基于模型构建的“元素周期表的应用”单元教学设计

刘燕伟 吴涛

摘要：通过整体单元教学的设计，系统学习同周期同主族元素的结构和性质，构建元素的原子结构、元素在元素周期表中的位置、元素性质、物质性质之间的关系模型，从化学思维方式的视角学习化学知识，培养学生的模型认知能力，体验元素性质递变规律的实际应用。

关键词：模型构建;单元教学;元素周期表;核心素养

文章编号：1008-0546（2022）04x-0034-04

中图分类号：G632.41

文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.04x.010

《普通高中化学课程标准（2017版）》提出以“发展学生化学学科核心素养”为主旨。其中证据推理与模型认知是化学核心素养的思维核心。“能认识化学现象与模型之间的联系，能运用多种认知模型来描述和解释物质的结构、性质和变化，预测物质及其变化的可能结果;能依据物质及其变化的信息建构模型，建立解决复杂化学问题的思维框架[1]。”建构模型的过程可以帮助学生整合知识，合理组织学生的认知结构，从化学思维方式的视角学习化学知识，培养运用模型解决真实问题的能力。

传统的单课时教学，缺乏整体性思考，容易造成教学目标割裂，知识无法有效融合，使知识体系的形成受阻。学生获得的是没有结构化的碎片知识，不利于模型的建构，发展化学学科核心素养的要求难以落实。

单元教学以系统论为指导，突出知识建构的过程，站在整体的高度进行教学规划。教师在对课程标准、教材等教学指导性资源进行深入解读和剖析后，根据自己对教学内容的理解，以及学生的情况特点，对教学内容进行分析、整合、重组，形成相对完整的教学结构单元，并围绕着该结构单元展开教学[2]。单元教学设计是教师运用系统方法，分析单元教学任务，确定单元教学目标、设计单元教学手段，架构各课时之间的教学关联，以求教学效果最优化的编制单元教学方案的过程性设计。

一、单元教学主题

“元素周期表的应用”是学生学习化学，特别是学习元素化合物知识的重要工具。建立“位-构-性”模型，不仅可以系统地总结已有的元素及其化合物知识，而且可以结合原子结构研究元素及其化合物性质的递变规律，并在此基础上预测陌生元素及其化合物的性质。

1.单元目标分析

课程标准对“元素周期表的应用”的内容要求是：认识原子结构、元素性质与元素在元素周期表中位置的关系[1]。以第三周期的钠、镁、铝、硅、磷、硫、氯，以及碱金属和卤族元素为例，了解同周期和同主族元素性质的递变规律;体会元素周期律（表）在学习元素化合物知识与科学研究中的重要作用。

2.单元知识分析“元素周期表的应用”单元教学，在内容上层层递

进，通过学习同周期、同主族元素性质的递变规律，构建元素“位”“构”“性”的认识模型，通过预测元素及其化合物的性质的学习，发展对元素及其化合物化学性质的认识，构建“各类物质的一般性质—氧化性和还原性—相似性和递变性”三维模型，同时体现元素周期表对合成新物质、寻找新材料的指导作用。通过海带提碘的学习，体验元素性质递变规律的实际应用，提高物质分离提纯的实验设计与实验能力，促进化学学科核心素养的落实。

3.学情分析

高一学生对元素化合物性质有一定的知识储备，并熟练掌握了有关原子结构的相关内容，具备了一定的分析和推理能力，但学生对元素化合物的知识只停留在认识层面，在解释具体问题时较少从结构决定性质的角度思考。缺乏对“位-构-性”认识模型的整体认识。

本单元的教学设计以知识落实为基础，模型构建为目标，将学生停留在识记层面的基础知识加以整合，运用建构主义理论帮助学生在头脑中建立认识物质性质的“位-构-性”模型。通过单元教学方式，让学生体会形成模型、应用模型、优化模型的完整过程。加强从元素视角看物质，明确物质性质不同的根本原因在于原子结构的不同，帮助学生建立起基于元素周期律的元素化合物认识模型。

二、单元教学活动设计

元素周期表的应用内容包括必修课程中元素周期表的应用和选修课程物质结构与性质中的原子结构与元素周期表。不同阶段的内容，教学目标和教学设计有着不同的要求。本单元教学内容选自最新鲁科版化学必修2第1章“元素周期表的应用”。

“元素周期表的应用”设置为4个课时，第1课时：同周期元素性质的递变规律，体会实验探究和阅读探究研究方法，学会归纳总结得出同周期元素性質的递

变规律;第2课时：同主族元素性质的递变规律，建立“位-构-性”模型关系;第3课时：运用“位-构-性”模型，结合类别通性和化合价进行物质性质的预测，建立

元素周期表与具体物质性质的深层次关系;第4课时：通过海带提取碘的实验中氧化剂的选择，体验元素性质递变规律的实际应用，体会化学在生活、生产中的重要作用。课时教学设计见表1、表2、表3和表4。

三、单元教学设计的特点与反思

1.模型的构建有利于知识的结构化

在本单元教学过程中，教师提供了恰当的情境和不同层次、不同阶段的实际问题帮助学生组织、整合知识，利用已有的认知构建新的模型。

学习同周期、同主族元素原子性质，从原子结构特点建立同周期、同主族元素原子性质的递变规律模型;基于构建元素原子得失电子能力模型，运用实验探究、证据推理强化模型的构建;从元素的原子结构、元素在元素周期表中的位置、元素性质、物质性质之间的关系，建立“位-构-性”认知模型;从海带提碘项目式学习中，体验元素性质递变规律的实际应用，构建物质富集、分离、提纯的认知模型。

2.单元教学是教材内容有效的整合，促进核心素养发展

本单元的整体设计，从结构的角度，分析同周期、同主族元素原子性质的递变规律，到实验探究验证并强化递变规律，进而初步建立“位-构-性”模型。结合类别通性和化合价进行硅及其化合物性质的预测，完善“位-构-性”模型。海带提碘的活动中，建立真实复杂系统中物质富集、分离、提取的基本思路，同时体验元素性质递变规律的实际应用，实现学科核心素养在本单元教学中落地。

3.真实情境的项目式学习，促进学习方式的转变

以海带提碘为真实情境，基于“位-构-性”模型，选择合适的氧化剂为解决问题的工具，在启发、探究和体验的课堂中进行项目式的学习。模型建构与问题解决相结合，体现化学来源于生活，服务于生活的学科特点，增强学生对化学学习的兴趣。

参考文献

[1]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）[S].北京：人民教育出版社，2020.

[2]王磊，黄燕宁.教学单元设计的实践与反思[J].中学化学教学参考，2009（3）：9-11.