三版高中化学教科书中“元素周期律”模型建构比较研究

      一、问题的提出

      《普通高中化学课程标准（2017年版）》（以下简称“课程标准”）提出了五维学科核心素养，其中“模型认知”为化学学科核心素养的一个重要维度，并将其表述为：知道可以通过分析、推理等方法认识研究对象的本质特征、构成要素及其相互关系，建立认知模型，并能运用模型解释化学现象，揭示现象的本质和规律[1]。简而言之，在教学中要注重培养学生建构化学模型并不断理解、应用模型的能力。

      元素周期律作为高中化学学习中重要而又基础的核心概念，对学生的元素观、微粒观及周期性的认识方式起到核心联结和整合作用。元素周期律知识和基本能力的核心是“位置—结构—性质”（以下简称“位—构—性”）的系统框架，而“位—构—性”三者的关系框架是元素周期律的模型化表达。通过建构“位—构—性”关系模型，学生将知识体系中零散、繁乱的元素知识结构化，是促进知识转化为能力的重要工具。元素周期律模型的有效建构需要教师充分解读课程标准和二次开发教科书，有目的、有计划地进行元素知识的结构化设计，引导学生建构“位—构—性”模型以促进对元素知识的阶段性认识发展。通过对比分析人教版、鲁科版、苏教版三版高中化学教科书（以下简称三版教科书）中元素周期律模型建构过程的共同之处和差异所在，以期为教师引导学生建构“位—构—性”模型和培养“模型认知”核心素养提供参考。

      二、三版教科书中元素周期律模型建构比较研究

      基于元素周期律模型建构的教学价值与意义，从三版教科书中存在明显差异的四个角度即模型位置、模型建构思路、模型建构方法、模型示例图对比分析元素周期律的模型建构过程，具体分析如下。

      （一）元素周期律模型建构的位置分析

      三版教科书中元素周期律模型建构所处的位置存在差异，其中人教版与苏教版所处位置类似（如下页图1、图2所示）。两版教科书在元素周期律前后都有以“单章”的形式学习元素知识，体现着“典型→理论→非典型”的编写特点。这既有利于元素知识的掌握，也有利于元素知识的分散记忆。而鲁科版则是将课程标准中要求掌握的主要元素内容集中编排在元素周期律模型建构之前（如下页图3所示）。

      由图1、图2可知，人教版与苏教版位置编排上虽整体相似，但也存在差异性。人教版在学习元素周期律前，编排了主族典型元素钠和氯作为研究对象，帮助学生掌握研究物质的一般思路和方法；接着通过对副族典型元素铁及其化合物的学习，初步形成“价—类”认识元素性质的方法。在学生已有元素知识的基础上建构元素周期律模型，后续章节中学生将完成对非金属硫、氮等元素知识的学习，教材中以明确的文字信息提醒学生从“位置”“结构”“性质”认识新元素，加深对“位—构—性”模型的理解与应用。苏教版在建构元素周期律模型前，也编排了钠、氯元素知识的学习，接着通过对硫及其化合物的学习，探索元素的性质以及同一元素不同化合物的转化关系，为元素周期律模型的建构奠定“转化”思想。在元素周期律的后续章节中将学习氮、铁及其化合物，在编排此部分内容时，应加强对“位—构—性”模型的理解与应用，但教材中未体现从“位置”的角度认识新元素。

      由图3可知，鲁科版对元素知识的编排顺序如下：

      

      

      

      通过对钠、氯及其化合物的学习，巩固和发展具体物质类比的认识方式；通过集中编排铁、硫、氮及其化合物，促进学生形成“价—类”二维认识方式[2]。在此基础上建构元素周期律模型，促进学生形成“位—构—性”三维认识方式，实现从“价—类”二维认识到“位—构—性”三维认识的进阶，建构完整的元素知识结构体系。

      （二）元素周期律模型建构的思路分析

      由图1、图2、图3所呈现的逻辑思路可知三版教科书建构与应用“位—构—性”模型的思路存在差异。其中人教版的整体思路为：原子结构→探究原子结构与元素性质的关系（探究同主族即碱金属、卤族元素性质的递变规律）→探究核外电子排布、原子半径、化合价的变化规律→以第三周期元素为例探究元素金属性、非金属性的递变规律→元素周期律-→应用“位—构—性”关系（发现新元素，预测结构和性质）。

      苏教版的整体思路为：原子结构→探究核外电子排布、原子半径、化合价的变化规律→以第三周期元素为例探究元素金属性、非金属性的递变规律→元素周期律-应用“位—构—性”关系（探究同主族元素性质的递变规律、寻找新材料）。

      鲁科版的整体思路为：原子结构→探究原子结构与元素性质的关系（比较钠、镁、钾元素原子的失电子能力）-探究核外电子排布、原子半径、化合价的递变规律→元素周期律→应用“位—构—性”关系（探究同周期、同主族元素性质的递变规律、预测元素及其化合物性质）。

      通过上述梳理发现，三版教科书中模型建构思路的主要差异点集中在探究同周期、同主族元素性质的递变规律上，而这也是解决模型中所涉及的“结构”与“性质”关系这一难点的关键。人教版和苏教版将探究同周期、同主族元素性质的递变规律采取了分散处理，如人教版通过认识同主族元素性质的递变规律，初步探究“结构”与“性质”的关系，在此基础上建构元素周期律模型，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，由此向学生讲述该规律同样适用于其他周期、其他主族元素，这符合从个别到一般的认识发展规律。而鲁科版则是在元素周期律后集中编排了探究同周期、同主族元素性质的递变规律，将难点集中处理，但在元素周期律的上一节“原子结构与元素性质”中，通过比较钠、镁、钾失电子能力的实验探究活动，帮助学生初步建立“结构决定性质”的问题解决模型，该探究活动仅在鲁科版教科书中出现。