学科概念的建构：基于化学史和问题链--“化学成分元素”(第一课时)的教学设计_元素周期表论文

学科观念建构：基于化学史和问题链——《组成物质的化学元素》（第一课时）教学设计，本文主要内容关键词为：化学元素论文,课时论文,教学设计论文,学科论文,观念论文，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。

      《义务教育化学课程标准（2011年版）》指出：“重视化学基本观念的形成，是精简教学内容，减轻学生过重的学习负担，提高学生问题解决的能力的重要途径。”实际上，化学基本观念不是以现成结论的形式出现在教材中的，而是内隐于教材的知识体系中，并随知识层次的推进而发展深化的——它是事实、概念、原理等具体的化学知识经过思维处理后，在学生身上所留下的能够伴随其一生的化学素养。因此，中学化学教学，必须超越对具体知识本身的追求，从传授事实、掌握知识转变为使用事实、发展观念，即要从“知识为本”的教学转向“观念建构”的教学。

      “组成物质的化学元素”是沪教版初中化学教材第3章第2节的内容。其中，元素概念是化学学科的核心概念，是构筑化学知识体系的基石，是对物质组成最基本的表述，是书写离子符号、化学式和化学方程式的基础。为了强化概念教学，笔者将与元素概念密切相关的内容归并到第一课时，而把“纯净物的分类”安排在第二课时。第一课时的内容包括元素含义、元素分类、元素符号、元素名称、元素周期表、元素在自然界中的存在以及元素与人体健康的关系等知识，其中蕴含了三个化学基本观念：分类观、元素观、学科价值观。那么，这节课的教学如何更好地通过“明线”（化学知识）渗透“暗线”（化学基本观念）呢？笔者认为，应当从化学史融入和问题链设计出发。

      一、从基本问题出发，理解元素的含义与分类

      元素概念是初中化学最难理解的概念之一。对于元素概念的建构，沪教版教材先陈述事实：“不管是氧分子中的氧原子，还是水分子中的氧原子，都是氧元素的原子；氢气、水、酒精中含有的氢原子都是氢元素的原子；二氧化碳、一氧化碳、碳酸钙中含有的碳原子都是碳元素的原子。”再概括定义：“元素是具有相同核电荷数（即质子数）的同一类原子的总称。”但是，如果这样教学，学生就会感到疑惑：既然已经称它为氧原子了，为什么又不嫌麻烦地换一个名称，叫作氧元素？这有什么意义呢？可见，学生不了解为什么要建立这样一个概念。其实，从最初提出元素这个概念，一直到最后给它下一个科学的定义，从开始探求物质的基本成分，一直到终于认识到“能够保持基本性的原子可以作为物质的基本成分”，都是经历了比较漫长的发展过程的。如果我们置这样的认识轨迹于不顾，生硬地往学生的脑子里灌输元素的所谓科学概念，势必造成他们的心理抵触。因此，笔者从人类认识自然的基本问题出发，利用化学史和问题链创设教学情境——

      师 化学研究在促进科学、技术发展的同时，也为人类创造了丰富多彩的物质。今天我们一起讨论一个古老的话题：组成形形色色的物质的“最基本的要素”有哪些？在中国文化中，“最基本”即“元”，“要素”即“素”。也就是说，组成形形色色的物质的化学元素有哪些？早期，人们对组成物质的元素有两种典型的说法。

      （教师出示如下化学史料。）

      化学史料1 中国古代“五行说”（如下页图1所示）：世间万物都是由金、木、水、火、土五种要素组成的。

      化学史料2 西方古代“四元素说”（如下页图2所示）：世间万物都是由土、气、水、火四种元素组成的。

      师 随着人类文明程度的不断提高，人们发现，无论“五行说”，还是“四要素说”，都没有达到基本性，甚至具有多义性。于是就对元素概念产生了不满。直到近代，人们才认识到形形色色的物质都是由三种基本微粒构成的。这时早期元素概念的内涵才被否定。

      

      （教师出示如下“问题链”。）

      问题1 构成物质的基本微粒有________、________、________。分子是由________构成的，离子是________形成的。由此可见，构成物质的三种微粒中，最基本的微粒是________。

      问题2 原子是由哪些微粒构成的？表1中的6种原子是否相同？

      

      问题3 要对原子分类，首先要确定分类标准。确定怎样的分类标准比较合理？为什么不选其他的分类标准？

      问题4 元素究竟是什么？

      （1）从字面上看，元素的含义是什么？

      （2）从微观上看，元素的含义是什么？

      （3）钠元素与氯元素、镁元素与磷元素之间的本质区别是________不同。

      （4）对于水、铜、氯化钠三种物质，从宏观上看，它们分别是由哪种元素组成的？从微观上看，它们分别是由哪种微粒构成的？

      问题5 如果将钠元素和镁元素归为一类，将氯元素和磷元素归为另一类，则分类的标准是什么？

      这里，两段史料能够让学生认识到，人类对自然的探索与思考源远流长，面临的基本问题具有一定的永恒性，而科学认识的获得来之不易。问题1的目的是，引导学生形成这样一个共识：原子是构成物质的最基本的要素，因为分子是由原子构成的，离子是原子得失电子后形成的；无论在物理变化中，还是在化学变化中，原子都保持不变（当然原子也可以被打开，但是在通常的条件下，这是相当困难的）。问题2以表格的形式提供了6种原子。学生分析、比较后可以发现，尽管A、B、C三种原子的质子数和核外电子数都相同，但是中子数不同，因而属于三种不同的原子（D、E、F三种原子与此类似）。由此，便不难理解，由于原子具有多样性，如果将原子作为最基本的研究对象，那么就不太方便研究。由此，就能够想到对多样性的原子进行分类的策略。而问题3就是顺着这一思路，帮助学生确定分类的标准的。教师可以引导学生认识到：从理论上讲，可以按照核外电子数、中子数或者质子数对原子进行分类。但是，在化学变化中，原子的核外电子虽然能决定化学性质（带电），但数目会发生变化；中子虽然数目不会发生变化，但不能决定化学性质（不带电）；只有质子既不会发生变化，又能决定化学性质（带电）。因此，按照质子数进行分类最为恰当，既可以使得研究的对象变少，也不会（或很少）影响研究的结果。这样，就能够帮助学生在运用分类观对构成物质的最基本的要素（原子）进行分类的过程中，建构元素概念，并形成元素观的第一种基本理解：每一种元素都对应一类性质接近的原子，由于原子不容易发生变化，所以元素也不容易发生变化。问题4则是为了引导学生对元素概念进行归纳，从不同角度理解元素概念；同时引导学生从宏观、微观两个视角分析物质的组成情况，从而形成元素观的第二种基本理解：所有物质都是由化学元素组成的。问题5则是元素概念的延伸和泛化，即再次运用分类观将元素分为两大类：金属元素和非金属元素。

      二、以元素符号和名称为载体，建立三重表征的整体联系

      元素符号和名称，属于约定俗成的知识。对于这样的内容，很多教师习惯于采用“直接告知结果”的教学方式。但是，这样的知识并不是毫无思想内涵和教学价值的，其中的一些道理往往藏在历史故事的背后，需要教师把它挖掘出来，展现给学生，以激发学生的兴趣，开阔学生的视野，提升学生的认识层次。因此，笔者提供五段化学史料，组织学生观察、思考、阅读、交流一

      （教师出示如下化学史料。）

      化学史料3 古希腊人利用天体的形象符号（如表2所示）来表示一些金属元素。

      

      化学史料4 1803年，英国科学家道尔顿（1766～1844）设计了一套符号（如表3所示）表示元素。

      

      化学史料5 1813年，瑞典化学家贝采里乌斯（1779～1848）所设计的元素符号一直沿用至今，成为世界性的化学语言，为化学交流和发展做出了杰出的贡献。

      化学史料6 上海江南制造局翻译馆的徐寿（1818～1884）首次提出元素译名原则：音译与意译兼用。例如，“氯、氧、氢、氮”为音译，“锌、钙、钡、钠”为意译。

      化学史料7 留学日本的编译家郑贞文（1891～1969）创造了大量的新字对元素命名，一直沿用至今：金属元素加“金”字旁；非金属元素形成的单质，常温常压下是气态的加“气”字头，是液态的加“氵”或“水”部首，是固态的加“石”字旁。

      （教师组织如下学生活动。）

      活动1 阅读文本明规则。阅读教材第75页的表33和表34，说出元素符号的书写规则，熟悉常见的元素符号。

      活动2 小组竞赛写符号。现有2个大写字母C、N和3个小写字母a、e、l，请用这些字母在四线三格中写出常见的元素符号。

      活动3 辨析符号说含义。填写表4，建立“宏观、微观、符号”三重表征的整体联系。

      

      这里，前三段史料能够让学生体会到，元素的符号化经历了一个漫长的过程，实用而流行的设计一定要概括、简约；同时承载过渡功能，即为三个学生活动做好铺垫。后两段史料能够让学生体会到，元素的中文名称不仅是化学工作者智慧的结晶，还折射出中国文化（方块字）的魅力。而通过介绍元素符号的来历和演变历史，还能够让学生逐步体会到，一个简单的符号，包含了丰富的意义，不仅表示了宏观的整体（元素），还表示了微观的个体（原子）；其相对于图片、模型的概括性与简约性，以及突破时间、地域、文化限制的通用性，还把人类思考、沟通的智慧和知识融合、共享的趋势表现得淋漓尽致。这无形中就激发了学生学习元素符号的积极性，增强了学生进行符号表征的意识。设计学生活动1的目的是：指导学生阅读教材、提取信息；提高学生比较的思维能力。设计学生活动2的价值是：通过小组竞赛活跃课堂氛围，规范符号书写。学生活动3则是以元素符号为载体，使学生真正形成“宏观、微观、符号”相结合的三重表征思维方式——这是化学教学最重要的内容和目标之一。

      三、结合元素周期表和元素在自然界中的存在，展现人类思维的追求和系统平衡的理念

      元素周期表、元素在自然界中的存在，是有关元素概念的延伸性知识。在初中化学教学中，这些知识的理解要求不高，但是可以帮助学生进一步丰富元素观的内涵。元素周期表不仅体现了元素周期律，更蕴涵着一种信息加工的思路：人们总是通过观察、思考和探究获得信息、寻找规律、认识事物，再利用简捷、直观的方式把信息和规律表达出来，这既有利于后来人的学习，又有利于人类文明的传承。元素在自然界中的存在则蕴含着系统平衡的理念。对此，笔者设计如下问题链，组织学生阅读、分析、理解、运用——

      （教师出示如下“问题链”。）

      问题6 请阅读教材第76页的“元素周期表”内容，说一说门捷列夫在元素周期表方面的卓越贡献有哪些？

      问题7 表5给出了现代元素周期表前三周期元素原子的结构示意图。请回答问题：

      （1）同一周期元素原子的电子层数、核电荷数（质子数）有何变化规律？

      （2）同一列元素原子的电子层数、最外层电子数有何变化规律？

      

      问题8 元素周期表的每一格提供了该元素的4个信息，请查阅元素周期表，并填写表6。

      

      问题9 右表7给出了4种微粒的结构示意图，请填写表格的空白栏。

      

      问题10 元素组成了地球生态系统。请阅读教材第77～78页的内容，了解不同体系中元素的含量，并给图3中对应的项目连线。

      

      这里，问题6、7、8可以帮助学生建立元素观的第三种基本理解：元素原子的核外电子排布呈现周期性变化规律，元素周期表就是这一规律的具体体现，通过查阅元素周期表就可以知道任一元素的相关信息。问题9则通过变换情境，强化学生对元素周期表的应用。设计问题10的目的是，帮助学生建立元素观的第四种基本理解：虽然在整个地球的演化过程当中，元素的种类是不断进化、发展的；但是在一定的历史时期内，比如说几万年、几百万年，它是一个比较恒定的体系。这种平衡状态是自然演化的结果，它不能随便被打破，否则，可能会对这个生态系统，对其中的生命体产生巨大的影响。

      四、凸显化学与生活的联系，体验学科价值

      “知识就是力量。”这是培根的至理名言。其实，知识本身是没有力量的；只有将知识运用到生产、生活实践中，才能产生力量。“生活即教育，社会即学校，教学做合一。”这是陶行知先生生活教育理论的重要思想。实际上，化学不是纯粹的符号、法则的堆积，化学就在我们身边。教学中，要引导学生利用“化学的眼睛”观察生活的世界，带着生活的体验走进化学的世界，再用化学知识指导生产、生活实践，从而发挥学科功能，体验学科价值。因此，对于“元素与人体健康”的教学，笔者设计如下问题链，引导学生运用化学知识解释生活、生命活动的现象——

      问题11 阅读教材第78页的内容，了解元素与人体健康的密切关系，并给图4中对应的项目连线。

      

      问题12 日常生活中，你知道哪些调味品或保健品能够补充人体必需的微量元素？

      问题13 用自己的话说一说，养成良好的饮食习惯对人体健康有何意义？

      这里，问题链的设计可以帮助学生回味、交流一些常见的生活体验和现象，培养学生的学科价值观：无论牛奶中的钙、加碘盐中的碘，还是葡萄糖酸锌口服液中的锌，指的都是元素；从人体需要的元素及其含量，体会平衡膳食与自身所含元素体系以及身体健康的关系；从氢、氧是一切生命都不可或缺的元素，以及这两种元素的最初来源都是水，体会“水是生命的源泉，节约用水是每个人的义务”的本质含义。

      总之，化学基本观念既不是空中楼阁，也不可能通过大量记忆而自发形成。只有在积极主动的探究活动中，深刻理解化学知识和核心概念，并通过在新情境中的应用，不断提高头脑中知识的系统性和概括性水平，才能逐步形成化学基本观念。由于观念的整合作用，观念一旦形成，就能高屋建瓴地统摄与整合基础知识，提高认识水平与思维能力，增进对概念、原理等的理解，提高发现问题和解决问题的能力，从而实现真正意义上的“减负增效”。

标签：元素周期表论文;  原子论文;  元素符号论文;  化学元素论文;  分子和原子论文;  化学论文;  数学论文;  原子物理学论文;