Анализ опыта передовых учителей показывает, что формирование понятия «химический элемент» проходит в средней школе четыре стадии и на каждой стадии понятие развивается путем углубления, повторяя в общих чертах развитие этого понятия в истории химии.

Первая стадия формирования понятия «химический элемент» протекает в VII классе до ознакомления учащихся с атомистикой. На основании изучения реакций соединения и разложения сначала образуется понятие «сложное вещество», а затем «химический элемент». При этом понятие «химический элемент» определяется как вещество, которое нельзя разложить химическими способами и получить путем реакции соединения.

Для более ясного осознания и отчетливого различения понятия «химический элемент» учащимся дается понятие «простое вещество». Простые вещества — это химические элементы в свободном состоянии. Когда простые вещества вступают в соединение, они теряют все свои свойства, но химические элементы при этом сохраняются. Из сложных веществ можно выделить вновь эти элементы в свободном виде. Ртуть и кислород, соединяясь в окись ртути, теряют свои свойства, но из окиси ртути их можно выделить в том же количестве, в каком они соединились. Значит, элементы в соединениях сохраняются. Сложные вещества состоят из двух или нескольких элементов, простые вещества состоят из одного элемента. Понятие «простое вещество», как подчиненное, входит в состав понятия «химический элемент». Элементы разделяются на две большие группы: металлы и неметаллы.

Таким образом, на первой стадии дается чисто эмпирическое понятие о химическом элементе.

На второй стадии, в период изучения атомной теории, производится углубление понятия «химический элемент». После того как учащиеся получат понятие об атомах, химический элемент рассматривается как вид атомов. Из эмпирического понятие становится теоретическим Понятие о химическом элементе как о виде атомов сохраняется вплоть до IX класса, до изучения периодического закона и периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева.

На третьей стадии, протекающей в период изучения периодического закона и периодической системы, происходит дальнейшее углубление понятия «химический элемент». Положение каждого элемента в периодической системе обусловливается объективно существующим периодическим законом и отражает наличие определенных свойств y элементов. Поэтому под химическим элементом теперь следует понимать вид атомов, свойства которых определяются положением их в периодической системе Д. И. Менделеева.

Четвертая стадия в развитии понятия «химический элемент» протекает сейчас же вслед за третьей в том же IX классе, когда изучается теория строения атома. В это время учащиеся узнают, что атомы имеют сложное строение. Атомы состоят из ядер и окружающих их электронов. Ядра атомов несут положительный заряд, который численно равен порядковому номеру элемента в периодической системе. Так как атомы нейтральны, то количество электронов, окружающих ядро, численно равно заряду ядра. На основании данных о строении атомов изменяется понимание периодического закона: свойства простых веществ, а также формы и свойства соединений химических элементов находятся в периодической зависимости от скачкообразного (всякий раз на одну единицу) возрастания заряда ядер (или порядковых номеров элементов). Учащиеся узнают далее, что существуют разновидности атомов — изотопы. Ядра изотопов несут один и тот же заряд. Изотопы одного и того же элемента отличаются друг от друга массой (атомным весом), но имеют в основном одинаковые химические свойства. Выходит, что химический элемент — это вид атомов, имеющий несколько разновидностей, обладающих одинаковым зарядом ядра, численно равным порядковому номеру в периодической системе. Химические свойства элементов и формы их соединений определяются строением их электронных слоев и движением электронов, главным образом внешних слоев. На основе такого понимания химического элемента осознаются все ранее накопленные сведения об отдельных элементах и приобретаются новые сведения.

Анализ развития содержания понятия «химический элемент» в курсе химии средней школы показывает, какую работу на каждой стадии должен выполнить учитель, чтобы сформировать и развить общее понятие «химический элемент» в сознании учащихся. Разумеется, эта работа протекает в тесной связи с формированием понятий об отдельных химических элементах и оказывает на него непосредственное влияние.

В восьмилетней школе главная задача заключается в том, чтобы учащиеся приобрели правильные, осознанные, связанные с жизнью знания о веществах. Формирование понятий о химических элементах здесь только начинается и осуществляется по следующему плану: а) химический знак и атомный вес элемента; б) нахождение его в природе; в) получение его в свободном состоянии; г) свойства элемента в свободном состоянии и сравнение их со свойствами других известных учащимся элементов; д) соединения данного элемента с другими элементами и свойства этих соединений; е) народнохозяйственное значение элемента.

В IX—XI классах изучение химических элементов составляет уже главную задачу преподавания химии. Это изучение происходит на базе периодического закона.

В начале (в IX классе) ознакомления учащихся с периодическим законом учитель применяет его как принцип преподавания, подготавливающий учеников к успешному усвоению периодического закона и периодической системы химических элементов.

В ходе изучения химических элементов учитель знакомит учащихся со свойствами простых веществ, формами и свойствами соединений элементов; систематически требует от учащихся сравнения свойств простых веществ, форм и свойств соединений изучаемых элементов, чтобы установить сходство и различие их; на основании сходства и различия свойств простых веществ, а также форм и свойств сложных соединений объединяет родственные элементы в естественные группы; показывает закономерное изменение свойств простых веществ и свойств соединений химических элементов естественной группы в связи с возрастанием массы атомов или, проще, атомных весов; прослеживает вместе с учащимися характер изменения свойств простых веществ, а также соединений химических элементов разных изученных учащимися естественных групп. Ознакомление учащихся с отдельными химическими элементами проводится в это время по следующему плану: а) химические знаки и атомные веса элементов; б) нахождение элементов в природе; в) получение их в свободном состоянии; г) свойства простых веществ, сходство и отличие их по отношению к ранее изученным простым веществам; д) формы и свойства водородных соединений, сходство и отличие их по отношению к ранее изученным водородным соединениям других элементов; е) формы и свойства кислородных соединений (высших солеобразующих окислов и их гидратов), сходство и отличие их по отношению к ранее изученным кислородным соединениям; ж) соединения с другими элементами и их свойства; з) валентность элементов в соединениях; и) народнохозяйственное значение элементов. Естественно, что в зависимости от количества соединений и всесторонности изучения их образуются то более, то менее конкретные понятия об элементах.

Указанный выше план сообщается учащимся при изучении щелочных металлов. Знание и понимание учащимися этого плана содействует анализу и синтезу сведений о простых и сложных веществах, куда входит данный элемент, и, следовательно, успешному образованию понятия о нем. Когда учащимся не дается план, они не знают, какие сведения требуется усвоить о данном элементе и что отвечать учителю, когда он предлагает дать характеристику элемента.

Изучение в конце IX класса учащимися периодического закона, периодической системы и строения атомов коренным образом изменяет подход к изучению химических элементов. Этот подход можно выразить совокупностью следующих вопросов:

1. Химический знак и атомный вес элемента.

2. Положение его в периодической системе (порядковый номер, период, ряд, группа, окружающие элементы).

3. Строение атомов. Валентность элемента в соединениях.

4. Прогноз свойств химического элемента в свободном состоянии, а также форм и свойств его соединений исходя из строения атомов элемента и положения его в периодической системе.

5. Нахождение элемента в природе.

6. Способы получения его в свободном состоянии.

7. Аллотропные видоизменения элемента, их свойства. Сходство и отличие свойств простых веществ данного элемента в сравнении со свойствами простых веществ элементов, стоящих в одной группе и в одном периоде периодической системы.

8. Формы и свойства водородных соединений. Характер химической связи между атомами в этих соединениях. Сходство и отличие свойств этих соединений в сравнении со свойствами водородных соединений элементов, стоящих в одной группе и в одном периоде периодической системы.

9. Формы и свойства кислородных соединений. Характер химической связи атомов между собой в этих соединениях. Сходство и отличие свойств этих соединений в сравнении со свойствами кислородных соединений элементов, стоящих в одной группе и в одном периоде периодической системы.

10. Формы и свойства соединений данного элемента с другими элементами (металлами и неметаллами).

11. Народнохозяйственное значение элементов.

После изучения теории химического строения А. М, Бутлерова при изложении вопросов органической химии и при повторении сведений по неорганической химии включается вопрос о взаимном влиянии атомов элементов в молекулах.

Разумеется, что при формировании понятий об отдельных элементах сохраняют полное значение все те условия, которые были указаны выше для формирования понятий о веществах (элемент мы познаем через изучение простых и сложных веществ, в которых он содержится) и о химических явлениях (химические свойства простых веществ, а также химические свойства и состав сложных веществ, образуемых данным элементом, мы познаем, изучая их химические реакции).