元素周期表的設(shè)計及結(jié)構(gòu)的探究

元素周期表的設(shè)計及結(jié)構(gòu)的探究摘要：在新課程的具體實(shí)施過程中許多化學(xué)教育工作者雖已認(rèn)識到轉(zhuǎn)變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式對于學(xué)生未來發(fā)展的重大意義，但對于如何實(shí)施探究教學(xué)卻感到非常困惑。有鑒于此，本文介紹了一節(jié)化學(xué)探究教學(xué)課，并就在化學(xué)課堂上如何進(jìn)行探究教學(xué)這一問題談了一些認(rèn)識。關(guān)鍵詞：探究學(xué)習(xí)探究教學(xué)教學(xué)模式元素周期表前言探究教學(xué)理論要轉(zhuǎn)化為教學(xué)實(shí)踐，須解決好探究教學(xué)的實(shí)施問題。在化學(xué)課堂上如何進(jìn)行探究教學(xué)是廣大化學(xué)教師普遍關(guān)心的問題。現(xiàn)向大家介紹“元素周期表的設(shè)計及結(jié)構(gòu)的探究”這節(jié)課。該課主要是圍繞元素周期表的設(shè)計及其結(jié)構(gòu)的探究而展開的，課上師生共同討論，氣氛活躍，效果很好。元素周期律和周期表，揭示了元素之間的內(nèi)在聯(lián)系，反映了元素性質(zhì)與原子結(jié)構(gòu)的內(nèi)在關(guān)系，具有特殊的探究意義。但是，目前對于元素周期表的教學(xué)卻鮮有探究，比較普遍的做法是教師引導(dǎo)學(xué)生觀察給定的元素周期表并總結(jié)出其編排規(guī)律。這樣的做法雖簡單易行，但是對學(xué)生的能力發(fā)展有多大意義呢？對這節(jié)課我們設(shè)計了以下教學(xué)思路：課前布置探究任務(wù)，請同學(xué)們設(shè)計圖表來表示1-18號元素的周期性變化規(guī)律，然后在課上展示設(shè)計成果并闡述設(shè)計意圖，教師引導(dǎo)學(xué)生就不同的設(shè)計方案展開充分的討論并探究元素周期表的結(jié)構(gòu)和編排原則。教學(xué)目標(biāo)分析知識與技能（1）理解元素周期律、元素周期表的基本內(nèi)容。2．過程與方法（1）能夠設(shè)計出適當(dāng)?shù)膱D表來表示1-18號元素的周期性變化規(guī)律。（2）能夠通過課堂討論探究出元素周期表的編排原則并畫出元素周期表的基本框架。3．情感、態(tài)度與價值觀（1）體會對比、歸納、總結(jié)等科學(xué)方法在探究學(xué)習(xí)中的應(yīng)用；（2）認(rèn)識到合作、交流在科學(xué)探究學(xué)習(xí)中的重要作用。（3）能從元素周期表的設(shè)計與探究過程中體驗(yàn)到科學(xué)探究需要堅持不懈的努力；三、課堂教學(xué)實(shí)錄1．明確探究目的和任務(wù)師：前面兩節(jié)課我們共同探究了元素周期律，元素的性質(zhì)為什么會出現(xiàn)周期性的變化規(guī)律呢？生：元素性質(zhì)的周期性變化是元素原子核外電子排布呈現(xiàn)周期性變化的必然結(jié)果。師：那么，有沒有一種圖表可把元素性質(zhì)的周期性變化規(guī)律很好地表現(xiàn)出來呢？這一節(jié)課我將#和同學(xué)們一起來探究一下元素周期表的結(jié)構(gòu)。（多媒體投影探究目的）.完成設(shè)計（此部分工作可布置在課前完成）師：（就設(shè)計過程中碰到的問題對學(xué)生作出種種引導(dǎo)提問）生：（完成圖表的設(shè)計工作）.課堂討論師：根據(jù)形狀的不同，我將你們設(shè)計的圖表大致分成如下幾類：線形、角形、螺旋形、圓形和扇形。下面就請同學(xué)們來欣賞一下你們自己的作品。在欣賞的同時，我想請設(shè)計者介紹設(shè)計意圖，其余同學(xué)要注意分析，看看是否存在合理性，是否還有不足之處。設(shè)計者1：提到設(shè)計思路，我還真的說不出來。我是在一個偶然的情形下才有了靈感，隨著原子序數(shù)的遞增，元素原子的最外層電子數(shù)會出現(xiàn)由1到8的周期變化現(xiàn)象。（見圖1）圖1生A：你設(shè)計的圖，橫坐標(biāo)代表什么？縱坐標(biāo)代表什么？設(shè)計者1：橫坐標(biāo)為原子最外層電子數(shù)，縱坐標(biāo)為原子序數(shù)。生B：如果從18號元素繼續(xù)排下去，這幅圖會很大的，我認(rèn)為這種設(shè)計不太合理。生C：我也同意生B的觀點(diǎn)。師：看的出來，孫雅同學(xué)確實(shí)動了不少腦筋，她的這幅圖在一定程度上確實(shí)能體現(xiàn)元素原子核外電子排布的周期性，但也存在著同學(xué)們所說的不可忽略的缺陷。下面別的同學(xué)也談?wù)勛约旱脑O(shè)計思路吧！設(shè)計者2：我的這個元素周期表是樓梯形狀的。我把原子具有相同電子層數(shù)的元素排列在一層上面。（見2）生D：你的表設(shè)計得很漂亮，但是樓梯的走勢為什么向下呢？原子序數(shù)應(yīng)該是遞增的嘛!設(shè)計者2：因?yàn)橛蒆-He,Li-Ne,Na-Ar原子的半徑都是逐漸減少的呀！師：大家討論得很有道理，徐吟吟同學(xué)的元素周期表設(shè)計得很有意思。上面我們看了兩張“線型圖”，接下來讓我們來欣賞一張“螺旋圖”吧！設(shè)計者3：我發(fā)現(xiàn)1?18號元素最外層電子數(shù)有一種循環(huán)規(guī)律，即3?10號元素最外層電子數(shù)由1遞增到8,H?18號元素也如此，但H、He有些特別，它們最外層電子數(shù)分別為1、2,而第3號元素Li最外層電子數(shù)又變成了1……按箭頭方向元素原子序數(shù)依次遞增，短線所連原子的最外層電子數(shù)相同，這樣每繞一周，元素原子最外層的電子重復(fù)出現(xiàn)由1依次遞增到8的周期性變化。師：請同學(xué)們比較這個設(shè)計方案與上面兩種設(shè)計方案有什么異同？哪種設(shè)計更合理呢?生E：“螺旋式”元素周期表者具有延續(xù)性，我認(rèn)為更好生F：但是我覺得“螺旋式”周期表不太美觀，也不便于觀察。（此時，全班嘩然，議論紛紛，課堂氣氛異?；钴S）師：同學(xué)們說的又道理，我們再來看看“角形”和“同心圓”吧。設(shè)計者4：因?yàn)樵卦拥淖钔鈱与娮訑?shù)隨原子序數(shù)的遞增重復(fù)出現(xiàn)1-8的周期性變化（H、He除外），所以我把圖設(shè)計成8個角，然后把原子最外層電子數(shù)相同的元素放在同一角中，且按逆時針方向?qū)⒏鹘侵械脑匕丛有驍?shù)遞增的順序排列。生G：按照這種方式排列確實(shí)能體現(xiàn)1?18號元素原子核外電子排布的周期性變化，但He最外層是兩個電子，我認(rèn)為應(yīng)把它與Be、Mg放在同一個角中。生H：我不同意你的觀念，He、Ne、Ar原子都達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)了，當(dāng)然應(yīng)該放在同一個角里。師：同學(xué)們，你們認(rèn)為誰更有說服力？（經(jīng)過激烈的討論，一致認(rèn)為把He與Ne、Ar歸為一類）設(shè)計者5：我也談?wù)勛约旱脑O(shè)計意圖吧！因?yàn)樵刈钔鈱与娮訑?shù)由1一8周期性變化，所以我將表畫成一個圓，并且將圓等分成8等份，每份為最外層電子數(shù)相同的元素的組合，由內(nèi)而外每一圈為一個周期，最后將稀有氣體元素歸為一類，但這張表并不適用于所有元素。生H：王立成和周定浩、尹超三位同學(xué)的設(shè)計思路差不多，又各有優(yōu)缺點(diǎn)，若能把三者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來就好了。師：生H說得很對，下面的姚旭同學(xué)的“扇形”圖就有這樣的效果哦!師：扇形圖是元素周期表的一種形式，目前人們還在使用它，而當(dāng)年門捷列夫等科學(xué)家花了近40年的時間才研制出來。（同學(xué)們異常興奮，沉浸在成功的喜悅之中）師:從前面的討論可以看出所設(shè)計的圖形越簡單，規(guī)律越明顯越好。如果我們把扇形頂部的“螺絲”打開，“扇形圖”就變成為人們目前廣泛使用的元素周期表了?。▌赢嬶@示）.得出元素周期的編排規(guī)律師：剛才幾位同學(xué)談了他們設(shè)計的圖表，同學(xué)們認(rèn)為哪種設(shè)計較為合理？為什么？哪種設(shè)計明顯不合理？你能提出什么修改建議？生：（進(jìn)行小組討論）師：下面請大家自己總結(jié)書本上的元素周期表的編排規(guī)律。生：把原子電子層數(shù)相同的元素按原子序數(shù)遞增的順序從左到右排成橫行，把不同橫行中原子最外層電子數(shù)相同的元素，按電子層遞增的順序由上而下排成縱行。（多媒體投影元素周期表的編排規(guī)律）.進(jìn)一步探究元素周期表的結(jié)構(gòu)師：按照這樣的原則，周期表第四周期的第一、二個元素應(yīng)該是什么？生：19號K和20號Ca。師：已知第四周期共有18種元素，21?30號元素原子核外電子排布與Al、Si、P、S、Cl、Ar差別很大，而31?36號元素原子核外電子排布依次與Al、Si、P、S、Cl、Ar較為相似，請問21?30號元素該如何安置呢？生：（小組討論）生：Na、Mg下面依次排K、Ca留出10個空格依次安置21?30號元素，然后依次排31~36號元素。師：很好！請同學(xué)們畫出元素周期表基本框架，標(biāo)出列序數(shù)、周期序數(shù)，并將已學(xué)過的元素填入所畫的周期表中。（動畫顯示元素周期表）生：（畫出元素周期表的框架圖并相互討論）6．評價、反思師：請同學(xué)們填寫你手中的“探究活動評價”表，對今天的學(xué)習(xí)活動進(jìn)行簡單地歸納和總結(jié)，你們也可以相互交流今天探究過程中的感受和體會。生：（對學(xué)習(xí)活動進(jìn)行評價）三、教學(xué)反思這節(jié)課從知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀三個緯度設(shè)計探究目的，并向?qū)W生明確提出了這些目的，可幫助學(xué)生明確探究目的并以此為目標(biāo)不斷調(diào)整自己的學(xué)習(xí)活動。本節(jié)探究課從提出問題、完成設(shè)計、課堂討論直至形成結(jié)論及評價反思，探究思路非常清晰，整個探究過程圍繞著“元素周期表的設(shè)計和其編排規(guī)律的討論”這一主題展開，始終有條不紊地進(jìn)行。本節(jié)課真正做到了由注重“教”到注重“學(xué)”的轉(zhuǎn)變，在探究的每一環(huán)節(jié)上都注重學(xué)生的主動參與，把教學(xué)作為幫助學(xué)生建構(gòu)知識的動態(tài)過程，允許學(xué)生對知識的合理性提出質(zhì)疑和探究，這不僅可以改善學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，而且有助于學(xué)生理解和掌握科學(xué)方法，培養(yǎng)科學(xué)的態(tài)度和探索未知世界的能力。事實(shí)證明學(xué)生有能力進(jìn)行科學(xué)探究，他們的設(shè)計構(gòu)思奇特并富有科學(xué)性，探究工作進(jìn)行得非常出色。在這樣的創(chuàng)造性勞動中，學(xué)生的發(fā)散性思維真正得到了拓展，在此基礎(chǔ)上再組織學(xué)生進(jìn)行充分的討論，然后回顧歷史，讓學(xué)生沿著科學(xué)家的探究之路進(jìn)行探討，從而體驗(yàn)科研的艱辛與成功的喜悅。本次探究活動的一個顯著特點(diǎn)就是高度重視課堂討論，而這同時也是本節(jié)探究課的中心環(huán)節(jié)。在這樣的課堂上，學(xué)生可以提出自己的疑問、設(shè)想，并和老師、同學(xué)一起討論，他們所提出的任何問題都會得到應(yīng)有的重視，因?yàn)榻處熣且ν诰驅(qū)W生的真實(shí)想法以此來指導(dǎo)他們的學(xué)習(xí)。有些同學(xué)的設(shè)計極具創(chuàng)意，但是卻不能將其獨(dú)到的見解適當(dāng)?shù)乇硎龀鰜?，甚至未清楚地意識到自己的創(chuàng)新之處，這時老師應(yīng)及時給予鼓勵和引導(dǎo)，幫助他們挖掘設(shè)計中的創(chuàng)新點(diǎn)并將其表達(dá)出來，并且積極參與到各小組的討論活動中并提出問題供學(xué)生思考，如：你認(rèn)為哪種設(shè)計明顯不合理？你能提出什么修改建議？書上的元素周期表比起我們的設(shè)計，不同點(diǎn)在哪里？你的設(shè)計是怎樣的？是不是合理呢？你打算在哪些方面做出修改？評價與反思是整個科學(xué)探究活動的重要要素，它貫穿于探究活動的全過程，是提高科學(xué)探究的有效性，確保學(xué)習(xí)質(zhì)量的一種主要策略和機(jī)制。評價與反思也是本次探究活動頗具特色的環(huán)節(jié)之一，