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大一化學中元素化學教學一直是基礎課教師關注的焦點之一，最少有3位從事基礎課教學的中國科學院院士給予了關心［1］1－6［2－3］。隨著教學改革的深入，各種教學內容、目標、方法的不同安排，所取得效果的不同，又將這一問題推到了風口浪尖。根據我校的教學實際，我們將原有的無機化學分為兩段教學，在大三開設了中級無機化學［4］，并整合了原無機化學和化學分析內容，編寫并出版了《無機化學與化學分析》［5］作為大一化學教材，其中元素化學教學安排在30學時左右。12年的改革和實踐，使我們對大一化學中元素化學教學部分有了深入的認識和可行的做法，取得了一定成效。 一、必須克服大一化學中弱化元素化學教學的現象 長期以來，由于元素化學的內容龐雜、頭緒繁多，大部分是枯燥的紀實材料，因而雖然它易懂、不難，但掌握好卻又不易。對于此部分內容素有“老師難教、學生不愿聽”之論。究其原因，不外乎有3個方面:(1)元素化學涉及的內容龐雜，資料瑣碎，化學反應和化學現象繁多，仔細記憶非常困難，學習過程常感枯燥，似乎雜亂無章、無規可循;(2)教學中化學原理和元素化學兩部分內容常常發生脫節，講到元素部分時，許多教師通常僅按教材照本宣科，往往又只側重于物質的存在、制備、性質和用途，而對于決定物質性質、制備方法、存在狀態的原因則較少與前面的理論聯系加以分析，造成了學生對元素化學部分學習興趣不濃;(3)不能及時增加新材料、新知識內容，降低了學生對元素化學部分學習的熱情。于是，有許多教師對理論部分大講特講，似乎越深越好，占用了絕對的學時;對元素化學的講解卻輕視和弱化了。反映在教學中是:(1)大量減少課時;(2)用一些元素化學小故事的穿插以及生活中的應用代替教學;(3)更多的是采用所謂的“自學式”學習。采用“讀書指導法”、“討論法”或“演示試驗”等方法代替教學。凡此種種，都是不講究教學效果、弱化元素化學教學的做法。無疑，削弱了大一化學課程內容的完整性。因此，這種現象必須克服。 二、元素化學教學必須融入最新的研究成果 (一)元素化學是無機化學的主脈 通常，大一化學課程按照內容被劃分為兩個部分:化學原理和元素化學部分。其中元素化學部分是無機化學教學的主脈，元素化學部分是按照元素周期表系統地介紹元素及其化合物的制備、性質、反應性以及它們之間的聯系和規律的，是完成無機化學課程的重要環節，兩部分的有機結合保證了大一化學課程的完整性。如果輕視、減少元素化學內容，化學原理就成了空殼，就不成為無機化學了。再則，大一化學課程中元素化學內容的重要性還在于:許多專業的學生在大學階段的學習中可能再也不會遇到系統地介紹元素的課程了。欠缺元素化學方面的基礎知識，對于他的專業知識而言，將是一個極大的缺陷。其實，很多教授認為無機化學課程就是元素無機化學。新中國成立初期，我國全面使用前蘇聯的教材，無機化學使用的是涅克拉索夫的《普通化學教程》(上、中、下3冊，105萬字)［6］，完全照元素周期表系統地介紹元素及其化合物(占全書28章的18章)，只是將有關理論方面的內容放在前10章且并不強調。及至戴安邦等教授編著的我國第一部無機化學教材《無機化學教程》(上、下兩冊，84萬字)也是這樣［7］。在之后的教改中，我校劉翊綸教授也主編了《基礎元素化學》作為教材使用多年［8］，編排更是以元素為主，原理部分列其中。到了20世紀，無機化學教材百花齊放，有了不同版本，內容和編排各有千秋。20世紀90年代，英國格林伍德與厄恩肖合著了《元素化學》(上、中、下3冊，160萬字)一書［9］，這是一部現代的、嚴謹的、綜合性的元素化學論著。當然，隨著學科的發展，大一化學課程按照內容被劃分為化學原理和元素化學兩個部分是可行的，也是較合理的。這也是1977年教育部組織以武漢大學牽頭的8所綜合大學，在重新編訂的教學大綱的基礎上，分工編撰的統編大一《無機化學》一書形成的雛形［10］。 (二)加強元素化學教學是學科發展的需要 徐光憲先生曾撰文說，21世紀的化學將在與物理學、生命科學、材料科學、環境科學、信息科學、能源、海洋、空間科學的相互交叉、相互滲透、相互促進中共同發展［1］1－6。就是說，隨著科學的發展，冶金、地質、以及航空航天、電子、激光、環境、能源、材料和生物工程等新興工業和尖端科學技術的發展對無機化學提出了新的要求，無機化學除了一方面繼續發展自身以外，另一方面還在向其他學科如生物、有機、環境科學等方面滲透，出現交叉學科。顯然，它要反映在無機化學的元素教學過程中，必須要注意將與無機化學相關的新技術、新方法、新材料以及科學研究的最新成果融入到無機化學的元素教學中，保證無機化學教材的先進性。例如，不講生物模擬固氮，不講化學固氮中1965、1995和1998年通過過渡金屬的分子氮活化N≡N鍵，怎能深入地理解氮的性質和利用呢?又如，溫室效應與CO2，安全氣袋與NaN3，光化學煙霧與氮氧化物，水俁病與汞、鉻，火箭推進劑與N2H4;“神七”宇航員的航天服本身就是特殊材料，凡此種種都牽扯到元素、化合物、無機合成化學的方方面面。這都屬元素化學教學內容。因此，元素化學教學一定要融入到現代社會中去，克服教材內容滯后的現象，融入最新的有關元素化學的研究成果。 三、元素化學教學中需要突出的環節 (一)以區劃分內容加強通性講解 由于課時縮小和“中級無機化學”的開設，我們把元素化學教學內容按其電子結構分為4個大區(即s區、p區、d區和f區)安排。首先，強調講解各區元素通性，讓學生了解其在周期表中的位置、全貌和共性。例如，講s區，其通性為:(1)從上到下電離能、電負性減小，金屬性、還原性增強，原子半徑增大;(2)從左到右原子半徑減小，金屬性、還原性減弱，電離能、電負性增大。原因是:(1)都是最活潑的金屬;同一族自上而下性質的變化有規律;(2)通常只有一種穩定的氧化態;(3)形成的化合物大多是離子型的。一切歸于原子結構的特點。#p#分頁標題#e# 講p區元素的通性，則必須講到p區元素的化學以其多樣性為特點，包括:(1)唯一同時包括金屬和非金屬元素的一個區;(2)無機非金屬材料庫(如人造金剛石、分子篩、高能燃料、硅單晶材料、納米半導體材料、碳—碳復合材料、太陽電池材料和光子帶隙材料等);(3)包括“不活潑的單原子氣體—稀有氣體”;(4)有毒的小元素群;(5)多有同素異形體;(6)成鍵的多樣性:如乙硼烷的3c－2e鍵等;(7)區域性的規律性(如惰性電子對效應、對角線規則等)。 講d區元素的通性，則必須強調d區元素的化學就是d電子的化學，其特征不同程度上與價層d電子的存在有關，至少表現在:(1)熔、沸點高，硬度、密度大的金屬大都集中在這一區;(2)不少元素形成有顏色的化合物;(3)許多元素形成多種氧化態從而導致豐富的氧化還原行為;(4)形成配合物的能力比較強，包括形成經典的維爾納配合物和金屬有機配合物;(5)參與工業催化過程和酶催化過程的能力強等方面。 講f區元素，則重點在于介紹稀土:(1)各種規律:正三價氧化態，鑭系收縮的單向變化，雙峰效應，離子顏色的周期性變化，斜W規則，奇偶變化等;(2)中國的稀土資源豐富，三大稀土產地，五大稀土礦特點;(3)稀土的分離化學;(4)稀土的應用。其次，在各區里側重于講解各區重點、常見元素及其化合物的存在、制備、性質和用途。 (二)注重化學原理對元素化學的指導和應用作用 注重利用原子結構、分子結構、化學熱力學、動力學、氧化還原、配位化學等無機化學的基礎理論知識，去理解、判斷、解釋元素及其化合物的性質與結構，使兩者有機結合。例如，同一族的N2和P4分子性質差別那么大，皆由分子結構、成鍵的不同引起，以致反過來更理解了分子軌道理論內容;對CO、SO2等分子結構的理解，使學生了解到物質反應性不同的原因，又更加全面了解了不等性雜化軌道，知道了還有SP和SP2雜化軌道;舉出有機苯—無機苯、金剛石—立方氮化硼、石墨—立方氮化硼等例，可深入說明等電子物種的相關性;又如BX3酸性的大小順序為什么是:BF3＜BCl3＜BBr3?氫鍵和氫橋鍵有什么不同?鹵素顏色的變化原因?第一個稀有氣體化合物合成的熱力學?Ellingham圖的應用，在無機合成中耦合反應的應用以及許多化合物的制備反應和條件也都得從熱力學、動力學才能解釋清楚;許多化合物的氧化還原性及其用途更要用電極電勢去解釋。如此等等，相得益彰，教學時，老師有的講，學生有的聽，興趣盎然。羅一帆等的嘗試已經很有效果［11］。 (三)強調元素和化合物在周期表中的規律性講解 加強對元素和化合物在周期表中的規律性講解，這也是深入元素化學講解內容和加強其與理論部分結合的好方法。例如，含氧酸的氧化還原性(包括含氧酸氧化還原性的周期性、影響含氧酸氧化能力強弱的因素)、無機酸強度的變化規律(包括影響無機酸強度的直接因素、氫化物酸性強弱的規律、含氧酸的酸性強弱規律)、鹽類的熱分解(包括無機含氧酸鹽熱分解的類型和規律、無機含氧酸鹽熱分解的本質和對某些規律的解釋)、無機化合物的水解性(包括影響水解的因素、水解產物的類型)、離子晶體鹽類的溶解性(規律性及其解釋)第二周期性(次周期性)和區域規律性(圖1)等的講解，都會使學生加深對豐富多彩的元素化學的理解和記憶。
