摘要:从促进学生认识发展视角对化学2模块教科书中“物质结构 元素周期律”内容的本体进行了分析,进而探讨了物质结构、元素周期律内容的认识功能、教科书中的活动设计及其认识功能的落实途径,以及教科书中物质结构、元素周期律内容的逻辑顺序和认识发展思路,并在此基础上评析了相关的教学论问题。
关键词:物质结构;元素周期律;认识发展
文章编号:1005-6629(2010)07-0035-05 中图分类号:G633.8 文献标识码:B
物质结构、元素周期律属于化学中的核心原理内容之一,在中学化学中占有举足轻重的位置,学生在学习时往往认为比较容易,但在解决分析相关问题时却常常感觉迷茫,关键在于学生较容易接受物质结构和元素周期律的知识结论,但通常没有建立相关的认识,更不能将其内化,达到解决分析问题的水平。那么,“化学2”模块物质结构、元素周期律内容对学生的认识发展起到怎样的作用?“化学2”模块教科书在组织和呈现相关内容方面是否充分考虑了学生的认识发展?以及由此产生了哪些相关的教学论问题?这些是本文要探讨的核心问题。
1高中化学课程标准中化学2模块对物质结构、元素周期律的描述和分析
高中化学课程标准中化学2模块对物质结构、元素周期律的描述为:知道元素、核素的涵义;了解原子核外电子的排布;能结合有关数据和实验事实认识元素周期律,了解原子结构与元素性质的关系;能描述元素周期表的结构,知道金属、非金属在元素周期表中的位置及其性质的递变规律。
课程标准中描述的物质结构、元素周期律的内容,主要是化学学科领域的认识,希望学生建立的认识角度为:构成物质的原子结构(原子核构成、原子核外电子的排布)、构成物质的微粒间的相互作用、原子结构与元素性质的关系、元素性质的递变规律、元素周期表对元素性质递变规律的呈现。
由此可见,在化学2模块中,通过原子结构、元素周期律内容的学习,发展学生对构成物质的原子的结构的认识,将原子结构与元素性质建立关系,从而建立对元素性质的规律性认识。
2教科书中物质结构、元素周期律知识本体的分析
元素周期律的发现和总结对于化学学科的发展具有里程碑的意义,它使化学家建立起元素间的联系,为未知元素的认识和发现提供了更多的预测参照指标,为普通化学在近代的蓬勃发展奠定了理论基础,提供了强有力的工具。从时间维度上看,门捷列夫发现元素周期律是在十八世纪七十年代,当时人们对原子结构的认识还没有到达原子的内部,包括门捷列夫在内的几位化学家都是在对原子量排序的基础上归纳阐述元素周期律的。到了十八世纪九十年代,随着汤姆逊阴极射线研究发现了电子之后,科学家逐渐对原子的内部结构有了更深入的认识,从原子结构的角度反观元素周期律并对其进行了修正;从认识发展维度来看,化学家对元素的认识也是经历了从无序到有序的过程,促使其认识发展的动机就在于追寻元素间的联系。当零星、散乱的元素摆在人们面前时,科学家首要解决的任务就是探查规律、寻找认识工具。
人教版和鲁科版两种版本的教科书关于“物质结构、元素周期律”在知识内容上大体相同,都包括原子结构、元素周期律、元素周期表、元素周期律和元素周期表的应用。在具体细节上二者存在差异,表现为元素周期表的应用。具体见表1所示。
由此引发出第一个问题:元素周期律和元素周期表到底有何作用?为了解决这个问题,我们必须先清楚什么是元素周期律,什么是元素周期表,元素周期律和元素周期表的关系是什么。元素周期律是指元素的性质随着原子序数的递增而呈周期性的变化规律。其中化合价、得失电子能力都是元素的性质。元素周期表是将元素按照原子序数的递增进行排列的表。元素周期表体现了元素周期律,是元素周期律的外在表现形式。实际上,元素周期律和元素周期表形成了元素的位、构、性的三方面的联系。
由此可见,对于学生来说,元素周期律和元素周期表的认识功能和应用价值在于:建立同周期和同主族元素性质的递变规律,根据元素在周期表中的位置推测其原子结构和性质、根据元素的原子结构推测它在周期表中的位置、元素的化合价与元素在周期表中的位置关系;对人类生产生活和科学研究的价值在于:发现新元素,预测新物质的性质,寻找新材料等。
由于两种版本教科书的差异,提出了第二个问题,什么是元素的金属性和非金属性?人教版教科书中描述的是:元素的金属性和非金属性呈现周期性变化。 为此, 本研究专门与学科专家进行了交流。化学学科专家认为:元素的金属性不同于金属的活动性,金属的活动性指金属原子在水溶液中的失电子能力。通常情况下,人们不对金属性作严格的定义。
3 教科书中知识内容的认识功能分析
原子结构、元素周期律和元素周期表内容的认识功能是什么?首先,需要分析这些知识的内容本体是什么;其次,分析这些内容发展了对相应认识对象的哪些认识;第三,了解这些内容对其他认识对象的认识发展作用是什么。具体见表2所示。
4教科书中的活动设计及其认识功能的落实分析
在对物质结构、元素周期律知识认识功能分析的基础上,需要分析教科书:是否能通过活动性栏目落实知识的认识功能?是否让学生通过具体的认识实践活动,建立认识并且巩固发展认识?对人教版、鲁科版两种教科书中相关的活动及活动实现的认识功能的分析如表3、表4所示。
通过比较发现,人教版教科书通过活动使学生较好地建立了原子结构与元素性质的认识,并且让学生经历了充分地认识实践活动。鲁科版教科书比人教版多了让学生建立原子结构中各成分间关系的认识实践活动。
的认识发展,会导致不同认识水平的学习结果。例如原子结构、元素性质与原子结构的关系、元素性质的递变规律、元素周期表、物质性质五方面不同认识水平的表现如表5所示。
5 教科书中内容的逻辑顺序和认识发展思路分析
鲁科版教科书中关于物质结构、元素周期律内容的逻辑顺序为:原子核的构成→核素→核外电子排布→核外电子排布与元素性质(得失电子、化合价)的关系→元素周期律→元素周期表→元素周期表的应用(见图1所示)。
这样的逻辑关系,揭示的学生认识发展思路为:在初中学生认识到原子由原子核和核外电子构成,通过高中化学2模块的学习,建立原子核的构成认识,建立核外电子运动特点和排布规律的认识;通过化学1模块的学习,学生建立了各种物质性质的认识,建立了物质的得失电子与氧化性、还原性关系。通过原子结构的学习后,建立元素的得失电子与原子结构的关系,初步建立物质结构(原子核外电子排布)与元素性质的关系;在此基础上,从原子的孤立构成到核电荷数、原子半径、核外电子、最外层电子数及其之间关系的认识建立,再到这些原子结构属性的递变规律与元素得失电子能力规律的关系建立;最后,建立元素周期表的应用认识,应用元素周期表解释和预测某些物质的性质,应用元素周期表开发新材料等。人教版教科书
中关于物质结构、元素周期律内容的先后逻辑顺序为:元素周期表→元素的性质与原子结构→核素→原子核外电子排布→元素周期律→元素周期律和元素周期表的应用(见图2所示)。
这样的逻辑关系,揭示的学生认识发展思路为:通过学生在初中接触过的元素周期表,让学生开始关注元素间的联系,实现从孤立的元素到元素之间关系的建立;怎样才能认识元素周期表中元素之间的关系呢?元素周期表是按照原子序数排列的,原子序数=核电荷数=质子数=核外电子数,核外电子属于原子结构,原子结构与元素的性质是否存在关系?通过碱金属和卤族元素的性质递变规律,让学生认识到元素的性质(得失电子能力)与原子结构(核外电子,尤其是最外层电子)密切相关。元素的性质除了与原子核外电子有关系外,还与原子核有关系,建立核素的认识,了解同位素的应用;既然元素的性质与原子的核外电子密切相关,那么,核外电子的排布是怎样的?是否存在规律?建立原子核外电子排布的规律认识;在上述基础上,建立元素周期律,从而认识周期表中的元素位置、元素原子的结构与元素性质的关系,并且应用这种关系,认识新元素、预测新物质的性质和结构,开发生产生活中需要的材料等。
本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文 通过前面的分析可见,人教版的教科书把原子结构的内容分散编排,把着力点放在了让学生建立原子结构与元素性质的关系上,充分发挥了原子结构知识的认识功能,并且逐一搭建建立元素周期律的认识平台,最后建立元素周期表的位置、原子结构和元素性质的关系。此外,为了实现这样的认识平台的逐渐建立,教科书把同周期和同主族元素性质的递变规律也采取了分散处理。通过认识同主族元素性质的递变规律,让学生建立元素性质与原子结构的关系。在此基础上,应用这种关系和分析解决问题的思路,建立同周期元素性质递变规律的认识,这是符合学生的认识发展规律的。因为,在同主族元素性质的递变规律与原子结构的关系中,原子结构的主要决定因素是电子层数;在同周期元素性质的递变规律与原子结构的关系中,原子结构的主要决定因素是质子数与最外层电子数。前者较简单,更易理解;后者较复杂,较难理解。
通过对两种版本教科书的分析,从编排的顺序和认识发展思路看,人教版的教科书更注重认识发展的逐渐建立。但导致的一个问题是:使原子结构和元素性质的递变规律分散编排。鲁科版教科书把原子结构和元素性质的递变规律集中编排,涉及了原子结构与元素性质的关系内容,但着墨较少。这样的处理区别,引发我们思考:①元素性质与原子结构关系的认识是否重要?②元素性质与原子结构关系的建立,对于学生来说是否困难?③关于元素性质与原子结构关系,若要达到分析解释问题的应用水平,是否需要认识实践过程?
初步的教学实践表明,学生往往存在以下认识的困难:①学生不清楚什么是元素的性质。②元素周期律学习后,学生往往记住了同周期、同主族元素性质的递变规律,但其与原子结构的关系认识较模糊。③学生不能应用原子结构与元素性质的关系,分析解释问题或者预测和解释物质的性质。由此可见,原子结构与元素性质的关系是学生学习的难点,是认识发展和建构的关键,需要通过认识实践活动让学生建立起相关的认识和分析问题的思路。
通过从促进学生认识发展视角对“物质结构 元素周期律”的专题分析,建立了教科书具体内容的比较分析思路,为多版本教科书的分析研究提供了新的研究视角和方法,特别重要的是,提出了与学生认识发展相关的问题,为教科书编写关注学生认识发展方面提供了重要的借鉴,也提出了促进学生认识建立和发展的教学研究问题。长久以来,我们知道在教科书编写中要关注学生的认识发展顺序,但是已有的研究结果只能告诉我们大体的脉络:即从感性认识到理性认识,关注学生认知结构的建立和发展。但是较少研究能够告诉我们学生在具体化学认识建立中的过程和问题是什么。而本研究恰恰为此开创了思路和方法,并且提供了示例。
参考文献:
[1]王磊 胡久华主编.高中化学必修课教与学[M].北京:北京大学出版社,2005.
[2]普通高中课程标准实验教科书,化学2[M]. 济南:山东科学技术出版社,2007.
[3]普通高中课程标准实验教科书,化学2[M].北京:人民教育出版社,2007.
[4]化学发展简史编写组.化学发展简史[M].北京:科学出版社,1980.
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