樊小勇

高中生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)是當(dāng)今科學(xué)教育改革備受關(guān)注的主題。使學(xué)生理解科學(xué)本質(zhì)是科學(xué)素養(yǎng)的重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)科學(xué)教育目標(biāo)的關(guān)鍵因素。如何將這些科學(xué)本質(zhì)的共識落實(shí)到科學(xué)課堂中，本人以“元素周期律”教學(xué)設(shè)計(jì)為例，探討基于科學(xué)本質(zhì)的“元素周期律”教學(xué)設(shè)計(jì)。

一、教材分析

1.本單元內(nèi)容的地位和作用

本課題選自蘇教版高中《化學(xué)2（必修）》專題一第一單元“原子核外電子排布與元素周期律”的內(nèi)容。本單元內(nèi)容在教材中所處的地位和作用：

通過初三和必修I的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)基本具備了一定的無機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)知識。例如，初三學(xué)習(xí)的原子的構(gòu)成、核外電子排布、元素周期表簡介等一些基本的物質(zhì)結(jié)構(gòu)知識，這些為本單元的學(xué)習(xí)奠定了一定的基礎(chǔ)。在本單元中，這些知識將更加細(xì)化，理論性更強(qiáng)，體系更加完整。通過《元素周期律》的學(xué)習(xí)，可以使學(xué)生對于所學(xué)元素化合物等知識進(jìn)行綜合、歸納。同時(shí)，作為理論指導(dǎo)，學(xué)生能更好地把無機(jī)化學(xué)知識系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化。在物質(zhì)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，將元素周期表的學(xué)習(xí)和元素周期律的學(xué)習(xí)結(jié)合起來，將學(xué)生在初中和必修I中所學(xué)習(xí)的氧化還原反應(yīng)和許多元素化合物的知識融會(huì)貫通?？傊?，本單元的內(nèi)容既是必修的重要理論內(nèi)容，可為今后有志深入學(xué)習(xí)化學(xué)的同學(xué)打下一定的基礎(chǔ)。

2.對教學(xué)內(nèi)容的分析

元素周期律是高中化學(xué)的基礎(chǔ)理論內(nèi)容，但是元素性質(zhì)的周期性變化可以從資料進(jìn)行分析而得出，所以要注意激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，讓學(xué)生去分析圖表、資料獲取信息。具體來說，原子的最外層電子數(shù)、原子半徑的周期性變化可通過表格和函數(shù)圖像來呈現(xiàn)。元素周期律反映的是原子的最外層電子數(shù)、元素的化合價(jià)、原子半徑、元素的金屬性非金屬性的周期性變化，而元素性質(zhì)的周期性變化的根本原因是原子的核外層電子排布的周期性變化。所以，要引導(dǎo)學(xué)生利用前一課時(shí)所學(xué)的原子結(jié)構(gòu)知識來探究元素周期律的本質(zhì)原因，強(qiáng)化“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”這一重點(diǎn)。

3.教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)重、難點(diǎn)

基于對教材結(jié)構(gòu)和內(nèi)容的深刻理解，結(jié)合《高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》的說明，確定了三維教學(xué)目標(biāo)：

（1）知識與技能目標(biāo)：能結(jié)合有關(guān)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)事實(shí)認(rèn)識元素周期律。

（2）過程與方法目標(biāo)：通過圖表來呈現(xiàn)原子的最外層電子數(shù)、原子半徑的周期性變化。

（3）情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)是本節(jié)課的重點(diǎn)，該目標(biāo)的主要內(nèi)容是理解元素原子核外電子排布、原子半徑、元素的主要化合價(jià)周期性變化規(guī)律，并且能夠梳理它們之間的聯(lián)系。

二、教學(xué)過程

生活中計(jì)時(shí)，一天以小時(shí)為序排列體現(xiàn)周期性，我們今天要學(xué)習(xí)的內(nèi)容是元素周期律，那么，元素以什么為序排列表現(xiàn)出周期性呢？我們在《化學(xué)1》中學(xué)習(xí)過許多元素化合物的性質(zhì)，它們之間是否有規(guī)律？這一規(guī)律是否就是周期性變化呢？

由于目前我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的元素有一百多種，為了研究方便，人們習(xí)慣上對元素進(jìn)行編號。由于在化學(xué)反應(yīng)中原子核是不會(huì)變化的，所以人們按核電荷數(shù)由小到大的順序進(jìn)行編號，這種編號稱為原子序數(shù)。

提問：根據(jù)原子序數(shù)的規(guī)定方法，該序數(shù)與原子組成的哪些粒子數(shù)有關(guān)系？有什么關(guān)系？

板書：元素周期律

原子序數(shù)=核電荷數(shù)=質(zhì)子數(shù)=原子核外電子數(shù)

1.最外層電子排布的周期性變化

提問：從課本第2頁圖1-2核電荷數(shù)為1-18的元素原子結(jié)構(gòu)示意圖，你認(rèn)為原子核外最外層電子排布隨原子序數(shù)的遞增有什么規(guī)律性的變化？同時(shí)可以參照課本第3頁圖1-3以核電荷數(shù)為橫坐標(biāo)最外層電子數(shù)為縱坐標(biāo)的變化規(guī)律。

板書：隨原子序數(shù)的遞增原子核外最外層電子排布呈現(xiàn)周期性變化。

過渡：元素原子的最外層電子數(shù)決定了什么？與哪些化學(xué)性質(zhì)有關(guān)呢？

2.元素化合價(jià)的周期性變化

提問：仔細(xì)觀察課本第6頁表1-5：11～17號元素的最高正化合價(jià)和最外層電子數(shù)，已列在此表上，思考：元素的最高正價(jià)與什么有關(guān)？再結(jié)合表1-4元素的最高正價(jià)與最低負(fù)價(jià)之間有什么聯(lián)系？

板書：元素的最高正價(jià)=最外層電子數(shù)（O、F及稀有氣體元素除外）

元素的負(fù)化合價(jià)（非金屬具有）=8-最外層電子數(shù)

小結(jié)：隨著原子序數(shù)的遞增，元素的化合價(jià)呈周期性變化（+1→+7、-4→-1）。元素原子的最外層電子數(shù)決定元素的主要化合價(jià)。

結(jié)論：隨著原子序數(shù)的遞增，元素化合價(jià)呈現(xiàn)周期性的變化。

3.元素原子半徑的周期性變化。

（學(xué)生觀察課本第4頁表1-2原子序數(shù)為3～9和11～17號元素的原子半徑數(shù)據(jù)）

提問：從表中的數(shù)據(jù)看，你認(rèn)為元素原子半徑隨原子序數(shù)的遞增呈現(xiàn)什么規(guī)律性的變化？（稀有氣體元素的原子半徑暫不考慮，因?yàn)橄∮袣怏w的原子半徑的測定方法與其他元素原子半徑的測定方法不同）

小結(jié)：當(dāng)原子的電子層數(shù)相同時(shí)，隨著原子序數(shù)的遞增，元素原子半徑呈周期性變化。（由大到?。?/p>

結(jié)論：隨著原子序數(shù)的遞增，元素原子半徑呈現(xiàn)周期性的變化。

提問：元素的原子的大小由什么來決定呢？原子是一個(gè)實(shí)心的球嗎？請回顧上學(xué)期所學(xué)知識。

小結(jié)：原子的大小（即原子半徑的大?。┯呻娮拥倪\(yùn)動(dòng)區(qū)域來決定。元素的原子的半徑隨著電子層數(shù)遞增而增大；電子層數(shù)相同的元素的原子半徑隨著電子數(shù)的遞增而減少。

提問：當(dāng)原子的電子層數(shù)不同而最外層電子數(shù)相同時(shí)，你認(rèn)為元素原子半徑隨原子序數(shù)的遞增會(huì)呈現(xiàn)什么規(guī)律性的變化？

（元素原子半徑會(huì)隨原子序數(shù)的遞增而逐漸增大。）

提問：當(dāng)原子的電子層數(shù)相同時(shí)，為什么隨著原子序數(shù)的遞增，元素原子半徑會(huì)逐漸減?。吭卦拥陌霃酱笮∈苣男┮蛩氐挠绊懩?？

小結(jié)：當(dāng)原子的電子層數(shù)相同時(shí)，元素原子的半徑大小主要取決于原子核對外層電子的引力大小。隨著原子序數(shù)的遞增，原子核所帶的正電荷數(shù)逐漸增大，核外電子所帶的負(fù)電荷數(shù)也逐漸增大，兩者之間的引力也在逐漸增大，所以原子半徑逐漸減小。

板書：半徑比較的規(guī)律：

（1）最外層電子數(shù)相同時(shí)，電子層數(shù)越多，半徑越大；

（2）原子電子層數(shù)相同時(shí)，原子序數(shù)越大，半徑越小。

小結(jié)：學(xué)習(xí)了隨著原子序數(shù)的遞增，原子的最外層電子數(shù)、主要化合價(jià)及原子半徑的變化規(guī)律，為我們下一節(jié)課學(xué)習(xí)元素周期律打下基礎(chǔ)。原子半徑能夠影響元素的哪些性質(zhì)？下堂課我們將繼續(xù)學(xué)習(xí)。

4.布置作業(yè)

元素周期律的有關(guān)練習(xí)。

三、教學(xué)反思

對科學(xué)本質(zhì)教育的探討多是將科學(xué)本質(zhì)要素貫穿于具體知識教學(xué)中。在教學(xué)設(shè)計(jì)中，先讓學(xué)生在前1個(gè)課時(shí)通過對元素性質(zhì)和原子結(jié)構(gòu)關(guān)系的探究，歸納出元素原子結(jié)構(gòu)決定元素性質(zhì)。元素周期律主要包含隨著原子序數(shù)的遞增，原子的最外層電子數(shù)、主要化合價(jià)、原子半徑及元素的金屬性和非金屬性的周期性變化規(guī)律。通過學(xué)習(xí)探究元素的本質(zhì)：原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)之間的關(guān)系，元素周期律和其所蘊(yùn)含的科學(xué)本質(zhì)要素都是教學(xué)的重點(diǎn)、難點(diǎn)，這種處理還能夠有效分散教學(xué)難點(diǎn)。用好蘇教版必修2教材中的圖表，引導(dǎo)學(xué)生如何用好教材，方便學(xué)生理解。

對元素周期律的正確認(rèn)識（元素的性質(zhì)隨著元素原子序數(shù)的遞增而呈周期性變化）是學(xué)生要掌握的一個(gè)重要內(nèi)容，是化學(xué)學(xué)科的重要規(guī)律，對指導(dǎo)元素化合物學(xué)習(xí)有著重要作用，在教學(xué)中必須重視。

（作者單位：浙江省慈溪實(shí)驗(yàn)高級中學(xué)）