化学元素的概念汇总十篇

序论：好文章的创作是一个不断探索和完善的过程，我们为您推荐十篇化学元素的概念范例，希望它们能助您一臂之力，提升您的阅读品质，带来更深刻的阅读感受。

篇（1）

中图分类号：p5883 文献标志码：a

文章编号：672－656（202）04－000－11

0引言

大陆地壳的形成一般归结为2个典型的板块构造位置，即活动大陆边缘和板内［］。其中，板内的大陆生长与地幔柱的岩浆板底垫托作用或岩浆底侵作用（magmatic underplating）有关，而板缘的大陆生长则主要通过俯冲增生和弧陆碰撞来实现的。而且，会聚大陆边缘通常被认为是下地壳增生（包括幔源岩浆板底垫托作用和俯冲增生）的主要场所［2］。然而，很少有实例是来自活动大陆边缘的下地壳包体［2－3］。

麻粒岩包体和麻粒岩地体（尤其是高压麻粒岩）通常被认为是透视下地壳的窗口［2］。高压麻粒岩通常被认为代表高级的变基性岩，并以单斜辉石+斜长石+石榴子石+石英等矿物组合为主要特征［4－6］， 至于其他次要矿物如角闪石和蓝晶石等是否出现，取决于水活度和全岩成分［7］。高压麻粒岩不同于榴辉岩的是其矿物组合中含有斜长石和（或）贫硬玉分子的单斜辉石，而中压麻粒岩不同于高压麻粒岩的主要特征是其矿物组合中含有斜方辉石，但是高压麻粒岩在峰期之后减压过程中可能会形成以后成合晶冠状体形式存在的斜方辉石［7］。高压麻粒岩出露相当广泛，从古元古代（如华北恒山杂岩［8］）到新生代（如喜马拉雅山脉）的诸多大陆碰撞造山带中均有报道。前人研究结果显示，当变质温度超过800 ℃时，变质压力可能超过4 gpa［5］，这意味着加厚地壳（或俯冲地壳）的下部经历了高温作用。另外，高压麻粒岩有时也与中温榴辉岩共生，如华力西造山带［9］。在特定地带鉴定出高压麻粒岩有助于对涉及大陆碰撞及相关过程中下地壳演化的认识，而对高压麻粒岩相变质作用的岩石学观察和年代学测定对理解变质作用和下地壳演化之间的关系至关重要。但是，获得精确的高压麻粒岩相变质作用的时代往往比较困难。这种困难主要来自于后期多阶段变质作用叠加以及相关过程导致的矿物间同位素体系（尤其是sm－nd和rb－sr）的重置或不平衡，因此影响了对岩石的形成过程和构造背景的认识。

在过去的20年里，众多研究者对华北克拉通前寒武纪变质基底和下地壳包体岩石开展了大量的岩石学、构造地质学、地球化学和地质年代学研究，并在其形成和演化上获得了若干重要进展，进一步将华北克拉通变质基底划分为东部陆块、西部陆块及分割东部和西部陆块的中部造山带［0－］。目前就东、西部陆块沿中部造山带在大约85 ga完成克拉通拼合已经达成共识［0－7］。拼合完成之后，在6～85 ga期间，克拉通内部和边缘经历了一系列的拉张和裂谷事件，形成了伴随有镁铁质岩浆群侵位的拗拉槽和边缘裂谷盆地，发育有斜长岩辉长岩纹长二长岩环斑花岗岩套和a型花岗岩，以及超钾火山岩的喷发［7－22］。值得注意的是，目前已报道的古元古代高压麻粒岩相变质作用主要来自于中部造山带［8，0－3，23］，而东部陆块仅在胶东和信阳地区见有零星报道［24］。此外，对华北克拉通古元古代高压麻粒岩相变质作用的构造背景还存在2种不同的解释：一种观点认为这些高压

麻粒岩形成于东、西部陆块拼合的碰撞造山环境中［8，－4］；另一种观点则认为它们是古元古代地幔柱活动的产物［8－20，24］。存在争议的一个重要原因是对高压麻粒岩相变质作用缺少直接的岩石学和年代学观察，尤其是在华北克拉通东南缘或东部陆块的南部。目前，在所研究的区域，仅见高压麻粒岩相变质作用的岩石学证据和模糊的（晚）古元古代年龄的分开报道。最近，xu等在徐州—宿州地区发现了榴辉岩（类）捕虏体，认为它们是华北克拉通镁铁质下地壳在大约220 ma时构造加厚形成的［25－27］。

关于华北克拉通的形成与演化，虽然受到广泛关注并日益引起国内外研究者的兴趣，但是大部分研究都集中于华北克拉通内部、北部和东、西陆块结合带或中部造山带，而东南缘下地壳的形成与演化研究则显得较薄弱。华北克拉通东南缘出露的变质基底（五河变质杂岩）和下地壳包体岩石无疑为这一研究提供了极好的天然实验室。最近的研究结果显示，五河变质杂岩中的变基性岩经历了80～90 ga的高压麻粒岩相变质作用［28－29］。徐州—宿州一带中生代侵入体中包体的岩石学、年代学和岩石地球化学研究也表明，这些包体大部分形成于24～25 ga并经过大约8 ga高压麻粒岩相变质作用［25－29］。但是，有关研究区下地壳岩石的成因、形成与演化仍是亟待解决的重要科学问题。

为了更好地了解华北克拉通东南缘前寒武纪地壳（尤其是下地壳）的形成和演化过程，笔者根据近年来对蚌埠地区出露的前寒武纪变质基底和宿州附近夹沟中生代闪长斑岩中捕虏体的研究成果和进展，结合研究区已发表的相关资料，总结了华北克拉通东南缘前寒武纪幕式地壳生长和多期变质作用与改造的岩石学和年代学证据。

地质背景

华北克拉通是世界上最古老的克拉通之一，保留有大于36 ga的古老地壳物质残留［30］。地理位置上，华北克拉通西接祁连造山带，北邻天山—内蒙—大兴安岭造山带；在南端，秦岭—大别—苏鲁造山带把华北克拉通和扬子克拉通分开（图［26］）。基于年代学、岩石组合、构造演化和p－t－t轨迹的不同，将华北克拉通划分为东部陆块、西部陆块及夹于其中的中部造山带［8，0，9，3］。笔者研究的蚌埠和徐州—宿州地区位于华北克拉通东部陆块的东南缘，距苏鲁造山带西端的郯—庐断裂带以西约00 km，距大别造山带北端约300 km （图）。区内变形的新元古代和古生代盖层，以及晚太古代到古元古代的变质基底侵入有大量小的中生代侵入体（如夹沟、班井和利国岩体；图）。这些中生代侵入体主要由闪长质和二长闪长质斑岩组成。研究区的前寒武纪变质基底主要出露在蚌埠地区（常称为“五河变质杂岩”或“五河群”［32］），并且被中生代含石榴子石花岗岩所侵入［图2（a）］；而中生代侵入体中含有大量下地壳或幔源包体或捕虏体［25－26，29，33－34］ ［图2（b）］的徐州—宿州地区则无变质基底出露。近期研究表明，变质基底出露区（荆山、怀远和凤阳等地）发育的含石榴子石花岗岩主要是由华南三叠纪俯冲陆壳岩石在59 ma左右发生部分熔融形成的［35－36］。

研究区变质基底的岩石类型主要有（含石榴）斜长角闪岩、榴闪岩、石榴麻粒岩和片麻岩等；下地壳包体的岩石类型主要有（含石榴）斜长角闪岩、榴闪岩、石榴角闪石岩、石榴麻粒岩、含石榴角闪斜长片麻岩和花岗片麻岩等。此外，包体中还有含尖晶石石榴单斜辉石岩、含金云母单斜辉石岩和含尖晶石二辉石岩等形成于古生代（（393symbolqb@ 7）ma）的幔源岩石，指示北秦岭向东延伸到华北克拉通东南缘（至少到安徽宿州地区）以及在华北克拉通与扬子克拉通之间存在一个已消失的新元古代洋壳［33］。

研究区前寒武纪变质基底岩石（五河变质杂岩），主要出露于“蚌埠隆起”区（如荆山、怀远和凤阳等地），岩石类型主要有含石榴斜长角闪岩、榴闪岩、石榴麻粒岩和片麻岩等。石榴斜长角闪岩呈构造岩块或条带状产于不纯的大理岩中［29，34－36］，两者之间呈构造接触关系，反映了它们原岩的不同以及可能具有不同的演化历史，它们的原岩分别为岩浆岩和沉积岩。石榴斜长角闪岩（如样品07fy0）主要由石榴子石、斜长石和角闪石以及少量单斜辉石、榍石和微量金红石等矿物组成（图3（a）、（c）［29］）。石榴子石在成分上是均一的，为铁铝榴石镁铝榴石钙铝榴石固溶体，锰含量较低。斜长石有3种产出形式：以包裹

体形式产于石榴子石中；以后成合晶形式与绿角闪石共生；以基质形式产出。富钛的棕色角闪石通常以包裹体形式产于斜长石［图3（b）［29］］或基质中，tio2含量（质量分数，后文同）高达

382%；而产于基质中或与斜长石共生产于后成合晶中［图3（c）］的绿色角闪石几乎不含ti。基质中残留的单斜辉石为透辉石。榴闪岩［图3（d）、（e）］主要由石榴子石、角闪石、斜长石和石英等组成，石榴子石在成分上相对均一，类似于样品07fy0的石榴子石组成；角闪石有2期，分别为早期的棕色高钛角闪石和晚期的绿色低钛角闪石，这些特征暗示榴闪岩样品也经历了类似的高压麻粒岩相变质作用及后期变质作用叠加。石榴麻粒岩的主要矿物组合为石榴子石+单斜辉石+斜长石+角闪石［图3（f）］，这种矿物组合指示其经历了高压麻粒岩相变质作用［4－6］。

研究区下地壳包体的岩石类型很丰富，如（含石榴）斜长角闪岩、榴闪岩、石榴角闪石岩、石榴麻粒岩、含石榴角闪斜长片麻岩和花岗片麻岩等（图4［29，33］）。其中，石榴斜长角闪岩（如样品07jg2）主要组成矿物为石榴子石、斜长石、角闪石、金红石、石英以及少量单斜辉石［图4（b）、（d）、（e）］。石榴子石晶体在尺度上为毫米级别，成分相对均一，为铁铝榴石镁铝榴石钙铝榴石固溶体。斜长石有3种产出形式：以包裹体形式产于石榴子石中；以后成合晶形式与单斜辉石和（或）角闪石共生；以基质形式产出。大部分金红石已退变为钛铁矿，单斜辉石被以角闪石+斜长石组成的后成合晶结构所替代［图4（d）、（e）］。有时可见裂隙中钾长石等矿物的分布［图4（b）］，可能指示晚期的溶体交代作用结果。

石榴麻粒岩（如样品07jg4、08jg5）主要组成矿物为石榴子石、斜长石、角闪石、单斜辉石、石英、金红石、榍石和少量绿泥石［图4（a）、（f）～（h）］。单斜辉石为透辉石，有2种产出形式：与金红石和石英共生，以包裹体的形式产出于石榴子石和榍石中；以残晶形式与斜长石和角闪石共生产于后成合晶中。透辉石局部被绿泥石所交代［图4（f）］。含有金红石和角闪石针状出溶体的单斜辉石有时含有角闪石退变边［图4（g）］。石榴子石的典型特征是含有定向的针状金红石出溶体［图4（g）］，成分上类似于样品07jg2的石榴子石。长石主要以基质或后成合晶形式存在［图4（f）］。基质中的金红石部分被钛铁矿所替代。

含石榴角闪斜长片麻岩（如样品07jg32）［图4（c）］主要矿物组合为石榴子石+斜长石+角闪石+金红石，金红石部分退变为钛铁矿，石榴子石被斜长石+角闪石后成合晶所环绕。此外，石榴角闪石岩的主要组成矿物为石榴子石、角闪石、金红石［图4（i）］：石榴子石有2期，包括具有针状金红石出溶体的早期石榴子石和晚期深色石榴子石；角闪石也有2期，分别为早期的褐色富铁、高钛角闪石和晚期的绿色低钛角闪石。

不同样品中的角闪石是按照leake等的分类方案［37］来命名的。棕褐色、富tio2角闪石为韭闪石和铁质韭闪石，而绿色、低tio2的角闪石为镁质绿钠闪石和浅闪石［图3（b）、（e），图4（i）］。表明这2类角闪石分别形成于不同的变质条件下，如麻粒岩相和角闪岩相条件下，因为前人研究已证明角闪石中ti含量随变质程度的增加而升高［6，38］。这种差别也得到了岩相学证据的支持：绿角闪石产出于后成合晶中，而棕褐色角闪石以包裹体形式产出。有些样品中含有较多的富钛角闪石，可能反映了它们不同的原岩成分。根据电子探针成分分析，不同类型的角闪石可能形成于不同的变质条件下（图5［39］），`这进一步证明本区下地壳岩石经历了多期变质叠加与改造过程。

综上所述，无论是变质基底还是下地壳包体岩石，它们大多数（除下地壳上部的岩石以外）都含有石榴子石、单斜辉石、金红石、斜长石和石英等峰期矿物组合，指示形成于高压（大约 gpa）麻粒岩相条件下［40］。另外，这些样品缺少诸如蓝晶石和硅线石之类的富铝矿物相，表明其原岩为岩浆岩而非沉积岩成因［4］。基于上述显微结构观察和矿物之间的关系，至少可以区分出峰期高压麻粒岩相（石榴子石+斜长石+单斜辉石+石英+金红石±富钛角闪石）变质矿物组合，以及后期角闪岩相（斜长石+绿角闪石+钛铁矿+榍石）和绿片岩相（绿泥石+方解石+磁铁矿）等退变质矿物组合。因此，研究区前寒武纪变质基底岩石以及大多数下地壳包体岩石所

历的最高变质条件为高压麻粒岩相。矿物组合与初步的温压计算结果表明，高压麻粒岩相变质阶段温度和压力分别为800 ℃～860 ℃和0～2 gpa［29］。但是，由于缓慢冷却，尤其是可能经历了缓慢折返作用的岩石（如样品07fy0），而导致矿物的fe－mg交换或重置［42］，所计算的温度有可能代表高压麻粒岩相变质阶段的最小估计值［43］。

3幕式地壳生长与多期改造的年代学和f同位素证据

由于受到后期多阶段变质作用叠加的影响，sm－nd和rb－sr同位素体系发生了重置和（或）矿物之间的同位素不平衡，往往难以准确测定不同变质阶段的时代，而锆石无疑是理想的定年矿物。锆石是一种难熔矿物，具有很低的pb扩散速率［44］，因而高级变质岩中锆石常常能保留多期次的岩浆作用和变质作用记录［45－49］。因此，锆石的原位u－pb定年是获得经历过复杂演化过程和多期变质作用岩石可靠时代的有效方法。但是，由于物理化学条件变化和每期变质时间长短的不同，导致早期的锆石结构发生改变和（或）新的锆石生长，从而造成高级变质岩中的锆石结构显示较大的变化性和复杂性［50］。锆石中的变质矿物包裹体能把年代学结果和变质作用直接联系起来，而对于那些反映岩石复杂的岩浆和变质作用历史的环带锆石所表现出的诸如不规则边界、不同的核幔边区域之类的复杂结构可以通过阴极发光（cl）图像揭示出来［5－52］。此外，锆石的lu－f同位素体系优于其u－pb体系，通常能抵抗后期蚀变和改造作用的影响［44，53－54］，能保存近于初始的f同位素比值，并可以用来示踪岩石成因和源区研究［55－56］。

因此，单颗粒锆石u－pb和lu－f 同位素的联合分析数据已被证明能提供有关岩浆和变质事件以及岩石成因和壳幔演化的可靠详细信息［53－55，57－65］。正如前文所述，华北克拉通是一个古老的克拉通并经历了复杂的演化过程，为此，笔者根据最新研究成果以及已发表的有关华北克拉通东南缘变质基底和下地壳包体的锆石u－pb年代学和lu－f 同位素数据，探讨了研究区前寒武纪下地壳的形成和演化过程。

根据锆石阴极发光图像（图6［29，33－34］）可以看出，研究区前寒武纪下地壳包体岩石经历了复杂的岩浆热事件和多期变质作用，大多数锆石显示核幔边结构，包括典型的岩浆锆石核和具有石榴子石+单斜辉石+金红石+斜长石等高压麻粒岩相矿物组合的8～9 ga变质锆石［29，33］以及具有高的ti温度（大于800 ℃）的248～249 ga麻粒岩相变质锆石［34］。锆石u－pb年龄结果统计（图7）显示，研究区经历了25～26、2 ga的岩浆热事件以及25～26、2、8～9 ga以及390、76 ma的变质事件。其中，形成于25～26 ga的下地壳岩石包括2类：一类是经历了2 ga和（或）8～9 ga高压麻粒岩相变质作用以及390、76 ma的变质改造，而且可能是因为这类岩石位于下地壳下部，在2 ga时靠近俯冲带，因而遭受大洋俯冲与变质作用的强烈影响而造成pb同位素均一化，形成了具有与约2 ga岛弧岩石一致的高放射成因pb同位素组成；另一类岩石则形成于255～264 ga，可能因处于下地壳上部而仅遭受了248～249 ga麻粒岩相变质作用，但没有2 ga和（或）8～9 ga变质叠加的岩石学和年代学记录，表现为典型的前寒武纪下地壳岩石特点的低放射成因pb同位素组成［34］。此外，强烈的约8 ga高压麻粒岩相变质作用可能是由于幔源岩浆底侵于下地壳底部而导致大规模地壳加热和增厚引起的，这也与该时期华北克拉通存在广泛的拉张、裂谷作用以及相关的镁铁质岩浆侵位等相吻合［8，20－2，29］。

锆石的f同位素分析（图8［33］）指示，研究区前寒武纪下地壳经历了25 ga和2 ga的岩浆热事件。鉴于这2期锆石的ε-f（t）中有一部分样品为明显的正值（如5～2），反映它们的原岩来自于新生地壳，结合其原岩性质和地球化学特点，指示它们的岩石成因与2期俯冲增生事件有关［33］。此外，27～28 ga的继承锆石u－pb年龄（图7）和锆石f模式年龄［33－34］暗示研究区可能还存在更老的地壳物质或更早的地壳生长时期，这尚需进一步的研究。

4结语

（）华北克拉通东南缘前寒武纪下地壳的岩石组成复杂，反映一个不同形成时代和不同成因并经过多期不同程度变质作用与改造的形成、演化过程。

（2）华北克拉通东南缘在前寒武纪发生过幕式地壳生长，至少包括25～26 ga和2 ga这2期俯冲增生和约8 ga的垂向增生过程。由f模式年龄和继承

锆石限定的27～28 ga可能代表另一期地壳生长时间。

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“化学元素观”是中学化学的核心观念之一，通过初中化学的学习，学生首先应当建立起“化学元素观”。然而，学生对“化学元素观”的认识是伴随相关具体知识的学习而逐渐发展的。要在相关具体知识的教学中发展学生对“化学元素观”的认识，需要立足学科整体的高度，以“化学元素观”为统领来组织教学，思考具体知识的教学对物质及其化学变化等学科基本问题的渗透、落实和具体化。为此，笔者以初中化学“水的组成”教学为例展开讨论。

1 对初中阶段“化学元素观”的理解

化学是研究物质及其变化的科学，“化学元素观”是从元素视角对物质及其化学变化本质的深层次理解。作为化学核心观念之一的“化学元素观”具有统摄性和持久的迁移价值，不仅能促进学生把握最有价值的化学知识，而且能为学生形成相应的认识思路提供思考框架，为学生形成化学认识指明思维方向。具体来说，物质的元素组成是化学观念的基础，依据物质的元素组成对纯净物进行分类，以元素为核心认识物质及其变化，能够为研究物质的性质和化学反应建立认识框架。因此，化学元素观包括3方面的含义：一是对元素本身的认识，包括什么是元素、元素的种类、元素的性质等；二是从元素角度看物质，即元素与物质有什么关系，具体包括元素组成与物质的分类、性质有什么关系等；三是从元素角度看化学反应，即元素与化学反应有什么关系，在化学反应中元素种类是否发生变化等。借鉴梁永平先生关于“化学元素观的基本内涵”的阐述，笔者认为，初中阶段“化学元素观”的基本理解如下，见表1。

学生“化学元素观”的形成和发展是一个循序渐进过程，在不同阶段，基于不同学习内容，学生需要发展的化学元素观不同，其认识层次也不同。如以电解水实验及生成物的检验等事实为支撑，“水的组成”的教学可以发展学生从元素的角度认识物质及其化学变化。从物质的元素组成来认识纯净物并将其分类、归纳，是“化学元素观”的主要内容之一，为此在“水的组成”教学中，可结合水电解前后各物质的元素组成特点，学习纯净物的分类，认识单质和化合物的概念、从水的元素组成特点认识氧化物概念，由此从物质分类的角度依次实现对水是纯净物、化合物、氧化物的认识。不仅如此，从物质的元素组成来认识物质的性质，也是初中阶段“化学元素观”的主要内容，在“水的组成”教学中还可以结合水电解前后各物质的元素组成与性质的差异，引导学生认识纯净物的性质要受到组成元素的影响，对于简单的化合物或单质，元素组成甚至起着决定性的作用。当然，物质的元素组成相同，其性质未必相同，这与物质的结构有关。因此，化学上还要依据物质的性质、结构对纯净物进行进一步的研究，这将是学生后续要学习的内容。

2 从化学元素观看“水的组成”及其教学价值

“水的组成”属于人教版教科书（2012版）第四单元课题3的内容。从“化学元素观”的角度看“水的组成”，就是把该部分内容放在物质及其化学变化等学科基本问题中去考量，思考“水的组成”与“化学元素观”的关系、“水的组成”处于什么位置，能起到什么作用，这样可以从对具体知识的理解上升到对学科基本问题的理解。

“水的组成”涉及较为丰富的事实性知识和概念性知识，这些知识与“化学元素观”之间存在的实质性联系可以用“水的组成”知识层级图来体现（见图1）。

“水的组成”这部分内容，借助电解水的实验及生成物的检验等知识，重在认识电解水实验的实质和水的组成，感悟通过化学实验研究物质元素组成的科学过程与方法，并从物质元素组成角度认识纯净物的分类。显然，这部分内容不仅能发展学生从化学的视角来认识水及其变化，而且能为学生“化学元素观”的认识发展提供有力的支撑：第一，根据电解水实验以及对生成的2种气体进行检验，证明水在通电后生成了氢气和氧气，可以揭示水在通电条件下发生了化学变化；第二，根据水在通电条件下生成氢气和氧气、氢气燃烧生成水的实验事实，依据化学反应中元素不变，认识水是由氢、氧2种元素组成的；第三，根据电解水实验，比较反应物（水）和生成物（氢气、氧气）的元素组成特点，认识纯净物可依据元素组成分为单质和化合物，依据水的元素组成特点认识氧化物，发展学生对物质分类的认识；第四，比较反应物（水）和生成物（氢气、氧气）的性质差异，认识物质的性质与其元素组成有关，组成元素不同，物质性质不同。第五，结合之前学生学习的分子和原子的知识，启发学生初步从微观角度认识化学反应的实质，即水在通电情况下发生化学反应，组成水的氢、氧元素的原子重新组合生成了新物质，加深对化学反应中原子种类不变、元素不变的认识；第六，利用电解水实验来研究水的组成，可以启发学生认识不断分解物质直至不能分解为更简单的成分为止，于是就得到了元素的游离态，即“单质”，这是人类研究和认识物质组成的经验方法，通过此实验人们进一步认识了水：水还可再分，即水不是元素；第七，通过对电解水实验中生成氢气和氧气的体积比为2：1的分析，为水的化学式——H2O提供了事实依据，这为学生后续学习本单元课题4化学式与化合价打下了铺垫。可见，“水的组成”是发展学生“化学元素观”认识的重要载体。

3 如何围绕“化学元素观”展开深入学习

“化学元素观”是学生需要形成的体现学科本质的深层次理解，围绕“化学元素观”来展开“水的组成”的学习，需要对学生知识学习与化学观念认识发展等有整体考虑，让具体知识的学习为学生化学观念的认识发展提供支撑，使学生化学观念的认识伴随具体知识的学习而逐渐发展。

3.1以“化学元素观”为统领构建教学内容主线

化学观念是指居于化学学科的核心，体现化学学科本质，对学科的性质、研究对象、研究方法和学科的价值等学科基本问题的深层次理解。要从知识教学转向化学观念教学，就需要站在学科整体的高度，思考具体知识的教学对学科基本问题的渗透与落实，将化学观念的教学具体化，与此同时，需要兼顾课程的要求和学生的实际发展需要。为此，在“水的组成”课堂教学内容主线的设计方面，根据学生的实际和发展需要，以“化学元素观”为统领来搭建学生知识学习和观念认识发展的整体框架，把指向主要教学目标和教学重点的、能体现“化学元素观”的关键性内容具体化为教学任务，以此构建课堂教学内容的主线索，明确教学的核心所在。

基于上述考虑，“水的组成”一课的教学整体思路设计见表2。

3.2围绕“化学元素观”的关键性内容设计引导性问题

教学的目的在于促进学生对知识的深层理解，发展对化学观念的认识。把教学任务转化为问题，用问题驱动学生思维，是通向理解、发展化学观念认识的重要途径之一。为此，有必要思考应该提出怎样的引导性问题。笔者认为，在化学观念教学中，引导性问题是能激发学生思维，对达成教学目标起决定作用的、能体现化学观念的关键性问题，是统领课堂、推进教学的主线索。为此，在“水的组成”教学中，针对学生学习的实际，把指向主要教学目标和教学重点、能体现“化学元素观”关键内容的教学任务转化为统领课堂教学的引导性问题（见表2），为学生的思维过程指引方向。在“水的组成”教学中，要利用引导性问题调动学生参与学习过程，激发学生通过问题的思考去理解所学知识，在问题分析和解决的过程中去反复认识、体验和感悟“元素与物质的分类”、“元素与物质的性质”、“元素与化学反应”等学科基本问题，从而为从元素视角认识物质及其化学变化奠定知识和方法基础。

3.3将学习任务和引导性问题转化为“手脑并重”的学习活动

学生的学习需要通过活动体验来完成。活动设计需要注意活动的内容、方式要与教学目标、教学任务、以及引导性问题相一致，要针对教学任务和引导性问题，设计相应的手、脑并重的多样化活动。围绕“化学元素观”展开深入学习的活动设计，有以下几点考虑：

一是关注新旧知识的联系，注意调用学生的已有知识经验来学习新知识。如任务1中的问题1的设计，学生已经学过利用过氧化氢分解制取氧气，利用学生已知的这个反应可以搭建学习新知识的桥梁，启发学生思考水是由什么元素组成的，以及如何推测水的元素组成等问题。还可以借助这个反应，引导学生思考可以由水分解的产物来推测水是由什么元素组成，这样把学生的思维引向深入。

二是充分发挥实验的作用，为学生的学习和理解提供事实证据。电解水实验是学生学习“水的组成”、理解“化学元素观”的重要手段和方式。在活动设计方面，一方面通过电解水实验、电解水生成的2种气体的检验等，为学生提供丰富的感性认识，另一方面以实验事实为证据，根据实验的观察，引导学生思考：你认为水电解发生了什么变化？根据水在通电条件下生成氢气和氧气、氢气在空气中燃烧生成水的实验事实，由反应前后各物质的元素组成，说明水是由什么元素组成的？为什么？由此引导学生基于实验事实进行分析、推理并获得相应的结论，使学生的认识从感性走向理性。

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一、问题的提出

培养学生的科学素养是科学教育的一个永恒目标。新课标提出，化学课程的基本理念是 “立足于学生适应现代生活和未来发展的需要，着眼于提高21世纪公民的科学素养，构建‘知识和技能’、‘过程和方法’、‘情感态度和价值观’相融合的高中化学课程目标体系。” 新课标在教学建议别强调要重视引导学生形成基本的化学观念。使学生形成基本的化学观念是化学学科的一个重要教学目标，元素观是化学观念中的核心观念。

二、中学生元素观建构现状的调查

1、调查目的

为了了解中学生对元素观建构的情况及其存在的问题，本文以解释性问题为基本方式，通过调查问卷的方法进行研究。要求学生解释和回答的问题主要涉及与元素观相关的核心基本概念。

2、调查项目设计及评分标准

元素观调查问卷

1.谈谈你对元素的认识。

2.谈谈你对元素性质的认识。

3.从化学的角度谈谈你对物质的认识。

4.谈谈你对物质转化的认识。

5.结合碱金属的学习，谈谈你对金属性的认识。

6.结合卤素的学习，谈谈你对非金属性的认识。

研究者首先对学生进行编码，然后对每一个学生的每一项作答的关键性表述用红笔画出，根据评分标准打出分数。对元素的理解和元素性质的理解按照作答的错误性、朴素性和期望性水平进行编码，其中作答水平错误的定为水平1、朴素水平的定为水平2、理想水平的定为水平3。本研究对于作答者物质和物质转化的认识的分析，是根据他在项目中的作答情况进行的。其中作答为认识水平的定为水平1、知识的理解不全面定为水平2，知识的理解定为水平3。本研究对于作答者金属性和非金属性的认识的分析，也是根据他在项目中的作答情况进行的。其中作答为只说出知识是什么的定为水平1、还能用结构进行解释的定为水平2、能形成模型化理解的定为水平3。

3、调查方法

调查选取洪洞一中高一两个班399，400的学生。共发放问卷83份，收回有效问卷83份。其中，399班43份，400班40份。调查在2015年2月24日晚自习进行，测试时间45分钟。作答是在研究者的监控之下进行的，以保证作答的真实性。

4、结果分析

分析结果表明，高一学生对对元素的理解回答错误的达到了84.33%，处于朴素水平的有13.25%，处于理解水平的只有两个同学，对元素性质的理解回答不出来的就有68.67%，处于朴素水平的有24.10%，处于理解水平的只有三个同学，对物质的认识处于认识水平的学生有62.65%，处于理解水平的也只有三个同学，有33.73%的同学虽有了一定的理解，但还存在缺陷，只能在水平2。对物质转化的认识情况稍好一点，有89.16%的学生处于认识水平，对金属性和非金属性的调查显示，有60.24%的学生知道具体元素的金属性和非金属性是什么，但却不知道为什么，不能从结构方面去分析，仅有24.10%的学生能运用结构理论去分析为什么的问题，但还形不成性质研究模型，有3.16%的同学能运用模型去解决问题，说明他们已经具备了一定的化学观念。

以上分析可以看出，高一学生的元素观大多处于水平1程度，说明尽管经过了初中的学习和中考，但绝大多数学生元素观的意识和建构都处于较低的状态和水平。从调查结果看，尽管学生对元素的概念有一定的认识，但是，理解层次浅，水平低。

5、本次调查揭示的问题

学生形成和运用元素观的情况较差。这与目前教学中较重知识和技能的传授，而不重视学生科学观念的形成有关。

三、元素观建构的教学策略

根据化学元素观的内涵以及上述建构原则，结合教学实践，提出化学元素观建构的教学策略。

（1）在元素概念基础上形成物质的基本分类

元素概念是化学科学的一个基本概念，是中学生化学学习中的一个核心概念。通过元素概念的学习，使学生形成物质的元素性认识，认识到几千万种物质只是百十余种元素的基本组合。从元素组成的角度学习物质的分类，对物质世界形成有序的认识，纯净物可以分为单质和化合物，化合物可以分为氧化物，酸、碱、盐等。通过酸、碱、盐通性的学习，使学生认识到物质的性质与物质的组成有关，物质的组成的相似性可能导致物质的性质的相似性。通过单质、氧化物、酸、碱、盐之间关系的学习，使学生了解各类物质之间的转化关系，在此基础上进一步体会按照元素组成对物质进行分类的意义。

（2）在原子结构认识的基础上理解元素是如何形成物质的

在元素概念的基础上，形成了对元素与物质关系的基本了解，但要真正理解元素与物质的基本关系，必须理解元素是怎样组成物质的以及一种元素为什么能组成不同的物质。而要达到这样的理解，必须从原子结构的角度进行认识。元素的原子由原子核和核外电子构成，电子在原子核外很小的空间内作高速运动。在化学反应中，原子核没有变化，只是核外电子运动状态发生了变化，从而造成物质组成和性质的变化。

（3）在元素周期律学习的基础上形成元素性质研究的基本模型

元素周期律归纳了看似杂乱无章的化学元素之间的相互联系和内在变化规律，提示了元素周期律的实质是元素原子的结构呈周期性变化。元素在周期表中的位置反映了元素原子结构的特点以及由此决定的元素的性质，因此，可以根据某元素在元素周期表中的位置，推测它的原子结构和有关性质。元素的金属性和非金属性与元素的相关物质的性质存在着基本的关系。从元素的原子的结构或在周期表中的位置可以预测其金属性和非金属性，进一步预测相关物质的性质。

（4）在专题性学习中建构化学元素观

化学元素观的内涵极其丰富，其中涉及许多化学概念的学习和化学事实的学习，但是由概念和事实转化为观念并不是一个自动的过程，需要通过“观念为本”的专题性学习帮助核心观念的形成和建构。美国学者艾里克森提出了“观念为本的教学”设计方法：（1）把核心观念转化成一些基本理解；（2）把基本理解以“基本问题”的形式表达，以问题驱动教学和学习，促进学生的基本理解；（3）根据基本问题设计教学活动、学习活动和评价活动，让学生在参与基本问题的讨论和学习中达到基本理解，形成核心观念。

（5）在元素观指导下的应用性学习中丰富元素观

化学元素观建构的价值就在于形成化学的思维方法指导化学的学习和研究。因此，在学生的化学元素观达到一定水平的时候，就要充分利用已经形成的元素观指导新的相关内容的学习，通过应用性学习进一步丰富化学元素观。

参考文献：

篇（4）

作者简介：成杭新(1964—)，男，博士，研究员，主要从事勘查地球化学与生态地球化学研究。

地球化学背景(GeochemicalBackground)的概念最早源于勘查地球化学，经典的勘查地球化学教科书定义的地球化学背景是指无矿地质体中元素的正常丰度[1]或者一个地区元素含量的正常变化[2]。地球化学背景概念的引入是为了区分元素的正常含量和异常含量，超出正常丰度或正常变化范围的数据。对勘查地球化学而言，通常是指所研究的元素具有异常(正或负)含量，可能是矿床存在的一种指示或蚀变过程导致的元素迁出；对环境地球化学而言，可能是污染存在的一种指示或生态系统中该元素的严重缺乏等。因此环境地球化学中的背景通常是指在未受污染影响的情况下，环境要素中化学元素的含量。反映了环境要素在自然界存在和发展过程中，本身原有的化学组成特征。

工业化革命以来，人类活动释放的污染物已在地球表层土壤中得到大量累积，污染物的持续累积不但显著改变了地球表层土壤中化学元素的自然背景水平和分布模式，也导致一系列生态危害事件的频现，美国Adirondack山脉中的BigMoose湖，因长期接受上游工业排放的SO2，使湖泊水体和沉积物pH值陡然下降，导致鲈鱼、白鱼、鲤鱼等水生动物大量死亡[3]，而欧洲200余年的工业化历史，使中欧地区土壤显著酸化和土壤中的铝大量活化，导致大片森林中毒死亡[4]。为科学认识土壤环境质量现状、并通过环境立法保护土壤环境质量不再进一步恶化及预测未来环境变化趋势，最近20年文献中对地球化学基准(GeochemicalBaseline)的概念和应用途径进行了广泛讨论[5-6]。虽然不同作者对地球化学基准科学含义的表述还不完全一致，但一般是指地球表层环境介质定时间点某个元素或化合物的实际含量。它既包括自然背景浓度，也包括人类活动成因导致的扩散浓度的贡献[7-11]。

1978年至今，中国的工业化和城镇化进程取得了未曾预料到的重大进展，城市数量已从1978年的122个增加到2011年的655个，城镇人口数量也从1978年占中国总人口的17.9%增加到51.3%[12]。由于城市人口众多、工业密集，是人类活动及化学元素污染释放的主要场所，大规模城镇化进程已使中国大气、水及土壤环境质量全面恶化[13-19]。中国曾于20世纪80年代开展过中国土壤背景值研究[20]，但因受采样密度及样品布局的制约，未能颁布城市土壤化学元素的背景值数据，严重制约了对中国城市土壤环境质量现状的认识和评价。

本文利用中国地质调查局组织实施的多目标区域地球化学调查与评价项目及中国土壤现状调查及污染防治专项的数据资料，通过对中国31个省会城市土壤化学元素组成特征的统计分析及城市土壤化学元素背景值和基准值计算方法的讨论，确定中国城市土壤化学元素的背景值及基准值，其主要目的是为科学认识城市土壤化学元素的环境质量现状及政府部门制定有效监管措施提供依据。

1数据来源

1.1城市选择

研究对象包括除香港、澳门和台北以外的中国31个省会城市，也即北京、成都、福州、广州、贵阳、哈尔滨、海口、杭州、合肥、呼和浩特、济南、昆明、拉萨、兰州、南昌、南京、南宁、银川、上海、沈阳、石家庄、太原、天津、乌鲁木齐、武汉、西安、西宁、长春、长沙、郑州、重庆。

各城市的边界以建成区范围为主，同时兼顾各城市未来的城区扩展态势，一般以各城市的绕(环)城高速范围作为各城市的研究区，31个省会城市累计城区面积达15196km2。

1.2样品采集和分析测试方法

中国从1999年至今实施的多目标区域地球化学调查与评价项目是一项以土壤地球化学测量为主，兼顾湖积物与近岸海域沉积物测量的国家地球化学填图项目。该项目采用1样/km2、1个组合样/4km2的密度采集0~20cm的地表土壤样品，1样/4km2、1个组合样/16km2的密度采集150~180cm的深部土壤样品[21]。城市地区采样密度一般为1~2点/km2，样品采集一般选择在公园、寺庙、绿化带及其他较为稳定的、相对扰动较小的部位，采样时尽量避开新近堆积土。采用统一的分析测试技术要求和相同的质量监控措施分析测试每个样品中的52种元素(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和有机碳(Corg)[22-23]。截止到2012年底，该项目调查面积达170万km2，覆盖中国31个省会城市[24]。

1.3数据来源

根据各城市的选定范围，从中国多目标区域地球化学调查与评价数据库中提取相应范围内表层和深层土壤样品中的52种元素及pH和Corg数据。分别涉及表层和深层土壤样品3799件和1011件，累计数据259740个。

2数据处理方法

2.1不同深度土壤样品的科学含义

中国多目标区域地球化学调查在每个采样点上分别采集了0~20cm和150~180cm两个深度的土壤样品，也即表层和深层土壤样品。前者不但包括了成土母质中化学元素的自然地质背景含量，同时还叠加有人类活动带来的外源化学物质；后者因受到较少的人类活动影响，其化学元素组成更接近成土母质。因此表层土壤中化学元素的含量水平代表的是土壤地球化学基准，深层土壤化学元素的含量水平则反映的是土壤地球化学背景。

2.2中国城市土壤地球化学背景和基准的计算方法

自从Ahrens(1953)在花岗岩中发现元素的分布服从对数正态分布以来[25-26]，勘查地球化学家通过对地球化学数据分布形式(正态或对数正态)的检验，来计算地球化学背景值。当数据既不服从正态也不服从对数正态分布时，通常通过剔除算术平均值加减2或3倍标准离差的离群值后，再次进行分布形式的检验，以使数据服从正态或对数正态分布[27]。但剔除出的数据在找矿地球化学研究中往往是包含重要找矿信息的异常值，而在环境地球化学评价中则是包含污染信息的数据。因此采用剔除异常数据的方法不能客观刻画实际数据所隐含的真实状况。

成土母质是地球化学基准和背景浓度的重要控制因素，不同的成土母质或地质背景应具有不同的地球化学基准和背景浓度。中国地域辽阔，不同城市所处的气候条件不同，所在的地质背景也差异极大，如横卧在北京城西边和北边的太行山和燕山山脉的岩石风化产物是北京市土壤的成土母质，古都西安的土壤主要以风成黄土为主，而西江水系河流冲击物的长期堆积则是广州市土壤成土母质的主要来源。因此中国城市土壤化学元素数据集即使以正态或对数正态分布，但也不具有同一成土母质或同一自然成土过程的含义，对表层土壤样本(n=3799)和深层土壤样品(n=1010)的正态和对数正态分布检验也证实除深层样本中的SiO2服从正态分布外(图1)，其他元素均不服从正态或对数正态分布。因此不能采用剔除平均值±2或3倍标准离差的方法来获取中国城市土壤的地球化学背景和地球化学基准值。

针对城市土壤地球化学数据的上述特点，文献中提出用中位值(XMe)与绝对中位值差(medianab-solutedeviation，MAD)的稳健统计方法来描述地球化学背景值和基准值的变化范围，以消除一些与均值相差较远的离群数据在求均值和方差时，尤其是求方差时对结果产生较大的影响[28-29]。其中XMe和MAD可分别用下列公式计算：

对中国城市土壤而言，城市表、深土壤数据集的中位值(XMe)分别代表中国城市土壤的地球化学基准值和背景值，以Me±2MAD表示基准值和背景值的变化范围。

2.3单个城市土壤地球化学背景和基准的计算方法

单个城市由于它的地理位置和气候条件明确，城市空间范围内的土壤基本为同一成土母质，其形成过程也是同一气候条件作用下的产物，因此在估算单个城市的化学元素背景或基准值时，先对原始数据进行正态检验，并用算术平均值()代表背景值或基准值，用(±2S)代表变化范围，其中S为标准离差。对不服从正态分布的化学元素进行对数正态检验，当数据服从对数正态分布时，将几何平均值(g)和几何标准离差(S)还原为实数后，用(÷2S)和(×2S)代表背景值或基准值的变化范围。对既不服从正态也不服从对数正态分布的元素，则采用中位值和绝对中位值差的稳健统计方法来估算该元素的背景或基准值。

2.4化学元素背景的变化率

城市土壤化学元素的背景值受成土母质控制，反映的是一种自然地质背景。随着人类活动的广度和深度的不断加强，人类活动可显著改变土壤化学元素的自然背景。为了客观评价自然背景的变化程度，这里用化学元素自然背景的变化率(ΔRCi)来度量元素自然背景的变化状况，其计算公式为

式中：ΔRCi是指元素i自然背景的变化率；GBLi是指i元素的地球化学基准值；GBGi是指i元素的地球化学背景值。当ΔRCi>0是指i元素的地球化学背景增加，ΔRCi<0是指i元素的地球化学背景下降，ΔRCi=0则指i元素的地球化学背景未发生变化。

当ΔRCi>0是指i元素的地球化学背景增加，ΔRCi<0是指i元素的地球化学背景下降，ΔRCi=0则指i元素的地球化学背景未发生变化。当|ΔRCi|≥100时，表示i元素为极显著增加或减少状态；当50≤|ΔRCi|<100时，表示i元素处于显著增加或较少状态；当0<|ΔRCi|<50时，表示i元素处于增加或减少状态。

3结果与讨论

3.1中国城市土壤地球化学基准值/背景值特征

中国城市土壤52种化学元素及pH和Corg统计显示(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种元素或化合物的背景值高于中国土壤背景值，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种元素或化合物的背景值低于中国土壤背景值。Au、Cl、Ga、N、Nb、P、S、SiO2和TC等9种元素或化合物因缺中国土壤背景值数据情况不明。

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种元素的基准值明显高于背景值。其中Corg、Hg、Se、S、TC、N的基准值分别较它们的背景值增加了331%、220%、146%、142%、130%、125%，表明上述6个元素的地球化学背景发生了极显著的增加，致使地表地球化学基准值显著高于各自的地球化学背景值；而Br、Cd、P的地球化学背景的变化率ΔRCi为50%~100%，呈现显著增加的特征；Ag、Au、Bi、CaO、Cl、Cu、Mo、Pb、Sb、Sn、W和Zn的ΔRCi为10%~50%，指示这些元素的地球化学背景呈增加的变化趋势；其他31个元素的地球化学背景基本未发生变化。

元素地球化学背景变化率清晰地指示中国大规模工业化进程所带来的重大生态环境问题。文献资料显示化石燃料燃烧是黑碳颗粒、Hg、Se释放及酸雨形成的主要原因[30-34]。最近30年，中国化石燃料燃烧释放的碳已从1980年的4亿t增加到2010年的22亿t[35]，Hg、Se释放量也由1980年的73.59t、639.7t，增加到2007年的305.9t和2353t[33]，上述释放物在大气干湿沉降的作用下，最终沉降到地表，显著改变了地表土壤有机碳及总碳、Hg和Se的分布模式，可能是城市地表土壤Corg、Hg、Se、S、TC、N背景值发生极显著/显著变化的主要原因。而大规模的有色金属(Cu、Pb、Zn、Cd、Ag等)开采和冶炼活动及中国Sb、Sn、W等特有矿产的矿业活动使土壤中重金属元素的地球化学背景发生了显著变化。

3.2各城市土壤地球化学基准值/背景值特征

中国31个省会城市土壤化学元素的背景值示于表2~32，各个不同城市因其所处地理位置及地质背景的差异。各元素的具体含量特征在此不予描述。但Cl、CaO、Hg、Na2O和S的背景变化特征明显区别于其他元素。

不同城市土壤的Cl元素背景值差异巨大，中国城市土壤Cl元素的背景值为70mg/kg，背景变化区间介于24~116mg/kg。几个北方城市，如兰州(613mg/kg)、乌鲁木齐(469mg/kg)、西宁(432mg/kg)、天津(296mg/kg)、呼和浩特(236mg/kg)、拉萨(149mg/kg)、济南(126mg/kg)的背景值均超出中国城市土壤Cl地球化学背景变化的上限，表明在长期的自然演化过程中，上述几个城市的土壤具有较高的Cl地球化学背景。

中国城市土壤CaO的背景值为1.65%，华北和西北的城市土壤CaO背景值(3.23%~9.64%)普遍高于南方和东北近1个数量级，中国城市中CaO背景值最高的是西宁市(9.64%)，最低的为海口(0.16%)，显示出成土母质及不同的气候带对CaO地球化学背景的控制作用。

中国城市土壤Na2O的背景值为1.41%，背景变化区间介于0.52~2.31%。虽然各城市的Na2O背景值均在背景变化区间之间，但不同城市的Na2O背景值存在数量级之间的差异，其中乌鲁木齐Na2O背景值为2.22%，是南宁(0.10%)的22倍之多。总体规律表现为北方城市Na2O的背景值高于南方城市，也充分显现出成土母质及不同气候条件对Na2O地球化学背景的控制作用。

中国城市土壤Hg的背景值为0.042mg/kg，背景变化上限为0.088mg/kg。其中贵阳(0.202mg/kg)、广州(0.147mg/kg)、昆明(0.132mg/kg)、南宁(0.112mg/kg)、福州(0.111mg/kg)和拉萨(0.092mg/kg)城市土壤的Hg背景值高于中国背景变化的上限，属于高背景地区。沈阳、太原、北京、合肥、天津、南京、哈尔滨、西宁、乌鲁木齐、郑州、济南、长春、石家庄、呼和浩特、兰州、银川16个城市土壤Hg的背景值介于0.017~0.040mg/kg，低于中国城市土壤Hg的背景值。

中国城市土壤S的背景值为146mg/kg，背景变化区间介于22~270mg/kg。中国有18个城市的土壤S背景值高于中国背景值，其中西宁(1886mg/kg)、乌鲁木齐(1083mg/kg)、兰州(950mg/kg)、福州(641mg/kg)、海口(428mg/kg)、广州(356mg/kg)、上海(327mg/kg)、太原(317mg/kg)和天津(273mg/kg)的背景值大于中国城市土壤S背景变化的上限值。

由此可以看出，在开展城市土壤环境质量评价时，分别采用各个城市的背景值较采用中国土壤背景值，能更客观地度量人类活动对自然背景的影响程度。

3.3地球化学背景变化特征

中国31个省会城市土壤化学元素ΔRCi的计算结果示于图2~4，图中显示Corg和N的ΔRCi值均大于0，指示土壤有机碳和氮的自然背景均被显著改变。对福州、广州而言，因土壤有机碳含量呈显著增加状态，拉萨和呼和浩特则为增加状态，其他21个城市因ΔRCSOC>100，指示土壤Corg属极显著增加状态。除呼和浩特ΔRCTC<0外，其他所有城市土壤TC均呈增加趋势。其中武汉、成都、长春、长沙、合肥、南昌、南宁、贵阳、哈尔滨、沈阳、石家庄、昆明、南京、海口、北京、济南、福州、郑州、广州和上海ΔRCTC>100，乌鲁木齐、重庆、天津、太原、杭州50<ΔRCTC≤100，银川、西安、兰州、西宁和拉萨10≤ΔRCTC<50。

除呼和浩特外，中国30个城市土壤P的ΔRCP均大于0。中国有22个城市土壤N的自然背景呈极显著增加；海口、昆明、福州、重庆、沈阳、银川和西宁7个城市表现为显著增加，拉萨和呼和浩特则为增加状态。已有的文献资料已证实农田施肥是地表土壤N、P增加的主要原因，但过量的N、P肥可通过大气循环沉降到地球表面，使城市地表土壤也出现N、P的显著累积。

除南宁、拉萨、呼和浩特外，其他城市土壤均表现为ΔRCHg>100，并按北京(819)、成都(602)、天津(597)、石家庄(440)、沈阳(413)、济南(400)、长春(340)、西安(312)、南京(293)、杭州(264)、兰州(244)、哈尔滨(237)、合肥(223)、上海(220)、乌鲁木齐(183)、广州(175)、太原(172)、长沙(165)、福州(161)、武汉(159)、银川(135)、郑州(130)、南昌(119)、西宁(104)、昆明(92)、重庆(63)、海口(53)和贵阳(29)顺序递减，指示中国城市土壤Hg的自然背景普遍发生改变，地表土壤Hg已显著累积。Ag、Au、Bi、Cd、Cu、Mo、Pb、S、Sb、Se、Sn、Zn等元素表现出与Hg类似的变化特点。

各元素ΔRCi最大值分布的城市也不尽相同，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最大值分别分布在天津、上海、沈阳、长沙、广州、北京、上海、沈阳、成都、上海、石家庄、杭州和广州。Au、Mo和Sb的最大值同时出现在上海，Bi和Pb的最大值同时出现沈阳，Cu和Zn同时出现在广州，充分显示大型综合性城市工业结构或悠久的工业发展历史与重金属累积复杂组合之间的因果关联。

城市土壤CaO自然背景含量也呈显著增加的特点，这可能与中国城市发展过程中的大规模建设活动有关。

出乎意料的是，除金属元素及N、P、TC和Corg外，城市土壤中Cl和Br的自然背景也普遍发生变化，需引起关注。

4结论

通过对中国31个省会城市表层土壤和深层土壤中52种化学元素及pH和Corg实测数据的计算获得中国城市土壤及各个省会城市土壤化学元素的背景值和基准值，为定量研究中国城市土壤的环境质量状况及演变趋势提供了参考标准。

篇（5）

一、化学元素周期表的发展

将化学元素按性质分类排列的第一张化学元素周期表是法国化学家拉瓦锡在1789年出版的著作《化学基础概念》。随后，1869年俄国化学家门捷列夫将当时已知六十几种元素按照原子量的大小加以区分并排列成一张表，他把化学性质类似的元素排在相同的一个横行，这就是历史上第一份成型化学元素周期表，它的诞生方便并影响着化学科学，之后，许多科学家对其规律进行研究，其中英国的科学家莫色勒在1913年利用“X射线实验”发现元素的原子序数（即核电荷数）越大，X射线频率越高的规律，他将元素按照核内正电荷数目排列并修订，这才成为当今我们所使用的化学元素周期表。在化学教科书字典、词典中，都会附着这样一张“化学元素周期表”。这张小小的表揭示了客观物质世界的奥秘，它将一些看起来毫无联系的元素联系起来，构成了一个完整且具体的物质世界，元素周期表的发明是近代化学史上的一个伟大成就，其对于化学科学的探索与发展起了里程碑式的作用。

二、认识化学元素周期表

在化学元素周期表里，以元素的原子序数从小到大依次排列，原子序数最小的（H）排在最先。科学家们将元素按照原子序数递增的规律，将电子层数相同的元素放在同一横行，横行称为周期；将最外层电子数相同的元素放在同一纵列，一个纵列称为族。元素周期表目前排列已有7个周期，16个族。这七个周期分为：三个短周期（1，2，3）、三个长周期（4，5，6，）、一个不完全周期（7），其中16个族又分为7个主族（ⅠA，ⅡA，ⅢA，ⅣA，ⅤA，ⅥA，ⅦA），7个副族（ⅠB，ⅡB，ⅢB，ⅣB，ⅤB，ⅥB，ⅦB），一个第VⅢ族（包括三个纵行）以及一个零族。

（一）周期规律

同一周期内，从碱金属到惰性气体，元素都拥有相同的核外电子层数，且元素最外层电子数依次递增，原子半径逐渐减小（零族元素即惰性气体除外），失去电子的能力逐渐减弱，获得电子的能力逐渐增强，金属性递减，非金属性递增。从左到右，元素的最高正氧化数依次递增（无正氧化价者除外），最低负氧化价也依次增加（第一周期以及第二周期的O、F除外）。

（二）族规律

同一族中，自上而下，最外层电子数相同，核外电子层数逐渐增加，原子序数递增，元素金属性递增，非金属性递减。

早期化学元素是按照元素性质进行分类，即原子量、质子数、原子核电荷的多少进行分类，在现代周期表中，元素根据原子序的顺序从左至右排列，并在每个惰性气体后另起一行开始排列新一个周期。新一行周期的第一个化学元素一定是碱金属，该碱金属的原子序数比上一个周期的惰性气体序数大1（例如，惰性气体氙的原子序数为：54，而新一行周期由碱金属铯开头，其原子序数为：55，铯的原子序数比氙的原子序数大1）。

三、元素周期表的传统教学方式

虽然在生活中化学随处可见，但它的不易不同于物理的宏观直观性，化学的现象是本质的反映，其有些本质却并不可视，故其难在抽象。

传统的化学教学，像化学这样抽象的教学既要言传板书，又要模型、试验的演示，对于一名教师来说可谓捉襟见肘了。经济水平决定教育条件，发达地区的化学教育自然面面俱到，而高昂的化学药品让贫困地区无法负担。曾明确指出实践是检验真理的唯一标准，自然科学的学习如果只到书本中的知识为止，那么还只是说到问题的一半，对于化学知识的学习即是如此，如果只学习理论知识不加以实践，那么“认识”则始终无法得以升华，知识也将停滞不前。

四、化学元素周期表的教学中多媒体运用

化学的实践性很重要，如何解决平困地区化学教学的尴尬境地，就需要运用到多媒体教学了。首先，教师应该详细并全面收集资料，参照实体化学元素周期表，制作一张化学元素周期表涵盖教学知识的课件。其次，用超链接把对应的元素与其知识点联系起来。最后在课堂讲授时点开元素周期表中超链接的相应元素展示对应知识点，对应的实验演示以及元素周期表中元素对应性质的展示辅助教学。

（一）课件的特点

1.信息量大。多媒体课件能提供丰富的信息和资料，让教学环境更加丰富有趣。即可节约宝贵的上课时间，又能传递更多的知识，即能增加课堂的趣味性，也可增加学生的知识面。

2.界面美观，操作简单，指示明确。多媒体课件的界面简洁清爽，提供的内容与开设的教学环境能让老师轻松把握。

3.教学重点、难点更加突出。利用多维的动画与视频可使抽象、难以理解的现象和知识直观化、可视化，拨开学生认知领域的迷雾。

4.增加同学们的求知欲。多媒体课件的动画演示、声音环绕、文本展示等可以给学生带来感官上的综合性刺激。这样的刺激能有效集中学生的注意力，使学生产生学习兴趣，增加学生学习知识的欲望。

（二）课件要求

1.内容简洁明了。课件内容应该要求准确、简洁，避免学生产生倦怠感。

2.色彩搭配协调。色调要鲜明，不同主题运用不同的色调来体现。

（三）课件制作

检查电脑是否安装WPSOffice、Powerpiont、Excel软件。

首先，用Powerpoint制作需要的课件。如：用Powerpoint制作H的相关课件，完成后点击保存。

然后，用Excel或WPSOffice制作一张元素周期表，点击保存。

最后，点开制作的元素周期表用超链接将制作的课件与相应的元素链接起来，保存即可。

具体地说，所制作的课件点击鼠标后显示的要求是：①在整个周期表中的位置，即周期和族，用带色的突出显闪烁提示，②元素符号的正确读音，中文名称，③标出原子序数、原子量，④核外电子层排布式，⑤主要物理性质，⑥主要化学性质，⑦发现历史，当今的主要应用等展示在眼前。制作的课件可使教师更加有效的反思及升华课件内容，提升知识覆盖与教学效果。

多媒体在教学中的运用能为教师留出更多宝贵的时间，让老师与同学之间的交流能更加深入密切，同时能更加有效地提高教师教学的效果和学生学习的效率。多媒体课件的制作方法多种多样，本人只介绍一种简单易操作的方法，有能力人士可制作更加精美的课件。

篇（6）

罗伯特・波义耳(Robert Boyle, 1627-1691)生活在英国资产阶级革命时代，也是近代科学开始发展的年代。他是第一个明确阐述化学元素本性的科学家，他又是一位杰出的实验物理学家和实验化学家。他在前人的基础上研究气体的体积和压力的关系，总结出了物理学的基本定律之一――波义耳定律。波义耳一生做过很多的化学实验，是第一个发明指示剂的化学家，并首先为酸、碱下了明确的定义。他还是定性分析化学的先驱，创造了多种定性检验盐类的方法。由此可见，波义耳是十七世纪极具成就的化学家和近代化学的奠基人之一。

1对化学元素本性的明确阐述

化学最早是以炼金术的原始形式出现，到了16-17世纪化学开始摆脱了炼金术的束缚，医药化学和冶金化学随之兴起。瑞士医生帕拉塞斯是医药化学的代表人物，他用化学方法制成药剂(主要是无机化合物)来治病。医药化学派的主要观点是：化学研究的目的不是炼金术中的点石成金，而应当是制药。冶金化学的代表人物是德国冶金学家阿格里柯拉，他不像炼金术士那样只追求一种金属――黄金，而是广泛地研究各种矿物的特征以及选矿、矿物分析和冶炼的方法。冶金化学派强调化学的目的是提炼有实用价值的金属。

由此可见，波义耳当时所处的时代是化学处于从属于医学和冶金学的地位，还没有成为一门独立的科学。波义耳理性地思考了他所面对的化学现状，并结合亲身的实践，认识到化学应该有其自身的研究目的，而不是医学和冶金学的从属物，化学应该寻求自身的解放。在1661年出版的《怀疑派化学家》一书中，波义耳明确指出：“化学家们至今仍然遵循着过分狭窄的原则，这些原则不要求化学家具有广阔的视野，而只把制药和提取金属作为自己的任务。我则完全从另外一种观点来看待化学；我既不是一位医生，也不是冶金家，而是从哲学家的观点来研究化学。”

在波义耳看来，化学应当把世界万物的本原――元素，作为自身的研究对象。诚然，“元素”观念的提出可以追溯到遥远的古代。但是，对化学概念的元素作出比较科学的阐述应当从波义耳算起。为什么这样说呢？同样，可以在《怀疑派化学家》一书中找到答案。波义耳明确指出：“我所指的元素，就是那些化学家讲得非常明白的要素，两者意思相同，也就是指某种原始的、简单的，一点也没有掺杂的物体。元素不能用任何其他物体造成，也不能彼此相互造成。元素是直接合成所谓完全混合物的成分，也是完全混合物最终分解成的要素。”在这里，元素就是要素，而“完全混合物”，波义耳是指与机械混合物不同的化合物。由此可见，波义耳把元素看作是物质分解的限度，同时又是组成物质的基本成分。从此，人们区别单质(元素)、化合物及混合物有了一个比较科学的标准，化学的研究和发展开始复归到了它真正的出发点。

波义耳这种对化学元素本性的明确阐述，就其思想实质而言，是对古代元素观念的继承和发展。古代元素观认为，元素是构成万物的基础、始原、原初物质，并把可感觉的实物或性质(例如水、火、土、气或冷、热、干、湿等)看作这种本原；万物由其产生，万物又复归为它。波义耳把元素看作组成化合物的基本成分、简单物体；化合物由它组成，化合物又分解为它。在这点上，波义耳的元素概念和古代元素观的思想是相通的。同时，波义耳的元素概念又不同于古代元素观，在思想内涵上有发展、有创新。这种发展与创新主要表现在关于元素的质和量两个方面。

在质的方面：波义耳所指的“元素”，不是性质或性质的载体，而是简单物质或简单物体，这种物质(作为元素的物质)是分解的限度。在这里，波义耳把不可分解性和简单性视为元素的属性；而且，他还将元素与化合物相对立、相联系。而古代元素观只是指出元素是万物的本原，它或是某种具体的实物或是某种原始的性质，仅此而已。

在量的方面：古代元素观认为，元素或是一种或多种(例如四元素说、三要素说等)，都是那些人们已知的东西。摆在人们面前的任务不是去发现元素，而主要是用元素观念解释遇到的现象。而波义耳的元素概念则蕴含着这样的思想――凡不能分解、组成其他物体而不由其他物体组成的就是元素。因此，没有预设或规定自然界究竟存在有多少种元素，而应当去发现元素、去探求哪些物质是简单的、构成其他物质的基本成分，哪些物质是元素。从这点上说，波义耳对元素本性的阐述具有方法论上的指导意义。

总之，波义耳作为第一个明确阐述化学元素本性的科学家，既反对把化学归结为炼金术，也不同意把化学附属于医药学和冶金。他认为化学应把元素及其化合物作为化学研究的对象，化学应当为自身的目的去进行研究，即研究物质的组成及其化学变化。可以认为，波义耳的这种对化学元素本性的理性思考和科学阐述，是对化学自身发展的一种思想上的解放。从此，化学开始从炼金术的桎梏和医药学的附庸下独立出来，逐步发展成为一门科学。

2把严密的实验方法引入化学研究

罗伯特・波义耳出身于爱尔兰的贵族世家，在国内外受过良好教育。在中学时期，他除了阅读传统的图书和学习实用数学外，还对选择自然科学方面的新课程(例如天文学和物理学)表现出了浓厚的兴趣。后来因战乱，波义耳的家道开始中落，他转而学习医学和农业。在学习医学的过程中，他接触了化学知识和化学实验，制备了多种药品。这些实践活动使波义耳很快成为一名训练有素的实验化学家。1641-1643年间，他还去法国、意大利、瑞士等国游学考察，期间他阅读了大量英文、法文、拉丁文方面的化学著作和其他科学论著。1646-1647年间，波义耳在伦敦加入了名为无形学院的俱乐部。这是个创始于1644-1645年间的自然科学爱好者的民间组织。每周集会一次，座谈新兴的自然科学问题。无形学院的会员大多数是众多领域的业余科学家。活动期间，会员们集思广益、相互启迪，经常碰撞出智慧的火花。无形学院后来在1662年被官方正式命名为“英国皇家学会”。1680年波义耳被选为皇家学会主席，但他谢绝就职。

以上这些丰富的阅历和文化薰陶，培育了波义耳，使他成为富有创造能力的科学思想家。他通过周密思考和实验活动，相信化学应该是一门重要的理性科学，而不仅仅是一种实用的工艺(当时指制药和冶金)，更不是那种空想的玄学(系指炼金术)。波义耳一生都在为实践自己的这些观点而努力奋斗。他虽然是一位贵族，但是从不重视这种世袭的荣誉。他对贵族们的社交活动不感兴趣，却爱好在宁静的环境中专心科学研究，在他的家庭实验室里从事科学观察和实验活动。波义耳认为，只有观察和实验才是形成科学思想的基础。科学上不存在凭空产生的假说，只有通过观察物质的性质和行为才能产生合理的结论。他还说过：“不应该把理性放在高于一切的位置，知识应该从实验中来；实验是最好的老师，空谈和舌辩都无济于事。”波义耳主张研究化学，首先要引入严密的和科学的实验方法。

波义耳一生做过的实验众多，并在论文中对实验方法及其结果的描述极其详尽，这在同时代的科学家中是绝无尽有的。正是在这种严密而又科学的实验基础之上，波义耳卓有成效地在多个领域开拓前进：对于气体及其性质的研究；关于产生火、热、光等现象的本质的探讨；对酸、碱和指示剂的研究；对磷光现象及多种分析方法的研究。他还通过细心的观察总结出了波义耳定律。此外，他还对冶金、 医学、 化学药品、染料及玻璃的制造及应用作出过贡献。

以下，我们择其在两个重要领域的贡献，介绍如下：

2.1指示剂的发明

波义耳对于化学反应中的颜色变化善于观察、颇感兴趣。他是第一位把各种天然植物的汁液用作指示剂的化学家。他在《颜色的实验和观察》、《矿泉的博物学考察》等书中，描述了产生颜色变化的方法以及怎样利用植物的汁液做指示剂以显示这类颜色的变化过程。例如，“用上好的紫罗兰的浆汁(即由这种花浸渍出来的染料液)，滴在一张白纸上，再在上面滴2-3滴酒精。当醋或其他的酸液滴在这种浸有植物浆汁和酒精的混合物的纸上时，就会发现植物的浆汁立即从蓝色转变成红色。运用这种方法的优点在于：在做实验时只需使用少量的植物浆汁，就能使颜色的变化十分明显。”波义耳使用过的植物的种类很多，例如有紫罗兰、玉米花、玫瑰花、苏木(即巴西木)、樱花、洋红和石蕊等。在这些指示剂中，有的被配成溶液，有的被做成试纸的形式。令人叹为观止的是，波义耳的这些发明的生命力如此长久，以致我们现在还在经常使用这种古老的方法，例如石蕊试纸。

波义耳还发现指示剂的颜色变化可以有效地用来检验酸和碱。几乎所有的酸都能使某些蓝色的果汁变成紫红色，没有这种显色功能的物质就不是酸；同样，所有的碱都能将果汁的红色转变成蓝色。进一步利用这些性质，还能测定酸和碱的相对强度。酸、碱除了能使指示剂变色外，波义耳还指出：酸具有特有的酸味，并是一种强有力的溶剂；碱则具有滑腻的感觉和除垢的性质，且能溶解油类和硫黄，还具有与酸对抗和破坏酸的能力。可以说，波义耳首次对酸、碱的性质作出了明确的表述，并以此对酸、碱下了明确的定义。

此外，波义耳还发现，可以用火焰、气体、沉淀的颜色来检验某些物质，尤其是盐类。例如，铜盐使火焰带绿色，硝酸或盐酸和氨产生白烟，钙盐和硫酸生成白色沉淀以及银盐可被氯化物沉淀出来等等。总之，这一系列的发现与发明，使波义耳成为定性分析化学的先驱。

2.2波义耳定律的发现

波义耳研究得最详细的对象是空气(或气体)，无论是对空气的物理性质，还是对空气的化学性质，他都有开创性的见解。其中以发现气体的弹性(即可压缩性)最为有名。波义耳的发现始于“空气有压力”这一实验事实。据历史记载，1643年意大利数学家托里斥利(E.Torricelli)做了一个著名的玻璃管内水银汞柱的实验，发现玻璃管中水银面上的“托里斥利真空”，进而提出“空气具有压力”的论断。1654年，德国马德堡市长葛利克制成了空气压缩机，可以将容器抽成真空，人们获得了研究气体的有力工具。

1662年，波义耳基于托里斥利实验，借助空气压缩机开始对空气压缩性，即对“空气的压力与体积的关系”进行定量的实验研究。结果发现了以他的名字命名的定律：“气体的体积与压力成反比”。波义耳在压强大于大气压和压强小于大气压两种情形下都用实验证明了这个定律。在前一情形中用的是有名的、盛有水银的U形管，后一情形中用的是一个直形的盛有水银的玻璃管，它可以立于水银槽上，上端界定一些空气。1679年法国物理学家马略特也，独立表述了这一定量关系。后人就把这一定律称为“波义耳-马略特定律。”

波义耳还研究过空气的其他性质，而引起化学工作者兴趣的则是他对燃烧和空气性质关系的早期研究。波义耳曾做过一系列的燃烧实验，对物质在空气中的燃烧现象进行关注和探求。例如，他在《关于火焰与空气的关系的新实验》一文中叙述了以下实验情况：在一个抽掉空气的容器中，将硫黄洒在一块红热铁板上，硫黄只会冒烟而不能着火，但在有空气的容器中硫黄能燃烧产生蓝色火焰。他还从蜡烛以及氢气的燃烧现象观察中同样发现：燃烧不能没有空气。

又如，他在《用太阳光燃烧在真空中的火药的尝试》一文中描述了一种奇妙景象：火药和硫不同，在抽掉空气的容器中火药是能够燃烧的。而且火药还能在水面下(隔绝空气)燃烧，起初，波义耳怀疑在制造火药的硝石中混进了空气，后来他将硝石放在真空中进行重结晶，但用这种方法处理过的硝石制成的火药品，仍然能在真空中和水面下燃烧。由此，波义耳认为火药品中含有与空气性质相仿的“活化蒸气”(后被英国化学家普里斯特列发现并被称为氧气)。同时，他得出结论：同硝石混和的物质，甚至在没有空气的地方也能燃烧。

此外，波义耳还在《使火焰稳定并可称重量的新实验》一文中，仔细描述了在空气中焙烧金属锡的过程。实验是在曲颈甑中进行，各个操作环节均用天平称重。结果发现金属(锡)焙烧后的重量增加。――这一金属焙烧增重现象的发现孕育着：金属在空气中燃烧并和空气中某一部分结合，最终导致氧气发现的契机。遗憾的是波义耳忽略了由他的实验方法导致的部分空气的吸收，并作出了错误的判断：认为金属焙烧增重是由于燃烧时产生的“火粒子”(或火素)穿过玻璃后被金属吸收所致。

最后，对波义耳的实验方法内容作以下补充，我们认为是必要的。那就是，作为杰出的实验物理学家和实验化学家，波义耳的一生不仅设计了多种富有创新思想的实验方案，并付之实施。而且还改进了许多当时先进而又常用的仪器。例如，他运用空气压缩机改进了减压蒸馏以及进行这个过程的装置，可用于许多减压作用的实验。这对促进化学工作者对有机化合物性质和制备的研究是十分重要的。

综上所述，波义耳在理论与实验的结合上，使得化学走上了研究物质自身的正确道路。正是在这个意义上可以说，波义耳把化学开始确立为科学。

参考文献：

篇（7）

中图分类号：G642.3 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）01-0121-02

一、引言

通识教育是教育的一种，这种教育的目标是：在现代多元化的社会中，为受教育者提供通行于不同人群之间的知识和价值观[1]。通识教育本身源于19世纪，当时有不少欧美学者有感于现代大学的学术分科太过专门、知识被严重割裂，于是创造出通识教育，目的是培养学生能独立思考、且对不同的学科有所认识，以至能将不同的知识融会贯通，最终目的是培养出完全、完整的人。20世纪以后，通识教育已广泛成为欧美大学的必修科目。通识教育实际上是素质教育最有效的实现方式，鼓励学生结合自己实际跨学科、跨专业自由选课，充分发展个性，增强学生学习主动性，全面提高素质。通识教育的性质决定了通识教育存在的合理性，我国高校长期实行的专业化教育模式迫切呼唤大学通识教育的出现。专业化教育模式是我国高等教育在特定时期、特定社会背景中的选择。过分强调专业划分，把学生的学习限制在一个狭窄知识领域，不利于学生全面发展[2]。推行大学通识教育，不仅是我国高等教育与世界先进教育理念接轨的要求，也是我国教育改革与发展的需要。通识教育作为大学教育的重要一部分，是对高等教育专门化、功利化导致的人的片面发展的一种矫正和超越，是高等教育本质和大学使命的回归。如何教好通识课程，培养高素质人才是教育工作者应当认真思考的问题。笔者在为大学文科学生讲授自然科学通识课“元素的故事”时，积累了一定的经验，下面谈谈几点教学体会。

二、教学内容的思考

文科学生大多具有初中和高中的物理、化学基础，对大学的物理和化学了解不多，在基本概念和基本术语的理解上可能存在困难。因此，在教学内容方面应考虑到他们的知识特点，选取合适的参考书籍和参考资料，力求尽可能少的专业知识，增强趣味性、易懂性，贴近现实生活和学生的感性认识。笔者选取了苏联的科普读物《元素的故事》[3]一书作为参考书籍，向学生们介绍了自18世纪中期到近年有关化学元素的重大发明和发展，如：18世纪中期瑞典化学家舍勒怎样发现了空气不是单一的物质而是氧、氮两种气体的混合物；接着法国化学家拉瓦锡怎样否定了燃素说，把氧、氮以及磷、碳、氢等列为世界上第一张元素名单；19世纪初期，英国化学家戴维利用电流怎样分解了当时普遍认作是元素的两种苛性碱和八种碱土金属，而发现了钾、钠两种碱金属和八种碱土金属；19世纪中期，在元素名单上已经有了57种，当时认为再难找到新元素的时候，德国科学家本生和基尔霍夫怎样利用光的性质，造成了分光镜，发明了化学元素的光谱分析术，使元素名单再行扩大；19世纪下半期俄国化学家门捷列夫怎样总结了数百年来化学家们研究的成果，创造了元素周期表；19世纪末期英国的科学家怎样发现了惰性气体，充实了元素周期表。最后，20世纪初期，居里夫妇怎样发现了钋和镭，了元素永恒不变，原子不可再分的旧观念，掀起了一场化学上的大革命。通过这门课程的学习，使学生对元素发现的方法和历史有了大致的了解。

三、教学方法的思考

如何提高教学效果是教师们经常讨论的问题。在课堂上，好的教学思路能够激发学生的好奇心，激起学生进行思考的欲望，能够极大地调动学生学习的积极性和主动性，从而提升教学效果。笔者在一节“光谱学与元素的发现”课堂中，首先抛出了这样一个问题：科学家们是怎样知道太阳的化学元素组成的？这一问题立刻引起了学生们的兴趣。太阳距离我们非常遥远而且温度极高，无法直接检测太阳的化学组成。科学家们用了什么方法呢？答案是光谱分析法。说起光谱，学生可能觉得陌生。其实在中学物理里面大家就已经知道了牛顿的著名的三棱镜色散实验，将一束太阳光经一块三角形的玻璃棱镜折射后，形成了红p橙p黄p绿p蓝p靛p紫等七色的彩色光带，牛顿将这种彩虹色带命名为光谱，现在我们知道不同颜色的光具有不同的波长。接下来学生会问光谱与化学元素分析有什么关系呢？那么首先回顾一下初中化学学习过的焰色反应：许多金属盐类在燃烧时会产生特殊的焰色，如钾盐的焰色是紫色的，钠盐的焰色是黄色的，铜盐的焰色是翠绿色的，钡盐的焰色是草绿色的，钙盐的焰色是橘红色的，而锶盐和锂盐一样都是鲜红色的。在衍射光栅的分光术发明以后，英国的物理学家泰尔包特于1825年制造了一种可以研究焰色光谱的仪器，然后将灯蕊浸在各种不同盐类的溶液中，晒干后点燃，观察其光谱，发现各种金属盐类的火焰分光后所得的光谱，都是不连续的几条亮线，各出现在其对应的颜色光区内，其中他注意到，锶盐和锂盐尽管焰色几乎完全相同，但呈现的光谱却迥然不同。他是意识到每种元素都有自己的一组特征光谱的第一位科学家。到1852年，瑞典的物理学家Angstrom指出每一种特征光谱就是某一种元素的特定标志，光谱正像人类的指纹一样，各种金属元素所发射的光谱线的数目p强度和位置都不一样，因此可以由光谱的分析来检验金属元素的种类，更可由各元素谱线的相对强度来判断混合物中各种元素的相对含量。至此，光谱学的应用进入了一个崭新的时代，成为化学元素分析的一项利器。知道了光谱法可以分析元素之后，我们来回答最初提出的问题：太阳上有哪些化学元素？早在1802年，英国的化学家伍拉斯顿就用分光棱镜仔细观察了太阳光谱。他注意到表面看来是连续的彩色光带中，夹杂着不少的垂直暗线，在不明原因的情况下，只好把这些暗线的出现归咎于棱镜的缺陷。1814年，德国的物理学家弗朗和斐用他的衍射光栅试验太阳光谱时，也发现了伍拉斯顿所看见的暗线。他仔细地数一数所能辨识的暗线，竟有576条，把它们一一标记下来，其中最主要的几条，根据明显程度，依次标以英文字母ApBpCp...G的代号，当做描述用的固定点或参考点。后世即把这些暗线称为“弗朗和斐线”。有一天，弗朗和斐把他的分光仪一器二用，将光线入口处分成两半，上半以阳光入射，下半以燃烧的钠焰入射，于是得到了上下两幅平行的光谱。他发现发出强烈黄光的钠焰在光谱中有两条很接近的明亮黄线，恰巧与太阳光谱中他标示为D的两条暗线在同一位置上（此即今日我们所称的著名的“钠-D双线”），这意味着什么？他知道其中一定蕴藏有重大的玄机，只是不知道答案在哪里！到了基尔霍夫和本生手里，这个秘密才被彻底揭穿。他们重做了四十年前弗朗和斐所做的钠焰实验。这次他俩让连续光谱透过钠焰的上方，那里有未燃烧的钠蒸气，结果在一片连续的彩色光带中竟然就出现了两条明显的D暗线。显然，是钠蒸气将连续光谱中属于D线波长的辐射给吸收掉了！于是他们在1859年发表了两条有名的“基尔霍夫辐射定律”。第一定律是每种化学元素都各有其特殊的光谱，第二是每种元素所吸收的电磁辐射波长与所发出的波长相等，即当某元素在高热燃烧时若能发射某种波长的光，则在较低温时其蒸气就会吸收相同波长的光。第二条辐射定律就解释了四十多年来一直不知其所以然的“弗朗和斐暗线”问题。本生与基尔霍夫认为高温的太阳表面原来会发出含有各种频率的连续光谱，然而紧贴着太阳表面的大气层，因为温度比太阳光球的温度低，其中所含的蒸气成分，会依其化学元素特性而选择吸收其特征波长的辐射，所以太阳光谱中的各条弗朗和斐暗线都是其大气成分元素吸收部分阳光波长所造成的。像暗线中的D线为什么恰与钠焰的双黄线位置p波长一样，就是因为太阳大气中含有钠成分，吸收了阳光中的这种波长之故，也就是说D暗线的存在正是太阳大气中含有钠成分的明证！他们就用这种方法比较太阳光谱中的弗朗和斐暗线与各元素的特性光谱，而后在1859年宣布，太阳大气层中含有钠p铁p钙和镍而没有锂，但其中含量最多的则是氢。他们的发现立刻轰动了整个科学界，光凭一台简单的分光镜居然能在地球上检定出一亿五千万公里外的太阳的化学元素组成，真是太神奇了！从此，太阳在人类的心目中，就失去了它的大部分神秘性。跟着，星球的神秘性也大部分消失了。通过这样一节课，笔者讲述了光谱、光谱分析法和用光谱分析法发现太阳上化学元素的故事，循序渐进地诱导学生进行思考，收到了良好的效果。

四、结论

在大学自然科学通识教育中，针对文科学生的知识特点，精心选择教学内容和设计教学方法，努力做到趣味性、易懂性、启发性和循序渐进性，提高了学生的科学素养，培养了学生的独立思考能力，取得了显著的教学成效。

参考文献：

[1]哈佛委员会.哈佛通识教育红皮书（2010年12月版中译本）[M].李曼丽，译.北京大学，2010：45.

[2]赫钦斯的高等教育思想对大学通识教育的启示[Z].中国信息大学，2016-06-25.

[3]依.尼查叶夫.元素的故事[M].滕砥平，译.上海：少年儿童出版社，1978.

Thoughts on Teaching of Natural Science of General Education in University

ZHOU Jian

篇（8）

【中图分类号】 G633.8 【文献标识码】 A 【文章编号】 1992-7711（2014）02-049-01

夯实学生的化学基础，能够帮助学生更好地进行化学知识的学习，灵活运用所学知识去分析问题，解决实际生活中的化学问题。要结合高一学生的实际情况，采取多种方法夯实学生的化学基础。

一、培养学生对化学的兴趣

刚刚升入高中的高一学生，只是在初中进行了一年的化学知识，对化学知识的学习还比较局限，基础不够扎实，有的学生不能写出常用化学物质的分子式，没有记住一些化学元素的化合价，要想解决这些问题，夯实学生的化学基础，不能够一味地追求教学进度，也没有时间对初中所学化学知识进行全面的复习，根据自己的实际教学经验，我认为首先要带领学生进行例如化合价、元素符号、分子式和化学方程式的复习，扎实学生的化学基础，这样才能更好地学习高中化学知识。在进行化学元素符号的复习过程中，以一至二十号化学元素为重点，可以采用测试的方式，让学生在规定的时间内写出一至二十号化学元素的名称及其符号，不会写的部分要留出空位。通过这种方式让学生对自己没能写出的化学元素进行重视，再通过板书的形式，带领学生写出这些元素的符号和名称。板书演示完后，帮助学生加强记忆。在帮助学生复习常用化学元素的化合价时，可以为学生编排顺口溜，帮助学生进行记忆。

要想扎实学生的化学基础，首先要做的就是培养起学生的学习兴趣，使学生愿意学习化学，能够主动地参与到学习中来，从较低的起点出发，激发起学生的学习兴趣，在教学中结合一些基础的例题，为学生设置有效的教学情境和问题情境，使学生真正的参与到教学中来，在教学中夯实自己的基础知识，不断思考。

二、将学生作为教学的主体

在初中的化学教学中，由于学生刚刚接触到化学，所以大多数情况下采用灌输式的教学。在学生升入高中后，其心理也发生了很大的转变，逐渐走向成人化。在学习时，更加倾向于主动地去探索知识而不是一味的被动接受。在这种情况下要想夯实学生的化学基础，就要求高中教师要采取合适的教学方法，将学生作为学习的主体，更多的是对其进行引导和启发，让其自己发现问题，解决问题，充分发挥学生的逻辑思维，让其在课堂上大胆的发言，与老师和同学之间进行积极的交流，可以将问题进行变化更新，改变其中的一个条件或者从其他角度去看待问题，让学生们自己去探究问题的答案。在实际的教学过程中，教师要引导学生将新知识和旧知识联系到一起，在旧知识的基础上，去探究新的知识。这不仅是对旧知识的巩固，也有助于学生化学体系的建立，更好的夯实学生的化学基础。

比如在进行氧化还原反应的教学时，根据学生在初中接触到的化学反应，按照不同的方法将其分类，并让学生们按照要求写出反应类型，对学生进行适当引导，使学生发现以上的各种分类方法不能使化学反应的本质得到表现，同时也不能包含全部的化学反应。然后从初中课本中得失氧的内容入手，以初中的氧化还原反应为铺垫，将这种分类的不足进行展现，使学生对于新知识的学习产生一种强烈的欲望。再让学生积极发言，找出这几个反应的共同特点。最后教师在对氧化还原反应的基本特征进行说明。这种教学方法，符合高中生的心理特点，不仅能够帮助学生掌握有关的化学知识，扎实学生的化学基础，还能够使学生对知识进行灵活的运用，培养了学生的思维能力。

三、帮助学生做好盲点知识的学习

要想夯实学生的化学基础，就要从整体出发，不能忽视每个知识点，因为化学的学习是一个体系，某个知识点的学习上存在欠缺，会对整个体系造成影响。在教学过程中为学生安排必要的联系，这些练习的内容要以学生学习中的盲点为主，根据以往的教学经验，总结出学生在学习中的盲点，通过练习的方式，逐个解决这些盲点。通过长时间的联系，学生的化学基础得到了夯实。

例如在学习氧化还原反应的过程中，在判断氧化性、还原性；氧化剂、还原剂；氧化反应、还原反应等的过程中经常出现问题。在教学中要对加强对这方面的联系，帮助学生纠正学习中的错误，告诉学生只要是涉及到氧化还原反应的问题，不管是对哪部分知识的考察，都要按照顺序进行分析，首先表明化合价，找出化合价的变化情况，确定氧化剂和还原剂，然后在确定哪种物质被氧化，哪种物质被还原，在反应物中，化合价升高的是还原剂，化合价降低的是氧化剂，还原剂具有还原性，氧化剂具有氧化性，被氧化的是还原剂，被还原的是氧化剂。通过这样的练习和讲解，学生就能够对氧化还原反应进行准确的分析，通过化合价的变化来解题。学生的化学基础得到夯实，以氧化还原反应为基础，更好的进行学习。

总结：以上就是对在高一化学教学中如何夯实学生化学基础的分析。结合自己的教学实践，主要以氧化还原反应部分的知识为例子，提出了夯实高一学生化学基础的措施。由于本人能力的有限对这方面的研究还不够全面，要想更好地扎实高一学生的化学基础还需要广大高中化学教师的共同努力。

[ 参 考 文 献 ]

篇（9）

（一）化学用语的量大且符号性强。统计初中化学课本，出现的化学用语有： 元素符号（33种）与离子符号（5种），原子结构示意图（22种）离子结构示意图（5种），化学式（108种），化学方程式（62个）。 且这些元素符号、化学式和化学方程式的分布相对分散，每一种不同的物质都由相应的元素符号组合而成的，加以其中又变幻纷繁，对于初学化学的学生来说很难掌握。

（二）理解记忆难度大。据有关资料介绍，目前已发现的化学元素有一百多种，每一种元素都有一个相应的表示符号，符号周围会出现许多数字，位置不同的数字与元素符号的有条件的组合又表示了千差万别，丰富多彩的含义，及其反应变化又构成了多种多样的化学式和化学方程式，九年级的学生缺乏对化学变化与物质整体系统规律 地了解，学起来只靠死记硬背， 理解、记忆都存在着相当大的难度。

（三）符号之间关系复杂，可把握性差。元素符号、化学式和化学方程式各有表现形式，又相互联系，不同的化学元素符号组合起来构成不同的化学式，表示不同的意义，不同的物质有条件的反应又构成不同化学方程式。有时甚至相同的元素由于一个简单条件的变化，它所代表的物质和表达的意义也各不相同，如H、2H、H2、2H2就分别表示氢的元素符号、一个氢原子；两个氢原子；氢气、氢气由氢元素组成、一个氢分子、一个氢分子由两个氢原子构成；两个氢分子，因此，如果不理解他们之间的相互联系，要想透彻的理解和掌握也是很不容易的。

根据学生学习化学用语的状况和化学本身所固有的几个特点，为让学生快速高效的掌握好化学用语，我在教学中的做法是：打好基础，过好三关（一是突破元素符号关、二是突破化学式关、三是突破化学方程式关），搞好化学用语教学。

1．激发兴趣，突破元素符号关

化学用语是学好化学的基础，加强化学用语的教与学已为当务之急。在教学中为了变机械记忆为趣味记忆，我重点在“兴趣”字上做文章，采取“多种方法方法，大大提高了学生的学习记忆效果。

1．1讲故事：在讲授化学元素符号时，我着重向学生介绍了化学元素符号的发现史和元素周期表的形成以及我国化学的发展史，给学生详细的讲解了俄国化学家门捷列夫是如何艰苦拼搏发现元素周期表的，向学生介绍了我国著名化学家侯德榜先生的事迹和成就，启迪学生树雄心立壮志，大大激发了学生学习化学的兴趣。

1．2顺口溜：为了让学生便于掌握元素符号，我采用了编顺口溜和猜谜语的方法，增强学生兴趣，强化记忆效果，对元素符号的记忆，我总结的口诀是：氧O磷P硫S，碳C氮N氢H，氩Ar氖Ne，镁是一个Mg: Ba钡，钾是K，钙的符号是Ca银Ag铂Pt，铁是一个Fe。锰Mn铝Al，汞的符号是Hg。 钠Na碘是I，硅的符号Si。Cu铜Au金，锌是Zn要记心。并抄在黑板上让学生朗读记忆；根据元素符号的组成特点，和汉语拼音的组合原理，我还精心编制谜语，让学生在猜中学，在思中记，例氢元素，我给氢元素符号编的谜语是：“横为工，竖为H、为气体，易燃烧能还原”。针对银和汞元素的不同特点，我又编了“银汞两兄弟，哥固体且坚硬，弟液体分量重，不注意难分清”经过实验，我发现利用口诀和谜语诱导记忆，调动了学生的学习兴趣，激发了他们的求知探索欲，同时也加深了他们对化学元素符号的牢固记忆。

1．3小竞赛：为了巩固课堂的教学效果，在课内，我还举办了化学元素符号抢答题，限时背诵，看谁在规定的时间内背诵的化学元素符号多。在课外，我布置学生制作化学元素形象卡，供学生课下复习或相互交流，便枯燥的记忆为趣味化和生动化，既训练了学生的应变能力，又开发和提高了学生的想象力和创造力，取到一举两得的好效果，有力地促进了学生对化学元素的记忆和理解。

1．4小测验：以上几个步骤都是为了调动学生兴趣学习，为了巩固学习效果，我还采取了一周一次化学用语小测验，把握学生掌握情况，成绩不理想的学生，限期补考，力争人人过关。

2．掌握组合规律，明确写法和读法，突破化学式关

为了便于认识和研究物质，化学中常用元素符号表示物质的组成，这种组成的式子就是化学式，针对初中化学课本共出现的108个化学式，我把它们分为两大类，第一类是单质化学式除O2、N2、H2、Cl2四个是双原子分子，其余单质一律用元素符号表示；第二类是化合物的化学式，一般组合规律，“正价前、负价后，求公倍、价除它，得个数、写右下、代数和等于零”。例氧化铝的化学式写法如下：铝元素的化合价是正三价、氧元素的化合价是负二价，正负化合价的最小公倍数是六，用六分别除以铝和氧元素的化合价的绝对值，得数分别写在铝、氧元素符号的右下角：六除以三等于二、六除以二等于三，即得铝原子的个数是二、氧原子的个数是三，按化合物组合规律氧化铝的化学式为Al2O3;另外，关注特殊现象，铁元素在初中阶段有两个常见的价态，正三和正二价，当它在化合物里显正三价是，读作“某化铁”，显二价是读作“某化亚铁”，随着学习了四种基本化学反应类型后，要告知学生，铁在参加置换反应是，生成物中的铁元素显得是正二价，即亚铁化合物。在读法上，对单质化学式一般读其元素符号名，如：Fe读铁，Si读硅，若单质为气体读时元素符号名后加一“气”字，如O2读氧气，Ne读氖气；对化合物可按照“正写倒读”，或“先写后读”，如NaCl读作氯化钠。另外为了便于学生记忆，在学习化学的记忆方法上我还采用了“化整为零，整零结合”的方法，学一个，记一个，会一个，积少成多，逐步全面地掌握初中阶段的108多个化学式，为将来学好化学方程式打下坚实的基础。在巩固上，采用多次检查的方案，督促学生早日掌握。

3．实验搭桥，现象做媒，突破化学方程式关

篇（10）

引言

在新课程改革的背景下，游戏在教学中的作用越来越重要，它不仅能够激发学生学习兴趣，还能够将抽象知识具体化，复杂知识简单化。初中学生刚接触化学学科，尤其对化学抽象概念的学习容易产生困惑，单凭教师课堂枯燥地讲解，学生难于理解，很难激发学生学习化学的兴趣。因此，将游戏应用在初中化学课堂上具有重要的现实意义。采用游戏化教学能让学生在愉快的氛围中学习，在动中促思、玩中长智、乐中成才，更能培养学生“喜爱化学、学好化学”的心理。化学教师要用适合学生认知发展水平的游戏化教学模式指导教学，让初中生都能在化学的启蒙阶段拥有一段快乐的学习时光，为今后的化学学习打下坚实的基础。

一、利用趣味游戏来激发学生们的学习兴趣

初中阶段的化学是初中生系统性地掌握化学知识的启蒙阶段。这一阶段的化学集理论与实践于一体，开展的教学符合同学们的学习规律则能吸引他们的学习兴趣，这对学习化学这门学科开了一个好头，而且还能促使学生更主动地参与到化学的探究道路上来。笔者结合以往的教学实践得出，适当开展一些实验活动与互动游戏，让学生在玩中产生对化学学科的浓厚兴趣。比如，可采用分组实验合作或课堂演示生活化的现象指导学生展开探究，在教师的指引下将对化学学科的探究欲望调动出来。例如，在教学“燃烧”内容时，借助生活中最常见的酒精、汽油等展开始游戏教学，对它们燃烧的条件进行不同条件的设置，让学生仔细观察，然后师生再一起分析燃烧需要的条件，让学生都能自主探究出燃烧的知识，学生也更容易记住学到的这一知识点，而且还能使课堂教学收到较好的效果。

二、引入趣味游戏，激发学生兴趣

充满趣味的教学内容定能为学生留下深刻的印象，因此，营造良好的化学教学氛围是吸引学生注意力的基点，也是提升学生学习兴趣的关键。例如，在教学《离子》一节内容时，教师可以先提供一个密闭的盒子，让学生去猜测盒子里装的是什么物品。对学生而言，一个封闭的盒子也会让他们产生极大的探讨兴趣，大家都很好奇盒子里面装着究竟是什么。在这个游戏中，学生的猜测过程其实也是模型建构的过程。模型构建分为实物模型建构与思维模型建构。通常模型建构用在探讨物质的组成、物质的结构及特征等方面。像这样以游戏的方式进行新课的导入，将离子这一学习内容牵引出来，更利于让学生明白离子的知识是科学家通过建构模型的方式来得到的。激活学生的思维，让化学知识在学生的头脑中形成更深刻的印象。这样的教学既实现了新课的导入目的，而且还激发出了学生学习新知识的兴趣，使得课堂教学更具实效性、高效性。而且也为新课的学习做好铺垫。再如，在学习《金刚石和石墨》内容中，师生就“金刚石与石墨”的具体形态特征与性质学生开展充分交流，再借助多媒体课件教学向学生展示钻石图片，向学生介绍钻石的物质由来，深化教学效果的同时，更容易引起学生对新知识的学习兴趣。

三、设计游戏活动，加深学生记忆

这教学过程中，教师可以通过设计一些具有竞技性、趣味性以及内涵性的游戏活樱在充分调动学生参与的同时，加深他们对化学知识的印象。科学、合理地运用游戏方式开展教学能增强学生的竞技意识，使他们形成好的思想观念，进而更好地进行学习、生活，为今后的学习扎实基础。在设计游戏教学过程中，可采用问题抢答式的方式，亦或者采用辩论比赛等方式展开，主要目的是加深学生对化学知识的掌握程度，并不断挖掘学生的化学潜能服务的。例如，在学习《盐化学肥料》内容时，在学生对基础知识学习的基础上，教师再通过提问一些教学重难点知识，加深学生的记忆。例如，通过采用抢答的活动方式，对“硫代硫酸钠的化学式是什么？”“过滤的流程是什么？”等进行抢答，最快答出答案的学生加一分，答错的学生减分，最后统计分数，对优胜的同学给予一定的鼓励与嘉奖。这种通过以游戏和比赛为互动背景，把娱乐和化学学习巧妙的结合，不但巩固了学生的化学知识，也提高了他们的思考能力。

四、在游戏教学中展现化学实验的趣味性

实践证明，丰富多彩的游戏能激发学生的求知欲，因此，在开始讲授新知识时，结合教学内容，合理地组织一些游戏活动能提高化学教学质量。如在开展实验教学中，教师都喜欢将游戏融入其中，既活跃了课堂氛围，在很大程度上也能提高课堂教学效率。例如，在开展《元素周期表》这一章的教学内容时，就可以将游戏融入其中。一方面，化学元素众多，学生要想将重要的化学元素都记下来，需要花很长的时间；另一方面，化学元素的学习相对于实验而言，更会让学生产生枯燥乏味之感，在很大程度上削弱了学生对此节知识点的学习兴趣。所以，教师在开展化学元素周期表的内容教学时，为消除学生的枯燥感，可在课堂上开展游戏教学，用口诀或游戏的方式帮助学生记忆这些生僻、难以识记的化学元素。以游戏的教学方式开始化学元素的教学，可以减少学生记忆元素周期表的难度，进一步加强理论学习和实践探索，让教学更趋科学化、合理化。使教育学达到两全其美之目的。

总而言之，学习化学的过程是思维不断得到创新的过程，尤其是在开展实验教学时。在实验教学中有效运用游戏化教学模式，既能培养学生的动手能力，又能提高学生的思维能力。游戏教学对增强化学教学的趣味性与互动性，减轻学生的学习负担，提高教学质量发挥着不可估量的作用。因此，只要有效开展适合学生的游戏教学活动，定会使化学课堂教学达到寓教于乐的教学目的。

参考文献：