引導(dǎo)學(xué)生從元素視角認(rèn)識(shí)物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化

摘要：以化學(xué)1“金屬及其化合物”為例，提出了從元素視角認(rèn)識(shí)物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化的思考框架，分析了元素化合物知識(shí)學(xué)習(xí)的層次及其關(guān)鍵所在，強(qiáng)調(diào)要以元素為核心，幫助學(xué)生建立研究物質(zhì)性質(zhì)及物質(zhì)轉(zhuǎn)化的基本思路，以此增進(jìn)對(duì)物質(zhì)性質(zhì)及物質(zhì)間轉(zhuǎn)化與元素關(guān)系的理解。并就如何組織相應(yīng)的單元教學(xué)及課堂教學(xué)內(nèi)容主線進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：金屬及其化合物；元素化合物知識(shí)；元素觀；化學(xué)觀念教學(xué)

文章編號(hào)：1005–6629（2013）9–0027–03 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

作為高中化學(xué)新課程內(nèi)容的重要組成部分，化學(xué)1模塊中的無機(jī)元素化合物知識(shí)選擇以典型的元素及其重要化合物為代表，將物質(zhì)性質(zhì)的學(xué)習(xí)融入有關(guān)的生活現(xiàn)象和社會(huì)問題的分析解決活動(dòng)中，通過實(shí)驗(yàn)探究來學(xué)習(xí)物質(zhì)的性質(zhì)。然而在教學(xué)實(shí)踐中，教師普遍感覺教學(xué)效果不理想[1]，學(xué)生也常常感覺元素化合物知識(shí)“好學(xué)”，但難以記憶。究其原因，主要有：第一，學(xué)生要在化學(xué)1模塊集中學(xué)習(xí)大量的元素化合物知識(shí)，其知識(shí)本身具有龐雜、零散的特點(diǎn)；第二，化學(xué)1階段元素化合物知識(shí)被編排在原子結(jié)構(gòu)與元素周期律之前，關(guān)于物質(zhì)性質(zhì)的學(xué)習(xí)主要是基于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析與總結(jié)，不能從結(jié)構(gòu)出發(fā)來推斷或解釋，而基于實(shí)驗(yàn)獲得的知識(shí)是感性的，且有些內(nèi)容又容易混淆；第三，元素化合物知識(shí)應(yīng)用方面的內(nèi)容較為廣泛，許多知識(shí)只能作為常識(shí)性介紹。現(xiàn)實(shí)中，學(xué)生對(duì)物質(zhì)性質(zhì)及應(yīng)用的學(xué)習(xí)大多停留在對(duì)實(shí)驗(yàn)事實(shí)的感知與記憶水平，由于缺乏對(duì)元素化合物知識(shí)內(nèi)在聯(lián)系及其所蘊(yùn)含的學(xué)科觀念與方法的理解，導(dǎo)致學(xué)生在處理實(shí)際問題時(shí)往往缺乏思考或求解問題的基本思路[2]。為此，幫助學(xué)生建立起研究和認(rèn)識(shí)物質(zhì)性質(zhì)的思路與方法、加強(qiáng)從元素視角認(rèn)識(shí)物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化以建立元素化合物知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系，就顯得尤為重要。

1 構(gòu)建從元素視角認(rèn)識(shí)物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化的思考框架

在化學(xué)1階段，應(yīng)如何幫助學(xué)生建構(gòu)無機(jī)元素化合物知識(shí)體系？從學(xué)科知識(shí)的角度看，無機(jī)元素化合物知識(shí)注重“物質(zhì)性質(zhì)及應(yīng)用”的學(xué)習(xí)，其中“物質(zhì)性質(zhì)”是核心，物質(zhì)性質(zhì)決定了物質(zhì)的用途、制法、保存等，不認(rèn)識(shí)物質(zhì)性質(zhì)，就不可能理解物質(zhì)的應(yīng)用。而物質(zhì)的性質(zhì)是由其元素組成和內(nèi)部結(jié)構(gòu)所決定的，不從組成和結(jié)構(gòu)角度認(rèn)識(shí)物質(zhì)性質(zhì)，就難以形成對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的深入理解。從中學(xué)階段無機(jī)元素化合物知識(shí)的編排看，學(xué)生對(duì)無機(jī)元素化合物知識(shí)的學(xué)習(xí)是逐步發(fā)展的。初中階段元素化合物知識(shí)以物質(zhì)為中心，學(xué)習(xí)典型物質(zhì)（如氧氣、二氧化碳）的性質(zhì)、制法及用途等，以典型代表物學(xué)習(xí)一類物質(zhì)（金屬、酸、堿、鹽）的性質(zhì)等。高中化學(xué)1階段元素化合物知識(shí)注重以元素為核心，通過核心元素將其單質(zhì)及其化合物知識(shí)組織起來，學(xué)習(xí)含有同種元素不同物質(zhì)的重要性質(zhì)及相互轉(zhuǎn)化關(guān)系；高中化學(xué)2階段，借助元素周期表和周期律對(duì)元素化合物知識(shí)進(jìn)行整合，建立以周期、族為系列形成對(duì)物質(zhì)性質(zhì)遞變規(guī)律的認(rèn)識(shí)[3]，建立不同元素及其物質(zhì)性質(zhì)等知識(shí)的聯(lián)系。限于化學(xué)1階段元素化合物知識(shí)的編排特點(diǎn)和學(xué)生的認(rèn)識(shí)發(fā)展水平，有必要加強(qiáng)從元素視角認(rèn)識(shí)物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化（見表1），即要加強(qiáng)對(duì)元素與物質(zhì)性質(zhì)、物質(zhì)分類、物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化等學(xué)科實(shí)質(zhì)性問題的認(rèn)識(shí)，發(fā)揮“元素觀”對(duì)元素化合物知識(shí)學(xué)習(xí)的指導(dǎo)作用，幫助學(xué)生逐步領(lǐng)會(huì)和運(yùn)用“元素觀”來分析解釋問題，增進(jìn)學(xué)生對(duì)化學(xué)知識(shí)的理解。

作為中學(xué)化學(xué)的核心觀念之一，“元素觀”是從元素視角對(duì)物質(zhì)及其化學(xué)變化本質(zhì)的深層次理解[4，5]，大致包括三方面含義：一是對(duì)元素的認(rèn)識(shí)，包括什么是元素、元素的種類、元素的性質(zhì)等。就元素的性質(zhì)而言，還涉及元素之間的差異、元素性質(zhì)的周期性、一類元素性質(zhì)的相似性等。二是從元素視角看物質(zhì)，即元素與物質(zhì)有什么關(guān)系，具體包括元素組成與物質(zhì)的分類、性質(zhì)有什么關(guān)系等。三是從元素角度看化學(xué)反應(yīng)，即元素與化學(xué)反應(yīng)有什么關(guān)系，在化學(xué)反應(yīng)中元素種類是否發(fā)生變化、含有同種元素的不同物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化存在什么規(guī)律等。

在化學(xué)1階段，強(qiáng)調(diào)從元素的視角認(rèn)識(shí)物質(zhì)，就是要對(duì)元素與物質(zhì)性質(zhì)的關(guān)系有深入的了解，這包括兩個(gè)層面：一是從元素視角認(rèn)識(shí)物質(zhì)的“個(gè)性”，即認(rèn)識(shí)物質(zhì)的性質(zhì)與組成物質(zhì)的元素種類、元素形態(tài)（化合價(jià)、相鄰元素的結(jié)合方式、分子中元素間的相互作用等）密切相關(guān)[6]。對(duì)于簡單的化合物或單質(zhì)，元素組成對(duì)于物質(zhì)的性質(zhì)甚至起著決定性的作用。具體為：（1）物質(zhì)元素組成上的細(xì)微差別，會(huì)引起物質(zhì)性質(zhì)上的巨大差異。如氧化鋁、氫氧化鋁、鋁鹽雖然都含有鋁元素，但因元素組成不同而其性質(zhì)不同；氧化鈉、氧化鋁、氧化鐵，雖然都是氧化物，但由于組成氧化物的金屬元素不同，其性質(zhì)不同。（2）組成物質(zhì)的元素種類相同但其形態(tài)不同，物質(zhì)性質(zhì)不同。如氫氧化鐵、氫氧化亞鐵雖然含有相同的組成元素，但由于其中鐵元素的價(jià)態(tài)不同，兩者的性質(zhì)不同。二是從元素視角認(rèn)識(shí)物質(zhì)的“共性”，即認(rèn)識(shí)基于物質(zhì)元素組成可以將純凈物進(jìn)行分類，基于物質(zhì)類別認(rèn)識(shí)同類物質(zhì)具有相似的性質(zhì)，如氧化銅、氧化鐵都是金屬氧化物，它們都能與鹽酸發(fā)生反應(yīng)。

從元素的視角認(rèn)識(shí)物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化，就是要以元素為核心，認(rèn)識(shí)含有同種元素不同物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化規(guī)律，建立某一元素的不同物質(zhì)之間的聯(lián)系，形成相應(yīng)的知識(shí)結(jié)構(gòu)，這包括兩方面：一是同一元素相同價(jià)態(tài)不同物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化，如Al2O3—Al（OH）3之間的轉(zhuǎn)化、Fe2O3—FeCl3—Fe（OH）3之間的轉(zhuǎn)化等；二是同一元素不同價(jià)態(tài)物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化，如Fe—Fe2+—Fe3+之間的轉(zhuǎn)化。

借助表1中的思考框架，可以幫助學(xué)生建立研究物質(zhì)性質(zhì)、研究物質(zhì)間轉(zhuǎn)化的基本思路與方法，即通過實(shí)驗(yàn)的方法，從物質(zhì)分類、氧化還原角度來認(rèn)識(shí)物質(zhì)性質(zhì)[7]。具體地說，從金屬（或非金屬）、氧化物、堿（或酸）、鹽等物質(zhì)類別所具有的通性預(yù)測(cè)某個(gè)具體物質(zhì)可能具有的性質(zhì)，從物質(zhì)所含元素的化合價(jià)角度預(yù)測(cè)物質(zhì)是否具有氧化性或還原性，然后通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。對(duì)于同一元素不同物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化，依據(jù)金屬（或非金屬）、氧化物、堿（或酸）、鹽等物質(zhì)所具有的性質(zhì)確定實(shí)現(xiàn)不同類別物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化途徑，依據(jù)反應(yīng)物與生成物中核心元素有沒有價(jià)態(tài)的變化，確定是否是氧化還原反應(yīng)等。

2 以“元素觀”為導(dǎo)向明確學(xué)習(xí)的層次及其關(guān)鍵所在

新課程中無機(jī)元素化合物知識(shí)的內(nèi)容及其功能價(jià)值發(fā)生了明顯的變化。以“金屬及其化合物”為例，《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》在化學(xué)1主題3“常見無機(jī)物及其應(yīng)用”中所列內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)為：“根據(jù)生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用實(shí)例或通過實(shí)驗(yàn)探究，了解鈉、鋁、鐵、銅等金屬及其重要化合物的主要性質(zhì)，能列舉合金材料的重要應(yīng)用”[8]。傳統(tǒng)的教學(xué)注重元素化合物知識(shí)的識(shí)記，新課程主張實(shí)施以化學(xué)觀念建構(gòu)為本的教學(xué)，強(qiáng)調(diào)要超越具體的事實(shí)性知識(shí)發(fā)展學(xué)生的深層思維，增進(jìn)學(xué)生對(duì)化學(xué)知識(shí)的深層理解，由此需要思考，在元素化合物知識(shí)的教學(xué)中到底需要教給學(xué)生什么？

從發(fā)展學(xué)生“元素觀”的角度看，化學(xué)1階段選擇以鈉、鐵、鋁、銅為金屬元素的典型代表，其學(xué)習(xí)內(nèi)容[9]可分為三個(gè)層次：一是學(xué)習(xí)金屬及其化合物知識(shí)，這是學(xué)習(xí)內(nèi)容的第一層次，屬于事實(shí)性知識(shí)。具體包括：在初中學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步了解幾種典型金屬的性質(zhì)，如認(rèn)識(shí)金屬鈉的活潑性等，發(fā)展對(duì)金屬元素及金屬單質(zhì)性質(zhì)的認(rèn)識(shí)。學(xué)習(xí)相應(yīng)金屬的重要化合物（包括氧化物、氫氧化物及鹽等）的性質(zhì)，如鋁的氧化物和氫氧化物具有兩性、利用 FeSO4溶液滴加少量NaOH溶液生成的Fe（OH）2在空氣中可轉(zhuǎn)化成Fe（OH）3等事實(shí)的學(xué)習(xí)，認(rèn)識(shí)鐵元素的變價(jià)性以及不同價(jià)態(tài)之間的轉(zhuǎn)化等，發(fā)展對(duì)金屬化合物的類別、性質(zhì)的認(rèn)識(shí)。了解金屬材料（合金、稀土金屬）及其應(yīng)用等。二是在“金屬及其化合物”知識(shí)學(xué)習(xí)的同時(shí)，增進(jìn)對(duì)物質(zhì)性質(zhì)與組成元素（種類、價(jià)態(tài)等）的關(guān)系、同一元素不同物質(zhì)間轉(zhuǎn)化關(guān)系的理解，豐富和發(fā)展對(duì)“元素觀”的認(rèn)識(shí)，這是學(xué)習(xí)內(nèi)容的第三層次，屬于觀念性知識(shí)。三是要形成對(duì)上述內(nèi)容的認(rèn)識(shí)，需要學(xué)習(xí)相應(yīng)的研究物質(zhì)性質(zhì)、研究物質(zhì)間轉(zhuǎn)化的基本思路與方法，這是學(xué)習(xí)內(nèi)容的第二層次，屬于方法性知識(shí)。第一層次的學(xué)習(xí)內(nèi)容，是短期可以達(dá)成的學(xué)習(xí)目標(biāo)。后兩個(gè)層次的學(xué)習(xí)內(nèi)容，屬于較遠(yuǎn)期目標(biāo)。其中較為關(guān)鍵的是要幫助學(xué)生建立“研究物質(zhì)性質(zhì)、研究物質(zhì)轉(zhuǎn)化的一般思路與方法”，這是引領(lǐng)學(xué)生從事實(shí)記憶走向觀念建構(gòu)的重要橋梁。

3 從促進(jìn)學(xué)生“元素觀”認(rèn)識(shí)的角度組織教學(xué)內(nèi)容

從人教版化學(xué)1教科書[10]的編排看，元素化合物知識(shí)按“金屬及其化合物”、“非金屬及其化合物”分類編排，其中“金屬及其化合物”依次分為金屬的化學(xué)性質(zhì)、幾種重要的金屬化合物、用途廣泛的金屬材料三方面內(nèi)容。就其中的“幾種重要的金屬化合物”而言，教科書選取鈉、鋁、鐵、銅4種元素（以前三者為主），按照氧化物、氫氧化物、鹽分類進(jìn)行討論。這樣的編排重視從物質(zhì)分類的角度學(xué)習(xí)含有不同金屬元素的同類物質(zhì)及其反應(yīng)，溝通了不同金屬元素化合物的“橫向”聯(lián)系，能夠引導(dǎo)學(xué)生基于物質(zhì)類別認(rèn)識(shí)同類物質(zhì)的性質(zhì)及反應(yīng)規(guī)律。但需要指出的是，由于缺乏元素周期律知識(shí)基礎(chǔ)，關(guān)于含有不同金屬元素的同類化合物性質(zhì)的學(xué)習(xí)不能從結(jié)構(gòu)出發(fā)進(jìn)行推斷或解釋，而主要是基于從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象出發(fā)進(jìn)行分析和總結(jié)，學(xué)生的學(xué)習(xí)仍然處于事實(shí)的記憶層面。并且這樣的編排割裂了含同一元素不同物質(zhì)之間的“縱向”聯(lián)系，不利于學(xué)生建立對(duì)同一元素不同物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化關(guān)系的認(rèn)識(shí)。為此，教學(xué)時(shí)需要對(duì)教材內(nèi)容進(jìn)行重組與再加工。

教學(xué)內(nèi)容的組織大致包含兩層含義，一是以“元素”為核心構(gòu)建教學(xué)單元，如“幾種重要的金屬化合物”，可以按照“鈉的重要化合物”、“鐵的重要化合物”、“鋁的重要化合物”來展開，每一教學(xué)單元均涉及氧化物、氫氧化物、鹽等物質(zhì)類別，這樣可兼顧元素化合物知識(shí)的縱、橫聯(lián)系；二是課堂教學(xué)內(nèi)容主線的構(gòu)建，以第二層次學(xué)習(xí)內(nèi)容為目標(biāo)，考慮在具體知識(shí)如“鈉的重要化合物”、“鐵的重要化合物”、“鋁的重要化合物”等教學(xué)中，是以研究物質(zhì)性質(zhì)為主，還是以研究物質(zhì)轉(zhuǎn)化為主，這體現(xiàn)了兩種不同的教學(xué)思路[11]。前者注重以具體物質(zhì)性質(zhì)的預(yù)測(cè)與驗(yàn)證為線索，在學(xué)習(xí)物質(zhì)性質(zhì)的同時(shí)，學(xué)習(xí)研究物質(zhì)性質(zhì)的思路與方法。如“鋁的重要化合物”教學(xué)思路可以設(shè)計(jì)為：以生產(chǎn)、生活中常見的鋁的重要化合物為素材引入課題→預(yù)測(cè)Al2O3的性質(zhì)、設(shè)計(jì)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，認(rèn)識(shí)Al2O3具有兩性→實(shí)驗(yàn)探究Al（OH）3的性質(zhì)，認(rèn)識(shí)Al（OH）3具有兩性→反思與提升，總結(jié)研究物質(zhì)性質(zhì)的思路與方法。后者以實(shí)現(xiàn)具體物質(zhì)的轉(zhuǎn)化為線索，在探討物質(zhì)轉(zhuǎn)化的過程中認(rèn)識(shí)物質(zhì)的性質(zhì)，學(xué)習(xí)研究物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化的思路與方法。如“鐵的重要化合物”教學(xué)思路可以設(shè)計(jì)為：由鐵單質(zhì)制得的化合物有+2價(jià)和+3價(jià)之分，將含鐵物質(zhì)進(jìn)行分類，引出本節(jié)課的學(xué)習(xí)任務(wù)→探究相同價(jià)態(tài)鐵的不同化合物之間的轉(zhuǎn)化[如請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)下列轉(zhuǎn)化：FeCl3→Fe（OH）3；FeSO4→Fe（OH）2]→探究不同價(jià)態(tài)鐵的物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化（如請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)Fe2+與Fe3+間的轉(zhuǎn)化，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證）→反思與提升，總結(jié)研究物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化的思路與方法。需要說明的是，究竟選擇哪種教學(xué)思路，需要同時(shí)考慮知識(shí)內(nèi)容特點(diǎn)和學(xué)生的認(rèn)知基礎(chǔ)與發(fā)展需要，以實(shí)現(xiàn)學(xué)科知識(shí)邏輯與學(xué)生認(rèn)知邏輯的有機(jī)整合。

總之，將元素化合物知識(shí)的教學(xué)重心從事實(shí)性知識(shí)的識(shí)記轉(zhuǎn)向?qū)Ω鼮楦镜幕瘜W(xué)觀念（元素觀）及其認(rèn)識(shí)思路與方法的理解，一方面是基于對(duì)元素化合物知識(shí)的核心內(nèi)容及其教學(xué)價(jià)值的理解，另一方面是出于在教學(xué)中要讓學(xué)生思維發(fā)展、化學(xué)觀念的形成與知識(shí)學(xué)習(xí)協(xié)調(diào)同步的綜合考慮。發(fā)展學(xué)生從元素視角認(rèn)識(shí)物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化的教學(xué)探索，旨在以元素為核心，通過實(shí)驗(yàn)的方法，從物質(zhì)分類、氧化還原角度幫助學(xué)生建立認(rèn)識(shí)物質(zhì)性質(zhì)、物質(zhì)間轉(zhuǎn)化的基本思路。在指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用化學(xué)知識(shí)解決或解釋生產(chǎn)和生活問題的過程中，通過反思與內(nèi)化，將知識(shí)形成與應(yīng)用的過程體驗(yàn)轉(zhuǎn)化為學(xué)生解決實(shí)際問題的方法與能力。這值得深入研究。

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