王驕陽　閆春更　周青

摘要：“元素周期表、周期律”是中學(xué)的重要理論之一，內(nèi)容繁多，具有較強(qiáng)的抽象性和系統(tǒng)性，一直是高中教學(xué)的難點。采用流程圖法測查學(xué)生關(guān)于“元素周期表·律”認(rèn)知結(jié)構(gòu)，結(jié)合紙筆測驗結(jié)果梳理學(xué)生的學(xué)習(xí)困難：無法建立“表·律·構(gòu)”三者間的有效聯(lián)系；未從本質(zhì)理解化學(xué)性質(zhì)遞變規(guī)律間的聯(lián)系；對相關(guān)概念術(shù)語表達(dá)不準(zhǔn)確。據(jù)此提出相關(guān)教學(xué)建議：教學(xué)應(yīng)滲透“原子結(jié)構(gòu)”知識，重視“表·律·構(gòu)”三者的統(tǒng)一；教學(xué)應(yīng)從本質(zhì)出發(fā)關(guān)注化學(xué)性質(zhì)遞變規(guī)律間的聯(lián)系，加強(qiáng)氧化還原反應(yīng)教學(xué)；教學(xué)應(yīng)精細(xì)加工概念術(shù)語，加強(qiáng)訓(xùn)練。

關(guān)鍵詞：元素周期表·律；認(rèn)知結(jié)構(gòu)；學(xué)習(xí)困難；教學(xué)建議

文章編號：1008-0546（2016）06-0027-07 中圖分類號：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.06.009

一、引言

元素周期表和元素周期律是現(xiàn)代化學(xué)發(fā)展的重要里程碑之一，是學(xué)生認(rèn)識元素及其化合物的重要工具。通過元素周期表和元素周期律的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠認(rèn)識原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及元素性質(zhì)隨原子結(jié)構(gòu)變化的規(guī)律。但由于元素周期表、周期律（以下簡稱“元素周期表·律”）內(nèi)容本身具有很強(qiáng)的抽象性與系統(tǒng)性，因此關(guān)于“元素周期表·律”的教學(xué)一直是中學(xué)化學(xué)教學(xué)中的難點。目前“元素周期表·律”的教學(xué)研究大多關(guān)注教學(xué)設(shè)計、課堂教學(xué)、考點解讀、解題策略等領(lǐng)域，而對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程及學(xué)習(xí)困難研究較少，對突破這一教學(xué)難點缺乏針對性的建議[1-4]。本研究通過認(rèn)知結(jié)構(gòu)測查與紙筆測驗分析相結(jié)合的方式，試圖探查學(xué)生在“元素周期表·律”領(lǐng)域的認(rèn)知結(jié)構(gòu)特征及其可能存在的學(xué)習(xí)困難，打破以往僅通過教師經(jīng)驗分析或紙筆測驗結(jié)果認(rèn)識學(xué)生在具體知識點掌握方面可能存在問題的模式[5]，揭示學(xué)生建構(gòu)該領(lǐng)域知識過程中的規(guī)律及其問題，并提出針對性的教學(xué)建議。

二、研究方法

本研究采用流程圖法和試題分析法共同探查學(xué)生關(guān)于“元素周期表·律”的學(xué)習(xí)困難。

1. 測查工具

（1）認(rèn)知結(jié)構(gòu)測查工具——流程圖法

流程圖法是指在研究人員向受試者提出可以自由發(fā)揮的問題，它是同時捕獲順序和人思維間的相互關(guān)聯(lián)，探索學(xué)習(xí)者認(rèn)知結(jié)構(gòu)的有效途徑。通過轉(zhuǎn)錄繪制流程圖展現(xiàn)學(xué)生對于主題內(nèi)容的認(rèn)知結(jié)構(gòu)：采用箭頭將知識點依次列出，并對出現(xiàn)重復(fù)或者相關(guān)的知識點進(jìn)行回歸連接。用流程圖法測量學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)相對于樹狀圖法、自由詞語聯(lián)想法、受控詞語聯(lián)想法、概念圖法能更全面的測查學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的變量[6]。

通過訪談繪制30名學(xué)生的流程圖，對其認(rèn)知變量和信息處理策略變量進(jìn)行統(tǒng)計，并采用SPSS20.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析。關(guān)于認(rèn)知結(jié)構(gòu)變量以及信息處理策略變量的內(nèi)涵及計算如表1和表2所示。

（2）紙筆測驗試卷編制——試題分析法

試題分析法是指對試題進(jìn)行統(tǒng)計分析，通過分析各道試題的考查知識點以及學(xué)生錯誤的原因，整理歸納并分類學(xué)生主要出錯知識點。本次試題選自元素周期表·律的習(xí)題，共涉及30道題。

2. 研究對象

本研究對象是陜西省安康市漢陰縣漢陰中學(xué)高一年級的30名（男20，女10）學(xué)生，其中選取的學(xué)生的學(xué)業(yè)成績水平不在同一層次。該研究是在學(xué)生學(xué)習(xí)“物質(zhì)結(jié)構(gòu) 元素周期律”之后進(jìn)行的訪談和紙筆測試。

三、研究結(jié)果

1. 認(rèn)知結(jié)構(gòu)

（1）個體認(rèn)知結(jié)構(gòu)分析

選取30名學(xué)生中3名代表，其中學(xué)生1為優(yōu)等生，學(xué)生2為中等生，學(xué)生3為學(xué)困生。表3為三位學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)變量統(tǒng)計，由表3可知學(xué)生1該領(lǐng)域知識的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中廣度（42）、豐富度（47）、整合度（0.53）和信息檢索率最高（0.189），學(xué)生2次之，學(xué)生3最低。流程圖如圖1圖2圖3。

由圖1、2、3可知：學(xué)生1主要從元素周期表的構(gòu)成、元素周期表的編排原則、元素周期律（原子半徑、化學(xué)性質(zhì)、鹵族元素的物理性質(zhì)、化合價變化）、元素周期表·律的應(yīng)用 （特殊元素應(yīng)用、相關(guān)元素的相似性）4個方面分層次闡述，其認(rèn)知結(jié)構(gòu)中邏輯鮮明，知識點數(shù)目較多，整合度高，沒有錯誤概念，信息檢索率高，說明學(xué)生對該部分知識內(nèi)容理解到位，知識體系構(gòu)建完整，其認(rèn)知結(jié)構(gòu)可以看成交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；學(xué)生2主要從周期表的編排原則、元素周期律（原子半徑、化學(xué)性質(zhì)）來進(jìn)行闡述，未敘述元素周期表的構(gòu)成、物理性質(zhì)遞變規(guī)律、化合價遞變規(guī)律以及元素周期表·律的應(yīng)用，雖然其認(rèn)知結(jié)構(gòu)中邏輯較鮮明，然而知識的廣度和深度較低，整合度和信息檢索率略低于學(xué)生1，說明該學(xué)生對知識內(nèi)容的理解較好，但對于部分內(nèi)容掌握得不夠完整，其認(rèn)知結(jié)構(gòu)是一個線面交叉型結(jié)構(gòu)；學(xué)生3僅從元素周期表的構(gòu)成進(jìn)行闡述，未敘述元素周期表的編排原則、元素周期律以及元素周期表·律的應(yīng)用，其認(rèn)知結(jié)構(gòu)中知識點數(shù)目少且有錯誤概念，整合度低，同時訪談過程中發(fā)現(xiàn)該學(xué)生敘述知識點需要較長時間回憶，說明該學(xué)生對于該部分知識掌握不好，知識體系不夠完善，其認(rèn)知結(jié)構(gòu)僅處于線性結(jié)構(gòu)。

2. 認(rèn)知結(jié)構(gòu)的定量分析

（1）認(rèn)知結(jié)構(gòu)變量和成績的相關(guān)性分析

學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)變量與成績的相關(guān)性分析結(jié)果如表4所示：

由表4可以看出，學(xué)生的紙筆測試成績與認(rèn)知結(jié)構(gòu)的廣度、豐富度和信息檢索率密切相關(guān)。紙筆測試成績越高的學(xué)生其認(rèn)知結(jié)構(gòu)中的知識越多，知識間的聯(lián)系越密切，在一定刺激下，回憶相關(guān)知識時更加快速和靈活。

此外，還可以看出，學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的廣度和豐富度與信息檢索率密切相關(guān)，這反映了學(xué)生在該領(lǐng)域構(gòu)建的知識體系具有較強(qiáng)的系統(tǒng)性，其認(rèn)知結(jié)構(gòu)中概念網(wǎng)絡(luò)層級分明、脈絡(luò)清晰、聯(lián)系緊密，因此其認(rèn)知結(jié)構(gòu)越完善、豐富，對知識的回憶也更加容易和快速；相應(yīng)地，一些學(xué)生在該領(lǐng)域掌握的知識點比較少而且零散，無法形成有條理的系統(tǒng)化的知識之間的聯(lián)系，最終導(dǎo)致對知識的回憶變得更加困難。

另外，學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的豐富度和廣度也顯著相關(guān)，這也從一定程度上表明學(xué)生對這一內(nèi)容領(lǐng)域中新知識點（影響廣度）的掌握往往是基于新舊概念間的聯(lián)系（影響豐富度）來實現(xiàn)的，其認(rèn)知結(jié)構(gòu)中相關(guān)知識點的系統(tǒng)化、分支化特征明顯。例如，學(xué)生1的認(rèn)知結(jié)構(gòu)表明，學(xué)生分別圍繞“得失電子能力”“金屬性與非金屬性”“氧化性與還原性”等概念將其在同一周期、同一主族中的四條變化規(guī)律進(jìn)行聯(lián)系，形成分支化明顯的認(rèn)知結(jié)構(gòu)表征。

（2）信息處理策略與成績的相關(guān)性分析

學(xué)生的信息處理策略與成績的相關(guān)性分析結(jié)構(gòu)如表5所示：

由表5可以看出，學(xué)生的紙筆測試成績與描述、比較和對比、情景推理、解釋等信息處理策略密切相關(guān)，即學(xué)習(xí)成績較好的學(xué)生在掌握該領(lǐng)域知識時，在對除了“定義”以外的其他四種信息處理策略的運用都明顯優(yōu)于學(xué)習(xí)成績較差的學(xué)生。這反映了對該內(nèi)容領(lǐng)域知識的學(xué)習(xí)和掌握需要全面運用多種信息處理策略。

此外，還可以看出，學(xué)生信息處理策略中的描述和解釋密切相關(guān)，即學(xué)生在對事實或者現(xiàn)象描述時，同時也會強(qiáng)調(diào)指出現(xiàn)象或事實發(fā)生的特定條件并作出解釋；另外，學(xué)生信息處理策略中的情景推理與解釋密切相關(guān)，即學(xué)生不僅知道特定情境發(fā)生的現(xiàn)象或事實，還知道發(fā)生此件事情的根本原因，學(xué)生往往可以依據(jù)其對知識本質(zhì)的掌握來理解或解釋具體情境中的問題。例如，訪談中有的學(xué)生對離子半徑大小中“序小徑大”“陰上陽下”等現(xiàn)象的描述，從限定條件——具有相同電子層結(jié)構(gòu)的離子出發(fā)，通過“靜電吸引力”和“粒子形成”等本質(zhì)因素形象解釋離子半徑的大小，形成緊密的邏輯知識體系。

2. 學(xué)習(xí)困難

學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)中關(guān)于“元素周期表和元素周期律”的主要概念、錯誤概念和紙筆測驗結(jié)果統(tǒng)計如表6所示：

由表6可知，通過學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的分析可以發(fā)現(xiàn)：（1）在元素周期表的結(jié)構(gòu)中，學(xué)生對“周期的分類”的正確描述率為73.3%，說明學(xué)生對此知識點掌握較好；學(xué)生對“周期的概念”“每周期容納的元素數(shù)”、“族的概念”“族的分類”的正確描述率分別為33.3%、36.7%、33.3%、33.3%，說明學(xué)生對此部分知識點的理解存在問題；（2）在元素周期表的編排原則中，學(xué)生對“周期關(guān)系”“族關(guān)系”的正確描述率分別為80.0%、83.3%，說明學(xué)生對此部分知識掌握較好；學(xué)生對“最外層電子數(shù)”“電子層數(shù)”的正確描述率分別為30.0%、13.3%，說明學(xué)生對此部分知識的理解存在問題；（3）在元素周期律中，學(xué)生對“原子半徑”“氧化性還原性”“金屬性非金屬性”“氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性”的正確描述率分別為83.3%、80.0%、73.3%、70.0%，說明學(xué)生對此部分知識掌握較好；學(xué)生對“離子半徑”“得失電子能力”“最高價氧化物對應(yīng)水化物的酸堿性”“與氫氣化合難易程度”“與水反應(yīng)劇烈程度”“物理性質(zhì)遞變規(guī)律”的正確描述率分別為33.3%、23.3%、40.0%、6.7%、6.7%、33.3%，說明學(xué)生對此部分知識點理解存在問題；（4） 在元素周期表和元素周期律應(yīng)用中，學(xué)生對其的正確描述率為33.3%，說明學(xué)生對該部分知識的理解存在問題；（5）在相關(guān)概念術(shù)語的敘述中，學(xué)生對其的正確描述率為43.3%，說明學(xué)生對此部分知識的理解存在問題。

通過紙筆測驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在“周期的概念”“周期的分類”“族的概念”“周期表的編排原則”“原子半徑變化規(guī)律”“物理性質(zhì)遞變規(guī)律”的紙筆測驗的正確率分別為100%、93.3%、100%、90.0%、80.0%、93.3%，說明大部分學(xué)生在一定條件刺激下能準(zhǔn)確回答出該部分知識點；在“每周期容納的元素數(shù)”“族的分類”“離子半徑變化規(guī)律”“化合價變化規(guī)律”“化學(xué)性質(zhì)遞變規(guī)律”“元素周期表·律的應(yīng)用”“相關(guān)概念術(shù)語表達(dá)”的紙筆測驗正確率分別為70.0%、60.0%、63.3%、66.7%、60.0%、66.7%、60.0%，說明在一定刺激下，部分學(xué)生不能完全回答出該部分知識點。

在“周期的概念”“族的定義”“最外層電子數(shù)變化規(guī)律”“電子層數(shù)變化規(guī)律”“物理性質(zhì)的遞變規(guī)律”部分，雖然較少學(xué)生在流程圖訪談中提到，但是紙筆測驗結(jié)果顯示學(xué)生在該部分知識的準(zhǔn)確率均在90%以上，因此可推斷學(xué)生在一定的刺激下，能準(zhǔn)確回答出該部分知識點，即對于相應(yīng)知識點掌握情況較好，但在訪談過程中由于一些因素（如緊張、知識點過于簡單）導(dǎo)致忽略此部分知識點。

在“周期間關(guān)系”“族間關(guān)系”“原子半徑遞變規(guī)律”部分，流程圖法和紙筆測驗均顯示學(xué)生對于該部分知識點掌握情況較好；在“族的分類”“每周期容納的元素數(shù)”“離子半徑變化規(guī)律”“化合價變化規(guī)律”“化學(xué)性質(zhì)遞變規(guī)律”“元素周期表·律的應(yīng)用”“相關(guān)概念術(shù)語”部分，流程圖法和紙筆測驗結(jié)果均顯示學(xué)生在該部分知識點的理解上存在問題。

四、結(jié)論與建議

1. 結(jié)論

通過流程圖法和紙筆測驗法發(fā)現(xiàn)學(xué)生對于“元素周期表·律”的學(xué)習(xí)困難主要如下：（1）對元素周期表中族的分類認(rèn)識不清，忽視0族和第Ⅷ族；（2）對元素周期表中每周期容納的元素數(shù)記憶不清；（3） 將元素周期律中離子半徑的規(guī)律等同于原子半徑的遞變規(guī)律；（4） 將元素周期律中化合價遞變規(guī)律及特殊元素的化合價記憶混亂；（5） 將化學(xué)性質(zhì)遞變規(guī)律中周期和族的遞變規(guī)律混淆，同時不能將金屬性與還原性、失電子能力、最高價氧化物對應(yīng)水化物的堿性等有效整合；（6） 對元素周期表與元素周期律的綜合應(yīng)用不能舉一反三；（7）對化學(xué)術(shù)語認(rèn)知與表達(dá)不準(zhǔn)確，將最高價氧化物對應(yīng)水化物誤認(rèn)為最高價氧化物，氣態(tài)氫化物誤認(rèn)為氣態(tài)水化物等。

綜上所述，學(xué)生的學(xué)習(xí)困難主要集中以下幾個方面：（1） 無法將元素周期表與原子結(jié)構(gòu)部分知識建立有效聯(lián)系；（2） 無法將元素周期律與原子結(jié)構(gòu)部分知識建立有效聯(lián)系；（3） 未從本質(zhì)理解化學(xué)性質(zhì)遞變規(guī)律之間的關(guān)系；（4）相關(guān)概念術(shù)語認(rèn)識不準(zhǔn)確。

2. 建議

（1）教學(xué)中應(yīng)滲透“原子結(jié)構(gòu)”知識，重視“表·律·構(gòu)”三者的統(tǒng)一。

“元素周期表·律”內(nèi)容中含大量新概念或識記性規(guī)律，數(shù)據(jù)表明簡單的識記性知識學(xué)生依然存在認(rèn)識的偏差，記憶混淆，如“元素周期表結(jié)構(gòu)中族的分類”，學(xué)生首先面臨的困難是如何理解并記憶上述的概念與規(guī)律。對此，教師在具體教學(xué)中應(yīng)滲透“原子結(jié)構(gòu)”知識，引導(dǎo)學(xué)生從“原子結(jié)構(gòu)”的角度去學(xué)習(xí)和認(rèn)識元素周期表和元素周期律，以達(dá)到“表·律·構(gòu)”三者的統(tǒng)一。在實際教學(xué)中教師可采取多樣化的教學(xué)策略（如豐富的信息傳遞手段）呈現(xiàn)“表·律·構(gòu)”知識間的關(guān)系，充分調(diào)動學(xué)生的各種感官和各類思維加工活動，幫助學(xué)生準(zhǔn)確認(rèn)識和描述相關(guān)概念與規(guī)律，建立情境化的知識運用思維，實現(xiàn)對抽象知識的多維度、立體化的建構(gòu)。如，（1）在“元素周期表的結(jié)構(gòu)”部分，可結(jié)合元素周期表的化學(xué)史展開實施教學(xué)，讓學(xué)生站在化學(xué)家的角度從原子的結(jié)構(gòu)中去認(rèn)識和記憶周期表的結(jié)構(gòu)；（2）在“離子半徑的規(guī)律”部分，可結(jié)合物質(zhì)結(jié)構(gòu)微觀呈現(xiàn)原子到離子的過程，讓學(xué)生從微觀感性認(rèn)識和理解離子半徑大小的規(guī)律；（3）在“化合價的規(guī)律”部分，可結(jié)合原子的微觀結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)原子在化學(xué)反應(yīng)中的變化，促進(jìn)學(xué)生的認(rèn)識和理解；（4）在“化學(xué)性質(zhì)的遞變規(guī)律”部分，可從原子結(jié)構(gòu)出發(fā)從理論上理解物質(zhì)性質(zhì)，再結(jié)合化學(xué)實驗、物質(zhì)性質(zhì)及其用途等多種策略進(jìn)行內(nèi)容呈現(xiàn)，讓學(xué)生從理論與實踐相結(jié)合共同理解和記憶上述規(guī)律。

（2）教學(xué)中應(yīng)從本質(zhì)出發(fā)關(guān)注化學(xué)性質(zhì)遞變規(guī)律間的聯(lián)系，加強(qiáng)氧化還原反應(yīng)教學(xué)。

學(xué)生對化學(xué)性質(zhì)遞變規(guī)律表述中對不同性質(zhì)遞變規(guī)律之間的區(qū)別與聯(lián)系認(rèn)識得不夠到位，表明學(xué)生在對該領(lǐng)域知識的建構(gòu)過程中“解讀文本”“記誦文本”的痕跡較重。對此，教學(xué)應(yīng)該適當(dāng)關(guān)注元素周期律的科學(xué)本質(zhì)，通過對本質(zhì)的充分解讀和認(rèn)識，引導(dǎo)學(xué)生明確不同遞變規(guī)律之間的區(qū)別與聯(lián)系，在不同規(guī)律隱含的內(nèi)在統(tǒng)一性中認(rèn)識不同規(guī)律表現(xiàn)形式的必然。如在“化學(xué)性質(zhì)的遞變規(guī)律”部分，可從氧化還原反應(yīng)的角度引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識金屬性與失電子能力、還原性、最高價氧化物對應(yīng)水化物的堿性之間的關(guān)系，促進(jìn)學(xué)生對于化學(xué)性質(zhì)各個遞變規(guī)律的理解，便于形成網(wǎng)狀的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

（3）教學(xué)中應(yīng)精細(xì)加工概念術(shù)語，加強(qiáng)訓(xùn)練。

概念是學(xué)生學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)表明學(xué)生對元素性質(zhì)遞變規(guī)律文本表述中的多個術(shù)語概念出現(xiàn)混淆，對文本中具體概念的內(nèi)涵建構(gòu)時的精細(xì)化程度不夠。對此，教學(xué)中應(yīng)該有針對性地豐富學(xué)生對物質(zhì)及其變化現(xiàn)象的各類經(jīng)驗性認(rèn)識，讓學(xué)生深入?yún)⑴c相關(guān)實驗操作或探究，在知識產(chǎn)生的具體情境中實現(xiàn)對易混概念或術(shù)語的精細(xì)化加工，引導(dǎo)學(xué)生從概念本質(zhì)出發(fā)區(qū)別和認(rèn)識新概念。如在“最高價氧化物對應(yīng)水化物”和“氣態(tài)氫化物”部分，可結(jié)合學(xué)生和教師自身經(jīng)驗引導(dǎo)學(xué)生從概念形成的過程認(rèn)識概念，讓學(xué)生從多次訓(xùn)練和實驗中逐漸認(rèn)識概念，防止出現(xiàn)概念混淆。

參考文獻(xiàn)

[1] 陽智純.“探究元素周期表結(jié)構(gòu)”的教學(xué)設(shè)計[J].化學(xué)教學(xué)，2008，（4）：48-50

[2] 王曉峰，冉鳴.利用思維導(dǎo)圖輔助“元素周期表與元素周期律”教學(xué)[J].中學(xué)化學(xué)參考，2013，（179）：74-75

[3] 耿會利.基于元素周期律知識學(xué)生認(rèn)知研究[D].上海：華東師范大學(xué)，2011

[4] 胡久華.對化學(xué)2教科書中“物質(zhì)結(jié)構(gòu) 元素周期律”的分析研究[J].化學(xué)教學(xué)，2010，（07）：35-39

[5] 張昭璇.試議解決高中學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)困難的方法[J].新課程，2010，（8）：11-12

[6] 賴燕玲.學(xué)生學(xué)科認(rèn)知結(jié)構(gòu)的測量與診斷研究[D].南昌：江西師范大學(xué)，2007