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关键词：元素周期律;元素周期表;公开教学;科学探究;教学反思
一、问题背景
基于化学学科核心素养的化学课程倡导将化学知识学习成为发展批判性思维和问题解决的过程，并在这一过程中逐步形成正确的价值观念、必备品格和关键能力。“元素周期律”作为高中化学课程的核心内容，最常见的教学模式就是直接让学生寻找短周期元素（3～18号）的原子半径、元素主要化合价的变化规律。笔者认为，在缺乏背景的情况下，直接让学生寻找第二、三周期元素的化合价、原子半径等规律，加之第二周期还存在特例（如O、F无最高正价），以两个周期为代表拓展到整个元素周期律中，不仅不够典型，而且缺乏对周期律的深度探究。因此，笔者在进行本节课的试教和正式教学时，为更好地引导学生基于事实证据进行推理和论证，逐步构建基于“元素原子结构一周期表位置一元素性质之间关系”的系统模型，在学习活动的创设和学习问题的设置上给予了学生广阔的空间，让学生在探究中逐步构建知识。未曾想到的是，学生在课堂中表现非常活跃，而且对问题思考的深度和广度值得细细品味。
二、教学与反思
1.元素周期律的表现形式一定是“表”吗？
在备课过程中了解到，元素周期律有很多表现形式。为了引导学生在课后也能排列出不一样的图（表），笔者一开始就在思考应该从什么角度去启发他们。在一次试讲中，当引导学生将元素卡片按照已有信息（卡片上有相应元素的原子半径、相对原子质量、单质熔沸点与密度、常见化合价等数据和原子结构示意图、单质状态、溶解性等信息）进行有规律的排列时，学生却并未排列出像元素周期表那样，有的小组甚至不知道排成什么样。在与学生沟通后，我理解了学生的疑惑，学生认为排列并不一定是排成表格，也可能是某种图形。换个角度看，排列既可以是平面的，也可能是空间的。可以看出，元素周期“表”中的一字之变，极大地拓展了思维的空间。正是基于这一点，笔者才理解了课本上“元素周期表是元素周期律的具体表现形式”所隐含的深刻思想，即“元素周期表是元素周期律的重要表现形式，但不是唯一形式”。如果在教学活动中一开始就让学生按照表格形式排列，必然会束缚学生创新思维的发展。
事实上，自1869年门捷列夫给出第一张元素周期表以来，至少已经出现了700多种不同形式的元素周期表。总的来说，人们制作元素周期表的目的是为研究元素周期律提供方便，但研究的侧重点不同，给出的元素周期表现形式也就不同。而元素周期表作为最常见的形式被广泛接受，这与人们的认识方式和使用特点密切相关。一直以来，科学家对某种假说、模型或规律的呈现总是选取一种更容易被接受、更有利于表达观点的形式。像元素周期表这样一种二维排列，人们不仅认识、使用起来更为方便，同时也可使规律的表达更为简洁、系统。
2.稀有气体元素为什么排在最后一列？
在给元素有规律地排列时，学生利用元素卡片的形式对21种元素（这21种元素是除去H、He、Ne、Ar、Kr的前1～36号主族元素）进行编表，学生排出了表1中的灰色底部分。排列好后，学生会发现这些表格中每一列（行）的化合价和原子结构规律。在此基础上，增加了He、Ne、Ar、Kr共4种元素的卡片（卡片信息同前），学生对25种元素的排列结果如表1所示。
按照第1种排列的学生认为，四种元素的化合价均为0，可以排在 1价前面;按照第2种排列的学生则提出了不同的意见，如果按第1种排列，就会出现同一行元素原子结构电子层数的差异。如果按照第2种排列，就能同时体现化合价和电子层数的规律，即规律更强。这一小小的差异，也折射出在对大量看似杂乱无章的信息中寻找规律时，一方面要寻找“共同性”，另一方面还要把握“递变性”，其目的是使“规律最大化”。这正与当年门捷列夫在进行元素排列时“强调依照元素特性的总和以及该元素与其他元素的联系的思想不谋而合。
3.铁在认识元素周期表的结构中有何特殊价值？
铁作为一种过渡金属元素，几乎不在元素周期律中有所贡献。在试教中，学生利用26张元素卡片（卡片信息同前，元素种类与前面相比多了H）的形式对元素进行编表，可以编排出元素周期表的第一、二、三、四周期。为了充分挖掘铁在元素周期律中的学习价值，笔者设计了铁元素卡片（信息同前）。学生利用铁元素的信息排列出两种形式：一种是直接插在ca和Ga中间，第二、三、四行（此时学生尚未学习周期的概念）其他元素的排列错位，右侧部分排列不再有序，如表2：
另一种是Fe插在ca和Ga中间，但原本的第一、二列和第三列拉开距离，原本整体结构发生了变形。这个活动的目的是将高中阶段学过的过渡金属知识作为认识元素周期表结构的重要载体，激发学生的思维活力，初步构建起元素周期表的雏形。尽管学生此时尚未学习过选修阶段的原子结构知识，但一定能体会到现行元素周期表的结构以这样的方式呈现是有原因的。
显然，铁元素的位置排列提升了学生对元素周期表结构的认知水平。两种排列形式各有理由，但后一种的规律性在表格中表现得更强。结合前述规律性最大化原则，显然应该采取后者的排列形式。有了这样的认识基础，学生在后续深入学习原子结构的有关知识后，不仅能够从本质上理解表3排列的原因，同时对第五、六周期镧系元素、锕系元素这样的排列也就有了更加理性的认识。也就是说，镧系元素、锕系元素在表中的排列并非一定要像现在常见的元素周期表那样单独用两行列出来，而是就可以放在相应位置并全部展开，但展开后周期表会占用很大的空间，不利于人们的使用。而现行元素周期表将镧系元素和锕系元素分别放在第6周期和第7周期的同一格内，是为了使元素周期表的结构更紧凑。
4.元素原子半徑比较的反常现象如何解释？
在讲授元素周期律中原子半径的规律时，笔者给出了目前普遍使用的主族元素的原子半径图，如图1。从该图中可以比较出同主族、同周期的两种元素原子半径的相对大小。此时，有学生提出“为什么图中没有稀有气体原子的半径？”“如果两种元素的原子不在同一主族或周期，其大小应该如何比较呢？”，针对前一个问题，在课堂上以“稀有气体原子半径大小测量方法不同，故不能放在一起比较”作为回应，而后一个问题则顺势给出了微粒（原子、离子）的半径比较三规则：①电子层数越多，半径越大，如r（H）dr（B） 就在笔者认为可以圆满回答学生的问题时，有学生提出，如果根据规则，r（C1）
一、问题背景
基于化学学科核心素养的化学课程倡导将化学知识学习成为发展批判性思维和问题解决的过程，并在这一过程中逐步形成正确的价值观念、必备品格和关键能力。“元素周期律”作为高中化学课程的核心内容，最常见的教学模式就是直接让学生寻找短周期元素（3～18号）的原子半径、元素主要化合价的变化规律。笔者认为，在缺乏背景的情况下，直接让学生寻找第二、三周期元素的化合价、原子半径等规律，加之第二周期还存在特例（如O、F无最高正价），以两个周期为代表拓展到整个元素周期律中，不仅不够典型，而且缺乏对周期律的深度探究。因此，笔者在进行本节课的试教和正式教学时，为更好地引导学生基于事实证据进行推理和论证，逐步构建基于“元素原子结构一周期表位置一元素性质之间关系”的系统模型，在学习活动的创设和学习问题的设置上给予了学生广阔的空间，让学生在探究中逐步构建知识。未曾想到的是，学生在课堂中表现非常活跃，而且对问题思考的深度和广度值得细细品味。
二、教学与反思
1.元素周期律的表现形式一定是“表”吗？
在备课过程中了解到，元素周期律有很多表现形式。为了引导学生在课后也能排列出不一样的图（表），笔者一开始就在思考应该从什么角度去启发他们。在一次试讲中，当引导学生将元素卡片按照已有信息（卡片上有相应元素的原子半径、相对原子质量、单质熔沸点与密度、常见化合价等数据和原子结构示意图、单质状态、溶解性等信息）进行有规律的排列时，学生却并未排列出像元素周期表那样，有的小组甚至不知道排成什么样。在与学生沟通后，我理解了学生的疑惑，学生认为排列并不一定是排成表格，也可能是某种图形。换个角度看，排列既可以是平面的，也可能是空间的。可以看出，元素周期“表”中的一字之变，极大地拓展了思维的空间。正是基于这一点，笔者才理解了课本上“元素周期表是元素周期律的具体表现形式”所隐含的深刻思想，即“元素周期表是元素周期律的重要表现形式，但不是唯一形式”。如果在教学活动中一开始就让学生按照表格形式排列，必然会束缚学生创新思维的发展。
事实上，自1869年门捷列夫给出第一张元素周期表以来，至少已经出现了700多种不同形式的元素周期表。总的来说，人们制作元素周期表的目的是为研究元素周期律提供方便，但研究的侧重点不同，给出的元素周期表现形式也就不同。而元素周期表作为最常见的形式被广泛接受，这与人们的认识方式和使用特点密切相关。一直以来，科学家对某种假说、模型或规律的呈现总是选取一种更容易被接受、更有利于表达观点的形式。像元素周期表这样一种二维排列，人们不仅认识、使用起来更为方便，同时也可使规律的表达更为简洁、系统。
2.稀有气体元素为什么排在最后一列？
在给元素有规律地排列时，学生利用元素卡片的形式对21种元素（这21种元素是除去H、He、Ne、Ar、Kr的前1～36号主族元素）进行编表，学生排出了表1中的灰色底部分。排列好后，学生会发现这些表格中每一列（行）的化合价和原子结构规律。在此基础上，增加了He、Ne、Ar、Kr共4种元素的卡片（卡片信息同前），学生对25种元素的排列结果如表1所示。
按照第1种排列的学生认为，四种元素的化合价均为0，可以排在 1价前面;按照第2种排列的学生则提出了不同的意见，如果按第1种排列，就会出现同一行元素原子结构电子层数的差异。如果按照第2种排列，就能同时体现化合价和电子层数的规律，即规律更强。这一小小的差异，也折射出在对大量看似杂乱无章的信息中寻找规律时，一方面要寻找“共同性”，另一方面还要把握“递变性”，其目的是使“规律最大化”。这正与当年门捷列夫在进行元素排列时“强调依照元素特性的总和以及该元素与其他元素的联系的思想不谋而合。
3.铁在认识元素周期表的结构中有何特殊价值？
铁作为一种过渡金属元素，几乎不在元素周期律中有所贡献。在试教中，学生利用26张元素卡片（卡片信息同前，元素种类与前面相比多了H）的形式对元素进行编表，可以编排出元素周期表的第一、二、三、四周期。为了充分挖掘铁在元素周期律中的学习价值，笔者设计了铁元素卡片（信息同前）。学生利用铁元素的信息排列出两种形式：一种是直接插在ca和Ga中间，第二、三、四行（此时学生尚未学习周期的概念）其他元素的排列错位，右侧部分排列不再有序，如表2：
另一种是Fe插在ca和Ga中间，但原本的第一、二列和第三列拉开距离，原本整体结构发生了变形。这个活动的目的是将高中阶段学过的过渡金属知识作为认识元素周期表结构的重要载体，激发学生的思维活力，初步构建起元素周期表的雏形。尽管学生此时尚未学习过选修阶段的原子结构知识，但一定能体会到现行元素周期表的结构以这样的方式呈现是有原因的。
显然，铁元素的位置排列提升了学生对元素周期表结构的认知水平。两种排列形式各有理由，但后一种的规律性在表格中表现得更强。结合前述规律性最大化原则，显然应该采取后者的排列形式。有了这样的认识基础，学生在后续深入学习原子结构的有关知识后，不仅能够从本质上理解表3排列的原因，同时对第五、六周期镧系元素、锕系元素这样的排列也就有了更加理性的认识。也就是说，镧系元素、锕系元素在表中的排列并非一定要像现在常见的元素周期表那样单独用两行列出来，而是就可以放在相应位置并全部展开，但展开后周期表会占用很大的空间，不利于人们的使用。而现行元素周期表将镧系元素和锕系元素分别放在第6周期和第7周期的同一格内，是为了使元素周期表的结构更紧凑。
4.元素原子半徑比较的反常现象如何解释？
在讲授元素周期律中原子半径的规律时，笔者给出了目前普遍使用的主族元素的原子半径图，如图1。从该图中可以比较出同主族、同周期的两种元素原子半径的相对大小。此时，有学生提出“为什么图中没有稀有气体原子的半径？”“如果两种元素的原子不在同一主族或周期，其大小应该如何比较呢？”，针对前一个问题，在课堂上以“稀有气体原子半径大小测量方法不同，故不能放在一起比较”作为回应，而后一个问题则顺势给出了微粒（原子、离子）的半径比较三规则：①电子层数越多，半径越大，如r（H）dr（B） 就在笔者认为可以圆满回答学生的问题时，有学生提出，如果根据规则，r（C1）