初高中原子結構、元素化合物模塊教學銜接的研究

孔曉宇，翟宏菊，孫德武，郭顥怡

(吉林師范大學 化學學院，吉林 四平 136000)

化學學科的知識體系可以分為六大類：化學用語、基本概念、基本理論、化學實驗、化學計算以及元素化合物知識[1]，這六大類前三種為學習化學學科的基本工具，而后三類則更側重于科學研究、生產生活、以及與實際應用相結合。元素化合物知識作為初高中化學學習內容的主線，也是高等教育體系中化學學科的分支-無機化學的重要組成部分，既是學生學習的重點也是學生學習的難點，元素化合物知識由于原子結構密切相關，因此需要初高中教師共同努力，做好初高中原子結構、元素化合物知識的銜接，使學生形成完整的知識體系。

1 初高中化學原子結構、元素化合物模塊銜接現狀

原子的結構是元素化合物部分的基礎，人教版九年級上冊第三單元：物質構成的奧秘中講述了原子的結構，原子核外電子的排布狀態以及如何書寫元素周期表中前20號元素的原子結構示意圖[2]。通過原子結構示意圖也解釋了初中化學中常見元素的化合價問題。隨后教材對元素周期表進行了簡單的介紹，教師引導學生利用前20號元素的原子結構示意圖對原子核外電子的排布規律進行自主探究[3]。此部分內容是高中化學必修二中學習元素周期表、元素周期律的鋪墊。

必修二學習元素的性質與原子結構時，選取金屬鉀和鈉與水的反應進行對比實驗，得出結論：堿金屬元素的最外層電子數相同， 元素的化學性質相似。對于堿金屬這一族，從上到下原子的電子層數增加，其原子半徑隨之增大，從鋰到銫金屬性增強。對于高一學生的認知體系來說，原子半徑這一概念很陌生，金屬性是以往的學習沒有接觸過的。元素周期表與與原子半徑密切相關，因此導致一部分同學對知識的理解模糊不清。在后續元素周期律的學習的過程中，又涉及到元素的金屬性與非金屬性的規律，元素的金屬性強弱可以通過它們最高價氧化物的水化物-氫氧化物的堿性強弱來判斷，元素的非金屬性強弱可以通過其最高價氧化物的水化物的酸性強弱來判斷[4]。以對比硫元素和氯元素的非金屬性為例，硫元素的最高價為+6價，其最高價氧化物的水化物為硫酸。氯元素的最高價為+7價，其最高價氧化物的水化物為高氯酸。高氯酸的酸性強于硫酸，因此得出結論：氯的非金屬性強于硫。對于高一的學生來說，初中元素化合價的口訣中曾提過：二四六硫都齊全，長期的記憶使得學生對于硫的最高價態為+6價這個事實并不陌生。對于氯的最高價態為+7價，很多學生表示不能理解。在初中化學中的原子結構部分，對于最外層電子數大于4的元素來說，容易得到電子達到穩定狀態，使得元素呈現出負價態。非金屬元素具有正價對于學生來說是不能理解的，硫具有+6價也只是死記硬背而已，其本質并沒有學生真正理解。初中化學僅僅要求學生掌握前20號元素的原子結構，并熟記常見元素的化合價，對于部分學校部分教師來說，應對中考才是化學學習最大的任務，導致此部分知識出現斷層，初高中化學教學銜接出現了問題。

在初中學習原子結構時，教師只要求學生掌握到前20號元素。根據初中范圍講述的核外電子排布規律，第一層最多排布2個電子，第二層最多不超過8個電子，最外層電子數不超過8個，教師通常描述為"2 8 8"原則。高中化學選修三部分，第一章第一節更進一步講述了原子結構。按照電子能量大小的差異，可以將核外電子分成不同的能層，第一能層用符號K表示，第二能層用符號M表示……第七能層用符號N表示。原子核外每一層所容納的最多電子數如表1。

表1 每一能層所能容納的最多電子數

這超出了學生的認知范圍，在學生的原有知識中，每層最多排布8個電子，當學生初次接觸M層最多能排布18個電子時，由于學生原有知識的局限性，學生認為原有知識和當前理論相互矛盾。高中化學又引進了一個新的概念：能級，即同一層的電子能量也可能不同，又可以把他們分為不同的能級。能級從s級開始，能級的數量等于能層的序數[5]。以s、p、d、f……排序，各能級可容納的最多電子數為1、3、5、7的二倍。此部分內容學生初次接觸，又比較微觀抽象，較難接受，是學習當中的難點。選修三又講述了電子排布式，鉀原子的電子排布式為2、8、1，為什么不是2、8、8、1呢？這其中涉及到了構造原理，由于構造原理的理論性較強且抽象難懂。此部分內容在大學無機化學中才有清晰的講述，大多數高中教師能傳授給學生正確的規律，但其中的理論教師并不能完全掌握，并且學生的知識水平理解不到如此高深的程度，這也造成了學生學習的障礙。由此可以看出，初高中、高等教育的教學銜接也存在一定的問題。

化學性質是化學學習生活中很重要的一部分，只有研究清楚各種物質的反應，才能應用于生產生活實踐。研究物質的性質，就要研究物質的結構。化學性質大多數通過化學方程式來表達，初中學生學習化學方程式主要通過死記硬背。在必修一學習非金屬及其化合物-氯的時候，氯氣的化學方程式繁多，單純靠記憶掌握方程式，任務量太大，且容易出錯。如果結合原子的結構來學習物質的化學性質，那么化學方程式就變得很容易。由于氯的最外層有7個電子，容易得到一個電子形成8電子穩定結構，因此具有很強的氧化性。氯氣可以和金屬反應，例如：鐵、銅、鈉，由于鐵和銅都是變價金屬，氯氣可以把變價金屬氧化成最高價。氯氣也可以和非金屬反應，例如：氫氣，也體現了氯氣的氧化性。相反，例如在初中學習置換反應時，鐵與鹽酸反應生成氯化亞鐵，由于鐵為變價金屬，既有正二價，又有正三價，很多學生不明白其中的原因，容易記混淆。在選修三講物質的結構時，講述了鐵原子的核外電子排布式，學生才能真正理解其中的原因。

2 初高中化學原子結構、元素化合物模塊銜接的解決措施

首先，初高中化學教師都應該轉變教學觀念。九年級化學尚處于義務教育階段，其目的在于培養學生的科學素養，熟悉化學基本概念、生活中常見的化學物質及其應用和基本的實驗操作。而大多數教師迫于中考的壓力，大部分的學習時間都在進行題海戰術，不僅限制了學生的思維能力和創造能力，也使部分學生產生了厭學情緒。高中化學是初中化學的深入，高等化學的基礎，其重要性不言而喻。由于高中化學的理論性更深，難度更大，且學生的課業壓力繁重，大部分教師都把重點放在了高考的準備上，這也是一部分學生理論基礎扎實，但是實驗的動手能力很差。化學教師的教學應該注重理論的扎實性、實驗的操作性、理論與現實的聯系性，使學生真正的了解化學，應用化學。

其次，初高中化學教師都應該熟悉中學化學教材，具備完整的知識體系，而不是一昧的依靠總結出來的規矩，口訣去解題，把學生變成了只會解題的機器。只有對教材有深入的了解，初三教師才能根據高中課程及學生現階段的認知水平展開鋪墊性、延伸性的教學。高中教師也能根據學生已有的知識理論進行教學上的銜接，形成教學上良好的過渡。