基于元素周期表的中學生思維訓練的策略

李豪森

【摘 要】闡述對學生進行化學思維訓練的四種方法：以化合價思維，探索規律；以實驗思維，掌握性質；以結構化思維，構建體系；以周期表思維，提綱挈領。培養學生思維能力，提高學生靈活多變的思維能力。

【關鍵詞】高中化學 元素周期表 思維訓練

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2016）01B-0153-02

化學元素周期表相當于是認識高中化學物質的一個總體綱領，除了包羅萬物的元素之外，還有各種各樣的元素組合而成的化合物以及組成這森羅世界的混合物。元素周期表的排布是非常有規律的，通過整個高中的學習之后，最后還是歸結到對元素周期表的元素規律的認識，其重要性可見一斑。在學習元素周期表的過程中，學生有意無意地會得到諸多化學思維的訓練，這是一種特色思維形式，靈活多樣，貫穿了整個高中化學的教學與學習過程。

一、以化合價思維，探索規律

學習化學元素周期表，學生首要形成的就是元素的化合價思維，明白元素得失電子的方式以及元素通常會表現出怎樣的化合價。元素的化合價表現是非常有規律的，結合元素周期表，通過典型化學元素的學習，從而推廣到整個族元素的化合價的表現形式。通過同一周期和同主族元素的化學性質的學習，可以看到元素化合價漸變的規律，化合價反映了化學物質構成的原理和方式，這對學生理解化學反應和認識化學物質起到了很大的作用。

在學習元素周期表中的元素性質的變化規律時，筆者與同學們通過典型的周期元素的學習共同探討了相關的變化規律。比較典型的是第三周期的元素的性質變化規律，例如，對于元素鈉、鎂、鋁、硅、磷、硫、氯來講，七種元素的原子半徑由大到小的順序是鈉鎂鋁硅磷硫氯；硫單質、氯氣與氫氣結合時，由易到難的順序為氯氣Cl2大于硫單質S，氣態氫化物的穩定性為氯化氫HCl大于硫化氫H2S，最高價氧化物對應水化物的酸性為高氯酸HClO4 大于硫酸H2SO4。

同一主族元素的化合價表現形式差不多，通過對典型主族元素的分析，也能得出較為規律的性質變化。例如對于第一主族元素，氫鋰鈉鉀銣銫鈁，其化學狀態各不相同，但是作為金屬的幾種元素性質卻極其相似，尤其是在化合價的表現上是基本一致的。比較鈉和鉀的化學性質：金屬性鈉小于鉀；單質與水的反應的劇烈程度：鈉小于鉀；最高價氧化物對應水化物的堿性：氫氧化鈉NaOH小于氫氧化鉀KOH。

二、以實驗思維，掌握性質

學生對知識的運用的重要一項體現在化合物的運用中，如以某元素物質為核心的各種化合物的反應的運用，也就是說，化學知識的應用多體現在以實驗思維為核心的能力題型中。實驗思維是指針對實驗的各種反應，找到解決問題的核心要素一種思維形式。在實驗思維中應當從元素周期表下手，通過常見的幾種元素，建立以元素為核心的化學反應的思維，考慮到包括反應物質、反應條件、產物處理、產物轉化，以及對反應中的注意事項和常用的檢驗方法等，形成一整套實驗思維模式。

思維的建立離不開教師的悉心培養和教導，實驗思維的構建也一樣，在教學的過程中應當將化學課堂和實驗室兩種培養學生的方式結合起來。

通過課堂上的知識講解及物質的性質實驗演示，為學生提供直觀的視覺形象知識。例如，對第一主族的代表元素金屬鈉，可在教室中展示其形態，并進行鈉與水的反應，讓學生認識到其化學性質的活潑性。實驗室教學的過程中，通常以某種元素為核心，從其單質或某種化合物開始，讓學生從其狀態、顏色、氣味、保存方法等認識其物理性質，到與其他物質反應生成化合物來認識其不同狀態下的化學性質。

除此之外，在日常的練習中要注意提醒學生總結關于某核心元素或物質的實驗，最好能夠親自動手繪制實驗原理圖，形成比較成熟的實驗思維，做到胸有成竹。

三、以結構化思維，構建體系

結構化的思維方式，主要用來解決有機化學部分的繁雜的化學式和反應式對學生造成的困擾。有機化學的核心元素是碳，碳元素的特殊晶體結構使其單質形式也豐富多變，可以是超硬的金剛石，也可以是較軟的石墨和炭。由于其原子外層電子的特點造成其形成的化合物種類繁多，像汽油、橡膠、塑料等非常常見。我們首先從研究碳的晶體結構和所能形成的共價鍵開始，然后到常見的甲烷、乙烯、乙炔、苯等有機物質的組成特點，形成一般性的總結。

同素異形體的金剛石和石墨的性質為何相差甚遠呢？這是因為其晶體結構不同，金剛石中的碳原子排列非常有序，每一個碳原子周圍都有四個等距離的碳原子，開成一個正四面體，故而金剛石的質地很硬。但是石墨的晶體結構是層狀，層與層之間距離大，容易滑動，造成了其質地較軟較滑的特點。

化合物的連接都是通過化學鍵進行的，共價鍵是碳的有機化合物中的主要化學鍵。甲烷、乙烯、乙炔、苯環作為四種代表性的物質，基本包含了碳的共價鍵的類型。依據碳元素外周電子的排布，依次可以形成單鍵的甲烷、二鍵的乙烯和三鍵的乙炔以及單鍵雙鍵相連的苯環結構。懂得這四種結構，其他的有機化合物的化學式和方程式也就迎刃而解了。

結構化的思維簡單來講，就是碳的晶體結構和共價鍵對其單質和化合物形成的影響。這種思想甚至可以擴展至化學鍵的構成原理，故而該思維對學生的學習很有裨益。

四、以周期表思維，提綱挈領

雖然元素周期表只是中學知識中的一章內容，但是對于整個中學化學來講，有著提綱挈領的指導性意義。元素周期表思維的養成，有利于對整個中學化學內容的整體把握。在常規的教學進程中，有了一定的知識像鹵族元素的規律性總結做鋪墊后，在學習元素周期表時可以利用這些知識進行教學案例設計，從而達到溫故而知新，更好地理解新的教學內容即周期表。在之后的學習中，也要更加頻繁地運用周期表思維，實現高效的課堂學習。

請問，下列判斷正確的是（ ）

A.沸點：H2Q>H2R

B.堿性：T（OH）3>M（OH）2

C.T和Q兩者最高價氧化物對應的水化物可以發生反應

D.L與R形成的化合物中只能含有離子鍵

〖試題分析〗根據表中半徑規律及價態可以知道，R為O，Q為S，而L為Na，M為Mg，T為Al，根據H2Q為硫化氫，H2R為水，因為水分子之間可以形成氫鍵，故水的沸點比硫化氫高，故A 錯誤；氫氧化鋁呈現兩性，而氫氧化鎂為中強堿，故B錯誤；T形成的最高價氧化物對應的水化物為氫氧化鋁，而Q為硫酸，兩種可以發生反應，故C正確，為本題的答案；L與R可以形成過氧化鈉，里面含有共價鍵，故D錯誤。

運用元素周期表思維可很快地判別化學知識之間的相互聯系，不失為解題利器。

總之，對于高中化學來講，化合價思維是元素排布規律的直接體現，實驗思維是構建高中化學知識庫的發散式思考模式，結構化思維是對以碳為中心的有機化合物的直接反映，周期表思維則是將各種思維進行組織和排布的一種囊括基本規律的思維方式。這四種思維方式為構建高中化學知識的摩天大廈提供了翔實的結構和材料，有助于培養學生結構決定性質的化學思維模式，從思維的高度來對知識進行學習和掌握，做到胸有成竹。