在有限课堂中实现自主探究最大化
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摘要：通过化学小魔术创设教学情境，让学生在“指钾为钠”的心理预期中实施对“钠”的验证实验，进而在自主探究中发现矛盾，切入教学主题并通过“从实践到理论、从理论到实践”的双向探究，达成三维教学目标。
关键词：自主探究；元素的性质与原子结构；碱金属元素；卤素
文章编号：1008-0546（2013）06-0058-03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
一、设计背景
人教版化学2第一章第一节（二）“元素的性质与原子结构”一节的教学内容在初三阶段以及高一化学1中都已经有所涉及，在具备“学生接受难度不大”的有利因素的同时，如果教学方案设计得比较平淡，将很难激发起学生浓厚的学习兴趣，所谓“利用本节教学内容培养合作探究、归纳整理、概括提升能力”等一系列的教学目标极易落空。
二、设计思想
将与本节教学内容密切相关的常用基本教学素材进行组合创新，以学生意想不到的方式启动课堂教学程序，以足够的力度激发起学生的学习兴趣，为整节课的教学创设良好的教学情境；变单向的“学生阅读学生讨论教师小结”、“演示实验学生讨论教师小结”程式为双向的“学生观察学生预测自主设计自主实践自主发现自发讨论探究原本”程式；采用先“从性质到结构（从实践到理论）”、后“从结构到性质（从理论到实践）”的双向探索研究方式，让学生自然感悟出“元素的性质与原子结构”的基本对应关系及其化学本质，在有限的课堂达成学生自主探究主动学习构建知识体系发展综合能力的总体教学目标。
三、教学过程
[教师]小魔术：能够燃烧的“茶水”
（1）展示一杯茶水，教师当场喝下以证明其确实是普通茶水；
（2）取茶水加入一支事先准备好的“空”试管中至满；
（3）在试管口用火柴点燃，“茶水”着火燃烧、火焰明亮有烟。
[学生]观看小魔术并做出若干猜测。
设计意图：金属钠通常保存在煤油中，这一事实为绝大多数学生所熟知，以此为切入点，便于为下一步教学的“善意误导”埋下伏笔；本魔术能极大地激发起学生的好奇心，为本节课的教学创造出良好的情感氛围。
魔术揭密：保存金属钠或钾的煤油通常带淡黄色，教师事先在一支试管中加入几滴煤油，然后将该试管置于试卷架上并“强调”这是一支“空”试管，学生一般不会留意到其中有诈；使用茶水有三个目的，一是为了煤油层上浮，二是使学生难以发现隐藏的煤油，三是使用老师饮用的茶水更能激发学生的兴趣，强化魔术的演示效果。
[教师]事实上老师事先在试管底部加了少量煤油，所用煤油取自一瓶保存有某种金属的试剂瓶（向学生展示一瓶被有意撕去标签的、保存有金属钾的试剂瓶但暂不说明是金属钾），哪位同学能说明本魔术所涉及的化学原理？
[学生]煤油不溶于水、密度比水的小……
[教师]试剂瓶中的固体是何种物质？请设计一个实验以检验自己的判断是否正确。
[学生]是钠。可以采用使金属钠燃烧形成黄色火焰、与水反应后滴加无色酚酞等方法加以验证。
[教师]有可能！请同学们按自己的设想完成相关实验。在实验过程中务必注意安全、留意相关实验现象（为确保实验安全，每组学生限定供给两小粒金属钾固体）。
[学生]做好安全防护工作后、分组实验。
[教师]同学们在实验过程中有什么重要发现？
[学生]（汇报实验现象、不少学生能发现“异常现象”并产生疑问、自发交流讨论）
[教师]事实上，刚才瓶中所保存的固体不是金属钠、而是金属钾！本实验说明：我们通常要透过现象看本质、但本质究竟如何，要通过实践的检验才能判断出是否真理。本实验说明，金属钠与金属钾两者相比，其性质有什么特点？
[学生]既有相似性、又有不同点，其中金属钾的化学性质更加活泼一些。
设计意图：金属钠通常保存在煤油中，这一事实为绝大多数学生所熟知，所以此处学生的第一判断基本都是“金属钠”，教师进而要求学生设计实验以检验金属钠，在复习旧知识的同时，为学生自主发现“异常现象”提供了必要的心理条件与物质条件，学生通过误判感受到钾与钠的相似、通过紫色火焰等“异常现象”强烈感受到钾与钠的不同，可谓一举多得。
[教师]事实上常温下能与水发生反应的金属有多种，如锂、铷、铯等（播放经过剪辑的锂、铷、铯分别与水反应的视频素材，时长共约60s）。从录相中，同学们有没有发现什么规律？
[学生]这些金属都能与水反应，但反应的剧烈程度有所不同，具体来说，按锂、钠、钾、铷、铯的顺序逐渐增强。
设计意图：碱金属包括锂、钠、钾、铷、铯、钫等6种元素，其中钫具有放射性在中学化学中不做过多介绍，一般中学化学实验室中没有锂、铷、铯的样品，再考虑到实验的安全性，这样使用相应的国外实验录相素材是一个比较现实的选择，特别是铷、铯分别与水反应的实验效果极具震撼力与冲击力，能将学生的学习热情提升到相当的高度。至此，碱金属元素的绝大多数成员已全面呈现，为后续教学准备好了素材。
[教师]事实上，锂、钠、钾、铷、铯、钫等6种元素被统称为碱金属元素，其中钫具有放射性、中学化学中不做过多介绍。
（1）PPT展示锂、钠、钾、铷、铯样品图片并对其物理性质做简单介绍。这组元素的物理性质有哪些共同点？有哪些递变规律？又有什么特别之处？
（2）能否认为这些金属元素的单质都具有碱性？
[学生]反应过程中碱金属元素的化合价从0价升高到+1价、每一个碱金属元素的原子都失去一个电子、做还原剂。
[教师]请填写碱金属元素的单质的性质的表格（表略）。
设计意图：考虑到学生的知识现状，此处不对碱金属元素的物理性质做重点分析，而是采用直接呈现、简单介绍的方式进行处置以突出教学重点；通过对“碱金属”概念的辨析，帮助学生弄清“碱金属”概念的由来，强调其“都能与水发生反应生成易溶于水的碱”的化学本质，再通过提供相应氢氧化物碱性相对强弱的变化规律，使学生进一步认识到单质活动性变化与氢氧化物碱性相对强弱变化的对应关系；通过元素化合价、电子转移情况、单质在氧化还原反应中具体作用的分析，为构建原子结构与元素化学性质的对应关系、金属的活动性与其原子失电子能力、还原性相对强弱之间的对应关系埋下伏笔。
[教师]同学们有没有做这样的思考：碱金属元素性质的共性与差异性与其原子结构的共性与差异性是否存在某种可能的联系呢？请打开元素周期表，认真阅读IA并填写碱金属元素的原子结构、核电荷数、最外层电子数、电子层数的表格（表略）并研究其中的主要规律。
[学生]（在老师的指导下绝大多数学生能够顺利完成表格的填写并揭示出“原子最外层电子数都为1、从Li到Cs电子层数逐渐增多、原子半径逐渐增大”等关键信息，进而得出如下结论：金属原子核外最外层电子数都比较少金属原子在反应过程中只能失去电子金属原子电子层数越多失电子能力越强金属的活动性逐渐增强单质的还原性逐渐增强）
设计意图：考虑到学生的知识现状，此处不对碱金属单质与氧气的反应做重点分析，而是采用简单介绍、一笔带过的方式进行处置以突出教学重点。通过这一环节的设置，引导学生思考元素的性质可能与其原子结构存在某种必然联系，进而构建原子失电子能力、金属活动性、金属的还原性之间的对应关系，达成本节课教学的第一阶段目标。
[教师]对于最外层电子数较多的非金属元素（如氯元素）的原子在化学反应过程中的得失电子情况又将如何？其得失电子的能力与电子层数可能存在何种对应关系？
[学生]（在老师指导下，绝大多数学生能得出如下结论：非金属原子核外最外层电子数都比较多非金属原子在反应过程中一般得到电子非金属原子电子层数越多得电子能力越弱非金属的活动性逐渐减弱单质的氧化性逐渐减弱）。
设计意图：此处将碱金属元素教学环节中“从性质到结构”的探索路径逆转为“从结构到性质、先预测再验证”的探索路径，建立起结构性质联系的双向通道。
[教师]是不是这样的呢？让我们来看一组被称为卤族元素的元素，它们分别是氟、氯、溴、碘、砹（其中，砹有放射性，中学化学不做过多介绍），分布在元素周期表的第VIIA族。（PPT展示氟气、氯气、液溴、碘样品图片及后三者的实物样品，然后再PPT展示卤素单质的物理性质。）这一组物质的物理性质有什么共同点与不同点？
[学生]（在老师的指导下绝大多数学生都能做出简单回答。）
[教师]请打开元素周期表，认真阅读VIIA并填写卤素的原子结构、核电荷数、最外层电子数、电子层数的表格（表略）并研究其中的主要规律。
[学生]（在老师的指导下绝大多数学生能够顺利完成表格的填写并揭示出“原子最外层电子数都=7、从F到I电子层数逐渐增多、原子半径逐渐增大”等关键信息。
[教师]阅读教材相关内容，认真填写卤素单质与氢气反应及其氢化物的稳定性表格（表略），用X2代表卤素分子，写出卤素单质与氢气反应的通式、分析反应过程中元素化合价的变化情况、电子转移情况、卤素单质在氧化还原反应过程中的具体作用、并分析表格中相关信息所包含的规律。
设计意图：与碱金属元素教学环节相比，虽然卤素教学环节的探究路径进行了逆转，但此处仍然采用了“与同种物质相互反应进行比较”的方法作为教学的切入点，意在利用学生思维的连续性、提高学生的心理接纳程度，也为下面的“置换法”提供了一个参照体系。
[教师]在初中化学学习中，我们曾经采用相互置换的方法来比较金属单质活动性的相对强弱，那么我们可不可以采用类似的方法对非金属单质活动性的相对强弱进行比较呢？请阅读教材，完成相关实验（简介实验方法与注意事项）并填写下表：
设计意图：在学习本节内容之前，学生已经比较系统的掌握了金属单质活动性强弱的“置换”比较法，而在碱金属教学环节中，因为碱金属一般优先与水溶液中的水反应以及单质沸点影响等复杂因素而没有展开讨论，通过卤素单质之间的依次置换，既弥补了这一教学环节，同时又将“置换”比较法引入非金属单质范畴，使知识体系更加完备。当然，为了不使知识点过于集中冲淡主题，本环节教学有意回避了F2与水的反应。
[师生合作、共同总结]（PPT展示元素性质与原子结构的规律总结。）
[布置作业]略。
设计意图：回扣本节课的主要教学目标，确保学生通过本节课的学习能形成清晰思路。
四、教学反思
（1）本节课的教学从一个化学小魔术开始，在第一时间就牢牢地抓住了学生的眼球与心灵，紧接着通过对学生的“善意误导”，使学生在自主探究中亲身体验“理想与现实的矛盾”，继而通过这种矛盾切入同主族元素性质的相似性与不同点，并完成从实践到理论、再从理论到实践的双向互通，在有限的45min课堂内实现了探究教学效益的最大化。
（2）通过多种教学资源（视频、图片、实物、实验、教材阅读等等）的调用与整合，使得整节课“新奇、惊险、刺激、快乐”，既轻松活泼、又科学严谨，极大地激发了学生学习化学的浓厚兴趣，强化了教学效果，有效地保证了三维教学目标的全面达成。
（3）从具体授课实践看，本节课教学内容比较丰富，对学生的思维能力、动手能力要求较高，时间上也比较吃紧，有待于进一步的研究与改进。
参考文献
[1] 宋心琦主编.普通高中课程标准实验教科书·化学2（必修）[M].北京：人民教育出版社，2007
[2] 宋心琦主编.物质结构与性质（选修3）[M].北京：人民教育出版社，2009
[3] 王磊，陈光巨主编.普通高中课程标准实验教科书·化学2（必修）.济南：山东科学技术出版社，2004
[4] 王祖浩主编.普通高中课程标准实验教科书·化学2（必修）[M].南京：江苏教育出版社，2004
[5] 朱慕菊主审.钟启泉等主编.普通高中新课程方案导读[M].上海：华东师范大学出版社，2003