肖世昭

人教版教材高中化學必修Ⅱ第一章第二節(jié)《元素周期律》有三個框題的內(nèi)容：原子核外電子的排布、元素周期律、元素周期表和周期律的應用。本案例為第二課時第二框題“元素周期律”，采用一課三階段探究式教學，按課堂教學模式Ⅱ（提出問題→收集證據(jù)→形成解釋→交流展示→評價結(jié)果）展開，漸次激發(fā)學生學習的自主性。

一、第一階段，教師引導下的全班集體探究

鑒于學生在九年級已經(jīng)學過了“原子是由原子核和核外電子構成的”這個知識點，在高中必修Ⅰ的學習中對元素周期表的大體結(jié)構有了初步的了解并能運用元素周期表查找常見元素、獲取相關信息，而且此時的學生邏輯思維能力迅速發(fā)展、推理思維活躍，因此，關于第一個知識點“隨著原子序數(shù)的遞增，元素原子的電子層排布、原子半徑和化合價均呈現(xiàn)周期性的變化”的教學，筆者擬采用引導探究方式，指導學生通過閱讀文本（含閱讀材料）提取有效信息，進而發(fā)現(xiàn)元素的這種周期性變化規(guī)律。

由于學生已經(jīng)掌握了原子核外電子排布的知識，對于原子半徑和化合價的知識也有了一定的認知基礎，因而在本課開課伊始，筆者將教材中的三個表格投影展示給學生（見表1、表2、表3），讓學生觀察表中的數(shù)據(jù)，尋找規(guī)律，緊接著提出了下面三個問題。

1.從表1中得出原子核外電子層排布的周期性變化規(guī)律是什么？

2.結(jié)合表2的數(shù)據(jù)，分析3—9號元素和11—17號元素隨著元素核電荷數(shù)的遞增，元素的原子半徑的變化有沒有規(guī)律，是什么樣的規(guī)律？

3.從表3得到的元素的主要化合價隨著元素核電荷數(shù)的遞增呈現(xiàn)什么樣的變化？

在分析解決問題的辦法、“收集證據(jù)”環(huán)節(jié)，筆者讓學生根據(jù)之前學過的相關知識畫出1—18號原子結(jié)構示意圖，引導學生自主探究“原子核外電子排布”規(guī)律。學生在畫出原子結(jié)構示意圖后很快便發(fā)現(xiàn)了最外層電子的排布在重復1→8的變化規(guī)律。在引導學生“形成解釋”的教學過程中，我們師生展開了下面的對話。

師：同學們，根據(jù)畫出的核電荷數(shù)1—18號元素的原子結(jié)構示意圖，你們找到了什么規(guī)律？

生：1—2號元素的電子層數(shù)相同，都是1，最外電子層上的電子數(shù)從1到2；3—10號元素的電子層數(shù)相同，都是2，最外電子層上的電子數(shù)從1遞增到8；11—18號元素的電子層數(shù)相同，都是3，最外電子層上的電子數(shù)從1遞增到8。

師：于是，第一個問題我們就可以得出結(jié)論——（歸納、板書）隨著原子序數(shù)的遞增，元素最外層電子呈現(xiàn)周期性變化。接下來，我們再來看看3—9號元素和11—17號元素隨著元素核電荷數(shù)的遞增，元素原子半徑的變化有沒有規(guī)律，有什么樣的規(guī)律吧！

生：（齊答）由鋰到氟，原子半徑由大到??；由鈉到氯，原子半徑由大到小。于是可以得出結(jié)論——隨著原子序數(shù)的遞增，原子半徑呈現(xiàn)周期性變化。

師：（追問）這個“核外電子排布的周期性變化”與“原子半徑的周期性變化”之間有沒有關系呢？若是有，又是什么關系呢？

生1：具有相同的核外電子層數(shù)的原子，隨著原子序數(shù)的遞增，核對外層電子的引力逐漸增強，原子半徑“收縮”而逐漸減小。

師隨著學生的回答進行歸納并板書如下：隨著原子序數(shù)的遞增，原子半徑呈現(xiàn)周期性變化。

師：通過觀察表3中的數(shù)據(jù)，元素的主要化合價隨著元素核電荷數(shù)的遞增又呈現(xiàn)出怎樣的變化呢？

生2：先說正化合價，3—7號元素的化合價從+1逐步升到+5，11—17號元素的化合價從+1逐漸升到+7；再說負化合價，6—9號元素的化合價從-4逐步升到-1，14—17號元素的化合價從-4逐步升到-1。于是可以得出結(jié)論——元素的主要化合價隨著元素核電荷數(shù)的遞增，呈現(xiàn)周期性的變化。（生2自覺接受生1的“教訓”，已經(jīng)可以按照教師引導的表述方式，用合乎學科規(guī)范的表達方法進行總結(jié)歸納）

師：（追問）大家或許有個疑問“核外電子排布的周期性變化”與“元素化合價的周期性變化”之間到底有沒有關系，又是怎樣一種關系呢？

生3：一般地，元素的最高正化合價等于最外層電子數(shù)，O、F除外；最低負化合價等于最外層電子數(shù)減8，稀有氣體元素除外。（學生的表達非常嚴謹）

師：于是，我們得出第三個問題的答案——（邊說邊板書）隨著原子序數(shù)的遞增，元素最外層電子、半徑、主要化合價都呈現(xiàn)出周期性變化。那么，這些規(guī)律如何解釋呢？

生：最外層電子數(shù)目周期性的變化導致原子半徑、化合價呈周期性變化。

以上師生問答、教師板書的過程，將學生“形成解釋”“交流展示”與教師“評價結(jié)果”的過程自然地融為一體。由于以上三個問題相對容易解決，通過激活之前所學知識便基本可以應對，于是這個環(huán)節(jié)筆者以師、班（教師與全班學生）互動的方式為主。這也是以班為單位的引導探究中師生交流的主要方式。

二、第二階段，小組合作探究

小組合作探究，在驅(qū)動性問題（任務）設計上，應使問題具有一定的挑戰(zhàn)性，需要學生通過同伴間的交流、研討，在智慧分享的基礎上實現(xiàn)對問題的有效解決。

高一學生對物質(zhì)性質(zhì)的變化規(guī)律有一定的認識，他們在學習了堿金屬元素和鹵素的基礎上學習元素周期律中關于“金屬性的遞變規(guī)律，金屬性強弱比較”這個知識點，會有似曾相識的感覺。本課內(nèi)容教學的重點是對事物的本質(zhì)規(guī)律進行概括，引導學生從現(xiàn)有知識儲備中去提取有效信息，通過對物質(zhì)性質(zhì)的普遍性、遞變性和特殊性進行聯(lián)想、舉證、比較來發(fā)現(xiàn)和揭示規(guī)律。對這部分內(nèi)容展開探究式學習，旨在讓學生通過討論提升原有認知，通過探究實驗來驗證猜想和假說，通過交流展示形成共識，進而實現(xiàn)知識的自主建構。

對于“金屬性遞變規(guī)律”這一知識點的教學，教師的教學思路是設計三個研習內(nèi)容，引導學生開展小組合作探究。為了提高課堂教學效率，教師將三個研習內(nèi)容及具體要求設計成導學案，在課前印發(fā)給學生（見表4）當作預習任務，“提出問題”環(huán)節(jié)相當于提前到了課前進行。

在正式上課前，教師對學生導學案完成情況進行檢查，每個學習小組在桌面上都準備好了鈉、鎂條、鋁片、2 mol·L-1鹽酸、蒸餾水、酚酞溶液、小試管、燒杯、砂紙、酒精燈等實驗物品。于是進入課堂教學環(huán)節(jié)。

師：到現(xiàn)在為止，人們發(fā)現(xiàn)了100多種元素，它們的原子結(jié)構不同，性質(zhì)各異。為了研究方便，我們把元素所表現(xiàn)的性質(zhì)分為兩大類，一類為金屬性，一類為非金屬性。已學過的Na、K等金屬元素所表現(xiàn)出來的性質(zhì)就屬典型的金屬性，而N、Cl等元素所表現(xiàn)出來的性質(zhì)則具有典型的非金屬性。金屬元素的活潑性我們在初中時已有所了解，那么元素金屬性相對強弱可以用什么實驗事實來說明呢？非金屬元素的非金屬性相對強弱又可以用什么實驗事實來說明呢？接下來，我們以第三周期11—18號元素為研究對象，來探究一下元素周期表中元素的金屬性，看看在同一周期中元素的周期性存在著怎樣的規(guī)律。（教師教學鋪墊完成后，隨即投影呈現(xiàn)各小組展示任務分工，即在表4中加入紅顯的文字）

因為學生在課前已經(jīng)進行了信息收集，包括重讀課本（已學知識）、到圖書館查閱資料、上網(wǎng)搜索相關知識信息等，課上教師又指定了各組具體研討的內(nèi)容且“主題”明確（避免問題過于籠統(tǒng)，難以把握），而且學生學習小組屬于異質(zhì)分組，學生間的資源差異利于學生互幫互助、有效合作，學生的課堂探究十分高效。

接到教師安排的研習內(nèi)容后，各小組紛紛進入“收集證據(jù)”狀態(tài)。教師在課堂上巡視，幫助學生解決討論中遇到的問題，指導學生完成實驗方案設計，提醒學生在實驗操作過程中要注意安全和規(guī)范，整理好文本敘述的內(nèi)容后再“形成解釋”。

當小組討論結(jié)束，教師對展示和點評的責任小組做出如下安排：“用原子結(jié)構知識解釋”的研習內(nèi)容，“主題1”由1組B層學生展示，“主題2”由2組B層學生展示，3組A層學生負責對1組、2組的展示作點評；“同周期（以鈉、鎂、鋁為例）金屬性強弱比較”的研習內(nèi)容，“主題1”由4組B層學生展示，“主題2”由5組B層學生展示，6組A層學生負責對4組、5組的展示作點評；“同主族（以IA為例）金屬性強弱比較”的研習內(nèi)容，“主題1”由7組B層學生展示，“主題2”由8組B層學生展示，9組A層學生負責對7組、8組的展示作點評。要求各組展示代表將本組討論的結(jié)果以文字、圖表或化學方程式的形式在教室前后兩塊黑板相應位置中寫出來，相關小組成員與此同時積極思考、幫助補充完善，點評組組長安排組員做好準備，于是課堂進入“展示交流”和“評價結(jié)果”環(huán)節(jié)。

1組B層學生展示：同主族元素最外層電子數(shù)相同→性質(zhì)具有相似性，如鈉和鉀。

2組B層學生展示：同主族元素電子層數(shù)遞增→原子核對核外電子吸引力遞減→性質(zhì)具有遞變性，如鉀比鈉更活潑，鈉與水反應我們能看到鈉在水面熔成一個小球并產(chǎn)生大量氣體，而鉀與水相遇則立刻發(fā)生燃燒和輕微爆炸。

3組A層學生點評：完全同意1組的討論結(jié)果。為2組補充一點，同主族元素電子層數(shù)遞增，原子半徑逐漸增大，原子核對最外層電子的吸引力遞減，因此最外層電子也最容易失去，導致金屬性逐漸增強，呈現(xiàn)周期性變化。

師：1組、2組同學不僅找出了規(guī)律，還運用原子核外電子排布規(guī)律解釋了這一結(jié)果，言簡意賅！3組點評同學有小老師風范，點評很到位?。ㄈ鄬W生熱烈鼓掌）

4組B層學生展示：金屬性強弱比較的方法有三種。①單質(zhì)與水或酸反應置換出氫，金屬性越強，其單質(zhì)越容易從水或酸中置換出氫；②最高價氧化物對應的水化物的堿性，金屬性越強，其最高價氧化物對應的水化物的堿性就越強；③從金屬活動順序表來看，排在前面的金屬能把排在后面的金屬從它的鹽溶液中置換出來。

5組B層學生展示：同周期元素（鈉、鎂、鋁）金屬性逐漸減弱。我們的實驗方案是——①將綠豆大小的金屬鈉以及除去氧化膜的鎂條和鋁片分別投入盛有冷水的燒杯中，比較反應的劇烈程度，觀察并記錄實驗現(xiàn)象；②將除去氧化膜的鎂條和鋁片分別與2 mol·L-1鹽酸進行反應，觀察并記錄實驗現(xiàn)象。通過操作以上兩個實驗，我們得出了如下結(jié)論——同周期比較金屬性為Na[>]Mg[>]Al，與酸或水反應則是由易→難。

6組A層學生點評：兩組的展示基本正確。第4組還可以增加一個我們初中學過的相互置換反應（強制弱）來判斷金屬性的強弱。第5組設計的實驗方案①可以增加一個實驗環(huán)節(jié)，比較三種金屬單質(zhì)最高價氧化物對應的水化物的堿性強弱，就是在①的實驗基礎上滴加酚酞試劑，比較顏色的深淺程度，從而得出堿性的強弱程度。

師：這三個小組，展示和點評都很精彩?。◣?、生一同鼓掌）老師再補充一點，做實驗方案①鎂、鋁與水的反應實驗時，可以增加一個實驗環(huán)節(jié)，用酒精燈對燒杯進行加熱。比較反應條件變化（溫度不同時）導致的反應難易度，可以幫助我們判斷鈉、鎂、鋁金屬性的相對強弱。

生：老師，我們做了把鎂和鋁分別放到熱水中的實驗，看到鎂與水反應快，鋁與水反應慢。

師：好！我們把掌聲送給他們?。ㄈ喙恼疲?/p>

7組B層學生展示：同主族元素金屬性逐漸增強，最高價氧化物對應的水化物的堿性強弱是KOH[>]NaOH[>]LiOH。

8組B層學生展示：我們的實驗方案是——①取金屬鈉、鉀，分別與滴有酚酞試劑的水反應，比較反應的劇烈程度，觀察實驗現(xiàn)象；②鈉、鉀分別與鹽酸反應，比較反應的劇烈程度。方程式：Li+2H2O=2 LiOH+H2↑；Na+2H2O=2 NaOH+H2↑，2 K+2 H2O=2 KOH+H2↑。

9組A層學生點評：7組展示的內(nèi)容完全正確，8組展示的實驗方案①可行，方案②中鉀與水反應很劇烈，已經(jīng)輕微爆炸，再做鉀與鹽酸反應的實驗就很危險了，建議取消。

師：剛才我們通過小組合作探究的方法學習了同周期、同主族元素金屬性的遞變規(guī)律，我們一起來總結(jié)一下。

生：（齊答）同周期元素從左到右金屬性逐漸減弱，同主族元素金屬性從上到下金屬性逐漸增強。

學生根據(jù)討論中獲得的信息，在導學案上補充完善實驗方案設計；教師用PPT課件投影展示同一周期、同一主族元素金屬性的遞變規(guī)律，學生整理好課堂筆記。

第二階段小組合作探究以9個學習小組為單位，采用導學案完成課堂筆記和練習。在這段學習活動中，生生互動（包括小組內(nèi)同學間的對話、小組與全班的對話、學生個體與全班的對話）是主要互動方式，展示交流與評價結(jié)果交替進行。自主性是學會學習的前提，問題一經(jīng)提出，學生從如何設計解決問題的方案開始，到收集證據(jù)、實施實驗探究、解釋結(jié)論、交流展示、評價結(jié)果，全部自行負責；教師作為協(xié)作者和輔助者參與學生的學習活動，敢于放手。在這樣的課堂上，不同學習水平的學生相互交流，大膽表達、彼此分享，是課堂教學資源的拓展和延伸，而且可以很好地培養(yǎng)學生的互助精神，課堂成為學生施展能力的舞臺。

三、第三階段，學生自主獨立探究

學生的探究熱情越來越高漲，對自己的分析推理能力越來越有信心，這為第三階段的自主探究打下了良好的基礎。于是筆者設計了“同一周期和同一主族元素的非金屬性強弱變化有什么規(guī)律？如何進行實驗論證？”這個教學內(nèi)容作為學生自主探究的主題，把課堂完全交給了學生。于是，學生提出問題：1.元素非金屬性判斷的依據(jù)是什么？2.同周期非金屬性強弱比較規(guī)律，如何用實驗加以驗證？3.同主族非金屬性強弱比較規(guī)律，如何用實驗加以驗證？

為了給問題求解，學生開始“收集證據(jù)”：翻閱課本，查閱教輔資料，獨立思考，組織語言表述，“形成解釋”。教師課堂巡視，發(fā)現(xiàn)問題及時個別指導。在“發(fā)表交流”階段，教師隨機抽取了一名學生（生1）的探究結(jié)果，投影呈現(xiàn)給全班學生：

1.元素非金屬性判斷依據(jù)：一般可用元素的最高價氧化物對應的水化物的酸性強弱（酸性越強，非金屬性越強）與H2生成氣態(tài)氫化物的難易程度和氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性來判斷（越容易反應，氣態(tài)氫化物越穩(wěn)定，非金屬性越強）。

2.同周期非金屬性強弱比較規(guī)律：按硅、磷、硫、氯元素的順序，從硅元素到氯元素，隨著元素核電荷數(shù)的遞增，氣態(tài)氫化物的熱穩(wěn)定性逐漸增強，與H2生成氣態(tài)氫化物由難到易，所以硅、磷、硫、氯元素的非金屬性逐漸增強。

3.同主族非金屬性強弱比較規(guī)律：用第ⅦA主族F、Cl、Br、I這組非金屬元素為代表進行探究，氣態(tài)氫化物的熱穩(wěn)定性逐漸減弱，與H2生成氣態(tài)氫化物的條件由易到難。

師：對于3，你能舉例說明一下嗎？

生1：我們知道氫氣和氯氣混合后遇火會發(fā)生爆炸，見強光也會有爆炸反應，生成的氯化氫氣體非常穩(wěn)定。而氫氣與碘蒸氣反應很慢，生成的碘化氫很不穩(wěn)定，容易分解。

師：對這位同學的探究結(jié)論，同學們有什么要補充說明的嗎？

生2：這位同學的結(jié)論正確，但對于同周期非金屬性強弱比較規(guī)律還可以通過元素的最高價氧化物對應的水化物的酸性強弱來判斷，酸性大小是HClO4[>]H2SO4[>]H3PO4[>]H2SiO3。

師：很好！那么，我們可以得出結(jié)論——

生：（齊答）同一主族中，從上到下，元素的非金屬性逐漸減弱；同一周期中，從左到右，元素的非金屬性逐漸增強。

最后，教師投影這節(jié)課的基本結(jié)論——元素周期律，學生集體朗讀：元素的性質(zhì)隨著元素核電荷數(shù)的遞增而呈周期性變化的規(guī)律叫元素周期律。元素周期律實質(zhì)是元素原子核外電子排布隨著元素核電荷數(shù)的遞增發(fā)生周期性變化的必然結(jié)果。

這節(jié)課是基礎理論課，不少老師和學生反映這類課內(nèi)容枯燥，但運用三階段探究式教學方式組織教學活動卻能收到意想不到的效果，學生在課堂上的自由自主及由此帶來的較高程度的探究性學習能力等，都令我們耳目一新、刮目相看。

（責編 白聰敏）