［摘 要］本文以“元素周期表”的教學(xué)為例，聚焦元素“位—構(gòu)—性”關(guān)系，沿著情境線、問題線、活動(dòng)線、知識(shí)線、素養(yǎng)線等五條主線進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)、探索與實(shí)踐，探尋基于化學(xué)史的任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)對(duì)發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的獨(dú)特價(jià)值。

［關(guān)鍵詞］化學(xué)史；核心素養(yǎng)；任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)；元素周期表

［中圖分類號(hào)］" " G633.8" " " " ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］" " A" " " " ［文章編號(hào)］" " 1674-6058（2024）20-0065-06

一、問題的提出

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》從宏觀辨識(shí)與微觀探析、變化觀念與平衡思想、證據(jù)推理與模型認(rèn)知、科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)、科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任五個(gè)維度構(gòu)建了化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的內(nèi)容體系，提倡開展“素養(yǎng)為本”的教學(xué)[1]。學(xué)科核心素養(yǎng)導(dǎo)向下的任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐是各學(xué)科教學(xué)落實(shí)“立德樹人”根本任務(wù)、強(qiáng)化課堂育人的主要渠道，也是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)“落地生根”的有效途徑，勢(shì)必將引領(lǐng)廣大教師從關(guān)注“學(xué)科教學(xué)”轉(zhuǎn)向“學(xué)科育人”，引導(dǎo)學(xué)校教育教學(xué)從關(guān)注“冷冰冰的分?jǐn)?shù)”轉(zhuǎn)向“活生生的人”，引導(dǎo)學(xué)生從“解答問題”走向“解決問題”。

人教版高中化學(xué)必修1第四章第一節(jié)“原子結(jié)構(gòu)與元素周期表”是以“物質(zhì)的分類及轉(zhuǎn)化”和“元素及其化合物”作為知識(shí)基礎(chǔ)，并為后續(xù)“元素周期律”的學(xué)習(xí)做鋪墊，起到承前啟后的作用，更是聚焦元素“位—構(gòu)—性”關(guān)系開展學(xué)科觀念構(gòu)建、思維能力訓(xùn)練的十分貼切的單元教學(xué)素材。這部分知識(shí)計(jì)劃安排三個(gè)課時(shí)，第一課時(shí)是原子結(jié)構(gòu)、核素，第二課時(shí)是元素周期表，第三課時(shí)是原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)。教材中本節(jié)內(nèi)容以2個(gè)“科學(xué)史話”介紹了原子結(jié)構(gòu)模型的演變和元素周期表的發(fā)展，為探索化學(xué)史與學(xué)科單元教學(xué)深度融合以培育學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)和進(jìn)行課堂思政育人的教學(xué)新途徑創(chuàng)造了條件。但在教學(xué)實(shí)踐中，很多教師將該內(nèi)容作為課堂教學(xué)的“花絮”穿插于化學(xué)課堂教學(xué)中，沒有深刻領(lǐng)悟到教材的編排意圖，使得化學(xué)史的教學(xué)價(jià)值未能得到充分展現(xiàn)，從而導(dǎo)致化學(xué)史與化學(xué)課堂教學(xué)嚴(yán)重脫節(jié)[2]。而且，不少教師對(duì)元素周期表發(fā)展史的探究過程缺少補(bǔ)充意識(shí)，不能有效引導(dǎo)學(xué)生探索和運(yùn)用科學(xué)家繪制元素周期表的科學(xué)思維和方法，并將其遷移運(yùn)用到真實(shí)問題的解決之中，這極大地削弱了學(xué)生對(duì)科學(xué)探究的體驗(yàn)和對(duì)科學(xué)本質(zhì)以及化學(xué)觀念的理解，未能實(shí)現(xiàn)與新課程改革理念的深度交融[3]。本文以人教版高中化學(xué)必修1中的“元素周期表”的教學(xué)為例，探尋基于化學(xué)史的任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)對(duì)發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的獨(dú)特價(jià)值。

二、教學(xué)目標(biāo)

1.通過給元素分類、排序和觀察原子結(jié)構(gòu)示意圖、元素周期表結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行分析、對(duì)比、總結(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的概括歸納能力與分類的思維方法。

2.通過探尋原子序數(shù)、核電荷數(shù)、質(zhì)子數(shù)、核外電子數(shù)的關(guān)系，勾畫元素周期表的結(jié)構(gòu)框架以及活用元素周期表，培養(yǎng)學(xué)生的變化觀和學(xué)以致用的能力。

3.通過元素“位—構(gòu)—性”關(guān)系開展學(xué)科觀念構(gòu)建、思維能力訓(xùn)練，讓知識(shí)教學(xué)轉(zhuǎn)向觀念、思維、方法外顯。

4.通過元素周期表發(fā)展史的介紹，提升化學(xué)史的教學(xué)價(jià)值，讓學(xué)生感受科學(xué)家不畏艱難、勇于探索的科學(xué)精神。

5.通過元素周期表的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究精神、愛國(guó)主義精神和奉獻(xiàn)精神。

三、教學(xué)設(shè)計(jì)思路與教學(xué)思想

新課程背景下，聚焦學(xué)科觀念構(gòu)建的任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)是當(dāng)前深受教師青睞的教學(xué)方法。本節(jié)課采用“情境線、問題線、活動(dòng)線、知識(shí)線、素養(yǎng)線”相融合的“五線式”任務(wù)驅(qū)動(dòng)教與學(xué)的方式：以元素周期表的發(fā)現(xiàn)過程和演變歷程為主線（情境線）來創(chuàng)設(shè)真實(shí)的教學(xué)情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)原動(dòng)力和學(xué)習(xí)熱情；立足不同時(shí)段化學(xué)史的內(nèi)容以及貫穿其中的科學(xué)精神，以解決實(shí)際問題為學(xué)習(xí)任務(wù)，通過設(shè)置深層價(jià)值問題（問題線）不斷激發(fā)學(xué)生深度思考、深度交流、深度研討（活動(dòng)線），并結(jié)合多媒體課件，讓每一個(gè)學(xué)生都投入到合作與探究的學(xué)習(xí)活動(dòng)中，真實(shí)體驗(yàn)、加深印象；通過生產(chǎn)生活中的真問題和真探究，深挖各時(shí)段化學(xué)史中所潛藏的化學(xué)知識(shí)和原理（知識(shí)線）以及能夠培育學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要價(jià)值（素養(yǎng)線）。“五線”中的每一條線之間相互融合、融通、融匯，呈現(xiàn)出螺旋上升態(tài)勢(shì)，并耦合形成本節(jié)課的教學(xué)思想：基于元素周期表發(fā)現(xiàn)和演變的科學(xué)研究過程以及貫穿其中的科學(xué)精神，以多媒體課件等教學(xué)資源作為腳手架，通過學(xué)情、目標(biāo)、情境、問題、任務(wù)、結(jié)構(gòu)、展示、作業(yè)、評(píng)價(jià)等形式開展自主學(xué)習(xí)與合作探究，探尋其中隱藏的化學(xué)知識(shí)、化學(xué)原理和化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

四、教學(xué)環(huán)節(jié)

（一）各抒己見，尋找元素之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)

【問題引導(dǎo)】元素種類多種多樣：18世紀(jì)——30余種，19世紀(jì)——54種，現(xiàn)代——118種。元素的性質(zhì)有什么規(guī)律可循？元素之間有何內(nèi)在聯(lián)系？現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的100多種元素之間能否分類或有序排列？

【學(xué)生活動(dòng)】

（1）交流討論，將圖1元素卡片中的前7種元素按照一定的依據(jù)進(jìn)行分類。

（2）小組合作，將圖1中的9種元素卡片按照一定的依據(jù)進(jìn)行排序，并粘貼在同一張標(biāo)簽中。

【小結(jié)】（1）分類：按元素形成單質(zhì)時(shí)的狀態(tài)分組；按金屬元素和非金屬元素分組；按原子具有相同的最外層電子數(shù)進(jìn)行分組；等等。（2）排序：一字長(zhǎng)蛇陣型簡(jiǎn)單元素表；表格型簡(jiǎn)單元素表。

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生利用樹狀分類法對(duì)卡片中的已知元素進(jìn)行分類、排序，從局部到整體，從短周期到長(zhǎng)周期，從主族到副族，循序漸進(jìn)地構(gòu)建簡(jiǎn)單的元素表。一來培養(yǎng)、鞏固學(xué)生的分類觀和分類思想，使其學(xué)會(huì)利用分類思維方法解決問題。二來培養(yǎng)學(xué)生的信息提取力、觀察力、表達(dá)力。三來讓學(xué)生從科學(xué)家的視角初步感受元素的簡(jiǎn)單排列依據(jù)，為學(xué)生學(xué)習(xí)元素周期表的編排原則做鋪墊，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力。

（二）融貫古今，體驗(yàn)科學(xué)家編制元素周期表的探究過程

【教師活動(dòng)】教師呈現(xiàn)化學(xué)史料，引導(dǎo)學(xué)生追尋化學(xué)家的足跡，探究元素周期表的編制過程。

【化學(xué)史料1】拉瓦錫的元素分類表（1789年）。

1789年，法國(guó)化學(xué)家拉瓦錫在《化學(xué)概要》一書中提出了第一個(gè)元素分類表（如表1），將元素分為金屬、非金屬、氣體和土質(zhì)四大類。

【化學(xué)史料2】德貝萊納的“三素組”（1829年）。

1829年，德國(guó)化學(xué)家德貝萊納根據(jù)元素性質(zhì)的相似性提出了“三素組”學(xué)說。將當(dāng)時(shí)已知的54種元素中的15種分成5組（部分元素如表2所示）。

【評(píng)價(jià)】每組三元素的性質(zhì)相似，且中間元素的原子量等于兩側(cè)元素原子量的算術(shù)平均值。

【化學(xué)史料3】尚古多的“螺旋圖”（1862年）。

1862年，法國(guó)地質(zhì)學(xué)家尚古多提出了“元素的特性取決于相對(duì)原子質(zhì)量的數(shù)值”的論點(diǎn)，將當(dāng)時(shí)已知的62種元素按相對(duì)原子質(zhì)量大小循序標(biāo)記在一個(gè)圓周線分成16份的圓柱體的螺旋線上（如圖2），性質(zhì)相似的元素出現(xiàn)在同一條縱線上，如Na、K。但性質(zhì)不同的S和Ti也在同一條縱線上，這體現(xiàn)了尚古多螺旋圖的不足。

【評(píng)價(jià)】從相對(duì)原子質(zhì)量出發(fā)，從局部到整體考慮所有元素之間的關(guān)系。

【化學(xué)史料4】紐蘭茲的“八音律”（1864－1866年）。

1864－1866年，英國(guó)青年化學(xué)家紐蘭茲把當(dāng)時(shí)已知的62種元素整理成為一個(gè)７行８列的表格（如表3），不直接使用相對(duì)原子質(zhì)量，而是使用了元素的號(hào)數(shù)，這點(diǎn)打破了先例。

【評(píng)價(jià)】將整張表填滿，部分位置放置了２個(gè)不同的元素，掩蓋了元素性質(zhì)的獨(dú)特性，而且一旦發(fā)現(xiàn)新元素，必然會(huì)打破整張表的布局。

【化學(xué)史料5】門捷列夫的元素周期表（1869、1871年）。

1869年，俄國(guó)化學(xué)家門捷列夫繼承和突破了前人的研究經(jīng)驗(yàn)，對(duì)當(dāng)時(shí)已發(fā)現(xiàn)的63種元素按照相對(duì)原子質(zhì)量從小到大排列，并將化學(xué)性質(zhì)相似的元素放在同一個(gè)縱行，繪制出了第一張?jiān)刂芷诒怼?871年，門捷列夫發(fā)表第2張?jiān)刂芷诒恚ㄈ绫?），他依據(jù)相對(duì)原子質(zhì)量遞增的順序進(jìn)行橫排，使同族元素處于同一列，一格一種元素，元素之間允許有空位，還添加了新的排布依據(jù)，如元素最高價(jià)的氧化物、最低價(jià)的氫化物、族和周期，并運(yùn)用元素周期律預(yù)言了“類鋁”（鎵）、“類硼”（鈧）、“類硅”（鍺）。

門捷列夫的元素周期表是20世紀(jì)末化學(xué)史上的重要理論成就之一，具有里程碑意義。

【學(xué)生活動(dòng)】談?wù)剬?duì)元素周期表編制史的感悟。

【學(xué)生回答】科學(xué)研究與發(fā)現(xiàn)是一個(gè)漫長(zhǎng)的過程，我們要有毅力，靜待花開；科學(xué)研究與發(fā)現(xiàn)是站在巨人的肩膀上不斷完善和創(chuàng)新的過程，我們不能盲從，要守正創(chuàng)新；科學(xué)研究與發(fā)現(xiàn)需要豐富的想象力，要敢于做“白日夢(mèng)”和堅(jiān)持追求夢(mèng)想……

設(shè)計(jì)意圖：采用“情境線、問題線、活動(dòng)線、知識(shí)線、素養(yǎng)線”相結(jié)合的五線式探究教學(xué)，從時(shí)間、人物、事件、評(píng)價(jià)等維度對(duì)元素周期表的發(fā)展歷程進(jìn)行細(xì)致品讀，通過提問、引導(dǎo)、啟發(fā)的形式開展探究，挖掘每段化學(xué)史蘊(yùn)藏的化學(xué)知識(shí)，探尋科學(xué)本質(zhì)，從科學(xué)家的角度感知科學(xué)研究與發(fā)現(xiàn)，培養(yǎng)學(xué)生敢于質(zhì)疑、勇于探索的精神，落實(shí)“立德樹人”根本任務(wù)。

【展示】展示現(xiàn)行元素周期表。

【問題引導(dǎo)】

（1）完成教材第89頁(yè)“思考與討論”，找出原子序數(shù)與原子結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。

（2）觀察元素周期表，結(jié)合1～18號(hào)元素的原子結(jié)構(gòu)，歸納元素周期表的編排原則和結(jié)構(gòu)框架（橫行數(shù)、周期序數(shù)、縱列數(shù)、族數(shù)、族類數(shù)及其表示方法）。

（3）小組合作，探尋元素周期表中的序差規(guī)律。

【學(xué)生活動(dòng)】自主、合作、探究。

（1）教材第89頁(yè)的“思考與討論”。

（2）元素周期表的編排原則和結(jié)構(gòu)框架歸納如下：

（3）元素周期中的序差規(guī)律：

①過渡元素最外層電子數(shù)一般不等于族序數(shù)，最外層電子數(shù)只有1～2個(gè)（46號(hào)Pd是18個(gè)）。

②最外層電子數(shù)為3、4、5、6、7的元素一定是主族元素；最外層電子數(shù)為1或2的元素可能是主族、副族或0族（He）元素。

（三）爭(zhēng)奇斗艷，切身感受元素周期表的特殊內(nèi)涵

【問題引導(dǎo)1】

（1）什么是過渡元素？

（2）什么是元素分界線？

（3）連線常見族所含元素的特別名稱：

①第IA族（初氫）" " " "a.稀有氣體元素

②第ⅦA族" " " " " " " " "b.堿金屬元素

③0族" " " " " " " " " " " " " c.鹵族元素

（4）填寫元素周期表方格內(nèi)符號(hào)的含義：

（5）準(zhǔn)確描述元素在周期表中的位置，如Cl、Ca。

（6）根據(jù)Si在元素周期表中的位置（第三周期第ⅣA族），畫出Si原子的結(jié)構(gòu)示意圖。

【歸納提升】元素“位—構(gòu)—性”關(guān)系模型：

【問題引導(dǎo)2】

（1）超重元素Ts的質(zhì)子數(shù)為117，其原子結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示，請(qǐng)描述Ts元素在元素周期表中的位置。

（2）同一主族的元素一定都是金屬元素或非金屬元素嗎？元素有什么分布規(guī)律？

（3）哪個(gè)周期的元素種類最多？族呢？

（4）同周期相鄰主族元素的原子序數(shù)是不是都相差1？請(qǐng)舉例說明。

【學(xué)生活動(dòng)】

第ⅡA族元素后面可能是第ⅢA族也可能是第ⅢB。

第ⅡA族和第ⅢA族的原子序數(shù)差可能為1、11、25。

設(shè)計(jì)意圖：以問題驅(qū)動(dòng)的方式推動(dòng)課堂教學(xué)，讓學(xué)生深度認(rèn)識(shí)元素周期表的結(jié)構(gòu)，建立元素位置、原子結(jié)構(gòu)與物質(zhì)性質(zhì)之間的深層次關(guān)系，實(shí)現(xiàn)從“建?！钡睦碚摲治鲞^渡到“用?！钡膶?shí)踐應(yīng)用。

（四）百花齊放，激活元素周期表的初心使命

【問題引導(dǎo)】閱讀課本第111頁(yè)，談?wù)勗刂芷诒碓谏a(chǎn)生活中有哪些應(yīng)用，并勾畫在元素周期表基本框架中。

【學(xué)生活動(dòng)】勾畫元素周期表基本框架：

【學(xué)生活動(dòng)】完成下列實(shí)踐性作業(yè)

（1）繪制一張?jiān)刂芷诒怼?/p>

（2）查閱資料，了解元素周期表的前世今生，寫一篇小論文。

設(shè)計(jì)意圖：通過實(shí)踐型作業(yè)，從整體上深層次理解元素周期表的規(guī)律，感悟元素周期表在生活、生產(chǎn)、科研等領(lǐng)域所呈現(xiàn)出的巨大價(jià)值，提升學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任感。

五、教學(xué)反思

1.本課例是一節(jié)以發(fā)展化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為主旨的任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)探究課。本節(jié)課引領(lǐng)學(xué)生通過分析、推理等方法建立原子結(jié)構(gòu)與元素位置的關(guān)聯(lián)，認(rèn)識(shí)元素周期表的排序依據(jù)、發(fā)展過程和基本框架，從特殊到一般，建立元素“位—構(gòu)—性”關(guān)系模型，并運(yùn)用模型解釋化學(xué)現(xiàn)象，揭示化學(xué)本質(zhì)和規(guī)律，再回到應(yīng)用層面，達(dá)到學(xué)以致用的目的。課后安排的應(yīng)用型任務(wù)是本節(jié)課的點(diǎn)睛之筆。

2.從化學(xué)教材中摘取了大量的化學(xué)史料，這些豐富的化學(xué)史是創(chuàng)設(shè)真實(shí)教學(xué)情境的好素材，其對(duì)化學(xué)知識(shí)、方法、原理的學(xué)習(xí)和科學(xué)思維、學(xué)科核心素養(yǎng)的提升均具有獨(dú)特的價(jià)值。本節(jié)課的教學(xué)中將元素周期表的發(fā)現(xiàn)與演變歷史作為教學(xué)明線，引導(dǎo)學(xué)生從科學(xué)家的視角體驗(yàn)這一歷程，從而深化學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)及化學(xué)觀念的理解，并促使其掌握科學(xué)的研究方法，重構(gòu)知識(shí)體系，展開深度學(xué)習(xí)。同時(shí)，這也增強(qiáng)了化學(xué)學(xué)科的人文魅力，促進(jìn)學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)在教學(xué)實(shí)踐中落地生根。

3.本文以元素周期表史料為載體，挖掘化學(xué)知識(shí)背后的過程、方法和思想等的內(nèi)涵，并靈活設(shè)計(jì)了多元科學(xué)探究活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生自主、合作、探究學(xué)習(xí)，樹立“任何有學(xué)術(shù)意義的研究都是從問題出發(fā)的探索而非從已有知識(shí)框架出發(fā)的學(xué)習(xí)”的科學(xué)態(tài)度，從而彰顯化學(xué)史促進(jìn)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展的獨(dú)特價(jià)值。

4.本課例立足學(xué)情，在單元教學(xué)和課程思政視角下，遵照課程目標(biāo)、評(píng)價(jià)目標(biāo)的要求，從任務(wù)驅(qū)動(dòng)、化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)落實(shí)、課程思政育人以及課堂效果等角度進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐，探索搭建化學(xué)新教學(xué)的實(shí)踐階梯，幫助廣大教師樹立從鉆研到共研、從高質(zhì)到高效的專業(yè)化成長(zhǎng)意識(shí)，為區(qū)域高中學(xué)校深化課程教學(xué)改革，走“高品質(zhì)、有內(nèi)涵、高質(zhì)量”的發(fā)展之路作出有意義的探索。

［" "參" "考" "文" "獻(xiàn)" "］

[1]" 中華人民共和國(guó)教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)：2017年版[M].北京：人民教育出版社，2018.

[2]" 張娟，姜建文.基于化學(xué)史的“元素周期表”教學(xué)設(shè)計(jì)[J].化學(xué)教育（中英文），2017（17）：75-81.

[3]" 孟獻(xiàn)華，倪娟.基于化學(xué)史的教學(xué)設(shè)計(jì)模型與應(yīng)用［J］.化學(xué)教育，2016（1）：74-81.

（責(zé)任編輯 羅 艷）