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摘要:元素化學(xué)作為無(wú)機(jī)化學(xué)的核心，以化學(xué)原理為基礎(chǔ)，以元素周期系為指導(dǎo)，包含元素單質(zhì)及其典型化合物的制備、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及應(yīng)用。對(duì)其知識(shí)的學(xué)習(xí)，對(duì)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)新材料具有十分重要的意義。但其內(nèi)容多、雜、散且枯燥乏味。筆者針對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)元素化學(xué)存在的主要問(wèn)題，指出應(yīng)在提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)對(duì)元素知識(shí)的理解記憶，減少對(duì)機(jī)械記憶的依賴(lài)，并結(jié)合教學(xué)案例給出幾點(diǎn)建議。

關(guān)鍵詞:無(wú)機(jī)化學(xué);元素化學(xué);教學(xué)體會(huì);教學(xué)策略

無(wú)機(jī)化學(xué)作為大學(xué)化學(xué)相關(guān)專(zhuān)業(yè)的第一門(mén)基礎(chǔ)必修課程，其知識(shí)體系包含基礎(chǔ)理論和元素化學(xué)兩大塊，對(duì)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)起著承前啟后的作用。其中，基礎(chǔ)理論包含四大平衡(酸堿平衡、沉淀－溶解平衡、氧化－還原平衡以及配位平衡)、化學(xué)熱力基礎(chǔ)以及物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論，在后續(xù)的分析化學(xué)、物理化學(xué)以及結(jié)構(gòu)化學(xué)中還會(huì)做更為深入的學(xué)習(xí)。因此，最能體現(xiàn)無(wú)機(jī)化學(xué)特點(diǎn)的其實(shí)是元素化學(xué)［1］。元素化學(xué)是無(wú)機(jī)化學(xué)的核心所在，現(xiàn)代化學(xué)中的許多新發(fā)現(xiàn)、新理論都與元素化學(xué)有關(guān)，許多與生活密切相關(guān)的新材料的出現(xiàn)也都依賴(lài)于元素及其化合物的獨(dú)特性質(zhì)。因此，可以說(shuō)元素化學(xué)是科技工作者認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界，研究和開(kāi)發(fā)新材料不可缺少的基礎(chǔ)知識(shí)，教好和學(xué)好元素化學(xué)十分重要。本文結(jié)合筆者的教學(xué)實(shí)踐談?wù)勗亟虒W(xué)過(guò)程中的體會(huì)和一些做法。

1元素化學(xué)教學(xué)的現(xiàn)狀

元素化學(xué)以化學(xué)原理為基礎(chǔ)，以元素周期系為指導(dǎo)，包含周期表中重要的元素單質(zhì)及其典型化合物的制備、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及性質(zhì)遞變規(guī)律，主要為敘述性材料。其內(nèi)容繁雜，頭緒眾多，知識(shí)量大，對(duì)學(xué)生而言是“一看就懂、一聽(tīng)就煩、一放就忘、一用就不會(huì)”;對(duì)教師而言，則是花費(fèi)大量精力卻難見(jiàn)成效。特別是在基礎(chǔ)課程學(xué)時(shí)不斷壓縮的情況下，在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中為保證基礎(chǔ)理論知識(shí)的傳授，大量壓縮元素化學(xué)部分的教學(xué)時(shí)數(shù)，導(dǎo)致元素化學(xué)的內(nèi)容通常都是在極其匆忙的“照本宣科式”講授中草草收?qǐng)?，教師教得吃力痛苦，學(xué)生學(xué)得乏味糊涂。鑒于元素化學(xué)“多”而“雜”、“散”而“干”的弊端，怎樣讓學(xué)生喜歡元素化學(xué)，如何創(chuàng)設(shè)生動(dòng)、活潑的教學(xué)局面以改善教學(xué)效果，很多一線教師根據(jù)自己的教學(xué)實(shí)踐探索總結(jié)了不少教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，嘗試了不少值得借鑒的教學(xué)方法如對(duì)比、演繹、歸納、討論等［2－5］，以及如主線式、開(kāi)放式、探究式等多種教學(xué)模式［6－8］。無(wú)論采取什么教學(xué)策略，元素化學(xué)教學(xué)始終圍繞結(jié)構(gòu)－性質(zhì)－應(yīng)用及元素電勢(shì)圖兩條主線，結(jié)合理論知識(shí)推知物質(zhì)的物理及化學(xué)性質(zhì)。

2學(xué)習(xí)元素化學(xué)存在的問(wèn)題

元素化學(xué)內(nèi)容大多為敘事性材料，且涉及各種化學(xué)現(xiàn)象和眾多化學(xué)反應(yīng)，很多學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中望“反應(yīng)”而興嘆，學(xué)習(xí)興趣不高。造成這種局面的主要原因除了與教學(xué)內(nèi)容的組織形式以及采取的教學(xué)策略有關(guān)外，還與學(xué)生學(xué)習(xí)元素化學(xué)過(guò)程中的以下問(wèn)題有關(guān):

(1)過(guò)于夸大反應(yīng)方程式的重要性，機(jī)械記憶多，理解記憶少

元素化學(xué)的教材是按元素及其化合物的存在、制備、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)與應(yīng)用的順序編寫(xiě)，形式千篇一律。而且，無(wú)論存在、制備還是性質(zhì)，基本是以反應(yīng)方程式的形式直觀呈現(xiàn)。結(jié)合中學(xué)的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，很多學(xué)生片面認(rèn)為反應(yīng)方程式最為重要，甚至以為只要把方程式記下來(lái)，就能學(xué)好元素化學(xué)。因此，一味地花費(fèi)大量的精力去機(jī)械記憶眾多的反應(yīng)方程式，結(jié)果卻得不償失。殊不知，各物質(zhì)之間的化學(xué)反應(yīng)取決于其元素及化合物性質(zhì)的規(guī)律，只需掌握其基本通性，找到各物質(zhì)之間的內(nèi)在聯(lián)系，就能輕松地寫(xiě)出這些化學(xué)反應(yīng)式。

(2)知識(shí)前后的銜接認(rèn)知不足，歸納總結(jié)及應(yīng)用能力欠缺

無(wú)機(jī)化學(xué)教材中，基本化學(xué)原理安排在前，元素化學(xué)安排在后，盡管其中穿插了熱力學(xué)及物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論用于解釋元素性質(zhì)，但總體安排相對(duì)元素這條主線來(lái)說(shuō)比較凌亂，不利于學(xué)生學(xué)習(xí)，也造成學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中不能將元素化學(xué)部分與化學(xué)原理知識(shí)很好地對(duì)接并形成邏輯關(guān)系嚴(yán)密的知識(shí)網(wǎng)。雖然熟知物質(zhì)的性質(zhì)主要是水溶性(包括在水中的溶解程度、水解等)、熱穩(wěn)定性、氧化還原性、絡(luò)合性，卻只知記憶哪些物質(zhì)有哪些性質(zhì)這些結(jié)論性的知識(shí)點(diǎn)，不善于將其與離子極化、價(jià)電子等原理性知識(shí)歸納聯(lián)系起來(lái)，對(duì)一些熟知的事實(shí)性結(jié)果無(wú)法用相關(guān)原理進(jìn)行解釋說(shuō)明，透過(guò)現(xiàn)象探究本質(zhì)的應(yīng)用能力欠缺。

(3)不重視元素化學(xué)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)與理論脫節(jié)

化學(xué)是一門(mén)實(shí)驗(yàn)學(xué)科，無(wú)機(jī)化學(xué)中的元素化學(xué)包含成千上萬(wàn)個(gè)化學(xué)反應(yīng)。這些化學(xué)反應(yīng)構(gòu)成了我們豐富多彩的世界。透過(guò)這些化學(xué)反應(yīng)，便能了解神奇的物質(zhì)世界千變?nèi)f化的規(guī)律。因此，元素性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，無(wú)疑是學(xué)習(xí)和掌握元素化學(xué)的重要途徑之一。盡管在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，筆者一再?gòu)?qiáng)調(diào)元素實(shí)驗(yàn)的重要性，并在實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫(xiě)中引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果歸納總結(jié)元素特性，但效果并不明顯。很多學(xué)生認(rèn)為元素性質(zhì)實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單，顏色千變?nèi)f化，做實(shí)驗(yàn)時(shí)興趣盎然，卻只是按部就搬，并不注意實(shí)驗(yàn)內(nèi)容安排的規(guī)律性及邏輯性，做完就忘，上交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告基本上都是事實(shí)現(xiàn)象的描述和具體的化學(xué)反應(yīng)式，絲毫未將其與學(xué)過(guò)的理論知識(shí)進(jìn)行聯(lián)系，歸納總結(jié)極少。

3教學(xué)中的具體策略

興趣是學(xué)習(xí)最好的老師。關(guān)于如何提高學(xué)生學(xué)習(xí)元素化學(xué)的興趣，改善元素化學(xué)的教學(xué)效果，很多一線教師提出諸如結(jié)合化學(xué)史、結(jié)合生活、結(jié)合環(huán)境等具體實(shí)例講述元素化學(xué)內(nèi)容，取得了一定的成績(jī)［9］。許多新穎的教學(xué)方法和教學(xué)模式的探索也是以引起或強(qiáng)化學(xué)生興趣為首要前提，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，從而達(dá)到一定的教學(xué)目標(biāo)。但是，這里需要強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)的是，記憶是學(xué)習(xí)一切課程學(xué)習(xí)的關(guān)鍵。在有興趣的基礎(chǔ)上，記憶無(wú)疑是學(xué)習(xí)和掌握一門(mén)課程的最快途徑。遺憾的是，很多學(xué)生空有學(xué)習(xí)興趣，在面對(duì)浩瀚如海的元素化學(xué)知識(shí)時(shí)，仍然覺(jué)得學(xué)習(xí)困難，因?yàn)橐浀闹R(shí)點(diǎn)實(shí)在是太多了。單純地依靠機(jī)械記憶、不會(huì)遷移變通，是無(wú)法學(xué)好元素化學(xué)的。筆者結(jié)合實(shí)際教學(xué)過(guò)程中的具體案例給出以下幾點(diǎn)建議，僅供參考，如有不妥之處，敬請(qǐng)批評(píng)指正。

(1)以?xún)r(jià)電子構(gòu)型為切入點(diǎn)，將氧化#還原反應(yīng)記憶變簡(jiǎn)單

氧化－還原反應(yīng)是四大反應(yīng)類(lèi)型中最為靈活、學(xué)生最難記憶的一類(lèi)反應(yīng)，與元素性質(zhì)聯(lián)系也最為緊密。對(duì)一些不常見(jiàn)的元素及化合物涉及的反應(yīng)，通常先以元素電勢(shì)圖及化學(xué)熱力學(xué)理論分析氧化#還原反應(yīng)的可能性，進(jìn)而書(shū)寫(xiě)反應(yīng)方程式。但是對(duì)大多數(shù)常見(jiàn)元素來(lái)說(shuō)，只要熟知元素的電子構(gòu)型，即可快速分析出其氧化態(tài)，從而初步分析其氧化性或還原性特征，進(jìn)而在兩種物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)時(shí)做出正確的判斷及產(chǎn)物的預(yù)測(cè)，這里以硫S元素為例(如圖1所示)。過(guò)渡金屬元素同樣具有多種氧化數(shù)，其表現(xiàn)氧化性還是還原性，同樣可由電子構(gòu)型推知。值得注意的是，需要記憶一些常見(jiàn)化合物在酸堿介質(zhì)中的不同形態(tài)。

(2)尋找典型化合物，盡可能多角度聯(lián)系理論知識(shí)，增強(qiáng)記憶邏輯性

學(xué)習(xí)元素化學(xué)的目的之一是希望學(xué)生能夠透過(guò)現(xiàn)象看到引起這些變化的本質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。但該部分內(nèi)容“多、雜、散、亂”的特點(diǎn)，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中難以直接將原理知識(shí)系統(tǒng)的與這些材料聯(lián)系起來(lái)。筆者通過(guò)多年教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，如果將這些原理知識(shí)與典型的化合物聯(lián)系起來(lái)多角度分析，能夠加深理解，增強(qiáng)記憶的邏輯性。如HgI2－4和HgI2可以作為考察物質(zhì)顏色有關(guān)知識(shí)點(diǎn)的代表性化合物，前者涉及配離子中有無(wú)d－d躍遷，后者涉及離子極化引起的電子躍遷。掌握了這兩個(gè)化合物的顯色問(wèn)題，推己及彼，即可分析其他類(lèi)似物種的顯色原理。再如比較Co(NH3)3+6和Co(NH3)2+6的穩(wěn)定性，可從價(jià)鍵理論、晶體場(chǎng)理論、配位平衡對(duì)電極電勢(shì)的影響三個(gè)角度分析，不僅可加強(qiáng)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，同時(shí)也能培養(yǎng)學(xué)生建立知識(shí)邏輯關(guān)系的能力，增強(qiáng)其記憶。(3)注意異常性及特殊性，增強(qiáng)對(duì)現(xiàn)象的理論分析能力，減少對(duì)機(jī)械記憶的依賴(lài)化學(xué)是一門(mén)實(shí)驗(yàn)學(xué)科，許多元素性質(zhì)的規(guī)律總結(jié)都來(lái)源于對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的系統(tǒng)分析。因此，許多實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象也都可以通過(guò)共性規(guī)律得到解釋。當(dāng)把Na和Ca同時(shí)放入水中時(shí)，觀察到的結(jié)果卻是Na反應(yīng)更活潑，究其實(shí)質(zhì)是因?yàn)樵贑a表面生成了一層Ca(OH)2微溶物阻止水分子與Ca的進(jìn)一步反應(yīng)，這與基本原理并無(wú)矛盾。通過(guò)類(lèi)似特殊案例的分析，讓學(xué)生有意識(shí)的認(rèn)識(shí)到任何現(xiàn)象都是有理可循的，只要掌握基本原理，記住一些特殊性，便能分析出可能的現(xiàn)象與結(jié)果，從而不過(guò)分依賴(lài)機(jī)械記憶。

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作者:李襄宏 張丙廣 黃濤 唐定國(guó) 單位:中南民族大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院