高中化学教材“元素周期律”的进阶设计研究

【摘要】新课改从学生的全面发展需求出发，对化学教材进行大幅度改编。为实现高中化学教材“元素周期律”的进阶设计，文章基于新课改，以新人教版化学教材为例，分析教材中“元素周期律”概念呈现特点，并以学习进阶为角度，设计“元素周期律”的进阶层级模型，最后基于高中化学教学实际情况，为教师使用新人教版教材组织教学活动给予针对性建议，充分挖掘化学教学中的理论知识，提升教师对化学教材的认知理解，助力构建高质量的化学课堂。

【关键词】新课改；高中化学；新人教版；“元素周期律”

【中图分类号】G633.8【文献标志码】A【文章编号】1004—0463（2023）19—0075—05

《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称“新课标”）中以不同进阶维度对化学学科核心素养与化学学业质量水平进行层级划分与精准描述，强调新教材的内容编排与教师教学的呈现顺序需以学生认知发展程度为根本，以满足不同层次学生的水平需求。同时由于高中化学知识点细而繁杂，涵盖了30个专题知识点、120个关键知识点以及300多条必考知识点，且实际授课时留给化学教学的课时有限，导致在应试教育的驱动下，化学课堂过于重视学生对化学知识的理解与应用，而忽略了学生化学素质与思想价值的塑造，最终造成高中化学课堂实效性偏低，难以培养学生的核心素养[1]。所以，通过深入分析当前高中化学教学需求，本文在新课改背景下，以新人教版化学教材为例，通过以必修1和选修2中“物质结构与性质”和“元素周期律”内容为研究对象，深入研究高中化学教材中“元素周期律”的进阶设计，以明确“元素周期律”概念呈现特点，构建学习进阶模型，并提出相应教学策略，为“元素周期律”知识点以及其他化学知识点教学提供借鉴参考。

一、新教材“元素周期律”知识点呈现特点

“元素周期律”是指元素的性质随着元素的原子序数（即原子核外电子数或核电荷数）的递增呈周期性变化的规律。在新旧教材中，学生对于“元素周期律”知识点的理解均是从物质的俗称和性质角度出发认知物质变化及其变化的多样性[2]。为进一步明确新人教版教材“元素周期律”概念呈现特点，以学科特性、核心素养为切入点，对比新旧教材对于“元素周期律”概念的内容编排，为下一阶段“元素周期律”进阶层级模型设计给予理论支持。

1.学科特性更为突出。新旧教材关于“元素周期律”知识点内容序列对比见下表1。从表1可以看出，通过对比旧教材，新教材对于“元素周期律”知识点内容编排顺序有所改变，是从介绍原子结构入手，引导学生了解元素性质与原子核的关系，明确原子核外电子排布规律；在此基础上，再进行元素周期表结构教学，让学生理解元素周期表的内部结构；最后引入元素的性质与原子结构，让学生深入探究同主族元素的性质与原子结构，使学生可基于微观本质分析宏观问题。并且，新教材在内容编排中，还将原本融入“元素的性质与原子结构”与“原子核外电子排布规律”板块中的“原子结构”知识点进行提取整合，作为单独教学的一部分放在元素周期表学习之前，为学生掌握元素周期表内容奠定良好基础，更能体现出化学学科是以研究物质微观结构为主的科学[3]。可见，新教材的学科特性更为突出。

2.核心素养更为外显。通过进一步对比新旧教材的内容编排，发现新教材在“元素周期律”知识点内容的设计上，更注重引导学生对理论知识的迁移应用，致力让其在脑海中形成“位—构—性”的认知模型，即原子结构可决定元素在元素周期表中的位置，也可用于决定、解释与预测金属性、非金属性以及电离能、电负性等元素的形式；反之，元素性质也可直观反映出该元素在周期表的位置与原子结构。以期通过认知模型的构建，在化学教学实践活动中掌握理论知识，充分发挥化学实验的教学功能，培养学生的核心素养。例如，新教材在针对“同周期、同主族元素性质的递变”实验设计中，首先，将实验目的具化为：①加深学生对同周期、同主族元素性质递变规律的理解。②使学生了解元素周期表和元素周期律在学习元素化合物知识中的重要作用。实现了“元素周期律”知识点的核心概念与实验问题解决融为一体，凸显化学学科素养发展功能。其次，新教材将实验活动的实验内容分为“探究同主族元素性质的递变（卤素）”与“探究同周期元素性质的递变（第三周期）”两个板块，引导学生自主设计部分实验，如Mg与冷水和热水的反应、MgCl2和AlCl3与碱的反应等，实现学生的自主学习。最后，为进一步发散学生化学思维，提升其核心素养，在实验后期也设置了独立的“问题和讨论”环节，使学生可根据实验结论思考，认知元素周期律对元素化合物知识学习的指导作用，对学生形成以辩证思维为主的化学学科思想起到助力作用[4]。

3.“元素周期律”进阶层级模型设计。新课标确定原子结构、元素周期表、元素周期律、电负性以及电离能为“元素周期律”的学习核心概念，所以在学习进阶下，“元素周期律”的进阶模型如表2所示。

从表2可以看出，在学习进阶下，“元素周期律”的进阶模型共包括观念、识别、形式化、建构、生成这五个进阶层次，分别代表了1～5个进阶水平，且每个进阶水平下提出了对学生知识能力的不同要求，对应了“元素周期律”中原子结构、元素周期表、元素周期律、电负性以及电离能这五大核心概念。例如，新教材必修1第四章《物质结构元素周期律》第一节“原子结构与元素周期表”就对应了“识别”这一进阶层次，进阶水平为2。教师在实际教学时，以化学史“原子结构完善人们对元素周期表的认知”为引，教学质量数、电子层、原子核外电子的排列等理论知识，帮助学生理解如何利用原子结构解释元素周期表、用元素周期表推导原子结构的合理性、分析元素的性质，并在此基础上探析元素周期表的结构，挖掘元素周期表中蕴含的知识信息，达成教学目的[5]。因此，基于新教材的内容编排与“元素周期律”进阶层级模型，绘制了“元素周期律”进阶层级图，如下图1所示。

“元素周期律”进阶层次图可直观地看出原子结构、元素周期表、元素周期律、电离能与电负性这五个核心概念的理论难度从低到高的逻辑关系，由内而外地呈现出了“元素周期律”观点生成到实际使用的递进过程，有效梳理了新教材中有关“元素周期律”的相关概念，并与新课标所提出的“位—构—性”认知模型形成对应关系，从而为化学教师实践教学提供了扎实的理论支撑。

二、进阶层级模型下“元素周期律”的教学策略

通过深入分析高中化学新人教版教材“元素周期律”知识点呈现特点以及对“元素周期律”进阶层级模型的设计构建，发现在新课改背景下，新教材的内容编著、实验设置以及习题编制均能体验出学习进阶的思路理念。因此，在“元素周期律”进阶层次模型下，教师更要合理使用新教材开展“元素周期律”的相关教学，助力学生知识水平阶段的提升。

1.围绕核心概念，注重认知进阶。在进阶层级模型下，化学教师应重点关注新教材内容中所蕴含的进阶逻辑，围绕原子结构、元素周期表、元素周期律、电离能与电负性这五个核心概念，确保教学内容与学生已有知识经验和学科能力相互匹配，完成高质量教学。

如，选修1第四章元素周期律知识进阶水平划分紧紧围绕着上文所提出的元素周期律等五个核心概念，并按照概念的难度，对第四章元素周期律知识进阶水平划分。经知识进阶水平划分后，教师可在教学活动前明确本章内容的知识难度。在实际教学活动开展时，可先带领学生复习以前的教学，从已知的钠元素和氯元素的性质开始，将“思考与讨论”“探索”等多个栏目整合到新教材中，明确同一周期、同一主体中元素性质的渐进变化。帮助学生弄清基本概念和基本概念之间的高级关系，并预先构建认知模型，打破学生在学习化学元素时，只割裂分析单一元素、死记硬背的认知壁垒，以此完成高质量的课堂教学[6]。

2.基于科学发展，培养核心素养。新教材在新课标目标的引导下，教材内容编排更加注重以“素养为本”。通过设计“元素周期律”进阶层级模型可以发现，原子结构、元素周期表、元素周期律、电离能与电负性这五个核心概念的历史进程与新教材“元素周期律”知识点的内容编排顺序完全一致。可见，化学教师在依托进阶层级模型下开展元素周期律教学时，可基于核心概念的难度进阶，选择符合当前教学知识点的科学史实，建构深层次的认知模型。例如，电负性最初被贝采尼乌斯认为是原子吸引电子的能力，后来被认为是第一电离能和第一电子亲和能的算术平均值，直到莱纳斯·卡尔·鲍林确认了电负性的实验尺度，并通过他人修正得到了学术界的认可，才得到了教科书中对电负性的描述。通过这一科学史实的讲述，学生意识到电负性是一种理想化的思维模型，用于定量解释元素的性质，不仅可以更好地理解电负性的性质，而且可以意识到假设和预测是建立模型的自然途径，从而充分发挥化学史的科学规律和理论功能，对培养学生的科学素养有着重要意义。

3.注重课后习题，发挥诊断作用。新人教版教材中，增设了“练习与应用”“复习与提高”这两大板块，进一步帮助化学教师实现了完整的教学闭环。因此，化学教师应从注重课后习题入手，根据“元素周期律”知识点进阶层次与进阶水平的不同，选择与其适配的课后习题，切实发挥习题在化学课堂教学中的诊断作用，助力学生巩固课堂理论知识。例如，必修1第四章第一节“原子结构与元素周期表”中原子结构理论知识的进阶层次主要集中在识别层次上，所以在课后习题的选择中，化学教师也要以“识别层次”为主，检验学生对基础知识的掌握程度，可以陌生元素（Ti、Ge、Og等）为介质，让学生尝试分析其原子结构、核外电子等内容，检测学生从微观本质探讨宏观现象，考查学生理论知识的掌握程度、认知层次以及核心素养的发展程度，以此提高化学教学效率。

综上所述，新课改背景下高中化学教学强调对学生综合能力的培养。而在“元素周期律”教学中，新人教版教材更加重视发挥核心概念对元素化合物知识学习的指导作用。因此，通过“元素周期律”进阶层级模型的构建，可帮助教师在教学前深入了解新教材，体会新教材的编写意图，明确“元素周期律”相关知识点的教学价值。同时，在进阶层级模型指导下，教师可以围绕核心概念、基于科学发展、注重课后习题为切入点，丰富课堂教学环节，完善课堂教学设计，培养学生的化学学科核心素养。

参考文献

[1]陈贞芳.基于三大版本的高中化学核心素养培育的教学实践——“元素周期律和元素周期表”为例[J].福建教育学院学报，2022（11）：68-70.

[2]白建娥.高中化学必修与选择性必修教材融合的教学策略——以“原子结构与元素周期律”为例[J].化学教育（中英文），2021（09）：45.

[3]杨桂榕，郑长龙.基于学科理解的元素周期律的教学设计[J].化学教学，2022（10）：39-43.

[4]陈飘露，朱文娟，胡明雪，等.基于发展科学探究能力的高中化学教学实践——以“元素周期律”章节为例[J].安徽化工，2021（01）：147-150.

[5]居鸣富，高翔.基于科学精神培养的高中化学教学实践——以“元素周期律”为例[J].化学教育（中英文），2020（07）： 33-37.

[6]朱鹏飞，陈敏，孙逸明.化学学科核心素养导向的教学设计——以“元素周期律”为例[J].化学教学，2019（10）：37-42.

编辑：张昀