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摘要： 阐述“思维阶梯”式教学的主要教学流程，以“揭开原子核外电子运动的面纱”为例，详细介绍“课题引入、问题引导、逻辑推理、兴趣激发、宏微符联系”等五个思维阶梯的设置与教学过程，帮助学生突破化学新课学习中的障碍点，提升化学学科素养。
关键词： 思维阶梯式教学； 学习障碍点； 化学教学； 学科素养
文章编号： 10056629（2018）8005504 中图分类号： G633.8 文献标识码： B
笔者任教的学校是一所区属普通高中学校，学生基础较为薄弱，化学学习普遍存在困难。针对这种情况，笔者在新课教学中十分重视教学的过程与方法指导，坚持探索以“思维阶梯”式教学解决他们的学习障碍点，取得了理想的课堂教学效果。
1 “思维阶梯”式教学
思维阶梯式教学的关键是设置系列思维阶梯，为学生搭建脚手架，分步骤、缓慢而有序地攀登知识巅峰。教师一般需在仔细研读教材的基础上，认真分析学生认知规律，梳理学生可能存在的理解困难问题（学习障碍点），精心设置阶梯与针对性问题，在课堂教学实践与反馈的基础上完善发展，最终达到学生在理解知识的基础上自我建构知识网络、提升学习效率的目的。主要教学环节如图1所示：
图1 思维阶梯式教学主要流程
其中，设置系列思维阶梯是解决学生学习障碍点的关键环节。教师在设置阶梯过程中一般需依次思考这样几个问题： 教材重点、难点是什么？课时教学的线索是什么？学生理解中可能存在的困难是什么？需要设置哪几方面的思维阶梯？如何设置教学思维阶梯？思维阶梯设置如何做到科学恰当？教学效果如何进行反馈与评价？等等。通过分析教材、分析学生、分析教学，寻找相互之间的对接点和落差点，设置系列思维阶梯，确保教学顺利、高效开展。下面以上科版高一教材中“揭开原子核外电子运动的面纱”[1]的课时教学为例做说明。
2 教材内容和学生认知分析
2.1 教材分析
本課时的学习以原子结构内容为基础。从原子结构与元素性质关系来看，教学需牢牢把握“结构决定性质”的规律（暗线）。同时，课时的教学核心线索就是“电子”（明线）。在这样分析理解教材的基础上自然得到了本课时教学的重点是“电子在原子核外是怎样运动的？核外电子的排布规律有哪些？如何表述原子结构中核外电子的排布？如何通过核外电子排布推测元素性质？”等四个主要内容，教学的难点是理解核外电子排布规律及原子结构示意图的表述。
2.2 学生认知分析
从学生认知发展的角度看，学生已经学习并了解卢瑟福原子结构模型、知道核外电子围绕原子核高速旋转，但学生不清楚电子的具体运动状态。学生在学习中可能有下列疑问，了解原子结构为什么要认识核外电子的运动？电子的运动为什么是分层的？分层的依据合理吗？原子结构示意图的意义何在？要解决这些疑问，教学中一定要牢牢把握教学的核心问题，即为什么要研究电子的运动、排布及表述？让学生明白研究原子结构目的是为推测、理解元素的性质。
3 思维阶梯设置与教学过程
在分析教材与学生认知的基础上设置系列思维阶梯展开教学，确保教学过程的流畅性、知识的逻辑性、理解的层次性和学习的过程性。课堂以“结构决定性质”这一规律贯穿始终，紧紧围绕“电子”这一知识线索，以问题推进的方式循序渐进多角度地设置思维阶梯展开教学活动。教学过程中设置了“课题引入、问题引导、逻辑推理、兴趣激发、宏微符联系”等五个思维阶梯。
3.1 课题引入阶梯——为什么要研究电子
由于前面学习的卢瑟福原子结构模型没有涉及电子分层排布的问题，直接介绍分层排布会让学生感到很突兀。为此，笔者设置了以下引入阶梯帮助学生一步步揭开核外电子运动的面纱。回忆原子结构模型的发展历史（建立理论是不断发展与完善的观念）→对卢瑟福原子结构模型的质疑与分层模型的提出（建立敢于质疑的科学精神）→为什么要研究原子结构（建立“结构决定性质”的科学思维方法，引入教学线索）→为什么要研究电子的运动与排布（建立电子决定元素化学性质的意识铺垫，进一步强化“结构决定性质”）。具体教学过程如下：
前面我们学习了“人类认识原子结构的发展史”。在科学实验和科学发现的推动下，科学家们陆续提出了各种有关原子结构的模型，对原子结构的认识逐渐清晰。从英国科学家道尔顿提出的近代原子论——原子是不可分割的“实心球模型”开始，在汤姆生发现电子后，进而提出了具有简单结构的“葡萄干面包模型”；在元素放射性的发现和卢瑟福的α粒子散射实验事实基础上，卢瑟福进而提出了原子具有原子核的“行星模型”。
根据卢瑟福的原子结构模型，我们得到原子结构可分为几个部分？
（两个部分： 原子核和核外电子。）
思考： 我们研究原子结构的目的是什么？
（推测元素的性质）
在化学变化中原子核会发生变化吗？
（不会，是核外电子。）
对。因此，就化学学科而言，电子的运动成为科学家们关注的焦点。那么，电子的运动状态是怎样的呢？这就是今天我们将要学习的内容“1.3揭开原子核外电子运动的面纱”。
根据卢瑟福原子结构模型，你认为电子的运动状态是怎样的？
（绕原子核高速旋转。）
但有科学家对此模型提出质疑。电子在绕原子核高速旋转的过程中，根据经典的电磁场理论，电子将会发射出电磁波，电磁波具有能量，这样电子的能量将不断减小，轨道半径就会越来越小，最终会掉落到原子核中。显然，事实并非如此。说明卢瑟福原子结构模型还存在缺陷。玻尔是卢瑟福的学生，在受到一些启发后进一步提出了“玻尔模型”。请同学们观察模型图示（如图2），结合相关材料说出卢瑟福模型与玻尔模型的主要区别是什么？
3.2 问题引导阶梯——电子如何分层排布 此环节教学过程如下：
第一条规律： 分层排布。分层（分类）的思想非常重要，现实生活中处处有分层（分类），如根据年龄大小可以把人分为老年、中年、青年、少年、儿童等；根据学历可以分为小学、初中、高中、大学等；根据成绩表现可分为优、良、中、待提高等等。
（1） 怎么分层？依据是什么？（根据能量大小不同。）
（2） 能量高低怎么判断？（离核距离的远近，近低远高。如发射地球卫星一样，能量越高，卫星离地球就会越远；生活中也是这样。比如，一个人从出生、幼儿、小学、初中、高中、大学……，伴随成长，孩子离父母的距离将越来越远，能量越来越大。）
（3） 分哪几层？（目前分七个电子层，分别是K， L， M， N， O， P， Q。从K层到Q层，离核的距离越来越远，能量越来越高，电子的稳定性越来越低，电子的活泼性越来越高。具体如图3所示。）
最外层电子的能量最高，最活泼，在化学反应中最容易发生得失，其主要决定元素的化学性质。
3.3 逻辑推理阶梯——电子如何排布
每层排多少？很多时候，教学中可能通过观察排布以后直接给学生一个结果——至多排2n2个。但就大多数学生而言，根本不知道这是怎么得到的，更不可能从中体验到科学家思维浓缩和推理的过程。笔者尝试让学生在课堂参与中自然获得，从而培养学生的基本逻辑推理与思维方法。具体教学过程如下：
我们一起阅读教材第14页表1.3和1.4。
K n=1 ≤2
L n=2≤8
M n=3≤18
N n=4≤32
请同学们思考寻找电子层数和至多排的电子数之间有何关系？
观察2， 8， 18， 32都是什么数？（偶数。）
因此可以提取它们的公因子2，剩余的数分别为1， 4， 9， 16；再觀察它们又是什么数？
（平方数。）
很好，分别为12， 22， 32， 42。大家发现什么规律没有？（2n2个，n为电子层数）。
为理解这样一个数学推理归纳过程，教学中设置了对数字的观察、归类、找规律的过程，得出“2n2个”自然是水到渠成的事，学生印象深刻，避免了死记硬背结论。
3.4 兴趣激发阶梯——最外层电子排布有何特点
兴趣是最好的导师。本课时中，综合运用了原子结构模型发展与对比，把“电子能量大小与离核距离的远近关系”与“卫星发射”相类比；把8电子饱和的稳定结构与生活中的“八仙桌”类比、把最外层电子数的多少与集体活动中的用餐（八仙桌上坐1～3个人容易并入到坐5～7个人桌上）进行类比等，把电子的抽象结构模型化、具体化、生活化，最终达到加深理解、促进记忆的目的。具体教学过程如下：
最外层电子数能量最高、最活泼，其主要决定元素的化学性质。你能归纳出最外层电子数的排布特点吗？阅读第14页表1.3、 1.4。
（≤8个。）即最外层8个电子达到饱和的稳定结构，其中稀有气体的最外层电子数（除He）一般都是8个，达到了饱和的稳定结构。
同学们也可以继续观察次外层及倒数第三层的排布情况，总结得出相应排布规律。
知道原子核外电子的排布规律以后，科学上要用科学简洁的符号表述原子结构、推测元素的化学性质（突出“结构决定性质”这一暗线）。这就是第二个问题“核外电子的符号表达”——原子结构示意图
3.5 “宏微符”联系阶梯——核外电子排布如何用符号进行表征
“宏微符”联系教学是化学思维阶梯不可或缺的重要教学策略之一，是契合化学学科特点和学生认知发展规律的本质要求的。从元素宏观性质、原子微观结构特点及符号表征三个方面有效设计思维阶梯，相互联系、相互印证。在原子结构示意图的表述教学中，针对薄弱学生群体，教师在教学中要遵循“先讲后练、先易后难、先一般后特殊、先重点后难点”的顺序进行。举例时需遵循“原子序数由小到大，先原子后离子，先示范后总结，先书写练习（做学生）后纠错练习（当老师）”的原则，问题解决由浅入深、角色互换，最终达到巩固、提升、发展的目的。
原子用圆圈表示，原子核内质子带正电，用加号 z表示，中子无需表示（只影响原子质量，其本身与元素化学性质无关），根据核外电子排布规律对电子进行分层排布。如Na的原子结构示意图（略），师生共同解释符号表述的含义。
因此，我们不难得到这样一个结论： 元素的化学性质主要由最外层电子数决定。
既然元素最外层电子数如此重要，怎样用符号进行科学表达？这就是下节课我们将要学习的内容——“电子式”。
师生共同小结：
今天我们在原子结构学习基础上进一步围绕“电子”进行学习，回答了“电子运动状态怎样？电子排布规律有哪些？如何表述电子排布？最外层电子与元素性质关系怎样？”等四个方面的内容。请同学们课后归纳出本节课的知识网络结构图。
4 教学反思
“思维能力”是学生非常重要的学科素养之一。思维阶梯式教学在“教材和学情”两方面综合分析的基础上，通过设置科学合理的阶梯以降低知识习得的难度，并以系列问题引发学生深入思考、积极参与教学、激发学生兴趣；以“线索”统领全局，较好地实现了新旧知识的联系与发展，有效化解学生学习过程中的思维障碍点，提升学生的思维能力。
参考文献：
[1]上海市中小学（幼儿园）课程改革委员会.化学（高一第一学期）（试用本）[M].上海： 上海科技出版社，2015： 13～15.
关键词： 思维阶梯式教学； 学习障碍点； 化学教学； 学科素养
文章编号： 10056629（2018）8005504 中图分类号： G633.8 文献标识码： B
笔者任教的学校是一所区属普通高中学校，学生基础较为薄弱，化学学习普遍存在困难。针对这种情况，笔者在新课教学中十分重视教学的过程与方法指导，坚持探索以“思维阶梯”式教学解决他们的学习障碍点，取得了理想的课堂教学效果。
1 “思维阶梯”式教学
思维阶梯式教学的关键是设置系列思维阶梯，为学生搭建脚手架，分步骤、缓慢而有序地攀登知识巅峰。教师一般需在仔细研读教材的基础上，认真分析学生认知规律，梳理学生可能存在的理解困难问题（学习障碍点），精心设置阶梯与针对性问题，在课堂教学实践与反馈的基础上完善发展，最终达到学生在理解知识的基础上自我建构知识网络、提升学习效率的目的。主要教学环节如图1所示：
图1 思维阶梯式教学主要流程
其中，设置系列思维阶梯是解决学生学习障碍点的关键环节。教师在设置阶梯过程中一般需依次思考这样几个问题： 教材重点、难点是什么？课时教学的线索是什么？学生理解中可能存在的困难是什么？需要设置哪几方面的思维阶梯？如何设置教学思维阶梯？思维阶梯设置如何做到科学恰当？教学效果如何进行反馈与评价？等等。通过分析教材、分析学生、分析教学，寻找相互之间的对接点和落差点，设置系列思维阶梯，确保教学顺利、高效开展。下面以上科版高一教材中“揭开原子核外电子运动的面纱”[1]的课时教学为例做说明。
2 教材内容和学生认知分析
2.1 教材分析
本課时的学习以原子结构内容为基础。从原子结构与元素性质关系来看，教学需牢牢把握“结构决定性质”的规律（暗线）。同时，课时的教学核心线索就是“电子”（明线）。在这样分析理解教材的基础上自然得到了本课时教学的重点是“电子在原子核外是怎样运动的？核外电子的排布规律有哪些？如何表述原子结构中核外电子的排布？如何通过核外电子排布推测元素性质？”等四个主要内容，教学的难点是理解核外电子排布规律及原子结构示意图的表述。
2.2 学生认知分析
从学生认知发展的角度看，学生已经学习并了解卢瑟福原子结构模型、知道核外电子围绕原子核高速旋转，但学生不清楚电子的具体运动状态。学生在学习中可能有下列疑问，了解原子结构为什么要认识核外电子的运动？电子的运动为什么是分层的？分层的依据合理吗？原子结构示意图的意义何在？要解决这些疑问，教学中一定要牢牢把握教学的核心问题，即为什么要研究电子的运动、排布及表述？让学生明白研究原子结构目的是为推测、理解元素的性质。
3 思维阶梯设置与教学过程
在分析教材与学生认知的基础上设置系列思维阶梯展开教学，确保教学过程的流畅性、知识的逻辑性、理解的层次性和学习的过程性。课堂以“结构决定性质”这一规律贯穿始终，紧紧围绕“电子”这一知识线索，以问题推进的方式循序渐进多角度地设置思维阶梯展开教学活动。教学过程中设置了“课题引入、问题引导、逻辑推理、兴趣激发、宏微符联系”等五个思维阶梯。
3.1 课题引入阶梯——为什么要研究电子
由于前面学习的卢瑟福原子结构模型没有涉及电子分层排布的问题，直接介绍分层排布会让学生感到很突兀。为此，笔者设置了以下引入阶梯帮助学生一步步揭开核外电子运动的面纱。回忆原子结构模型的发展历史（建立理论是不断发展与完善的观念）→对卢瑟福原子结构模型的质疑与分层模型的提出（建立敢于质疑的科学精神）→为什么要研究原子结构（建立“结构决定性质”的科学思维方法，引入教学线索）→为什么要研究电子的运动与排布（建立电子决定元素化学性质的意识铺垫，进一步强化“结构决定性质”）。具体教学过程如下：
前面我们学习了“人类认识原子结构的发展史”。在科学实验和科学发现的推动下，科学家们陆续提出了各种有关原子结构的模型，对原子结构的认识逐渐清晰。从英国科学家道尔顿提出的近代原子论——原子是不可分割的“实心球模型”开始，在汤姆生发现电子后，进而提出了具有简单结构的“葡萄干面包模型”；在元素放射性的发现和卢瑟福的α粒子散射实验事实基础上，卢瑟福进而提出了原子具有原子核的“行星模型”。
根据卢瑟福的原子结构模型，我们得到原子结构可分为几个部分？
（两个部分： 原子核和核外电子。）
思考： 我们研究原子结构的目的是什么？
（推测元素的性质）
在化学变化中原子核会发生变化吗？
（不会，是核外电子。）
对。因此，就化学学科而言，电子的运动成为科学家们关注的焦点。那么，电子的运动状态是怎样的呢？这就是今天我们将要学习的内容“1.3揭开原子核外电子运动的面纱”。
根据卢瑟福原子结构模型，你认为电子的运动状态是怎样的？
（绕原子核高速旋转。）
但有科学家对此模型提出质疑。电子在绕原子核高速旋转的过程中，根据经典的电磁场理论，电子将会发射出电磁波，电磁波具有能量，这样电子的能量将不断减小，轨道半径就会越来越小，最终会掉落到原子核中。显然，事实并非如此。说明卢瑟福原子结构模型还存在缺陷。玻尔是卢瑟福的学生，在受到一些启发后进一步提出了“玻尔模型”。请同学们观察模型图示（如图2），结合相关材料说出卢瑟福模型与玻尔模型的主要区别是什么？
3.2 问题引导阶梯——电子如何分层排布 此环节教学过程如下：
第一条规律： 分层排布。分层（分类）的思想非常重要，现实生活中处处有分层（分类），如根据年龄大小可以把人分为老年、中年、青年、少年、儿童等；根据学历可以分为小学、初中、高中、大学等；根据成绩表现可分为优、良、中、待提高等等。
（1） 怎么分层？依据是什么？（根据能量大小不同。）
（2） 能量高低怎么判断？（离核距离的远近，近低远高。如发射地球卫星一样，能量越高，卫星离地球就会越远；生活中也是这样。比如，一个人从出生、幼儿、小学、初中、高中、大学……，伴随成长，孩子离父母的距离将越来越远，能量越来越大。）
（3） 分哪几层？（目前分七个电子层，分别是K， L， M， N， O， P， Q。从K层到Q层，离核的距离越来越远，能量越来越高，电子的稳定性越来越低，电子的活泼性越来越高。具体如图3所示。）
最外层电子的能量最高，最活泼，在化学反应中最容易发生得失，其主要决定元素的化学性质。
3.3 逻辑推理阶梯——电子如何排布
每层排多少？很多时候，教学中可能通过观察排布以后直接给学生一个结果——至多排2n2个。但就大多数学生而言，根本不知道这是怎么得到的，更不可能从中体验到科学家思维浓缩和推理的过程。笔者尝试让学生在课堂参与中自然获得，从而培养学生的基本逻辑推理与思维方法。具体教学过程如下：
我们一起阅读教材第14页表1.3和1.4。
K n=1 ≤2
L n=2≤8
M n=3≤18
N n=4≤32
请同学们思考寻找电子层数和至多排的电子数之间有何关系？
观察2， 8， 18， 32都是什么数？（偶数。）
因此可以提取它们的公因子2，剩余的数分别为1， 4， 9， 16；再觀察它们又是什么数？
（平方数。）
很好，分别为12， 22， 32， 42。大家发现什么规律没有？（2n2个，n为电子层数）。
为理解这样一个数学推理归纳过程，教学中设置了对数字的观察、归类、找规律的过程，得出“2n2个”自然是水到渠成的事，学生印象深刻，避免了死记硬背结论。
3.4 兴趣激发阶梯——最外层电子排布有何特点
兴趣是最好的导师。本课时中，综合运用了原子结构模型发展与对比，把“电子能量大小与离核距离的远近关系”与“卫星发射”相类比；把8电子饱和的稳定结构与生活中的“八仙桌”类比、把最外层电子数的多少与集体活动中的用餐（八仙桌上坐1～3个人容易并入到坐5～7个人桌上）进行类比等，把电子的抽象结构模型化、具体化、生活化，最终达到加深理解、促进记忆的目的。具体教学过程如下：
最外层电子数能量最高、最活泼，其主要决定元素的化学性质。你能归纳出最外层电子数的排布特点吗？阅读第14页表1.3、 1.4。
（≤8个。）即最外层8个电子达到饱和的稳定结构，其中稀有气体的最外层电子数（除He）一般都是8个，达到了饱和的稳定结构。
同学们也可以继续观察次外层及倒数第三层的排布情况，总结得出相应排布规律。
知道原子核外电子的排布规律以后，科学上要用科学简洁的符号表述原子结构、推测元素的化学性质（突出“结构决定性质”这一暗线）。这就是第二个问题“核外电子的符号表达”——原子结构示意图
3.5 “宏微符”联系阶梯——核外电子排布如何用符号进行表征
“宏微符”联系教学是化学思维阶梯不可或缺的重要教学策略之一，是契合化学学科特点和学生认知发展规律的本质要求的。从元素宏观性质、原子微观结构特点及符号表征三个方面有效设计思维阶梯，相互联系、相互印证。在原子结构示意图的表述教学中，针对薄弱学生群体，教师在教学中要遵循“先讲后练、先易后难、先一般后特殊、先重点后难点”的顺序进行。举例时需遵循“原子序数由小到大，先原子后离子，先示范后总结，先书写练习（做学生）后纠错练习（当老师）”的原则，问题解决由浅入深、角色互换，最终达到巩固、提升、发展的目的。
原子用圆圈表示，原子核内质子带正电，用加号 z表示，中子无需表示（只影响原子质量，其本身与元素化学性质无关），根据核外电子排布规律对电子进行分层排布。如Na的原子结构示意图（略），师生共同解释符号表述的含义。
因此，我们不难得到这样一个结论： 元素的化学性质主要由最外层电子数决定。
既然元素最外层电子数如此重要，怎样用符号进行科学表达？这就是下节课我们将要学习的内容——“电子式”。
师生共同小结：
今天我们在原子结构学习基础上进一步围绕“电子”进行学习，回答了“电子运动状态怎样？电子排布规律有哪些？如何表述电子排布？最外层电子与元素性质关系怎样？”等四个方面的内容。请同学们课后归纳出本节课的知识网络结构图。
4 教学反思
“思维能力”是学生非常重要的学科素养之一。思维阶梯式教学在“教材和学情”两方面综合分析的基础上，通过设置科学合理的阶梯以降低知识习得的难度，并以系列问题引发学生深入思考、积极参与教学、激发学生兴趣；以“线索”统领全局，较好地实现了新旧知识的联系与发展，有效化解学生学习过程中的思维障碍点，提升学生的思维能力。
参考文献：
[1]上海市中小学（幼儿园）课程改革委员会.化学（高一第一学期）（试用本）[M].上海： 上海科技出版社，2015： 13～15.