基于内容分析与教学设计的教材“二次开发”研究——以“元素周期律与元素周期表”为例，本文主要内容关键词为：周期表论文,为例论文,教学设计论文,元素论文,教材论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
德国教育家克拉夫基提出，备课应该由2个阶段组成：教学论分析和方法论计划，其关键又是对教学内容的分析[1]。一方面教师应领会教学内容，从教材中直观、具体的信息出发，回溯教材编者经历的路程，推断蕴涵于其中的编写理念，明确教材的目的、要求、结构以及各部分之间的关系；另一方面，教师应从学习教材的学生视角出发，寻找其中对于学生来说可能存在的难点和问题。克拉夫基所倡导的已经不是传统意义上的“备课”了，其核心要素为内容分析与教学设计，这其实就是对教材进行的“二次开发”。图1为基于内容分析和教学设计的教材“二次开发”模型。
下面以“元素周期律与元素周期表”为例，分析基于内容分析和教学设计的教材“二次开发”过程。
一、教学内容分析
1.教学内容的学科价值
学科价值分析，即分析教学内容的普遍性学科意义，该教学内容可以使学生掌握哪些基本原理和规律，学会哪些方法、技能，形成怎样的态度与价值观？这些知识、观念、方法以及价值观与今后的学习有什么联系，对今后的学习有什么作用？
元素周期律是化学的重要理论知识，元素周期表是元素周期律的具体表现形式，是学习化学的重要工具。初中阶段，学生知道元素周期表的大致结构，并会用元素周期表查找常见元素的相关信息。通过《化学1》模块的学习，学生进一步建立了对常见物质性质的认识。在学习本节课之前，《化学2》已经让学生建立了核外电子运动特点和排布规律的认知，认识到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。通过这部分知识的学习，将使学生对所学元素化合物等知识进行综合、归纳，形成对其进行分类学习的基础，掌握较为系统的学习与研究方法，知道如何应用元素周期表解释和预测物质的性质。
2.教学内容的现实意义
分析现实意义，即分析学生在生活中是否接触过与教学内容相关的知识？教学内容在学生日常生活中是否起重要作用？什么是学生熟悉的，什么是陌生的？是否可以通过问题产生认知冲突，使学生对自己已有的经验产生疑问，激发深入了解的学习欲望？
元素周期表的诞生源于科学家尝试在不同元素的物理性质和化学性质间确立关系的探索精神[2]。在本节课前的一项调查研究中发现，对于元素周期表，绝大多数非化学专业的学生只记得有那么一张排列着元素的表格，而不知意义。在后续访谈过程中，有一个典型案例很有意思。一位历史系硕士研究生，8个常识性化学问题只答对1道，这其中包括铅笔中含铅、水可以变油等。同样是他，却可以背诵元素周期表到56位，不知周期表有行列，更不知其意义。该个案有一定的代表性，值得化学教师反思：化学必修教学应该如何实现学生的学科知识学习和科学素养培养的平衡？
根据以上分析，确定本节课教学内容的学习目标为：体验科学家发现元素周期律的过程，初步认识元素周期表；通过探究活动培养科学的思维方法和演绎能力；锻炼语言表达、组织、合作及动手能力；认识化学中蕴含的美。
3.教学内容的要素与结构
分析组成教学内容的要素有哪些，这些要素之间存在怎样的逻辑联系？教学内容的学习基础与前提是什么，难点是什么？通过教学，学生应该掌握的最核心的内容是什么？
教学内容的核心为元素周期律和元素周期表。从教材角度分析，不同版本教材中，元素周期表与元素周期律的编排顺序各异。人教版教材为先认识周期表，再研究周期律；苏教版教材为先探究周期律，再认识周期表；鲁科版教材则将周期表与周期律相融合学习，这说明 两者之间并没有绝对的先后顺序。本节课突破2部分知识割裂开来的传统教学方法，将元素周期律与元素周期表的学习结合在一起，力求实现知识的整体建构。
从学生角度分析，他们往往能够记住同周期、同主族元素性质的递变规律，但对其与原子结构关系的认识较模糊，难以应用原子结构与元素性质的关系预测、解释物质的性质。可见，课堂上应着力于让学生建立原子结构与元素性质的关系，通过实践活动逐步搭建元素周期律的认知平台。
4.教学内容的情境化组织
教学内容情境化组织的关键在于分析针对该阶段学生的年龄特征与心理特点，有哪些现象、人物和事件可以使特定学生对教学内容产生兴趣，怎样的教学活动可以使学生了解、掌握教学内容。良好的课堂情境应该具有3个方面的作用：引发内容、引发情感、引发思维。课堂上应从教学需要出发，引入、制造或创设与教学内容相适应的具体场景或氛围，引起学生的情感体验，潜意识地进入学习状态，帮助学生迅速而准确地理解教学内容。
本节课选择了元素周期律发现史上的一个有趣的化学史实引入教学。每个知识都有属于它自己的一些故事，将这些故事呈现给学生，不仅使课堂教学更加精彩，还可以让学生认识科学、技术和社会发展的相互关系，了解这些经典科学探究范例中所涉及的探究过程和方法。因此，在化学课堂中结合化学史的知识创设学习情境是一种常用且有效的方法。
二、教学方法设计
教学方法从属于特定的教学内容，只有在透彻了解教学内容之后，才能更有针对性地选择教学方法，更有效地组织教学行为。
1.确定教学步骤
本节课教学分为以下5个步骤：
其中，步骤1至步骤4在课堂上完成，步骤5则作为课后开放性作业，让学生利用周末时间合作完成。
2.选择教学形式
常见教学形式有：语言形式，如讲授、谈话、读书指导法和讨论；直观形式：如演示和观察；实践形式：如练习和实验。本节课各步骤的主要教学形式为：
当然，图3指的是主要形式，每个教学步骤中往往都不是仅有一种教学形式。例如各步骤都会包含语言形式，再如步骤3除语言形式外，还有直观形式中的观察法等。
3.设计教学细节
设计教学细节时应充分考虑学生的兴趣和经验，创造出一个形式开放而逻辑严谨的学习环境。这个过程包括：呈现一个结构完整的问题，设计支撑学习的探索和建构活动，准备学习过程可能使用的工具，提供解决问题所需的资源等。
（1）步骤1的设计及意图
【活动1】阅读门氏来信
1875年，法国化学家德布瓦绍德朗发现了一种新元素——镓，并公布了他所测得的镓的主要性质。不久，他收到俄国化学家门捷列夫的信，信中指出：镓的密度4.7是错误的，应该在5.9～6.0之间，建议重新测定。当时，世界上只有德布瓦绍德朗有一小块金属镓，他不相信有这样的事，回信说不会错。但门捷列夫再次去信，坚持自己的观点。本着严谨的科学精神，德布瓦绍德朗重新提纯了镓，测得密度为5.94，与门捷列夫的预测惊人的相似！
门捷列夫预言的依据是什么？
【设计意图】本节课的教学以门捷列夫的一封信引入，德布瓦绍德朗发现的新元素镓的性质居然与门捷列夫的预测惊人的相似！而这是缘于门捷列夫发现了元素间的内在联系。元素间到底存在什么样的内在联系呢？这一故事的引入，将学生的注意力很快转移到课堂上来，激发其学习兴趣和求知欲望，为教学内容的展开奠定了基础。
【活动2】说出身边元素
每组说出6种元素，要求：元素应是日常生活中常见物质中含有的，同时说明它的存在或一种用途。例如：我们每天都要摄入的食盐（氯化钠）中含有氯元素和钠元素。
【设计意图】该活动的目的是让学生进行“思维热身”。思维热身是一种常用于进行难度较大学习内容前的辅助手段，本节课思维热身的作用有3点：第一，开拓学生思维，活跃课堂气氛，为下面的探究活动做知识与思维上的准备；第二，模拟门捷列夫排列元素周期表时仅发现了六十几种元素的情境，让学生明白科学探索的艰辛与曲折；第三，潜移默化地让学生建立化学与生活的密切关系，化学就在身边。
【活动3】试编元素之表
根据卡片上所给元素及其信息，将性质相似的元素放在一起，编成一张表，并说明编排理由。
【设计意图】编排元素周期表是一个充分发挥学生主体作用与合作精神、体验科学发现的艰辛与快乐的探究过程。课上给每组学生20张卡片、胶棒和彩纸，卡片为核电荷数从1～20连续的元素以及它们的核电荷数、相对原子质量、原子半径、密度、沸点、熔点、化合价等信息，将性质相似的元素放在一起，编出一张反映元素内在联系的表。
活动过程中，学生在各小组有明确的分工，小组成员有着共同的任务：从卡片上的诸多信息中寻找有用信息，寻找元素间内在联系；每个成员同时又扮演着不同的角色：组织讨论，负责记录，动手贴卡片，代表小组发言等等。学生往往会按照金属、非金属固体、非金属气体来编排，此外还有按化合价的，按字母顺序的等等。活动中教师适当地点拨、引导、鼓励和评价很重要，应尽力让学生体验努力之后的成功感。
（2）步骤2的设计及意图
【活动4】作图找规律
在平面直角坐标系中，以“原子半径、主要化合价、最外层电子数”为纵轴，让学生作图。
【设计意图】课堂上应该鼓励学生的创造性，但更要让他们认识到元素周期表的科学与严谨。学生的编排能否揭示元素间的内在联系呢？可以从3个角度作图分析，既检验了编排表格的合理性，又自然渗透元素周期律的内容。
（3）步骤3的设计及意图
【活动5】观察元素周期表的结构。
【设计意图】教学活动进行了25分钟左右，学生又刚刚经历了编排过程，从心理学角度来说，兴奋点过后会出现暂时性疲劳。这时展示黄山四季轮回的图片，结合优美的诗句，创生出一个具有情感色彩的时空。这段教学过程让学生沉浸于诗情画意中，既理解周期的概念，又调节课堂气氛。同时，自然周期的美也为学生感受元素周期的美与和谐作了铺垫。
在认识周期表的结构教学中，则首先引导学生观察每一行，除第一行外，都是从活泼的金属元素开始，逐渐过渡到非金属元素，最后以稀有气体元素结束，周而复始，自然得出“周期（period）”名称的由来。再观察每一列，第一列除氢外都是活泼的金属，第十八列都是性质非常不活泼的稀有气体，每一列元素的性质相似，从而理解“族（family orgroup）”名称的由来。
（4）步骤4的设计及意图
【活动6】探究周期律
[问题1]随着核电荷数递增，元素的性质呈现出周期性的变化，那么这种周而复始是不是又回到了原来的起点呢？每一主族元素性质相似，是不是完全相同？
[回忆]钠能否与水反应？现象如何？
[录像]锂与水的反应。
[问题2]与钠相比，该反应的剧烈程度如何？
[实验]钠、钾分别与水反应，比较反应的剧烈程度。
[问题3]同一主族自上而下，金属与水反应的剧烈程度如何？
[问题4]预测：铷、铯与水能否反应？反应的剧烈程度如何？
[录像]5种金属单质与水反应。实验结果既在学生的意料之中，却又出乎其预料之外。几种金属都能反应且更剧烈，铯遇水一声巨响而爆炸，让学生印象深刻。
[问题5]为什么自上而下，这些金属与水的反应越来越剧烈？如何从原子结构的角度认识其性质变化的本质原因？
【设计意图】实验在化学学习过程中有着不可替代的作用。教学中采用事实→分析→推论→实验验证→结论的科学方法模式，引导学生通过实验，归纳实验现象，分析实验结果，寻找变化规律，并根据规律推论和预测物质的性质。当这些推论和预测经过实验论证后，再对其本质进行解释，将其上升并发展为理论。这是对学生进行科学方法的培养和科学素养的提升。
（5）步骤5的设计及意图
为进一步创设开放思维的学习环境，鼓励探究与创新精神，向学生展示一些有代表性、不同形式的周期表进一步开阔学生的视野，让他们认识到，在揭示元素性质与原子结构本质规律的基础上，元素周期表的形式还有着种种变化的可能。
作业：（1）分析同一周期、同一主族元素非金属性的递变规律。（2）找出元素周期表中金属和非金属的分界线，观察形状，分析原因。（3）制作一张有自己个性的元素周期表。
【设计意图】课后的作业是一节课中重要的环节。作业应充分考虑到教学内容的特点，既注重实效性，帮助学生巩固本节课的生成知识，又关注课堂知识的延伸以及与下节课知识的衔接，同时让学生的探究过程与创新精神得到进一步鼓励。
学生在作业中表现出惊人的创造力，他们在查阅资料的基础上，于和谐与对称中构建出自己的化学元素体系。这些个性化的周期表或突出“过渡”之名，或色彩丰富、形式美观，或借鉴了圆形周期表，或为主族、副族、镧系和锕系找到了新的位置。在制作过程中，学生又都认真研究了教材所提供的周期表的结构，在此基础上进行个人创造，所以作业也达到让学生熟悉元素周期表的结构这一认知目标。
三、结束语
在教材的“二次开发”过程中，既应重视知识的学习与积累，更应关注能力的培养与素养的提升。学生并不清楚教材的结构体系，因此教材“二次开发”的关键在于通过准确的内容分析与恰当的教学设计，将其转化为学生易于接受的教学活动，让学生透彻理解教材所传递信息的实质，这一点比任何对于教材知识本身的扩充更重要。当然，如果每一次的“二次开发”都按照上述要求，每一节课都做到那样的详尽分析，难度确实不小。但是通过一段时间的训练和积累，教师能够转变原有的思维方式，逐渐养成“二次开发”的素养与习惯，也就能够内化成一种自觉需要，最终达到自觉运用的水平。