關(guān)鍵詞：高中化學(xué)；模型建構(gòu)；位—構(gòu)—性；核心素養(yǎng)

中圖分類號(hào)：G633.8" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B" 文章編號(hào)：1009-010X（2023）20/23-0125-04

一、教材分析

“元素周期律”是高中化學(xué)知識(shí)體系中重要的理論基礎(chǔ)，其核心為元素性質(zhì)的周期性變化規(guī)律及其應(yīng)用，該課程內(nèi)容揭示了原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)之間的關(guān)聯(lián)，既是對(duì)已有元素化合物歸納總結(jié)，又是對(duì)未知元素化合物的發(fā)現(xiàn)理論指導(dǎo)，是學(xué)生建構(gòu)完整知識(shí)結(jié)構(gòu)的重要支撐。從科學(xué)方法角度看，本節(jié)課通過(guò)“提出問(wèn)題——實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與驗(yàn)證——得出結(jié)論”的探究思路，幫助學(xué)生形成科學(xué)研究的一般思路和方法，建立元素的認(rèn)識(shí)模型。從學(xué)科能力角度看，本節(jié)課借助實(shí)驗(yàn)和事實(shí)，發(fā)展學(xué)生歸納、演繹、證據(jù)推理、模型認(rèn)知與建構(gòu)等的科學(xué)探究能力、邏輯思維能力以及遷移能力。

二、教學(xué)思路

本節(jié)教學(xué)設(shè)計(jì)以元素在周期表中的位置為明線，以學(xué)生對(duì)元素“位—構(gòu)—性”的認(rèn)識(shí)為暗線。教學(xué)思路設(shè)計(jì)見(jiàn)圖1。

三、教學(xué)過(guò)程

環(huán)節(jié)一：觀看視頻，構(gòu)建“位—性”模型

【創(chuàng)設(shè)情境】播放視頻“電池的世界”引發(fā)學(xué)生思考：科學(xué)家是如何從鋰離子電池聯(lián)想到鈉鎂鋁電池的？

【活動(dòng)】展示元素周期表，引導(dǎo)學(xué)生觀察Na、Mg、Al元素在周期表中的位置，并思考3種元素的共同特征及位置特點(diǎn)。

設(shè)計(jì)意圖：創(chuàng)設(shè)新型電池材料發(fā)展的真實(shí)問(wèn)題情境，激發(fā)學(xué)生興趣，引發(fā)學(xué)生思考周期表位置與元素性質(zhì)的關(guān)系。

環(huán)節(jié)二：探究性質(zhì)，建構(gòu)“位—構(gòu)—性”模型

任務(wù)一 探究鈉、鎂、鋁元素金屬性強(qiáng)弱。

【活動(dòng)】討論判斷元素金屬性強(qiáng)弱的依據(jù)，探究金屬鈉、鎂、鋁與水的反應(yīng)。記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并進(jìn)行歸納總結(jié)。

【引導(dǎo)】從原子結(jié)構(gòu)角度分析金屬性強(qiáng)弱變化的規(guī)律，對(duì)物質(zhì)的性質(zhì)呈現(xiàn)元素的性質(zhì)進(jìn)行解釋。

【演示實(shí)驗(yàn)】向氫氧化鎂、氫氧化鋁中分別滴加氫氧化鈉溶液。

【總結(jié)】鋁雖是金屬，也表現(xiàn)出了一定的非金屬性。

設(shè)計(jì)意圖：利用已有知識(shí)，設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)，通過(guò)問(wèn)題串明晰物質(zhì)結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，初步構(gòu)建思維模型。學(xué)生通過(guò)完成任務(wù)，明確了研究元素性質(zhì)的方法。在探究的過(guò)程中落實(shí)“宏觀辨識(shí)與微觀探析”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”的學(xué)科素養(yǎng)。

任務(wù)二 探究元素周期表中元素金屬性、非金屬性的周期變化規(guī)律。

【活動(dòng)1】跟據(jù)硅、磷、硫、氯四種元素在周期表中位置，預(yù)測(cè)其非金屬性強(qiáng)弱。參考研究元素金屬性強(qiáng)弱的方法，得出判斷元素非金屬性強(qiáng)弱的依據(jù)。

【活動(dòng)2】根據(jù)判斷依據(jù)和資料信息，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案證明預(yù)測(cè)結(jié)果。

【資料1】硅、磷、硫、氯最高價(jià)含氧酸化學(xué)式分別為：H2SiO3、H3PO4、H2SO4、HClO4。

【資料2】硅酸H2SiO3，溶解度很小。可通過(guò)可溶性硅酸鹽與其他酸反應(yīng)生成的H2SiO3，聚合成膠體——硅酸溶膠（濃度較大時(shí)形成軟而透明膠凍狀的硅酸凝膠）制備。

【實(shí)驗(yàn)試劑】4mol /L H3PO4、0.1mol/L H3PO4、0.1mol/L H2SO4、1mol/L Na2SiO3、筆式pH計(jì)、蒸餾水、酚酞。

【學(xué)生】小組討論，形成實(shí)驗(yàn)方案，運(yùn)用pH計(jì)測(cè)定0.1mol/L磷酸、0.1mol/L硫酸pH，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1（方案2、3的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為三組學(xué)生實(shí)驗(yàn)的平均值）。

方案1：磷酸制硅酸。

方案2：運(yùn)用pH計(jì)測(cè)定0.1mol/L磷酸的pH。

方案3：運(yùn)用pH計(jì)測(cè)定0.1mol/L硫酸的pH。

【學(xué)生】得出結(jié)論：元素非金屬性強(qiáng)弱順序?yàn)椋汗鑜t;磷lt;硫lt;氯。

【提問(wèn)】從原子結(jié)構(gòu)的角度來(lái)看，元素非金屬性為什么有這樣的規(guī)律？

【學(xué)生】與原子最外層電子得電子能力有關(guān)，硅、磷、硫、氯半徑依次減小，最外層電子數(shù)依次增加，得電子能力依次增強(qiáng)，非金屬性依次增強(qiáng)。

【總結(jié)】以上實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)再次驗(yàn)證了“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的化學(xué)觀念。即第三周期元素從左到右金屬性漸弱，非金屬性漸強(qiáng)。結(jié)合第2、4周期的研究事實(shí)，可得出元素性質(zhì)周期性變化的規(guī)律。

設(shè)計(jì)意圖：利用任務(wù)一建立的思維模型，判斷非金屬性強(qiáng)弱，使學(xué)生思維獲得螺旋式上升。通過(guò)任務(wù)二再次構(gòu)建“位—構(gòu)—性”關(guān)系，加深對(duì)模型的認(rèn)知。通過(guò)信息資料，培養(yǎng)學(xué)生獲取信息和合作學(xué)習(xí)能力。在探究的過(guò)程中再次落實(shí)“宏觀辨識(shí)與微觀探析”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”的學(xué)科素養(yǎng)。

環(huán)節(jié)三：閱讀材料，建構(gòu)“位？圮構(gòu)？圮性”模型

任務(wù)三 探究化合價(jià)、原子半徑的變化規(guī)律。

【閱讀材料】

資料卡片

新型電池材料的研究，除了考慮到元素在地殼中的含量，還要考慮到這種金屬材料本身的電極電勢(shì)及能量密度，而單位質(zhì)量的金屬化合價(jià)變化越大，越能優(yōu)化電池能量密度的性能。（如圖2）

【學(xué)生】挖掘信息：電池材料的選取除了要考慮本身在地殼中的含量，還需要考慮金屬的化合價(jià)。

【活動(dòng)】展示元素周期表及前三周期元素的化合價(jià)、原子半徑數(shù)據(jù)圖、前18號(hào)元素化合價(jià)柱狀圖、主族元素原子半徑變化周期變化圖。引導(dǎo)學(xué)生思考決定元素的金屬性、非金屬性、化合價(jià)、原子半徑呈周期性變化的本質(zhì)原因。

【提問(wèn)】通過(guò)完成任務(wù)一、二、三，同學(xué)們對(duì)原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)之間的關(guān)系有什么認(rèn)識(shí)？

【學(xué)生】原子結(jié)構(gòu)決定元素性質(zhì)，元素性質(zhì)反映了原子結(jié)構(gòu)；原子結(jié)構(gòu)決定元素在周期表的位置，元素在周期表中的位置反映了原子結(jié)構(gòu)。

設(shè)計(jì)意圖：再次關(guān)聯(lián)電池材料選擇，引發(fā)學(xué)生思考材料選擇與金屬化合價(jià)之間關(guān)系，引出元素化合價(jià)、原子半徑隨著原子序數(shù)遞增的變化規(guī)律。每次的學(xué)生任務(wù)都從元素在周期表的位置入手，學(xué)生對(duì)元素“位—構(gòu)—性”的逐步認(rèn)識(shí)作為教學(xué)暗線，反復(fù)引導(dǎo)學(xué)生感悟元素在周期表中的位置與原子結(jié)構(gòu)、元素性質(zhì)之間的關(guān)系，逐步構(gòu)建“位—構(gòu)—性”模型。在做任務(wù)中總結(jié)規(guī)律，從而理解周期概念，落實(shí)“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的學(xué)科素養(yǎng)。運(yùn)用數(shù)據(jù)、事實(shí)分析，從宏觀與微觀結(jié)合角度理解元素周期性變化的規(guī)律，再次落實(shí)“宏觀辨識(shí)與微觀探析”的學(xué)科素養(yǎng)。

環(huán)節(jié)四：

分析史話，完善、應(yīng)用“位？圮構(gòu)？圮性”模型

任務(wù)四 觀看視頻，分析元素的性質(zhì)和元素位置的關(guān)系。

【播放視頻】看完“門(mén)捷列夫很忙”視頻后思考，門(mén)捷列夫?yàn)槭裁丛诒碇辛粝滤膫€(gè)空格？他又是如何準(zhǔn)確預(yù)測(cè)了鎵的性質(zhì)呢？

【學(xué)生】門(mén)捷列夫發(fā)現(xiàn)了元素周期律，根據(jù)元素的性質(zhì)可以推斷出元素的位置，因此留下了四個(gè)空格，由元素的位置同樣可以推斷出元素的性質(zhì)，由此門(mén)捷列夫又準(zhǔn)確預(yù)測(cè)了鎵的性質(zhì)。

【構(gòu)建模型】構(gòu)建“位—構(gòu)—性”關(guān)系模型。

【拓展應(yīng)用】最近幾年，科學(xué)家們又開(kāi)始研究鉀離子電池，如果你是科學(xué)家，還會(huì)用哪些元素來(lái)做電池的材料？

【學(xué)生】思考、討論、交流，通過(guò)構(gòu)建的“位—構(gòu)—性”模型預(yù)測(cè)銫離子電池、鈣離子電池。

【展望未來(lái)】新型電池作為新能源領(lǐng)域的重要組成部分，對(duì)全球的經(jīng)濟(jì)、軍事及生活等方面發(fā)揮著舉足輕重的作用?？茖W(xué)家一直努力探索更經(jīng)濟(jì)、安全的電池材料，希望在不久的將來(lái)，同學(xué)們可以運(yùn)用今天所學(xué)的化學(xué)知識(shí)探索到性能更優(yōu)的電池材料，使一個(gè)無(wú)化石燃料的社會(huì)成為可能！

設(shè)計(jì)意圖：回顧科學(xué)史及預(yù)測(cè)新型電池材料，再次落實(shí)“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的學(xué)科素養(yǎng)，鞏固認(rèn)知模型，形成結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)的學(xué)科思想。通過(guò)貫穿始終的真實(shí)教學(xué)情景，樹(shù)立綠色環(huán)?；瘜W(xué)理念，落實(shí)“科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任感”的學(xué)科素養(yǎng)。

四、教學(xué)反思

（一）設(shè)真實(shí)情境，學(xué)有用化學(xué)

本節(jié)教學(xué)共用到三次和“電池材料”相關(guān)的真實(shí)情境。第一次引發(fā)學(xué)生思考“位—性”之間的關(guān)系。第二次以資料的形式引發(fā)學(xué)生思考化合價(jià)與電池材料選擇的關(guān)系，從而引入對(duì)第三周期元素原子化合價(jià)及半徑的規(guī)律的思考，建構(gòu)“位—構(gòu)—性”模型。第三次，學(xué)生通過(guò)本節(jié)課的學(xué)習(xí)學(xué)會(huì)了運(yùn)用元素周期律來(lái)解決生活生產(chǎn)中的問(wèn)題，認(rèn)識(shí)并理解了“位—構(gòu)—性”之間的關(guān)系。三次情境的運(yùn)用為構(gòu)建、應(yīng)用模型提供了真實(shí)的依據(jù)、環(huán)境，有利于促進(jìn)學(xué)生宏觀辨識(shí)與微觀探析、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)精神與社會(huì)責(zé)任4個(gè)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的形成和發(fā)展。

（二）創(chuàng)實(shí)驗(yàn)條件，顯學(xué)科特點(diǎn)

實(shí)驗(yàn)是學(xué)習(xí)物質(zhì)的方法，也是科學(xué)探究的重要途徑。本節(jié)課進(jìn)行了兩次學(xué)生實(shí)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)學(xué)生判斷出第三周期硅、磷元素非金屬性強(qiáng)弱。備課時(shí)，教師對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行多次探索和改進(jìn)，如：常溫下1mol/L Na2SiO3、6mol/L H3PO4的條件，能夠迅速生成硅酸膠體；Na2SiO3固體要溶解在沸水中增大其溶解度；對(duì)比0.1mol/L H3PO4與0.1mol/L H2SO4酸性強(qiáng)弱時(shí)，采用筆式pH計(jì)快捷記數(shù)。

（三）需改進(jìn)的內(nèi)容

1.本節(jié)為單課時(shí)設(shè)計(jì)，沒(méi)有單元整體設(shè)計(jì)，如果把元素周期表與元素周期律的教學(xué)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，學(xué)生“位—構(gòu)—性”模型的認(rèn)識(shí)會(huì)更深刻。

2.本節(jié)教學(xué)設(shè)計(jì)能體現(xiàn)教學(xué)評(píng)價(jià)的重要性，但學(xué)生的課堂生成與課前預(yù)設(shè)不一致，應(yīng)注重及時(shí)客觀精準(zhǔn)評(píng)價(jià)學(xué)生、以評(píng)價(jià)促進(jìn)核心素養(yǎng)提升等問(wèn)題。