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篇（1）

中圖分類號：p5883 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a

文章編號：672－656（202）04－000－11

0引言

大陸地殼的形成一般歸結(jié)為2個(gè)典型的板塊構(gòu)造位置，即活動大陸邊緣和板內(nèi)［］。其中，板內(nèi)的大陸生長與地幔柱的巖漿板底墊托作用或巖漿底侵作用（magmatic underplating）有關(guān)，而板緣的大陸生長則主要通過俯沖增生和弧陸碰撞來實(shí)現(xiàn)的。而且，會聚大陸邊緣通常被認(rèn)為是下地殼增生（包括幔源巖漿板底墊托作用和俯沖增生）的主要場所［2］。然而，很少有實(shí)例是來自活動大陸邊緣的下地殼包體［2－3］。

麻粒巖包體和麻粒巖地體（尤其是高壓麻粒巖）通常被認(rèn)為是透視下地殼的窗口［2］。高壓麻粒巖通常被認(rèn)為代表高級的變基性巖，并以單斜輝石+斜長石+石榴子石+石英等礦物組合為主要特征［4－6］， 至于其他次要礦物如角閃石和藍(lán)晶石等是否出現(xiàn)，取決于水活度和全巖成分［7］。高壓麻粒巖不同于榴輝巖的是其礦物組合中含有斜長石和（或）貧硬玉分子的單斜輝石，而中壓麻粒巖不同于高壓麻粒巖的主要特征是其礦物組合中含有斜方輝石，但是高壓麻粒巖在峰期之后減壓過程中可能會形成以后成合晶冠狀體形式存在的斜方輝石［7］。高壓麻粒巖出露相當(dāng)廣泛，從古元古代（如華北恒山雜巖［8］）到新生代（如喜馬拉雅山脈）的諸多大陸碰撞造山帶中均有報(bào)道。前人研究結(jié)果顯示，當(dāng)變質(zhì)溫度超過800 ℃時(shí)，變質(zhì)壓力可能超過4 gpa［5］，這意味著加厚地殼（或俯沖地殼）的下部經(jīng)歷了高溫作用。另外，高壓麻粒巖有時(shí)也與中溫榴輝巖共生，如華力西造山帶［9］。在特定地帶鑒定出高壓麻粒巖有助于對涉及大陸碰撞及相關(guān)過程中下地殼演化的認(rèn)識，而對高壓麻粒巖相變質(zhì)作用的巖石學(xué)觀察和年代學(xué)測定對理解變質(zhì)作用和下地殼演化之間的關(guān)系至關(guān)重要。但是，獲得精確的高壓麻粒巖相變質(zhì)作用的時(shí)代往往比較困難。這種困難主要來自于后期多階段變質(zhì)作用疊加以及相關(guān)過程導(dǎo)致的礦物間同位素體系（尤其是sm－nd和rb－sr）的重置或不平衡，因此影響了對巖石的形成過程和構(gòu)造背景的認(rèn)識。

在過去的20年里，眾多研究者對華北克拉通前寒武紀(jì)變質(zhì)基底和下地殼包體巖石開展了大量的巖石學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、地球化學(xué)和地質(zhì)年代學(xué)研究，并在其形成和演化上獲得了若干重要進(jìn)展，進(jìn)一步將華北克拉通變質(zhì)基底劃分為東部陸塊、西部陸塊及分割東部和西部陸塊的中部造山帶［0－］。目前就東、西部陸塊沿中部造山帶在大約85 ga完成克拉通拼合已經(jīng)達(dá)成共識［0－7］。拼合完成之后，在6～85 ga期間，克拉通內(nèi)部和邊緣經(jīng)歷了一系列的拉張和裂谷事件，形成了伴隨有鎂鐵質(zhì)巖漿群侵位的拗拉槽和邊緣裂谷盆地，發(fā)育有斜長巖輝長巖紋長二長巖環(huán)斑花崗巖套和a型花崗巖，以及超鉀火山巖的噴發(fā)［7－22］。值得注意的是，目前已報(bào)道的古元古代高壓麻粒巖相變質(zhì)作用主要來自于中部造山帶［8，0－3，23］，而東部陸塊僅在膠東和信陽地區(qū)見有零星報(bào)道［24］。此外，對華北克拉通古元古代高壓麻粒巖相變質(zhì)作用的構(gòu)造背景還存在2種不同的解釋：一種觀點(diǎn)認(rèn)為這些高壓

麻粒巖形成于東、西部陸塊拼合的碰撞造山環(huán)境中［8，－4］；另一種觀點(diǎn)則認(rèn)為它們是古元古代地幔柱活動的產(chǎn)物［8－20，24］。存在爭議的一個(gè)重要原因是對高壓麻粒巖相變質(zhì)作用缺少直接的巖石學(xué)和年代學(xué)觀察，尤其是在華北克拉通東南緣或東部陸塊的南部。目前，在所研究的區(qū)域，僅見高壓麻粒巖相變質(zhì)作用的巖石學(xué)證據(jù)和模糊的（晚）古元古代年齡的分開報(bào)道。最近，xu等在徐州—宿州地區(qū)發(fā)現(xiàn)了榴輝巖（類）捕虜體，認(rèn)為它們是華北克拉通鎂鐵質(zhì)下地殼在大約220 ma時(shí)構(gòu)造加厚形成的［25－27］。

關(guān)于華北克拉通的形成與演化，雖然受到廣泛關(guān)注并日益引起國內(nèi)外研究者的興趣，但是大部分研究都集中于華北克拉通內(nèi)部、北部和東、西陸塊結(jié)合帶或中部造山帶，而東南緣下地殼的形成與演化研究則顯得較薄弱。華北克拉通東南緣出露的變質(zhì)基底（五河變質(zhì)雜巖）和下地殼包體巖石無疑為這一研究提供了極好的天然實(shí)驗(yàn)室。最近的研究結(jié)果顯示，五河變質(zhì)雜巖中的變基性巖經(jīng)歷了80～90 ga的高壓麻粒巖相變質(zhì)作用［28－29］。徐州—宿州一帶中生代侵入體中包體的巖石學(xué)、年代學(xué)和巖石地球化學(xué)研究也表明，這些包體大部分形成于24～25 ga并經(jīng)過大約8 ga高壓麻粒巖相變質(zhì)作用［25－29］。但是，有關(guān)研究區(qū)下地殼巖石的成因、形成與演化仍是亟待解決的重要科學(xué)問題。

為了更好地了解華北克拉通東南緣前寒武紀(jì)地殼（尤其是下地殼）的形成和演化過程，筆者根據(jù)近年來對蚌埠地區(qū)出露的前寒武紀(jì)變質(zhì)基底和宿州附近夾溝中生代閃長斑巖中捕虜體的研究成果和進(jìn)展，結(jié)合研究區(qū)已發(fā)表的相關(guān)資料，總結(jié)了華北克拉通東南緣前寒武紀(jì)幕式地殼生長和多期變質(zhì)作用與改造的巖石學(xué)和年代學(xué)證據(jù)。

地質(zhì)背景

華北克拉通是世界上最古老的克拉通之一，保留有大于36 ga的古老地殼物質(zhì)殘留［30］。地理位置上，華北克拉通西接祁連造山帶，北鄰天山—內(nèi)蒙—大興安嶺造山帶；在南端，秦嶺—大別—蘇魯造山帶把華北克拉通和揚(yáng)子克拉通分開（圖［26］）?；谀甏鷮W(xué)、巖石組合、構(gòu)造演化和p－t－t軌跡的不同，將華北克拉通劃分為東部陸塊、西部陸塊及夾于其中的中部造山帶［8，0，9，3］。筆者研究的蚌埠和徐州—宿州地區(qū)位于華北克拉通東部陸塊的東南緣，距蘇魯造山帶西端的郯—廬斷裂帶以西約00 km，距大別造山帶北端約300 km （圖）。區(qū)內(nèi)變形的新元古代和古生代蓋層，以及晚太古代到古元古代的變質(zhì)基底侵入有大量小的中生代侵入體（如夾溝、班井和利國巖體；圖）。這些中生代侵入體主要由閃長質(zhì)和二長閃長質(zhì)斑巖組成。研究區(qū)的前寒武紀(jì)變質(zhì)基底主要出露在蚌埠地區(qū)（常稱為“五河變質(zhì)雜巖”或“五河群”［32］），并且被中生代含石榴子石花崗巖所侵入［圖2（a）］；而中生代侵入體中含有大量下地殼或幔源包體或捕虜體［25－26，29，33－34］ ［圖2（b）］的徐州—宿州地區(qū)則無變質(zhì)基底出露。近期研究表明，變質(zhì)基底出露區(qū)（荊山、懷遠(yuǎn)和鳳陽等地）發(fā)育的含石榴子石花崗巖主要是由華南三疊紀(jì)俯沖陸殼巖石在59 ma左右發(fā)生部分熔融形成的［35－36］。

研究區(qū)變質(zhì)基底的巖石類型主要有（含石榴）斜長角閃巖、榴閃巖、石榴麻粒巖和片麻巖等；下地殼包體的巖石類型主要有（含石榴）斜長角閃巖、榴閃巖、石榴角閃石巖、石榴麻粒巖、含石榴角閃斜長片麻巖和花崗片麻巖等。此外，包體中還有含尖晶石石榴單斜輝石巖、含金云母單斜輝石巖和含尖晶石二輝石巖等形成于古生代（（393symbolqb@ 7）ma）的幔源巖石，指示北秦嶺向東延伸到華北克拉通東南緣（至少到安徽宿州地區(qū)）以及在華北克拉通與揚(yáng)子克拉通之間存在一個(gè)已消失的新元古代洋殼［33］。

研究區(qū)前寒武紀(jì)變質(zhì)基底巖石（五河變質(zhì)雜巖），主要出露于“蚌埠隆起”區(qū)（如荊山、懷遠(yuǎn)和鳳陽等地），巖石類型主要有含石榴斜長角閃巖、榴閃巖、石榴麻粒巖和片麻巖等。石榴斜長角閃巖呈構(gòu)造巖塊或條帶狀產(chǎn)于不純的大理巖中［29，34－36］，兩者之間呈構(gòu)造接觸關(guān)系，反映了它們原巖的不同以及可能具有不同的演化歷史，它們的原巖分別為巖漿巖和沉積巖。石榴斜長角閃巖（如樣品07fy0）主要由石榴子石、斜長石和角閃石以及少量單斜輝石、榍石和微量金紅石等礦物組成（圖3（a）、（c）［29］）。石榴子石在成分上是均一的，為鐵鋁榴石鎂鋁榴石鈣鋁榴石固溶體，錳含量較低。斜長石有3種產(chǎn)出形式：以包裹

體形式產(chǎn)于石榴子石中；以后成合晶形式與綠角閃石共生；以基質(zhì)形式產(chǎn)出。富鈦的棕色角閃石通常以包裹體形式產(chǎn)于斜長石［圖3（b）［29］］或基質(zhì)中，tio2含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，后文同）高達(dá)

382%；而產(chǎn)于基質(zhì)中或與斜長石共生產(chǎn)于后成合晶中［圖3（c）］的綠色角閃石幾乎不含ti?；|(zhì)中殘留的單斜輝石為透輝石。榴閃巖［圖3（d）、（e）］主要由石榴子石、角閃石、斜長石和石英等組成，石榴子石在成分上相對均一，類似于樣品07fy0的石榴子石組成；角閃石有2期，分別為早期的棕色高鈦角閃石和晚期的綠色低鈦角閃石，這些特征暗示榴閃巖樣品也經(jīng)歷了類似的高壓麻粒巖相變質(zhì)作用及后期變質(zhì)作用疊加。石榴麻粒巖的主要礦物組合為石榴子石+單斜輝石+斜長石+角閃石［圖3（f）］，這種礦物組合指示其經(jīng)歷了高壓麻粒巖相變質(zhì)作用［4－6］。

研究區(qū)下地殼包體的巖石類型很豐富，如（含石榴）斜長角閃巖、榴閃巖、石榴角閃石巖、石榴麻粒巖、含石榴角閃斜長片麻巖和花崗片麻巖等（圖4［29，33］）。其中，石榴斜長角閃巖（如樣品07jg2）主要組成礦物為石榴子石、斜長石、角閃石、金紅石、石英以及少量單斜輝石［圖4（b）、（d）、（e）］。石榴子石晶體在尺度上為毫米級別，成分相對均一，為鐵鋁榴石鎂鋁榴石鈣鋁榴石固溶體。斜長石有3種產(chǎn)出形式：以包裹體形式產(chǎn)于石榴子石中；以后成合晶形式與單斜輝石和（或）角閃石共生；以基質(zhì)形式產(chǎn)出。大部分金紅石已退變?yōu)殁佽F礦，單斜輝石被以角閃石+斜長石組成的后成合晶結(jié)構(gòu)所替代［圖4（d）、（e）］。有時(shí)可見裂隙中鉀長石等礦物的分布［圖4（b）］，可能指示晚期的溶體交代作用結(jié)果。

石榴麻粒巖（如樣品07jg4、08jg5）主要組成礦物為石榴子石、斜長石、角閃石、單斜輝石、石英、金紅石、榍石和少量綠泥石［圖4（a）、（f）～（h）］。單斜輝石為透輝石，有2種產(chǎn)出形式：與金紅石和石英共生，以包裹體的形式產(chǎn)出于石榴子石和榍石中；以殘晶形式與斜長石和角閃石共生產(chǎn)于后成合晶中。透輝石局部被綠泥石所交代［圖4（f）］。含有金紅石和角閃石針狀出溶體的單斜輝石有時(shí)含有角閃石退變邊［圖4（g）］。石榴子石的典型特征是含有定向的針狀金紅石出溶體［圖4（g）］，成分上類似于樣品07jg2的石榴子石。長石主要以基質(zhì)或后成合晶形式存在［圖4（f）］。基質(zhì)中的金紅石部分被鈦鐵礦所替代。

含石榴角閃斜長片麻巖（如樣品07jg32）［圖4（c）］主要礦物組合為石榴子石+斜長石+角閃石+金紅石，金紅石部分退變?yōu)殁佽F礦，石榴子石被斜長石+角閃石后成合晶所環(huán)繞。此外，石榴角閃石巖的主要組成礦物為石榴子石、角閃石、金紅石［圖4（i）］：石榴子石有2期，包括具有針狀金紅石出溶體的早期石榴子石和晚期深色石榴子石；角閃石也有2期，分別為早期的褐色富鐵、高鈦角閃石和晚期的綠色低鈦角閃石。

不同樣品中的角閃石是按照leake等的分類方案［37］來命名的。棕褐色、富tio2角閃石為韭閃石和鐵質(zhì)韭閃石，而綠色、低tio2的角閃石為鎂質(zhì)綠鈉閃石和淺閃石［圖3（b）、（e），圖4（i）］。表明這2類角閃石分別形成于不同的變質(zhì)條件下，如麻粒巖相和角閃巖相條件下，因?yàn)榍叭搜芯恳炎C明角閃石中ti含量隨變質(zhì)程度的增加而升高［6，38］。這種差別也得到了巖相學(xué)證據(jù)的支持：綠角閃石產(chǎn)出于后成合晶中，而棕褐色角閃石以包裹體形式產(chǎn)出。有些樣品中含有較多的富鈦角閃石，可能反映了它們不同的原巖成分。根據(jù)電子探針成分分析，不同類型的角閃石可能形成于不同的變質(zhì)條件下（圖5［39］），`這進(jìn)一步證明本區(qū)下地殼巖石經(jīng)歷了多期變質(zhì)疊加與改造過程。

綜上所述，無論是變質(zhì)基底還是下地殼包體巖石，它們大多數(shù)（除下地殼上部的巖石以外）都含有石榴子石、單斜輝石、金紅石、斜長石和石英等峰期礦物組合，指示形成于高壓（大約 gpa）麻粒巖相條件下［40］。另外，這些樣品缺少諸如藍(lán)晶石和硅線石之類的富鋁礦物相，表明其原巖為巖漿巖而非沉積巖成因［4］?；谏鲜鲲@微結(jié)構(gòu)觀察和礦物之間的關(guān)系，至少可以區(qū)分出峰期高壓麻粒巖相（石榴子石+斜長石+單斜輝石+石英+金紅石±富鈦角閃石）變質(zhì)礦物組合，以及后期角閃巖相（斜長石+綠角閃石+鈦鐵礦+榍石）和綠片巖相（綠泥石+方解石+磁鐵礦）等退變質(zhì)礦物組合。因此，研究區(qū)前寒武紀(jì)變質(zhì)基底巖石以及大多數(shù)下地殼包體巖石所

歷的最高變質(zhì)條件為高壓麻粒巖相。礦物組合與初步的溫壓計(jì)算結(jié)果表明，高壓麻粒巖相變質(zhì)階段溫度和壓力分別為800 ℃～860 ℃和0～2 gpa［29］。但是，由于緩慢冷卻，尤其是可能經(jīng)歷了緩慢折返作用的巖石（如樣品07fy0），而導(dǎo)致礦物的fe－mg交換或重置［42］，所計(jì)算的溫度有可能代表高壓麻粒巖相變質(zhì)階段的最小估計(jì)值［43］。

3幕式地殼生長與多期改造的年代學(xué)和f同位素證據(jù)

由于受到后期多階段變質(zhì)作用疊加的影響，sm－nd和rb－sr同位素體系發(fā)生了重置和（或）礦物之間的同位素不平衡，往往難以準(zhǔn)確測定不同變質(zhì)階段的時(shí)代，而鋯石無疑是理想的定年礦物。鋯石是一種難熔礦物，具有很低的pb擴(kuò)散速率［44］，因而高級變質(zhì)巖中鋯石常常能保留多期次的巖漿作用和變質(zhì)作用記錄［45－49］。因此，鋯石的原位u－pb定年是獲得經(jīng)歷過復(fù)雜演化過程和多期變質(zhì)作用巖石可靠時(shí)代的有效方法。但是，由于物理化學(xué)條件變化和每期變質(zhì)時(shí)間長短的不同，導(dǎo)致早期的鋯石結(jié)構(gòu)發(fā)生改變和（或）新的鋯石生長，從而造成高級變質(zhì)巖中的鋯石結(jié)構(gòu)顯示較大的變化性和復(fù)雜性［50］。鋯石中的變質(zhì)礦物包裹體能把年代學(xué)結(jié)果和變質(zhì)作用直接聯(lián)系起來，而對于那些反映巖石復(fù)雜的巖漿和變質(zhì)作用歷史的環(huán)帶鋯石所表現(xiàn)出的諸如不規(guī)則邊界、不同的核幔邊區(qū)域之類的復(fù)雜結(jié)構(gòu)可以通過陰極發(fā)光（cl）圖像揭示出來［5－52］。此外，鋯石的lu－f同位素體系優(yōu)于其u－pb體系，通常能抵抗后期蝕變和改造作用的影響［44，53－54］，能保存近于初始的f同位素比值，并可以用來示蹤巖石成因和源區(qū)研究［55－56］。

因此，單顆粒鋯石u－pb和lu－f 同位素的聯(lián)合分析數(shù)據(jù)已被證明能提供有關(guān)巖漿和變質(zhì)事件以及巖石成因和殼幔演化的可靠詳細(xì)信息［53－55，57－65］。正如前文所述，華北克拉通是一個(gè)古老的克拉通并經(jīng)歷了復(fù)雜的演化過程，為此，筆者根據(jù)最新研究成果以及已發(fā)表的有關(guān)華北克拉通東南緣變質(zhì)基底和下地殼包體的鋯石u－pb年代學(xué)和lu－f 同位素?cái)?shù)據(jù)，探討了研究區(qū)前寒武紀(jì)下地殼的形成和演化過程。

根據(jù)鋯石陰極發(fā)光圖像（圖6［29，33－34］）可以看出，研究區(qū)前寒武紀(jì)下地殼包體巖石經(jīng)歷了復(fù)雜的巖漿熱事件和多期變質(zhì)作用，大多數(shù)鋯石顯示核幔邊結(jié)構(gòu)，包括典型的巖漿鋯石核和具有石榴子石+單斜輝石+金紅石+斜長石等高壓麻粒巖相礦物組合的8～9 ga變質(zhì)鋯石［29，33］以及具有高的ti溫度（大于800 ℃）的248～249 ga麻粒巖相變質(zhì)鋯石［34］。鋯石u－pb年齡結(jié)果統(tǒng)計(jì)（圖7）顯示，研究區(qū)經(jīng)歷了25～26、2 ga的巖漿熱事件以及25～26、2、8～9 ga以及390、76 ma的變質(zhì)事件。其中，形成于25～26 ga的下地殼巖石包括2類：一類是經(jīng)歷了2 ga和（或）8～9 ga高壓麻粒巖相變質(zhì)作用以及390、76 ma的變質(zhì)改造，而且可能是因?yàn)檫@類巖石位于下地殼下部，在2 ga時(shí)靠近俯沖帶，因而遭受大洋俯沖與變質(zhì)作用的強(qiáng)烈影響而造成pb同位素均一化，形成了具有與約2 ga島弧巖石一致的高放射成因pb同位素組成；另一類巖石則形成于255～264 ga，可能因處于下地殼上部而僅遭受了248～249 ga麻粒巖相變質(zhì)作用，但沒有2 ga和（或）8～9 ga變質(zhì)疊加的巖石學(xué)和年代學(xué)記錄，表現(xiàn)為典型的前寒武紀(jì)下地殼巖石特點(diǎn)的低放射成因pb同位素組成［34］。此外，強(qiáng)烈的約8 ga高壓麻粒巖相變質(zhì)作用可能是由于幔源巖漿底侵于下地殼底部而導(dǎo)致大規(guī)模地殼加熱和增厚引起的，這也與該時(shí)期華北克拉通存在廣泛的拉張、裂谷作用以及相關(guān)的鎂鐵質(zhì)巖漿侵位等相吻合［8，20－2，29］。

鋯石的f同位素分析（圖8［33］）指示，研究區(qū)前寒武紀(jì)下地殼經(jīng)歷了25 ga和2 ga的巖漿熱事件。鑒于這2期鋯石的ε-f（t）中有一部分樣品為明顯的正值（如5～2），反映它們的原巖來自于新生地殼，結(jié)合其原巖性質(zhì)和地球化學(xué)特點(diǎn)，指示它們的巖石成因與2期俯沖增生事件有關(guān)［33］。此外，27～28 ga的繼承鋯石u－pb年齡（圖7）和鋯石f模式年齡［33－34］暗示研究區(qū)可能還存在更老的地殼物質(zhì)或更早的地殼生長時(shí)期，這尚需進(jìn)一步的研究。

4結(jié)語

（）華北克拉通東南緣前寒武紀(jì)下地殼的巖石組成復(fù)雜，反映一個(gè)不同形成時(shí)代和不同成因并經(jīng)過多期不同程度變質(zhì)作用與改造的形成、演化過程。

（2）華北克拉通東南緣在前寒武紀(jì)發(fā)生過幕式地殼生長，至少包括25～26 ga和2 ga這2期俯沖增生和約8 ga的垂向增生過程。由f模式年齡和繼承

鋯石限定的27～28 ga可能代表另一期地殼生長時(shí)間。

篇（2）

“化學(xué)元素觀”是中學(xué)化學(xué)的核心觀念之一，通過初中化學(xué)的學(xué)習(xí)，學(xué)生首先應(yīng)當(dāng)建立起“化學(xué)元素觀”。然而，學(xué)生對“化學(xué)元素觀”的認(rèn)識是伴隨相關(guān)具體知識的學(xué)習(xí)而逐漸發(fā)展的。要在相關(guān)具體知識的教學(xué)中發(fā)展學(xué)生對“化學(xué)元素觀”的認(rèn)識，需要立足學(xué)科整體的高度，以“化學(xué)元素觀”為統(tǒng)領(lǐng)來組織教學(xué)，思考具體知識的教學(xué)對物質(zhì)及其化學(xué)變化等學(xué)科基本問題的滲透、落實(shí)和具體化。為此，筆者以初中化學(xué)“水的組成”教學(xué)為例展開討論。

1 對初中階段“化學(xué)元素觀”的理解

化學(xué)是研究物質(zhì)及其變化的科學(xué)，“化學(xué)元素觀”是從元素視角對物質(zhì)及其化學(xué)變化本質(zhì)的深層次理解。作為化學(xué)核心觀念之一的“化學(xué)元素觀”具有統(tǒng)攝性和持久的遷移價(jià)值，不僅能促進(jìn)學(xué)生把握最有價(jià)值的化學(xué)知識，而且能為學(xué)生形成相應(yīng)的認(rèn)識思路提供思考框架，為學(xué)生形成化學(xué)認(rèn)識指明思維方向。具體來說，物質(zhì)的元素組成是化學(xué)觀念的基礎(chǔ)，依據(jù)物質(zhì)的元素組成對純凈物進(jìn)行分類，以元素為核心認(rèn)識物質(zhì)及其變化，能夠?yàn)檠芯课镔|(zhì)的性質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)建立認(rèn)識框架。因此，化學(xué)元素觀包括3方面的含義：一是對元素本身的認(rèn)識，包括什么是元素、元素的種類、元素的性質(zhì)等；二是從元素角度看物質(zhì)，即元素與物質(zhì)有什么關(guān)系，具體包括元素組成與物質(zhì)的分類、性質(zhì)有什么關(guān)系等；三是從元素角度看化學(xué)反應(yīng)，即元素與化學(xué)反應(yīng)有什么關(guān)系，在化學(xué)反應(yīng)中元素種類是否發(fā)生變化等。借鑒梁永平先生關(guān)于“化學(xué)元素觀的基本內(nèi)涵”的闡述，筆者認(rèn)為，初中階段“化學(xué)元素觀”的基本理解如下，見表1。

學(xué)生“化學(xué)元素觀”的形成和發(fā)展是一個(gè)循序漸進(jìn)過程，在不同階段，基于不同學(xué)習(xí)內(nèi)容，學(xué)生需要發(fā)展的化學(xué)元素觀不同，其認(rèn)識層次也不同。如以電解水實(shí)驗(yàn)及生成物的檢驗(yàn)等事實(shí)為支撐，“水的組成”的教學(xué)可以發(fā)展學(xué)生從元素的角度認(rèn)識物質(zhì)及其化學(xué)變化。從物質(zhì)的元素組成來認(rèn)識純凈物并將其分類、歸納，是“化學(xué)元素觀”的主要內(nèi)容之一，為此在“水的組成”教學(xué)中，可結(jié)合水電解前后各物質(zhì)的元素組成特點(diǎn)，學(xué)習(xí)純凈物的分類，認(rèn)識單質(zhì)和化合物的概念、從水的元素組成特點(diǎn)認(rèn)識氧化物概念，由此從物質(zhì)分類的角度依次實(shí)現(xiàn)對水是純凈物、化合物、氧化物的認(rèn)識。不僅如此，從物質(zhì)的元素組成來認(rèn)識物質(zhì)的性質(zhì)，也是初中階段“化學(xué)元素觀”的主要內(nèi)容，在“水的組成”教學(xué)中還可以結(jié)合水電解前后各物質(zhì)的元素組成與性質(zhì)的差異，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識純凈物的性質(zhì)要受到組成元素的影響，對于簡單的化合物或單質(zhì)，元素組成甚至起著決定性的作用。當(dāng)然，物質(zhì)的元素組成相同，其性質(zhì)未必相同，這與物質(zhì)的結(jié)構(gòu)有關(guān)。因此，化學(xué)上還要依據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)對純凈物進(jìn)行進(jìn)一步的研究，這將是學(xué)生后續(xù)要學(xué)習(xí)的內(nèi)容。

2 從化學(xué)元素觀看“水的組成”及其教學(xué)價(jià)值

“水的組成”屬于人教版教科書（2012版）第四單元課題3的內(nèi)容。從“化學(xué)元素觀”的角度看“水的組成”，就是把該部分內(nèi)容放在物質(zhì)及其化學(xué)變化等學(xué)科基本問題中去考量，思考“水的組成”與“化學(xué)元素觀”的關(guān)系、“水的組成”處于什么位置，能起到什么作用，這樣可以從對具體知識的理解上升到對學(xué)科基本問題的理解。

“水的組成”涉及較為豐富的事實(shí)性知識和概念性知識，這些知識與“化學(xué)元素觀”之間存在的實(shí)質(zhì)性聯(lián)系可以用“水的組成”知識層級圖來體現(xiàn)（見圖1）。

“水的組成”這部分內(nèi)容，借助電解水的實(shí)驗(yàn)及生成物的檢驗(yàn)等知識，重在認(rèn)識電解水實(shí)驗(yàn)的實(shí)質(zhì)和水的組成，感悟通過化學(xué)實(shí)驗(yàn)研究物質(zhì)元素組成的科學(xué)過程與方法，并從物質(zhì)元素組成角度認(rèn)識純凈物的分類。顯然，這部分內(nèi)容不僅能發(fā)展學(xué)生從化學(xué)的視角來認(rèn)識水及其變化，而且能為學(xué)生“化學(xué)元素觀”的認(rèn)識發(fā)展提供有力的支撐：第一，根據(jù)電解水實(shí)驗(yàn)以及對生成的2種氣體進(jìn)行檢驗(yàn)，證明水在通電后生成了氫氣和氧氣，可以揭示水在通電條件下發(fā)生了化學(xué)變化；第二，根據(jù)水在通電條件下生成氫氣和氧氣、氫氣燃燒生成水的實(shí)驗(yàn)事實(shí)，依據(jù)化學(xué)反應(yīng)中元素不變，認(rèn)識水是由氫、氧2種元素組成的；第三，根據(jù)電解水實(shí)驗(yàn)，比較反應(yīng)物（水）和生成物（氫氣、氧氣）的元素組成特點(diǎn)，認(rèn)識純凈物可依據(jù)元素組成分為單質(zhì)和化合物，依據(jù)水的元素組成特點(diǎn)認(rèn)識氧化物，發(fā)展學(xué)生對物質(zhì)分類的認(rèn)識；第四，比較反應(yīng)物（水）和生成物（氫氣、氧氣）的性質(zhì)差異，認(rèn)識物質(zhì)的性質(zhì)與其元素組成有關(guān)，組成元素不同，物質(zhì)性質(zhì)不同。第五，結(jié)合之前學(xué)生學(xué)習(xí)的分子和原子的知識，啟發(fā)學(xué)生初步從微觀角度認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)，即水在通電情況下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，組成水的氫、氧元素的原子重新組合生成了新物質(zhì)，加深對化學(xué)反應(yīng)中原子種類不變、元素不變的認(rèn)識；第六，利用電解水實(shí)驗(yàn)來研究水的組成，可以啟發(fā)學(xué)生認(rèn)識不斷分解物質(zhì)直至不能分解為更簡單的成分為止，于是就得到了元素的游離態(tài)，即“單質(zhì)”，這是人類研究和認(rèn)識物質(zhì)組成的經(jīng)驗(yàn)方法，通過此實(shí)驗(yàn)人們進(jìn)一步認(rèn)識了水：水還可再分，即水不是元素；第七，通過對電解水實(shí)驗(yàn)中生成氫氣和氧氣的體積比為2：1的分析，為水的化學(xué)式——H2O提供了事實(shí)依據(jù)，這為學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)本單元課題4化學(xué)式與化合價(jià)打下了鋪墊?？梢姡八慕M成”是發(fā)展學(xué)生“化學(xué)元素觀”認(rèn)識的重要載體。

3 如何圍繞“化學(xué)元素觀”展開深入學(xué)習(xí)

“化學(xué)元素觀”是學(xué)生需要形成的體現(xiàn)學(xué)科本質(zhì)的深層次理解，圍繞“化學(xué)元素觀”來展開“水的組成”的學(xué)習(xí)，需要對學(xué)生知識學(xué)習(xí)與化學(xué)觀念認(rèn)識發(fā)展等有整體考慮，讓具體知識的學(xué)習(xí)為學(xué)生化學(xué)觀念的認(rèn)識發(fā)展提供支撐，使學(xué)生化學(xué)觀念的認(rèn)識伴隨具體知識的學(xué)習(xí)而逐漸發(fā)展。

3.1以“化學(xué)元素觀”為統(tǒng)領(lǐng)構(gòu)建教學(xué)內(nèi)容主線

化學(xué)觀念是指居于化學(xué)學(xué)科的核心，體現(xiàn)化學(xué)學(xué)科本質(zhì)，對學(xué)科的性質(zhì)、研究對象、研究方法和學(xué)科的價(jià)值等學(xué)科基本問題的深層次理解。要從知識教學(xué)轉(zhuǎn)向化學(xué)觀念教學(xué)，就需要站在學(xué)科整體的高度，思考具體知識的教學(xué)對學(xué)科基本問題的滲透與落實(shí)，將化學(xué)觀念的教學(xué)具體化，與此同時(shí)，需要兼顧課程的要求和學(xué)生的實(shí)際發(fā)展需要。為此，在“水的組成”課堂教學(xué)內(nèi)容主線的設(shè)計(jì)方面，根據(jù)學(xué)生的實(shí)際和發(fā)展需要，以“化學(xué)元素觀”為統(tǒng)領(lǐng)來搭建學(xué)生知識學(xué)習(xí)和觀念認(rèn)識發(fā)展的整體框架，把指向主要教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)重點(diǎn)的、能體現(xiàn)“化學(xué)元素觀”的關(guān)鍵性內(nèi)容具體化為教學(xué)任務(wù)，以此構(gòu)建課堂教學(xué)內(nèi)容的主線索，明確教學(xué)的核心所在。

基于上述考慮，“水的組成”一課的教學(xué)整體思路設(shè)計(jì)見表2。

3.2圍繞“化學(xué)元素觀”的關(guān)鍵性內(nèi)容設(shè)計(jì)引導(dǎo)性問題

教學(xué)的目的在于促進(jìn)學(xué)生對知識的深層理解，發(fā)展對化學(xué)觀念的認(rèn)識。把教學(xué)任務(wù)轉(zhuǎn)化為問題，用問題驅(qū)動學(xué)生思維，是通向理解、發(fā)展化學(xué)觀念認(rèn)識的重要途徑之一。為此，有必要思考應(yīng)該提出怎樣的引導(dǎo)性問題。筆者認(rèn)為，在化學(xué)觀念教學(xué)中，引導(dǎo)性問題是能激發(fā)學(xué)生思維，對達(dá)成教學(xué)目標(biāo)起決定作用的、能體現(xiàn)化學(xué)觀念的關(guān)鍵性問題，是統(tǒng)領(lǐng)課堂、推進(jìn)教學(xué)的主線索。為此，在“水的組成”教學(xué)中，針對學(xué)生學(xué)習(xí)的實(shí)際，把指向主要教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)重點(diǎn)、能體現(xiàn)“化學(xué)元素觀”關(guān)鍵內(nèi)容的教學(xué)任務(wù)轉(zhuǎn)化為統(tǒng)領(lǐng)課堂教學(xué)的引導(dǎo)性問題（見表2），為學(xué)生的思維過程指引方向。在“水的組成”教學(xué)中，要利用引導(dǎo)性問題調(diào)動學(xué)生參與學(xué)習(xí)過程，激發(fā)學(xué)生通過問題的思考去理解所學(xué)知識，在問題分析和解決的過程中去反復(fù)認(rèn)識、體驗(yàn)和感悟“元素與物質(zhì)的分類”、“元素與物質(zhì)的性質(zhì)”、“元素與化學(xué)反應(yīng)”等學(xué)科基本問題，從而為從元素視角認(rèn)識物質(zhì)及其化學(xué)變化奠定知識和方法基礎(chǔ)。

3.3將學(xué)習(xí)任務(wù)和引導(dǎo)性問題轉(zhuǎn)化為“手腦并重”的學(xué)習(xí)活動

學(xué)生的學(xué)習(xí)需要通過活動體驗(yàn)來完成?；顒釉O(shè)計(jì)需要注意活動的內(nèi)容、方式要與教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)任務(wù)、以及引導(dǎo)性問題相一致，要針對教學(xué)任務(wù)和引導(dǎo)性問題，設(shè)計(jì)相應(yīng)的手、腦并重的多樣化活動。圍繞“化學(xué)元素觀”展開深入學(xué)習(xí)的活動設(shè)計(jì)，有以下幾點(diǎn)考慮：

一是關(guān)注新舊知識的聯(lián)系，注意調(diào)用學(xué)生的已有知識經(jīng)驗(yàn)來學(xué)習(xí)新知識。如任務(wù)1中的問題1的設(shè)計(jì)，學(xué)生已經(jīng)學(xué)過利用過氧化氫分解制取氧氣，利用學(xué)生已知的這個(gè)反應(yīng)可以搭建學(xué)習(xí)新知識的橋梁，啟發(fā)學(xué)生思考水是由什么元素組成的，以及如何推測水的元素組成等問題。還可以借助這個(gè)反應(yīng)，引導(dǎo)學(xué)生思考可以由水分解的產(chǎn)物來推測水是由什么元素組成，這樣把學(xué)生的思維引向深入。

二是充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)的作用，為學(xué)生的學(xué)習(xí)和理解提供事實(shí)證據(jù)。電解水實(shí)驗(yàn)是學(xué)生學(xué)習(xí)“水的組成”、理解“化學(xué)元素觀”的重要手段和方式。在活動設(shè)計(jì)方面，一方面通過電解水實(shí)驗(yàn)、電解水生成的2種氣體的檢驗(yàn)等，為學(xué)生提供豐富的感性認(rèn)識，另一方面以實(shí)驗(yàn)事實(shí)為證據(jù)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)的觀察，引導(dǎo)學(xué)生思考：你認(rèn)為水電解發(fā)生了什么變化？根據(jù)水在通電條件下生成氫氣和氧氣、氫氣在空氣中燃燒生成水的實(shí)驗(yàn)事實(shí)，由反應(yīng)前后各物質(zhì)的元素組成，說明水是由什么元素組成的？為什么？由此引導(dǎo)學(xué)生基于實(shí)驗(yàn)事實(shí)進(jìn)行分析、推理并獲得相應(yīng)的結(jié)論，使學(xué)生的認(rèn)識從感性走向理性。

篇（3）

一、問題的提出

培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)是科學(xué)教育的一個(gè)永恒目標(biāo)。新課標(biāo)提出，化學(xué)課程的基本理念是 “立足于學(xué)生適應(yīng)現(xiàn)代生活和未來發(fā)展的需要，著眼于提高21世紀(jì)公民的科學(xué)素養(yǎng)，構(gòu)建‘知識和技能’、‘過程和方法’、‘情感態(tài)度和價(jià)值觀’相融合的高中化學(xué)課程目標(biāo)體系?！?新課標(biāo)在教學(xué)建議別強(qiáng)調(diào)要重視引導(dǎo)學(xué)生形成基本的化學(xué)觀念。使學(xué)生形成基本的化學(xué)觀念是化學(xué)學(xué)科的一個(gè)重要教學(xué)目標(biāo)，元素觀是化學(xué)觀念中的核心觀念。

二、中學(xué)生元素觀建構(gòu)現(xiàn)狀的調(diào)查

1、調(diào)查目的

為了了解中學(xué)生對元素觀建構(gòu)的情況及其存在的問題，本文以解釋性問題為基本方式，通過調(diào)查問卷的方法進(jìn)行研究。要求學(xué)生解釋和回答的問題主要涉及與元素觀相關(guān)的核心基本概念。

2、調(diào)查項(xiàng)目設(shè)計(jì)及評分標(biāo)準(zhǔn)

元素觀調(diào)查問卷

1.談?wù)勀銓υ氐恼J(rèn)識。

2.談?wù)勀銓υ匦再|(zhì)的認(rèn)識。

3.從化學(xué)的角度談?wù)勀銓ξ镔|(zhì)的認(rèn)識。

4.談?wù)勀銓ξ镔|(zhì)轉(zhuǎn)化的認(rèn)識。

5.結(jié)合堿金屬的學(xué)習(xí)，談?wù)勀銓饘傩缘恼J(rèn)識。

6.結(jié)合鹵素的學(xué)習(xí)，談?wù)勀銓Ψ墙饘傩缘恼J(rèn)識。

研究者首先對學(xué)生進(jìn)行編碼，然后對每一個(gè)學(xué)生的每一項(xiàng)作答的關(guān)鍵性表述用紅筆畫出，根據(jù)評分標(biāo)準(zhǔn)打出分?jǐn)?shù)。對元素的理解和元素性質(zhì)的理解按照作答的錯(cuò)誤性、樸素性和期望性水平進(jìn)行編碼，其中作答水平錯(cuò)誤的定為水平1、樸素水平的定為水平2、理想水平的定為水平3。本研究對于作答者物質(zhì)和物質(zhì)轉(zhuǎn)化的認(rèn)識的分析，是根據(jù)他在項(xiàng)目中的作答情況進(jìn)行的。其中作答為認(rèn)識水平的定為水平1、知識的理解不全面定為水平2，知識的理解定為水平3。本研究對于作答者金屬性和非金屬性的認(rèn)識的分析，也是根據(jù)他在項(xiàng)目中的作答情況進(jìn)行的。其中作答為只說出知識是什么的定為水平1、還能用結(jié)構(gòu)進(jìn)行解釋的定為水平2、能形成模型化理解的定為水平3。

3、調(diào)查方法

調(diào)查選取洪洞一中高一兩個(gè)班399，400的學(xué)生。共發(fā)放問卷83份，收回有效問卷83份。其中，399班43份，400班40份。調(diào)查在2015年2月24日晚自習(xí)進(jìn)行，測試時(shí)間45分鐘。作答是在研究者的監(jiān)控之下進(jìn)行的，以保證作答的真實(shí)性。

4、結(jié)果分析

分析結(jié)果表明，高一學(xué)生對對元素的理解回答錯(cuò)誤的達(dá)到了84.33%，處于樸素水平的有13.25%，處于理解水平的只有兩個(gè)同學(xué)，對元素性質(zhì)的理解回答不出來的就有68.67%，處于樸素水平的有24.10%，處于理解水平的只有三個(gè)同學(xué)，對物質(zhì)的認(rèn)識處于認(rèn)識水平的學(xué)生有62.65%，處于理解水平的也只有三個(gè)同學(xué)，有33.73%的同學(xué)雖有了一定的理解，但還存在缺陷，只能在水平2。對物質(zhì)轉(zhuǎn)化的認(rèn)識情況稍好一點(diǎn)，有89.16%的學(xué)生處于認(rèn)識水平，對金屬性和非金屬性的調(diào)查顯示，有60.24%的學(xué)生知道具體元素的金屬性和非金屬性是什么，但卻不知道為什么，不能從結(jié)構(gòu)方面去分析，僅有24.10%的學(xué)生能運(yùn)用結(jié)構(gòu)理論去分析為什么的問題，但還形不成性質(zhì)研究模型，有3.16%的同學(xué)能運(yùn)用模型去解決問題，說明他們已經(jīng)具備了一定的化學(xué)觀念。

以上分析可以看出，高一學(xué)生的元素觀大多處于水平1程度，說明盡管經(jīng)過了初中的學(xué)習(xí)和中考，但絕大多數(shù)學(xué)生元素觀的意識和建構(gòu)都處于較低的狀態(tài)和水平。從調(diào)查結(jié)果看，盡管學(xué)生對元素的概念有一定的認(rèn)識，但是，理解層次淺，水平低。

5、本次調(diào)查揭示的問題

學(xué)生形成和運(yùn)用元素觀的情況較差。這與目前教學(xué)中較重知識和技能的傳授，而不重視學(xué)生科學(xué)觀念的形成有關(guān)。

三、元素觀建構(gòu)的教學(xué)策略

根據(jù)化學(xué)元素觀的內(nèi)涵以及上述建構(gòu)原則，結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，提出化學(xué)元素觀建構(gòu)的教學(xué)策略。

（1）在元素概念基礎(chǔ)上形成物質(zhì)的基本分類

元素概念是化學(xué)科學(xué)的一個(gè)基本概念，是中學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)中的一個(gè)核心概念。通過元素概念的學(xué)習(xí)，使學(xué)生形成物質(zhì)的元素性認(rèn)識，認(rèn)識到幾千萬種物質(zhì)只是百十余種元素的基本組合。從元素組成的角度學(xué)習(xí)物質(zhì)的分類，對物質(zhì)世界形成有序的認(rèn)識，純凈物可以分為單質(zhì)和化合物，化合物可以分為氧化物，酸、堿、鹽等。通過酸、堿、鹽通性的學(xué)習(xí)，使學(xué)生認(rèn)識到物質(zhì)的性質(zhì)與物質(zhì)的組成有關(guān)，物質(zhì)的組成的相似性可能導(dǎo)致物質(zhì)的性質(zhì)的相似性。通過單質(zhì)、氧化物、酸、堿、鹽之間關(guān)系的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解各類物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步體會按照元素組成對物質(zhì)進(jìn)行分類的意義。

（2）在原子結(jié)構(gòu)認(rèn)識的基礎(chǔ)上理解元素是如何形成物質(zhì)的

在元素概念的基礎(chǔ)上，形成了對元素與物質(zhì)關(guān)系的基本了解，但要真正理解元素與物質(zhì)的基本關(guān)系，必須理解元素是怎樣組成物質(zhì)的以及一種元素為什么能組成不同的物質(zhì)。而要達(dá)到這樣的理解，必須從原子結(jié)構(gòu)的角度進(jìn)行認(rèn)識。元素的原子由原子核和核外電子構(gòu)成，電子在原子核外很小的空間內(nèi)作高速運(yùn)動。在化學(xué)反應(yīng)中，原子核沒有變化，只是核外電子運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生了變化，從而造成物質(zhì)組成和性質(zhì)的變化。

（3）在元素周期律學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上形成元素性質(zhì)研究的基本模型

元素周期律歸納了看似雜亂無章的化學(xué)元素之間的相互聯(lián)系和內(nèi)在變化規(guī)律，提示了元素周期律的實(shí)質(zhì)是元素原子的結(jié)構(gòu)呈周期性變化。元素在周期表中的位置反映了元素原子結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)以及由此決定的元素的性質(zhì)，因此，可以根據(jù)某元素在元素周期表中的位置，推測它的原子結(jié)構(gòu)和有關(guān)性質(zhì)。元素的金屬性和非金屬性與元素的相關(guān)物質(zhì)的性質(zhì)存在著基本的關(guān)系。從元素的原子的結(jié)構(gòu)或在周期表中的位置可以預(yù)測其金屬性和非金屬性，進(jìn)一步預(yù)測相關(guān)物質(zhì)的性質(zhì)。

（4）在專題性學(xué)習(xí)中建構(gòu)化學(xué)元素觀

化學(xué)元素觀的內(nèi)涵極其豐富，其中涉及許多化學(xué)概念的學(xué)習(xí)和化學(xué)事實(shí)的學(xué)習(xí)，但是由概念和事實(shí)轉(zhuǎn)化為觀念并不是一個(gè)自動的過程，需要通過“觀念為本”的專題性學(xué)習(xí)幫助核心觀念的形成和建構(gòu)。美國學(xué)者艾里克森提出了“觀念為本的教學(xué)”設(shè)計(jì)方法：（1）把核心觀念轉(zhuǎn)化成一些基本理解；（2）把基本理解以“基本問題”的形式表達(dá)，以問題驅(qū)動教學(xué)和學(xué)習(xí)，促進(jìn)學(xué)生的基本理解；（3）根據(jù)基本問題設(shè)計(jì)教學(xué)活動、學(xué)習(xí)活動和評價(jià)活動，讓學(xué)生在參與基本問題的討論和學(xué)習(xí)中達(dá)到基本理解，形成核心觀念。

（5）在元素觀指導(dǎo)下的應(yīng)用性學(xué)習(xí)中豐富元素觀

化學(xué)元素觀建構(gòu)的價(jià)值就在于形成化學(xué)的思維方法指導(dǎo)化學(xué)的學(xué)習(xí)和研究。因此，在學(xué)生的化學(xué)元素觀達(dá)到一定水平的時(shí)候，就要充分利用已經(jīng)形成的元素觀指導(dǎo)新的相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，通過應(yīng)用性學(xué)習(xí)進(jìn)一步豐富化學(xué)元素觀。

參考文獻(xiàn)：

篇（4）

作者簡介：成杭新(1964—)，男，博士，研究員，主要從事勘查地球化學(xué)與生態(tài)地球化學(xué)研究。

地球化學(xué)背景(GeochemicalBackground)的概念最早源于勘查地球化學(xué)，經(jīng)典的勘查地球化學(xué)教科書定義的地球化學(xué)背景是指無礦地質(zhì)體中元素的正常豐度[1]或者一個(gè)地區(qū)元素含量的正常變化[2]。地球化學(xué)背景概念的引入是為了區(qū)分元素的正常含量和異常含量，超出正常豐度或正常變化范圍的數(shù)據(jù)。對勘查地球化學(xué)而言，通常是指所研究的元素具有異常(正或負(fù))含量，可能是礦床存在的一種指示或蝕變過程導(dǎo)致的元素遷出；對環(huán)境地球化學(xué)而言，可能是污染存在的一種指示或生態(tài)系統(tǒng)中該元素的嚴(yán)重缺乏等。因此環(huán)境地球化學(xué)中的背景通常是指在未受污染影響的情況下，環(huán)境要素中化學(xué)元素的含量。反映了環(huán)境要素在自然界存在和發(fā)展過程中，本身原有的化學(xué)組成特征。

工業(yè)化革命以來，人類活動釋放的污染物已在地球表層土壤中得到大量累積，污染物的持續(xù)累積不但顯著改變了地球表層土壤中化學(xué)元素的自然背景水平和分布模式，也導(dǎo)致一系列生態(tài)危害事件的頻現(xiàn)，美國Adirondack山脈中的BigMoose湖，因長期接受上游工業(yè)排放的SO2，使湖泊水體和沉積物pH值陡然下降，導(dǎo)致鱸魚、白魚、鯉魚等水生動物大量死亡[3]，而歐洲200余年的工業(yè)化歷史，使中歐地區(qū)土壤顯著酸化和土壤中的鋁大量活化，導(dǎo)致大片森林中毒死亡[4]。為科學(xué)認(rèn)識土壤環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀、并通過環(huán)境立法保護(hù)土壤環(huán)境質(zhì)量不再進(jìn)一步惡化及預(yù)測未來環(huán)境變化趨勢，最近20年文獻(xiàn)中對地球化學(xué)基準(zhǔn)(GeochemicalBaseline)的概念和應(yīng)用途徑進(jìn)行了廣泛討論[5-6]。雖然不同作者對地球化學(xué)基準(zhǔn)科學(xué)含義的表述還不完全一致，但一般是指地球表層環(huán)境介質(zhì)定時(shí)間點(diǎn)某個(gè)元素或化合物的實(shí)際含量。它既包括自然背景濃度，也包括人類活動成因?qū)е碌臄U(kuò)散濃度的貢獻(xiàn)[7-11]。

1978年至今，中國的工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進(jìn)程取得了未曾預(yù)料到的重大進(jìn)展，城市數(shù)量已從1978年的122個(gè)增加到2011年的655個(gè)，城鎮(zhèn)人口數(shù)量也從1978年占中國總?cè)丝诘?7.9%增加到51.3%[12]。由于城市人口眾多、工業(yè)密集，是人類活動及化學(xué)元素污染釋放的主要場所，大規(guī)模城鎮(zhèn)化進(jìn)程已使中國大氣、水及土壤環(huán)境質(zhì)量全面惡化[13-19]。中國曾于20世紀(jì)80年代開展過中國土壤背景值研究[20]，但因受采樣密度及樣品布局的制約，未能頒布城市土壤化學(xué)元素的背景值數(shù)據(jù)，嚴(yán)重制約了對中國城市土壤環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀的認(rèn)識和評價(jià)。

本文利用中國地質(zhì)調(diào)查局組織實(shí)施的多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查與評價(jià)項(xiàng)目及中國土壤現(xiàn)狀調(diào)查及污染防治專項(xiàng)的數(shù)據(jù)資料，通過對中國31個(gè)省會城市土壤化學(xué)元素組成特征的統(tǒng)計(jì)分析及城市土壤化學(xué)元素背景值和基準(zhǔn)值計(jì)算方法的討論，確定中國城市土壤化學(xué)元素的背景值及基準(zhǔn)值，其主要目的是為科學(xué)認(rèn)識城市土壤化學(xué)元素的環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀及政府部門制定有效監(jiān)管措施提供依據(jù)。

1數(shù)據(jù)來源

1.1城市選擇

研究對象包括除香港、澳門和臺北以外的中國31個(gè)省會城市，也即北京、成都、福州、廣州、貴陽、哈爾濱、?？?、杭州、合肥、呼和浩特、濟(jì)南、昆明、拉薩、蘭州、南昌、南京、南寧、銀川、上海、沈陽、石家莊、太原、天津、烏魯木齊、武漢、西安、西寧、長春、長沙、鄭州、重慶。

各城市的邊界以建成區(qū)范圍為主，同時(shí)兼顧各城市未來的城區(qū)擴(kuò)展態(tài)勢，一般以各城市的繞(環(huán))城高速范圍作為各城市的研究區(qū)，31個(gè)省會城市累計(jì)城區(qū)面積達(dá)15196km2。

1.2樣品采集和分析測試方法

中國從1999年至今實(shí)施的多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查與評價(jià)項(xiàng)目是一項(xiàng)以土壤地球化學(xué)測量為主，兼顧湖積物與近岸海域沉積物測量的國家地球化學(xué)填圖項(xiàng)目。該項(xiàng)目采用1樣/km2、1個(gè)組合樣/4km2的密度采集0~20cm的地表土壤樣品，1樣/4km2、1個(gè)組合樣/16km2的密度采集150~180cm的深部土壤樣品[21]。城市地區(qū)采樣密度一般為1~2點(diǎn)/km2，樣品采集一般選擇在公園、寺廟、綠化帶及其他較為穩(wěn)定的、相對擾動較小的部位，采樣時(shí)盡量避開新近堆積土。采用統(tǒng)一的分析測試技術(shù)要求和相同的質(zhì)量監(jiān)控措施分析測試每個(gè)樣品中的52種元素(Ag、As、Au、B、Ba、Be、Bi、Br、C、Cd、Ce、Cl、Co、Cr、Cu、F、Ga、Ge、Hg、I、La、Li、Mn、Mo、N、Nb、Ni、P、Pb、Rb、S、Sb、Sc、Se、Sn、Sr、Th、Ti、Tl、U、V、W、Y、Zn、Zr、SiO2、Al2O3、TFe2O3、MgO、CaO、Na2O、K2O)及pH和有機(jī)碳(Corg)[22-23]。截止到2012年底，該項(xiàng)目調(diào)查面積達(dá)170萬km2，覆蓋中國31個(gè)省會城市[24]。

1.3數(shù)據(jù)來源

根據(jù)各城市的選定范圍，從中國多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查與評價(jià)數(shù)據(jù)庫中提取相應(yīng)范圍內(nèi)表層和深層土壤樣品中的52種元素及pH和Corg數(shù)據(jù)。分別涉及表層和深層土壤樣品3799件和1011件，累計(jì)數(shù)據(jù)259740個(gè)。

2數(shù)據(jù)處理方法

2.1不同深度土壤樣品的科學(xué)含義

中國多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查在每個(gè)采樣點(diǎn)上分別采集了0~20cm和150~180cm兩個(gè)深度的土壤樣品，也即表層和深層土壤樣品。前者不但包括了成土母質(zhì)中化學(xué)元素的自然地質(zhì)背景含量，同時(shí)還疊加有人類活動帶來的外源化學(xué)物質(zhì)；后者因受到較少的人類活動影響，其化學(xué)元素組成更接近成土母質(zhì)。因此表層土壤中化學(xué)元素的含量水平代表的是土壤地球化學(xué)基準(zhǔn)，深層土壤化學(xué)元素的含量水平則反映的是土壤地球化學(xué)背景。

2.2中國城市土壤地球化學(xué)背景和基準(zhǔn)的計(jì)算方法

自從Ahrens(1953)在花崗巖中發(fā)現(xiàn)元素的分布服從對數(shù)正態(tài)分布以來[25-26]，勘查地球化學(xué)家通過對地球化學(xué)數(shù)據(jù)分布形式(正態(tài)或?qū)?shù)正態(tài))的檢驗(yàn)，來計(jì)算地球化學(xué)背景值。當(dāng)數(shù)據(jù)既不服從正態(tài)也不服從對數(shù)正態(tài)分布時(shí)，通常通過剔除算術(shù)平均值加減2或3倍標(biāo)準(zhǔn)離差的離群值后，再次進(jìn)行分布形式的檢驗(yàn)，以使數(shù)據(jù)服從正態(tài)或?qū)?shù)正態(tài)分布[27]。但剔除出的數(shù)據(jù)在找礦地球化學(xué)研究中往往是包含重要找礦信息的異常值，而在環(huán)境地球化學(xué)評價(jià)中則是包含污染信息的數(shù)據(jù)。因此采用剔除異常數(shù)據(jù)的方法不能客觀刻畫實(shí)際數(shù)據(jù)所隱含的真實(shí)狀況。

成土母質(zhì)是地球化學(xué)基準(zhǔn)和背景濃度的重要控制因素，不同的成土母質(zhì)或地質(zhì)背景應(yīng)具有不同的地球化學(xué)基準(zhǔn)和背景濃度。中國地域遼闊，不同城市所處的氣候條件不同，所在的地質(zhì)背景也差異極大，如橫臥在北京城西邊和北邊的太行山和燕山山脈的巖石風(fēng)化產(chǎn)物是北京市土壤的成土母質(zhì)，古都西安的土壤主要以風(fēng)成黃土為主，而西江水系河流沖擊物的長期堆積則是廣州市土壤成土母質(zhì)的主要來源。因此中國城市土壤化學(xué)元素?cái)?shù)據(jù)集即使以正態(tài)或?qū)?shù)正態(tài)分布，但也不具有同一成土母質(zhì)或同一自然成土過程的含義，對表層土壤樣本(n=3799)和深層土壤樣品(n=1010)的正態(tài)和對數(shù)正態(tài)分布檢驗(yàn)也證實(shí)除深層樣本中的SiO2服從正態(tài)分布外(圖1)，其他元素均不服從正態(tài)或?qū)?shù)正態(tài)分布。因此不能采用剔除平均值±2或3倍標(biāo)準(zhǔn)離差的方法來獲取中國城市土壤的地球化學(xué)背景和地球化學(xué)基準(zhǔn)值。

針對城市土壤地球化學(xué)數(shù)據(jù)的上述特點(diǎn)，文獻(xiàn)中提出用中位值(XMe)與絕對中位值差(medianab-solutedeviation，MAD)的穩(wěn)健統(tǒng)計(jì)方法來描述地球化學(xué)背景值和基準(zhǔn)值的變化范圍，以消除一些與均值相差較遠(yuǎn)的離群數(shù)據(jù)在求均值和方差時(shí)，尤其是求方差時(shí)對結(jié)果產(chǎn)生較大的影響[28-29]。其中XMe和MAD可分別用下列公式計(jì)算：

對中國城市土壤而言，城市表、深土壤數(shù)據(jù)集的中位值(XMe)分別代表中國城市土壤的地球化學(xué)基準(zhǔn)值和背景值，以Me±2MAD表示基準(zhǔn)值和背景值的變化范圍。

2.3單個(gè)城市土壤地球化學(xué)背景和基準(zhǔn)的計(jì)算方法

單個(gè)城市由于它的地理位置和氣候條件明確，城市空間范圍內(nèi)的土壤基本為同一成土母質(zhì)，其形成過程也是同一氣候條件作用下的產(chǎn)物，因此在估算單個(gè)城市的化學(xué)元素背景或基準(zhǔn)值時(shí)，先對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)檢驗(yàn)，并用算術(shù)平均值()代表背景值或基準(zhǔn)值，用(±2S)代表變化范圍，其中S為標(biāo)準(zhǔn)離差。對不服從正態(tài)分布的化學(xué)元素進(jìn)行對數(shù)正態(tài)檢驗(yàn)，當(dāng)數(shù)據(jù)服從對數(shù)正態(tài)分布時(shí)，將幾何平均值(g)和幾何標(biāo)準(zhǔn)離差(S)還原為實(shí)數(shù)后，用(÷2S)和(×2S)代表背景值或基準(zhǔn)值的變化范圍。對既不服從正態(tài)也不服從對數(shù)正態(tài)分布的元素，則采用中位值和絕對中位值差的穩(wěn)健統(tǒng)計(jì)方法來估算該元素的背景或基準(zhǔn)值。

2.4化學(xué)元素背景的變化率

城市土壤化學(xué)元素的背景值受成土母質(zhì)控制，反映的是一種自然地質(zhì)背景。隨著人類活動的廣度和深度的不斷加強(qiáng)，人類活動可顯著改變土壤化學(xué)元素的自然背景。為了客觀評價(jià)自然背景的變化程度，這里用化學(xué)元素自然背景的變化率(ΔRCi)來度量元素自然背景的變化狀況，其計(jì)算公式為

式中：ΔRCi是指元素i自然背景的變化率；GBLi是指i元素的地球化學(xué)基準(zhǔn)值；GBGi是指i元素的地球化學(xué)背景值。當(dāng)ΔRCi>0是指i元素的地球化學(xué)背景增加，ΔRCi<0是指i元素的地球化學(xué)背景下降，ΔRCi=0則指i元素的地球化學(xué)背景未發(fā)生變化。

當(dāng)ΔRCi>0是指i元素的地球化學(xué)背景增加，ΔRCi<0是指i元素的地球化學(xué)背景下降，ΔRCi=0則指i元素的地球化學(xué)背景未發(fā)生變化。當(dāng)|ΔRCi|≥100時(shí)，表示i元素為極顯著增加或減少狀態(tài)；當(dāng)50≤|ΔRCi|<100時(shí)，表示i元素處于顯著增加或較少狀態(tài)；當(dāng)0<|ΔRCi|<50時(shí)，表示i元素處于增加或減少狀態(tài)。

3結(jié)果與討論

3.1中國城市土壤地球化學(xué)基準(zhǔn)值/背景值特征

中國城市土壤52種化學(xué)元素及pH和Corg統(tǒng)計(jì)顯示(表1)，Al2O3、Ba、CaO、Cd、Ce、Co、Cr、Cu、F、Hg、K2O、MgO、Mn、Ni、pH、Sc、Sn、Sr、Ti、V、Y和Zr等23種元素或化合物的背景值高于中國土壤背景值，而Ag、As、B、Be、Bi、Br、Fe2O3、Ge、La、Li、Mo、Na2O、Corg、Pb、Rb、Sb、Se、Th、Tl、U、W和Zn等22種元素或化合物的背景值低于中國土壤背景值。Au、Cl、Ga、N、Nb、P、S、SiO2和TC等9種元素或化合物因缺中國土壤背景值數(shù)據(jù)情況不明。

城市土壤Ag、Au、Ba、Bi、Br、CaO、Cd、Ce、Cl、Cu、Ge、Hg、Mo、N、Nb、Corg、P、Pb、S、Sb、Se、Sn、Sr、TC、U、W、Zn、Zr等28種元素的基準(zhǔn)值明顯高于背景值。其中Corg、Hg、Se、S、TC、N的基準(zhǔn)值分別較它們的背景值增加了331%、220%、146%、142%、130%、125%，表明上述6個(gè)元素的地球化學(xué)背景發(fā)生了極顯著的增加，致使地表地球化學(xué)基準(zhǔn)值顯著高于各自的地球化學(xué)背景值；而Br、Cd、P的地球化學(xué)背景的變化率ΔRCi為50%~100%，呈現(xiàn)顯著增加的特征；Ag、Au、Bi、CaO、Cl、Cu、Mo、Pb、Sb、Sn、W和Zn的ΔRCi為10%~50%，指示這些元素的地球化學(xué)背景呈增加的變化趨勢；其他31個(gè)元素的地球化學(xué)背景基本未發(fā)生變化。

元素地球化學(xué)背景變化率清晰地指示中國大規(guī)模工業(yè)化進(jìn)程所帶來的重大生態(tài)環(huán)境問題。文獻(xiàn)資料顯示化石燃料燃燒是黑碳顆粒、Hg、Se釋放及酸雨形成的主要原因[30-34]。最近30年，中國化石燃料燃燒釋放的碳已從1980年的4億t增加到2010年的22億t[35]，Hg、Se釋放量也由1980年的73.59t、639.7t，增加到2007年的305.9t和2353t[33]，上述釋放物在大氣干濕沉降的作用下，最終沉降到地表，顯著改變了地表土壤有機(jī)碳及總碳、Hg和Se的分布模式，可能是城市地表土壤Corg、Hg、Se、S、TC、N背景值發(fā)生極顯著/顯著變化的主要原因。而大規(guī)模的有色金屬(Cu、Pb、Zn、Cd、Ag等)開采和冶煉活動及中國Sb、Sn、W等特有礦產(chǎn)的礦業(yè)活動使土壤中重金屬元素的地球化學(xué)背景發(fā)生了顯著變化。

3.2各城市土壤地球化學(xué)基準(zhǔn)值/背景值特征

中國31個(gè)省會城市土壤化學(xué)元素的背景值示于表2~32，各個(gè)不同城市因其所處地理位置及地質(zhì)背景的差異。各元素的具體含量特征在此不予描述。但Cl、CaO、Hg、Na2O和S的背景變化特征明顯區(qū)別于其他元素。

不同城市土壤的Cl元素背景值差異巨大，中國城市土壤Cl元素的背景值為70mg/kg，背景變化區(qū)間介于24~116mg/kg。幾個(gè)北方城市，如蘭州(613mg/kg)、烏魯木齊(469mg/kg)、西寧(432mg/kg)、天津(296mg/kg)、呼和浩特(236mg/kg)、拉薩(149mg/kg)、濟(jì)南(126mg/kg)的背景值均超出中國城市土壤Cl地球化學(xué)背景變化的上限，表明在長期的自然演化過程中，上述幾個(gè)城市的土壤具有較高的Cl地球化學(xué)背景。

中國城市土壤CaO的背景值為1.65%，華北和西北的城市土壤CaO背景值(3.23%~9.64%)普遍高于南方和東北近1個(gè)數(shù)量級，中國城市中CaO背景值最高的是西寧市(9.64%)，最低的為?？?0.16%)，顯示出成土母質(zhì)及不同的氣候帶對CaO地球化學(xué)背景的控制作用。

中國城市土壤Na2O的背景值為1.41%，背景變化區(qū)間介于0.52~2.31%。雖然各城市的Na2O背景值均在背景變化區(qū)間之間，但不同城市的Na2O背景值存在數(shù)量級之間的差異，其中烏魯木齊Na2O背景值為2.22%，是南寧(0.10%)的22倍之多。總體規(guī)律表現(xiàn)為北方城市Na2O的背景值高于南方城市，也充分顯現(xiàn)出成土母質(zhì)及不同氣候條件對Na2O地球化學(xué)背景的控制作用。

中國城市土壤Hg的背景值為0.042mg/kg，背景變化上限為0.088mg/kg。其中貴陽(0.202mg/kg)、廣州(0.147mg/kg)、昆明(0.132mg/kg)、南寧(0.112mg/kg)、福州(0.111mg/kg)和拉薩(0.092mg/kg)城市土壤的Hg背景值高于中國背景變化的上限，屬于高背景地區(qū)。沈陽、太原、北京、合肥、天津、南京、哈爾濱、西寧、烏魯木齊、鄭州、濟(jì)南、長春、石家莊、呼和浩特、蘭州、銀川16個(gè)城市土壤Hg的背景值介于0.017~0.040mg/kg，低于中國城市土壤Hg的背景值。

中國城市土壤S的背景值為146mg/kg，背景變化區(qū)間介于22~270mg/kg。中國有18個(gè)城市的土壤S背景值高于中國背景值，其中西寧(1886mg/kg)、烏魯木齊(1083mg/kg)、蘭州(950mg/kg)、福州(641mg/kg)、海口(428mg/kg)、廣州(356mg/kg)、上海(327mg/kg)、太原(317mg/kg)和天津(273mg/kg)的背景值大于中國城市土壤S背景變化的上限值。

由此可以看出，在開展城市土壤環(huán)境質(zhì)量評價(jià)時(shí)，分別采用各個(gè)城市的背景值較采用中國土壤背景值，能更客觀地度量人類活動對自然背景的影響程度。

3.3地球化學(xué)背景變化特征

中國31個(gè)省會城市土壤化學(xué)元素ΔRCi的計(jì)算結(jié)果示于圖2~4，圖中顯示Corg和N的ΔRCi值均大于0，指示土壤有機(jī)碳和氮的自然背景均被顯著改變。對福州、廣州而言，因土壤有機(jī)碳含量呈顯著增加狀態(tài)，拉薩和呼和浩特則為增加狀態(tài)，其他21個(gè)城市因ΔRCSOC>100，指示土壤Corg屬極顯著增加狀態(tài)。除呼和浩特ΔRCTC<0外，其他所有城市土壤TC均呈增加趨勢。其中武漢、成都、長春、長沙、合肥、南昌、南寧、貴陽、哈爾濱、沈陽、石家莊、昆明、南京、?？?、北京、濟(jì)南、福州、鄭州、廣州和上海ΔRCTC>100，烏魯木齊、重慶、天津、太原、杭州50<ΔRCTC≤100，銀川、西安、蘭州、西寧和拉薩10≤ΔRCTC<50。

除呼和浩特外，中國30個(gè)城市土壤P的ΔRCP均大于0。中國有22個(gè)城市土壤N的自然背景呈極顯著增加；?？凇⒗ッ?、福州、重慶、沈陽、銀川和西寧7個(gè)城市表現(xiàn)為顯著增加，拉薩和呼和浩特則為增加狀態(tài)。已有的文獻(xiàn)資料已證實(shí)農(nóng)田施肥是地表土壤N、P增加的主要原因，但過量的N、P肥可通過大氣循環(huán)沉降到地球表面，使城市地表土壤也出現(xiàn)N、P的顯著累積。

除南寧、拉薩、呼和浩特外，其他城市土壤均表現(xiàn)為ΔRCHg>100，并按北京(819)、成都(602)、天津(597)、石家莊(440)、沈陽(413)、濟(jì)南(400)、長春(340)、西安(312)、南京(293)、杭州(264)、蘭州(244)、哈爾濱(237)、合肥(223)、上海(220)、烏魯木齊(183)、廣州(175)、太原(172)、長沙(165)、福州(161)、武漢(159)、銀川(135)、鄭州(130)、南昌(119)、西寧(104)、昆明(92)、重慶(63)、?？?53)和貴陽(29)順序遞減，指示中國城市土壤Hg的自然背景普遍發(fā)生改變，地表土壤Hg已顯著累積。Ag、Au、Bi、Cd、Cu、Mo、Pb、S、Sb、Se、Sn、Zn等元素表現(xiàn)出與Hg類似的變化特點(diǎn)。

各元素ΔRCi最大值分布的城市也不盡相同，Ag(150)、Au(400)、Bi(147)、Cd(538)、Cu(77)、Hg(819)、Mo(100)、Pb(156)、S(418)、Sb(200)、Se(650)、Sn(263)和Zn(80)的ΔRCi最大值分別分布在天津、上海、沈陽、長沙、廣州、北京、上海、沈陽、成都、上海、石家莊、杭州和廣州。Au、Mo和Sb的最大值同時(shí)出現(xiàn)在上海，Bi和Pb的最大值同時(shí)出現(xiàn)沈陽，Cu和Zn同時(shí)出現(xiàn)在廣州，充分顯示大型綜合性城市工業(yè)結(jié)構(gòu)或悠久的工業(yè)發(fā)展歷史與重金屬累積復(fù)雜組合之間的因果關(guān)聯(lián)。

城市土壤CaO自然背景含量也呈顯著增加的特點(diǎn)，這可能與中國城市發(fā)展過程中的大規(guī)模建設(shè)活動有關(guān)。

出乎意料的是，除金屬元素及N、P、TC和Corg外，城市土壤中Cl和Br的自然背景也普遍發(fā)生變化，需引起關(guān)注。

4結(jié)論

通過對中國31個(gè)省會城市表層土壤和深層土壤中52種化學(xué)元素及pH和Corg實(shí)測數(shù)據(jù)的計(jì)算獲得中國城市土壤及各個(gè)省會城市土壤化學(xué)元素的背景值和基準(zhǔn)值，為定量研究中國城市土壤的環(huán)境質(zhì)量狀況及演變趨勢提供了參考標(biāo)準(zhǔn)。

篇（5）

一、化學(xué)元素周期表的發(fā)展

將化學(xué)元素按性質(zhì)分類排列的第一張化學(xué)元素周期表是法國化學(xué)家拉瓦錫在1789年出版的著作《化學(xué)基礎(chǔ)概念》。隨后，1869年俄國化學(xué)家門捷列夫?qū)?dāng)時(shí)已知六十幾種元素按照原子量的大小加以區(qū)分并排列成一張表，他把化學(xué)性質(zhì)類似的元素排在相同的一個(gè)橫行，這就是歷史上第一份成型化學(xué)元素周期表，它的誕生方便并影響著化學(xué)科學(xué)，之后，許多科學(xué)家對其規(guī)律進(jìn)行研究，其中英國的科學(xué)家莫色勒在1913年利用“X射線實(shí)驗(yàn)”發(fā)現(xiàn)元素的原子序數(shù)（即核電荷數(shù)）越大，X射線頻率越高的規(guī)律，他將元素按照核內(nèi)正電荷數(shù)目排列并修訂，這才成為當(dāng)今我們所使用的化學(xué)元素周期表。在化學(xué)教科書字典、詞典中，都會附著這樣一張“化學(xué)元素周期表”。這張小小的表揭示了客觀物質(zhì)世界的奧秘，它將一些看起來毫無聯(lián)系的元素聯(lián)系起來，構(gòu)成了一個(gè)完整且具體的物質(zhì)世界，元素周期表的發(fā)明是近代化學(xué)史上的一個(gè)偉大成就，其對于化學(xué)科學(xué)的探索與發(fā)展起了里程碑式的作用。

二、認(rèn)識化學(xué)元素周期表

在化學(xué)元素周期表里，以元素的原子序數(shù)從小到大依次排列，原子序數(shù)最小的（H）排在最先?？茖W(xué)家們將元素按照原子序數(shù)遞增的規(guī)律，將電子層數(shù)相同的元素放在同一橫行，橫行稱為周期；將最外層電子數(shù)相同的元素放在同一縱列，一個(gè)縱列稱為族。元素周期表目前排列已有7個(gè)周期，16個(gè)族。這七個(gè)周期分為：三個(gè)短周期（1，2，3）、三個(gè)長周期（4，5，6，）、一個(gè)不完全周期（7），其中16個(gè)族又分為7個(gè)主族（ⅠA，ⅡA，ⅢA，ⅣA，ⅤA，ⅥA，ⅦA），7個(gè)副族（ⅠB，ⅡB，ⅢB，ⅣB，ⅤB，ⅥB，ⅦB），一個(gè)第VⅢ族（包括三個(gè)縱行）以及一個(gè)零族。

（一）周期規(guī)律

同一周期內(nèi)，從堿金屬到惰性氣體，元素都擁有相同的核外電子層數(shù)，且元素最外層電子數(shù)依次遞增，原子半徑逐漸減?。阕逶丶炊栊詺怏w除外），失去電子的能力逐漸減弱，獲得電子的能力逐漸增強(qiáng)，金屬性遞減，非金屬性遞增。從左到右，元素的最高正氧化數(shù)依次遞增（無正氧化價(jià)者除外），最低負(fù)氧化價(jià)也依次增加（第一周期以及第二周期的O、F除外）。

（二）族規(guī)律

同一族中，自上而下，最外層電子數(shù)相同，核外電子層數(shù)逐漸增加，原子序數(shù)遞增，元素金屬性遞增，非金屬性遞減。

早期化學(xué)元素是按照元素性質(zhì)進(jìn)行分類，即原子量、質(zhì)子數(shù)、原子核電荷的多少進(jìn)行分類，在現(xiàn)代周期表中，元素根據(jù)原子序的順序從左至右排列，并在每個(gè)惰性氣體后另起一行開始排列新一個(gè)周期。新一行周期的第一個(gè)化學(xué)元素一定是堿金屬，該堿金屬的原子序數(shù)比上一個(gè)周期的惰性氣體序數(shù)大1（例如，惰性氣體氙的原子序數(shù)為：54，而新一行周期由堿金屬銫開頭，其原子序數(shù)為：55，銫的原子序數(shù)比氙的原子序數(shù)大1）。

三、元素周期表的傳統(tǒng)教學(xué)方式

雖然在生活中化學(xué)隨處可見，但它的不易不同于物理的宏觀直觀性，化學(xué)的現(xiàn)象是本質(zhì)的反映，其有些本質(zhì)卻并不可視，故其難在抽象。

傳統(tǒng)的化學(xué)教學(xué)，像化學(xué)這樣抽象的教學(xué)既要言傳板書，又要模型、試驗(yàn)的演示，對于一名教師來說可謂捉襟見肘了。經(jīng)濟(jì)水平?jīng)Q定教育條件，發(fā)達(dá)地區(qū)的化學(xué)教育自然面面俱到，而高昂的化學(xué)藥品讓貧困地區(qū)無法負(fù)擔(dān)。曾明確指出實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，自然科學(xué)的學(xué)習(xí)如果只到書本中的知識為止，那么還只是說到問題的一半，對于化學(xué)知識的學(xué)習(xí)即是如此，如果只學(xué)習(xí)理論知識不加以實(shí)踐，那么“認(rèn)識”則始終無法得以升華，知識也將停滯不前。

四、化學(xué)元素周期表的教學(xué)中多媒體運(yùn)用

化學(xué)的實(shí)踐性很重要，如何解決平困地區(qū)化學(xué)教學(xué)的尷尬境地，就需要運(yùn)用到多媒體教學(xué)了。首先，教師應(yīng)該詳細(xì)并全面收集資料，參照實(shí)體化學(xué)元素周期表，制作一張化學(xué)元素周期表涵蓋教學(xué)知識的課件。其次，用超鏈接把對應(yīng)的元素與其知識點(diǎn)聯(lián)系起來。最后在課堂講授時(shí)點(diǎn)開元素周期表中超鏈接的相應(yīng)元素展示對應(yīng)知識點(diǎn)，對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)演示以及元素周期表中元素對應(yīng)性質(zhì)的展示輔助教學(xué)。

（一）課件的特點(diǎn)

1.信息量大。多媒體課件能提供豐富的信息和資料，讓教學(xué)環(huán)境更加豐富有趣。即可節(jié)約寶貴的上課時(shí)間，又能傳遞更多的知識，即能增加課堂的趣味性，也可增加學(xué)生的知識面。

2.界面美觀，操作簡單，指示明確。多媒體課件的界面簡潔清爽，提供的內(nèi)容與開設(shè)的教學(xué)環(huán)境能讓老師輕松把握。

3.教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)更加突出。利用多維的動畫與視頻可使抽象、難以理解的現(xiàn)象和知識直觀化、可視化，撥開學(xué)生認(rèn)知領(lǐng)域的迷霧。

4.增加同學(xué)們的求知欲。多媒體課件的動畫演示、聲音環(huán)繞、文本展示等可以給學(xué)生帶來感官上的綜合性刺激。這樣的刺激能有效集中學(xué)生的注意力，使學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣，增加學(xué)生學(xué)習(xí)知識的欲望。

（二）課件要求

1.內(nèi)容簡潔明了。課件內(nèi)容應(yīng)該要求準(zhǔn)確、簡潔，避免學(xué)生產(chǎn)生倦怠感。

2.色彩搭配協(xié)調(diào)。色調(diào)要鮮明，不同主題運(yùn)用不同的色調(diào)來體現(xiàn)。

（三）課件制作

檢查電腦是否安裝WPSOffice、Powerpiont、Excel軟件。

首先，用Powerpoint制作需要的課件。如：用Powerpoint制作H的相關(guān)課件，完成后點(diǎn)擊保存。

然后，用Excel或WPSOffice制作一張?jiān)刂芷诒?，點(diǎn)擊保存。

最后，點(diǎn)開制作的元素周期表用超鏈接將制作的課件與相應(yīng)的元素鏈接起來，保存即可。

具體地說，所制作的課件點(diǎn)擊鼠標(biāo)后顯示的要求是：①在整個(gè)周期表中的位置，即周期和族，用帶色的突出顯閃爍提示，②元素符號的正確讀音，中文名稱，③標(biāo)出原子序數(shù)、原子量，④核外電子層排布式，⑤主要物理性質(zhì)，⑥主要化學(xué)性質(zhì)，⑦發(fā)現(xiàn)歷史，當(dāng)今的主要應(yīng)用等展示在眼前。制作的課件可使教師更加有效的反思及升華課件內(nèi)容，提升知識覆蓋與教學(xué)效果。

多媒體在教學(xué)中的運(yùn)用能為教師留出更多寶貴的時(shí)間，讓老師與同學(xué)之間的交流能更加深入密切，同時(shí)能更加有效地提高教師教學(xué)的效果和學(xué)生學(xué)習(xí)的效率。多媒體課件的制作方法多種多樣，本人只介紹一種簡單易操作的方法，有能力人士可制作更加精美的課件。

篇（6）

羅伯特?波義耳(Robert Boyle, 1627-1691)生活在英國資產(chǎn)階級革命時(shí)代，也是近代科學(xué)開始發(fā)展的年代。他是第一個(gè)明確闡述化學(xué)元素本性的科學(xué)家，他又是一位杰出的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家和實(shí)驗(yàn)化學(xué)家。他在前人的基礎(chǔ)上研究氣體的體積和壓力的關(guān)系，總結(jié)出了物理學(xué)的基本定律之一――波義耳定律。波義耳一生做過很多的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，是第一個(gè)發(fā)明指示劑的化學(xué)家，并首先為酸、堿下了明確的定義。他還是定性分析化學(xué)的先驅(qū)，創(chuàng)造了多種定性檢驗(yàn)鹽類的方法。由此可見，波義耳是十七世紀(jì)極具成就的化學(xué)家和近代化學(xué)的奠基人之一。

1對化學(xué)元素本性的明確闡述

化學(xué)最早是以煉金術(shù)的原始形式出現(xiàn)，到了16-17世紀(jì)化學(xué)開始擺脫了煉金術(shù)的束縛，醫(yī)藥化學(xué)和冶金化學(xué)隨之興起。瑞士醫(yī)生帕拉塞斯是醫(yī)藥化學(xué)的代表人物，他用化學(xué)方法制成藥劑(主要是無機(jī)化合物)來治病。醫(yī)藥化學(xué)派的主要觀點(diǎn)是：化學(xué)研究的目的不是煉金術(shù)中的點(diǎn)石成金，而應(yīng)當(dāng)是制藥。冶金化學(xué)的代表人物是德國冶金學(xué)家阿格里柯拉，他不像煉金術(shù)士那樣只追求一種金屬――黃金，而是廣泛地研究各種礦物的特征以及選礦、礦物分析和冶煉的方法。冶金化學(xué)派強(qiáng)調(diào)化學(xué)的目的是提煉有實(shí)用價(jià)值的金屬。

由此可見，波義耳當(dāng)時(shí)所處的時(shí)代是化學(xué)處于從屬于醫(yī)學(xué)和冶金學(xué)的地位，還沒有成為一門獨(dú)立的科學(xué)。波義耳理性地思考了他所面對的化學(xué)現(xiàn)狀，并結(jié)合親身的實(shí)踐，認(rèn)識到化學(xué)應(yīng)該有其自身的研究目的，而不是醫(yī)學(xué)和冶金學(xué)的從屬物，化學(xué)應(yīng)該尋求自身的解放。在1661年出版的《懷疑派化學(xué)家》一書中，波義耳明確指出：“化學(xué)家們至今仍然遵循著過分狹窄的原則，這些原則不要求化學(xué)家具有廣闊的視野，而只把制藥和提取金屬作為自己的任務(wù)。我則完全從另外一種觀點(diǎn)來看待化學(xué)；我既不是一位醫(yī)生，也不是冶金家，而是從哲學(xué)家的觀點(diǎn)來研究化學(xué)?！?/p>

在波義耳看來，化學(xué)應(yīng)當(dāng)把世界萬物的本原――元素，作為自身的研究對象。誠然，“元素”觀念的提出可以追溯到遙遠(yuǎn)的古代。但是，對化學(xué)概念的元素作出比較科學(xué)的闡述應(yīng)當(dāng)從波義耳算起。為什么這樣說呢？同樣，可以在《懷疑派化學(xué)家》一書中找到答案。波義耳明確指出：“我所指的元素，就是那些化學(xué)家講得非常明白的要素，兩者意思相同，也就是指某種原始的、簡單的，一點(diǎn)也沒有摻雜的物體。元素不能用任何其他物體造成，也不能彼此相互造成。元素是直接合成所謂完全混合物的成分，也是完全混合物最終分解成的要素?！痹谶@里，元素就是要素，而“完全混合物”，波義耳是指與機(jī)械混合物不同的化合物。由此可見，波義耳把元素看作是物質(zhì)分解的限度，同時(shí)又是組成物質(zhì)的基本成分。從此，人們區(qū)別單質(zhì)(元素)、化合物及混合物有了一個(gè)比較科學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)，化學(xué)的研究和發(fā)展開始復(fù)歸到了它真正的出發(fā)點(diǎn)。

波義耳這種對化學(xué)元素本性的明確闡述，就其思想實(shí)質(zhì)而言，是對古代元素觀念的繼承和發(fā)展。古代元素觀認(rèn)為，元素是構(gòu)成萬物的基礎(chǔ)、始原、原初物質(zhì)，并把可感覺的實(shí)物或性質(zhì)(例如水、火、土、氣或冷、熱、干、濕等)看作這種本原；萬物由其產(chǎn)生，萬物又復(fù)歸為它。波義耳把元素看作組成化合物的基本成分、簡單物體；化合物由它組成，化合物又分解為它。在這點(diǎn)上，波義耳的元素概念和古代元素觀的思想是相通的。同時(shí)，波義耳的元素概念又不同于古代元素觀，在思想內(nèi)涵上有發(fā)展、有創(chuàng)新。這種發(fā)展與創(chuàng)新主要表現(xiàn)在關(guān)于元素的質(zhì)和量兩個(gè)方面。

在質(zhì)的方面：波義耳所指的“元素”，不是性質(zhì)或性質(zhì)的載體，而是簡單物質(zhì)或簡單物體，這種物質(zhì)(作為元素的物質(zhì))是分解的限度。在這里，波義耳把不可分解性和簡單性視為元素的屬性；而且，他還將元素與化合物相對立、相聯(lián)系。而古代元素觀只是指出元素是萬物的本原，它或是某種具體的實(shí)物或是某種原始的性質(zhì)，僅此而已。

在量的方面：古代元素觀認(rèn)為，元素或是一種或多種(例如四元素說、三要素說等)，都是那些人們已知的東西。擺在人們面前的任務(wù)不是去發(fā)現(xiàn)元素，而主要是用元素觀念解釋遇到的現(xiàn)象。而波義耳的元素概念則蘊(yùn)含著這樣的思想――凡不能分解、組成其他物體而不由其他物體組成的就是元素。因此，沒有預(yù)設(shè)或規(guī)定自然界究竟存在有多少種元素，而應(yīng)當(dāng)去發(fā)現(xiàn)元素、去探求哪些物質(zhì)是簡單的、構(gòu)成其他物質(zhì)的基本成分，哪些物質(zhì)是元素。從這點(diǎn)上說，波義耳對元素本性的闡述具有方法論上的指導(dǎo)意義。

總之，波義耳作為第一個(gè)明確闡述化學(xué)元素本性的科學(xué)家，既反對把化學(xué)歸結(jié)為煉金術(shù)，也不同意把化學(xué)附屬于醫(yī)藥學(xué)和冶金。他認(rèn)為化學(xué)應(yīng)把元素及其化合物作為化學(xué)研究的對象，化學(xué)應(yīng)當(dāng)為自身的目的去進(jìn)行研究，即研究物質(zhì)的組成及其化學(xué)變化?？梢哉J(rèn)為，波義耳的這種對化學(xué)元素本性的理性思考和科學(xué)闡述，是對化學(xué)自身發(fā)展的一種思想上的解放。從此，化學(xué)開始從煉金術(shù)的桎梏和醫(yī)藥學(xué)的附庸下獨(dú)立出來，逐步發(fā)展成為一門科學(xué)。

2把嚴(yán)密的實(shí)驗(yàn)方法引入化學(xué)研究

羅伯特?波義耳出身于愛爾蘭的貴族世家，在國內(nèi)外受過良好教育。在中學(xué)時(shí)期，他除了閱讀傳統(tǒng)的圖書和學(xué)習(xí)實(shí)用數(shù)學(xué)外，還對選擇自然科學(xué)方面的新課程(例如天文學(xué)和物理學(xué))表現(xiàn)出了濃厚的興趣。后來因戰(zhàn)亂，波義耳的家道開始中落，他轉(zhuǎn)而學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)和農(nóng)業(yè)。在學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)的過程中，他接觸了化學(xué)知識和化學(xué)實(shí)驗(yàn)，制備了多種藥品。這些實(shí)踐活動使波義耳很快成為一名訓(xùn)練有素的實(shí)驗(yàn)化學(xué)家。1641-1643年間，他還去法國、意大利、瑞士等國游學(xué)考察，期間他閱讀了大量英文、法文、拉丁文方面的化學(xué)著作和其他科學(xué)論著。1646-1647年間，波義耳在倫敦加入了名為無形學(xué)院的俱樂部。這是個(gè)創(chuàng)始于1644-1645年間的自然科學(xué)愛好者的民間組織。每周集會一次，座談新興的自然科學(xué)問題。無形學(xué)院的會員大多數(shù)是眾多領(lǐng)域的業(yè)余科學(xué)家?；顒悠陂g，會員們集思廣益、相互啟迪，經(jīng)常碰撞出智慧的火花。無形學(xué)院后來在1662年被官方正式命名為“英國皇家學(xué)會”。1680年波義耳被選為皇家學(xué)會主席，但他謝絕就職。

以上這些豐富的閱歷和文化薰陶，培育了波義耳，使他成為富有創(chuàng)造能力的科學(xué)思想家。他通過周密思考和實(shí)驗(yàn)活動，相信化學(xué)應(yīng)該是一門重要的理性科學(xué)，而不僅僅是一種實(shí)用的工藝(當(dāng)時(shí)指制藥和冶金)，更不是那種空想的玄學(xué)(系指煉金術(shù))。波義耳一生都在為實(shí)踐自己的這些觀點(diǎn)而努力奮斗。他雖然是一位貴族，但是從不重視這種世襲的榮譽(yù)。他對貴族們的社交活動不感興趣，卻愛好在寧靜的環(huán)境中專心科學(xué)研究，在他的家庭實(shí)驗(yàn)室里從事科學(xué)觀察和實(shí)驗(yàn)活動。波義耳認(rèn)為，只有觀察和實(shí)驗(yàn)才是形成科學(xué)思想的基礎(chǔ)?？茖W(xué)上不存在憑空產(chǎn)生的假說，只有通過觀察物質(zhì)的性質(zhì)和行為才能產(chǎn)生合理的結(jié)論。他還說過：“不應(yīng)該把理性放在高于一切的位置，知識應(yīng)該從實(shí)驗(yàn)中來；實(shí)驗(yàn)是最好的老師，空談和舌辯都無濟(jì)于事?！辈x耳主張研究化學(xué)，首先要引入嚴(yán)密的和科學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法。

波義耳一生做過的實(shí)驗(yàn)眾多，并在論文中對實(shí)驗(yàn)方法及其結(jié)果的描述極其詳盡，這在同時(shí)代的科學(xué)家中是絕無盡有的。正是在這種嚴(yán)密而又科學(xué)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之上，波義耳卓有成效地在多個(gè)領(lǐng)域開拓前進(jìn)：對于氣體及其性質(zhì)的研究；關(guān)于產(chǎn)生火、熱、光等現(xiàn)象的本質(zhì)的探討；對酸、堿和指示劑的研究；對磷光現(xiàn)象及多種分析方法的研究。他還通過細(xì)心的觀察總結(jié)出了波義耳定律。此外，他還對冶金、 醫(yī)學(xué)、 化學(xué)藥品、染料及玻璃的制造及應(yīng)用作出過貢獻(xiàn)。

以下，我們擇其在兩個(gè)重要領(lǐng)域的貢獻(xiàn)，介紹如下：

2.1指示劑的發(fā)明

波義耳對于化學(xué)反應(yīng)中的顏色變化善于觀察、頗感興趣。他是第一位把各種天然植物的汁液用作指示劑的化學(xué)家。他在《顏色的實(shí)驗(yàn)和觀察》、《礦泉的博物學(xué)考察》等書中，描述了產(chǎn)生顏色變化的方法以及怎樣利用植物的汁液做指示劑以顯示這類顏色的變化過程。例如，“用上好的紫羅蘭的漿汁(即由這種花浸漬出來的染料液)，滴在一張白紙上，再在上面滴2-3滴酒精。當(dāng)醋或其他的酸液滴在這種浸有植物漿汁和酒精的混合物的紙上時(shí)，就會發(fā)現(xiàn)植物的漿汁立即從藍(lán)色轉(zhuǎn)變成紅色。運(yùn)用這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于：在做實(shí)驗(yàn)時(shí)只需使用少量的植物漿汁，就能使顏色的變化十分明顯?！辈x耳使用過的植物的種類很多，例如有紫羅蘭、玉米花、玫瑰花、蘇木(即巴西木)、櫻花、洋紅和石蕊等。在這些指示劑中，有的被配成溶液，有的被做成試紙的形式。令人嘆為觀止的是，波義耳的這些發(fā)明的生命力如此長久，以致我們現(xiàn)在還在經(jīng)常使用這種古老的方法，例如石蕊試紙。

波義耳還發(fā)現(xiàn)指示劑的顏色變化可以有效地用來檢驗(yàn)酸和堿。幾乎所有的酸都能使某些藍(lán)色的果汁變成紫紅色，沒有這種顯色功能的物質(zhì)就不是酸；同樣，所有的堿都能將果汁的紅色轉(zhuǎn)變成藍(lán)色。進(jìn)一步利用這些性質(zhì)，還能測定酸和堿的相對強(qiáng)度。酸、堿除了能使指示劑變色外，波義耳還指出：酸具有特有的酸味，并是一種強(qiáng)有力的溶劑；堿則具有滑膩的感覺和除垢的性質(zhì)，且能溶解油類和硫黃，還具有與酸對抗和破壞酸的能力?？梢哉f，波義耳首次對酸、堿的性質(zhì)作出了明確的表述，并以此對酸、堿下了明確的定義。

此外，波義耳還發(fā)現(xiàn)，可以用火焰、氣體、沉淀的顏色來檢驗(yàn)?zāi)承┪镔|(zhì)，尤其是鹽類。例如，銅鹽使火焰帶綠色，硝酸或鹽酸和氨產(chǎn)生白煙，鈣鹽和硫酸生成白色沉淀以及銀鹽可被氯化物沉淀出來等等?？傊?，這一系列的發(fā)現(xiàn)與發(fā)明，使波義耳成為定性分析化學(xué)的先驅(qū)。

2.2波義耳定律的發(fā)現(xiàn)

波義耳研究得最詳細(xì)的對象是空氣(或氣體)，無論是對空氣的物理性質(zhì)，還是對空氣的化學(xué)性質(zhì)，他都有開創(chuàng)性的見解。其中以發(fā)現(xiàn)氣體的彈性(即可壓縮性)最為有名。波義耳的發(fā)現(xiàn)始于“空氣有壓力”這一實(shí)驗(yàn)事實(shí)。據(jù)歷史記載，1643年意大利數(shù)學(xué)家托里斥利(E.Torricelli)做了一個(gè)著名的玻璃管內(nèi)水銀汞柱的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)玻璃管中水銀面上的“托里斥利真空”，進(jìn)而提出“空氣具有壓力”的論斷。1654年，德國馬德堡市長葛利克制成了空氣壓縮機(jī)，可以將容器抽成真空，人們獲得了研究氣體的有力工具。

1662年，波義耳基于托里斥利實(shí)驗(yàn)，借助空氣壓縮機(jī)開始對空氣壓縮性，即對“空氣的壓力與體積的關(guān)系”進(jìn)行定量的實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)了以他的名字命名的定律：“氣體的體積與壓力成反比”。波義耳在壓強(qiáng)大于大氣壓和壓強(qiáng)小于大氣壓兩種情形下都用實(shí)驗(yàn)證明了這個(gè)定律。在前一情形中用的是有名的、盛有水銀的U形管，后一情形中用的是一個(gè)直形的盛有水銀的玻璃管，它可以立于水銀槽上，上端界定一些空氣。1679年法國物理學(xué)家馬略特也，獨(dú)立表述了這一定量關(guān)系。后人就把這一定律稱為“波義耳-馬略特定律?！?/p>

波義耳還研究過空氣的其他性質(zhì)，而引起化學(xué)工作者興趣的則是他對燃燒和空氣性質(zhì)關(guān)系的早期研究。波義耳曾做過一系列的燃燒實(shí)驗(yàn)，對物質(zhì)在空氣中的燃燒現(xiàn)象進(jìn)行關(guān)注和探求。例如，他在《關(guān)于火焰與空氣的關(guān)系的新實(shí)驗(yàn)》一文中敘述了以下實(shí)驗(yàn)情況：在一個(gè)抽掉空氣的容器中，將硫黃灑在一塊紅熱鐵板上，硫黃只會冒煙而不能著火，但在有空氣的容器中硫黃能燃燒產(chǎn)生藍(lán)色火焰。他還從蠟燭以及氫氣的燃燒現(xiàn)象觀察中同樣發(fā)現(xiàn)：燃燒不能沒有空氣。

又如，他在《用太陽光燃燒在真空中的火藥的嘗試》一文中描述了一種奇妙景象：火藥和硫不同，在抽掉空氣的容器中火藥是能夠燃燒的。而且火藥還能在水面下(隔絕空氣)燃燒，起初，波義耳懷疑在制造火藥的硝石中混進(jìn)了空氣，后來他將硝石放在真空中進(jìn)行重結(jié)晶，但用這種方法處理過的硝石制成的火藥品，仍然能在真空中和水面下燃燒。由此，波義耳認(rèn)為火藥品中含有與空氣性質(zhì)相仿的“活化蒸氣”(后被英國化學(xué)家普里斯特列發(fā)現(xiàn)并被稱為氧氣)。同時(shí)，他得出結(jié)論：同硝石混和的物質(zhì)，甚至在沒有空氣的地方也能燃燒。

此外，波義耳還在《使火焰穩(wěn)定并可稱重量的新實(shí)驗(yàn)》一文中，仔細(xì)描述了在空氣中焙燒金屬錫的過程。實(shí)驗(yàn)是在曲頸甑中進(jìn)行，各個(gè)操作環(huán)節(jié)均用天平稱重。結(jié)果發(fā)現(xiàn)金屬(錫)焙燒后的重量增加。――這一金屬焙燒增重現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)孕育著：金屬在空氣中燃燒并和空氣中某一部分結(jié)合，最終導(dǎo)致氧氣發(fā)現(xiàn)的契機(jī)。遺憾的是波義耳忽略了由他的實(shí)驗(yàn)方法導(dǎo)致的部分空氣的吸收，并作出了錯(cuò)誤的判斷：認(rèn)為金屬焙燒增重是由于燃燒時(shí)產(chǎn)生的“火粒子”(或火素)穿過玻璃后被金屬吸收所致。

最后，對波義耳的實(shí)驗(yàn)方法內(nèi)容作以下補(bǔ)充，我們認(rèn)為是必要的。那就是，作為杰出的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家和實(shí)驗(yàn)化學(xué)家，波義耳的一生不僅設(shè)計(jì)了多種富有創(chuàng)新思想的實(shí)驗(yàn)方案，并付之實(shí)施。而且還改進(jìn)了許多當(dāng)時(shí)先進(jìn)而又常用的儀器。例如，他運(yùn)用空氣壓縮機(jī)改進(jìn)了減壓蒸餾以及進(jìn)行這個(gè)過程的裝置，可用于許多減壓作用的實(shí)驗(yàn)。這對促進(jìn)化學(xué)工作者對有機(jī)化合物性質(zhì)和制備的研究是十分重要的。

綜上所述，波義耳在理論與實(shí)驗(yàn)的結(jié)合上，使得化學(xué)走上了研究物質(zhì)自身的正確道路。正是在這個(gè)意義上可以說，波義耳把化學(xué)開始確立為科學(xué)。

參考文獻(xiàn)：

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中圖分類號：G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）01-0121-02

一、引言

通識教育是教育的一種，這種教育的目標(biāo)是：在現(xiàn)代多元化的社會中，為受教育者提供通行于不同人群之間的知識和價(jià)值觀[1]。通識教育本身源于19世紀(jì)，當(dāng)時(shí)有不少歐美學(xué)者有感于現(xiàn)代大學(xué)的學(xué)術(shù)分科太過專門、知識被嚴(yán)重割裂，于是創(chuàng)造出通識教育，目的是培養(yǎng)學(xué)生能獨(dú)立思考、且對不同的學(xué)科有所認(rèn)識，以至能將不同的知識融會貫通，最終目的是培養(yǎng)出完全、完整的人。20世紀(jì)以后，通識教育已廣泛成為歐美大學(xué)的必修科目。通識教育實(shí)際上是素質(zhì)教育最有效的實(shí)現(xiàn)方式，鼓勵(lì)學(xué)生結(jié)合自己實(shí)際跨學(xué)科、跨專業(yè)自由選課，充分發(fā)展個(gè)性，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)主動性，全面提高素質(zhì)。通識教育的性質(zhì)決定了通識教育存在的合理性，我國高校長期實(shí)行的專業(yè)化教育模式迫切呼喚大學(xué)通識教育的出現(xiàn)。專業(yè)化教育模式是我國高等教育在特定時(shí)期、特定社會背景中的選擇。過分強(qiáng)調(diào)專業(yè)劃分，把學(xué)生的學(xué)習(xí)限制在一個(gè)狹窄知識領(lǐng)域，不利于學(xué)生全面發(fā)展[2]。推行大學(xué)通識教育，不僅是我國高等教育與世界先進(jìn)教育理念接軌的要求，也是我國教育改革與發(fā)展的需要。通識教育作為大學(xué)教育的重要一部分，是對高等教育專門化、功利化導(dǎo)致的人的片面發(fā)展的一種矯正和超越，是高等教育本質(zhì)和大學(xué)使命的回歸。如何教好通識課程，培養(yǎng)高素質(zhì)人才是教育工作者應(yīng)當(dāng)認(rèn)真思考的問題。筆者在為大學(xué)文科學(xué)生講授自然科學(xué)通識課“元素的故事”時(shí)，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，下面談?wù)剮c(diǎn)教學(xué)體會。

二、教學(xué)內(nèi)容的思考

文科學(xué)生大多具有初中和高中的物理、化學(xué)基礎(chǔ)，對大學(xué)的物理和化學(xué)了解不多，在基本概念和基本術(shù)語的理解上可能存在困難。因此，在教學(xué)內(nèi)容方面應(yīng)考慮到他們的知識特點(diǎn)，選取合適的參考書籍和參考資料，力求盡可能少的專業(yè)知識，增強(qiáng)趣味性、易懂性，貼近現(xiàn)實(shí)生活和學(xué)生的感性認(rèn)識。筆者選取了蘇聯(lián)的科普讀物《元素的故事》[3]一書作為參考書籍，向?qū)W生們介紹了自18世紀(jì)中期到近年有關(guān)化學(xué)元素的重大發(fā)明和發(fā)展，如：18世紀(jì)中期瑞典化學(xué)家舍勒怎樣發(fā)現(xiàn)了空氣不是單一的物質(zhì)而是氧、氮兩種氣體的混合物；接著法國化學(xué)家拉瓦錫怎樣否定了燃素說，把氧、氮以及磷、碳、氫等列為世界上第一張?jiān)孛麊危?9世紀(jì)初期，英國化學(xué)家戴維利用電流怎樣分解了當(dāng)時(shí)普遍認(rèn)作是元素的兩種苛性堿和八種堿土金屬，而發(fā)現(xiàn)了鉀、鈉兩種堿金屬和八種堿土金屬；19世紀(jì)中期，在元素名單上已經(jīng)有了57種，當(dāng)時(shí)認(rèn)為再難找到新元素的時(shí)候，德國科學(xué)家本生和基爾霍夫怎樣利用光的性質(zhì)，造成了分光鏡，發(fā)明了化學(xué)元素的光譜分析術(shù)，使元素名單再行擴(kuò)大；19世紀(jì)下半期俄國化學(xué)家門捷列夫怎樣總結(jié)了數(shù)百年來化學(xué)家們研究的成果，創(chuàng)造了元素周期表；19世紀(jì)末期英國的科學(xué)家怎樣發(fā)現(xiàn)了惰性氣體，充實(shí)了元素周期表。最后，20世紀(jì)初期，居里夫婦怎樣發(fā)現(xiàn)了釙和鐳，了元素永恒不變，原子不可再分的舊觀念，掀起了一場化學(xué)上的大革命。通過這門課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生對元素發(fā)現(xiàn)的方法和歷史有了大致的了解。

三、教學(xué)方法的思考

如何提高教學(xué)效果是教師們經(jīng)常討論的問題。在課堂上，好的教學(xué)思路能夠激發(fā)學(xué)生的好奇心，激起學(xué)生進(jìn)行思考的欲望，能夠極大地調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，從而提升教學(xué)效果。筆者在一節(jié)“光譜學(xué)與元素的發(fā)現(xiàn)”課堂中，首先拋出了這樣一個(gè)問題：科學(xué)家們是怎樣知道太陽的化學(xué)元素組成的？這一問題立刻引起了學(xué)生們的興趣。太陽距離我們非常遙遠(yuǎn)而且溫度極高，無法直接檢測太陽的化學(xué)組成?？茖W(xué)家們用了什么方法呢？答案是光譜分析法。說起光譜，學(xué)生可能覺得陌生。其實(shí)在中學(xué)物理里面大家就已經(jīng)知道了牛頓的著名的三棱鏡色散實(shí)驗(yàn)，將一束太陽光經(jīng)一塊三角形的玻璃棱鏡折射后，形成了紅p橙p黃p綠p藍(lán)p靛p紫等七色的彩色光帶，牛頓將這種彩虹色帶命名為光譜，現(xiàn)在我們知道不同顏色的光具有不同的波長。接下來學(xué)生會問光譜與化學(xué)元素分析有什么關(guān)系呢？那么首先回顧一下初中化學(xué)學(xué)習(xí)過的焰色反應(yīng)：許多金屬鹽類在燃燒時(shí)會產(chǎn)生特殊的焰色，如鉀鹽的焰色是紫色的，鈉鹽的焰色是黃色的，銅鹽的焰色是翠綠色的，鋇鹽的焰色是草綠色的，鈣鹽的焰色是橘紅色的，而鍶鹽和鋰鹽一樣都是鮮紅色的。在衍射光柵的分光術(shù)發(fā)明以后，英國的物理學(xué)家泰爾包特于1825年制造了一種可以研究焰色光譜的儀器，然后將燈蕊浸在各種不同鹽類的溶液中，曬干后點(diǎn)燃，觀察其光譜，發(fā)現(xiàn)各種金屬鹽類的火焰分光后所得的光譜，都是不連續(xù)的幾條亮線，各出現(xiàn)在其對應(yīng)的顏色光區(qū)內(nèi)，其中他注意到，鍶鹽和鋰鹽盡管焰色幾乎完全相同，但呈現(xiàn)的光譜卻迥然不同。他是意識到每種元素都有自己的一組特征光譜的第一位科學(xué)家。到1852年，瑞典的物理學(xué)家Angstrom指出每一種特征光譜就是某一種元素的特定標(biāo)志，光譜正像人類的指紋一樣，各種金屬元素所發(fā)射的光譜線的數(shù)目p強(qiáng)度和位置都不一樣，因此可以由光譜的分析來檢驗(yàn)金屬元素的種類，更可由各元素譜線的相對強(qiáng)度來判斷混合物中各種元素的相對含量。至此，光譜學(xué)的應(yīng)用進(jìn)入了一個(gè)嶄新的時(shí)代，成為化學(xué)元素分析的一項(xiàng)利器。知道了光譜法可以分析元素之后，我們來回答最初提出的問題：太陽上有哪些化學(xué)元素？早在1802年，英國的化學(xué)家伍拉斯頓就用分光棱鏡仔細(xì)觀察了太陽光譜。他注意到表面看來是連續(xù)的彩色光帶中，夾雜著不少的垂直暗線，在不明原因的情況下，只好把這些暗線的出現(xiàn)歸咎于棱鏡的缺陷。1814年，德國的物理學(xué)家弗朗和斐用他的衍射光柵試驗(yàn)太陽光譜時(shí)，也發(fā)現(xiàn)了伍拉斯頓所看見的暗線。他仔細(xì)地?cái)?shù)一數(shù)所能辨識的暗線，竟有576條，把它們一一標(biāo)記下來，其中最主要的幾條，根據(jù)明顯程度，依次標(biāo)以英文字母ApBpCp...G的代號，當(dāng)做描述用的固定點(diǎn)或參考點(diǎn)。后世即把這些暗線稱為“弗朗和斐線”。有一天，弗朗和斐把他的分光儀一器二用，將光線入口處分成兩半，上半以陽光入射，下半以燃燒的鈉焰入射，于是得到了上下兩幅平行的光譜。他發(fā)現(xiàn)發(fā)出強(qiáng)烈黃光的鈉焰在光譜中有兩條很接近的明亮黃線，恰巧與太陽光譜中他標(biāo)示為D的兩條暗線在同一位置上（此即今日我們所稱的著名的“鈉-D雙線”），這意味著什么？他知道其中一定蘊(yùn)藏有重大的玄機(jī)，只是不知道答案在哪里！到了基爾霍夫和本生手里，這個(gè)秘密才被徹底揭穿。他們重做了四十年前弗朗和斐所做的鈉焰實(shí)驗(yàn)。這次他倆讓連續(xù)光譜透過鈉焰的上方，那里有未燃燒的鈉蒸氣，結(jié)果在一片連續(xù)的彩色光帶中竟然就出現(xiàn)了兩條明顯的D暗線。顯然，是鈉蒸氣將連續(xù)光譜中屬于D線波長的輻射給吸收掉了！于是他們在1859年發(fā)表了兩條有名的“基爾霍夫輻射定律”。第一定律是每種化學(xué)元素都各有其特殊的光譜，第二是每種元素所吸收的電磁輻射波長與所發(fā)出的波長相等，即當(dāng)某元素在高熱燃燒時(shí)若能發(fā)射某種波長的光，則在較低溫時(shí)其蒸氣就會吸收相同波長的光。第二條輻射定律就解釋了四十多年來一直不知其所以然的“弗朗和斐暗線”問題。本生與基爾霍夫認(rèn)為高溫的太陽表面原來會發(fā)出含有各種頻率的連續(xù)光譜，然而緊貼著太陽表面的大氣層，因?yàn)闇囟缺忍柟馇虻臏囟鹊?，其中所含的蒸氣成分，會依其化學(xué)元素特性而選擇吸收其特征波長的輻射，所以太陽光譜中的各條弗朗和斐暗線都是其大氣成分元素吸收部分陽光波長所造成的。像暗線中的D線為什么恰與鈉焰的雙黃線位置p波長一樣，就是因?yàn)樘柎髿庵泻锈c成分，吸收了陽光中的這種波長之故，也就是說D暗線的存在正是太陽大氣中含有鈉成分的明證！他們就用這種方法比較太陽光譜中的弗朗和斐暗線與各元素的特性光譜，而后在1859年宣布，太陽大氣層中含有鈉p鐵p鈣和鎳而沒有鋰，但其中含量最多的則是氫。他們的發(fā)現(xiàn)立刻轟動了整個(gè)科學(xué)界，光憑一臺簡單的分光鏡居然能在地球上檢定出一億五千萬公里外的太陽的化學(xué)元素組成，真是太神奇了！從此，太陽在人類的心目中，就失去了它的大部分神秘性。跟著，星球的神秘性也大部分消失了。通過這樣一節(jié)課，筆者講述了光譜、光譜分析法和用光譜分析法發(fā)現(xiàn)太陽上化學(xué)元素的故事，循序漸進(jìn)地誘導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考，收到了良好的效果。

四、結(jié)論

在大學(xué)自然科學(xué)通識教育中，針對文科學(xué)生的知識特點(diǎn)，精心選擇教學(xué)內(nèi)容和設(shè)計(jì)教學(xué)方法，努力做到趣味性、易懂性、啟發(fā)性和循序漸進(jìn)性，提高了學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，培養(yǎng)了學(xué)生的獨(dú)立思考能力，取得了顯著的教學(xué)成效。

參考文獻(xiàn)：

[1]哈佛委員會.哈佛通識教育紅皮書（2010年12月版中譯本）[M].李曼麗，譯.北京大學(xué)，2010：45.

[2]赫欽斯的高等教育思想對大學(xué)通識教育的啟示[Z].中國信息大學(xué)，2016-06-25.

[3]依.尼查葉夫.元素的故事[M].滕砥平，譯.上海：少年兒童出版社，1978.

Thoughts on Teaching of Natural Science of General Education in University

ZHOU Jian

篇（8）

【中圖分類號】 G633.8 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】 A 【文章編號】 1992-7711（2014）02-049-01

夯實(shí)學(xué)生的化學(xué)基礎(chǔ)，能夠幫助學(xué)生更好地進(jìn)行化學(xué)知識的學(xué)習(xí)，靈活運(yùn)用所學(xué)知識去分析問題，解決實(shí)際生活中的化學(xué)問題。要結(jié)合高一學(xué)生的實(shí)際情況，采取多種方法夯實(shí)學(xué)生的化學(xué)基礎(chǔ)。

一、培養(yǎng)學(xué)生對化學(xué)的興趣

剛剛升入高中的高一學(xué)生，只是在初中進(jìn)行了一年的化學(xué)知識，對化學(xué)知識的學(xué)習(xí)還比較局限，基礎(chǔ)不夠扎實(shí)，有的學(xué)生不能寫出常用化學(xué)物質(zhì)的分子式，沒有記住一些化學(xué)元素的化合價(jià)，要想解決這些問題，夯實(shí)學(xué)生的化學(xué)基礎(chǔ)，不能夠一味地追求教學(xué)進(jìn)度，也沒有時(shí)間對初中所學(xué)化學(xué)知識進(jìn)行全面的復(fù)習(xí)，根據(jù)自己的實(shí)際教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，我認(rèn)為首先要帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行例如化合價(jià)、元素符號、分子式和化學(xué)方程式的復(fù)習(xí)，扎實(shí)學(xué)生的化學(xué)基礎(chǔ)，這樣才能更好地學(xué)習(xí)高中化學(xué)知識。在進(jìn)行化學(xué)元素符號的復(fù)習(xí)過程中，以一至二十號化學(xué)元素為重點(diǎn)，可以采用測試的方式，讓學(xué)生在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)寫出一至二十號化學(xué)元素的名稱及其符號，不會寫的部分要留出空位。通過這種方式讓學(xué)生對自己沒能寫出的化學(xué)元素進(jìn)行重視，再通過板書的形式，帶領(lǐng)學(xué)生寫出這些元素的符號和名稱。板書演示完后，幫助學(xué)生加強(qiáng)記憶。在幫助學(xué)生復(fù)習(xí)常用化學(xué)元素的化合價(jià)時(shí)，可以為學(xué)生編排順口溜，幫助學(xué)生進(jìn)行記憶。

要想扎實(shí)學(xué)生的化學(xué)基礎(chǔ)，首先要做的就是培養(yǎng)起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生愿意學(xué)習(xí)化學(xué)，能夠主動地參與到學(xué)習(xí)中來，從較低的起點(diǎn)出發(fā)，激發(fā)起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，在教學(xué)中結(jié)合一些基礎(chǔ)的例題，為學(xué)生設(shè)置有效的教學(xué)情境和問題情境，使學(xué)生真正的參與到教學(xué)中來，在教學(xué)中夯實(shí)自己的基礎(chǔ)知識，不斷思考。

二、將學(xué)生作為教學(xué)的主體

在初中的化學(xué)教學(xué)中，由于學(xué)生剛剛接觸到化學(xué)，所以大多數(shù)情況下采用灌輸式的教學(xué)。在學(xué)生升入高中后，其心理也發(fā)生了很大的轉(zhuǎn)變，逐漸走向成人化。在學(xué)習(xí)時(shí)，更加傾向于主動地去探索知識而不是一味的被動接受。在這種情況下要想夯實(shí)學(xué)生的化學(xué)基礎(chǔ)，就要求高中教師要采取合適的教學(xué)方法，將學(xué)生作為學(xué)習(xí)的主體，更多的是對其進(jìn)行引導(dǎo)和啟發(fā)，讓其自己發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，充分發(fā)揮學(xué)生的邏輯思維，讓其在課堂上大膽的發(fā)言，與老師和同學(xué)之間進(jìn)行積極的交流，可以將問題進(jìn)行變化更新，改變其中的一個(gè)條件或者從其他角度去看待問題，讓學(xué)生們自己去探究問題的答案。在實(shí)際的教學(xué)過程中，教師要引導(dǎo)學(xué)生將新知識和舊知識聯(lián)系到一起，在舊知識的基礎(chǔ)上，去探究新的知識。這不僅是對舊知識的鞏固，也有助于學(xué)生化學(xué)體系的建立，更好的夯實(shí)學(xué)生的化學(xué)基礎(chǔ)。

比如在進(jìn)行氧化還原反應(yīng)的教學(xué)時(shí)，根據(jù)學(xué)生在初中接觸到的化學(xué)反應(yīng)，按照不同的方法將其分類，并讓學(xué)生們按照要求寫出反應(yīng)類型，對學(xué)生進(jìn)行適當(dāng)引導(dǎo)，使學(xué)生發(fā)現(xiàn)以上的各種分類方法不能使化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)得到表現(xiàn)，同時(shí)也不能包含全部的化學(xué)反應(yīng)。然后從初中課本中得失氧的內(nèi)容入手，以初中的氧化還原反應(yīng)為鋪墊，將這種分類的不足進(jìn)行展現(xiàn)，使學(xué)生對于新知識的學(xué)習(xí)產(chǎn)生一種強(qiáng)烈的欲望。再讓學(xué)生積極發(fā)言，找出這幾個(gè)反應(yīng)的共同特點(diǎn)。最后教師在對氧化還原反應(yīng)的基本特征進(jìn)行說明。這種教學(xué)方法，符合高中生的心理特點(diǎn)，不僅能夠幫助學(xué)生掌握有關(guān)的化學(xué)知識，扎實(shí)學(xué)生的化學(xué)基礎(chǔ)，還能夠使學(xué)生對知識進(jìn)行靈活的運(yùn)用，培養(yǎng)了學(xué)生的思維能力。

三、幫助學(xué)生做好盲點(diǎn)知識的學(xué)習(xí)

要想夯實(shí)學(xué)生的化學(xué)基礎(chǔ)，就要從整體出發(fā)，不能忽視每個(gè)知識點(diǎn)，因?yàn)榛瘜W(xué)的學(xué)習(xí)是一個(gè)體系，某個(gè)知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)上存在欠缺，會對整個(gè)體系造成影響。在教學(xué)過程中為學(xué)生安排必要的聯(lián)系，這些練習(xí)的內(nèi)容要以學(xué)生學(xué)習(xí)中的盲點(diǎn)為主，根據(jù)以往的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出學(xué)生在學(xué)習(xí)中的盲點(diǎn)，通過練習(xí)的方式，逐個(gè)解決這些盲點(diǎn)。通過長時(shí)間的聯(lián)系，學(xué)生的化學(xué)基礎(chǔ)得到了夯實(shí)。

例如在學(xué)習(xí)氧化還原反應(yīng)的過程中，在判斷氧化性、還原性；氧化劑、還原劑；氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)等的過程中經(jīng)常出現(xiàn)問題。在教學(xué)中要對加強(qiáng)對這方面的聯(lián)系，幫助學(xué)生糾正學(xué)習(xí)中的錯(cuò)誤，告訴學(xué)生只要是涉及到氧化還原反應(yīng)的問題，不管是對哪部分知識的考察，都要按照順序進(jìn)行分析，首先表明化合價(jià)，找出化合價(jià)的變化情況，確定氧化劑和還原劑，然后在確定哪種物質(zhì)被氧化，哪種物質(zhì)被還原，在反應(yīng)物中，化合價(jià)升高的是還原劑，化合價(jià)降低的是氧化劑，還原劑具有還原性，氧化劑具有氧化性，被氧化的是還原劑，被還原的是氧化劑。通過這樣的練習(xí)和講解，學(xué)生就能夠?qū)ρ趸€原反應(yīng)進(jìn)行準(zhǔn)確的分析，通過化合價(jià)的變化來解題。學(xué)生的化學(xué)基礎(chǔ)得到夯實(shí)，以氧化還原反應(yīng)為基礎(chǔ)，更好的進(jìn)行學(xué)習(xí)。

總結(jié)：以上就是對在高一化學(xué)教學(xué)中如何夯實(shí)學(xué)生化學(xué)基礎(chǔ)的分析。結(jié)合自己的教學(xué)實(shí)踐，主要以氧化還原反應(yīng)部分的知識為例子，提出了夯實(shí)高一學(xué)生化學(xué)基礎(chǔ)的措施。由于本人能力的有限對這方面的研究還不夠全面，要想更好地扎實(shí)高一學(xué)生的化學(xué)基礎(chǔ)還需要廣大高中化學(xué)教師的共同努力。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

篇（9）

（一）化學(xué)用語的量大且符號性強(qiáng)。統(tǒng)計(jì)初中化學(xué)課本，出現(xiàn)的化學(xué)用語有： 元素符號（33種）與離子符號（5種），原子結(jié)構(gòu)示意圖（22種）離子結(jié)構(gòu)示意圖（5種），化學(xué)式（108種），化學(xué)方程式（62個(gè)）。 且這些元素符號、化學(xué)式和化學(xué)方程式的分布相對分散，每一種不同的物質(zhì)都由相應(yīng)的元素符號組合而成的，加以其中又變幻紛繁，對于初學(xué)化學(xué)的學(xué)生來說很難掌握。

（二）理解記憶難度大。據(jù)有關(guān)資料介紹，目前已發(fā)現(xiàn)的化學(xué)元素有一百多種，每一種元素都有一個(gè)相應(yīng)的表示符號，符號周圍會出現(xiàn)許多數(shù)字，位置不同的數(shù)字與元素符號的有條件的組合又表示了千差萬別，豐富多彩的含義，及其反應(yīng)變化又構(gòu)成了多種多樣的化學(xué)式和化學(xué)方程式，九年級的學(xué)生缺乏對化學(xué)變化與物質(zhì)整體系統(tǒng)規(guī)律 地了解，學(xué)起來只靠死記硬背， 理解、記憶都存在著相當(dāng)大的難度。

（三）符號之間關(guān)系復(fù)雜，可把握性差。元素符號、化學(xué)式和化學(xué)方程式各有表現(xiàn)形式，又相互聯(lián)系，不同的化學(xué)元素符號組合起來構(gòu)成不同的化學(xué)式，表示不同的意義，不同的物質(zhì)有條件的反應(yīng)又構(gòu)成不同化學(xué)方程式。有時(shí)甚至相同的元素由于一個(gè)簡單條件的變化，它所代表的物質(zhì)和表達(dá)的意義也各不相同，如H、2H、H2、2H2就分別表示氫的元素符號、一個(gè)氫原子；兩個(gè)氫原子；氫氣、氫氣由氫元素組成、一個(gè)氫分子、一個(gè)氫分子由兩個(gè)氫原子構(gòu)成；兩個(gè)氫分子，因此，如果不理解他們之間的相互聯(lián)系，要想透徹的理解和掌握也是很不容易的。

根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)用語的狀況和化學(xué)本身所固有的幾個(gè)特點(diǎn)，為讓學(xué)生快速高效的掌握好化學(xué)用語，我在教學(xué)中的做法是：打好基礎(chǔ)，過好三關(guān)（一是突破元素符號關(guān)、二是突破化學(xué)式關(guān)、三是突破化學(xué)方程式關(guān)），搞好化學(xué)用語教學(xué)。

1．激發(fā)興趣，突破元素符號關(guān)

化學(xué)用語是學(xué)好化學(xué)的基礎(chǔ)，加強(qiáng)化學(xué)用語的教與學(xué)已為當(dāng)務(wù)之急。在教學(xué)中為了變機(jī)械記憶為趣味記憶，我重點(diǎn)在“興趣”字上做文章，采取“多種方法方法，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)記憶效果。

1．1講故事：在講授化學(xué)元素符號時(shí)，我著重向?qū)W生介紹了化學(xué)元素符號的發(fā)現(xiàn)史和元素周期表的形成以及我國化學(xué)的發(fā)展史，給學(xué)生詳細(xì)的講解了俄國化學(xué)家門捷列夫是如何艱苦拼搏發(fā)現(xiàn)元素周期表的，向?qū)W生介紹了我國著名化學(xué)家侯德榜先生的事跡和成就，啟迪學(xué)生樹雄心立壯志，大大激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。

1．2順口溜：為了讓學(xué)生便于掌握元素符號，我采用了編順口溜和猜謎語的方法，增強(qiáng)學(xué)生興趣，強(qiáng)化記憶效果，對元素符號的記憶，我總結(jié)的口訣是：氧O磷P硫S，碳C氮N氫H，氬Ar氖Ne，鎂是一個(gè)Mg: Ba鋇，鉀是K，鈣的符號是Ca銀Ag鉑Pt，鐵是一個(gè)Fe。錳Mn鋁Al，汞的符號是Hg。 鈉Na碘是I，硅的符號Si。Cu銅Au金，鋅是Zn要記心。并抄在黑板上讓學(xué)生朗讀記憶；根據(jù)元素符號的組成特點(diǎn)，和漢語拼音的組合原理，我還精心編制謎語，讓學(xué)生在猜中學(xué)，在思中記，例氫元素，我給氫元素符號編的謎語是：“橫為工，豎為H、為氣體，易燃燒能還原”。針對銀和汞元素的不同特點(diǎn)，我又編了“銀汞兩兄弟，哥固體且堅(jiān)硬，弟液體分量重，不注意難分清”經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，我發(fā)現(xiàn)利用口訣和謎語誘導(dǎo)記憶，調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)了他們的求知探索欲，同時(shí)也加深了他們對化學(xué)元素符號的牢固記憶。

1．3小競賽：為了鞏固課堂的教學(xué)效果，在課內(nèi)，我還舉辦了化學(xué)元素符號搶答題，限時(shí)背誦，看誰在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)背誦的化學(xué)元素符號多。在課外，我布置學(xué)生制作化學(xué)元素形象卡，供學(xué)生課下復(fù)習(xí)或相互交流，便枯燥的記憶為趣味化和生動化，既訓(xùn)練了學(xué)生的應(yīng)變能力，又開發(fā)和提高了學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力，取到一舉兩得的好效果，有力地促進(jìn)了學(xué)生對化學(xué)元素的記憶和理解。

1．4小測驗(yàn)：以上幾個(gè)步驟都是為了調(diào)動學(xué)生興趣學(xué)習(xí)，為了鞏固學(xué)習(xí)效果，我還采取了一周一次化學(xué)用語小測驗(yàn)，把握學(xué)生掌握情況，成績不理想的學(xué)生，限期補(bǔ)考，力爭人人過關(guān)。

2．掌握組合規(guī)律，明確寫法和讀法，突破化學(xué)式關(guān)

為了便于認(rèn)識和研究物質(zhì)，化學(xué)中常用元素符號表示物質(zhì)的組成，這種組成的式子就是化學(xué)式，針對初中化學(xué)課本共出現(xiàn)的108個(gè)化學(xué)式，我把它們分為兩大類，第一類是單質(zhì)化學(xué)式除O2、N2、H2、Cl2四個(gè)是雙原子分子，其余單質(zhì)一律用元素符號表示；第二類是化合物的化學(xué)式，一般組合規(guī)律，“正價(jià)前、負(fù)價(jià)后，求公倍、價(jià)除它，得個(gè)數(shù)、寫右下、代數(shù)和等于零”。例氧化鋁的化學(xué)式寫法如下：鋁元素的化合價(jià)是正三價(jià)、氧元素的化合價(jià)是負(fù)二價(jià)，正負(fù)化合價(jià)的最小公倍數(shù)是六，用六分別除以鋁和氧元素的化合價(jià)的絕對值，得數(shù)分別寫在鋁、氧元素符號的右下角：六除以三等于二、六除以二等于三，即得鋁原子的個(gè)數(shù)是二、氧原子的個(gè)數(shù)是三，按化合物組合規(guī)律氧化鋁的化學(xué)式為Al2O3;另外，關(guān)注特殊現(xiàn)象，鐵元素在初中階段有兩個(gè)常見的價(jià)態(tài)，正三和正二價(jià)，當(dāng)它在化合物里顯正三價(jià)是，讀作“某化鐵”，顯二價(jià)是讀作“某化亞鐵”，隨著學(xué)習(xí)了四種基本化學(xué)反應(yīng)類型后，要告知學(xué)生，鐵在參加置換反應(yīng)是，生成物中的鐵元素顯得是正二價(jià)，即亞鐵化合物。在讀法上，對單質(zhì)化學(xué)式一般讀其元素符號名，如：Fe讀鐵，Si讀硅，若單質(zhì)為氣體讀時(shí)元素符號名后加一“氣”字，如O2讀氧氣，Ne讀氖氣；對化合物可按照“正寫倒讀”，或“先寫后讀”，如NaCl讀作氯化鈉。另外為了便于學(xué)生記憶，在學(xué)習(xí)化學(xué)的記憶方法上我還采用了“化整為零，整零結(jié)合”的方法，學(xué)一個(gè)，記一個(gè)，會一個(gè)，積少成多，逐步全面地掌握初中階段的108多個(gè)化學(xué)式，為將來學(xué)好化學(xué)方程式打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在鞏固上，采用多次檢查的方案，督促學(xué)生早日掌握。

3．實(shí)驗(yàn)搭橋，現(xiàn)象做媒，突破化學(xué)方程式關(guān)

篇（10）

引言

在新課程改革的背景下，游戲在教學(xué)中的作用越來越重要，它不僅能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，還能夠?qū)⒊橄笾R具體化，復(fù)雜知識簡單化。初中學(xué)生剛接觸化學(xué)學(xué)科，尤其對化學(xué)抽象概念的學(xué)習(xí)容易產(chǎn)生困惑，單憑教師課堂枯燥地講解，學(xué)生難于理解，很難激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。因此，將游戲應(yīng)用在初中化學(xué)課堂上具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。采用游戲化教學(xué)能讓學(xué)生在愉快的氛圍中學(xué)習(xí)，在動中促思、玩中長智、樂中成才，更能培養(yǎng)學(xué)生“喜愛化學(xué)、學(xué)好化學(xué)”的心理?；瘜W(xué)教師要用適合學(xué)生認(rèn)知發(fā)展水平的游戲化教學(xué)模式指導(dǎo)教學(xué)，讓初中生都能在化學(xué)的啟蒙階段擁有一段快樂的學(xué)習(xí)時(shí)光，為今后的化學(xué)學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

一、利用趣味游戲來激發(fā)學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣

初中階段的化學(xué)是初中生系統(tǒng)性地掌握化學(xué)知識的啟蒙階段。這一階段的化學(xué)集理論與實(shí)踐于一體，開展的教學(xué)符合同學(xué)們的學(xué)習(xí)規(guī)律則能吸引他們的學(xué)習(xí)興趣，這對學(xué)習(xí)化學(xué)這門學(xué)科開了一個(gè)好頭，而且還能促使學(xué)生更主動地參與到化學(xué)的探究道路上來。筆者結(jié)合以往的教學(xué)實(shí)踐得出，適當(dāng)開展一些實(shí)驗(yàn)活動與互動游戲，讓學(xué)生在玩中產(chǎn)生對化學(xué)學(xué)科的濃厚興趣。比如，可采用分組實(shí)驗(yàn)合作或課堂演示生活化的現(xiàn)象指導(dǎo)學(xué)生展開探究，在教師的指引下將對化學(xué)學(xué)科的探究欲望調(diào)動出來。例如，在教學(xué)“燃燒”內(nèi)容時(shí)，借助生活中最常見的酒精、汽油等展開始游戲教學(xué)，對它們?nèi)紵臈l件進(jìn)行不同條件的設(shè)置，讓學(xué)生仔細(xì)觀察，然后師生再一起分析燃燒需要的條件，讓學(xué)生都能自主探究出燃燒的知識，學(xué)生也更容易記住學(xué)到的這一知識點(diǎn)，而且還能使課堂教學(xué)收到較好的效果。

二、引入趣味游戲，激發(fā)學(xué)生興趣

充滿趣味的教學(xué)內(nèi)容定能為學(xué)生留下深刻的印象，因此，營造良好的化學(xué)教學(xué)氛圍是吸引學(xué)生注意力的基點(diǎn)，也是提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的關(guān)鍵。例如，在教學(xué)《離子》一節(jié)內(nèi)容時(shí)，教師可以先提供一個(gè)密閉的盒子，讓學(xué)生去猜測盒子里裝的是什么物品。對學(xué)生而言，一個(gè)封閉的盒子也會讓他們產(chǎn)生極大的探討興趣，大家都很好奇盒子里面裝著究竟是什么。在這個(gè)游戲中，學(xué)生的猜測過程其實(shí)也是模型建構(gòu)的過程。模型構(gòu)建分為實(shí)物模型建構(gòu)與思維模型建構(gòu)。通常模型建構(gòu)用在探討物質(zhì)的組成、物質(zhì)的結(jié)構(gòu)及特征等方面。像這樣以游戲的方式進(jìn)行新課的導(dǎo)入，將離子這一學(xué)習(xí)內(nèi)容牽引出來，更利于讓學(xué)生明白離子的知識是科學(xué)家通過建構(gòu)模型的方式來得到的。激活學(xué)生的思維，讓化學(xué)知識在學(xué)生的頭腦中形成更深刻的印象。這樣的教學(xué)既實(shí)現(xiàn)了新課的導(dǎo)入目的，而且還激發(fā)出了學(xué)生學(xué)習(xí)新知識的興趣，使得課堂教學(xué)更具實(shí)效性、高效性。而且也為新課的學(xué)習(xí)做好鋪墊。再如，在學(xué)習(xí)《金剛石和石墨》內(nèi)容中，師生就“金剛石與石墨”的具體形態(tài)特征與性質(zhì)學(xué)生開展充分交流，再借助多媒體課件教學(xué)向?qū)W生展示鉆石圖片，向?qū)W生介紹鉆石的物質(zhì)由來，深化教學(xué)效果的同時(shí)，更容易引起學(xué)生對新知識的學(xué)習(xí)興趣。

三、設(shè)計(jì)游戲活動，加深學(xué)生記憶

這教學(xué)過程中，教師可以通過設(shè)計(jì)一些具有競技性、趣味性以及內(nèi)涵性的游戲活櫻在充分調(diào)動學(xué)生參與的同時(shí)，加深他們對化學(xué)知識的印象?？茖W(xué)、合理地運(yùn)用游戲方式開展教學(xué)能增強(qiáng)學(xué)生的競技意識，使他們形成好的思想觀念，進(jìn)而更好地進(jìn)行學(xué)習(xí)、生活，為今后的學(xué)習(xí)扎實(shí)基礎(chǔ)。在設(shè)計(jì)游戲教學(xué)過程中，可采用問題搶答式的方式，亦或者采用辯論比賽等方式展開，主要目的是加深學(xué)生對化學(xué)知識的掌握程度，并不斷挖掘?qū)W生的化學(xué)潛能服務(wù)的。例如，在學(xué)習(xí)《鹽化學(xué)肥料》內(nèi)容時(shí)，在學(xué)生對基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，教師再通過提問一些教學(xué)重難點(diǎn)知識，加深學(xué)生的記憶。例如，通過采用搶答的活動方式，對“硫代硫酸鈉的化學(xué)式是什么？”“過濾的流程是什么？”等進(jìn)行搶答，最快答出答案的學(xué)生加一分，答錯(cuò)的學(xué)生減分，最后統(tǒng)計(jì)分?jǐn)?shù)，對優(yōu)勝的同學(xué)給予一定的鼓勵(lì)與嘉獎(jiǎng)。這種通過以游戲和比賽為互動背景，把娛樂和化學(xué)學(xué)習(xí)巧妙的結(jié)合，不但鞏固了學(xué)生的化學(xué)知識，也提高了他們的思考能力。

四、在游戲教學(xué)中展現(xiàn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的趣味性

實(shí)踐證明，豐富多彩的游戲能激發(fā)學(xué)生的求知欲，因此，在開始講授新知識時(shí)，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，合理地組織一些游戲活動能提高化學(xué)教學(xué)質(zhì)量。如在開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師都喜歡將游戲融入其中，既活躍了課堂氛圍，在很大程度上也能提高課堂教學(xué)效率。例如，在開展《元素周期表》這一章的教學(xué)內(nèi)容時(shí)，就可以將游戲融入其中。一方面，化學(xué)元素眾多，學(xué)生要想將重要的化學(xué)元素都記下來，需要花很長的時(shí)間；另一方面，化學(xué)元素的學(xué)習(xí)相對于實(shí)驗(yàn)而言，更會讓學(xué)生產(chǎn)生枯燥乏味之感，在很大程度上削弱了學(xué)生對此節(jié)知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)興趣。所以，教師在開展化學(xué)元素周期表的內(nèi)容教學(xué)時(shí)，為消除學(xué)生的枯燥感，可在課堂上開展游戲教學(xué)，用口訣或游戲的方式幫助學(xué)生記憶這些生僻、難以識記的化學(xué)元素。以游戲的教學(xué)方式開始化學(xué)元素的教學(xué)，可以減少學(xué)生記憶元素周期表的難度，進(jìn)一步加強(qiáng)理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐探索，讓教學(xué)更趨科學(xué)化、合理化。使教育學(xué)達(dá)到兩全其美之目的。

總而言之，學(xué)習(xí)化學(xué)的過程是思維不斷得到創(chuàng)新的過程，尤其是在開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中有效運(yùn)用游戲化教學(xué)模式，既能培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，又能提高學(xué)生的思維能力。游戲教學(xué)對增強(qiáng)化學(xué)教學(xué)的趣味性與互動性，減輕學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，提高教學(xué)質(zhì)量發(fā)揮著不可估量的作用。因此，只要有效開展適合學(xué)生的游戲教學(xué)活動，定會使化學(xué)課堂教學(xué)達(dá)到寓教于樂的教學(xué)目的。

參考文獻(xiàn)：