《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》提出了“科学探究”的核心素养，具体要求是：能发现和提出有探究价值的问题；能从问题的假设出发，依据探究目的，设计探究方案，运用化学实验、调查等方法进行实验探究
［1］。科学探究素养指向下的育人目标是希望学生通过“活动”，在获取科学知识的同时掌握科学的探究方法，形成科学的思维模式，建立求真的科学态度，树立积极向上的科学精神
［2］。
元素周期律是对元素性质呈现周期性变化规律的揭示，是高中化学学习中重要而又基础的核心概念，它对学生的元素性质观、原子结构观及周期性变化的认识方式起到核心联结和整合作用。学生通过学习元素周期律，能加深对元素化合物性质的理解与记忆，并将知识体系中零散、繁乱的元素知识结构化、系统化，为后续物质性质的学习提供指导。为在元素周期律的教学中落实科学探究素养，笔者根据新课标要求，结合学生已有的知识经验，通过任务驱动和问题引导，让学生自主探究第三周期元素性质的递变规律，实现知识向能力和素养的转化。
1 教学分析
1.1 教材和学情分析
“元素周期律”是人教版化学必修第一册第四章第二节的内容，本章第一节已经学习了原子结构、元素周期表以及碱金属元素的金属性和卤族元素的非金属性的变化规律（相似性和递变性），学生已初步认识了“位”“构”“性”的相互关系。本节内容以第三周期元素为代表，通过实验探究和相关事实，揭示同周期元素从金属元素到非金属元素性质的变化规律，归纳出元素周期律，让学生对“位”“构”“性”的关系有进一步的认识。本节课的知识容量大，对学生的应用、分析、综合、评价等能力要求较高，处在这个年龄段的学生知识面不够宽，逻辑思维不够缜密，实验能力还有所欠缺，因此，在教学过程中还需要教师对他们进行适宜的引导。
1.2 教学目标
（1） 通过“数（据）、（图）形”转化认识到原子核外电子排布、原子半径和主要化合价随着原子序数的递增呈现周期性的变化；以第三周期元素为代表，认识到同周期元素的金属性、非金属性等随元素原子序数递增而呈周期性变化的规律，建构元素周期律。
（2） 通过探究第三周期元素性质的递变，引导学生形成科学的探究思路，掌握科学的探究方法，感受证据推理的严谨性、科学性，发展他们的学科核心素养。
（3） 通过系列实验探究活动，培养学生的实验观察能力、设计能力、操作能力和严谨的科学态度，激发学生的学习主动性。
1.3 教学设计思路
本节课的主要内容是探究第三周期元素性质的递变规律。通过设计“问题提出—实验（事实）验证—结论分析”的探究思路，并运用比较、信息处理等方法，引导学生体验探索规律的过程。设计主要思路：通过分析1~18号元素的原子核外电子排布、原子半径、元素化合价的周期性变化，提出问题：元素的金属性、非金属性是否随着原子序数的递增呈现周期性变化？接着开展以实验为主的探究活动，围绕课本实验“钠、镁、铝的金属性比较”，创新实验“硅的两性探究及硅酸与磷酸酸性的强弱比较”，拓展实验“硫、氯单质间的置换反应”，以及教材提供的事实证据（硅、磷、硫、氯最高价含氧酸的酸性强弱）和其他相关信息开展教学，论证元素的金属性、非金属性的强弱，进一步概括出第三周期元素从钠到氯的金属性和非金属性的递变规律，并从原子结构角度解释此变化规律，初步迁移应用此规律。
2 教学流程
2.1 科学史话，引入课题
材料一：1875年，法国化学家布瓦博德朗在闪锌矿中发现了新元素，并将它命名为“镓”，他测得镓的密度为4.7 g/cm3。门捷列夫在得知这一发现后指出镓正是他预言的“类铝”，但他认为镓的密度应该是5.9~6.0 g/cm3，并致信布瓦博德朗。布瓦博德朗重新提纯了镓，最后测得镓的密度果然是5.94 g/cm3。这一发现使他大为惊讶，他在一篇论文中写道：“我认为没有必要再来说明门捷列夫这一理论的巨大意义了。”
材料二：门捷列夫将已知元素按照相对原子质量由小到大进行排列时，在钙元素与钛元素之间留下空位，他认为该处存在一个尚未发现的元素，其相对原子质量应该是45左右，并给出了该元素的一些物理、化学性质，他将它命名为“类硼”。1879年瑞典化学家尼尔森发现了该元素并将它命名为“钪”，该元素单质的相对原子质量、密度、物理性质和化学性质与门捷列夫的预言相符。门捷列夫还成功预言了锗（“类硅”）元素的存在、性质。
问题1：门捷列夫如何预言这些元素的存在与性质？
问题2：布瓦博德朗支持门捷列夫的周期律理论，认为镓元素应该位于同族元素铝的下面，你认为他还需要提供哪些证据？
【设计意图】利用科学史话创设真实情境，让学生感受到科学家求真、质疑、开拓创新的科学精神，明确元素周期律的功能和价值；问题2考查学生的演绎思维，要求学生模仿科学家的思维方式，根据同族元素的相似性和递变性，寻找镓与铝相似的性质，如物理性质中的颜色、状态、密度、导电导热性等，以及化学性质中的单质、氧化物、氧化物对应水化物的性质等，也为学生探究物质的性质提供了方法导引，促进了学生认知的发展
［3］。
2.2 数图转换，寻找规律
【任务1】请认真阅读课本第107~108页表4-5信息，以2人为一小组，在学案上绘制短周期元素原子的最外层电子数、原子半径、主要化合价（最高正价与最低负价）随原子序数变化的3张图，并寻找变化规律。注意：稀有气体元素的原子半径测定方式与非金属元素的测定依据不同，数据不具有可比性，因此课本没有列出，作图时不必体现。
学生通过交流讨论，绘制以下3张图（
图1、
图2、
图3）。
【任务2】完成课本第108页思考与讨论栏目内容。
问题1：主族元素（氧、氟除外）最高正价与族序数关系如何？最低化合价怎样确定？
问题2：为何氧元素、氟元素没有像第三周期的硫元素和氯元素那样的最高正价？
【设计意图】通过绘制二维坐标图象，引导学生发现元素的原子核外电子排布、原子半径和主要化合价都随着原子序数的递增呈现周期性变化的规律，同时引发学生思考元素的金属性和非金属性是否也随着原子序数的递增呈现周期性变化。本环节也是帮助学生初步建构“位-构-性”的思维模型，为后面探究第三周期元素性质的变化规律作好准备。
2.3 科学探究，求证规律
本环节以第三周期元素为例，通过实验探究、提供事实证据及查阅相关资料，探究同周期元素从钠到氯的金属性和非金属性的递变规律。
【任务1】预测和探究钠、镁、铝的金属性强弱。
问题1：结合原子核外电子排布规律，预测钠、镁、铝的金属性强弱。
问题2：比较元素金属性强弱的实验方法有哪些？
【任务2】设计实验探究钠、镁、铝的金属性强弱。
【学生活动】学生设计方案，再从科学性、可操作性以及需要控制的变量等角度选择合理方案进行分组实验。
【学生实验】实验①，将一小段镁条，用砂纸除去表面的氧化膜，放到试管中。向试管中加2 mL水，并滴入2滴酚酞溶液，观察现象，再加热煮沸，观察现象；实验②，将除去氧化膜的镁条、铝片分别投入2 mL稀盐酸中，观察现象；实验③，将除去氧化膜的镁条、铝片分别放入2 mol/L的氢氧化钠溶液中，观察现象；实验④，向3 mL 1 mol/L的氯化铝溶液中滴加氨水，直到不再产生白色沉淀为止，将沉淀分装在两支试管中，分别滴加氢氧化钠溶液和盐酸，观察现象；实验⑤，用氯化镁溶液代替氯化铝溶液做上述实验④，观察现象，并进行比较。
【学生活动】学生观察、分析实验现象，写出有关化学反应式，教师指导学生分析和完成制取氢氧化铝的化学反应式，帮助学生分析氢氧化铝与氢氧化钠反应的原理，写出反应的离子方程式，并将氢氧化铝和氧化铝分别与盐酸、氢氧化钠的反应作比较。
问题1：请比较氢氧化钠、氢氧化镁、氢氧化铝的碱性强弱，什么叫两性氢氧化物？
问题2：根据实验结果，比较钠、镁、铝的金属性强弱。
问题3：请从钠、镁、铝这3种金属原子的电子层结构变化解释它们金属性的递变。
【设计意图】回顾碱金属元素金属性强弱的判断标准，从同主族元素性质的递变迁移到同周期元素性质的递变，实证钠、镁、铝元素金属性的递变规律，再从电子层结构的变化去解释元素性质的递变，理解结构决定性质；将氧化铝和氢氧化铝分别与盐酸、氢氧化钠的反应作对比，顺势引出两性氢氧化物的概念。
【任务3】预测和探究硅、磷、硫、氯的非金属性强弱。
问题1：结合原子核外电子排布规律，预测硅、磷、硫、氯的非金属性强弱。
【学生活动】阅读课本第109页“信息获取”——非金属元素硅、磷、硫、氯最高价含氧酸的酸性强弱比较表。元素非金属性越强，其最高价氧化物对应的水化物酸性越强。硅酸不溶于水，在溶液中是无色凝胶状固体。
【设计意图】通过搜集事实证据，分析非金属元素最高价氧化物对应的水化物酸性的强弱，进而归纳元素非金属性的强弱顺序，也为后面硅的性质探究作好准备。
【任务4】探究硅的金属性与非金属性。
【过渡】铝虽是金属，但已表现出一定的非金属性，而硅与铝是紧相邻的元素，那么硅又会表现出怎样的性质？
【信息资料】硅单质有金属光泽，质地坚硬而有脆性（教师展示硅固体单质并敲下一小块），熔、沸点较高，在通常情况下不导电，光照和加热条件下导电性增强，硅单质在常温下性质稳定，常用作半导体材料。
问题1：从物理性质看，硅是一种典型的非金属吗？
问题2：硅单质具有两性吗？怎样证明？
学生根据硅的物理性质认为它不是典型的非金属，可通过它是否能与盐酸、氢氧化钠溶液反应的实验去证明它是否具有两性。
【学生实验】取少量硅粉（300目细粉）分别与水、2 mol/L盐酸混合，发现在常温和加热条件下都没有明显现象产生，而硅粉与2 mol/L氢氧化钠溶液常温下并不反应，加热后逐渐有气泡产生，点燃气体有爆鸣声，说明是氢气，硅粉完全溶解。
问题3：硅与氢氧化钠溶液反应与铝相似，产物为硅酸钠和氢气，写出该反应的化学方程式。硅的金属性比铝强还是弱？
问题4：怎样证明硅酸的酸性比磷酸弱？
【学生活动】学生经过讨论认为，可以通过磷酸与硅酸钠溶液反应制得硅酸证明磷酸的酸性强于硅酸。
【演示实验】取硅粉与氢氧化钠溶液反应后的溶液少量于试管中，滴加磷酸溶液至酸性，用激光笔照射试管可观察到丁达尔现象，静置后得到凝胶状沉淀，该沉淀可溶于氢氧化钠溶液。
【设计意图】本环节展示了硅单质的实物，提供了硅单质物理性质的信息资料，丰富了学生的观察和思考视角，让学生认识到物质的物理性质与化学性质紧密相关
［3］。学生从硅的物理性质可以初步推测它不是典型的金属，也不是典型的非金属，可能是准金属元素形成的单质，它应该具有两性；根据铝、硅元素在周期表中的位置关系和提供的信息材料，引导学生分析、思考相关的问题，再通过相应的实验探究活动，寻找铝、硅元素性质的相似性和递变性的证据，形成科学探究的思路与方法。
【任务5】探究硫和氯的非金属性强弱。
问题1：除了比较硫酸与高氯酸的酸性外，还有其他方法证明氯的非金属性比硫强吗？请设计实验证明。
【分组实验】可通过非金属单质之间能否发生置换反应来证明。在少量饱和新制氯水中滴加饱和硫化氢溶液，可发现有乳白色浑浊出现，证明有硫被置换出来，说明氯的氧化性大于硫，即氯的非金属性比硫强。
问题2：还有什么能证明磷、硫、氯非金属性的强弱？课后大家自己查阅资料。
【设计意图】回顾卤族元素非金属性强弱的判断依据，从同主族元素迁移到同周期元素，并通过拓展实验探究硫、氯元素的非金属强弱，证实同周期元素从左到右非金属性的递变规律；课后让学生自己查阅资料，拓展视野，多角度理解元素非金属性强弱的比较方式。
问题3：结合上述探究，请你总结第三周期元素的金属性、非金属性递变规律，并从原子结构角度与原子得失电子能力角度解释原因。
问题4：如果研究其他同周期元素性质，会有怎样的结论？
问题5：什么叫元素周期律？元素性质呈周期性变化的本质原因是什么？
【设计意图】依据上面科学探究活动所获得的证据和其他事实材料，归纳总结第三周期元素性质的递变规律，理解元素周期律的实质，进而推广到其他周期，使学生的思维走向深度，同时让学生体验到量变引起质变的规律。
2.4 建构模型，应用规律
问题1：根据元素周期表，比较硫和硒的性质并判断它们的非金属性强弱，有哪些事实可以验证你的预测？
问题2：观察门捷列夫的第二张元素周期表，请回答：①你认为门捷列夫把银与锌分别放在第I族与第II族的理由是什么？②当时就有人认为，元素周期表的对角线元素有相似性（如锂与镁、铍和铝），你能用元素周期律予以解释吗？③门捷列夫还成功预言了“类硅”元素锗的存在，请课后查阅资料分析锗及其常见化合物的性质，并与相邻元素砷作比较。
【设计意图】学生通过推理，构建了“位-构-性”的关系图，形成认知模型，提升认识思路结构化和知识关联结构化水平；利用门捷列夫的第二张元素周期表，运用元素周期律知识解释和预测元素的性质，发展高阶思维能力。
3 教学反思
3.1 问题引导，积极思考
问题是课堂教学的核心，问题解决是课堂教学的主线。创设具体且有价值的问题情境，促使学生在真实问题情境中观察思考、分析比较、提出假说、设计方案、动手实验、搜集证据、获得结论，能对化学问题中的关键要素进行分析，提出自己的观点，给出相应的验证方案，最终建立观点、结论和证据之间的逻辑关系
［4］，从而解决问题。
3.2 实验探究，学会方法
问题解决要经过实证推理，要重视实验在化学教学中的重要地位。实验探究活动不仅可以调动学生的学习积极性和主动性，训练实验基本技能，更重要的是帮助学生形成化学实验探究的一般思路与方法。在本节课中，学生围绕实验目的确定实验原理，设计方案，动手完成实验，并基于实验事实得出结论，增进了对科学探究的理解，发展了科学探究、创新意识和证据推理的核心素养。
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