初中化學元素觀內涵、建構進階及教學策略

摘 要： 依據《義務教育化學課程標準（2022年版）》對元素觀建構要求，在理論分析和實踐探索基礎上，建構了初中化學元素觀內涵，分析了初中生建構元素觀的進階階段、進階水平及評估方式，提出了初中化學教學中通過化學史料學習、實驗探究學習、實踐應用學習建構元素觀的教學策略。

關鍵詞： 初中化學； 元素觀內涵； 建構進階； 教學策略

文章編號： 10056629（2024）10002506

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

化學元素觀是化學觀念中的核心觀念之一［1］。《義務教育化學課程標準（2022年版）》［2］（以下簡稱“課程標準”）頒發后，初中化學教學實踐中迫切需要回答下列問題：初中化學元素觀的內涵是什么？教材（如滬教版義務教育教科書九年級化學教材）［3］是如何呈現元素觀的建構進階的？在初中化學教學中如何幫助學生建構元素觀？本文依據課程標準要求，分析研究化學元素觀的相關文獻，以教材為藍本，探討初中化學元素觀內涵、建構進階和教學策略，以期對初中化學元素觀建構的教學有所幫助。

1 課程標準對元素觀建構要求

課程標準將“化學觀念”作為化學課程所培養的核心素養的重要方面，將“形成化學觀念，解決實際問題”作為初中化學課程的課程目標之一，在“課程內容”“學業質量”等部分都對建構元素觀提出了相關的要求。課程標準是整體建構初中化學元素觀內涵的重要依據，初中化學元素觀可以從本體內容、方法、價值等方面進行建構（見圖1）。

從本體內容維度看，課程標準規定的“物質的性質與應用”“物質的組成與結構”學習主題的“內容要求”“學業要求”以及課程標準的“學業質量”中都分別提出了建構元素觀的相關要求。如“依據物質的組成可以對物質進行分類”“認識物質是由元素組成的，知道質子數相同的一類原子屬于同種元素”“識別純凈物和混合物、單質和化合物”“根據元素的原子序數在元素周期表中查到該元素的名稱、符號等信息”“從元素視角辨識常見物質，結合實例區分混合物與純凈物、單質和化合物”等。

從方法維度看，元素觀中化學學科本體的認識都是建立在實驗基礎上的，純凈物組成的“定組成定律”“倍比定律”，化學變化遵循的“質量守恒定律”（化學變化中元素不變）等，都是通過實驗探究獲得的，實驗、基于事實的推理和建構模型是認識元素觀本體內容的常用方法。

從價值維度看，化學元素觀的價值一方面體現在從元素視角認識物質的組成，對物質進行分類研究；另一方面體現在從元素視角認識物質，能更好地認識物質性質及變化，更好地利用物質服務于人類生活、生產和社會發展，正如課程標準在學習主題“物質的組成與結構”的“內容要求”中明確指出的：初步認識物質的組成與性質之間的關系，了解研究物質的組成對認識和創造物質的重要意義。

課程標準對學生運用元素觀解決實際問題的能力表現也做出了要求。如“能從元素視角初步分析物質的組成及變化”“能基于元素守恒推斷化學反應的相關信息”“通過實踐活動，初步形成應用元素觀等化學觀念解決問題的思路”“能基于化學變化中元素種類不變，從宏觀、微觀、符號相結合的視角說明物質變化的現象和本質；能依據元素守恒等，預測、判斷與分析常見物質的性質和物質轉化的產物”等。

綜上所述，初中化學元素觀的內涵應該從知識、方法和價值等維度建構。依據2022年版新課標，借鑒梁永平［4］、何彩霞［5］、胡巢生［6］、吳俊明［7］等關于“化學元素觀的基本內涵”的相關闡述，本文認為初中化學元素觀的內涵可以表述為：物質具有固定的組成，元素是組成物質的基本成分，組成物質的元素可按一定的規律排列成元素周期表；所有物質都是由元素組成的，可以從元素視角對物質進行分類，物質的性質與組成元素有關；物質的組成元素決定其發生的化學變化，物質發生化學變化時元素的種類和數量不變；通過化學實驗可以探索物質的組成元素和元素的性質；對元素的探索能更好地認識和應用物質。

2 初中生化學元素觀建構的進階

學生“化學元素觀”的形成和發展是一個循序漸進的過程，在不同學習階段，由于學習的化學課程內容不同，學生對元素觀內容的認識層次、建構水平和應用能力都不同［8］。確立初中生化學元素觀建構進階，一方面要基于課程標準對元素觀的總體學習要求，另一方面要結合教材內容和學生的認知發展規律。初中生化學元素觀建構進階的討論，需要明確元素觀建構在不同進階階段的進階水平和評估方式。

2.1 元素觀建構的知識維度和目標

分析初中化學元素觀的學科本體內涵，可以發現元素觀涵蓋了“認識元素”“元素視角認識物質”“元素視角認識化學變化”等層面的學科必備知識（見圖2）。

依據初中化學元素觀的知識維度的分析，結合課程標準中“課程內容”和“學業質量標準”，可以確定學生建構元素觀的目標要求（見表1）。

“認識元素”維度主要回答什么是元素？怎么樣表征元素？從宏觀水平層次看，物質的“基本成分”是理解元素概念的“圖式”［9］。從原子水平層次看，元素是以質子數為標準對原子進行分類的一種方式［10］。元素符號除了表示一種元素以外，也可表示這種元素的1個原子，也可表示一種元素組成的物質。

“認識物質”維度主要回答物質與組成元素之間有什么關系？物質性質與組成元素之間有什么關系？怎樣用組成元素表征物質？物質由元素組成，同種元素可以組成不同的物質。純凈物既可以按照元素組成分為單質和化合物兩大類，還可以根據特定組成元素劃分出特殊的化合物類型［11］。物質的性質與組成元素有關，組成元素不同，物質的性質不同。物質的元素組成可以用化學式方便地表示或計算［12］。

“認識化學反應”維度主要回答化學反應前后元素種類是否改變？為什么化學反應遵循質量守恒定律？化學反應的本質是原子的重新組合，在組合過程中由于原子的種類、數目不變，所以反應前后的元素種類、質量也不變。依據反應前后元素種類及質量不變，通過實驗可以測定物質的元素組成。

2.2 元素觀建構進階和進階水平評估方式

初中生化學元素觀的建構進階是與學生的化學學習過程相吻合的。滬教版初中化學教材將學生的認識規律和化學學科邏輯相結合，按照“從典型熟悉的單一物質到一類物質”的順序編排教材，采用循序漸進的策略，使化學元素觀的建構過程與用教材教的教學過程相契合（見表2），其過程大致分為“感知認識”“探究建構”“重構應用”三個階段。

下面結合滬教版初中化學教材，對三個階段的進階水平及評估方式進行簡要闡述。

2.2.1 感知認識階段

從“認識元素及物質”知識維度看，教材用“基本成分”先對元素概念做初步解釋，經常把“元素”一詞與某種具體的宏觀物質聯系在一起表述，如“碳酸氫銨由碳、氫、氧、氮四種元素組成”等，其目的是從宏觀層面強化學生對元素與物質組成之間的關系認識，初步形成“物質是由元素組成”的結論。這一階段，學生知道可以用元素符號表示一種元素，但對元素符號的認識只有宏觀感知；知道教材中給定的化學式可以表示一種物質，且根據化學式中的元素符號可以了解物質的元素組成；學習完典型的單一物質后，他們也知道由不同元素組成的物質具有不同的性質，如氧氣具有助燃性、氫氣具有可燃性等。

從“認識化學反應”知識維度看，教材第1章通過呈現“一種物質可以通過化學變化變成其他物質，但反應物及生成物中應含有同種元素”“化學反應的本質特征是有新物質生成，但在發生化學反應的過程中，元素本身并未發生變化，只不過重新組合形成了新物質”等文本，讓學生借助宏觀生活常識和已學的化學反應初步感知反應過程中的元素種類不變；教材第2章通過呈現“氧氣、二氧化碳在自然界中的循環”等圖示，讓學生感悟簡單物質轉化過程中的元素種類不變，通過呈現“電解水及生成物的檢驗”等實驗，讓他們認識到通過化學實驗可以定性探索物質的組成元素。這一階段的進階hORm8tLSixsaP2c9JuK/jg==水平及評估方式如表3所示。

2.2.2 探究建構階段

a9Re10ZYhPgCXoGKjRquLg==從“認識元素”知識維度看，通過教材第3章第1節的學習，學生能認識到原子是微觀層面上構成物質的最基本的微粒。由于在化學變化中原子的電子數很容易改變，而跟電子數密切相關的質子數不改變，所以采用質子數作為分類標準，對多種多樣的原子進行分類，更能體現元素的“基本性”特征［13］。為此，教材第3章第2節把元素概念表述為“具有相同核電荷數（即質子數）的同一類原子的總稱”，在微觀層面其實隱喻了元素是對原子進行分類的一種方式。這一階段，學生一方面需要從原子水平層次理解元素概念，認識元素符號的微觀意義；另一方面要學會對自然界中的110余種元素進行簡單分類，要知道元素周期表是元素按照原子序數（或質子數）由小到大的順序排列而成的。

從“認識物質”知識維度看，通過教材第3章第2節的學習，學生能從元素視角對物質進行分類，識別單質、化合物、氧化物等概念；通過教材第3章第3節的學習，第一，學生能認識到化學式可以表示物質組成；第二，學生能利用元素的化合價正確書寫物質的化學式，能根據化學式分析常見物質中元素的化合價；第三，他們能根據化學式定量計算組成物質的元素含量，如元素質量比、元素質量分數等。

從“認識化學反應”知識維度看，教材第3章第1節通過呈現“水分解微粒模型示意圖”，除了讓學生認識“分子是由原子構成”之外，還能讓學生初步體會到電解水的本質是氫、原子的重新組合，反應前后氫、原子的種類和數目不變，這為后續理解質量守恒定律的微觀本質奠定了基礎。教材第4章第2節是從元素和微觀粒子視角說明質量守恒定律的微觀本質的核心內容（見圖3），其內容編排的主要邏輯是：首先通過實驗獲得化學反應前后物質總質量不變的結論，其次從微觀層面剖析化學變化的本質是原子的重新組合，組合前后原子的種類和數目都不變，最后基于“元素是同類原子的總稱”這一概念理解反應前后元素種類和質量不變的原因。另外，教材第4章第3節通過呈現“電解10噸氧化鋁最多可生產多少噸鋁？”等問題，讓學生學會從物質的元素組成和化學變化中元素不變等角度解決化學反應中的定量問題。

這一階段的進階水平及評估方式如表4所示。

2.2.3 重構應用階段

通過教材第1～4章的學習，學生積累了一定的事實性（或概念性）知識，已有了形成初中化學元素觀的概念基礎，但化學元素觀與化學元素觀的概念不是一回事，化學元素觀的形成要晚于化學元素觀的概念［14］，化學元素觀還需要在知識（或概念）應用中不斷建構。這一階段的元素觀建構，需要考慮如下兩方面的內容：

第一，教會學生基于物質的元素組成認識物質類別及性質。由表2可知，這一階段學生接觸的不再僅是單一物質，而是一類物質，這就需要學生首先基于元素組成判斷單一物質所屬的物質類別，在認識單一物質的個性基礎上歸納出一類物質的共性，然后再根據一類物質的共性推理出相關物質的個性。如先根據Fe、 Al、 Mg、 Zn等金屬的性質歸納出金屬單質的共性，再根據共性推理出同樣屬于金屬單質的Sn可能具有的性質等。

第二，教會學生基于物質的元素組成和化學變化中元素不變解決物質組成及其變化的相關問題。如“教材第8章第2節基于淀粉和纖維素的形成過程確定淀粉和纖維素都是由碳、氫、氧三種元素組成的有機化合物”“教材第9章第2節基于塑料的燃燒認識聚乙烯組成中只含有C、 H元素，而聚氯乙烯的組成中除含有C、 H元素外，還含有Cl元素”等內容，都有利于學生形成“基于元素組成和化學變化中元素不變定性分析物質組成問題”的一般思路和方法；再如“教材第8章第1節：3.2g某有機化合物B完全燃燒，生成4.4g二氧化碳和3.6g水，求有機物B中各元素的質量比”等問題，也能幫助學生形成“基于元素組成和化學變化中元素不變定量解決物質組成問題”的一般思路和方法。這一階段的進階水平及評估方式如表5所示。

3 初中化學元素觀建構教學策略

學生在化學學習中建構化學元素觀，其價值在于形成化學的思維方法，指導化學的學習和研究［15］。在化學課堂教學中，學生學習元素觀相關知識內容的過程如圖4所示。采用恰當的教學策略能有效幫助學生建構元素觀。

3.1 在化學史料學習中建構元素觀

化學史中蘊藏著建構化學元素觀的豐富資源［16］。在教學中，教師可以基于化學史的價值分析，設計與學生認知水平相匹配的驅動性問題鏈，有效幫助學生建構元素觀。如探究建構階段，王寶斌在進行“組成物質的化學元素（第一課時）”教學［17］時，圍繞“五行說”、“四元素說”和“氫、氧的同位素原子”等史料設置問題鏈，讓學生循著“從具體物質的基本成分到抽象原子的分類方式”的元素概念演變軌跡建構元素概念；通過呈現“古希臘人利用天體的形象符號表示一些金屬元素”“道爾頓設計的一套符號表示元素”“貝采里烏斯所設計的元素符號”“徐壽提出的元素譯名原則”“鄭貞文創造了大量的新字對元素命名”等5段化學史料，組織學生觀察、思考、閱讀、交流，讓學生在學習活動中認識元素符號，形成“宏觀、微觀、符號”相結合的三重表征思維方式等。

3.2 在實驗探究學習中建構元素觀

實驗探究作為化學科學研究的基本方法之一，是培養學生“化學觀念”和“科學思維”核心素養的方法和能力基礎。基于化學實驗獲得的實驗現象等證據，依據元素組成和化學變化中元素不變，從定性和定量的視角預測、判斷與分析化學反應中的反應物和生成物組成，可以幫助學生建構元素觀。如探究建構階段，筆者在進行“電解水及生成物的檢驗”實驗教學時，圍繞“元素觀”建構設計了如下問題鏈［18］：“根據電解水實驗的觀察，請思考水為什么不是元素？”→“結合水通電和氫氣燃燒生成水的實驗事實，說明水是由什么元素組成的？為什么？”→“化學上如何將水、氫氣、氧氣進行分類呢？”→“根據電解水實驗及生成物的檢驗，水分解前后各物質的性質有什么不同？從中你能獲得哪些認識？”→“根據水通電的變化過程微觀示意圖，你對化學變化有哪些新的認識？”→“有人說水在一定條件下可以變成石油，你認為可能嗎？為什么？”，學生基于實驗事實對上述問題進行逐一分析、推理，在獲得相應結論的同時也實現了化學元素觀的建構。

3.3 在實踐應用學習中建構元素觀

怎樣才算學好了化學元素觀，關鍵在于能不能正確地應用，包括用來解釋與化學相關的現象和事實、解決與化學相關的實際問題［19］。在教學中，教師應該積極創設真實問題情境，讓學生自主調用元素觀來分析和解決問題，在實踐應用中鞏固元素知識并使其結構化，并通過遷移來深化理解、強化體驗、修正錯誤，提升對化學元素觀的認識。如重構應用階段，筆者在進行“應用廣泛的酸、堿、鹽”單元復習課教學時，以“莫爾鹽”為大情境，首先通過實驗定性探究莫爾鹽的組成，讓學生知道莫爾鹽中含有銨根離子、硫酸根離子和亞鐵離子；其次在課堂上現場演示“加熱莫爾鹽固體”實驗，讓學生根據“有紅棕色固體產生、產生有刺激性氣味的氣體、試管內壁產生大量小水珠”等實驗現象猜想莫爾鹽分解的產物，并設計實驗方案驗證猜想，有效提升了他們運用化學變化中元素不變定性分析和解釋相關化學現象的能力；最后通過呈現莫爾鹽的相對分子質量和與其相關的化學反應信息、數據等材料，讓學生在分析材料的基礎上，利用化學變化中元素不變進行定量計算確定莫爾鹽的組成，有效促進了他們對元素觀的建構。

參考文獻：

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［2］中華人民共和國教育部制定. 義務教育化學課程標準（2022年版）［S］. 北京： 北京師范大學出版社， 2022.

［3］中學化學課程標準研制組. 義務教育教科書·九年級化學（上下冊）［M］. 上海： 上海教育出版社， 2018.

［5］［8］［18］何彩霞. 圍繞“化學元素觀”展開深入學習——以“水的組成”教學為例［J］. 化學教育， 2013， （4）： 36～39.

［6］［15］胡巢生. 構建初中化學元素觀的基本視角及教學價值［J］. 中學化學教學參考， 2013， （12）： 17～19.

［7］［9］［11］［12］［14］［16］［19］吳俊明， 吳敏. 元素概念的演變與化學元素觀的教學——關于科學觀念和科學觀念教育的思考之三［J］. 化學教學， 2014， （6）： 3～7.

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［13］盧巍. 初中化學元素概念的理解與元素觀的建立［J］. 山東教育， 2011， （3）： 35.

［17］王寶斌. 學科觀念建構： 基于化學史和問題鏈——《組成物質的化學元素》（第一課時）教學設計［J］. 教育研究與評論， 2015， （2）： 74～79.