基于“三線三視角”開展高中元素化學(xué)的教學(xué)

蔣小鋼

摘要：元素化學(xué)是中學(xué)化學(xué)的基本內(nèi)容之一，是進(jìn)一步學(xué)習(xí)其他內(nèi)容的基礎(chǔ)，學(xué)生在學(xué)習(xí)這部分知識(shí)時(shí)總是存在較大障礙，可以從“元素線”、“方法線”和“價(jià)值線”三線以及“物質(zhì)的類屬通性”、“氧化還原性”和“特性”視角引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)元素化學(xué)知識(shí)。

關(guān)鍵詞：元素化學(xué)教學(xué)；知識(shí)結(jié)構(gòu)化；模型建構(gòu)

文章編號(hào)：1005–6629（2016）10–0021–04 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1 問題的提出

元素化學(xué)，是指元素的單質(zhì)及其常見化合物的組成、結(jié)構(gòu)、主要物理及化學(xué)性質(zhì)、制備、用途和存在的描述性知識(shí)，是高中化學(xué)的基本知識(shí)構(gòu)成。元素化學(xué)為化學(xué)其他板塊知識(shí)如基本概念、基本理論、實(shí)驗(yàn)和計(jì)算等的學(xué)習(xí)，提供豐富的感性素材。唐有祺院士提出“化學(xué)家的工作，主要是耕耘元素周期系”[1]，可以作為對(duì)元素化學(xué)重要性最精辟的注解。

在高中化學(xué)的整個(gè)學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生必然會(huì)遇到許多困難。元素化學(xué)的學(xué)習(xí)是學(xué)生遇到的主要障礙之一。元素化學(xué)的學(xué)習(xí)困難主要來自以下三個(gè)方面：首先是元素化學(xué)知識(shí)的“本體”困難。高中元素化學(xué)知識(shí)有幾個(gè)顯著特點(diǎn)：“繁”——所學(xué)元素種類多（課程標(biāo)準(zhǔn)要求的元素有10種，教材實(shí)際涉及到的則更多），較繁雜；“亂”——每種典型元素的常見代表物涉及到的化學(xué)反應(yīng)多，易混亂；“難”——物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的情形復(fù)雜、類型多，難記憶；“雜”——每種元素的代表物包含的知識(shí)層次多，易混雜。其次是元素化學(xué)知識(shí)的“應(yīng)用”困難。元素化學(xué)是中學(xué)化學(xué)其他所有板塊知識(shí)的載體，知識(shí)應(yīng)用非常廣泛，可以與化學(xué)所有板塊的知識(shí)融合起來，考查學(xué)生的化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)。具體表現(xiàn)在：①與氧化還原反應(yīng)理論相融合考查；②與物質(zhì)結(jié)構(gòu)、元素周期律、周期表理論相融合考查；③與電解質(zhì)溶液、離子反應(yīng)理論相融合考查；④與化學(xué)實(shí)驗(yàn)知識(shí)相融合考查；⑤與化學(xué)計(jì)算相結(jié)合考查[2]。第三是其他因素帶來的困難。如高中階段對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)習(xí)慣、學(xué)習(xí)方法等提出了較高的要求，高中起始年級(jí)的學(xué)生一時(shí)較難適應(yīng)。因此，對(duì)高中元素化學(xué)的教學(xué)應(yīng)把握好課程標(biāo)準(zhǔn)，立足能力培養(yǎng)，理解、用好教材，重新建構(gòu)元素化學(xué)學(xué)習(xí)的新視角。

2 高中元素化學(xué)教學(xué)的“三線三視角”

高中化學(xué)在知識(shí)的深廣度、學(xué)習(xí)能力要求和學(xué)習(xí)方法上都提出了更高的要求，即對(duì)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)要求更高。誠(chéng)如許多學(xué)生所言，高中元素化學(xué)知識(shí)與初中相比較，確實(shí)給人以繁、亂、雜、難之感，成了許多學(xué)生高中化學(xué)學(xué)習(xí)的障礙。為了破除這種學(xué)習(xí)障礙，使元素化學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)化是一種行之有效的學(xué)習(xí)途徑，是幫助學(xué)生自主建構(gòu)知識(shí)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)轉(zhuǎn)化為素養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)。

“如何教”，是教師設(shè)計(jì)課堂教學(xué)策略必須重點(diǎn)考慮的問題。教師應(yīng)考慮教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)思路、教學(xué)方法和教學(xué)手段等有助于實(shí)現(xiàn)既定教學(xué)目標(biāo)的最佳教學(xué)方式。認(rèn)知心理學(xué)認(rèn)為，只有組織有序的知識(shí)才能在一定的刺激下被激活，在需要應(yīng)用時(shí)才能成功地提取[3]。幫助學(xué)生建立知識(shí)結(jié)構(gòu)化，是中學(xué)化學(xué)教學(xué)的重要任務(wù)之一。知識(shí)結(jié)構(gòu)化是指把所學(xué)的知識(shí)劃分為不同的部分或歸入某種更大的范疇，在頭腦中組織起來，形成知識(shí)組塊，進(jìn)而形成良好的知識(shí)結(jié)構(gòu)[4]。因此，研究如何讓學(xué)生學(xué)會(huì)和掌握知識(shí)結(jié)構(gòu)化的方法，則是化學(xué)教師研究的重要課題。結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，就有效幫助學(xué)生形成結(jié)構(gòu)化元素化學(xué)知識(shí)的“三線三視角”做一簡(jiǎn)要闡述。

2.1 建構(gòu)元素化學(xué)的“三線”結(jié)構(gòu)

元素化學(xué)知識(shí)的“三線”是指“知識(shí)線”、“方法線”和“價(jià)值線”，見圖1所示。

為了教學(xué)方便，可以把知識(shí)線、方法線和價(jià)值線稱為“大三線”，而將知識(shí)線中的元素線、價(jià)態(tài)線和物質(zhì)線稱為“小三線”。

2.1.1 知識(shí)線

（1）“元素線”——以某種具體元素為線索建構(gòu)

學(xué)習(xí)完某種元素時(shí)，最基本的要求是讓學(xué)生知道該元素的單質(zhì)和常見的化合物有哪些，由此逐步豐富學(xué)生對(duì)物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí)，形成該元素的“元素線”。教學(xué)中要有意識(shí)逐步培養(yǎng)學(xué)生遵循物質(zhì)分類的思維規(guī)律，按照一定的物質(zhì)類別順序，能夠有序、熟練地寫出該元素常見單質(zhì)和化合物的化學(xué)式，畫出該元素的“元素線”。如硫元素的一種“元素線”，見圖2所示。

世界上的所有物質(zhì)都是由元素組成的，這是化學(xué)科學(xué)的一個(gè)基本觀念。“元素線”強(qiáng)調(diào)從“元素中心”的視角、用分類觀整體性認(rèn)識(shí)物質(zhì)。通過建構(gòu)“元素線”，使學(xué)生更好地認(rèn)識(shí)物質(zhì)與元素的關(guān)系，更好地了解元素在自然界中可以游離態(tài)或化合態(tài)存在，因此物質(zhì)有單質(zhì)與化合物之分。

（2）“價(jià)態(tài)線”——以“中心元素”的化合價(jià)變化為線索建構(gòu)

在“元素線”的基礎(chǔ)上，按照所學(xué)中心元素化合價(jià)的變化規(guī)律，以化合價(jià)升高或降低的順序排列含該價(jià)態(tài)的物質(zhì)，即得到該元素的“價(jià)態(tài)線”。如硫元素的一種“價(jià)態(tài)線”，見圖3所示。

元素的“價(jià)態(tài)線”并不是物質(zhì)間實(shí)際轉(zhuǎn)化的關(guān)系線，它是以核心元素的化合價(jià)變化為線索，讓學(xué)生熟知該元素常見的化合價(jià)及每種價(jià)態(tài)對(duì)應(yīng)的物質(zhì)，建立起元素化合價(jià)與物質(zhì)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。建構(gòu)“價(jià)態(tài)線”的目的，是幫助學(xué)生養(yǎng)成從元素化合價(jià)變化的視角分析、判斷該價(jià)態(tài)下的元素，其化合價(jià)能升或降的思維習(xí)慣，進(jìn)而分析該價(jià)態(tài)下對(duì)應(yīng)的具體物質(zhì)可能具有的氧化還原性，以及它們之間的轉(zhuǎn)化規(guī)律。

（3）“物質(zhì)線”——以某種元素的常見物為線索建構(gòu)

如果說“元素線”和“價(jià)態(tài)線”是從橫向建構(gòu)知識(shí)線，那么，“物質(zhì)線”則是對(duì)知識(shí)線的縱向建構(gòu)?！拔镔|(zhì)線”是在“元素線”和“價(jià)態(tài)線”的基礎(chǔ)上，以某種具體代表物為建構(gòu)對(duì)象，內(nèi)容涵蓋該物質(zhì)主要知識(shí)結(jié)構(gòu)的一種思維線索?！拔镔|(zhì)線”的主要內(nèi)容有：物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、制備、應(yīng)用、存在和保存等（可根據(jù)具體物質(zhì)刪減涵蓋內(nèi)容），見圖4所示。endprint

“物質(zhì)線”是學(xué)習(xí)某種具體物質(zhì)時(shí)的縱向思維模型，是元素化學(xué)最重要的知識(shí)構(gòu)成和知識(shí)基點(diǎn)之一，因此也是教學(xué)中應(yīng)著力培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行自主建構(gòu)的內(nèi)容之一。

2.1.2 方法線

“方法線”的建構(gòu)目標(biāo)主要是，在元素化學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)過程中，讓學(xué)生歸納出物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的學(xué)習(xí)方法及化學(xué)反應(yīng)的學(xué)習(xí)方法。以魯科版高中《化學(xué)2》教材為例，在第1章“原子結(jié)構(gòu)與元素周期律”中，通過學(xué)習(xí)原子結(jié)構(gòu)、元素周期律和周期表等知識(shí)，將元素的性質(zhì)與原子結(jié)構(gòu)密切聯(lián)系起來，從中發(fā)現(xiàn)和掌握物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的變化規(guī)律，進(jìn)而從本質(zhì)上認(rèn)識(shí)元素性質(zhì)存在共性與遞變性的原因。

由此可以看出，“方法線”實(shí)際上是一條“暗線”，隱藏在每種物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的學(xué)習(xí)過程中，并隨著學(xué)習(xí)物質(zhì)種類的增加而不斷得到強(qiáng)化。例如，“分類比較、類比遷移”的方法在元素化學(xué)的學(xué)習(xí)中有著廣泛的應(yīng)用。在學(xué)習(xí)完CO2的性質(zhì)后，讓學(xué)生總結(jié)出酸性氧化物的通性，進(jìn)而推出后面所學(xué)SO2的性質(zhì)；通過比較CO2和SO2中C和S的化合價(jià)，應(yīng)用氧化還原反應(yīng)的理論知識(shí)，可以分析得出它們具有的氧化性或還原性。由此不難看出，對(duì)于物質(zhì)通性的學(xué)習(xí)都可以采用此法。如總結(jié)出酸的通性、堿的通性、金屬單質(zhì)的通性、非金屬單質(zhì)的通性等進(jìn)行遷移應(yīng)用。這樣，通過運(yùn)用聯(lián)想、遷移的方法去認(rèn)識(shí)同類物質(zhì)的共性，從中發(fā)現(xiàn)規(guī)律，可以逐步克服對(duì)物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)學(xué)習(xí)的畏難心理。

“方法線”中另一條隱含的線索是化學(xué)反應(yīng)的“規(guī)律線”。規(guī)律是事物之間內(nèi)在的必然聯(lián)系。物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化及其發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)是有規(guī)律的，而規(guī)律是可以被發(fā)現(xiàn)和掌握的。理解和掌握了化學(xué)反應(yīng)之間的規(guī)律，就能避免學(xué)生因死記硬背而產(chǎn)生對(duì)化學(xué)方程式恐懼、混亂、亂用、誤用等問題。在化學(xué)反應(yīng)的諸多規(guī)律中，中學(xué)階段與學(xué)生關(guān)系最為密切的反應(yīng)規(guī)律主要有：復(fù)分解反應(yīng)、置換反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)和離子反應(yīng)等四類反應(yīng)類型（類型之間可能會(huì)有交叉，但不影響研究）。在具體教學(xué)中，通過大量實(shí)例分析、歸納這四類反應(yīng)的反應(yīng)特點(diǎn)和反應(yīng)規(guī)律，引導(dǎo)學(xué)生逐步熟練掌握四類化學(xué)反應(yīng)的規(guī)律，對(duì)于學(xué)生從本質(zhì)上突破化學(xué)方程式和離子方程式的書寫大有裨益。

2.1.3 價(jià)值線

價(jià)值線則從情感態(tài)度與價(jià)值觀的教育目標(biāo)出發(fā)，加深學(xué)生對(duì)常見元素及其化合物學(xué)習(xí)意義的認(rèn)識(shí)，深刻體會(huì)元素化學(xué)對(duì)促進(jìn)社會(huì)進(jìn)步和提高人類生活質(zhì)量方面的重要影響，理解科學(xué)、技術(shù)與社會(huì)的相互作用，形成科學(xué)的價(jià)值觀和實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，提升合作精神、激發(fā)創(chuàng)新潛能、提高實(shí)踐能力。

2.2 建構(gòu)物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)學(xué)習(xí)的“三視角”

在元素化學(xué)的學(xué)習(xí)中，掌握物質(zhì)性質(zhì)尤其是化學(xué)性質(zhì)，無疑是最重要的。物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)復(fù)雜多變，這也折射出物質(zhì)世界的復(fù)雜性和多樣性。學(xué)習(xí)物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)知識(shí)時(shí)，倘若能使知識(shí)結(jié)構(gòu)化，則有利于學(xué)生形成有效的思維模型，養(yǎng)成良好的思維習(xí)慣[4]。從教學(xué)實(shí)踐觀察，分類比較、遷移應(yīng)用的方法是使知識(shí)結(jié)構(gòu)化的有效方法之一。

“三視角”的建構(gòu)對(duì)象為物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)。在學(xué)習(xí)某種物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)時(shí)，采用分類與比較的思維方法，引導(dǎo)學(xué)生從“物質(zhì)的類屬通性、氧化還原性和特性”三個(gè)視角進(jìn)行歸納總結(jié)，培養(yǎng)學(xué)生自主建構(gòu)該物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的知識(shí)結(jié)構(gòu)圖，見圖5所示。

在運(yùn)用“三視角”進(jìn)行學(xué)習(xí)的過程中，必須緊密結(jié)合元素化學(xué)“三線”中的“方法線”的物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的規(guī)律和化學(xué)反應(yīng)的規(guī)律，自覺運(yùn)用“方法線”中的有關(guān)規(guī)律進(jìn)行分析、判斷和理解有關(guān)化學(xué)反應(yīng)的特征，這樣才能對(duì)物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)達(dá)到深刻理解和記憶。如利用元素周期律，加深理解和掌握同周期或同主族元素形成的物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的相似性和遞變性；利用氧化還原反應(yīng)、離子反應(yīng)等規(guī)律進(jìn)行分析、判斷和深刻理解物質(zhì)的各種化學(xué)反應(yīng)特征，最終達(dá)到熟練掌握和應(yīng)用物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的目的。

在具體學(xué)習(xí)某種物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)時(shí)，先從組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)讓學(xué)生分析、確定該物質(zhì)的類屬，進(jìn)而按照該類屬得出其可能具有的化學(xué)通性；繼而再讓學(xué)生從元素化合價(jià)可能升降的角度，分析得出該物質(zhì)可能具有的氧化性或還原性；最后研究該物質(zhì)是否具有其他的特殊性質(zhì)。例如，鋁在一定條件下能與非金屬單質(zhì)、酸（氧化性酸和非氧化性酸）、強(qiáng)堿、鹽溶液、某些金屬氧化物反應(yīng)，是一種化學(xué)性質(zhì)較復(fù)雜、涉及化學(xué)反應(yīng)較多的金屬單質(zhì)，學(xué)生對(duì)此非常懼怕。教學(xué)中，教師講解后讓學(xué)生采用“三視角”法，自主分析、建構(gòu)鋁的化學(xué)性質(zhì)結(jié)構(gòu)圖，收到了比較好的教學(xué)效果，見圖6所示。

需要說明的是，這里所提出的化學(xué)性質(zhì)“三視角”，只是分析物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的三個(gè)角度，并不是劃分物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的三個(gè)絕對(duì)類別。例如，金屬的通性又常表現(xiàn)為金屬的還原性，鐵、鋁常溫下遇濃硫酸、濃硝酸發(fā)生鈍化，既體現(xiàn)了鐵、鋁的還原性，也可以認(rèn)為是鐵、鋁的化學(xué)特性。因此，除物質(zhì)的通性外，其他性質(zhì)的歸類可根據(jù)學(xué)生個(gè)人的學(xué)習(xí)情況做一些個(gè)性化的調(diào)整。另外，從教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，由于初中所接觸的化學(xué)物質(zhì)種類較少，學(xué)生難以形成物質(zhì)的類屬通性，而熟練掌握物質(zhì)的類屬通性無疑是非常重要的。因此，在高中元素化學(xué)的學(xué)習(xí)過程中，教師要舍得花時(shí)間、通過多種方式（作業(yè)、比賽、板報(bào)、作品展覽等）讓學(xué)生逐步了解和完善各類物質(zhì)化學(xué)通性的建構(gòu)，掌握了單質(zhì)、酸、堿、鹽、氧化物等各類物質(zhì)的化學(xué)通性，就為元素化學(xué)的學(xué)習(xí)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3 結(jié)語

教學(xué)實(shí)踐表明，在高中元素化學(xué)的學(xué)習(xí)中，學(xué)生常常存在許多困難。將元素化學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)化，可以有效幫助學(xué)生突破學(xué)習(xí)難點(diǎn)，提升學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)品質(zhì)，在教學(xué)中還有許多問題值得探索。教師只有了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，才能有針對(duì)性地進(jìn)行教學(xué)研究，解決學(xué)生的實(shí)際困難。經(jīng)過幾年來的教學(xué)實(shí)踐探索，立足于知識(shí)結(jié)構(gòu)化和思維模型建構(gòu)的元素化學(xué)教學(xué)的“三線三視角”，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生歸納、整合知識(shí)的能力和創(chuàng)新能力，提升學(xué)生思維品質(zhì)都有一定的促進(jìn)作用。

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