用辯證唯物思想建構“元素”概念的教學設計

徐英姿

摘 要：本文從人類認識物質世界的大視角出發，以探索的思維方式引領學生層層推進，直到云霧頓開自然呈現元素概念。隨后，用元素概念理解物質及其變化，充分展示了自然科學理論中蘊藏著的哲學思想，對于學生全面認識物質世界，形成科學的世界觀具有深刻、積極的作用。

關鍵詞：元素 概念建構 辯證唯物

元素概念的建構一直是初中化學教學的難點，對于為什么引入元素的概念，為什么要以具有相同核電荷數（即核內質子數）的一類原子來總稱元素，這兩個本質的問題，教學中一直有所回避。本文嘗試從辯證唯物的思想，從人類探索物質組成本源的大視野引領學生建構元素概念。

一、元素概念構建中的辨證唯物思想

唯物主義認為，世界是物質的，物質是不斷運動變化的。現代科學已經對構成物質的微粒有了很清楚的認識，并能夠真實地觀測和跟蹤這些微粒的運動變化。物質世界紛繁復雜，物質種類有數千萬種，這些物質相互之間既變化無窮又循環往復。辯證法指導我們，復雜的表象內部一定有基本、穩定的因素存在，看似無窮的變化背后一定有不變的規律存在。[1]

元素一詞中，“元”是開元、不變的意思，“素”是要素、基本成分的意思。用辯證唯物的思想認識元素概念在化學學科中的意義，我們發現，元素概念的建構，是人們在探尋組成世間萬物的亙古不變的基本成分，是為了發現變化無窮的化學反應中不變的要素。

二、建構“元素”概念的教學設計

1.從人們探索物質本源的歷史足跡引入

人們在探索自然的過程中發現，形形色色的物質既變化無窮又循環往復，這促使人們意識到，紛繁復雜的物質很可能是由幾種亙古不變的基本成分組成的，“元素”就是這個意思。[2]

中國古代的五行學說和西方的四元素說中都有這種認識。比如水，普遍存在又不易變化，所以古人認為水是組成物質世界的元素之一。請學生思考：根據你現在對水的認識，古人的這種觀點正確嗎？學生很容易回答，不正確，因為水是可以被分解的。

[關鍵問題一]我們從哪里探尋組成物質的基本成分——元素？

用這一問，將學生引向現代化學理論對物質構成的認知，從科學事實出發探尋元素。

2.找到構成物質的微粒中，最基本的微粒是原子

學生熟知，構成物質的微粒有三種，分子、原子、離子，進一步引導，分子是由原子構成的，離子是由原子得失電子之后形成的。所以，構成物質的微粒中，最基本的微粒是原子。

既然原子是構成所有物質最基本的微粒，那只要將構成所有物質中的原子摘出來分析歸類，將每一類原子概括總稱為一種元素，就找到了組成物質的基本成分——元素！

[關鍵問題二]同一類原子的基本特征是什么？也就是說，我們以什么為依據，從哪個角度將原子歸類？

用這一問，將學生引向對原子內部構成的深度思考。

3.找到同一類原子的最基本的特征是質子數相同

各種原子的基本構成是一致的，差異在于其內部包含的質子、中子、電子的數目不同。請學生思考：我們給原子歸類時，是要求原子內部的這三種粒子數目都完全相同呢？還是只要最有意義的、最基本的一種粒子數相同就可以了？學生容易想到，要選擇對研究化學反應有意義的、最基本的粒子。

[關鍵問題三]哪種粒子決定原子在化學反應中的表現？

學生很明確，是核外電子，尤其是最外層電子。而在原子中，核外電子數等于質子數。

[關鍵問題四]對于研究化學變化來講，質子數和電子數都是有意義的，哪一種更為基本呢？

這需要我們再次思考微粒構成物質的三條途徑：除了少數物質由原子直接構成外，大多數物質是要由原子先構成分子，再由分子構成物質，或者由原子得失電子形成離子，再由離子構成物質。

而在原子構成分子或形成離子的過程中，原子核始終不變，核外電子會得失轉移。換句話講，原子無論通過哪種途徑構成物質，質子數都不會改變，但電子數會變。

我們將原子歸類，是為了探尋組成物質的基本成分——元素，顯然只有以核內質子數作為一類原子歸類的依據，才能準確把握組成物質的基本成分。

至此，元素概念自然地呈現在學生面前。

4.構建元素概念，并用元素概念理解物質和變化

元素就是具有相同核電荷數（即核內質子數）的一類原子的總稱。

按照這一定義，氕和氘雖然中子數不同但質子數相同，都屬于氫元素，碳12、碳13、碳14的質子數都是6，都屬于碳元素。更重要的是，鈉原子和鈉離子雖然核外電子數不同，但質子數都是11，都屬于鈉元素。

請回憶氯化鈉的形成過程，金屬鈉在氯氣中燃燒生成的新物質就是氯化鈉。反應物金屬鈉由鈉原子構成，氯氣由氯分子構成（每個氯分子由兩個氯原子構成），反應后新生成的氯化鈉由鈉離子和氯離子構成。

在這個過程中，原子核外的最外層電子發生轉移，原子變成了離子，舊的物質消失生成新的物質，但是組成物質的基本成分——元素沒有變！反應前的鈉原子與反應后的鈉離子質子數相同，都屬于鈉元素；反應前的氯原子與反應后的氯離子質子數相同，都屬于氯元素。

化學反應前后元素種類不變，物質有數千萬種，但組成這些物質的元素只有一百多種。我們以原子內部的質子數來歸類原子定義元素，就把握住了化學變化中的不變因素，探尋到了組成物質的最基本成分。

三、教學設計反思

1.教學設計的特點

此教學設計，直面初中化學中學生很難理解的概念，不回避問題實質，科學地、層次清晰地引導學生成功建構元素概念。

四個關鍵問題層層遞進，清晰通透，徹底讓學生明白了，只有以核內質子數作為一類原子歸類的依據，才能把握組成物質的基本成分。讓元素這一非常抽象的概念在學生頭腦中穩固地建立。

2.教學實踐效果

本課設計充分展示了哲學與自然科學之間緊密的聯系，很好地啟迪了學生的哲學思辨，對于學生更全面地認識物質世界，形成科學的世界觀，具有深刻的、積極的作用。

這節課延伸出的對物質及其變化的認識，更是觸到了初中化學乃至整個化學學科最核心的思想觀念，包括微粒觀、元素觀、變化觀、守恒觀等，學生領悟到了化學學科思想的精髓，真正會終身受益。

參考文獻

[1]王峰.“化學家眼中的物質世界”復習課的整體構建研究[J].化學教育，2014，（7）.

[2]雷升.“淺談在化學教學中滲透哲學思想”[J].中學化學教學參考，2018，（7）.