如何加强和提高元素化学教学*

2012-04-02谢钢杨奇陈三平高胜利

大学化学 2012年5期

谢钢杨奇陈三平高胜利

(西北大学化学与材料科学学院陕西西安 710069)

大一无机化学课程中的元素化学教学一直是基础课教师关注的焦点之一。一些中国科学院院士也对此给予了关注[1-5]。近年来，很多一线教师根据自己的教学实践探索总结了不少教学经验，发表了很有见地的论文[6-19]，例如归类法、与化学史结合、与生活结合、与应用结合等讲法，都取得了很好的教学效果。笔者拟以西北大学大一无机化学元素化学的教学实践，谈谈加强和提高元素化学教学的一些理念和做法。

1 元素化学是无机化学的主脉

通常，大一化学课程按照内容被划分为两个部分：化学原理和元素化学。其中元素化学部分是无机化学教学的主脉，主要是按照元素周期表系统地介绍元素及其化合物的制备、性质、反应性以及它们之间的联系和规律，是完成无机化学课程的重要环节。两部分的有机结合保证了大一化学课程的完整性。再则，大一化学课程中元素化学内容的重要性还在于:许多专业的学生在大学阶段的学习中可能再也不会遇到系统介绍元素的课程了。

加强元素化学教学是学科发展的需要。徐光宪先生曾撰文说21世纪的化学将在与物理学、生命科学、材料科学、环境科学、信息科学、能源、海洋、空间科学的相互交叉、相互渗透、相互促进中共同发展[1]。就是说，随着科学的发展, 冶金、地质以及航空航天、电子、激光、环境、能源、材料和生物工程等新兴工业和尖端科学技术的发展对无机化学提出了新的要求，无机化学除了一方面继续发展自身以外，另一方面还在向其他学科如生物、有机、环境科学等渗透，出现交叉学科。显然，它要反映在无机化学的元素教学过程中, 必须注意将与无机化学相关的新技术、新方法、新材料以及科学研究的最新成果融入到无机化学的元素教学中，以保证无机化学教材的先进性。

2 提高元素化学教学质量

2.1 建立以区划分内容加强通性讲解的教学体系

元素化学的讲述方法各异，各有千秋。建立以区划分内容(即s区、p区、d区和f区)，加强通性讲解的教学体系是其中一种较为科学的方法。因为只有周期系才能将百余种元素联系在一起，能表示出元素之间横纵、上下、左右、对角、区域性的关系。讲解各区通性，就能让学生了解元素在周期表中的位置、全貌和共性，体会个性与共性、局部和全体的哲学思想，从而启发学生利用和发挥某元素性质的想象力。

例如讲s区，其通性为：(1) 从上到下电离能、电负性减小，金属性、还原性增强，原子半径增大；(2) 从左到右原子半径减小，金属性、还原性减弱，电离能、电负性增大；(3) 都是最活泼的金属；(4) 同一族自上而下性质的变化有规律；(5) 通常只有一种稳定的氧化态；(6) 形成的化合物大多是离子型的。究其原因？一切归于原子结构。

讲p 区元素的通性，则必须讲到P区元素的化学特点是其多样性，包括：(1) 唯一同时包括金属和非金属元素的一个区；(2) 无机非金属材料库(如人造金刚石、分子筛、高能燃料、硅单晶材料、纳米半导体材料、碳-碳复合材料、太阳能电池材料和光子带隙材料等)；(3) 包括 “不活泼的单原子气体——稀有气体”；(4) 有毒的小元素群；(5) 多有同素异形体；(6) 成键的多样性(如乙硼烷的3c-2e键等)；(7) 区域性的规律性(如惰性电子对效应，对角线规则等)。

讲d区元素的通性，则必须强调d区元素的化学就是d 电子的化学，其特征不同程度上与价层 d 电子的存在有关，至少表现在：(1) 熔、沸点高，硬度、密度大的金属大都集中在这一区；(2) 不少元素形成有颜色的化合物；(3) 许多元素形成多种氧化态,从而导致丰富的氧化还原行为；(4) 形成配合物的能力比较强，包括形成经典的维尔纳配合物和金属有机配合物；(5) 参与工业催化过程和酶催化过程的能力强。

讲f区元素，则重点在于介绍稀土元素：(1) 各种规律：特征的正三价氧化态，镧系收缩的单向变化，双峰效应，离子颜色的周期性变化，斜W规则，奇偶变化等；(2) 中国稀土的丰富资源，三大产地，五大特点；(3) 稀土的分离化学；(4) 稀土的应用。

在讲解各区元素通性的同时，要注意对各区重点元素及其化合物的存在、制备、性质和用途的讲解。

2.2 注重化学原理对元素化学的指导和应用作用

在教学中，应注重利用原子结构、分子结构、化学热力学、动力学、氧化还原等无机化学的基础理论知识去理解、判断、解释元素及其化合物的性质与结构,使两者有机结合。无机化学的主体是元素和化合物，只有通过这种结合才能真正消化理论，才能真正理解元素本体。例如，同一族的N2和P4同是独立小分子结构，但性质差别却很大，这是由于成键不同引起的，反过来可引申到分子轨道理论概念，进一步指导对其性质、制备原理的理解。再如对CO、SO2等分子结构的讲解，使学生了解物质反应性不同的原因，并更加全面了解不等性杂化轨道，如sp和sp2杂化轨道。还可举出有机苯-无机苯、金刚石-立方氮化硼、石墨-立方氮化硼，可说明等电子物种的相关性；又如BX3酸性的大小顺序是BF3

2.3 强调元素和化合物在周期表中的规律性讲解

加强对元素和化合物在周期表中的规律性讲解，这也是深入元素化学讲解内容和加强其与理论部分结合的好方法。例如含氧酸的氧化还原性(包括含氧酸氧化还原性的周期性、影响含氧酸氧化能力强弱的因素)，无机酸强度的变化规律(包括影响无机酸强度的直接因素、氢化物酸性强弱的规律、含氧酸的酸性强弱规律)，盐类的热分解(包括无机含氧酸盐热分解的类型和规律、无机含氧酸盐热分解的本质和对某些规律的解释)，无机化合物的水解性(包括影响水解的因素、水解产物的类型)，离子晶体盐类的溶解性(规律性及其解释)，第二周期性(次周期性)和区域规律性[21]等。这些不但是讲授内容的深化，而且还能让学生学会归纳法，引导学生掌握正确的逻辑思维方法,提高他们持续学习的能力。

总之，在大一化学中，元素化学教学是基础无机化学课的重要部分，必须不断进行研讨、改进、加强，才能获得良好的教学效果。此外，提升授课艺术也很重要。例如，我们在讲授化学原理部分时采用的大纲式教学法[22]也适用于元素化学教学；在讲课中，为提高学生学习化学的兴趣和热情，采用适当引入元素化学史料、结合生活实例及前沿发现等做法，都是行之有效的。另外，在元素化学多媒体教学中使用丰富的图形文件和照片，也起到了很好的效果。

[1] 徐光宪.大学化学,2001,16(1):1

[2] 申泮文.大学化学,2001,16(1):37

[3] 申泮文,车云霞.大学化学,2002,17(4):9

[4] 申泮文.大学化学,2003,18(3):2

[5] 朱亚先,郑兰荪.大学化学,2006,21(3):149

[6] 展树中,邹智毅,黄莺.中国科教创新导刊,2010(1):82

[7] 秦元满.科技信息,2008(22):171

[8] 田静.大同职业技术学院学报,2005,19(4):72

[9] 苏芳.大学化学,2008,23(3):18

[10] 朱贤东,张琴.广东化工,2010,37(8):238

[11] 刘毓芳.忻州师范学院学报,2003,19(2):73

[12] 文君.贵州教育学院学报(自然科学),2005,16(2):59