初中化学元素观建构的教学实践研究

■天津市第四十三中学 吴凯伦

化学元素概念的建立，标志着近代化学的诞生。化学元素是化学学科的基础，这是化学和其他自然学科的最大区别，也是化学教育的核心内容。元素观是在学生学习“原子”“离子”“原子结构”“元素”等事实性知识的基础上，体验、提炼、反思形成的最基本的概括性认识。

一、元素观的内涵

综合何彩霞、梁永平、单光云等学者对元素观的论述，中学阶段元素观主要包括三个方面的内容：“对元素的认识”“从元素角度看物质”“从元素角度看化学反应”，具体内容如下。

（一）对元素的认识

基本理解：核电荷数（即核内质子数）决定了元素的种类，每种元素都有规定的符号和名称；按照一定标准可以对元素进行分类；元素化合价与元素原子的最外层电子有关；元素性质呈周期性变化，元素周期表是这种周期性变化的表现形式。

（二）从元素角度看物质

基本理解：物质是由元素组成的，物质的多样性与元素的有限性相统一；元素在一个体系内分布是保持相对平衡；物质可以按照元素组成进行分类；化学式表示物质的元素组成；物质的化学性质与其组成元素有关。

（三）从元素角度看化学反应

基本理解：在化学反应中元素的种类和质量不变，即化学变化过程中元素不变；含相同元素的不同物质之间可以相互转化；根据化学反应前后元素种类不变，预测并实验测定物质的元素组成。

二、元素观的教育价值

（一）促进学生形成从元素视角认识物质及其变化的思维方式

（二）提高分析复杂问题找出关键要素的能力

无论是古代还是现代、中国还是外国，虽然对组成物质的基本成分的数目和解释并不完全相同，但是都认为丰富多彩、千变万化的物质世界可以归结到若干种基本元素。元素观的教学，对学生最有价值就是看事物要抓核心要素的思想。分析问题抓核心，解决问题有依据，这种化学智慧是需要在学习过程帮助学生体会并感悟的，对日后学习、生活和工作中，分析复杂问题时的价值判断有着重要的影响。

三、元素观的进阶教学策略

（一）感知建立阶段

元素观的感知建立阶段：人教版九年级《化学》绪言到第五单元。

1.整体把握，分散难点。

在元素观的建构过程中，难点知识主要集中在对原子和元素概念的理解、元素符号和化学式的意义和书写、元素守恒的理解，这些难点多数集中在第三单元，学生的学习困难较大。教师要在整体建构的过程中做好规划，将它们适时地分散到教学中，借助常见的物质和变化，帮助学生在逐渐渗透中达到理解。

绪言的教学，介绍丰富的物质世界是由元素组成的基本认识。

第一单元的教学，介绍常见元素的符号，利用学生对化学的好奇心促进记忆。

第二单元的教学，介绍本单元出现的纯净物的化学式，引导学生通过观察化学式了解元素的组成情况；在文字表达式的基础上，标注各物质的化学式，引导学生观察反应物和生成物出现的元素种类，初步感受化学变化中的元素种类不变。

旋转电极法是以金属或合金为自耗电极，其端面受电弧加热而熔融为液体，并在电极高速旋转的离心力的作用下,将液体抛出并粉碎为细小液滴，其原理结构如图4所示。一般来说，旋转电极的冷却速率约为103～104K/s，电极的旋转速度为10 000～30 000 r/min，制备的粉体粒度随着电极旋转速度、电极直径的增大而减少，范围通常在50～350μm之间[12,13]。

第三单元在原子的基础上建立元素的概念，介绍元素符号的意义和元素周期表，初步建立从原子角度分析纯净物和混合物的元素组成的思路。

第四单元课题3——水的组成，借助电解水实验和微观图示，建立学生对元素守恒的定性认识。

第五单元通过对质量守恒定律的微观分析，可以结合具体质量，建立学生对元素守恒的定量认识。

2.形象类比，形成概念。

元素概念是化学元素观的核心概念，没有清晰、深刻的元素概念，就不可能形成科学的化学元素观。元素是在原子基础上建立的抽象集合概念，由于学生无法亲身感知，学习困难较大。教学中可以通过原子模型，创设活动，把抽象的元素概念具体化、形象化，帮助学生降低概念学习的难度，突破教学难点。

教学案例1：人教版九年级《化学（上册）》第三单元“物质构成的奥秘”课题3——元素

教师：同学们，咱们一起来做个游戏，游戏的名字叫“寻找氧原子”，请尽可能多地写出含氧原子的物质。

学生：氧气、二氧化碳、四氧化三铁、五氧化二磷……

教师：如果一个红球代表一个氧原子，我们把上述物质中的氧原子拿出来放到一起，就形成了一堆氧原子，其中每个氧原子的质子数都是8，我们称一堆氧原子为“氧元素”（如图），因此元素是质子数（即核电荷数）相同的一类原子的总称，比如氧元素就是质子数为8的氧原子的总称。

（二）应用提升阶段

元素观的应用提升阶段：人教版九年级《化学》第六单元到第十二单元。

1.用元素的观点整合知识。

元素观建构的最终目标是使学生头脑中形成稳定的认识视角，运用元素观整合已学知识，使之形成清晰的认知结构。比如第六单元“碳及碳的化合物”，学生会感觉物质数目多、物质性质多、化学反应多，往往造成学习的分化。因此单元复习时，可以尝试以“碳元素”为核心，引导学生整合已学知识，提升认识水平。首先，借助物质分类体系，梳理出本单元“碳家族”各成员的物质类别；其次，以物质性质为依据，建立“碳家族”各成员之间的转化关系，书写相应的化学方程式；最后，对比学生易混淆的碳和一氧化碳发生的化学方程式，引导学生发现两种物质可燃性和还原性都是在化学反应中结合氧元素，但由于结合的难易程度不同，反应的条件也有所不同。

2.用元素的观点思考问题。

运用元素观指导知识学习和问题解决， 通过应用性学习，在体验和反思中提升对元素观的认识，如从元素的角度理解并解决煤炭中硫元素和氮元素燃烧后生成二氧化硫和二氧化氮污染环境的问题；从元素角度合理选择矿石进行工业炼铁；从元素的角度分析看待金属、酸、碱各类物质具有相似的化学性质；从元素角度看待农作物生长、人体健康与化学元素的关系。

教学案例2：人教版九年级《化学（下册）》第八单元“金属和金属材料”课题3——金属资源的利用和保护。

教师：某地区有三种铁矿石储量丰富：①铝土矿（主要成分是Al2O3）②赤铁矿（主要成分是Fe2O3）③黄铁矿（主要成分是FeS2）。若你是炼铁厂的工程师，你会选择哪种矿石作为炼铁的原料？

学生：我不选择铝土矿！都没有铁元素，怎么炼铁！

教师：说得太好了！制取一种物质，就要选择含相应元素的物质作为反应物！赤铁矿和黄铁矿都含有铁元素可以用于炼铁，若从保护环境的角度考虑，你会选择哪一种？

学生：我会选择赤铁矿，因为黄铁矿的主要成分是FeS2，含有硫元素，我担心会像煤中的硫元素燃烧后产生有害气体二氧化硫！

教师：明智的选择，老师替当地的居民谢谢你！

综上所述，在初中化学教学中，以建构元素观为重点和目标的教学，应该是在教师对元素观整体理解的前提下，合理组织教材内容，用元素观统领具体知识的教学。特别需要强调，第一，元素观的建立是一个循序渐进的过程，是学生认识发展螺旋式上升的过程，切不可“一步到位”；第二，元素观的形成与微粒观、分类观密不可分，因此在教学中倡导多观并举，切不可“顾此失彼”。