（无机化学专业论文）元素化学教学方法探究.pdfVIP

摘要 元素化学是大学化学及相关专业无机化学课程的核心内容。长期以来，元 素化学的教材在内容上多是物质的存在与制取、元素通性、化合物性质及反应 性等的描述性内容的罗列，包括成千上万条化学反应方程式及众多化学事实。 由于内容的庞杂枯燥、叙述方法千篇一律，加以辅助教学手段的缺乏或不得当， 使学生在学习过程中往往感到抽象、困难，产生一看就懂、一听就烦、一放就 忘，一用就不会的感觉。所以，如何结合教育学、教育心理学改进元素化学的 教学就成为值得探索的问题。 本文从元素化学教学实际出发，全面地分析了元素化学中教与学的问题， 我们认为要彻底改变目前元素化学教学的现状，提高其教学效果，最根本的一 点就是师生尤其是教师要端正对元素化学知识的认识，要充分认识到元素化学 在化学学科中的地位及在素质教育中的作用。只有在对元素化学高度重视的前 提下，才会花大力气去对其进行认真研究并最终提高教学效果。对元素化学教 材内容的剖析，能够使师生对元素化学的内容和体系有全面而又深刻的认识， 进一步了解元素化学与基础理论化学之间的关系，从而促进化学基础理论在元 素化学中的应用和巩固。 为了从根本上进行元素化学教学改革，我们以师范院校的教育目标为基准， 研制了符合时代发展的课程标准。其主要包括课程目标、课程内容标准以及教 学内容的基本要求和教学要求三个方面的内容。这将有利于教师合理取舍教材 内容，促进教学方法的改革。关于元素化学教学的策略与方法的探究，是本文 的重点内容，也是元素化学教学改革的核心内容。在这部分中针对元素化学教 学存在的问题提出六条有建设性的教学策略，旨在改变课堂讲授的单一的教学 模式，进而结合实例讨论了启发式、讨论式、探究式、活动一建构式四种教学 方式在元素化学中的具体实施。同时在元素化学中讲究教学艺术，也会收到意 想不到的教学效果。 关键词：元素化学：教学改革：教学策略；教学方法 a b s t r a c t l h ec o n t e n to fe l e m e n t a r yc h e m i s t r yi s t h em a i nc o n t e n to fi n o r g a n i c c h e m i s t r y i nt h el o n gt i m e ，t h et e x t b o o ko fe l e m e n t a r yc h e m i s t r ya l w a y sc o n t a i n s t h ec o n t e n to ft h e e x i s t i n ga n dp r o d u c eo fm a t e r i a l s 、g e n e r a l c h a r a c t e r i s t i co f e l e m e n t 、t h ep r o p e r t i e so fc o m p o u n d sa n dr e a c t i o nl a ww h i c ha 聆d e s c r i p t i v e i n a d d i t i o n ，i tc o m p r i s e st h o m a n d so fc h e m i c a l r e a c t i o na n dp l e n t yo fc h e m i c a l p h e n o m e n a b e c a u s et h ec o n t e n ta r ec o m p l i c a t ea n dd u l l 、t h en a r r a t i o nm e t h o di s s i n g l ea n d t h es c a r eo f c o m p m e r a s s i s ti n s t r u c t i o n sm e a s l l r e ，t h es t u d e n t sc o n s i d e r t h i sc o n t e n ti se a s yt ou n d e r s t a n da n dd i f f i c u l tt om e m o r ya n da p p l y h e n c e ，h o wt o r e f o r mt h ei n s t r u c t i o no fe l e m e n t a r yc h e m i s t r yi sw o r t hd i s c u s s i n go nb a s i so f p e d a g o g ya n dp e d a g o g i c a lp s y c h o l o g y i nc o n s i d e r a t i o no ft h es i t u a t i o no ft h ee l e m e n tc h e m i s t r yi n s t r u c t i o n ，w e a n a l y z et h ep r o b l e mt h a te x i s t s i nt h et e a c h i n ga n dl e a r n i n go ft h ee l e m e n t a r y c h e m i s t r yi nac o m p r e h e n s i v ew a y i fw ew a n tt oc h a n g et h ep r e s e n ts i t u a t i o no f e l e m e n t a r yc h e m i s t r yi n s t r u c t i o na n de n h a n c et h et e a c h i n ge f f e c t w et h i i l kt h e e s s e n t i a l p o i n t i st h a tt h et e a c h e rm u s t r e c o g n i z e t h e e l e m e n t a r yc h e m i s t r y k n o w l e d g ec o r r e c t l y a n du n d e r s t a n dt h e e l e m e n t a r yc h e m i s t r y s r o l e i nt h e c h e m i s t r ys c i e n c ea n df u n c t i o ni nq u a l i t ye d u c a t i o n o n l yp a y m o r ea t t e n t i o nt ot h e e l e m e n t a r yc h e m i s t r y , c a l lw et r yo r rb e s tt os t u d yt h ec o n t e n ta n de n h a n c et h e t e a c h i n g e f f e c t e v e n t u a l l y i na d d i t i o n ，w e d i s s e c tt h e t e a c h i n g m a t e r i a lo f e l e m e n t a r yc h e m i s t r yi no r d e rt ok n o wt h ec o n t e n ta n ds y s t e mo fe l e m e n t a r y c h e m i s t r yc o m p l e t e l y a n du n d e r s t a n dt h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n e l e m e n t a r y c h c n f i s t r ya n dt h e o r yc h e m i s t r ys ot h a tw e c a l la p p l ya n ds _ t r e n g t h e nt h et h e o r y , i n t h ee l e m e n t a r yc h e m i s t r y f o rt h et e a c h i n gr e f o r m a t i o no fe l e m e n t a r yc h e m i s t r yr a d i c a l ，o nb a s i so fm e n o r m a l c o l l e g e s e d u c a t i o n a l g o a l ，w e d r a w u p t h ec u r r i c u l u m ，c n t e d o no f i i 硕士肇住论文 m a s r e r s t 卜【e s i s e l e m e n t a r yc h e m i s t r ya c c o r d e dw i t ht h ed e v e l o p m e n to fe r a a n di n s t r u c t i o n r e q u i r e m e n to f c o n t e n ta n dt h ec o n c e r n e dt e a c h i n gr e q u i r e m e n t i t sf a v o r a b l ef o r t e a c h e rt od e a lw i t ht h et e a c h i n gm a t e r i a l sr e a s o n a b l ya n d 婵o m o t et h er e f o r m a t i o n o f t e a c h i n g m e t h o d t h er e s e a r c ht h a ti sc o n c e r n e dt h et e a c h i n gt a c t i c sa n d t e a c h i n g m e t h o di sn o to n l yt h ei m p o r t a n tc o n l e n ti nt h i st h e s i sb u ta l s oi st h ec o t ：ec o n t e n ti n t h ei n s t r u c t i o nr e f o r m a t i o n i nt h i sp a r t ，w ep u tf o r w a r df o rs i xp i e c e so f t e a c h i n g l a c t i c si no r d e rt o c h a n g et h es i n # et e a c h i n gm o d e t h e r e f o r e ，t h eh e u r i s t i c a p p r o a c h 、d i s c u s s i o n ：i n q u i r y 、a c t i o n - c o n s t r u c t i o n i n s t r u c t i o nm o d e sa r eb e d i s c u s s e dt h r o u g he x a m p l e si nt h ee l e m e n t a r yc h e m i s t r yt e a c h i n g a tt h es a m e t i m e m a r v e l o u st e a c h i n gr e s i l l tw i l lb eg a i n e d b ya p p l y i n gt h ea r to f t e a c h i n gi nt h e i n s t r u c t i o n k e y w o r d s ：e l e m e n t a r yc h e m i s t r y ；t e a c h i n gm e t h o d ；e d u c m i o n a lr e f o r m a t i o n ； t e a c h i n gt a c t i c s 序言 2 1 世纪，是一个科学技术突飞猛进、知识经济迅速兴起、国际竞争日趋 激烈的新世纪。以教育为本，以创新为灵魂，以高科技为核心的知识经济将在 世界经济中占主导地位，国家综合国力和国两；竞争力的大小越来越取决于教育 尤其是高等教育的发展和人才培养的质量。课堂教学为实施素质教育，培养具 有创新精神和实践能力的高素质人才提供了重要时空，也是实现教学目标的主 要渠道和基本形式。教学方法不仅是沟通教与学的桥梁，而且是贯穿教学过程 并完成教学任务的纽带。高等院校要培养国家所需要的高素质人才，就需要大 力推进教育思想、教学内容、教学方法、教学手段的改革和现代化，特别是要 改变那种由教师单向灌输知识、填鸭式的教学方式，要采用启发式、讨论式、 探究式、问题式等多样化教学方式和教学组织形式来开展教学活动；在教学目 标的选择上，要坚持素质教育，坚持创新精神和实践能力的培养，以实现人的 个性发展和全面发展为目标；在教学过程和教与学的关系上，要坚持教师的主 导作用和学生的主体作用相结合，加强师生之间、生生之间的合作和交流，努 力探索和实践适应现代社会变化和现代人才培养需要的、符合当代大学生身心 发展特点的教学方法。【l j 时代进入新世纪，高等学校面临着新一轮的教学改革。元素化学课程是化 学化工类、生物学类、农林牧类、医学类、药学类、地质学类、冶金类等大学 生必修的一门重要基础课。元素化学是化学众多分支的重要基础，在化学领域 占有举足轻重的地位，它是培养面向2 l 世纪理工科高级专业人才的知识结构 和能力的重要组成部分，其内容非常丰富，包括物质的存在与制各、元素通性、 化合物性质等描述性的内容，还有许多化学反应方程式及众多的化学事实，理 解不难，掌握却不容易。缺少了元素化学这一部分，对自然界中存在的元素及 其主要化合物的性质及反应规律没有一个总体了解，就不能很好地认识当今在 环境、生命、能源、材料等领域中一些重要现象的本质，无法了解在这些领域 中采用的与化学密切相关的新技术、新方法、新材料，更谈不上在这些领域中 有所创新了。1 2 】四因而，元素化学教学内容的改革、教与学的方法的改革，为 我们提出了严峻的挑战，如何使学生获得有效的学习方法，培养学生获取知识 硕士学位论文 m s 1 囡r s 1 1 赶5 i s 的能力：如何引导学生开发创新的思想：如何从事科学研究活动，培养2 l 世 纪的化学工作者是值得我们深思的问题，所以我们结合教育学、心理学对传统 元素化学的教学方法进行改革，以适应现代化人才的培养，具有重要意义。 第一章元素化学概述 1 元素化学知识在化学学科中的地位 元素化学是研究元素周期表中1 1 2 ( 现已发现为1 1 8 号) 号元素及化合物 的组成、结构、性质、用途以及反应规律的一门科学，是分析化学、有机化学、 物理化学、结构化学理论的实际应用与深入研究的一门实践性很强的课程。其 中化学基本概念与基础理论的导出，是在对元素化合物知识的感知、认识的基 础上进行的；化学基本概念与基础理论的发展，又要依赖于对元素化合物知识 的扩展和深入；化学实验是对元素化合物知识的生动再现与认识；化学计算是 对元素化合物知识的定量研究：化学用语是对元素化合物知识的记载和描述。 因此，元素化合物知识是学习其他化学知识的基础，( 见图1 1 ) 【4 】离开了许多 具体物质的知识来讲授理论，则理论便成了“无源之水，无本之木”，学生必 然难以理解和接受。 _ 一 化学概念理论 t 上 i 元素化合物 + 一 陈、习 图1 - 1 元素化合物与其他化学知识的关系 从高等教育的教学目标看，元素化学知识与人们的日常生活、工农生产、 国防建设以及环境保护、新材料、能源、海洋、卫生保健等联系密切，有着广 泛而直接的应用。因此可以说元素化学在化学教学中具有基础性，不容忽视。 此外，元素化学知识的教育，在培养学生正确的学习方法与良好的学习习惯方 面也有着极为重要的作用。那种过分强调理论，削弱元素和化合物教育的做法 是不合时宜的。著名化学家鲍林在谈到学习元素化合物知识的重要性时t 说了 一段发人深思的话：“单纯靠学习理论是不可能获得完全的化学知识的。纵使 一个学生已学习了全部己知的化学理论，由于化学的主要部分( 个别物质的很 多特殊的性质) 尚未很好地形成为化学理论，所以他仍不具备科学知识。”他 还说：“让学生单凭记忆的方法去学习一些描述性的化学事实是必需的。”编写 元素化学一书的格林伍德和厄恩肖说过，元素化学事实上是头等重要的东 西，而对事实的解释容易过时。演绎开来，规律是对事实的概括，解释规律无 非是为了更好地把握事实的本质。但是人们常常过于纠缠某些似是而非的解释 而忽视对事实做出新的概括。没有概括，创新无从谈起。进而言之，对规律本 身也不能过分绝对化。在元素化学中，不规律比规律更普遍。偏爱规律，常常 会为求突出规律而偏爱许多并不基本的事实，而不谈某些不规律的基本事实， 既浪费时间，又失之偏颇。其实，不规律正是元素化学引人入胜之魅力所在。 总之，元素化学事实层出不穷，重要的是通过掌握萋本事实获得更多事实的方 法，形成可持续发展的学习能力。垆j 元素化学教学往往从某个具体元素着手，进而深入到元素化合物之间的内 在联系和物质变化的规律性，这是学生的认识由具体到抽象、由现象到本质的 发展过程。从认识论的观点看，上述过程是在教师引导下进行的科学抽象过程。 即让学生对大量的( 或足够充分的) 经验材料进行思维加工，从“感性上的具 体”到“抽象的规定”再到“思维中的具体”。这一过程，在教学意义上，也 体现着“由现象到本质，由所谓初级的本质到二级的本质”，“从不甚深刻的本 质到更深刻的本质深化的无限过程。”f 6 】 元素化学是中学化学与大学化学后续课程的衔接。根据师范院校化学系的 培养目标和学生毕业后所从事工作的特点，师范院校中的元素化学教学实际处 在一个较为突出、重要的地位，应大力加强它的教学。原因有：一是元素化学 ：黾大学化学与中学化学联系最为紧密的一门专业课，它起着一种衔接、过渡、 承前启后的作用，它的教学的好坏对学生兵他课程的学习方法、思维方式的掌 3 硕士学位论文 m 双e r s t h e s i s 握及能力的培养提高均起着重要的影响；二是师范院校的学生毕业后大多从事 中学化学教育，而中学化学教学内容相当部分涉及元素化学内容。因此，这门 课程的掌握程度如何，将直接影响学生今后从事中学化学教学工作的质量。一 些实践证明，凡是能够对元素化学教学给予足够重视，并认真搞好和加强元素 化学的教学，则学生不仅元素化学会学得比较好，而且其他的专业基础课程也 学得比较好，以致毕业后走上教学工作岗位后，教学能够得心应手，运用自如， 受到用人单位的欢迎。鉴于此，我们应把元素化学列为重点课程，在各方面加 以倾斜扶持。那种认为元素化学比较简单，没有对其给予应有的重视的做法是 不可取的。1 7 1 2 元素化学在素质教育中的作用 师范院校是培养教师的摇篮，高等师范院校的主要任务就是为中学培养 合格的高素质教师，也就是说是为基础教育服务的。2 l 世纪的社会将是人才竞 争的社会，今天的高师院校的学生，就是未来的人民教师，他们自身素质的高 低，将直接影响到下一个世纪的教育发展，影响到整个民族的文化素质，影响 到我国在国际竞争中的实力。因此，面对2 t 世纪的高等师范教育，将更加重 视对未来教师的全面素质教育，以适应基础教育和职业教育的发展，适应社会 主义市场经济的发展，以促进整个教育的良性循环。 中国教育改革和发展纲要提出：“全面贯彻党的教育方针，全面提高 教育质量”，基础教育要实现纲要中提出的“两全”，必须将“应试教育” 转向“素质教育”，而作为为基础教育服务的高等师范教育，应主动适应基础 教育的发展，转变教育思想，使高等师范教育由“专业教育”向“素质教育”， 转轨。 s l 素质教育主要包括以下三个方面的含义： 一是面向全体学生。面向全体学生就是加强普及意识、淡化选拔意识，普 遍培养学生的能力和素质。 二是要学生德、智、体、美等方面全面发展。即培养品学兼优，德才兼备 的人才，而不是畸形人才。 三是要让学生主动发展。发挥学生的积极性、创造性、培养多样化人才， 使a 2 j 结构形成多层次化的局面。 素质教育不单纯是对中小学的基础教育和职业教育而言，高等教育也应该 是素质教育，而且是更高层次上的素质教育。高等师范院校各个学科的教学， 应该是实旎素质教育的过程，使学生不但具备较丰富的专业知识和较强的技 能，还要具备适应社会发展各方面的能力。在高师元素化学教学中，应该以全 面提高学生的素质为目的，使学生具备高尚的思想道德情操、丰富的科学文化 知识、扎实的专业知识和较强的实践能力以及健康的体魄、良好的心理素质。 元素化学在素质教育中具有以下三大作用：一是能力和科学素养的培养。 任何一门自然科学都离不开实验，元素化学更是依赖于实验。元素化学实验是 很有特色的。无论是简单的离子鉴别还是复杂的分析分离，无论是合成反应还 是性质表征，都可使学生体验、理解与运用科学方法，培养一丝不苟的科学态 度、细致地观察探索物质奥秘的意识与习惯、分析与解决问题的实践能力、求 新求变的创新意识、求真求实的科学精神。二是应用功能。人类生活，吃、穿、 用、住、行都愈来愈离不开元素化学，科技进步与社会发展密切地依赖于元素 化学。学习元素化学，可更好地理解生活，理解高科技发展。将一些具体的元 素化学知识应用予环境保护和日常生活中，有助于提高学生学习的兴趣。三是 元素化学有助于学生创新能力的发展。“创新是一个民族进步的灵魂，是国家 兴旺发达的不竭动力。创新能力的发展更是素质教育的核心。”推行素质教育 的目的就是为了培养创新人才。在元素化学实验中除了性质和验证性的实验， 还可以根据某一专题展开探究性实验，学生在实验过程中积极地动脑动手，体 验科学家科学探究的过程和方法，获得科学探究的乐趣和成功的喜悦，由此可 以借助元素化学实验充分发挥学生创新能力。早在19 世纪和2 0 世纪上半叶， 发现新元素及其化合物是元素化学研究的前沿之一，元素周期律是化学的一个 重要规律。现已表明，每1 0 年发现的新化合物、新分子就翻一番。如1 9 9 0 年已 知化合物是1 0 5 7 6 万种，到1 9 9 9 年已超过2 0 0 0 万种。从2 0 世纪下半叶起，化 学的主要任务不再是发现新元素，而是合成新分子。在这些新分子中，有许多 是人们感兴趣的明星分子 9 1 ( s t a r m o l e c u l e so rs m a r t m o l e c u l e s ) 。例如诺贝尔在 1 8 6 4 年用硝酸甘油( t n t ) 制造出了安全炸药，使n 汀成为1 9 世纪6 0 年代 的明星分子。到2 0 世纪8 0 年代药理学家i l d f u r c h g o t t 、l l i g n a r r o 和k m u r a d s 硕士学位论文 m a 5 砸r st h e s i s 发现n 盯能缓慢释放n o ，而n o 能使血管扩张，它是一种传递神经信息的“信 使分子”叫做e d r f 。这3 位药理学家因而获得了1 9 9 8 年的诺贝尔生理学奖 和医学奖，而n o 也就成为明星分子。根据这一原理，美国辉瑞制药公司研制 出了新药v i a g r a , 它也成为明星分子。此外，如1 9 8 5 年合成的c 6 0 ，1 9 9 1 年合 成的碳纳米管等都是著名的明星分子。又如抗癌药物e p o t h i l o n ea 是最近引用 最多的明星分子。对于化学系本科生如能在学习元素化学过程中发现或合成一 个明星分子，这将勿庸置疑也是一项伟大的创新活动，同时。这将是学生创新 能：匀、创造性得到充分发展的有效途径之一。 第二章元素化学教材内容剖析 1 元素化学知识的内容和体系 1 1 元素化学知识的选材 元素化学知识的内容浩如烟海，琳琅满目。一般本科教材基本上是以元素 周期表为纲目，将每一族，根据其自身特点，作了不同的编排，书中对元素化 合物知识的选材有如下特点： ( 1 ) 简化中学已经学过的内容，避免重复。例如在氮和氮的化合物这一节 书中没有过多的介绍氮以及有关合成氨的知识，而是全面而又深入地介绍了中 学未学过的内容。 ( 2 ) 元素化学知识面广量多，选取典型、实用价值大，并且有助于理解化 学基本理论的知识。由于在学习元素化合物知识之前已经系统地学习了化学基 本理论，后面的元素化学知识的选材理所当然要为理解、巩固基本理论服务。 ( 3 ) 选取与日常生活和生产知识有密切联系的内容，将社会问题与元素化 学知识结合起来。如塑料制品的使用和废弃、酸雨的侵袭、南极洲上空臭氧空 洞的扩展，引导保护地球生命，对于毒品、r - 4 8 6 ( 避孕药) 、类固酵( 兴奋剂) 的介绍中引发相关的道德、家庭、伦理和社会观念的讨论，使学生感到元素化 学与他们周围的事物息息相关，感到有趣有用，并增强社会责任感。 ( 4 ) 反映现代化学和化学工业成就的一些前沿知识。例如c 6 0 的发现、新一 代合成氨“钌基催化剂”开发成功。低温( 低热) 固相反应等。l l 0 j 1 2 元素化学知识的体系【“卜1 1 4 1 现行师范院校所用的元素化学教材的编排体系一般有以下几个特点： ( 1 ) 元素化学知识是教材的主体 ( 2 ) 从个别到一般的编排系统。从个别元素如氧、氯、硫到元素族，这 是从元素的“个性”到元素族的“共性”，是一个系统提高的过程。其化合物 知识，从分散介绍到归类介绍。 ( 3 ) 选材面广，叙述精练。既重视元素知识，也重视化学理论，让两者 融合成一体，组成元素化学。 ( 4 ) 描绘元素化学仍采用周期系，但组合元素则不拘一格。i i 习 以上概括地说明了元素化学教材体系的一般特点，下面就以元素无机化 学( 蔡少华、黄坤耀、张玉容编著，中山大学出版社，1 9 9 8 年) 为例具体分 析该教材的体系。此书是为大学化学及相关专业学生编写的无机化学课程教学 用书，适合于综合性大学和师范院校化学系师生使用，在内容上与普通化学 原理) 一书配套使用。 此书共1 0 章，全书以详实而丰富的化学事实为基础，较系统、全面地介 绍了元素单质及其化合物的存在、制备、陛质、反应性及其规律性变化。目的 在于使学生在学习元素化学的过程中，能迸一步应用普通化学原理( 主要是热 力学原理及结构原理) 去总结元素及其化合物性质的规律性，从而加深对基本 原理的认识和理解，又学会运用基本原理去研究、讨论、说明、预测相应的化 学事实。 此教材是一部有鲜明特色的教材。它以元素的自由能一氧化态图取代了其 它教材常用的元素电位图，并以此为主干线。深入地讨论和介绍同一族元素或 同一周期元素及其不同氧化态化合物在一定反应条件下的氧化还原性。由于在 元素的自由能一氧化态图中两点间线段的斜率有着十分明确的物理意义，因 此，和元素电位图相比，它更为直观、简单、使用更为方便。它不但可以直观 地提供某元素在不同氧化态下的热力学性质，例如稳定性、氧化性、还原性等 性质的信息，同时也可以提供元素及其化合物在氧化还原反应中的规律性以及 单质或有关化合物的翻取方法和途径等大量信息，这对于指导学生学习元素化 7 硕士学位论文 m s r e r s n 珏i s 学是很有帮助的。 这本教材在内容的编写上注意傲到以元素及其化合物的性质及反应性为 中心，以热力学原理及结构原理为基本点，做到相互呼应，从而突出了基本原 理在元素化学中的指导作用，可加深学生对无机物性质及反应规律性的理解和 对化学基本原理的掌握，起到“纲举耳张”的教学效果。此教材在内容的选择 安排上还适当地增加一些当今世界密切关注、与化学紧密相关的学科内容，诸 如环境保护、生命科学和生物无机化学、能源及无机材料化学等，扩大了学生 的知识面，也使学生感受到作为一个化学工作者对社会发展的责任与作用，从 而激发学生学习并从事化学及化学相关学科的兴趣与热情。 2 元素化学与基础理论化学的关系 目前，元素化学与基础理论化学在一些教材中已有所分离，但他们仍隶属 于无机化学课程体系，因此，关于两者之间的关系，我们将从些无机化学教 材中两部分内容的编排特点来分析元素化学与基础理论的关系。 t o e 1 7 】 我国著名的教育家、化学家戴安邦教授，针对理科无机化学教材所存在的 问题，曾做过极为精辟的论述。他说：“过去国内外的无机化学教科书大多数 前面是理论部分，包括原子结构、成键学说和反应机理等，后面是元素叙述部 分，按照周期表分族分类叙述元素及其化合物的制备、性质、反应和应用等。 问题不在于内容分别编写，而在于前后两部分互不相干。写理论时脱离实际， 从概念到概念；写事实时依固定格式平铺直叙，与所提理论毫不搭界，所以大 量繁杂的事实各自独立，不相联系：学生读起来不感兴趣，教师讲起来也乏味。 问题就在于没有用理论把叙述的事实联系贯串起来。”回顾建国以来，我国综 合大学理科化学专业的无机化学课程中的普通化学原理和元素化学教材，确实 经历了一个调整和发展的曲折过程。过去所使用的多种自编和翻译的教材，各 有特色，都对教学质量的提高做出贡献，但无庸讳言确实如戴老师所指出的一 样，存在着内容陈旧、叙述繁琐和学习枯燥的缺陷。为了改变这种现状，近年 来出版的一些新书，针对上述问题进行各种改革尝试，有的书充实基础理论， 有的书注重规律，也有的书将定性分析与描述化学结合在一起，都取得了一定 成效。 我们认为国内外不少无机化学教材尽管教材内容和编排有所不同，但却存 在着一个大致相似的教材体系。核心是表现在理论与元素化合物知识关系的处 理上，具体有以下一些表现： ( 1 )基础理论和描述性的元素化学知识两部分完全分开，保持理论的系 统性。 ( 2 ) 两部分内容各自独立，缺少紧密联系，可以说互不相干。 ( 3 ) 理论部分不断充实，描述部分却很少更新。 ( 4 ) 无机化学范围固定，依周期表分族讨论元素成为模式。 ( 5 ) 教材内容离近代生产和科学前沿较远。 ( 6 ) 教材内容重在知识传授，忽视能力的培养。 上述表现明显重理论轻知识，而这种教材体系的形成和巩固，它有着根深 蒂固的教育观点支持。如美国l k n a s h 教授在介绍美国化学教育的文章中说 道：“我们要让学生学会从书上去寻找解决问题的方法，而不要去死记那些比 如说描述化学的事实。这也许就是美国大学化学中流行的那种把描述无机化学 大大册l 去，向着初级物理化学发展的原因。” 无枫化学发展到现阶段，化合物有近3 ( ) 万种，新反应和新方法不断提 出，范围也在不断扩大，教材应如何处理? 一直存在着两种不同的观点：一种 观点认为，这么丰富的内容，只有着重近代理论，才能提纲挈领，所以无机化 学教材应以理论为主。另一种观点认为，重要的内容应是事实，不仅从知识结 构考虑学生应掌握事实，而且理论也是以事实为基础的，具体事实和基本概念 不清楚，学生也就难以联系实际解决问题。这场持续已久的学术争论，近年 来已经出现新的变化趋向。如f a c o t t o n 他在( 1 9 7 6 ) 所著基础无机化学 一书的序言中说道：“一个学生读了一本无机化学书，而这本书完全由理论和 所谓的原理组成，只是偶尔在恰当地说明那些原理时，才提到一些不容置疑的 实际内容，那么他实际上等于没有学过无机化学这门课程”。又如 n n g r e e n w o o d 在所著元素化学一书的序言中说道：“元素化学一贯是化 学研究的中心领域，这一领域充满着巧妙的实验，复杂的化舍物以及激动人心 的新发现”。从以上所述中可以看出，在无机化学课程体系理论至上的趋势有 所减弱，正在朝着真正的无机化学转变，也就是说在无机化学课程体系中，应 9 充实加强化学的基本概念和无机化合物的合成，性质和反应的叙述。 第三章元素化学知识的教学现状 1 存在的问题 元素化学是师范类化学系大学生必修的- - n 基础课，其内容多、反应多、 现象多、记忆多、说理多，教学不得法就会出现一看就懂，一听就厌，一丢就 忘的现象。元素化学研究的是元素及其化合物的基本性质和化学变化规律。这 些物质的基本性质由大量的化学事实来体现，是几个世纪以来前人实践的总 结，有些化学事实由于近代基础理论的研究和发展能从结构化学、热力学、动 力学方面得到阐明，但还有相当部分物质的性质还不能从理论上得到圆满的解 释。因此目前还没有一个理论能把元素及其化合物的基本性质统一起来，所以 教材的组织比较困难。元素化学教材长期以来已经形成一种模式，即从单质讨 论到化合物：从简单化合物的讨论到复杂化合物，每种元素的单质和化合物总 是按制备、性质和用途的顺序进行讨论。教材这样编写是可以的，但课堂上如 果这样讲，照本宣科、千篇一律，势必会造成讲授平淡无奇，学生听起来会产 生厌烦情绪，教学效果不好。从另一方面来说，元素化学的教材内容和讲授学 时数之间存在矛盾。元素化学涉及面非常广泛，若全面讲授，则势必蜻蜒点水、 不深不透，学生难以记忆和掌握。 虽然元素周期系理论可作为系统骨架，但一个个的元素及其庞杂的化合 物，材料仍属繁琐，学生难于记忆和掌握，加之辅助教学手段之缺乏或不得当， 课堂讲授枯燥乏味，很难引起学生的兴趣和深入努力的学习。造成这部分知识 “老师不愿讲，学生不愿听”的评价。这既影响了学生专业知识的巩固，也给 学生对无机化学中这门化学重要分支造成了错误印象，他们错误地认为，无机 化学学科的研究范围就是在一年级读到的讨厌的记实元素化学。继之也就影响 到无机化学专业考研、攻博的生源和优秀人才的选拔，直接影响到化学学科的 发展。【1 8 1 f 2 2 l 通过对师范院校元素化学的教学调查，我们发现存在着教与学两个方面的 问题教的问题表现在以下四个方面： ( 1 ) 教学方法单一，一般采用课堂讲授的单一模式，实行“灌输式” 教学；教师照本宣科，不能合理取舍教材，为教学服务。 ( 2 ) 讲授内容陈旧，没有与学科前沿紧密相联系，理论与实际相脱离。 ( 3 ) 教师只注重教“书”，忽视教“方法”、培养智能；不能针对学生存 在的实际情况，因材施教。 ( 4 )教学方法重演绎、推理、按部就班，缺少创新意识；教学媒体落后， 课件的研制跟不上学科的发展。 教与学是课堂紧密相联的双边活动，由教的问题会引发一系列学的问题。 学生学习元素化学存在以下三个问题： ( 1 ) 不适应大学的教学方式、学习方式，不会合理安排时间。 ( 2 )由于教学方法单一以及元素化学自身的特点，学生对于元素化学学 习积极性不高、兴趣不浓。 ( 4 ) 不具有科学、合理的学习方法，自学能力差。 2 元素化学知识的学习过程 元素化学知识包括元素及其单质、化合物的组成、结构、性质、变化、用 途、存在、制法等内容。人类积累的元素化学知识常以概念、命题的形式陈述， 属于陈述性知识。学习元素化学知识就是要领会、记忆和应用关于元素化合物 的概念和命题。 概括的言语信息是元素化合物知识学习的主要内容。它必须以对具体的化 学事物从感性知觉到理性思维的学习为基础。所以，元素化学的学习应该实行 言语信息学习与通过化学实验学习相结合。元素化学知识的学习以化学概念的 学习为基础，需要用各种化学概念来概括、组织、说明形形色色的物质及其化 学现象，用关于物质的概念来概括其全部特征，运用化学概念作出有关的判断 和推论等等。 元素化学知识的学习过程可分为五个阶段来进行： 2 3 1 ( 1 ) 感知阶段。感知有关物质的物理性质和化学性质、基本的化学实验 和事实，感知有关的言语陈述。 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s ( 2 ) 加工、理解阶段。对感知化学事物后形成的表象进行思维加工、形 成理性的认识用有关的化学概念加以概括、作出判断、推测并寻找例证等， 逐一揭露物质的物理性质、组成、结构、化学性质、用途、存在、制法等等， 并且和已有的经验联系、加以理解；对感知的言语信息作出语句分析，理解语 义。 ( 3 ) 形成物质概念阶段。使获得的某物质的各个片段知识相互联系、综 合起来，借助于化学符号系统使之符号化，形成对该物质的完整认识。通常按 图3 1 所示网络方式进行联系和综合。其中的“性质”包括物理性质和化学性 质两大类，它们又可以分为若干具体的方面。 图3 1 完整地认知物质的网络 ( 4 ) 联系、整合阶段。跟其他元素化合物进行比较和联系，应用已知的 化学理论来说明、解释该物质，在更高的层次上概括，使新旧知识相互联系形 成整体和系统。 ( 5 ) 运用阶段。根据物质的性质等知识总结出有关该物质的制取、应用、 检验、鉴别等方面的方法、规则，用于解决实际问题，并且进一步发展和加深 对该物质的认识。由于元素化合物知识内容繁杂，往往经过概括加工、以现成 的结论呈现，可不再由学习者亲自做出判断和推理，难度不大，可能影响学习 者对学习内容产生兴趣和保持注意。实践证明，从化学实验现象出发，或者用 问题把有关内容组织、串联起来，让学习者参与做出判断、推论，可以提高学 习兴趣，增强注意，取得较好的学习效果。在这方面，教材对于元素化合物知 1 2 识学习效率提高的作用是不可轻视的。至于将元素化合物知识密切地跟社会生 活实践联系，更加离不开教师和教材发挥作用。 3 制约元素化学知识学习过程的因素 根据对元素化学知识学习过程的研究，制约元素化学知识学习过程的因素 主要有以下几个方面。彤1 ( 1 ) 学习者的已有知识及其准备状态 学习者总是在已有知识的基础上进行感知和加工活动，元素化学知识的形 成、整合和运用需要已有知识的参与，元素化学知识学习过程的每一阶段都离 不开已有知识发挥作用。要使已有知识在新知识学习中发挥作用，需要使之处 于良好的准备状态。 根据现代认知心理学研究，元素化学知识学习过程实际上是输入的新认识 被原有认知结构同化，或者对原有认知结构进行调节、重新建构，从而形成新 认知结构的过程，因而已有知识是学习中一个重要制约因素。由若干化学概念 和化学原理组成的化学理论，不但自身有较强的组织结构，而且有很强的组织 功能，能有效地使元素化学知识结构化。在元素化学知识的学习过程中发挥重 要作用，因两它在已有知识中有着重要地位。学习者的已有经验中也包括“前 科学概念”( 如日常概念) 在内，它对于科学的化学概念的形成可能起促进作 用，也可能起干扰和阻碍作用。要注意根据具体情况采取相应的措施。 ( 2 ) 学习者的学习经验、认知能力和认知风格 知识的概括水平越高，其学习过程就越依赖于抽象思维。对于同一学习内 容，学习者可能采取不同水平的具体学习过程。对元素化学知识的学习既可能 采用归纳方式，也可能采用演绎方式。学习经验会影响学习过程的效率，只有 具体的学习过程适应学习者的认知能力和学习经验水平时，才可能取得较好的 学习效果；否则，就可能造成学习困难或者影响学习者发展。 ( 3 ) 学习者的动机、兴趣、情感、意志和学习愿望 学习者的动机、兴趣、情感、意志和学习愿望属于非智力因素，它们是学 习的动力因素，在学习过程中具有支持和调节作用，既影响学习过程的顺利程 度，也影响学习过程的效率。 硕士学位论文 m 盯t r s 1 h e s i s ( 4 ) 学习者外部( 教师、教材等) 的组织、控制作用 外部适当的组控作用可以使学生避免走弯路，可使学习有效地进行。例如 在感知阶段，如果没有适当的指导，学习者可能只注意比较强烈的次要现象、 忽视主要现象，使感知不能达到预定的目的，影响学习的继续进行。此外，样 例的选择、方法的指导、关键的提示、困惑的解决、学习阶段的转换等等，都 需要外部提供经验，离不开外部组控和指导。 但是外部作用只能促进，而不应妨碍学习者在各阶段作为学习主体的活 动。感知、加工、形成、整合和运用各阶段的效率都跟外部组控、指导的质量 有关。随着学习者认知能力的增强和学习经验的丰富，他对外部的依赖会逐渐 减少，直至通过独立的研究活动来发现和形成元素化学知识。 第四章元素化学课程标准的研制 1 元素化学的课程目标 元素化学课程标准是学校有关部门根据各类学校的培养目标和课程计划制 定的关于元素化学教学的指导性文件。它以纲要的形式规定元素化学学科的教 学目的要求、知识技能的深广度，以及对教学方法的基本要求。由于不同类别 的高校对元素化学的要求侧重点不同，因此，课程目标也就不同，现以师范院 校为例来谈谈元素化学的课程目标。 对于师范院校来说，本科教育的目标就是培养具有宽广知识基础、基本教 学技能与高尚师德的创新型基础教育工作者。【2 5 】由此可见高师是为基础教育服 务的，中学需要什么样的教师，高师院校的培养方案就应该往这个方向改进。 元素化学的掌握是作为一位合格的中学化学教师的最基础知识，所以我们将从 以下三个维度构建元素化学的课程目标体系。【2 6 】 知识与技能包括基本的元素化学知识和重要的实验技能、元素化学与科 学技术、社会发展相关的知识等。 过程与方法包括元素化学知识的掌握、科学探究的基本过程与方法、思 维能力、信息获取和加工能力、交流和合作能力、教学实践能力等。 4 情感目标与价值观包括学习和探究兴趣、科学态度、社会责任感、爱国 主义、创新精神等。 l 、知识与技能 ( 1 ) 掌握各族元素及其化合物的组成、性质及其在社会生产和生活中的 应用，并能区分各族个别元素的特殊性。 ( 2 ) 能用熟力学原理和物质结构原理等对元素化合物的结构、性质及用 途做出合理的解释：能够从物质的微观构成，了解化学变化的基本特征；能够 清晰地认识元素化合物的性质与用途之间的关系。 ( 3 ) 元素化学与社会和科学技术的相互联系，并能以此分析有关实际问 题。 ( 4 ) 熟练地掌握元素化学实验技能，并能设计和完成较复杂的有关元素 化学实验。 2 、过程与方法 ( 1 )认识科学探究的意义和基本过程，能提出问题，进行初步自主的探 究活动，从而解决问题。 ( 2 )有意识地学会运用观察、实验等方法获取信息，能用文字、图表和 化学语言表述有关的信息，进一步学会运用比较、分类、归纳、概括等方法对 获取的信息进行加工。 ( 3 )能用变化与联系、辩证唯物主义观点分析元素化学中的问题、现象， 解决一些较为复杂的元素化学问题。 ( 4 )能主动与他人进行交流和讨论，清楚地表达自己的观点，逐步形成 良好的学习习