用辯證唯物思想建構(gòu)“元素”概念的教學(xué)設(shè)計(jì)

徐英姿

摘 要：本文從人類認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界的大視角出發(fā)，以探索的思維方式引領(lǐng)學(xué)生層層推進(jìn)，直到云霧頓開(kāi)自然呈現(xiàn)元素概念。隨后，用元素概念理解物質(zhì)及其變化，充分展示了自然科學(xué)理論中蘊(yùn)藏著的哲學(xué)思想，對(duì)于學(xué)生全面認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界，形成科學(xué)的世界觀具有深刻、積極的作用。

關(guān)鍵詞：元素 概念建構(gòu) 辯證唯物

元素概念的建構(gòu)一直是初中化學(xué)教學(xué)的難點(diǎn)，對(duì)于為什么引入元素的概念，為什么要以具有相同核電荷數(shù)（即核內(nèi)質(zhì)子數(shù)）的一類原子來(lái)總稱元素，這兩個(gè)本質(zhì)的問(wèn)題，教學(xué)中一直有所回避。本文嘗試從辯證唯物的思想，從人類探索物質(zhì)組成本源的大視野引領(lǐng)學(xué)生建構(gòu)元素概念。

一、元素概念構(gòu)建中的辨證唯物思想

唯物主義認(rèn)為，世界是物質(zhì)的，物質(zhì)是不斷運(yùn)動(dòng)變化的?，F(xiàn)代科學(xué)已經(jīng)對(duì)構(gòu)成物質(zhì)的微粒有了很清楚的認(rèn)識(shí)，并能夠真實(shí)地觀測(cè)和跟蹤這些微粒的運(yùn)動(dòng)變化。物質(zhì)世界紛繁復(fù)雜，物質(zhì)種類有數(shù)千萬(wàn)種，這些物質(zhì)相互之間既變化無(wú)窮又循環(huán)往復(fù)。辯證法指導(dǎo)我們，復(fù)雜的表象內(nèi)部一定有基本、穩(wěn)定的因素存在，看似無(wú)窮的變化背后一定有不變的規(guī)律存在。[1]

元素一詞中，“元”是開(kāi)元、不變的意思，“素”是要素、基本成分的意思。用辯證唯物的思想認(rèn)識(shí)元素概念在化學(xué)學(xué)科中的意義，我們發(fā)現(xiàn)，元素概念的建構(gòu)，是人們?cè)谔綄そM成世間萬(wàn)物的亙古不變的基本成分，是為了發(fā)現(xiàn)變化無(wú)窮的化學(xué)反應(yīng)中不變的要素。

二、建構(gòu)“元素”概念的教學(xué)設(shè)計(jì)

1.從人們探索物質(zhì)本源的歷史足跡引入

人們?cè)谔剿髯匀坏倪^(guò)程中發(fā)現(xiàn)，形形色色的物質(zhì)既變化無(wú)窮又循環(huán)往復(fù)，這促使人們意識(shí)到，紛繁復(fù)雜的物質(zhì)很可能是由幾種亙古不變的基本成分組成的，“元素”就是這個(gè)意思。[2]

中國(guó)古代的五行學(xué)說(shuō)和西方的四元素說(shuō)中都有這種認(rèn)識(shí)。比如水，普遍存在又不易變化，所以古人認(rèn)為水是組成物質(zhì)世界的元素之一。請(qǐng)學(xué)生思考：根據(jù)你現(xiàn)在對(duì)水的認(rèn)識(shí)，古人的這種觀點(diǎn)正確嗎？學(xué)生很容易回答，不正確，因?yàn)樗强梢员环纸獾摹?/p>

[關(guān)鍵問(wèn)題一]我們從哪里探尋組成物質(zhì)的基本成分——元素？

用這一問(wèn)，將學(xué)生引向現(xiàn)代化學(xué)理論對(duì)物質(zhì)構(gòu)成的認(rèn)知，從科學(xué)事實(shí)出發(fā)探尋元素。

2.找到構(gòu)成物質(zhì)的微粒中，最基本的微粒是原子

學(xué)生熟知，構(gòu)成物質(zhì)的微粒有三種，分子、原子、離子，進(jìn)一步引導(dǎo)，分子是由原子構(gòu)成的，離子是由原子得失電子之后形成的。所以，構(gòu)成物質(zhì)的微粒中，最基本的微粒是原子。

既然原子是構(gòu)成所有物質(zhì)最基本的微粒，那只要將構(gòu)成所有物質(zhì)中的原子摘出來(lái)分析歸類，將每一類原子概括總稱為一種元素，就找到了組成物質(zhì)的基本成分——元素！

[關(guān)鍵問(wèn)題二]同一類原子的基本特征是什么？也就是說(shuō)，我們以什么為依據(jù)，從哪個(gè)角度將原子歸類？

用這一問(wèn)，將學(xué)生引向?qū)υ觾?nèi)部構(gòu)成的深度思考。

3.找到同一類原子的最基本的特征是質(zhì)子數(shù)相同

各種原子的基本構(gòu)成是一致的，差異在于其內(nèi)部包含的質(zhì)子、中子、電子的數(shù)目不同。請(qǐng)學(xué)生思考：我們給原子歸類時(shí)，是要求原子內(nèi)部的這三種粒子數(shù)目都完全相同呢？還是只要最有意義的、最基本的一種粒子數(shù)相同就可以了？學(xué)生容易想到，要選擇對(duì)研究化學(xué)反應(yīng)有意義的、最基本的粒子。

[關(guān)鍵問(wèn)題三]哪種粒子決定原子在化學(xué)反應(yīng)中的表現(xiàn)？

學(xué)生很明確，是核外電子，尤其是最外層電子。而在原子中，核外電子數(shù)等于質(zhì)子數(shù)。

[關(guān)鍵問(wèn)題四]對(duì)于研究化學(xué)變化來(lái)講，質(zhì)子數(shù)和電子數(shù)都是有意義的，哪一種更為基本呢？

這需要我們?cè)俅嗡伎嘉⒘?gòu)成物質(zhì)的三條途徑：除了少數(shù)物質(zhì)由原子直接構(gòu)成外，大多數(shù)物質(zhì)是要由原子先構(gòu)成分子，再由分子構(gòu)成物質(zhì)，或者由原子得失電子形成離子，再由離子構(gòu)成物質(zhì)。

而在原子構(gòu)成分子或形成離子的過(guò)程中，原子核始終不變，核外電子會(huì)得失轉(zhuǎn)移。換句話講，原子無(wú)論通過(guò)哪種途徑構(gòu)成物質(zhì)，質(zhì)子數(shù)都不會(huì)改變，但電子數(shù)會(huì)變。

我們將原子歸類，是為了探尋組成物質(zhì)的基本成分——元素，顯然只有以核內(nèi)質(zhì)子數(shù)作為一類原子歸類的依據(jù)，才能準(zhǔn)確把握組成物質(zhì)的基本成分。

至此，元素概念自然地呈現(xiàn)在學(xué)生面前。

4.構(gòu)建元素概念，并用元素概念理解物質(zhì)和變化

元素就是具有相同核電荷數(shù)（即核內(nèi)質(zhì)子數(shù)）的一類原子的總稱。

按照這一定義，氕和氘雖然中子數(shù)不同但質(zhì)子數(shù)相同，都屬于氫元素，碳12、碳13、碳14的質(zhì)子數(shù)都是6，都屬于碳元素。更重要的是，鈉原子和鈉離子雖然核外電子數(shù)不同，但質(zhì)子數(shù)都是11，都屬于鈉元素。

請(qǐng)回憶氯化鈉的形成過(guò)程，金屬鈉在氯氣中燃燒生成的新物質(zhì)就是氯化鈉。反應(yīng)物金屬鈉由鈉原子構(gòu)成，氯氣由氯分子構(gòu)成（每個(gè)氯分子由兩個(gè)氯原子構(gòu)成），反應(yīng)后新生成的氯化鈉由鈉離子和氯離子構(gòu)成。

在這個(gè)過(guò)程中，原子核外的最外層電子發(fā)生轉(zhuǎn)移，原子變成了離子，舊的物質(zhì)消失生成新的物質(zhì)，但是組成物質(zhì)的基本成分——元素沒(méi)有變！反應(yīng)前的鈉原子與反應(yīng)后的鈉離子質(zhì)子數(shù)相同，都屬于鈉元素；反應(yīng)前的氯原子與反應(yīng)后的氯離子質(zhì)子數(shù)相同，都屬于氯元素。

化學(xué)反應(yīng)前后元素種類不變，物質(zhì)有數(shù)千萬(wàn)種，但組成這些物質(zhì)的元素只有一百多種。我們以原子內(nèi)部的質(zhì)子數(shù)來(lái)歸類原子定義元素，就把握住了化學(xué)變化中的不變因素，探尋到了組成物質(zhì)的最基本成分。

三、教學(xué)設(shè)計(jì)反思

1.教學(xué)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

此教學(xué)設(shè)計(jì)，直面初中化學(xué)中學(xué)生很難理解的概念，不回避問(wèn)題實(shí)質(zhì)，科學(xué)地、層次清晰地引導(dǎo)學(xué)生成功建構(gòu)元素概念。

四個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題層層遞進(jìn)，清晰通透，徹底讓學(xué)生明白了，只有以核內(nèi)質(zhì)子數(shù)作為一類原子歸類的依據(jù)，才能把握組成物質(zhì)的基本成分。讓元素這一非常抽象的概念在學(xué)生頭腦中穩(wěn)固地建立。

2.教學(xué)實(shí)踐效果

本課設(shè)計(jì)充分展示了哲學(xué)與自然科學(xué)之間緊密的聯(lián)系，很好地啟迪了學(xué)生的哲學(xué)思辨，對(duì)于學(xué)生更全面地認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界，形成科學(xué)的世界觀，具有深刻的、積極的作用。

這節(jié)課延伸出的對(duì)物質(zhì)及其變化的認(rèn)識(shí)，更是觸到了初中化學(xué)乃至整個(gè)化學(xué)學(xué)科最核心的思想觀念，包括微粒觀、元素觀、變化觀、守恒觀等，學(xué)生領(lǐng)悟到了化學(xué)學(xué)科思想的精髓，真正會(huì)終身受益。

參考文獻(xiàn)

[1]王峰.“化學(xué)家眼中的物質(zhì)世界”復(fù)習(xí)課的整體構(gòu)建研究[J].化學(xué)教育，2014，（7）.

[2]雷升.“淺談在化學(xué)教學(xué)中滲透哲學(xué)思想”[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2018，（7）.