談高中化學元素觀的教學功能及教學方法

摘要：指出高中階段中的“化學元素觀”是在初中化學和高中各年級化學教學基礎上通過不斷概括、提煉、建構起來的觀念體系，論述了高中化學元素觀的內涵及其教學功能，提出了以化學元素觀促進元素化合物知識結構化的教學方法。

關鍵詞：化學元素觀；教學功能；結構化

文章編號：1005–6629（2014）6–0022–04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1 問題的提出

元素化合物知識是中學化學的基本知識，它本身具有內容多、分布廣、瑣碎的特點，需要記住內容多，而且易忘。所以一直以來都是教學的難點，學生很難自主地將已經學習過的有限的元素化合物知識點結構化、系統化，也常感覺自己把內容都記住了，但到了解決問題時卻束手無策，難以提取所需要的知識。如何能讓學生學會構建系統化、結構化的知識網絡，真正使零散、孤立的知識變得有序、清晰呢？以化學元素觀為基礎結構化元素化合物知識是解決上述問題的有效途徑之一。

2 高中化學教學中的化學元素觀內涵和教學功能分析

化學元素觀是化學觀念中的核心觀念，關于化學元素觀國內有許多學者作過論述。朱玉軍認為：“元素觀和微粒觀是對世界本原的回答，同時體現了化學學科有別于其他學科的獨特的元素視角和在原子、分子層次上研究物質的組成、結構、性質及變化的具有定義作用的特征，可以涵蓋化學元素，元素周期表（律），原子、分子、離子，化學鍵和分子間作用力（微粒的結合方式和運動狀態），物質的多樣性取決于構成的微粒及其結合方式（結構決定性質），生命的化學元素基礎等主題[1]”；梁永平提出化學元素觀的基本內涵包括五個方面：（1）物質都是由元素組成的；（2）物質可以按照元素組成進行分類；（3）化學式表示物質的元素組成；（4）物質間的轉化本質是元素原子間的重新組合；（5）元素是同一類原子的總稱[2]；何彩霞也提出“元素觀大致包括三方面含義：一是對元素的認識，包括什么是元素、元素的種類、元素的性質等。二是從元素視角看物質，即元素與物質有什么關系，具體包括元素組成與物質的分類、性質有什么關系等。三是從元素角度看化學反應，即元素與化學反應有什么關系，在化學反應中元素種類是否發生變化、含有同種元素的不同物質之間的轉化存在什么規律等[3]”；王磊等指出元素化合物知識的教學功能有三方面：（1）元素化合物知識承載著落實STSE教育的重要功能；（2）元素化合物知識學習有助于學生深化理解基本概念和理論；（3）元素化合物知識學習是培養和提高學生化學學科能力的重要途徑[4]。

筆者綜合以上論述認為：化學元素觀是化學有別于其他學科的特有觀念，在化學基本觀念中處于核心地位，也是其他化學觀念的基礎，它作為邏輯主干使零散的元素化合物知識得以貫通、概括、提升、結構化和系統化，能為學生深刻理解化學知識提供基本框架。高中階段中的“化學元素觀”在初中化學和高中各年級化學教學基礎上通過不斷概括、提煉、建構起來的觀念體系，教學中強調用化學元素觀分析和結構化元素化合物的組成、結構、性質、變化和應用。高中化學教學中的化學元素觀內涵、教學功能研究如下：

2.1 高中化學教學中化學元素觀的內涵

2.1.1 元素是組成物質的基本單元，元素的有限性決定了無限、多樣性物質的有序性

元素的本來意義是物質的基本單元，是世間萬物的組成者，即物質統一性的表現。種類浩繁的物質世界只是一百多種元素組合而成的，每種物質只是由少數幾種基本元素按照不同的方法組合而成。出于人們學習和研究的需要，物質按組成元素進行分類，體現出人類認識物質的有序性。如無機物分為單質和化合物，化合物分為有機化合物和無機化合物，無機化合物包括氧化物、酸、堿、鹽等。含有相同價態元素（或官能團）的化合物一般具有相似的化學性質。如含Fe2+的化合物一般具備還原性；含有-COOH的有機物一般具有水溶性、酸性、易發生酯化反應等；多價態的元素在物質中處于低價時一般具有還原性，處于高價態時一般具有氧化性，中間價態一般既有氧化性又有還原性（即：高價氧化低價還，中間價態兩邊轉）。

門捷列夫在似乎雜亂無章的元素中找出了自然的秩序，他的周期表使化學變得有條有理，明明白白。學生利用周期表中的遞變規律推斷其他元素及其化合物的性質，而不必做每一個實驗來分析和比較。現代化學家們對元素周期表進行了更深入的研究，收集了大量準確、可靠、新穎的有關元素存在情況、性質、結構等方面的數據，極大地豐富了元素周期表的內容，反映出元素性質有關數據變化的周期性和重復性，進一步顯示了各元素是有內在聯系的統一體，即元素的有限性決定了無限、多樣性物質的有序性。

2.1.2 元素以分子、原子、離子等微粒構成物質，微粒種類和構成方式的差異決定了物質性質的差異

化學元素觀是人們認識客觀世界的物質組成及其規律性在人腦里形成的概括映象，屬于主觀性知識。自然界的各種物質都是由分子、原子、離子等基本粒子構成的，屬于客觀存在，主觀符合客觀，并正確地反映客觀實際。從化學元素視角認識物質的“個性”，物質性質與構成物質的微粒種類、微粒的結合方式、相互作用方式等密切相關。物質的構成微粒存在細微差別，會引起物質性質上的巨大差異，如Na2O和Na2O2、SO2和SO3組成物質的元素種類相同但其形態不同，物質性質不同，Na2O2具有氧化性而Na2O沒有，SO2具有還原性而SO3沒有；同素異形體組成元素相同，但構成的原子結合方式不同，造成單質間物理性質相差非常大，如金剛石、石墨和C60；有機物中同分異構體也是組成元素相同，構成的原子結合方式和空間排布不同，它們的物理性質和化學性質都存在較大差異。

2.1.3 物質發生化學變化是元素原子間的重新組合，物質轉化過程遵循化學變化基本規律

建立化學元素觀能促進學生超越具體的事實性知識，經過深層思維，增進學生對化學知識的深層理解。元素周期表和周期律通過對元素化合物知識進行整合，建立了以周期、族為系列形成對物質性質遞變規律的認識，元素周期表是元素化合物知識結構化、系統化、規律化一條最佳途徑。同時，在學習周期表時要啟發學生深刻理解元素化合物知識的個別性、特殊性和普遍性。如，NH3是ⅤA族氫化物，需要深入理解它的三方面性質：個別性-可以作為配體形成配合物，特殊性-由于氫健導致熔沸點高、易液化，普遍性-都具有堿性和還原性。

2.2.2 拓展了認識物質轉化過程個性差異的視角

物質性質決定了物質的用途、制法、保存等，不認識物質性質，就不可能理解物質的應用，而物質的性質是由其元素組成和內部結構所決定的，不從組成和結構角度認識物質性質，就難以形成對物質性質的深入理解。建立化學元素觀，能幫助學生從元素組成的角度認識物質性質的差異，以及轉化過程的差異或表現出來現象差異的本質原因，就是組成元素或元素存在狀態的差異和元素的原子相互結合、相互作用方式的差異共同產生的結果；也能幫助學生從構成生命基本單元中的分子、原子相互結合和作用方式千變萬化的角度，認識生命現象的千姿百態，理解生命的奧秘；還能引導學生從物質結構決定物質性質角度，增進學生對化學知識的深層思維和深刻理解。學生認識物質性質和轉化的視角拓展了，就使具體元素化合物知識的學習為學生化學元素觀的認識發展提供支撐，使學生化學元素觀的認識伴隨具體知識的學習而逐漸發展。

2.2.3 構建了“宏觀-微觀-符號”三位一體結構化元素化合物知識的思維模型

物質間的轉化本質是元素原子之間的重新組合，物質的性質體現在宏觀變化過程中，物質的微觀組成是理解性質和變化實質的依據，而化學符號則是表達宏觀與微觀之間的橋梁和中介，“宏觀-微觀-符號”三位一體既是化學學科特有的思維方式，也是化學教學過程中的內在要求[5]。

建立化學元素觀，有利于幫助學生構建“宏觀-微觀-符號”三位一體結構化元素化合物知識的思維模型。實際上，宏觀現象、微觀本質向符號表達抽象的過程，就是用化學符號對物質組成元素和元素原子的轉化過程進行簡明、形象、逼真的描述和反映的過程，也是深入領會化學元素觀基本內容的過程；由符號表征到宏觀表征和微觀表征的過程，實際就是挖掘符號的宏觀與微觀涵義的過程，也是深刻理解化學元素觀本質意義的過程。

構建“宏觀-微觀-符號”三位一體認識物質性質和轉化的思維模型，能幫助學生深入理解物質的靜態結構和化學性質、動態結構和化學反應之間的關系，也能促進學生全面掌握分子的結構-性質-反應之間相互作用規律，還可以引導學生從精確考察物質的微觀構成出發，判斷化學反應的“可能”與“不可能”，預示產物的構型和性能，以提高化學理論指導實踐的能力，預示著向化學科學的“自由王國”不斷逼近。

3 以化學元素觀為基礎結構化元素化合物知識，深度理解化學知識

由符號教學走向邏輯教學和意義教學的統一，這種教學稱為深度教學。深度教學，并不是追求教學內容的深度和難度，不是指教學內容越難越好，而是相對于知識的內在構成要素而言，知識教學不停留在符號表面，豐富知識教學的層次，實現知識教學的豐富價值[6]。元素化合物知識結構化是認識到各物質之間的關聯性和共同特征，把所學具體物質的相關知識形成組塊，形成良好的知識結構，經過學生的認知，在頭腦中組織起來，最終形成學生的認知結構。以化學元素觀為基礎，實現元素化合物知識和思維的系統化、有序化和結構化，學生對相關事實、概念進行深入理解，形成對元素化合物知識的認知結構。所以，以化學元素觀結構化元素化合物知識的教學應該是深度教學的途徑之一。

3.1 以核心元素為主線結構化元素化合物知識

進行金屬及其化合物性質的復習時，就可首先引導學生按“金屬單質——氧化物——最高價氧化物對應的水化物——鹽”這一物質分類的線索，書寫出金屬相應的一些典型化合物之間的轉化關系，并完成相關化學方程式的書寫；同樣，非金屬也是按照“非金屬氫化物——非金屬單質——氧化物——最高價氧化物對應的水化物——鹽”這一物質分類的線索，進行以上步驟的教學。應用周期表相關知識，也可對典型元素及其化合物知識進行適當遷移和拓展，這樣的復習就不是停留在物質的化學式和化學方程式等化學符號表層的簡單回憶上。

通過深度感知元素化合物知識結構的形成過程、相互聯系，深刻理解元素化合物知識的點、線、面、網交織的結構，使學生原有的認知結構發生調整或變化，對信息進行編碼，從而建構新的認知結構。它不僅對培養學生有序的分析物質之間轉化關系、解決元素化合物有關物質應用和制備等問題的能力非常重要，而且能把學生的思維聚焦并引導到化學元素觀內涵的基本理解上。

3.2 以化學基本原理為主線結構化元素化合物知識

化學基本概念和基礎理論的知識生長點都是元素化合物知識。事實上，化學基本概念和基礎理論往往是物質及其變化規律的高度概括[7]。在元素化合物知識的結構化教學中，引導學生利用氧化還原反應規律認識和解決元素化合物的相關問題，以氧化性或還原性為核心，將物質知識有序化和結構化。如在復習硫及其化合物中的正四價硫元素的氧化性和還原性時，以SO2的氧化性和還原性作為鋪墊，引導學生從試劑選擇、選擇依據、可能的實驗現象、實驗結論、有關反應的離子方程式等方面，對Na2SO3的還原性和氧化性進行預測探究，就基本達成了結構化+4價硫元素知識的目的。

參考文獻：

[1]朱玉軍.中學化學的基本觀念探討[J].中國教育學刊，2013，（11）：70～74.

[2]梁永平.論中學生化學元素觀的建構[J].化學教育，2007，（11）：10～15.

[3]何彩霞.引導學生從元素視角認識物質及其轉化——以“金屬及其化合物”教學為例[J].化學教學，2013，（9）：27～29.

[4][7]姜言霞，王磊，支瑤.元素化合物知識的教學價值分析及教學策略研究[J].課程·教材·教法，2011，2（9）：106～112.

[5]張發新.基于“宏觀·微觀·符號”有機融合的教學實踐與思考[J].中學化學教學參考，2013，（8）：24～26.

[6]郭元祥.知識的性質、結構與深度教學[J].課程·教材·教法，2009，（11）：17～23.

2.2.2 拓展了認識物質轉化過程個性差異的視角

物質性質決定了物質的用途、制法、保存等，不認識物質性質，就不可能理解物質的應用，而物質的性質是由其元素組成和內部結構所決定的，不從組成和結構角度認識物質性質，就難以形成對物質性質的深入理解。建立化學元素觀，能幫助學生從元素組成的角度認識物質性質的差異，以及轉化過程的差異或表現出來現象差異的本質原因，就是組成元素或元素存在狀態的差異和元素的原子相互結合、相互作用方式的差異共同產生的結果；也能幫助學生從構成生命基本單元中的分子、原子相互結合和作用方式千變萬化的角度，認識生命現象的千姿百態，理解生命的奧秘；還能引導學生從物質結構決定物質性質角度，增進學生對化學知識的深層思維和深刻理解。學生認識物質性質和轉化的視角拓展了，就使具體元素化合物知識的學習為學生化學元素觀的認識發展提供支撐，使學生化學元素觀的認識伴隨具體知識的學習而逐漸發展。

2.2.3 構建了“宏觀-微觀-符號”三位一體結構化元素化合物知識的思維模型

物質間的轉化本質是元素原子之間的重新組合，物質的性質體現在宏觀變化過程中，物質的微觀組成是理解性質和變化實質的依據，而化學符號則是表達宏觀與微觀之間的橋梁和中介，“宏觀-微觀-符號”三位一體既是化學學科特有的思維方式，也是化學教學過程中的內在要求[5]。

建立化學元素觀，有利于幫助學生構建“宏觀-微觀-符號”三位一體結構化元素化合物知識的思維模型。實際上，宏觀現象、微觀本質向符號表達抽象的過程，就是用化學符號對物質組成元素和元素原子的轉化過程進行簡明、形象、逼真的描述和反映的過程，也是深入領會化學元素觀基本內容的過程；由符號表征到宏觀表征和微觀表征的過程，實際就是挖掘符號的宏觀與微觀涵義的過程，也是深刻理解化學元素觀本質意義的過程。

構建“宏觀-微觀-符號”三位一體認識物質性質和轉化的思維模型，能幫助學生深入理解物質的靜態結構和化學性質、動態結構和化學反應之間的關系，也能促進學生全面掌握分子的結構-性質-反應之間相互作用規律，還可以引導學生從精確考察物質的微觀構成出發，判斷化學反應的“可能”與“不可能”，預示產物的構型和性能，以提高化學理論指導實踐的能力，預示著向化學科學的“自由王國”不斷逼近。

3 以化學元素觀為基礎結構化元素化合物知識，深度理解化學知識

由符號教學走向邏輯教學和意義教學的統一，這種教學稱為深度教學。深度教學，并不是追求教學內容的深度和難度，不是指教學內容越難越好，而是相對于知識的內在構成要素而言，知識教學不停留在符號表面，豐富知識教學的層次，實現知識教學的豐富價值[6]。元素化合物知識結構化是認識到各物質之間的關聯性和共同特征，把所學具體物質的相關知識形成組塊，形成良好的知識結構，經過學生的認知，在頭腦中組織起來，最終形成學生的認知結構。以化學元素觀為基礎，實現元素化合物知識和思維的系統化、有序化和結構化，學生對相關事實、概念進行深入理解，形成對元素化合物知識的認知結構。所以，以化學元素觀結構化元素化合物知識的教學應該是深度教學的途徑之一。

3.1 以核心元素為主線結構化元素化合物知識

進行金屬及其化合物性質的復習時，就可首先引導學生按“金屬單質——氧化物——最高價氧化物對應的水化物——鹽”這一物質分類的線索，書寫出金屬相應的一些典型化合物之間的轉化關系，并完成相關化學方程式的書寫；同樣，非金屬也是按照“非金屬氫化物——非金屬單質——氧化物——最高價氧化物對應的水化物——鹽”這一物質分類的線索，進行以上步驟的教學。應用周期表相關知識，也可對典型元素及其化合物知識進行適當遷移和拓展，這樣的復習就不是停留在物質的化學式和化學方程式等化學符號表層的簡單回憶上。

通過深度感知元素化合物知識結構的形成過程、相互聯系，深刻理解元素化合物知識的點、線、面、網交織的結構，使學生原有的認知結構發生調整或變化，對信息進行編碼，從而建構新的認知結構。它不僅對培養學生有序的分析物質之間轉化關系、解決元素化合物有關物質應用和制備等問題的能力非常重要，而且能把學生的思維聚焦并引導到化學元素觀內涵的基本理解上。

3.2 以化學基本原理為主線結構化元素化合物知識

化學基本概念和基礎理論的知識生長點都是元素化合物知識。事實上，化學基本概念和基礎理論往往是物質及其變化規律的高度概括[7]。在元素化合物知識的結構化教學中，引導學生利用氧化還原反應規律認識和解決元素化合物的相關問題，以氧化性或還原性為核心，將物質知識有序化和結構化。如在復習硫及其化合物中的正四價硫元素的氧化性和還原性時，以SO2的氧化性和還原性作為鋪墊，引導學生從試劑選擇、選擇依據、可能的實驗現象、實驗結論、有關反應的離子方程式等方面，對Na2SO3的還原性和氧化性進行預測探究，就基本達成了結構化+4價硫元素知識的目的。

參考文獻：

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[4][7]姜言霞，王磊，支瑤.元素化合物知識的教學價值分析及教學策略研究[J].課程·教材·教法，2011，2（9）：106～112.

[5]張發新.基于“宏觀·微觀·符號”有機融合的教學實踐與思考[J].中學化學教學參考，2013，（8）：24～26.

[6]郭元祥.知識的性質、結構與深度教學[J].課程·教材·教法，2009，（11）：17～23.

2.2.2 拓展了認識物質轉化過程個性差異的視角

物質性質決定了物質的用途、制法、保存等，不認識物質性質，就不可能理解物質的應用，而物質的性質是由其元素組成和內部結構所決定的，不從組成和結構角度認識物質性質，就難以形成對物質性質的深入理解。建立化學元素觀，能幫助學生從元素組成的角度認識物質性質的差異，以及轉化過程的差異或表現出來現象差異的本質原因，就是組成元素或元素存在狀態的差異和元素的原子相互結合、相互作用方式的差異共同產生的結果；也能幫助學生從構成生命基本單元中的分子、原子相互結合和作用方式千變萬化的角度，認識生命現象的千姿百態，理解生命的奧秘；還能引導學生從物質結構決定物質性質角度，增進學生對化學知識的深層思維和深刻理解。學生認識物質性質和轉化的視角拓展了，就使具體元素化合物知識的學習為學生化學元素觀的認識發展提供支撐，使學生化學元素觀的認識伴隨具體知識的學習而逐漸發展。

2.2.3 構建了“宏觀-微觀-符號”三位一體結構化元素化合物知識的思維模型

物質間的轉化本質是元素原子之間的重新組合，物質的性質體現在宏觀變化過程中，物質的微觀組成是理解性質和變化實質的依據，而化學符號則是表達宏觀與微觀之間的橋梁和中介，“宏觀-微觀-符號”三位一體既是化學學科特有的思維方式，也是化學教學過程中的內在要求[5]。

建立化學元素觀，有利于幫助學生構建“宏觀-微觀-符號”三位一體結構化元素化合物知識的思維模型。實際上，宏觀現象、微觀本質向符號表達抽象的過程，就是用化學符號對物質組成元素和元素原子的轉化過程進行簡明、形象、逼真的描述和反映的過程，也是深入領會化學元素觀基本內容的過程；由符號表征到宏觀表征和微觀表征的過程，實際就是挖掘符號的宏觀與微觀涵義的過程，也是深刻理解化學元素觀本質意義的過程。

構建“宏觀-微觀-符號”三位一體認識物質性質和轉化的思維模型，能幫助學生深入理解物質的靜態結構和化學性質、動態結構和化學反應之間的關系，也能促進學生全面掌握分子的結構-性質-反應之間相互作用規律，還可以引導學生從精確考察物質的微觀構成出發，判斷化學反應的“可能”與“不可能”，預示產物的構型和性能，以提高化學理論指導實踐的能力，預示著向化學科學的“自由王國”不斷逼近。

3 以化學元素觀為基礎結構化元素化合物知識，深度理解化學知識

由符號教學走向邏輯教學和意義教學的統一，這種教學稱為深度教學。深度教學，并不是追求教學內容的深度和難度，不是指教學內容越難越好，而是相對于知識的內在構成要素而言，知識教學不停留在符號表面，豐富知識教學的層次，實現知識教學的豐富價值[6]。元素化合物知識結構化是認識到各物質之間的關聯性和共同特征，把所學具體物質的相關知識形成組塊，形成良好的知識結構，經過學生的認知，在頭腦中組織起來，最終形成學生的認知結構。以化學元素觀為基礎，實現元素化合物知識和思維的系統化、有序化和結構化，學生對相關事實、概念進行深入理解，形成對元素化合物知識的認知結構。所以，以化學元素觀結構化元素化合物知識的教學應該是深度教學的途徑之一。

3.1 以核心元素為主線結構化元素化合物知識

進行金屬及其化合物性質的復習時，就可首先引導學生按“金屬單質——氧化物——最高價氧化物對應的水化物——鹽”這一物質分類的線索，書寫出金屬相應的一些典型化合物之間的轉化關系，并完成相關化學方程式的書寫；同樣，非金屬也是按照“非金屬氫化物——非金屬單質——氧化物——最高價氧化物對應的水化物——鹽”這一物質分類的線索，進行以上步驟的教學。應用周期表相關知識，也可對典型元素及其化合物知識進行適當遷移和拓展，這樣的復習就不是停留在物質的化學式和化學方程式等化學符號表層的簡單回憶上。

通過深度感知元素化合物知識結構的形成過程、相互聯系，深刻理解元素化合物知識的點、線、面、網交織的結構，使學生原有的認知結構發生調整或變化，對信息進行編碼，從而建構新的認知結構。它不僅對培養學生有序的分析物質之間轉化關系、解決元素化合物有關物質應用和制備等問題的能力非常重要，而且能把學生的思維聚焦并引導到化學元素觀內涵的基本理解上。

3.2 以化學基本原理為主線結構化元素化合物知識

化學基本概念和基礎理論的知識生長點都是元素化合物知識。事實上，化學基本概念和基礎理論往往是物質及其變化規律的高度概括[7]。在元素化合物知識的結構化教學中，引導學生利用氧化還原反應規律認識和解決元素化合物的相關問題，以氧化性或還原性為核心，將物質知識有序化和結構化。如在復習硫及其化合物中的正四價硫元素的氧化性和還原性時，以SO2的氧化性和還原性作為鋪墊，引導學生從試劑選擇、選擇依據、可能的實驗現象、實驗結論、有關反應的離子方程式等方面，對Na2SO3的還原性和氧化性進行預測探究，就基本達成了結構化+4價硫元素知識的目的。

參考文獻：

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[2]梁永平.論中學生化學元素觀的建構[J].化學教育，2007，（11）：10～15.

[3]何彩霞.引導學生從元素視角認識物質及其轉化——以“金屬及其化合物”教學為例[J].化學教學，2013，（9）：27～29.

[4][7]姜言霞，王磊，支瑤.元素化合物知識的教學價值分析及教學策略研究[J].課程·教材·教法，2011，2（9）：106～112.

[5]張發新.基于“宏觀·微觀·符號”有機融合的教學實踐與思考[J].中學化學教學參考，2013，（8）：24～26.

[6]郭元祥.知識的性質、結構與深度教學[J].課程·教材·教法，2009，（11）：17～23.