元素周期表的设计及结构的探究

元素周期表的设计及结构的探究摘要：在新课程的具体实施过程中许多化学教育工作者虽已认识到转变学生的学习方式对于学生未来发展的重大意义，但对于如何实施探究教学却感到非常困惑。有鉴于此，本文介绍了一节化学探究教学课，并就在化学课堂上如何进行探究教学这一问题谈了一些认识。关键词：探究学习探究教学教学模式元素周期表前言探究教学理论要转化为教学实践，须解决好探究教学的实施问题。在化学课堂上如何进行探究教学是广大化学教师普遍关心的问题。现向大家介绍“元素周期表的设计及结构的探究”这节课。该课主要是围绕元素周期表的设计及其结构的探究而展开的，课上师生共同讨论，气氛活跃，效果很好。元素周期律和周期表，揭示了元素之间的内在联系，反映了元素性质与原子结构的内在关系，具有特殊的探究意义。但是，目前对于元素周期表的教学却鲜有探究，比较普遍的做法是教师引导学生观察给定的元素周期表并总结出其编排规律。这样的做法虽简单易行，但是对学生的能力发展有多大意义呢？对这节课我们设计了以下教学思路：课前布置探究任务，请同学们设计图表来表示1-18号元素的周期性变化规律，然后在课上展示设计成果并阐述设计意图，教师引导学生就不同的设计方案展开充分的讨论并探究元素周期表的结构和编排原则。教学目标分析知识与技能（1）理解元素周期律、元素周期表的基本内容。2．过程与方法（1）能够设计出适当的图表来表示1-18号元素的周期性变化规律。（2）能够通过课堂讨论探究出元素周期表的编排原则并画出元素周期表的基本框架。3．情感、态度与价值观（1）体会对比、归纳、总结等科学方法在探究学习中的应用；（2）认识到合作、交流在科学探究学习中的重要作用。（3）能从元素周期表的设计与探究过程中体验到科学探究需要坚持不懈的努力；三、课堂教学实录1．明确探究目的和任务师：前面两节课我们共同探究了元素周期律，元素的性质为什么会出现周期性的变化规律呢？生：元素性质的周期性变化是元素原子核外电子排布呈现周期性变化的必然结果。师：那么，有没有一种图表可把元素性质的周期性变化规律很好地表现出来呢？这一节课我将#和同学们一起来探究一下元素周期表的结构。（多媒体投影探究目的）.完成设计（此部分工作可布置在课前完成）师：（就设计过程中碰到的问题对学生作出种种引导提问）生：（完成图表的设计工作）.课堂讨论师：根据形状的不同，我将你们设计的图表大致分成如下几类：线形、角形、螺旋形、圆形和扇形。下面就请同学们来欣赏一下你们自己的作品。在欣赏的同时，我想请设计者介绍设计意图，其余同学要注意分析，看看是否存在合理性，是否还有不足之处。设计者1：提到设计思路，我还真的说不出来。我是在一个偶然的情形下才有了灵感，随着原子序数的递增，元素原子的最外层电子数会出现由1到8的周期变化现象。（见图1）图1生A：你设计的图，横坐标代表什么？纵坐标代表什么？设计者1：横坐标为原子最外层电子数，纵坐标为原子序数。生B：如果从18号元素继续排下去，这幅图会很大的，我认为这种设计不太合理。生C：我也同意生B的观点。师：看的出来，孙雅同学确实动了不少脑筋，她的这幅图在一定程度上确实能体现元素原子核外电子排布的周期性，但也存在着同学们所说的不可忽略的缺陷。下面别的同学也谈谈自己的设计思路吧！设计者2：我的这个元素周期表是楼梯形状的。我把原子具有相同电子层数的元素排列在一层上面。（见2）生D：你的表设计得很漂亮，但是楼梯的走势为什么向下呢？原子序数应该是递增的嘛!设计者2：因为由H-He,Li-Ne,Na-Ar原子的半径都是逐渐减少的呀！师：大家讨论得很有道理，徐吟吟同学的元素周期表设计得很有意思。上面我们看了两张“线型图”，接下来让我们来欣赏一张“螺旋图”吧！设计者3：我发现1〜18号元素最外层电子数有一种循环规律，即3〜10号元素最外层电子数由1递增到8,H〜18号元素也如此，但H、He有些特别，它们最外层电子数分别为1、2,而第3号元素Li最外层电子数又变成了1……按箭头方向元素原子序数依次递增，短线所连原子的最外层电子数相同，这样每绕一周，元素原子最外层的电子重复出现由1依次递增到8的周期性变化。师：请同学们比较这个设计方案与上面两种设计方案有什么异同？哪种设计更合理呢?生E：“螺旋式”元素周期表者具有延续性，我认为更好生F：但是我觉得“螺旋式”周期表不太美观，也不便于观察。（此时，全班哗然，议论纷纷，课堂气氛异常活跃）师：同学们说的又道理，我们再来看看“角形”和“同心圆”吧。设计者4：因为元素原子的最外层电子数随原子序数的递增重复出现1-8的周期性变化（H、He除外），所以我把图设计成8个角，然后把原子最外层电子数相同的元素放在同一角中，且按逆时针方向将各角中的元素按原子序数递增的顺序排列。生G：按照这种方式排列确实能体现1〜18号元素原子核外电子排布的周期性变化，但He最外层是两个电子，我认为应把它与Be、Mg放在同一个角中。生H：我不同意你的观念，He、Ne、Ar原子都达到稳定结构了，当然应该放在同一个角里。师：同学们，你们认为谁更有说服力？（经过激烈的讨论，一致认为把He与Ne、Ar归为一类）设计者5：我也谈谈自己的设计意图吧！因为元素最外层电子数由1一8周期性变化，所以我将表画成一个圆，并且将圆等分成8等份，每份为最外层电子数相同的元素的组合，由内而外每一圈为一个周期，最后将稀有气体元素归为一类，但这张表并不适用于所有元素。生H：王立成和周定浩、尹超三位同学的设计思路差不多，又各有优缺点，若能把三者的优点结合起来就好了。师：生H说得很对，下面的姚旭同学的“扇形”图就有这样的效果哦!师：扇形图是元素周期表的一种形式，目前人们还在使用它，而当年门捷列夫等科学家花了近40年的时间才研制出来。（同学们异常兴奋，沉浸在成功的喜悦之中）师:从前面的讨论可以看出所设计的图形越简单，规律越明显越好。如果我们把扇形顶部的“螺丝”打开，“扇形图”就变成为人们目前广泛使用的元素周期表了！（动画显示）.得出元素周期的编排规律师：刚才几位同学谈了他们设计的图表，同学们认为哪种设计较为合理？为什么？哪种设计明显不合理？你能提出什么修改建议？生：（进行小组讨论）师：下面请大家自己总结书本上的元素周期表的编排规律。生：把原子电子层数相同的元素按原子序数递增的顺序从左到右排成横行，把不同横行中原子最外层电子数相同的元素，按电子层递增的顺序由上而下排成纵行。（多媒体投影元素周期表的编排规律）.进一步探究元素周期表的结构师：按照这样的原则，周期表第四周期的第一、二个元素应该是什么？生：19号K和20号Ca。师：已知第四周期共有18种元素，21〜30号元素原子核外电子排布与Al、Si、P、S、Cl、Ar差别很大，而31〜36号元素原子核外电子排布依次与Al、Si、P、S、Cl、Ar较为相似，请问21〜30号元素该如何安置呢？生：（小组讨论）生：Na、Mg下面依次排K、Ca留出10个空格依次安置21〜30号元素，然后依次排31~36号元素。师：很好！请同学们画出元素周期表基本框架，标出列序数、周期序数，并将已学过的元素填入所画的周期表中。（动画显示元素周期表）生：（画出元素周期表的框架图并相互讨论）6．评价、反思师：请同学们填写你手中的“探究活动评价”表，对今天的学习活动进行简单地归纳和总结，你们也可以相互交流今天探究过程中的感受和体会。生：（对学习活动进行评价）三、教学反思这节课从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三个纬度设计探究目的，并向学生明确提出了这些目的，可帮助学生明确探究目的并以此为目标不断调整自己的学习活动。本节探究课从提出问题、完成设计、课堂讨论直至形成结论及评价反思，探究思路非常清晰，整个探究过程围绕着“元素周期表的设计和其编排规律的讨论”这一主题展开，始终有条不紊地进行。本节课真正做到了由注重“教”到注重“学”的转变，在探究的每一环节上都注重学生的主动参与，把教学作为帮助学生建构知识的动态过程，允许学生对知识的合理性提出质疑和探究，这不仅可以改善学生的认知结构，而且有助于学生理解和掌握科学方法，培养科学的态度和探索未知世界的能力。事实证明学生有能力进行科学探究，他们的设计构思奇特并富有科学性，探究工作进行得非常出色。在这样的创造性劳动中，学生的发散性思维真正得到了拓展，在此基础上再组织学生进行充分的讨论，然后回顾历史，让学生沿着科学家的探究之路进行探讨，从而体验科研的艰辛与成功的喜悦。本次探究活动的一个显著特点就是高度重视课堂讨论，而这同时也是本节探究课的中心环节。在这样的课堂上，学生可以提出自己的疑问、设想，并和老师、同学一起讨论，他们所提出的任何问题都会得到应有的重视，因为教师正是要努力挖掘学生的真实想法以此来指导他们的学习。有些同学的设计极具创意，但是却不能将其独到的见解适当地表述出来，甚至未清楚地意识到自己的创新之处，这时老师应及时给予鼓励和引导，帮助他们挖掘设计中的创新点并将其表达出来，并且积极参与到各小组的讨论活动中并提出问题供学生思考，如：你认为哪种设计明显不合理？你能提出什么修改建议？书上的元素周期表比起我们的设计，不同点在哪里？你的设计是怎样的？是不是合理呢？你打算在哪些方面做出修改？评价与反思是整个科学探究活动的重要要素，它贯穿于探究活动的全过程，是提高科学探究的有效性，确保学习质量的一种主要策略和机制。评价与反思也是本次探究活动颇具特色的环节之一，