一、教材分析

學(xué)生初中時(shí)已經(jīng)掌握了元素周期表的大體結(jié)構(gòu)，對(duì)相關(guān)知識(shí)也有所了解，但對(duì)原子結(jié)構(gòu)與元素周期表的內(nèi)在聯(lián)系知之甚少?！霸咏Y(jié)構(gòu)與元素周期表”為人教版高中化學(xué)必修第一冊(cè)第四章“物質(zhì)結(jié)構(gòu) "元素周期律”中的第一節(jié)，從原子結(jié)構(gòu)角度出發(fā)，認(rèn)識(shí)元素周期表的實(shí)質(zhì)，從而為元素周期律的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。學(xué)生可通過原子結(jié)構(gòu)對(duì)比、探究實(shí)驗(yàn)等方法，進(jìn)一步了解原子結(jié)構(gòu)與元素周期表之間的關(guān)系，并從中發(fā)現(xiàn)規(guī)律。教學(xué)中可通過構(gòu)建“構(gòu)”“位”“性”的系統(tǒng)思維框架，引導(dǎo)學(xué)生初步認(rèn)識(shí)同類物質(zhì)的共性、性質(zhì)變化規(guī)律，進(jìn)而形成結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)的觀念。

二、教學(xué)過程

（一）溫故探新

教師：同學(xué)們，讓我們回憶一下初中關(guān)于原子結(jié)構(gòu)的知識(shí)點(diǎn)。哪位同學(xué)說(shuō)一下？

學(xué)生：原子是構(gòu)成物質(zhì)的基本粒子。

學(xué)生：在原子中，原子序數(shù)等于核電荷數(shù)，等于質(zhì)子數(shù)，等于核外電子數(shù)。

學(xué)生：核外電子圍繞原子核高速運(yùn)動(dòng)，并分層排布。

學(xué)生：原子最外層電子數(shù)為8個(gè)時(shí)，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定；原子最外層電子數(shù)少于4個(gè)時(shí)，最外層電子容易失去，達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；原子最外層電子數(shù)大于4個(gè)時(shí)，可得到電子，達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

學(xué)生：原子核外電子分層排列，第一層電子數(shù)不超過2個(gè)，第二層電子數(shù)不超過8個(gè)，最外層電子數(shù)不超過8個(gè)；僅有一個(gè)電子層時(shí)，其最多容納2個(gè)電子。

教師：同學(xué)們總結(jié)得不錯(cuò)，這是我們?cè)诔踔须A段學(xué)習(xí)的知識(shí)，而且我們?cè)诔踔须A段也學(xué)習(xí)過元素周期表，但原子結(jié)構(gòu)與元素周期表之間有著怎樣的關(guān)系呢？有沒有同學(xué)知道？

（全班學(xué)生表示疑惑）

教師：這就是我們這節(jié)課要探索的奧秘。

（設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生回顧初中關(guān)于元素周期表的相關(guān)知識(shí)，為本節(jié)課的學(xué)習(xí)做鋪墊，加強(qiáng)與初高中化學(xué)知識(shí)的銜接。）

（二）相識(shí)原子結(jié)構(gòu)

教師：同學(xué)們，原子是由兩部分構(gòu)成的，你們知道是哪兩部分嗎？

學(xué)生：原子核和核外電子。

教師：好的。那原子核呢？

學(xué)生：由質(zhì)子和中子構(gòu)成。

教師：知道了原子的構(gòu)成，那你們知道質(zhì)量數(shù)嗎？

……

出示板書：質(zhì)量數(shù)（A）=質(zhì)子數(shù)（Z）+中子數(shù)（N）

教師：讓我們打開教材第92頁(yè)，看一下質(zhì)量數(shù)、質(zhì)子數(shù)、中子數(shù)的概念。

（學(xué)生在書中標(biāo)記概念）

教師：讓我們看教材圖4-1“電子層模型示意圖”和圖4-2“鈉原子的核外電子排布”，總結(jié)核外電子分層排布的特點(diǎn)及不同電子層能量關(guān)系。

學(xué)生：通過觀察圖4-1，我想到了洋蔥，其結(jié)構(gòu)是一層一層的。

教師：說(shuō)得不錯(cuò)。原子的核外電子層模型可以比擬為洋蔥式結(jié)構(gòu)，按照從內(nèi)到外可以運(yùn)用K、L、M、N、O、P、Q或者n=1，2，3，4，5，6，7來(lái)表示。

教師：在原子中，含有多個(gè)電子，電子的能量是否一樣呢？有什么規(guī)律嗎？

學(xué)生：電子的能量不同，離原子核越近，電子能量越低；離原子核越遠(yuǎn)，電子能量越高。

學(xué)生：電子是從內(nèi)到外排布的，電子能量相應(yīng)地從低到高。

學(xué)生：通過觀察圖4-2，鈉原子的核外電子排列，K層最多容納2個(gè)電子，L層最多容納8個(gè)電子。

教師：接下來(lái)，讓我們看教材93頁(yè)“思考與討論”的內(nèi)容，并回答問題。

（1）當(dāng)K層為最外層時(shí)，最多能容納的電子數(shù)是多少？除了K層，其他各層為最外層時(shí)，最多能容納的電子數(shù)是多少？

（2）次外層最多能容納的電子數(shù)是多少？

（3）你能歸納出第n層最多能容納的電子數(shù)嗎？

（4）請(qǐng)你根據(jù)所歸納的規(guī)律，用原子結(jié)構(gòu)示意圖表示核電荷數(shù)為1～20號(hào)元素原子的核外電子排布。

學(xué)生：K層為最外層時(shí)，最多容納的電子數(shù)是2個(gè)。除了K層，其他各層作為最外層時(shí)，最多容納的電子數(shù)是8個(gè)。

學(xué)生：觀察稀有氣體元素原子的電子層排布，次外層最多容納的電子數(shù)是18個(gè)。

學(xué)生：觀察氡元素的核外電子排布情況，采用數(shù)學(xué)歸納法，總結(jié)出第n層最多能容納的電子數(shù)為2n2。

學(xué)生參照鈉原子的核外電子排布圖，繪制1～20號(hào)元素原子的核外電子排布示意圖。

教師：原子最外電子層有8個(gè)電子的結(jié)構(gòu)是相對(duì)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，但K層為最外電子層時(shí)，最多只有2個(gè)電子。

（設(shè)計(jì)意圖：通過觀察教材圖4-1、圖4-2，培養(yǎng)學(xué)生“模型認(rèn)知”學(xué)科素養(yǎng)，樹立模型意識(shí)。基于模型總結(jié)知識(shí)點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生宏觀辨識(shí)與微觀探析的學(xué)科素養(yǎng)。）

（三）探索元素周期表

教師：在初中，我們大致了解了元素周期表，那你們知道元素周期表的發(fā)展歷程嗎？

學(xué)生：在1869年，俄國(guó)化學(xué)家門捷列夫制出第一張?jiān)刂芷诒怼?/p>

教師：還有嗎？

……

教師課件出示教材第98頁(yè)的“科學(xué)史話”材料。

（學(xué)生閱讀材料，了解元素周期表的發(fā)展歷程）

教師：現(xiàn)行的長(zhǎng)式元素周期表的來(lái)歷是一個(gè)長(zhǎng)期的過程，涉及多位科學(xué)家的貢獻(xiàn)和努力。原子序數(shù)是元素在元素周期表中的順序，與元素的原子結(jié)構(gòu)間存在以下關(guān)系：原子序數(shù)=核電荷數(shù)=質(zhì)子數(shù)=核外電子數(shù)。

（投影：現(xiàn)行的長(zhǎng)式元素周期表）

教師：同學(xué)們，看了元素周期表，并完成第95頁(yè)“思考與討論”的內(nèi)容，你們能總結(jié)出元素周期表的編排原則嗎？其中，橫行代表什么？縱列代表什么？

學(xué)生：每橫行中的元素電子層數(shù)相同，按照原子序數(shù)遞增，且從左到右排列。

學(xué)生：每縱列中的元素是不同橫行中最外層電子數(shù)相同元素的一種集合，且按照電子層數(shù)遞增，從上到下排列。

學(xué)生：橫行代表周期，縱列代表族。

教師：那同學(xué)們思考一下，元素周期表由多少個(gè)周期、多少個(gè)族組成？每一個(gè)縱列上的羅馬數(shù)字、字母都表示什么含義？

學(xué)生：元素周期表共有7個(gè)周期，4種族。

……

教師：讓我們看課件，理清元素周期表的結(jié)構(gòu)（見圖1）。

教師：同學(xué)們，短周期元素、長(zhǎng)周期元素和不完全周期元素分別包含哪些族的元素呢？

學(xué)生：短周期元素主要包含主族元素和零族元素。

學(xué)生：長(zhǎng)周期元素和不完全周期元素均包含主族元素、副族元素、Ⅷ族元素以及零族元素。

教師：學(xué)習(xí)元素周期表結(jié)構(gòu)后，我們要學(xué)會(huì)繪制周期表框架結(jié)構(gòu)圖，牢記前四個(gè)周期元素，并書寫相應(yīng)的元素符號(hào)。這是我們這節(jié)課的作業(yè)之一。

教師：通過學(xué)習(xí)元素周期表，我們?nèi)绾未_定元素在周期表中的位置呢？看一下這道練習(xí)題：推算原子序數(shù)分別為6、13、34、53、82、88的元素在周期表中的位置。

小組A：我們小組采用數(shù)字表格法，確定了六種元素在周期表中的位置，見表1（出示小組內(nèi)繪制的表格）。

解釋：按照原子序數(shù)繪制元素的核外電子排列圖，以“周期序數(shù)=電子層數(shù)”“主族序數(shù)=最外層電子數(shù)”為依據(jù)，確定元素在元素周期表中的位置。

教師：同學(xué)們總結(jié)得不錯(cuò)。除了這種推算方法，同學(xué)們也可根據(jù)稀有氣體序數(shù)進(jìn)行推斷，從而確定元素在元素周期表中的位置。

（設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考、歸納總結(jié)，從而掌握位、構(gòu)關(guān)系，理解由原子結(jié)構(gòu)或者原子序數(shù)確定元素在周期表中的位置，培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)推理與模型認(rèn)知、科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任核心素養(yǎng)。）

（四）探究核素

教師：同學(xué)們，讓我們觀察教材圖4-4b以及表4-1，并閱讀教材96頁(yè)和97頁(yè)內(nèi)容。哪位同學(xué)可以說(shuō)一下核素、同位素的概念？

學(xué)生：核素是具有一定數(shù)目質(zhì)子和一定數(shù)目中子的一種原子，如11H、21H和31H各為氫元素的一種核素。

學(xué)生：同位素是質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的同一元素的不同原子，即11H、21H和31H互為同位素。

教師：若A1Z1F和A2Z2F互為同位素，則需要滿足什么關(guān)系呢？

學(xué)生：若兩個(gè)核素互為同位素，則需要滿足Z1=Z2；A1≠A2。

教師：總結(jié)得很好。同位素分為天然存在和人工制造兩種類型，天然存在的同位素保持一定的比率不變。元素的平均相對(duì)原子質(zhì)量=該元素各種核素比率計(jì)算的平均值。

出示板書：相對(duì)原子質(zhì)量=

教師：大家覺得同位素的應(yīng)用離大家遠(yuǎn)嗎？你們知道哪些同位素的應(yīng)用？

學(xué)生：同位素在我們的日常生活、生產(chǎn)、科研中都有著重要的用途。碳-14可用于文物鑒定；氘、氚用于氫彈制作；放射性同位素釋放射線可用于疾病診斷與治療等。

教師：是的，同位素有著廣泛的用途。我們這節(jié)課學(xué)習(xí)了元素、核素、同位素，可以按照下表（見表2）區(qū)分概念。此表格為本節(jié)課的作業(yè)之一。

（設(shè)計(jì)意圖：采用對(duì)比學(xué)習(xí)的方法，厘清元素、核素、同位素的概念、范圍、特性，培養(yǎng)學(xué)生微觀探析、宏觀辨識(shí)的核心素養(yǎng)；介紹同位素在生活、生產(chǎn)、科研等多方面的應(yīng)用，有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和社會(huì)責(zé)任核心素養(yǎng)。）

（五）探知原子結(jié)構(gòu)與元素的性質(zhì)

教師：我們都知道，金屬元素在化學(xué)反應(yīng)中最容易失去最外層電子，非金屬元素在化學(xué)反應(yīng)中最容易得到電子，即原子結(jié)構(gòu)決定元素的性質(zhì)。同族元素間存在某種內(nèi)在聯(lián)系，但我們?nèi)绾蔚弥@種內(nèi)在聯(lián)系呢？接下來(lái)，我們選擇元素周期表中比較有代表性的兩個(gè)主族進(jìn)行元素性質(zhì)的探究，即堿金屬元素和鹵族元素。

教師：大家從元素周期表上找到堿金屬元素所在的主族，看看都有哪些元素。

學(xué)生：堿金屬元素位于ⅠA族，主要包含除了氫（H）以外的六種金屬元素，即鋰（Li）、鈉（Na）、鉀（K）、銣（Rb）、銫（Cs）、鈁（Fr）。

教師：這位同學(xué)說(shuō)得不錯(cuò)，其中元素鈁為放射性元素，我們?cè)诟咧须A段并不進(jìn)行深入探討。我們看一下教材第99頁(yè)“思考與討論”的內(nèi)容，分小組思考討論，并回答問題。

……

小組A：在元素周期表中，堿金屬元素原子的核電荷數(shù)遞增，即Li＜Na＜K＜Rb＜Cs；堿金屬元素的原子半徑逐漸增大，即Li＜Na＜K＜Rb＜Cs。

小組B：堿金屬元素原子核外電子排布特點(diǎn)：原子的核電荷數(shù)遞增，核外電子層數(shù)隨之遞增，但最外層電子數(shù)均為1個(gè)。堿金屬元素的化學(xué)性質(zhì)十分相似，主要是因?yàn)樽钔鈱与娮訑?shù)相同。

教師：關(guān)于堿金屬元素的性質(zhì)與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，我們進(jìn)行了相應(yīng)的梳理。那鹵族元素呢？請(qǐng)大家嘗試按照總結(jié)堿金屬元素核電荷數(shù)、原子核外電子排布特點(diǎn)以及性質(zhì)的方法，總結(jié)鹵族元素。

（學(xué)生分小組討論學(xué)習(xí)）

小組A：鹵族元素位于ⅦA族，主要包含氟（F）、氯（Cl）、溴（Br）、碘（I）。

小組B：我們小組通過畫鹵族元素的原子結(jié)構(gòu)示意圖，了解到鹵族元素原子核外電子排布特點(diǎn)：隨著原子的核電荷數(shù)遞增，核外電子層數(shù)逐漸增加，最外層電子數(shù)均為7個(gè)；鹵族元素的原子半徑逐漸增大，化學(xué)性質(zhì)也十分相似。

教師：我們通過完成99頁(yè)“思考與討論”的內(nèi)容，歸納總結(jié)了堿金屬元素的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，并以此作為參照，推斷出鹵族元素的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)。為了更好地了解堿金屬元素、鹵族元素結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的內(nèi)在聯(lián)系，我們可采用化學(xué)實(shí)驗(yàn)方式進(jìn)行深入研究。下節(jié)課我們分別進(jìn)行堿金屬元素、鹵族元素的化學(xué)實(shí)驗(yàn)。

（設(shè)計(jì)意圖：通過類比學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立自主探究堿金屬元素、鹵族元素的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，在培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的變化觀念與平衡思想、證據(jù)推理與模型認(rèn)知。）

三、教學(xué)評(píng)價(jià)

在整節(jié)課的教學(xué)中，為了更好地評(píng)價(jià)教學(xué)效果，教師可利用多元化評(píng)價(jià)體系展開評(píng)價(jià)，即過程性評(píng)價(jià)結(jié)合結(jié)果性評(píng)價(jià)。其中，過程性評(píng)價(jià)以課堂小練習(xí)、問答測(cè)驗(yàn)等形式開展，評(píng)估學(xué)生對(duì)原子結(jié)構(gòu)、元素周期表等相關(guān)化學(xué)知識(shí)的掌握程度。教師在教學(xué)過程中觀察學(xué)生的學(xué)習(xí)行為，能客觀地掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。教師要以高中化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為依據(jù)，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過程中核心素養(yǎng)是否得到培養(yǎng)進(jìn)行評(píng)估，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，全方位掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。這有助于教師不斷調(diào)整教學(xué)方案，為學(xué)生提供高質(zhì)量的教學(xué)活動(dòng)。結(jié)果性評(píng)價(jià)以知識(shí)點(diǎn)思維導(dǎo)圖的繪制、“元素、核素、同位素”概念區(qū)別等為主體。教師通過學(xué)生的完成情況，切實(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，進(jìn)而客觀地評(píng)估教學(xué)效果。此外，教師要結(jié)合實(shí)際教學(xué)活動(dòng)，科學(xué)、合理地設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)體系、選擇評(píng)價(jià)主體，開展高質(zhì)量的評(píng)價(jià)活動(dòng)，這有助于實(shí)現(xiàn)以評(píng)促學(xué)、以評(píng)促教的目標(biāo)。

（作者單位：甘肅省天水市甘谷縣第四中學(xué)）

編輯：常超波