高中化学课程标准指导下的元素化学教学问题，本文主要内容关键词为：指导下论文,课程标准论文,元素论文,化学论文,高中化学论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
大量地、系统地讲述元素化学，并配以相关的化学实验，是上个世纪40年代前后基础化学教材和教学普遍采用的主要方式。随着物质结构研究手段和相应理论的发展，对化学物质的研究，逐渐由“见著而知微”的传统认知方式，转而成为兼有“见著而知微”和“见微而知著”相结合的方式，也就是现在常说的由宏观和微观两个角度来探究物质世界的认知方式，从而促进了20世纪中期基础化学教材和教学要求的变革。显著的标志之一，就是以物质结构为中心的有关理论和以化学热力学为基础的有关理论的引入，和逐渐融合于大学普通化学和高中化学教材与教学之中。由于教学学时和对教材篇幅的限制，元素化学的教学理所当然地受到压缩。在化学教育界的努力下，使得这个压缩过程同时成为对经典化学教育的又一次优化过程。优化过程所遵循的基本原则是“少而精”，在这个原则的指导下，经历多次教学内容的精选过程之后，大学普通化学和中学化学的大纲、课程标准以及教材随之改变为现在普遍接受的这种形式。这是我们探讨高中化学课程标准指导下元素化学教学问题的基本出发点。
一、初等化学教材中减少元素化学的合理性
元素化学在基础化学教学和教材中所占比率的减少，是上个世纪后半期以来化学教育改革的标志之一，体现了学科的发展和社会对教育改革的要求。初等化学教育目标的变化，体现了现代教育更加着重培养具有现代化意识的高素质公民的理念，因为只有在这个理念的指导下，“以人为本”的基本原则才能够真正落在实处，才能有利于构建一个真正的现代化的和谐社会。这是我们学习和理解这次教学改革和新课标时的要点之一。
把人类经数千年在实际生活和生产活动中积累的对物质世界的认识、和历时数百年学科发展所获得的成就，在极其有限的学时内，通过有效的教学活动，使之成为受教者基本素质中的组成之一，是一件极其困难、但又必须完成的任务。它促进了现代教育学和各学科教学研究主体的形成和发展。所以课程标准所阐发的教育理念，以及在此理念下构建的学科课程标准，体现了现代教育界对上述两个方面的发展现状和趋势的认识。这是我们依据课程标准构建课程教学方案时的指导思想。
即使是像中学化学这样一门侧重于自然科学的课程，它的教育目标也不再只偏爱知识技能，而是改为对知识技能、过程方法和情感态度价值观并重的三维教育目标。教学过程则由传统的、以“灌输”为主要形式的课堂讲授，转变为以学生主动学习辅以师生互动为特征的探究方式。这一改变不仅有利于培养学生的学习兴趣和能力，而且有可能使得学生得以自主地获取更多的知识和技能。虽然这种教学方式对绝大多数师生来说，都是原来并不熟悉的，有待于不断地摸索和改进，但是几年来的教学实践已经证明它是有益于基础教育改革的。
二、精选后的元素化学仍然是初等化学的核心内容
现在有一种误解，即把“贴近生活，贴近社会”作为选择教学内容和教学设计时的“第一原则”，或用以衡量所选知识技能是否“精”的依据。从而忽视了学科的核心概念、方法的重要性，以及学科知识的内在系统性，而后者正是学生基本素质中最应关注的内涵之一。由于知识过于零散，处理实际问题时因为把握不住思考或求解问题的更为普适的基本思路，往往只能求助于对书本知识的记忆。“照猫画虎”或“照葫芦画瓢”式的学习方式和由此形成的思维惯性，将导致缺乏创新意识，并且难以真正做到自主学习。所以就初等化学教学而言，也许把“贴近生活，贴近社会”原则更多地定位于教学策略的层面，会比较恰当一些。我们认为这是在课程标准指导下处理元素化学教学时一种值得探讨的观点。
什么是初等化学学科教学的基本任务？即使有了课程标准或教学大纲，对于这个问题一直存在着两种并不完全相同的看法。一种看法可能更多地带有“学好数理化，走遍天下都不怕”的成分，亦即带有职业性目标的色彩。另一种看法则比较偏重于素质性目标，即服务于更全面的素质教育。后一种看法在课程标准中有较详尽的论述，这是我们应当认真学习和研讨的指导思想之一。如果不能真正认同后者的合理性，认为减少化学学时和元素化学教学内容，和学生化学知识的“贫乏”，将会对一代公民“科学素质”产生负面影响的忧虑，就会挥之不去。其实，以素质教育为特征的高中化学，在整个教学过程中，除去教学活动方式的改变外，学科本身仍然有着必须达到的基本要求，这是对高中课程进行整体设计时所坚持的基本原则，也是在研究教学方案和设计教案时必须兼顾的两个方面。
化学是一门以化学物质为研究对象的自然科学，从而决定了它的研究活动必然以化学元素为基础，这就是为什么在初等化学中必须包含元素化学的原因。在学时较少，难以顾及较多的化学元素时，只能依据“少而精”的原则，精选出能够较全面地反映元素化学特点的某些元素作为教学内容，这就是国内外中学化学教材在元素化学部分取材基本相同的原因。认识到这一点，对于构建在课程标准指导下的元素化学教学有重要的意义。
三、元素化学的教育价值
元素化学除全面地展现每个元素及其化合物的化学知识外，它的价值还体现在有助于形成如下的认识：(1)化学学科对于物质世界的基本认识可以简约为：我们周围的物质世界是由化学元素构成的。亦即，存在于物质之间的差异，可以归结为元素组成和物质内部结构之间的不同。(2)虽然宇宙间存在着的物质种类，已经达到难以胜数的地步，但是通过人工合成的新物质的数量，将远远超过它。亦即，化学不仅有助于人类认识现有的物质世界，她还将为人类创造出一个“全新的”物质世界。(3)元素在物质中存在的形态（包括化合价、所处微环境、与相邻原子离子或原子团间的作用力及介质环境等）对物质的性质能够产生不同程度的影响。此外，元素化学的学习，还应当使学生熟悉一些重要的化学术语和掌握一些最为基本的化学常识与技能。在明确区分职业性要求和素质性要求的前提下，各学段的要求也应当有所不同，但是差别应当仅限于了解的深度、所掌握基础事实数量的多少以及实验技能的种类和熟练程度。从而使得现代社会的公民和相关政策、法令（如环保、资源、卫生保健）的制订者和执行者之间有着必需的共同语言和基本的共识，能够安全地使用日益深入生活的新材料和由它们制造的商品。这些要求在课程标准中都可以分别找到。关键的问题在于，在有限的元素化学教学学时内，如何才能体现课程标准所提出的上述要求？
四、关于金属元素化学教学要求的思考
以元素周期表中所列化学元素中占据绝大多数的金属元素为例，普通高中《化学课程标准（实验）》在主题3“常见无机物及其应用”中所列内容标准为：“根据生产、生活中的应用实例或通过实验探究，了解钠、铝、铁、铜等金属及其重要化合物的主要性质，能列举合金材料的重要应用”，这是我们探讨有关问题的基点。已往的大纲和教材中讨论的化学元素虽然多于钠、铝、铁和铜，但是它们仍然是重中之重，这和它们常见于社会生活、生产中应用广泛有关。此外，和比较容易找到饶有趣味的具体事例，选择的余地比较宽广也有一定的关系。这是国内外中学化学教材取材大致雷同的原因之一，但是从化学学科教育来看，更应着重的是它们在众多金属元素中所特有的典型性。由于元素及其化合物的应用具有见仁见智、因地制宜和难以穷尽的特点，仅仅知道（或了解）某些具体事例，或者完成几个针对元素的某些性质的实验探究，固然有助于提高学习兴趣，或者在认识或解决某个实际问题时能够触发某些联想，但是对于从化学的角度形成对其他金属元素的认识，以及着眼于认识物质世界的要求，却是有缺欠的。而后者是学科教育的重要任务之一，也是科学课程的价值所在。
既然化学认为物质世界都是由化学元素组成的，所以学习化学必须以化学元素为基础。这里所谓的化学元素，不只局限于个别元素，应当把化学元素作为一个整体来对待，这是学习初等化学时必须明确的一个要点。依据元素的原子结构，通常把元素周期表分成s、p、d、f 4个区。分区的主要依据是该元素原子价电子所处的能级，而价电子是我们分析或推测元素基本性质时的着眼点。所以通过化学学习，使得学生通过存在于不同区域的典型元素的学习，形成对整体元素的基本认识，将更有利于三维教育目标的全面落实。
因此，选择钠、铝、铁和铜等元素为典型元素的原因，不仅因为它们在生产或生活中出现的频率最高，在初等化学教学中更应当关注的是它们具备了有助于较全面地了解金属元素化学的典型性。虽然人们对于很多金属元素的名称已经达到耳熟能详的程度，实际上常见到的往往局限于它们的某种或某几种存在形态。例如人们熟知的钠主要是它的离子态（如氯化钠、碳酸钠等），见过金属钠的人则很少；人们熟知食盐的稳定性和无毒性，不一定了解金属钠在存放或处理不当时，可能导致的严重后果；人们熟悉黄色纯正的钠灯和焰火，但不一定知道这是钠离子在灼热下的特征表现。只有通过钠元素化学的学习，人们才能对钠元素有着基本的了解，才能从钠原子和钠离子仅仅相差1个电子就会表现出如此巨大的差别的震惊中，体会到物质的组成（包括原子在该组成中的状态）决定了物质性质这个化学中最基本的概念的重要性和基础性。有了这个认识，将能够比较客观地分析和评价某些有关化学物质的信息。只有这样，才能实现科学知识转化为科学素养的目标，从而体现出科学教育的最根本的、不可替代的价值。
在学习金属元素化学时，钠、铝和铁各具有哪些典型性呢？从现行教材中对这三个元素的取材和着眼点的不同，可以找到这个问题的初步答案。钠是一个常见元素，但是它的单质在实际生活中却并不常见。这和钠金属的活泼性有关，所以要从观察金属钠的存放、外表和新剖面的不同、和水的作用，以及在灼热和常温下跟空气中氧反应情况及产物的不同等方面，来形成对钠单质的认识。同时可利用演示实验或课堂实验等来展现以钠为代表的活泼金属的特点。虽然教材中介绍了钠和氧在不同条件下生成的化合物，可以有
的差别，但是钠的化合价仍然定为+1。铝在金属活动次序表中，属于活泼金属之列，也是常见元素之一。不仅因为它在地壳中的含量在金属元素中居于首位，而且以铝单质为基体的纯铝和铝合金应用非常广泛。因为化学性质活泼，它在常温下的空气中能够很快地生成氧化膜，反而可以起着保护自己的作用。它在高温火焰中形成的氧化膜，甚至可以容许包含在内的铝熔化成液体，而不会发生剧烈的氧化。可是铝的氧化物和氢氧化物却呈现出典型的两性，表明元素的金属性强弱和它的氢氧化物的酸碱性并不直接相关。此外在化合物中，铝的化合价可以有+1和+3两种，但是常见的只有+3价，由于前者的存在条件十分苛刻，铝元素的这种潜在变价性，在基础化学中很少涉及。铁是人们最熟悉的金属元素之一，由于铁金属作为制造生产和生活工具的基本材料已有长久的历史，人们对于它的单质形态和化合状态都有丰富的感性认识。因为自然界中的铁元素主要以化合态存在，所以铁的冶炼、铁的合金、铁质材料的腐蚀和防腐等与铁的化学相关的知识已经成为现代人的常识。但是就元素化学的角度而言，还应当通过和钠、铝的对比，透过现象，看到它们的本征差别。如铁和钠、铝不同，铁属于元素周期系中的副族。它虽然属于第Ⅴ Ⅲ族，但是它的常见化合价为+2和+3。在金属活泼次序中，铁也属于活泼金属，但活泼性低于铝，可是它的氧化物和氢氧化物却没有明显的两性。最具特点的是，不仅不同价态的铁离子在水溶液有着不同的颜色，在固态化合物中也能呈现出不同的颜色。当和铁离子相结合的离子或分子改变时，还能引起颜色的变化。所以
的制备和在空气中逐步转化为
的过程及
的检验和鉴定实验探究，所包含的化学教育内容，远不止于仅仅把握住铁元素的变价性这个知识点。
虽然绝大多数金属在常温下的空气中都能和周围的氧气发生作用并生成氧化膜，但是未必都能起着类似于氧化铝膜的保护作用，钠和铁就是两个例子。所以，金属（特别是活泼金属）在常温下和空气中氧的作用虽具有普遍性，但是生成的氧化膜未必都能抵抗环境中某些物质的侵蚀的现象也具有普遍性。即使是同一种金属的氧化膜，形成的条件不同时，它们的性质也可能存在着很大的差别。例如由阳极氧化处理后生成的氧化铝膜，不仅具有很好的抗腐蚀能力，而且具有很高的硬度。更为有趣的是，这种氧化膜很容易着色。这些性质在飞机制造、日用铝制品制造业（包括纪念品、装饰品等）中已经得到广泛的应用。就化学而言，它们之间的差别，决定于组成和结构的不同，这是学习化学和分析解决与化学有关问题时，必须牢牢把握的最为基本的科学原理。至于组成结构改变之后，物质性质将产生何种变化，或者差别会有多大，至今尚无法做出准确的预见，甚至于完全无法预见，必须依靠对相关的纯净物的实验探究才能获得准确的答案或可靠的信息。这是化学是一门实验性科学的最有力的证明（
的发现是一个很好的例证）。通过
的学习、对比和实验探究，就能够使学生形成如下的认识，即物质变化的多样性和复杂性，是客观世界丰富多彩的前提，也是化学科学存在的基本前提之一。因而通过对化学物质的组成、结构、变化所伴随的性质变化的探究，发现或揭露化学物质的“个性”，以及在此基础上开展的实验和理论工作，成了化学学科的基本特征和独特的科学视角。引导学生通过为数不多的几个典型元素的学习和经过精选的化学体系的实验探究，形成对化学学科任务、方法和视角的初步了解，亦即对于化学做什么、怎样做、能够做到什么程度的问题，形成比较清晰的认识，应当是课程标准不同于已往的大纲之处。
合金应当归属于和金属材料学相关的科学常识。但是它有助于人们形成如下的化学概念，即合金的组成元素间可以没有化学作用，却能有效地改变材料的某些性质，所以形成混合物也是一种常用的改变基体金属性质（或性能）的有效方法。还可以延伸到在另一个层面上形成物质（或材料）性质与组成有关的认识。这里所指的组成概念，已经从化合物的元素组成扩展到混合物组分中的原子、单质或和化合物间的比率（例如铁合金、铝合金，还有大家熟知的黑色火药等）。此外，这个概念还可以进一步扩展到几乎无所不在的复合材料。应用已经十分普遍的不锈钢（镍铬铁合金）是一个有趣的例子，镍铬铁都属于活泼金属，但是组成合金之后，却具有很强的抗腐蚀能力。对合金的进一步探讨，属于金属材料学的范畴，并非元素化学所应涉及的领域，止于常识性子解即可。
五、简短的结束语
化学课程标准中涉及的金属元素和非金属元素远不止此，大都散见于其他主题之中。或着重于其单质的性质和应用（例如碳、硅、金、汞和钛等），或被选择为形成某类反应的典型实例（如银、铅、钡、锰等和一些常见非金属元素），很难形成比较完整的认识。由于它们分别呈现了元素化学的某个方面的特点，从而可以体现出化学元素对于物质世界的多样性所起的无可替代的作用。如物质的化学组成和它们的内部结构决定了它们的性质和用途；通过改变物质的元素组成（包括改变某种元素在组成中的比率，或者用其他元素取代其中某个元素等）、结构（如同分异构、同质异晶、手性等）可以极大地改变物质的性质，也可以对物质的某种性质进行有限地微调。此外，化学物质的稳定性和变化和所处环境（反应条件）有关。这些认识将有助于形成正确的世界观和价值观，因为元素化学的学习使我们认识到，人类面对的物质世界不是一个“死寂”的世界，是一个通过化学元素的“运动”可以充分释放活力的世界。化学不仅能够帮助我们认识这个物质世界，而且通过合成新的物质使它变得更加丰富多彩。