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1、“元素周期律（第二课时）”教学过程研究 张贤金/吴新建/欧阳锋作者简介：张贤金，吴新建，福建教育学院化学教育研究所（福建福 州350025）；欧阳锋，福建省福州第三中学（福建福州 350003） o原发信息：化学教与学（南京）2014年第20149期 第2-5, 31页期刊名称：中学化学教与学复印期号：20印年12期元素周期律是高中化学中重要的基础理论内容。从苏教版化学1口典型的金属、非金属单质及其化合物的学习转入到苏教版化学22 原子核外电子排布与元素周期律的学习，学生们普遍认为学习内容越来越 抽象，学习内容与社会生产生活相脱离，很多知识的认识和理解难度较 大。很多中学化学教师也倾向于认为元
2、素周期律这一内容教学设计难度较 大，很难上得让学生感兴趣。近期，针对此问题，笔者对元素周期律（第 二课时）即元素金属性和非金属性周期性变化”的内容进行了教学设 计，并在中学开设了一节教学研讨课，有一些感触，特撰写成文，以求教 于同行。一、设计思路本课内容选自苏教版化学2专题1第一单元原子核外电子排布与 元素周期律主题下元素周期律第二课时。元素周期律这一主题的内容，我教师我听到有同学讲结构决定性质。是的，元素的性质是由其原子微观结构决定的。刚才我们从原子微观结构（即原子核外电子排布） 的角度解释了元素金属性和非金属性的周期性变化规律。我们在上一节课 中，也是从原子微观结构（即原子核外电子排布）的
3、角度来解释元素的主 要化合价周期性变化规律的。因此，我们就不难得出元素周期律的实质： 原子核外电子排布的周期性变化。设计意图：在前一节课和本节课内容的基础上，总结出元素周期律的 定义，并对其实质进行了剖析。初步让学生树立结构决定性质的化学 学科思想，让学生可以从原子微观结构（即原子核外电子排布）的角度来 解释元素周期律。四、教学反思.关注教学情景创设的真实性和有意义元素周期律作为理论性较强的课，很多教师都感到创设情景较为困 难。笔者也是在备课过程中无意中注意到化学教师群”等级名称的趣 事，突然就想到将其作为本节课的导课情景，并通过本课的学习使学生可 以从原子微观结构角度很好地来回答导课情景中的
4、问题。这个教学情景就 发生在每一个学生的身边，学生们都感到很有趣、很新奇，也感受到化学 教师不一样的化学学科素养和化学思维方式，对他们有很大的震撼和触 动。同时，由于学生在苏教版化学1钠、镁、铝单质及其化合物的学 习，学生对这个情景应该是有一定的知识准备的，但又不完全能解释，这 就极大地激发了其进一步学习和探究的热情。上完课的当天晚上，班级学生QQ群里同学们都在热烈地讨论着如何利用所学的各个学科知识和学科思想来更改群等级名称。1 .注意实验探究和表格数据推理的有效选用科学探究是化学学科的突出特点。实验是科学探究最重要的手段，但 不是唯一手段。通过查阅已有的数据资料，基于数据资料的阅读和比拟，
5、对研究问题作出合理的推断，也是科学探究的一种重要手段。本课中元素 金属性的探究主要通过实验探究的手段进行，而元素非金属性的探究那么主 要基于教材提供的表格数据资料进行。通过两种不同的科学探究手段的有 效选用，能够让学生体会到科学探究的手段的多元化。2 .强调宏观现象、微观结构和符号表达统一化学学科与其他学科最大的不同之处在于化学的“三重表征，即宏 观现象、微观结构和符合表征。本课在元素的金属性实验探究中，让学生 描述观察到的实验现象，书写可能涉及的化学反响方程式，并从微观结构 角度对得到的结论进行解释；而在元素的非金属性的推断中，我们再次引 导学生将宏观现象（反响条件）、微观结构和符号表征（生
6、成的气态氢化 物化学式）统一起来。在化学教学过程中，通过反复地使用三重表 征”，可以使学生对化学学科的特征有深入的理解和认识，可以更好地掌 握化学学科的学习和研究方法。3 .充分关注和利用学生之前所学知识学生在本课的学习之前，在初中已学习过磷在氧气中燃烧的相关知识，在苏教版化学1已学习过钠、镁、铝、硅、硫、氯单质及其化合 物。学生对于本课的元素金属性和非金属性的探究是有很好的知识铺垫 的。基于此，在本课的教学中我们充分关注和利用学生之前所学的知识。 让学生对钠、镁、铝元素金属性强弱的顺序，对硅、磷、硫、氯元素的非 金属性强弱的顺序进行猜测与假设，对钠与水反响的现象进行回忆，对 镁、铝与冷水、热
7、水、盐酸反响的现象进行预测。同时，学生在前一节课 中已经学习过了元素原子核外电子排布、元素原子半径的周期性变化规 律、元素主要化合价的周期性变化规律等相关知识，本课中充分关注和利 用这一点，引导学生从原子微观结构的角度对元素的金属性和非金属性的 周期性变化规律作出解释，并剖析了元素周期律的实质。们对苏教版教材内容进行了 二次开发，将元素原子的核外电子排布周 期性变化、元素原子半径的周期性变化、元素主要化合价(最高化合价和 最低化合价)的周期性变化统整为第一课时，而将元素金属性和非金属性 的探究以及元素周期律的定义和实质统整为第二课时。本课，笔者期望在 学生已学过的原子核外电子排布、元素周期律第
8、一课时、苏教版化学 1钠、镁、铝、硅、硫、氯单质及其化合物等知识的基础上，通过创设 一个真实而有意义的教学情景让学生感受到化学学科素养和化学思维方式 在日常生活中的应用和表达，基于学生分组实验探究钠、镁、铝金属性强 弱的顺序，基于教材提供的表格数据合理推断硅、磷、硫、氯非金属性强 弱的顺序，并从原子微观结构角度解决导课情景中的问题，最后联系元素 周期律第一课时内容，总结归纳出元素周期律的定义，并引导学生从原子 微观结构的角度思考和剖析元素周期律的实质。二、教学目标(1)知识与技能：了解金属性、非金属性的定义；掌握钠、镁、铝 金属性强弱的顺序；掌握硅、磷、硫、氯非金属性强弱的顺序；能够从微 观角
9、度解释元素金属性和非金属强弱的顺序；理解和掌握元素周期律的定 义和实质。(2)过程与方法：通过元素金属性的分组实验探究，进一步体验实 验探究的基本要素，如猜测与假设、实验设计、收集证据、结论与解释、 表达与交流等；通过元素非金属性的探究，进一步明确基于表格数据的推 理是科学探究的一种重要手段；在实验探究过程中，培养学生将宏观现象、微观结构和符号表达相统一的意识；通过元素周期律定义和实质的剖 析，初步树立结构决定性质”的化学学科思想。（3）情感态度与价值观：通过导课情景的创设，让学生感受到化学 学科素养和化学思维方式在日常生活中的应用和表达；通过导课情景问题 的解决，让学生感受到化学之美。三、教
10、学过程主要板块.创设真实而有意义的教学情景复习回顾元素周期律第一课时内容。本课将继续探究元素其他性质 的变化规律。导课探究前，来聊一个有意思的事。最近，腾讯针对QQ群推出了 群内网友等级（活跃度）功能,共分六级，分别为LV1、LV2、LV3、 LV4、LV5、LV60等级名称可根据需要更改。老师加入了一个“化学教师 群，群成员全部是中学化学教师，大家猜一下他们是如何更改群等级名 称的？提示：与我们最近在学习的内容有关。学生学生兴趣浓厚，讨论热烈。教师有同学说是元素，这个答案相当接近了。我们班同学的化学学 科素养和化学思维能力很好。教师（展示QQ群截图）经过化学教师们的热烈讨论，大家一致认 为用
11、金属元素Li、Na、K、Rb、Cs、Fr来作等级名称更有化学味。教师为什么可以用Li、Na、K、Rb、Cs、Fr来作等级名称呢？ 学生交流与讨论。教师因为Li、Na、K、Rb、Cs、Fr这六种元素的金属性（失电子能 力）是逐渐增强的。这就是本课要探究的内容：元素金属性和非金属性的 变化规律。通过本课的学习，同学们都将能够很好地来解决这个问题。同 学们课后也可以讨论一下是否可以结合各个学科的特点来更改本班QQ群 等级名称？设计意图：义务教育化学课程标准（2011年版）3与全日制 义务教育化学课程标准（实验稿）相比，将原来提出的创设生动活 泼的情景修改为创设真实而有意义的情景。师生们基本都有使用腾
12、 讯QQo用腾讯QQ群网友等级（活跃度）名称来创设情景，学生们都感 觉到这个情景是很真实的，是可以接受的，学生会思考为什么化学教师们 会采用Li、Na、K、Rb、Cs、Fr来表示等级，能够感受到化学教师身上 所特有的化学学科素养和化学思维方式。同时，学生们通过实验探究和表 格数据的推理后，再回过头来解决导课情景中的问题，使导课情景有始有 终，最大限度地发挥了导课情景的教学功能。1 .基于学生分组实验的元素金属性探究教师我们介绍和分析了两种预测元素金属性强弱的方法：（1）单质 与水（或酸）反响置换出氢的难易。（2）最高价氧化物对应的水化物一 一氢氧化物的碱性强弱。下面，就以11. 12、13号元
13、素Na、Mg、Al 为例来探究一下其金属性强弱的顺序。教师请根据已学过的相关知识来猜测与假设钠、镁、铝元素金属性强弱的顺序？学生钠与水反响很剧烈；上学期学过钠、镁、铝单质及其化合物;生活中有用到铝制品。学生猜测与假设：钠、镁、铝金属性强弱的顺序：Na Mg Al。实验设计学生交流与讨论，并提出实验设计方案。探究实验实验1 ： Na与冷水的反响；实验2 : Mg、Al与冷水、沸水的反响；实验3 : Mg、Al与盐酸的反响。教师请几个小组汇报实验现象、化学反响方程式、探究结论。学生汇报。教师能否结合前两节课学习过的原子核外电子排布、原子半径周期 性变化的规律来解释得到的探究结论？学生交流与讨论、汇
14、报。教师展示主族元素原子半径变化的图片（见图1）,引导学生从原 子微观结构的角度认识：电子层数相同的元素原子，随着核电荷数的递 增，原子半径逐渐减小，原子核对核外电子的吸引力逐渐增强，元素原子 失去电子的能力逐渐减弱，金属性逐渐减弱。教师知道了钠、镁、铝元素金属性强弱的顺序以后，我们反过来可以得到其最高价氧化物对应的水化物碱性的强弱。小结以上的实验探究，告诉我们一个道理：在化学的学习中，要学 会将反响的宏观现象、微观结构和符号表达（化学反响方程式）相统一起 来。设计意图：在苏教版化学1专题2和专题3中学生已经学习过 钠、镁、铝这三种元素的单质是相当活泼的金属。学生在拥有这些知识储 备的情况下，
15、进行金属性强弱顺序的猜测与假设不会有太大的困难。让学 生根据教材信息提示”栏目提供的信息来设计探究实验，并进行分组实 验探究，观察实验现象，书写反响涉及的化学反响方程式，并通过反响剧 烈程度的比拟，得到三种元素的金属性强弱顺序。这个过程可以培养学生 的实验设计能力，可以在实验中体会实验设计中的控制变量法，并能够通 过收集有效的证据，得到合理的结论。分组实验完成后，进行小组交流与 讨论，汇报实验结果。教师进一步引导学生从刚学习过的原子核外电子排 布、原子半径等原子结构的周期性变化角度分析元素金属性强弱的顺序。 初步让学生体会学习化学的一种重要方法：将宏观现象、微观结构和符号 表达相统一。2 .基
16、于表格数据推理的元素非金属性探究教师实验探究完了钠、镁、铝元素金属性强弱的顺序，我们再来以 硅、磷、硫、氯四种非金属元素为代表来研究一下其非金属性强弱的顺 序。科学探究是化学学科最突出的特征。实验探究是科学探究的最重要手 段，但不是唯一的手段。基于已有资料数据的推理也是科学探究的重要手段之一。前面我们讲到了预测元素非金属性的两种方法：（1）与氢气生成气态氢化物的难易程度及氢化物的稳定性；（2）最高价氧化物的水化物的酸性强弱。下面，通过一个表格数据来探究一下硅、磷、硫、氯四种 元素非金属性强弱的顺序。教师可以根据两条间接判断依据，试着推断一下这四种元素非金属 性强弱的顺序。学生交流与讨论。教师同
17、学们的分析都很有道理，都认为硅、磷、硫、氯元素的非金 属性强弱的顺序是：SiPSCI。教师再次展示主族元素原子半径变化的图片（见图1），借鉴从原 子微观结构角度解释元素金属性强弱顺序的方法，一起从原子微观结构角 度来解释元素非金属性强弱的顺序。设计意图：在苏教版化学1专题2、专题3和专题4中学生分别 学习过氯、硅、硫的单质及其化合物，在初中阶段学习过磷在氧气中燃烧 的知识，学生对硅、磷、硫、氯这四种元素的单质及其化合物知识有了一 定的认识和理解。由于硅、磷、硫、氯单质与氢气反响条件有的较为苛 刻，有的反响太过剧烈，不适合做学生分组实验。故直接通过表格形式提 供硅、磷、硫、氯四种元素的单质与氢气
18、反响的条件、生成的气态氢化物 的化学式、气态氢化物的热稳定性等数据资料，让学生通过对表格资料数 据的阅读和理解，基于表格数据进行合理的推断，得出硅、磷、硫、氯元素非金属强弱的顺序，并让学生们对推断的结果进行交流和讨论。让学生认识到科学探究除了实验探究以外，查阅资料数据，基于表格数据的比拟 作出合理的推断也是科学探究的一种重要手段。同时，再次展示主族元素 原子半径变化的图片，借鉴从原子微观结构角度解释元素金属性强弱顺序 的方法，让学生们自主地从原子微观结构角度解释元素非金属强弱的顺 序，并再次将宏观现象、微观结构和符号表达（生成的气态氢化物化学 式）统一起来。3 .从原子微观结构角度解决导课情景
19、中的问题教师通过11 17号元素金属性和非金属性的探究，发现1117号 元素随着核电荷数的递增，元素的金属性逐渐减弱，非金属性逐渐增强。 对3 9号元素进行研究，也可以发现它们随着核电荷数的递增，金属性 递减、非金属性递增。更多的研究发现，随着核电荷数的递增，元素金属 性、非金属性重复出现金属性递减、非金属性递增的情况（稀有气体元素 除外）。即随着元素核电荷数的递增，元素的金属性、非金属性呈现周期 性变化。教师再次展示主族元素原子半径变化的图片（见图1）。引导学生 复习原子半径周期性变化规律，并对元素金属性、非金属性周期性变化进 行解释：电子层数相同，元素原子半径大小主要取决于核电荷数，随着核
20、 电荷数的递增，原子半径逐渐减小，原子核对核外电子的吸引力逐渐增 强，原子失去电子的能力逐渐减弱，元素金属性逐渐减弱，元素非金属性 逐渐增强；元素原子最外层电子数相同，元素原子半径主要取决于电子层数，随着核电荷数的递增，电子层数递增，原子半径逐渐增大，原子核对核外电子的吸引力逐渐减弱，原子失去电子的能力逐渐增强，元素金属性逐渐增强，元素非金属性逐渐减弱。教师大家能否解决老师上课一开始讲到的化学教师采用Li、Na、K、Rb、Cs、Fr来表示群内网友的等级（活跃度）的问题？学生交流与讨论、汇报设计意图：在1117号元素金属性、非金属性探究的基础上，补充 介绍科学家对其他元素进行研究，发现随着核电荷
21、数的递增，元素金属性 和非金属性重复出现金属性递减、非金属性递增的变化规律，从而得出元 素金属性和非金属性的周期性变化规律。通过这样补充介绍，可以让学生 更为全面地来理解和认识什么是周期性变化。再次通过主族元素原子半径 变化的图片引导学生从原子微观结构角度对元素金属性和非金属性强弱的 顺序进行解释，并帮助学生很好地解决了导课中所创设情景中的问题，让 学生的困惑得到解决，体验到学习的乐趣。4 .元素周期律的定义和实质剖析教师通过探究学习，我们发现随着核电荷数的递增，元素的主要化 合价（最高化合价与最低化合价）、金属性、非金属性都呈现周期性变化 的规律，我们把这种规律叫做元素周期律。教师那么，是什么导致了随着元素核电荷数的递增，元素的性质的 周期性变化呢？学生交流与讨论。