用辩证唯物思想建构“元素”概念的教学设计

徐英姿

摘 要：本文从人类认识物质世界的大视角出发，以探索的思维方式引领学生层层推进，直到云雾顿开自然呈现元素概念。随后，用元素概念理解物质及其变化，充分展示了自然科学理论中蕴藏着的哲学思想，对于学生全面认识物质世界，形成科学的世界观具有深刻、积极的作用。

关键词：元素 概念建构 辩证唯物

元素概念的建构一直是初中化学教学的难点，对于为什么引入元素的概念，为什么要以具有相同核电荷数（即核内质子数）的一类原子来总称元素，这两个本质的问题，教学中一直有所回避。本文尝试从辩证唯物的思想，从人类探索物质组成本源的大视野引领学生建构元素概念。

一、元素概念构建中的辨证唯物思想

唯物主义认为，世界是物质的，物质是不断运动变化的。现代科学已经对构成物质的微粒有了很清楚的认识，并能够真实地观测和跟踪这些微粒的运动变化。物质世界纷繁复杂，物质种类有数千万种，这些物质相互之间既变化无穷又循环往复。辩证法指导我们，复杂的表象内部一定有基本、稳定的因素存在，看似无穷的变化背后一定有不变的规律存在。[1]

元素一词中，“元”是开元、不变的意思，“素”是要素、基本成分的意思。用辩证唯物的思想认识元素概念在化学学科中的意义，我们发现，元素概念的建构，是人们在探寻组成世间万物的亘古不变的基本成分，是为了发现变化无穷的化学反应中不变的要素。

二、建构“元素”概念的教学设计

1.从人们探索物质本源的历史足迹引入

人们在探索自然的过程中发现，形形色色的物质既变化无穷又循环往复，这促使人们意识到，纷繁复杂的物质很可能是由几种亘古不变的基本成分组成的，“元素”就是这个意思。[2]

中国古代的五行学说和西方的四元素说中都有这种认识。比如水，普遍存在又不易变化，所以古人认为水是组成物质世界的元素之一。请学生思考：根据你现在对水的认识，古人的这种观点正确吗？学生很容易回答，不正确，因为水是可以被分解的。

[关键问题一]我们从哪里探寻组成物质的基本成分——元素？

用这一问，将学生引向现代化学理论对物质构成的认知，从科学事实出发探寻元素。

2.找到构成物质的微粒中，最基本的微粒是原子

学生熟知，构成物质的微粒有三種，分子、原子、离子，进一步引导，分子是由原子构成的，离子是由原子得失电子之后形成的。所以，构成物质的微粒中，最基本的微粒是原子。

既然原子是构成所有物质最基本的微粒，那只要将构成所有物质中的原子摘出来分析归类，将每一类原子概括总称为一种元素，就找到了组成物质的基本成分——元素！

[关键问题二]同一类原子的基本特征是什么？也就是说，我们以什么为依据，从哪个角度将原子归类？

用这一问，将学生引向对原子内部构成的深度思考。

3.找到同一类原子的最基本的特征是质子数相同

各种原子的基本构成是一致的，差异在于其内部包含的质子、中子、电子的数目不同。请学生思考：我们给原子归类时，是要求原子内部的这三种粒子数目都完全相同呢？还是只要最有意义的、最基本的一种粒子数相同就可以了？学生容易想到，要选择对研究化学反应有意义的、最基本的粒子。

[关键问题三]哪种粒子决定原子在化学反应中的表现？

学生很明确，是核外电子，尤其是最外层电子。而在原子中，核外电子数等于质子数。

[关键问题四]对于研究化学变化来讲，质子数和电子数都是有意义的，哪一种更为基本呢？

这需要我们再次思考微粒构成物质的三条途径：除了少数物质由原子直接构成外，大多数物质是要由原子先构成分子，再由分子构成物质，或者由原子得失电子形成离子，再由离子构成物质。

而在原子构成分子或形成离子的过程中，原子核始终不变，核外电子会得失转移。换句话讲，原子无论通过哪种途径构成物质，质子数都不会改变，但电子数会变。

我们将原子归类，是为了探寻组成物质的基本成分——元素，显然只有以核内质子数作为一类原子归类的依据，才能准确把握组成物质的基本成分。

至此，元素概念自然地呈现在学生面前。

4.构建元素概念，并用元素概念理解物质和变化

元素就是具有相同核电荷数（即核内质子数）的一类原子的总称。

按照这一定义，氕和氘虽然中子数不同但质子数相同，都属于氢元素，碳12、碳13、碳14的质子数都是6，都属于碳元素。更重要的是，钠原子和钠离子虽然核外电子数不同，但质子数都是11，都属于钠元素。

请回忆氯化钠的形成过程，金属钠在氯气中燃烧生成的新物质就是氯化钠。反应物金属钠由钠原子构成，氯气由氯分子构成（每个氯分子由两个氯原子构成），反应后新生成的氯化钠由钠离子和氯离子构成。

在这个过程中，原子核外的最外层电子发生转移，原子变成了离子，旧的物质消失生成新的物质，但是组成物质的基本成分——元素没有变！反应前的钠原子与反应后的钠离子质子数相同，都属于钠元素；反应前的氯原子与反应后的氯离子质子数相同，都属于氯元素。

化学反应前后元素种类不变，物质有数千万种，但组成这些物质的元素只有一百多种。我们以原子内部的质子数来归类原子定义元素，就把握住了化学变化中的不变因素，探寻到了组成物质的最基本成分。

三、教学设计反思

1.教学设计的特点

此教学设计，直面初中化学中学生很难理解的概念，不回避问题实质，科学地、层次清晰地引导学生成功建构元素概念。

四个关键问题层层递进，清晰通透，彻底让学生明白了，只有以核内质子数作为一类原子归类的依据，才能把握组成物质的基本成分。让元素这一非常抽象的概念在学生头脑中稳固地建立。

2.教学实践效果

本课设计充分展示了哲学与自然科学之间紧密的联系，很好地启迪了学生的哲学思辨，对于学生更全面地认识物质世界，形成科学的世界观，具有深刻的、积极的作用。

这节课延伸出的对物质及其变化的认识，更是触到了初中化学乃至整个化学学科最核心的思想观念，包括微粒观、元素观、变化观、守恒观等，学生领悟到了化学学科思想的精髓，真正会终身受益。

参考文献

[1]王峰.“化学家眼中的物质世界”复习课的整体构建研究[J].化学教育，2014，（7）.

[2]雷升.“浅谈在化学教学中渗透哲学思想”[J].中学化学教学参考，2018，（7）.