)探究能力培養(yǎng)的價值

元素周期律是科學(xué)家們對已知元素間的存在規(guī)律進(jìn)行探究得到的結(jié)論，能夠幫助學(xué)生基于元素認(rèn)識物質(zhì)世界，促進(jìn)對科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識。學(xué)生以原子序數(shù)為自變量，分別探討核外電子排布、元素原子半徑等因變量的周期性變化及其原因，進(jìn)行科學(xué)預(yù)測；通過化學(xué)實驗進(jìn)行元素性質(zhì)的規(guī)律性探究，提高動手能力；根據(jù)實驗現(xiàn)象進(jìn)行科學(xué)論證，對假設(shè)進(jìn)行解釋說明，逐步建立起位置—結(jié)構(gòu)—性質(zhì)的思維模型；應(yīng)用思維模型解釋元素化合價隨原子序數(shù)的周期性變化，并進(jìn)行未知元素及物質(zhì)性質(zhì)的預(yù)測，將元素世界與物質(zhì)世界進(jìn)行整合。以元素周期律作為知識載體，在多樣化的學(xué)習(xí)活動中發(fā)展學(xué)生科學(xué)探究能力。

1.2 學(xué)生在學(xué)習(xí)元素周期律時存在的問題

領(lǐng)會原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)、物質(zhì)性質(zhì)的內(nèi)涵及聯(lián)系是“位置—結(jié)構(gòu)—性質(zhì)”思維模型的關(guān)鍵，也是學(xué)習(xí)的難點。由于學(xué)生不能主動尋找多重證據(jù)將元素性質(zhì)和物質(zhì)性質(zhì)進(jìn)行有效聯(lián)系，難以將二者進(jìn)行整合，對于元素周期律的相似性與遞變性傾向簡單記憶，所以缺乏系統(tǒng)性的推理思路，無法進(jìn)行未知物質(zhì)的性質(zhì)預(yù)測。本文通過探究實驗法探究物質(zhì)性質(zhì)，體現(xiàn)元素性質(zhì)的遞變規(guī)律；再通過討論法、練習(xí)法開展教學(xué)任務(wù)，幫助學(xué)生形成系統(tǒng)的推理思路。

1.3 優(yōu)化元素周期律教學(xué)整體設(shè)計思路

基于核心知識精心設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)，引發(fā)學(xué)生進(jìn)行相應(yīng)的學(xué)習(xí)活動，將科學(xué)探究能力要素落實到各個學(xué)生的活動中，提高學(xué)習(xí)的效率，教學(xué)思路如圖1所示。

教學(xué)環(huán)節(jié)

（1）趣味導(dǎo)入，成果展示

【課堂導(dǎo)入】十八、十九世紀(jì)是元素發(fā)現(xiàn)的黃金時代，到了門捷列夫研究元素周期律的時候，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了六十多種元素，并且堅信這些元素間一定存在著某種聯(lián)系。門捷列夫把這些元素的基本性質(zhì)收集并制作成卡片，經(jīng)常像個占卜師一樣研究這些元素。

【成果展示】學(xué)生在課前分組完成了3～9 號，11～17 號元素卡片，從金屬、非金屬中各選一種元素如圖2。教師將這些卡片按照元素周期表的順序進(jìn)行排列。

圖1 科學(xué)探究能力的整體設(shè)計思路

圖2 元素卡片示例

（2）分析規(guī)律，做出猜想

【任務(wù)1】收集課本及資料卡片上的信息，以原子序數(shù)為橫坐標(biāo)，分別以最外層電子數(shù)、原子半徑為縱坐標(biāo)繪制兩個折線圖，你得出了什么規(guī)律？

【問題】觀察原子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)圖，影響原子半徑大小的作用力有哪些？它們之間的關(guān)系如何？

【追問】我們?nèi)绾螐奈⒂^作用力角度解釋原子半徑大小的周期性變化？

【教師】同一周期核電荷數(shù)增大時，原子核對核外電子的吸引力占上風(fēng)；而同一主族則與之相反。這對原子得失電子能力會不會產(chǎn)生影響？

（3）設(shè)計方案，收集證據(jù)

【任務(wù)2】以第三周期為例，以小組為單位設(shè)計實驗方案探究第三周期元素鈉、鎂、鋁金屬性的強(qiáng)弱。

【方案收集、師生點評】師生點評項目包括實驗方案的原理與合理改進(jìn)，見表1。

表1 學(xué)生方案及師生點評

【學(xué)生活動，分組實驗】將班級同學(xué)分為三組，分別將方案1、2、4 修正簡化后進(jìn)行實驗論證，見表2。學(xué)生對金屬鈉與水反應(yīng)的實驗現(xiàn)象記憶深刻，因此不再重復(fù)該實驗。

表2 實驗操作、實驗現(xiàn)象及結(jié)論

【任務(wù)3】通過表3 給出的物質(zhì)性質(zhì)，推理得出第三 周期元素Si、P、S、Cl 的非金屬性強(qiáng)弱，見表3。

表3 物質(zhì)性質(zhì)表

（4）梳理模型，遷移應(yīng)用

【任務(wù)4】請同學(xué)們根據(jù)元素的位置、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)三者的聯(lián)系，結(jié)合探究實驗過程得出的結(jié)論完成思維過程圖，見圖3。

圖3 思維過程圖

【問題】你能通過該思維模型解釋元素主要化合價的周期性變化嗎？

【任務(wù)5】預(yù)測硒元素的性質(zhì)并說明理由。依據(jù)含硫物質(zhì)舉出一種含硒物質(zhì)，并推測其化學(xué)性質(zhì)。

【學(xué)生討論】硒與硫?qū)儆谕恢髯澹脑影霃奖攘虼?，非金屬性比硫弱。含硒的物質(zhì)有硒酸、二氧化硒、亞硒酸、硒酸鈉……

【總結(jié)】元素周期律具有強(qiáng)大的預(yù)測性，能夠預(yù)測未知元素及物質(zhì)的性質(zhì)；能讓我們尋找性質(zhì)相似材料進(jìn)行實踐創(chuàng)新。如在金屬和非金屬的分界線處尋找半導(dǎo)體材料，在過渡元素中尋找優(yōu)良的催化劑。

2 教學(xué)反思與教學(xué)建議

通過課后采訪和習(xí)題檢測表明，基于發(fā)展科學(xué)探究能力教學(xué)活動對學(xué)生的思維發(fā)展起到積極作用。通過猜規(guī)律、證規(guī)律、建模型、用模型四個教學(xué)任務(wù)，讓學(xué)生在活動中自主建構(gòu)知識，在此期間教師作為引導(dǎo)者，給予基本思維框架作為支撐。進(jìn)行探究教學(xué)設(shè)計時一定要明確學(xué)生活動對應(yīng)的科學(xué)探究能力要素，通過觀察學(xué)生課堂表現(xiàn)、追問等方式檢測科學(xué)探究能力是否有效落實。

學(xué)生通過元素周期表的學(xué)習(xí)對原子結(jié)構(gòu)和元素性質(zhì)有了一定的知識基礎(chǔ)，這為他們猜想元素性質(zhì)存在的變化規(guī)律做了鋪墊，也加深了結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)的思想觀念。探究過程要基于學(xué)生已有認(rèn)知基礎(chǔ)，才能更貼近實際的科學(xué)認(rèn)知過程，有效地形成認(rèn)識思路，發(fā)展高階思維。

實驗方案的制定不是一蹴而就的，需要經(jīng)過師生共同討論、修正，通過多樣化的評價發(fā)展學(xué)生方案設(shè)計的能力。從理論出發(fā)進(jìn)行發(fā)散思維，將其轉(zhuǎn)化成可操作的實驗步驟，同時對其他小組設(shè)計的方案進(jìn)行批判性思考，分別從原理和可操作性兩個方面進(jìn)行質(zhì)疑，培養(yǎng)學(xué)生的批判精神。基于客觀事實對規(guī)律進(jìn)行驗證，將物質(zhì)性質(zhì)和元素性質(zhì)進(jìn)行有效聯(lián)系，培養(yǎng)證據(jù)推理意識。

在教學(xué)過程中將思維過程外顯，幫助學(xué)生構(gòu)建認(rèn)知模型。通過預(yù)測性任務(wù)讓學(xué)生將思維模型遷移至陌生情景，發(fā)展學(xué)生解釋與論證、表達(dá)與交流的能力。元素周期律作為理論基礎(chǔ)在社會生活中發(fā)揮著重要作用，幫助學(xué)生形成為發(fā)展科學(xué)技術(shù)而學(xué)習(xí)鉆研的科學(xué)精神。