基于“三線三視角”開展高中元素化學的教學

蔣小鋼

摘要：元素化學是中學化學的基本內容之一，是進一步學習其他內容的基礎，學生在學習這部分知識時總是存在較大障礙，可以從“元素線”、“方法線”和“價值線”三線以及“物質的類屬通性”、“氧化還原性”和“特性”視角引導學生建構元素化學知識。

關鍵詞：元素化學教學；知識結構化；模型建構

文章編號：1005–6629（2016）10–0021–04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1 問題的提出

元素化學，是指元素的單質及其常見化合物的組成、結構、主要物理及化學性質、制備、用途和存在的描述性知識，是高中化學的基本知識構成。元素化學為化學其他板塊知識如基本概念、基本理論、實驗和計算等的學習，提供豐富的感性素材。唐有祺院士提出“化學家的工作，主要是耕耘元素周期系”[1]，可以作為對元素化學重要性最精辟的注解。

在高中化學的整個學習過程中，學生必然會遇到許多困難。元素化學的學習是學生遇到的主要障礙之一。元素化學的學習困難主要來自以下三個方面：首先是元素化學知識的“本體”困難。高中元素化學知識有幾個顯著特點：“繁”——所學元素種類多（課程標準要求的元素有10種，教材實際涉及到的則更多），較繁雜；“亂”——每種典型元素的常見代表物涉及到的化學反應多，易混亂；“難”——物質發生化學反應的情形復雜、類型多，難記憶；“雜”——每種元素的代表物包含的知識層次多，易混雜。其次是元素化學知識的“應用”困難。元素化學是中學化學其他所有板塊知識的載體，知識應用非常廣泛，可以與化學所有板塊的知識融合起來，考查學生的化學學科素養。具體表現在：①與氧化還原反應理論相融合考查；②與物質結構、元素周期律、周期表理論相融合考查；③與電解質溶液、離子反應理論相融合考查；④與化學實驗知識相融合考查；⑤與化學計算相結合考查[2]。第三是其他因素帶來的困難。如高中階段對學生的學習能力、學習習慣、學習方法等提出了較高的要求，高中起始年級的學生一時較難適應。因此，對高中元素化學的教學應把握好課程標準，立足能力培養，理解、用好教材，重新建構元素化學學習的新視角。

2 高中元素化學教學的“三線三視角”

高中化學在知識的深廣度、學習能力要求和學習方法上都提出了更高的要求，即對學生的化學學科素養要求更高。誠如許多學生所言，高中元素化學知識與初中相比較，確實給人以繁、亂、雜、難之感，成了許多學生高中化學學習的障礙。為了破除這種學習障礙，使元素化學知識結構化是一種行之有效的學習途徑，是幫助學生自主建構知識系統，實現知識轉化為素養的重要環節。

“如何教”，是教師設計課堂教學策略必須重點考慮的問題。教師應考慮教學內容、教學思路、教學方法和教學手段等有助于實現既定教學目標的最佳教學方式。認知心理學認為，只有組織有序的知識才能在一定的刺激下被激活，在需要應用時才能成功地提取[3]。幫助學生建立知識結構化，是中學化學教學的重要任務之一。知識結構化是指把所學的知識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，形成知識組塊，進而形成良好的知識結構[4]。因此，研究如何讓學生學會和掌握知識結構化的方法，則是化學教師研究的重要課題。結合教學實踐，就有效幫助學生形成結構化元素化學知識的“三線三視角”做一簡要闡述。

2.1 建構元素化學的“三線”結構

元素化學知識的“三線”是指“知識線”、“方法線”和“價值線”，見圖1所示。

為了教學方便，可以把知識線、方法線和價值線稱為“大三線”，而將知識線中的元素線、價態線和物質線稱為“小三線”。

2.1.1 知識線

（1）“元素線”——以某種具體元素為線索建構

學習完某種元素時，最基本的要求是讓學生知道該元素的單質和常見的化合物有哪些，由此逐步豐富學生對物質世界的認識，形成該元素的“元素線”。教學中要有意識逐步培養學生遵循物質分類的思維規律，按照一定的物質類別順序，能夠有序、熟練地寫出該元素常見單質和化合物的化學式，畫出該元素的“元素線”。如硫元素的一種“元素線”，見圖2所示。

世界上的所有物質都是由元素組成的，這是化學科學的一個基本觀念。“元素線”強調從“元素中心”的視角、用分類觀整體性認識物質。通過建構“元素線”，使學生更好地認識物質與元素的關系，更好地了解元素在自然界中可以游離態或化合態存在，因此物質有單質與化合物之分。

（2）“價態線”——以“中心元素”的化合價變化為線索建構

在“元素線”的基礎上，按照所學中心元素化合價的變化規律，以化合價升高或降低的順序排列含該價態的物質，即得到該元素的“價態線”。如硫元素的一種“價態線”，見圖3所示。

元素的“價態線”并不是物質間實際轉化的關系線，它是以核心元素的化合價變化為線索，讓學生熟知該元素常見的化合價及每種價態對應的物質，建立起元素化合價與物質的對應關系。建構“價態線”的目的，是幫助學生養成從元素化合價變化的視角分析、判斷該價態下的元素，其化合價能升或降的思維習慣，進而分析該價態下對應的具體物質可能具有的氧化還原性，以及它們之間的轉化規律。

（3）“物質線”——以某種元素的常見物為線索建構

如果說“元素線”和“價態線”是從橫向建構知識線，那么，“物質線”則是對知識線的縱向建構。“物質線”是在“元素線”和“價態線”的基礎上，以某種具體代表物為建構對象，內容涵蓋該物質主要知識結構的一種思維線索。“物質線”的主要內容有：物質的組成、結構、性質、制備、應用、存在和保存等（可根據具體物質刪減涵蓋內容），見圖4所示。endprint

“物質線”是學習某種具體物質時的縱向思維模型，是元素化學最重要的知識構成和知識基點之一，因此也是教學中應著力培養學生進行自主建構的內容之一。

2.1.2 方法線

“方法線”的建構目標主要是，在元素化學知識的學習過程中，讓學生歸納出物質結構與性質的學習方法及化學反應的學習方法。以魯科版高中《化學2》教材為例，在第1章“原子結構與元素周期律”中，通過學習原子結構、元素周期律和周期表等知識，將元素的性質與原子結構密切聯系起來，從中發現和掌握物質化學性質的變化規律，進而從本質上認識元素性質存在共性與遞變性的原因。

由此可以看出，“方法線”實際上是一條“暗線”，隱藏在每種物質的結構和性質的學習過程中，并隨著學習物質種類的增加而不斷得到強化。例如，“分類比較、類比遷移”的方法在元素化學的學習中有著廣泛的應用。在學習完CO2的性質后，讓學生總結出酸性氧化物的通性，進而推出后面所學SO2的性質；通過比較CO2和SO2中C和S的化合價，應用氧化還原反應的理論知識，可以分析得出它們具有的氧化性或還原性。由此不難看出，對于物質通性的學習都可以采用此法。如總結出酸的通性、堿的通性、金屬單質的通性、非金屬單質的通性等進行遷移應用。這樣，通過運用聯想、遷移的方法去認識同類物質的共性，從中發現規律，可以逐步克服對物質化學性質學習的畏難心理。

“方法線”中另一條隱含的線索是化學反應的“規律線”。規律是事物之間內在的必然聯系。物質之間的轉化及其發生的化學反應是有規律的，而規律是可以被發現和掌握的。理解和掌握了化學反應之間的規律，就能避免學生因死記硬背而產生對化學方程式恐懼、混亂、亂用、誤用等問題。在化學反應的諸多規律中，中學階段與學生關系最為密切的反應規律主要有：復分解反應、置換反應、氧化還原反應和離子反應等四類反應類型（類型之間可能會有交叉，但不影響研究）。在具體教學中，通過大量實例分析、歸納這四類反應的反應特點和反應規律，引導學生逐步熟練掌握四類化學反應的規律，對于學生從本質上突破化學方程式和離子方程式的書寫大有裨益。

2.1.3 價值線

價值線則從情感態度與價值觀的教育目標出發，加深學生對常見元素及其化合物學習意義的認識，深刻體會元素化學對促進社會進步和提高人類生活質量方面的重要影響，理解科學、技術與社會的相互作用，形成科學的價值觀和實事求是的科學態度，提升合作精神、激發創新潛能、提高實踐能力。

2.2 建構物質化學性質學習的“三視角”

在元素化學的學習中，掌握物質性質尤其是化學性質，無疑是最重要的。物質的化學性質復雜多變，這也折射出物質世界的復雜性和多樣性。學習物質化學性質知識時，倘若能使知識結構化，則有利于學生形成有效的思維模型，養成良好的思維習慣[4]。從教學實踐觀察，分類比較、遷移應用的方法是使知識結構化的有效方法之一。

“三視角”的建構對象為物質的化學性質。在學習某種物質的化學性質時，采用分類與比較的思維方法，引導學生從“物質的類屬通性、氧化還原性和特性”三個視角進行歸納總結，培養學生自主建構該物質化學性質的知識結構圖，見圖5所示。

在運用“三視角”進行學習的過程中，必須緊密結合元素化學“三線”中的“方法線”的物質結構與性質的規律和化學反應的規律，自覺運用“方法線”中的有關規律進行分析、判斷和理解有關化學反應的特征，這樣才能對物質的化學性質達到深刻理解和記憶。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化學性質的相似性和遞變性；利用氧化還原反應、離子反應等規律進行分析、判斷和深刻理解物質的各種化學反應特征，最終達到熟練掌握和應用物質化學性質的目的。

在具體學習某種物質的化學性質時，先從組成和結構特點讓學生分析、確定該物質的類屬，進而按照該類屬得出其可能具有的化學通性；繼而再讓學生從元素化合價可能升降的角度，分析得出該物質可能具有的氧化性或還原性；最后研究該物質是否具有其他的特殊性質。例如，鋁在一定條件下能與非金屬單質、酸（氧化性酸和非氧化性酸）、強堿、鹽溶液、某些金屬氧化物反應，是一種化學性質較復雜、涉及化學反應較多的金屬單質，學生對此非常懼怕。教學中，教師講解后讓學生采用“三視角”法，自主分析、建構鋁的化學性質結構圖，收到了比較好的教學效果，見圖6所示。

需要說明的是，這里所提出的化學性質“三視角”，只是分析物質化學性質的三個角度，并不是劃分物質化學性質的三個絕對類別。例如，金屬的通性又常表現為金屬的還原性，鐵、鋁常溫下遇濃硫酸、濃硝酸發生鈍化，既體現了鐵、鋁的還原性，也可以認為是鐵、鋁的化學特性。因此，除物質的通性外，其他性質的歸類可根據學生個人的學習情況做一些個性化的調整。另外，從教學實踐中發現，由于初中所接觸的化學物質種類較少，學生難以形成物質的類屬通性，而熟練掌握物質的類屬通性無疑是非常重要的。因此，在高中元素化學的學習過程中，教師要舍得花時間、通過多種方式（作業、比賽、板報、作品展覽等）讓學生逐步了解和完善各類物質化學通性的建構，掌握了單質、酸、堿、鹽、氧化物等各類物質的化學通性，就為元素化學的學習打下了堅實的基礎。

3 結語

教學實踐表明，在高中元素化學的學習中，學生常常存在許多困難。將元素化學知識結構化，可以有效幫助學生突破學習難點，提升學習能力和學習品質，在教學中還有許多問題值得探索。教師只有了解學生的學習情況，才能有針對性地進行教學研究，解決學生的實際困難。經過幾年來的教學實踐探索，立足于知識結構化和思維模型建構的元素化學教學的“三線三視角”，對于培養學生歸納、整合知識的能力和創新能力，提升學生思維品質都有一定的促進作用。

參考文獻：

[1]宋心琦.課程標準高中化學（必修）元素化學教學之我見[J].化學教學，2012，（3）：3～7.

[2]中華人民共和國教育部制定.普通高中化學課程標準（實驗）[S].北京：人民教育出版社，2003：8.

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[5]鄭長龍.化學課程與教學論[M].長春：東北師范大學出版社，2005：126，131.

[6]王磊主編.普通高中課程標準實驗教科書·化學1（必修）[M].濟南：山東科學技術出版社，2012.

[7]王磊，胡久華.普通高中課程標準實驗教科書·化學1（必修）教師用書[M].濟南：山東科學技術出版社，2012.endprint