關(guān)于元素化學(xué)教學(xué)的體會和幾點(diǎn)建議*

李襄宏，張丙廣，黃 濤，唐定國

(中南民族大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430074)

無機(jī)化學(xué)作為大學(xué)化學(xué)相關(guān)專業(yè)的第一門基礎(chǔ)必修課程，其知識體系包含基礎(chǔ)理論和元素化學(xué)兩大塊，對學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)起著承前啟后的作用。其中，基礎(chǔ)理論包含四大平衡(酸堿平衡、沉淀-溶解平衡、氧化-還原平衡以及配位平衡)、化學(xué)熱力基礎(chǔ)以及物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論，在后續(xù)的分析化學(xué)、物理化學(xué)以及結(jié)構(gòu)化學(xué)中還會做更為深入的學(xué)習(xí)。因此，最能體現(xiàn)無機(jī)化學(xué)特點(diǎn)的其實(shí)是元素化學(xué)[1]。元素化學(xué)是無機(jī)化學(xué)的核心所在，現(xiàn)代化學(xué)中的許多新發(fā)現(xiàn)、新理論都與元素化學(xué)有關(guān)，許多與生活密切相關(guān)的新材料的出現(xiàn)也都依賴于元素及其化合物的獨(dú)特性質(zhì)。因此，可以說元素化學(xué)是科技工作者認(rèn)識物質(zhì)世界，研究和開發(fā)新材料不可缺少的基礎(chǔ)知識，教好和學(xué)好元素化學(xué)十分重要。本文結(jié)合筆者的教學(xué)實(shí)踐談?wù)勗亟虒W(xué)過程中的體會和一些做法。

1 元素化學(xué)教學(xué)的現(xiàn)狀

元素化學(xué)以化學(xué)原理為基礎(chǔ)，以元素周期系為指導(dǎo)，包含周期表中重要的元素單質(zhì)及其典型化合物的制備、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及性質(zhì)遞變規(guī)律，主要為敘述性材料。其內(nèi)容繁雜，頭緒眾多，知識量大，對學(xué)生而言是“一看就懂、一聽就煩、一放就忘、一用就不會”；對教師而言，則是花費(fèi)大量精力卻難見成效。特別是在基礎(chǔ)課程學(xué)時不斷壓縮的情況下，在實(shí)際教學(xué)過程中為保證基礎(chǔ)理論知識的傳授，大量壓縮元素化學(xué)部分的教學(xué)時數(shù)，導(dǎo)致元素化學(xué)的內(nèi)容通常都是在極其匆忙的“照本宣科式”講授中草草收場，教師教得吃力痛苦，學(xué)生學(xué)得乏味糊涂。

鑒于元素化學(xué)“多”而“雜”、“散”而“干”的弊端，怎樣讓學(xué)生喜歡元素化學(xué)，如何創(chuàng)設(shè)生動、活潑的教學(xué)局面以改善教學(xué)效果，很多一線教師根據(jù)自己的教學(xué)實(shí)踐探索總結(jié)了不少教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，嘗試了不少值得借鑒的教學(xué)方法如對比、演繹、歸納、討論等[2-5]，以及如主線式、開放式、探究式等多種教學(xué)模式[6-8]。無論采取什么教學(xué)策略，元素化學(xué)教學(xué)始終圍繞結(jié)構(gòu)-性質(zhì)-應(yīng)用及元素電勢圖兩條主線，結(jié)合理論知識推知物質(zhì)的物理及化學(xué)性質(zhì)。

2 學(xué)習(xí)元素化學(xué)存在的問題

元素化學(xué)內(nèi)容大多為敘事性材料，且涉及各種化學(xué)現(xiàn)象和眾多化學(xué)反應(yīng)，很多學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中望“反應(yīng)”而興嘆，學(xué)習(xí)興趣不高。造成這種局面的主要原因除了與教學(xué)內(nèi)容的組織形式以及采取的教學(xué)策略有關(guān)外，還與學(xué)生學(xué)習(xí)元素化學(xué)過程中的以下問題有關(guān)：

(1)過于夸大反應(yīng)方程式的重要性，機(jī)械記憶多，理解記憶少

元素化學(xué)的教材是按元素及其化合物的存在、制備、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)與應(yīng)用的順序編寫，形式千篇一律。而且，無論存在、制備還是性質(zhì)，基本是以反應(yīng)方程式的形式直觀呈現(xiàn)。結(jié)合中學(xué)的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，很多學(xué)生片面認(rèn)為反應(yīng)方程式最為重要，甚至以為只要把方程式記下來，就能學(xué)好元素化學(xué)。因此，一味地花費(fèi)大量的精力去機(jī)械記憶眾多的反應(yīng)方程式，結(jié)果卻得不償失。殊不知，各物質(zhì)之間的化學(xué)反應(yīng)取決于其元素及化合物性質(zhì)的規(guī)律，只需掌握其基本通性，找到各物質(zhì)之間的內(nèi)在聯(lián)系，就能輕松地寫出這些化學(xué)反應(yīng)式。

(2)知識前后的銜接認(rèn)知不足，歸納總結(jié)及應(yīng)用能力欠缺

無機(jī)化學(xué)教材中，基本化學(xué)原理安排在前，元素化學(xué)安排在后，盡管其中穿插了熱力學(xué)及物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論用于解釋元素性質(zhì)，但總體安排相對元素這條主線來說比較凌亂，不利于學(xué)生學(xué)習(xí)，也造成學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中不能將元素化學(xué)部分與化學(xué)原理知識很好地對接并形成邏輯關(guān)系嚴(yán)密的知識網(wǎng)。雖然熟知物質(zhì)的性質(zhì)主要是水溶性(包括在水中的溶解程度、水解等)、熱穩(wěn)定性、氧化還原性、絡(luò)合性，卻只知記憶哪些物質(zhì)有哪些性質(zhì)這些結(jié)論性的知識點(diǎn)，不善于將其與離子極化、價電子等原理性知識歸納聯(lián)系起來，對一些熟知的事實(shí)性結(jié)果無法用相關(guān)原理進(jìn)行解釋說明，透過現(xiàn)象探究本質(zhì)的應(yīng)用能力欠缺。

(3)不重視元素化學(xué)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)與理論脫節(jié)

化學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)學(xué)科，無機(jī)化學(xué)中的元素化學(xué)包含成千上萬個化學(xué)反應(yīng)。這些化學(xué)反應(yīng)構(gòu)成了我們豐富多彩的世界。透過這些化學(xué)反應(yīng)，便能了解神奇的物質(zhì)世界千變?nèi)f化的規(guī)律。因此，元素性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，無疑是學(xué)習(xí)和掌握元素化學(xué)的重要途徑之一。盡管在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，筆者一再強(qiáng)調(diào)元素實(shí)驗(yàn)的重要性，并在實(shí)驗(yàn)報告撰寫中引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果歸納總結(jié)元素特性，但效果并不明顯。很多學(xué)生認(rèn)為元素性質(zhì)實(shí)驗(yàn)操作簡單，顏色千變?nèi)f化，做實(shí)驗(yàn)時興趣盎然，卻只是按部就搬，并不注意實(shí)驗(yàn)內(nèi)容安排的規(guī)律性及邏輯性，做完就忘，上交的實(shí)驗(yàn)報告基本上都是事實(shí)現(xiàn)象的描述和具體的化學(xué)反應(yīng)式，絲毫未將其與學(xué)過的理論知識進(jìn)行聯(lián)系，歸納總結(jié)極少。

3 教學(xué)中的具體策略

興趣是學(xué)習(xí)最好的老師。關(guān)于如何提高學(xué)生學(xué)習(xí)元素化學(xué)的興趣，改善元素化學(xué)的教學(xué)效果，很多一線教師提出諸如結(jié)合化學(xué)史、結(jié)合生活、結(jié)合環(huán)境等具體實(shí)例講述元素化學(xué)內(nèi)容，取得了一定的成績[9]。許多新穎的教學(xué)方法和教學(xué)模式的探索也是以引起或強(qiáng)化學(xué)生興趣為首要前提，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，從而達(dá)到一定的教學(xué)目標(biāo)。但是，這里需要強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)的是，記憶是學(xué)習(xí)一切課程學(xué)習(xí)的關(guān)鍵。在有興趣的基礎(chǔ)上，記憶無疑是學(xué)習(xí)和掌握一門課程的最快途徑。遺憾的是，很多學(xué)生空有學(xué)習(xí)興趣，在面對浩瀚如海的元素化學(xué)知識時，仍然覺得學(xué)習(xí)困難，因?yàn)橐浀闹R點(diǎn)實(shí)在是太多了。單純地依靠機(jī)械記憶、不會遷移變通，是無法學(xué)好元素化學(xué)的。筆者結(jié)合實(shí)際教學(xué)過程中的具體案例給出以下幾點(diǎn)建議，僅供參考，如有不妥之處，敬請批評指正。

(1)以價電子構(gòu)型為切入點(diǎn)，將氧化-還原反應(yīng)記憶變簡單

氧化-還原反應(yīng)是四大反應(yīng)類型中最為靈活、學(xué)生最難記憶的一類反應(yīng)，與元素性質(zhì)聯(lián)系也最為緊密。對一些不常見的元素及化合物涉及的反應(yīng)，通常先以元素電勢圖及化學(xué)熱力學(xué)理論分析氧化-還原反應(yīng)的可能性，進(jìn)而書寫反應(yīng)方程式。但是對大多數(shù)常見元素來說，只要熟知元素的電子構(gòu)型，即可快速分析出其氧化態(tài)，從而初步分析其氧化性或還原性特征，進(jìn)而在兩種物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)時做出正確的判斷及產(chǎn)物的預(yù)測，這里以硫S元素為例(如圖1所示)。過渡金屬元素同樣具有多種氧化數(shù)，其表現(xiàn)氧化性還是還原性，同樣可由電子構(gòu)型推知。值得注意的是，需要記憶一些常見化合物在酸堿介質(zhì)中的不同形態(tài)。

圖1 硫元素的價電子構(gòu)型與其氧化-還原性質(zhì)的關(guān)系示意圖

(2)尋找典型化合物，盡可能多角度聯(lián)系理論知識，增強(qiáng)記憶邏輯性

(3)注意異常性及特殊性，增強(qiáng)對現(xiàn)象的理論分析能力，減少對機(jī)械記憶的依賴

化學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)學(xué)科，許多元素性質(zhì)的規(guī)律總結(jié)都來源于對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的系統(tǒng)分析。因此，許多實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象也都可以通過共性規(guī)律得到解釋。當(dāng)然，也會出現(xiàn)一些特殊性。比如在溶液中，(Na+/Na)=-2.74 V，(Ca2+/Ca)=-2.87 V，由該數(shù)據(jù)可知在溶液中這兩種金屬反應(yīng)的活潑性Na