一课三阶段探究式教学例说

肖世昭

人教版教材高中化学必修Ⅱ第一章第二节《元素周期律》有三个框题的内容：原子核外电子的排布、元素周期律、元素周期表和周期律的应用。本案例为第二课时第二框题“元素周期律”，采用一课三阶段探究式教学，按课堂教学模式Ⅱ（提出问题→收集证据→形成解释→交流展示→评价结果）展开，渐次激发学生学习的自主性。

一、第一阶段，教师引导下的全班集体探究

鉴于学生在九年级已经学过了“原子是由原子核和核外电子构成的”这个知识点，在高中必修Ⅰ的学习中对元素周期表的大体结构有了初步的了解并能运用元素周期表查找常见元素、获取相关信息，而且此时的学生逻辑思维能力迅速发展、推理思维活跃，因此，关于第一个知识点“随着原子序数的递增，元素原子的电子层排布、原子半径和化合价均呈现周期性的变化”的教学，笔者拟采用引导探究方式，指导学生通过阅读文本（含阅读材料）提取有效信息，进而发现元素的这种周期性变化规律。

由于学生已经掌握了原子核外电子排布的知识，对于原子半径和化合价的知识也有了一定的认知基础，因而在本课开课伊始，笔者将教材中的三个表格投影展示给学生（见表1、表2、表3），让学生观察表中的数据，寻找规律，紧接着提出了下面三个问题。

1.从表1中得出原子核外电子层排布的周期性变化规律是什么？

2.结合表2的数据，分析3—9号元素和11—17号元素随着元素核电荷数的递增，元素的原子半径的变化有没有规律，是什么样的规律？

3.从表3得到的元素的主要化合价随着元素核电荷数的递增呈现什么样的变化？

在分析解决问题的办法、“收集证据”环节，笔者让学生根据之前学过的相关知识画出1—18号原子结构示意图，引导学生自主探究“原子核外电子排布”规律。学生在画出原子结构示意图后很快便发现了最外层电子的排布在重复1→8的变化规律。在引导学生“形成解释”的教学过程中，我们师生展开了下面的对话。

师：同学们，根据画出的核电荷数1—18号元素的原子结构示意图，你们找到了什么规律？

生：1—2号元素的电子层数相同，都是1，最外电子层上的电子数从1到2；3—10号元素的电子层数相同，都是2，最外电子层上的电子数从1递增到8；11—18号元素的电子层数相同，都是3，最外电子层上的电子数从1递增到8。

师：于是，第一个问题我们就可以得出结论——（归纳、板书）随着原子序数的递增，元素最外层电子呈现周期性变化。接下来，我们再来看看3—9号元素和11—17号元素随着元素核电荷数的递增，元素原子半径的变化有没有规律，有什么样的规律吧！

生：（齐答）由锂到氟，原子半径由大到小；由钠到氯，原子半径由大到小。于是可以得出结论——随着原子序数的递增，原子半径呈现周期性变化。

师：（追问）这个“核外电子排布的周期性变化”与“原子半径的周期性变化”之间有没有关系呢？若是有，又是什么关系呢？

生1：具有相同的核外电子层数的原子，随着原子序数的递增，核对外层电子的引力逐渐增强，原子半径“收缩”而逐渐减小。

師随着学生的回答进行归纳并板书如下：随着原子序数的递增，原子半径呈现周期性变化。

师：通过观察表3中的数据，元素的主要化合价随着元素核电荷数的递增又呈现出怎样的变化呢？

生2：先说正化合价，3—7号元素的化合价从+1逐步升到+5，11—17号元素的化合价从+1逐渐升到+7；再说负化合价，6—9号元素的化合价从-4逐步升到-1，14—17号元素的化合价从-4逐步升到-1。于是可以得出结论——元素的主要化合价随着元素核电荷数的递增，呈现周期性的变化。（生2自觉接受生1的“教训”，已经可以按照教师引导的表述方式，用合乎学科规范的表达方法进行总结归纳）

师：（追问）大家或许有个疑问“核外电子排布的周期性变化”与“元素化合价的周期性变化”之间到底有没有关系，又是怎样一种关系呢？

生3：一般地，元素的最高正化合价等于最外层电子数，O、F除外；最低负化合价等于最外层电子数减8，稀有气体元素除外。（学生的表达非常严谨）

师：于是，我们得出第三个问题的答案——（边说边板书）随着原子序数的递增，元素最外层电子、半径、主要化合价都呈现出周期性变化。那么，这些规律如何解释呢？

生：最外层电子数目周期性的变化导致原子半径、化合价呈周期性变化。

以上师生问答、教师板书的过程，将学生“形成解释”“交流展示”与教师“评价结果”的过程自然地融为一体。由于以上三个问题相对容易解决，通过激活之前所学知识便基本可以应对，于是这个环节笔者以师、班（教师与全班学生）互动的方式为主。这也是以班为单位的引导探究中师生交流的主要方式。

二、第二阶段，小组合作探究

小组合作探究，在驱动性问题（任务）设计上，应使问题具有一定的挑战性，需要学生通过同伴间的交流、研讨，在智慧分享的基础上实现对问题的有效解决。

高一学生对物质性质的变化规律有一定的认识，他们在学习了碱金属元素和卤素的基础上学习元素周期律中关于“金属性的递变规律，金属性强弱比较”这个知识点，会有似曾相识的感觉。本课内容教学的重点是对事物的本质规律进行概括，引导学生从现有知识储备中去提取有效信息，通过对物质性质的普遍性、递变性和特殊性进行联想、举证、比较来发现和揭示规律。对这部分内容展开探究式学习，旨在让学生通过讨论提升原有认知，通过探究实验来验证猜想和假说，通过交流展示形成共识，进而实现知识的自主建构。

对于“金属性递变规律”这一知识点的教学，教师的教学思路是设计三个研习内容，引导学生开展小组合作探究。为了提高课堂教学效率，教师将三个研习内容及具体要求设计成导学案，在课前印发给学生（见表4）当作预习任务，“提出问题”环节相当于提前到了课前进行。

在正式上课前，教师对学生导学案完成情况进行检查，每个学习小组在桌面上都准备好了钠、镁条、铝片、2 mol·L-1盐酸、蒸馏水、酚酞溶液、小试管、烧杯、砂纸、酒精灯等实验物品。于是进入课堂教学环节。

师：到现在为止，人们发现了100多种元素，它们的原子结构不同，性质各异。为了研究方便，我们把元素所表现的性质分为两大类，一类为金属性，一类为非金属性。已学过的Na、K等金属元素所表现出来的性质就属典型的金属性，而N、Cl等元素所表现出来的性质则具有典型的非金属性。金属元素的活泼性我们在初中时已有所了解，那么元素金属性相对强弱可以用什么实验事实来说明呢？非金属元素的非金属性相对强弱又可以用什么实验事实来说明呢？接下来，我们以第三周期11—18号元素为研究对象，来探究一下元素周期表中元素的金属性，看看在同一周期中元素的周期性存在着怎样的规律。（教师教学铺垫完成后，随即投影呈现各小组展示任务分工，即在表4中加入红显的文字）

因为学生在课前已经进行了信息收集，包括重读课本（已学知识）、到图书馆查阅资料、上网搜索相关知识信息等，课上教师又指定了各组具体研讨的内容且“主题”明确（避免问题过于笼统，难以把握），而且学生学习小组属于异质分组，学生间的资源差异利于学生互帮互助、有效合作，学生的课堂探究十分高效。

接到教师安排的研习内容后，各小组纷纷进入“收集证据”状态。教师在课堂上巡视，帮助学生解决讨论中遇到的问题，指导学生完成实验方案设计，提醒学生在实验操作过程中要注意安全和规范，整理好文本叙述的内容后再“形成解释”。

当小组讨论结束，教师对展示和点评的责任小组做出如下安排：“用原子结构知识解释”的研习内容，“主题1”由1组B层学生展示，“主题2”由2组B层学生展示，3组A层学生负责对1组、2组的展示作点评；“同周期（以钠、镁、铝为例）金属性强弱比较”的研习内容，“主题1”由4组B层学生展示，“主题2”由5组B层学生展示，6组A层学生负责对4组、5组的展示作点评；“同主族（以IA为例）金属性强弱比较”的研习内容，“主题1”由7组B层学生展示，“主题2”由8組B层学生展示，9组A层学生负责对7组、8组的展示作点评。要求各组展示代表将本组讨论的结果以文字、图表或化学方程式的形式在教室前后两块黑板相应位置中写出来，相关小组成员与此同时积极思考、帮助补充完善，点评组组长安排组员做好准备，于是课堂进入“展示交流”和“评价结果”环节。

1组B层学生展示：同主族元素最外层电子数相同→性质具有相似性，如钠和钾。

2组B层学生展示：同主族元素电子层数递增→原子核对核外电子吸引力递减→性质具有递变性，如钾比钠更活泼，钠与水反应我们能看到钠在水面熔成一个小球并产生大量气体，而钾与水相遇则立刻发生燃烧和轻微爆炸。

3组A层学生点评：完全同意1组的讨论结果。为2组补充一点，同主族元素电子层数递增，原子半径逐渐增大，原子核对最外层电子的吸引力递减，因此最外层电子也最容易失去，导致金属性逐渐增强，呈现周期性变化。

师：1组、2组同学不仅找出了规律，还运用原子核外电子排布规律解释了这一结果，言简意赅！3组点评同学有小老师风范，点评很到位！（全班学生热烈鼓掌）

4组B层学生展示：金属性强弱比较的方法有三种。①单质与水或酸反应置换出氢，金属性越强，其单质越容易从水或酸中置换出氢；②最高价氧化物对应的水化物的碱性，金属性越强，其最高价氧化物对应的水化物的碱性就越强；③从金属活动顺序表来看，排在前面的金属能把排在后面的金属从它的盐溶液中置换出来。

5组B层学生展示：同周期元素（钠、镁、铝）金属性逐渐减弱。我们的实验方案是——①将绿豆大小的金属钠以及除去氧化膜的镁条和铝片分别投入盛有冷水的烧杯中，比较反应的剧烈程度，观察并记录实验现象；②将除去氧化膜的镁条和铝片分别与2 mol·L-1盐酸进行反应，观察并记录实验现象。通过操作以上两个实验，我们得出了如下结论——同周期比较金属性为Na[>]Mg[>]Al，与酸或水反应则是由易→难。

6组A层学生点评：两组的展示基本正确。第4组还可以增加一个我们初中学过的相互置换反应（强制弱）来判断金属性的强弱。第5组设计的实验方案①可以增加一个实验环节，比较三种金属单质最高价氧化物对应的水化物的碱性强弱，就是在①的实验基础上滴加酚酞试剂，比较颜色的深浅程度，从而得出碱性的强弱程度。

师：这三个小组，展示和点评都很精彩！（师、生一同鼓掌）老师再补充一点，做实验方案①镁、铝与水的反应实验时，可以增加一个实验环节，用酒精灯对烧杯进行加热。比较反应条件变化（温度不同时）导致的反应难易度，可以帮助我们判断钠、镁、铝金属性的相对强弱。

生：老师，我们做了把镁和铝分别放到热水中的实验，看到镁与水反应快，铝与水反应慢。

师：好！我们把掌声送给他们！（全班鼓掌）

7组B层学生展示：同主族元素金属性逐渐增强，最高价氧化物对应的水化物的碱性强弱是KOH[>]NaOH[>]LiOH。

8组B层学生展示：我们的实验方案是——①取金属钠、钾，分别与滴有酚酞试剂的水反应，比较反应的剧烈程度，观察实验现象；②钠、钾分别与盐酸反应，比较反应的剧烈程度。方程式：Li+2H2O=2 LiOH+H2↑；Na+2H2O=2 NaOH+H2↑，2 K+2 H2O=2 KOH+H2↑。

9组A层学生点评：7组展示的内容完全正确，8组展示的实验方案①可行，方案②中钾与水反应很剧烈，已经轻微爆炸，再做钾与盐酸反应的实验就很危险了，建议取消。

师：刚才我们通过小组合作探究的方法学习了同周期、同主族元素金属性的递变规律，我们一起来总结一下。

生：（齐答）同周期元素从左到右金属性逐渐减弱，同主族元素金属性从上到下金属性逐渐增强。

学生根据讨论中获得的信息，在导学案上补充完善实验方案设计；教师用PPT课件投影展示同一周期、同一主族元素金属性的递变规律，学生整理好课堂笔记。

第二阶段小组合作探究以9个学习小组为单位，采用导学案完成课堂笔记和练习。在这段学习活动中，生生互动（包括小组内同学间的对话、小组与全班的对话、学生个体与全班的对话）是主要互动方式，展示交流与评价结果交替进行。自主性是学会学习的前提，问题一经提出，学生从如何设计解决问题的方案开始，到收集证据、实施实验探究、解释结论、交流展示、评价结果，全部自行负责；教师作为协作者和辅助者参与学生的学习活动，敢于放手。在这样的课堂上，不同学习水平的学生相互交流，大胆表达、彼此分享，是课堂教学资源的拓展和延伸，而且可以很好地培养学生的互助精神，课堂成为学生施展能力的舞台。

三、第三阶段，学生自主独立探究

学生的探究热情越来越高涨，对自己的分析推理能力越来越有信心，这为第三阶段的自主探究打下了良好的基础。于是笔者设计了“同一周期和同一主族元素的非金属性强弱变化有什么规律？如何进行实验论证？”这个教学内容作为学生自主探究的主题，把课堂完全交给了学生。于是，学生提出问题：1.元素非金属性判断的依据是什么？2.同周期非金属性强弱比较规律，如何用实验加以验证？3.同主族非金属性强弱比较规律，如何用实验加以验证？

为了给问题求解，学生开始“收集证据”：翻阅课本，查阅教辅资料，独立思考，组织语言表述，“形成解释”。教师课堂巡视，发现问题及时个别指导。在“发表交流”阶段，教师随机抽取了一名学生（生1）的探究结果，投影呈现给全班学生：

1.元素非金属性判断依据：一般可用元素的最高价氧化物对应的水化物的酸性强弱（酸性越强，非金属性越强）与H2生成气态氢化物的难易程度和气态氢化物的稳定性来判断（越容易反应，气态氢化物越稳定，非金属性越强）。

2.同周期非金属性强弱比较规律：按硅、磷、硫、氯元素的顺序，从硅元素到氯元素，随着元素核电荷数的递增，气态氢化物的热稳定性逐渐增强，与H2生成气态氢化物由难到易，所以硅、磷、硫、氯元素的非金属性逐渐增强。

3.同主族非金属性强弱比较规律：用第ⅦA主族F、Cl、Br、I这组非金属元素为代表进行探究，气态氢化物的热稳定性逐渐减弱，与H2生成气态氢化物的条件由易到难。

师：对于3，你能举例说明一下吗？

生1：我们知道氢气和氯气混合后遇火会发生爆炸，见强光也会有爆炸反应，生成的氯化氢气体非常稳定。而氢气与碘蒸气反应很慢，生成的碘化氢很不稳定，容易分解。

师：对这位同学的探究结论，同学们有什么要補充说明的吗？

生2：这位同学的结论正确，但对于同周期非金属性强弱比较规律还可以通过元素的最高价氧化物对应的水化物的酸性强弱来判断，酸性大小是HClO4[>]H2SO4[>]H3PO4[>]H2SiO3。

师：很好！那么，我们可以得出结论——

生：（齐答）同一主族中，从上到下，元素的非金属性逐渐减弱；同一周期中，从左到右，元素的非金属性逐渐增强。

最后，教师投影这节课的基本结论——元素周期律，学生集体朗读：元素的性质随着元素核电荷数的递增而呈周期性变化的规律叫元素周期律。元素周期律实质是元素原子核外电子排布随着元素核电荷数的递增发生周期性变化的必然结果。

这节课是基础理论课，不少老师和学生反映这类课内容枯燥，但运用三阶段探究式教学方式组织教学活动却能收到意想不到的效果，学生在课堂上的自由自主及由此带来的较高程度的探究性学习能力等，都令我们耳目一新、刮目相看。

（责编 白聪敏）