初中化學元素觀建構的教學實踐研究

■天津市第四十三中學 吳凱倫

化學元素概念的建立，標志著近代化學的誕生。化學元素是化學學科的基礎，這是化學和其他自然學科的最大區別，也是化學教育的核心內容。元素觀是在學生學習“原子”“離子”“原子結構”“元素”等事實性知識的基礎上，體驗、提煉、反思形成的最基本的概括性認識。

一、元素觀的內涵

綜合何彩霞、梁永平、單光云等學者對元素觀的論述，中學階段元素觀主要包括三個方面的內容：“對元素的認識”“從元素角度看物質”“從元素角度看化學反應”，具體內容如下。

（一）對元素的認識

基本理解：核電荷數（即核內質子數）決定了元素的種類，每種元素都有規定的符號和名稱；按照一定標準可以對元素進行分類；元素化合價與元素原子的最外層電子有關；元素性質呈周期性變化，元素周期表是這種周期性變化的表現形式。

（二）從元素角度看物質

基本理解：物質是由元素組成的，物質的多樣性與元素的有限性相統一；元素在一個體系內分布是保持相對平衡；物質可以按照元素組成進行分類；化學式表示物質的元素組成；物質的化學性質與其組成元素有關。

（三）從元素角度看化學反應

基本理解：在化學反應中元素的種類和質量不變，即化學變化過程中元素不變；含相同元素的不同物質之間可以相互轉化；根據化學反應前后元素種類不變，預測并實驗測定物質的元素組成。

二、元素觀的教育價值

（一）促進學生形成從元素視角認識物質及其變化的思維方式

（二）提高分析復雜問題找出關鍵要素的能力

無論是古代還是現代、中國還是外國，雖然對組成物質的基本成分的數目和解釋并不完全相同，但是都認為豐富多彩、千變萬化的物質世界可以歸結到若干種基本元素。元素觀的教學，對學生最有價值就是看事物要抓核心要素的思想。分析問題抓核心，解決問題有依據，這種化學智慧是需要在學習過程幫助學生體會并感悟的，對日后學習、生活和工作中，分析復雜問題時的價值判斷有著重要的影響。

三、元素觀的進階教學策略

（一）感知建立階段

元素觀的感知建立階段：人教版九年級《化學》緒言到第五單元。

1.整體把握，分散難點。

在元素觀的建構過程中，難點知識主要集中在對原子和元素概念的理解、元素符號和化學式的意義和書寫、元素守恒的理解，這些難點多數集中在第三單元，學生的學習困難較大。教師要在整體建構的過程中做好規劃，將它們適時地分散到教學中，借助常見的物質和變化，幫助學生在逐漸滲透中達到理解。

緒言的教學，介紹豐富的物質世界是由元素組成的基本認識。

第一單元的教學，介紹常見元素的符號，利用學生對化學的好奇心促進記憶。

第二單元的教學，介紹本單元出現的純凈物的化學式，引導學生通過觀察化學式了解元素的組成情況；在文字表達式的基礎上，標注各物質的化學式，引導學生觀察反應物和生成物出現的元素種類，初步感受化學變化中的元素種類不變。

旋轉電極法是以金屬或合金為自耗電極，其端面受電弧加熱而熔融為液體，并在電極高速旋轉的離心力的作用下,將液體拋出并粉碎為細小液滴，其原理結構如圖4所示。一般來說，旋轉電極的冷卻速率約為103～104K/s，電極的旋轉速度為10 000～30 000 r/min，制備的粉體粒度隨著電極旋轉速度、電極直徑的增大而減少，范圍通常在50～350μm之間[12,13]。

第三單元在原子的基礎上建立元素的概念，介紹元素符號的意義和元素周期表，初步建立從原子角度分析純凈物和混合物的元素組成的思路。

第四單元課題3——水的組成，借助電解水實驗和微觀圖示，建立學生對元素守恒的定性認識。

第五單元通過對質量守恒定律的微觀分析，可以結合具體質量，建立學生對元素守恒的定量認識。

2.形象類比，形成概念。

元素概念是化學元素觀的核心概念，沒有清晰、深刻的元素概念，就不可能形成科學的化學元素觀。元素是在原子基礎上建立的抽象集合概念，由于學生無法親身感知，學習困難較大。教學中可以通過原子模型，創設活動，把抽象的元素概念具體化、形象化，幫助學生降低概念學習的難度，突破教學難點。

教學案例1：人教版九年級《化學（上冊）》第三單元“物質構成的奧秘”課題3——元素

教師：同學們，咱們一起來做個游戲，游戲的名字叫“尋找氧原子”，請盡可能多地寫出含氧原子的物質。

學生：氧氣、二氧化碳、四氧化三鐵、五氧化二磷……

教師：如果一個紅球代表一個氧原子，我們把上述物質中的氧原子拿出來放到一起，就形成了一堆氧原子，其中每個氧原子的質子數都是8，我們稱一堆氧原子為“氧元素”（如圖），因此元素是質子數（即核電荷數）相同的一類原子的總稱，比如氧元素就是質子數為8的氧原子的總稱。

（二）應用提升階段

元素觀的應用提升階段：人教版九年級《化學》第六單元到第十二單元。

1.用元素的觀點整合知識。

元素觀建構的最終目標是使學生頭腦中形成穩定的認識視角，運用元素觀整合已學知識，使之形成清晰的認知結構。比如第六單元“碳及碳的化合物”，學生會感覺物質數目多、物質性質多、化學反應多，往往造成學習的分化。因此單元復習時，可以嘗試以“碳元素”為核心，引導學生整合已學知識，提升認識水平。首先，借助物質分類體系，梳理出本單元“碳家族”各成員的物質類別；其次，以物質性質為依據，建立“碳家族”各成員之間的轉化關系，書寫相應的化學方程式；最后，對比學生易混淆的碳和一氧化碳發生的化學方程式，引導學生發現兩種物質可燃性和還原性都是在化學反應中結合氧元素，但由于結合的難易程度不同，反應的條件也有所不同。

2.用元素的觀點思考問題。

運用元素觀指導知識學習和問題解決， 通過應用性學習，在體驗和反思中提升對元素觀的認識，如從元素的角度理解并解決煤炭中硫元素和氮元素燃燒后生成二氧化硫和二氧化氮污染環境的問題；從元素角度合理選擇礦石進行工業煉鐵；從元素的角度分析看待金屬、酸、堿各類物質具有相似的化學性質；從元素角度看待農作物生長、人體健康與化學元素的關系。

教學案例2：人教版九年級《化學（下冊）》第八單元“金屬和金屬材料”課題3——金屬資源的利用和保護。

教師：某地區有三種鐵礦石儲量豐富：①鋁土礦（主要成分是Al2O3）②赤鐵礦（主要成分是Fe2O3）③黃鐵礦（主要成分是FeS2）。若你是煉鐵廠的工程師，你會選擇哪種礦石作為煉鐵的原料？

學生：我不選擇鋁土礦！都沒有鐵元素，怎么煉鐵！

教師：說得太好了！制取一種物質，就要選擇含相應元素的物質作為反應物！赤鐵礦和黃鐵礦都含有鐵元素可以用于煉鐵，若從保護環境的角度考慮，你會選擇哪一種？

學生：我會選擇赤鐵礦，因為黃鐵礦的主要成分是FeS2，含有硫元素，我擔心會像煤中的硫元素燃燒后產生有害氣體二氧化硫！

教師：明智的選擇，老師替當地的居民謝謝你！

綜上所述，在初中化學教學中，以建構元素觀為重點和目標的教學，應該是在教師對元素觀整體理解的前提下，合理組織教材內容，用元素觀統領具體知識的教學。特別需要強調，第一，元素觀的建立是一個循序漸進的過程，是學生認識發展螺旋式上升的過程，切不可“一步到位”；第二，元素觀的形成與微粒觀、分類觀密不可分，因此在教學中倡導多觀并舉，切不可“顧此失彼”。