关于元素化学教学的体会和几点建议*

2020-02-09李襄宏张丙广唐定国

广州化工 2020年1期

李襄宏，张丙广，黄涛，唐定国

(中南民族大学化学与材料科学学院，湖北武汉 430074)

无机化学作为大学化学相关专业的第一门基础必修课程，其知识体系包含基础理论和元素化学两大块，对学生的专业学习起着承前启后的作用。其中，基础理论包含四大平衡(酸碱平衡、沉淀-溶解平衡、氧化-还原平衡以及配位平衡)、化学热力基础以及物质结构理论，在后续的分析化学、物理化学以及结构化学中还会做更为深入的学习。因此，最能体现无机化学特点的其实是元素化学[1]。元素化学是无机化学的核心所在，现代化学中的许多新发现、新理论都与元素化学有关，许多与生活密切相关的新材料的出现也都依赖于元素及其化合物的独特性质。因此，可以说元素化学是科技工作者认识物质世界，研究和开发新材料不可缺少的基础知识，教好和学好元素化学十分重要。本文结合笔者的教学实践谈谈元素教学过程中的体会和一些做法。

1 元素化学教学的现状

元素化学以化学原理为基础，以元素周期系为指导，包含周期表中重要的元素单质及其典型化合物的制备、结构、性质及性质递变规律，主要为叙述性材料。其内容繁杂，头绪众多，知识量大，对学生而言是“一看就懂、一听就烦、一放就忘、一用就不会”；对教师而言，则是花费大量精力却难见成效。特别是在基础课程学时不断压缩的情况下，在实际教学过程中为保证基础理论知识的传授，大量压缩元素化学部分的教学时数，导致元素化学的内容通常都是在极其匆忙的“照本宣科式”讲授中草草收场，教师教得吃力痛苦，学生学得乏味糊涂。

鉴于元素化学“多”而“杂”、“散”而“干”的弊端，怎样让学生喜欢元素化学，如何创设生动、活泼的教学局面以改善教学效果，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，尝试了不少值得借鉴的教学方法如对比、演绎、归纳、讨论等[2-5]，以及如主线式、开放式、探究式等多种教学模式[6-8]。无论采取什么教学策略，元素化学教学始终围绕结构-性质-应用及元素电势图两条主线，结合理论知识推知物质的物理及化学性质。

2 学习元素化学存在的问题

元素化学内容大多为叙事性材料，且涉及各种化学现象和众多化学反应，很多学生在学习过程中望“反应”而兴叹，学习兴趣不高。造成这种局面的主要原因除了与教学内容的组织形式以及采取的教学策略有关外，还与学生学习元素化学过程中的以下问题有关：

(1)过于夸大反应方程式的重要性，机械记忆多，理解记忆少

元素化学的教材是按元素及其化合物的存在、制备、结构、性质与应用的顺序编写，形式千篇一律。而且，无论存在、制备还是性质，基本是以反应方程式的形式直观呈现。结合中学的学习经验，很多学生片面认为反应方程式最为重要，甚至以为只要把方程式记下来，就能学好元素化学。因此，一味地花费大量的精力去机械记忆众多的反应方程式，结果却得不偿失。殊不知，各物质之间的化学反应取决于其元素及化合物性质的规律，只需掌握其基本通性，找到各物质之间的内在联系，就能轻松地写出这些化学反应式。

(2)知识前后的衔接认知不足，归纳总结及应用能力欠缺

无机化学教材中，基本化学原理安排在前，元素化学安排在后，尽管其中穿插了热力学及物质结构理论用于解释元素性质，但总体安排相对元素这条主线来说比较凌乱，不利于学生学习，也造成学生在学习过程中不能将元素化学部分与化学原理知识很好地对接并形成逻辑关系严密的知识网。虽然熟知物质的性质主要是水溶性(包括在水中的溶解程度、水解等)、热稳定性、氧化还原性、络合性，却只知记忆哪些物质有哪些性质这些结论性的知识点，不善于将其与离子极化、价电子等原理性知识归纳联系起来，对一些熟知的事实性结果无法用相关原理进行解释说明，透过现象探究本质的应用能力欠缺。

(3)不重视元素化学实验，实验与理论脱节

化学是一门实验学科，无机化学中的元素化学包含成千上万个化学反应。这些化学反应构成了我们丰富多彩的世界。透过这些化学反应，便能了解神奇的物质世界千变万化的规律。因此，元素性质实验，无疑是学习和掌握元素化学的重要途径之一。尽管在实验教学过程中，笔者一再强调元素实验的重要性，并在实验报告撰写中引导学生结合实验结果归纳总结元素特性，但效果并不明显。很多学生认为元素性质实验操作简单，颜色千变万化，做实验时兴趣盎然，却只是按部就搬，并不注意实验内容安排的规律性及逻辑性，做完就忘，上交的实验报告基本上都是事实现象的描述和具体的化学反应式，丝毫未将其与学过的理论知识进行联系，归纳总结极少。

3 教学中的具体策略

兴趣是学习最好的老师。关于如何提高学生学习元素化学的兴趣，改善元素化学的教学效果，很多一线教师提出诸如结合化学史、结合生活、结合环境等具体实例讲述元素化学内容，取得了一定的成绩[9]。许多新颖的教学方法和教学模式的探索也是以引起或强化学生兴趣为首要前提，进而促进学生学习的主观能动性，从而达到一定的教学目标。但是，这里需要强调一点的是，记忆是学习一切课程学习的关键。在有兴趣的基础上，记忆无疑是学习和掌握一门课程的最快途径。遗憾的是，很多学生空有学习兴趣，在面对浩瀚如海的元素化学知识时，仍然觉得学习困难，因为要记的知识点实在是太多了。单纯地依靠机械记忆、不会迁移变通，是无法学好元素化学的。笔者结合实际教学过程中的具体案例给出以下几点建议，仅供参考，如有不妥之处，敬请批评指正。

(1)以价电子构型为切入点，将氧化-还原反应记忆变简单

氧化-还原反应是四大反应类型中最为灵活、学生最难记忆的一类反应，与元素性质联系也最为紧密。对一些不常见的元素及化合物涉及的反应，通常先以元素电势图及化学热力学理论分析氧化-还原反应的可能性，进而书写反应方程式。但是对大多数常见元素来说，只要熟知元素的电子构型，即可快速分析出其氧化态，从而初步分析其氧化性或还原性特征，进而在两种物质发生反应时做出正确的判断及产物的预测，这里以硫S元素为例(如图1所示)。过渡金属元素同样具有多种氧化数，其表现氧化性还是还原性，同样可由电子构型推知。值得注意的是，需要记忆一些常见化合物在酸碱介质中的不同形态。