孔德靖1 武开业2
（1.北京市丰台第二中学，中国 北京 100071；2.榆林市环境监测总站，陕西 榆林 719000）
【摘 要】元素化合物知识是中学化学的重要组成部分。在元素化合物教学中，要渗透STSE教育；同时应从“知识为本”转向“观念建构”，促进学生发展“元素观”、“分类观”、“转化观”等化学基本观念；最后介绍了基于具体物质和基于转化的元素化合物教学的两种教学策略。
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关键词 元素化合物；STSE；化学基本观念；教学策略
0 引言
元素化合物知识是中学化学教学内容的重要组成部分。从知识的类别上元素化合物属于事实性知识或陈述性知识，具有庞杂、琐碎的特点，需要记忆的内容较多，学生容易混淆和遗忘。而新课程立足于学生适应现代生活和未来发展的需要，以提高21世纪公民的科学素养为主旨[1]。所以元素化合物知识的教学不应局限于给学生不断补充物质的组成、结构、性质、制备和应用等事实性知识，更应该重视和挖掘其对于提升学生科学素养、培养和提高学生的化学学科能力的功能。
1 在元素化合物的教学中重渗透STSE教育
STSE 是科学（Science）、技术（Technology）、社会（Society）、环境（Environment）的英文缩写。化学是与信息、生命、材料、环境、能源、地球、空间和核科学等八大朝阳科学（sun-rise sciences）都有紧密的联系、交叉和渗透的中心科学[2]。新课程提出“从学生已有的经验和将要经历的社会生活实际出发帮助学生认识化学与人类生活的密切关系，关注人类面临的与化学相关的社会问题，培养学生的社会责任感、参与意识和决策能力”[1]。基于此，元素化合物教学与STSE 教育倍受关注。
1.1 元素化合物与科学的关系
例如，SiO2作为现代光学及光导纤维的基本原料，广泛用于医疗，传能传像遥测遥检等；硅是信息技术元件的关键材料，半导体晶体管及芯片的出现，促进了信息技术的革命，硅还是人类将太阳能转换为电能的常用材料，它的应用，改变了能源结构。具有特殊功能的陶瓷材料，能够承受高温，强度高，具有电学特性、光学特性、生物功能，在航空航天，军事技术，生命科学、高温超导等领域有诸多应用。以及制造飞机外壳的铝合金、新型贮氢合金材料、、玻璃钢、隐性材料等都是现代科学领域中关于元素化合物研究的成果。
1.2 元素化合物与技术的关系
例如，在学习“用途广泛的金属材料”时，向学生介绍荣获 2008 年度国家最高科学技术奖的徐光宪院士，他被誉为“中国稀土之父”。他在稀土的分离理论及其应用上做出了巨大贡献，大大提高了我国稀土产业的国际竞争力，提升了我国在国际稀土分离科技和产业竞争的地位，被国际稀土界称为“中国冲击（China Impact）”[3]。在进行“金属及其化合物”教学时，可以简介著名的制碱专家侯德榜，他为了打破外国对中国制碱的垄断，潜心研究并发明了世界上最先进的制碱方法—侯氏制碱法，对制碱和化肥工业作出了杰出贡献。现在,我国化学研究在新材料、新能源、分子生物技术等方面,也取得了很大的成绩。例如,中国航天工程“神州号飞船”的顺利升空和返航,无不与化学新材料有关。但是，在教学中我们也要给学生指出，目前我国化学的某些领域的研究水平与发达国家还有相当差距，这些差距的缩短需要学生去努力奋斗。这些知识的介绍，容易激发学生的民族自豪感和爱国热情，同时也让学生产生一种忧患意识，培养学生努力学习、报效祖国的责任感和紧迫感。
1.3 元素化合物与社会的关系
元素化合物在工农业生产、国防科学、生命医药、日常生活中有许多应用。例如，金属及合金的制造及应用，铝盐和铁盐的净水作用，硅及其化合物的应用，用N、S、P、Cl元素制造的农药、化肥等，焰色反应在北京奥运会开幕式上的应用等。
1.4 元素化合物与环境的关系
环境问题已成为一个全球性的问题。环境的污染和防治与化学紧密相连。如与硫和氮的氧化物密切相关的酸雨及其防治问题、空气质量问题等。因此在教学过程中，可以结合教材知识，因时因地进行环保教育。例如，为了减少污染气体的排放，在设计课堂演示实验时，尽量采用绿色微型实验，注意尾气的有效处理等。提高学生环保自觉性，使学生能自觉地参加到这样的活动中来，从我做起，从小事做起。
1.5 培养学生树立正确的化学观
媒体报道的与化学相关内容很多，而大众往往对于负面的报道特别感兴趣，如有毒物质排放、假药、添加剂等。人们记住了洛杉矶“光化学烟雾”的罪魁祸首是氮氧化物，记住了东京“水俣湾”事件是重金属污染。这些凸显了化学对环境的污染和对人类造成的危害，甚至于有人“谈化学色变”。NO 是造成大气污染物之一，但 NO又是工业生产硝酸的中间产物，研究表明 NO 还是治疗心血管疾病的一种“信使分子”，1992 年因其神奇的生物活性被评为“明星分子”，有三位科学家因此项研究成果而获得了1998 年度诺贝尔奖。
因此要引导学生树立客观、辩证的化学观。任何事物都有其两面性，我们既要充分利用化学物质为人类造福，让化学推动社会进步；同时又要正视化学物质给人类带来的问题，给社会造成的一些负面影响。运用科学的方法解决这些问题，是我们义不容辞的责任。
2 在元素化合物的教学中建构化学基本观念
元素化合物知识是具体性知识，容易遗忘。化学基本观念，不是具体的化学知识,也不是化学知识的简单组合,它是学习者对具体化学知识的概括提升，是学习者对化学学科特征和化学知识的深刻理解，它具有超越具体知识的持久价值和广泛的迁移作用，影响着学生解决实际问题的价值取向和行为方式[4]。所以元素化合物的教学应从“知识为本”转向“观念建构”。元素化合物知识作为载体可以很好地承载“元素观”、“分类观”、“转化观”等化学基本观念的发展任务；同时，元素化合物内容的结构化也需要以上化学基本观念的引领。
“元素观”反映了世界的物质性，是指：物质由元素组成、物质可按照元素组成进行分类、化学式能表示物质的元素组成、物质间转化的本质是元素原子间的重新组合、元素是同一类原子的总称、元素化合价与元素原子的最外层电子数有关、元素性质呈周期性变化等等。构建“元素观”的价值在于它可以帮助学生形成化学的思维方法，有序地认识物质，指导其化学的学习和研究[5-6]。“分类观”指的是，可根据不同的标准对物质和化学变化进行分类，可以根据组成和性质对物质进行分类;同类物质具有相似的性质。“分类观”可指导学习者从物质类属角度分析具体物质。“转化观”是指：物质转化的本质是物质的化学变化。物质发生转化时元素种类不变，所以转化是以元素为核心的各种物质性质的知识结构的核心。以元素为核心的物质转化主要有两种形式：一是相同元素价态，不同物质类别间的转化，如氢氧化铝与氯化铝的转化；二是不同元素价态间的转化，如氯化铁与氯化亚铁的转化。第一种转化通过复分解反应就可达成，第二种转化必须通过氧化还原反应来实现。
二维物质关系图就是一种体现“元素观”“分类观”“转化观”指导下实现元素化合物知识结构化的工具。以铁及其化合物为例，如图1。
在建构二维物质关系图的过程中，化学基本观念对学生的思维和行为起指导作用，并在学生深入思考、反复尝试的过程中得到应用和发展[7]。如，在建立如图1所示的以铁元素为核心的二维物质关系图时，学生首先要寻找核心元素为铁的物质，然后按照铁元素的价态0 价、+2价、+3价及物质类别把这些物质标识在图中合理的位置上。在此过程中，学生思维和行动的指导就是元素观和分类观，而元素观和分类观也在学生的自主活动中得到巩固和应用层面的发展。而通过全面的物质间连线，学生就能够把物质的类别与性质视为统一的整体，把物质的变化与转化视为统一的过程，利用规律性知识完成相关转化，学生对于转化观的认识水平得以不断提升。
3 元素化合物教学的两种常见策略
3.1 基于具体物质的元素化合物知识的教学策略
该策略在教学过程中选择最基础、重要、核心的某些代表性物质进行重点学习。基本过程如下：选择核心代表物质→预测该物质可能具有的性质→设计实验证明该物质的性质→得出关于物质性质的结论→总结研究物质性质的思路方法[7]。
该教学策略在运用过程中有两个环节非常重要。首先就是预测物质可能具有的性质。学生会根据已经学习过的物质分类和氧化还原的相关知识，大胆进行预测，探究的开发程度较大。这对于深化相关概念原理的认识以及建立元素化合物之间的关系具有重要意义。例如，在预测FeCl2的性质时，从分类的角度来分析，FeCl2属于盐类，可能与碱和某些盐发生复分解反应；从氧化还原的角度来分析，FeCl2中的铁元素为+2价，处于中间价态，既有氧化性，又有还原性。其次，总结研究物质性质的思路方法也是本策略的重要环节。这一环节是帮助学生基于具体元素化合物知识学习形成自主研究陌生物质的能力的重要环节。教师在教学过程中要让学生自己反思总结，并在此基础上通过板书和PPT等进一步显化!
3.2 基于转化的元素化合物知识的教学策略
该策略一般是给出一个较为具体的转化任务，让学生运用物质类别和氧化还原的知识设计转化路径，并实现转化方案。而物质的化学性质一般都是在转化过程中体现出来的，因此通过引导学生反思转化过程，总结掌握一系列相关物质的性质。基本过程如下：给出转化任务→设计转化路径→优化并实现转化方案→反思转化，认识其中核心物质的性质→总结研究物质的思路方法和转化思想。例如，提出转化任务：设计以铁为原料制取氢氧化亚铁的方案，并选取最佳的方案，动手完成实验。学生根据物质分类和氧化还原的知识可能得到两种方案：
引导学生分析这两个方案的优劣:在实际操作过程中选择方案1是比较合理的，因为方案2步骤多，制取FeO条件也比较特殊。学生在动手实验完成方案1的过程中，预期现象(原有认知) 白色沉淀没有产生，而是产生了浅绿色的沉淀，振荡后颜色加深，试管壁上的沉淀呈现红褐色。异常现象的发生引发了学生的认知冲突和质疑，启发了学生进一步的思考和分析。学生通过产物最终的颜色判断出红褐色生成物是Fe(OH)3，通过初步的分析更多的考虑是Fe(OH)2转变成Fe(OH)3，即:
也有学生提出，可能是FeCl2溶液在滴入NaOH溶液前已经部分被氧气氧化，即:
进而引出新的任务: 设计实验证明滴加NaOH溶液前原溶液成分是Fe2+、Fe3+的混合物，还是Fe2+。老师适时给出资料：Fe3+溶液中滴入KSCN溶液，溶液颜色变红。在此基础上教师通过提出任务，如何利用KSCN溶液证明原溶液就是Fe2+以及在实验室如何保存Fe2+，建立完善Fe2+与Fe3+之间的相互转化关系[8]。
无论采取哪种教学策略，实验都起到了重要的支撑作用。充分挖掘实验的教学功能，对于提高兴趣、体验科学探究的过程有着重要的意义。
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参考文献
［１］中华人民共和国教育部制订.普通高中化学课程标准（实验）[S].北京:人民教育出版社,2003:3.
［２］徐光宪.今日化学何去何从？[J].大学化学,2003,18(1):1-3.
［３］中国化学会.近两年我国化学学科取得的进展[J].化学通讯,2009(4):49-50.
［４］毕华林,卢巍.化学基本观念的内涵及其教学价值[J].中学化学教学参考,2011(6):3-6.
［５］梁永平.论中学生化学元素观的建构[J].化学教育,2007(11):10-15.
［6］胡久华,张银萍.基于化学观念的化学1模块元素化合物的教学研究[J].教育科学研究,2013(10):56-62.
［7］姜言霞,王磊,支瑶.元素化合物知识的教学价值分析及教学策略研究[J].课程·教材·教法,2012(9):106-112.
［8］秦林.关注实验在元素化合物知识教学中的支撑作用[J].实验教学研究,2012(2):4-6.
［责任编辑：汤静］