如何以化學的視角詮釋人類社會文明的發展

摘 要：以“硅酸鹽礦物與硅酸鹽產品”為教學案例，反思以往兩種教育教學理念的不足之處，分析如何讓學生從化學科學的角度探究分析硅酸鹽的衍生與發展，從而理解人類文明發展的過去、現在和未來，以化學的視角看世界進行教育教學，從而適應社會發展不斷更新的需求。

關鍵詞：化學視角；社會文明；發展；案例；硅酸鹽

各種教育教學者在硅酸鹽礦物與硅酸鹽產品的課堂中有著激烈的爭論，有的從應考的角度，認為這節課不是考試的重點，了解基本知識即可；有的從公開課的角度，認為應該從文化的視角設計本節課的教學，加強化學教學與社會生活的聯系、與化學史的融合。應考的角度只能讓學生掌握化學基礎知識與技能，公開課的角度可以讓課堂設計更精巧，令人賞心悅目，使學生學習興趣更加濃厚。所以對于“硅酸鹽礦物與硅酸鹽產品”這堂課，常見的兩種方式，一種是基礎化學知識的簡單介紹，另一種就是硅酸鹽產品演變的歷史文化介紹。其實這兩種教育教學方式都有不足之處。將兩者取長補短，再結合當今社會科學技術發展的前沿，從化學科學的角度探究硅酸鹽的過去、現在和未來，從科學的角度理解人類文明的發展。以下是“硅酸鹽礦物與硅酸鹽產品”的教學案例。

一、導入新課

導入環節往往花費老師很多的心思，以吸引學生上課的注意力，所謂“好的開端是成功的一半”。在這一環節，我總會向學生傳達這樣一個觀念，現在我們生活的世界是一個人造的世界，充斥著生產加工過的材料，人們衣食住行用的材料并不是天然就存在的，而是人類為不斷滿足自己生存發展的需要發明創造的，要學會用化學的視角看世界，看人類是如何從自然界獲取能源，改變和創造物質，從而提升生產生活質量的。

（多媒體展示）日常生活中常用的材料：玻璃、水泥及陶瓷。老師兒時每當看到這些精致而實用的產品，總會感慨這些材料是怎樣制成的。

提出問題：

（1）硅元素在地殼中的含量怎樣？

（2）硅元素在自然界主要有哪些存在形式？

揭示主題：地殼中硅元素的含量僅次于氧，硅元素在自然界中主要以硅酸鹽和二氧化硅的形式存在，不存在游離態的硅。如何利用自然界中的硅酸鹽礦物生產日常所需的硅酸鹽產品呢？

二、常見的硅酸鹽

（多媒體展示）自然界中的一些硅酸鹽的圖片及其化學式。

結論：硅酸鹽的結構和組成復雜。

硅酸鹽組成的表示方法：

（1）鹽化學式；（2）氧化物法。

硅酸鹽種類很多，結構復雜，常用氧化物的形式表示其組成。

改寫的規律：①各元素寫成相應的氧化物，元素的價態保持不變。②注意改寫后應與原來化學式中的原子個數保持不變，中間用“·”間隔。③順序按先金屬后非金屬，金屬元素中按金屬活動順序表依次排列。

如：硅酸鈉Na2SiO3可以表示為Na2O·SiO2。

滑石Mg3（Si4O10）（OH）2可以表示為3MgO·4SiO2·H2O。

硅酸鹽組成復雜，一般用氧化物的形式表示它們的組成。

（學生活動）學生練習將下列硅酸鹽改寫成氧化物的形式。

（1）黏土 Al2（Si2O5）（OH）4 （2）石棉 CaMg3Si4O12

過渡：我們來了解一種重要的硅酸鹽——硅酸鈉Na2SiO3。

用途：黏合劑、防腐劑、防火劑、制硅膠。

物理性質：無色晶體，能溶于水，其水溶液稱為水玻璃。

提出問題：硅酸濃溶液經干燥脫水后可以制得干燥劑硅膠，首先考慮如何利用硅酸鈉制硅酸？

用硅酸鈉制備硅酸的實驗研究。

【實驗用品】

藥品：稀鹽酸、飽和硅酸鈉、酚酞試液。

儀器：試管、滴管。

【實驗步驟】

向盛有少量飽和硅酸鈉溶液的試管里，滴入幾滴酚酞試液，然后逐滴加入稀鹽酸，振蕩，至紅色將近褪去時，靜置一會兒，觀察現象。

【實驗現象】

滴入酚酞溶液顯紅色，再滴入鹽酸，紅色消失，并有透明膠狀物質生成。

【實驗結論】

Na2SiO3溶液呈堿性，與鹽酸反應生成了H2SiO3。

【實驗原理】

Na2SiO3+2HCl=H2SiO3↓+2NaCl

還可以向飽和硅酸鈉溶液中通入過量的CO2制硅酸：

Na2SiO3+2H2O+2CO2（過量）=H2SiO3↓+2NaHCO3

深化理解：實驗室保存Na2SiO3溶液的方法。

因為硅酸的酸性比碳酸還弱，所以空氣中的CO2可以和Na2SiO3水溶液發生以下反應：Na2SiO3+H2O+CO2=H2SiO3↓+Na2CO3從而使硅酸鈉變質，因此硅酸鈉要密封保存。同時，又由于硅酸鈉為礦物膠，有較強的黏性，也不能用磨口的玻璃瓶和玻璃塞，以免瓶口黏結。

過渡：了解了硅酸鹽的化學組成與性質，我們就想知道如何用天然的硅酸鹽礦物制成日常的硅酸鹽產品。

三、硅酸鹽產品

（多媒體展示）硅酸鹽產品出現先后的歷史軌跡。

（學生討論）硅酸鹽產品是人們為了滿足自身生產生活的需要而發明創造的，如陶瓷是為了盛放飲食而創造的器皿，水泥解決了居住的問題，玻璃最初用作裝飾品。

（介紹）在英文中，china是瓷器的意思，將中國稱為“China”是說中國是瓷器之都。在一千多年以前，一個今天看來再普通不過的白色瓷盤卻是全世界人們夢寐以求的高科技產品，瓷器就是中國發明的。

（多媒體展示）介紹我國著名的陶瓷器。

介紹陶瓷的起源和陶瓷的燒制工藝，選材和陶瓷窯所能達到的燒制溫度高是我國古代陶瓷工藝先進的關鍵原因。

（學生活動）

1.陶瓷

制造原料：黏土。

設備：窯。

生產條件：高溫。

發生的變化：復雜的物理化學變化。

產品主要成分：硅酸鹽。

瓷器的原料是高嶺土，在表面涂上了一層玻璃釉，燒制溫度也更高，燒制過程中陶瓷顏色變化是鐵元素等發生了氧化還原反應。

（多媒體展示）介紹現代陶瓷的應用。

提出問題：作為世界建筑奇跡的長城，所用的建筑材料是磚，用磚壘起的城墻如何能屹立千年不倒？

2.水泥：一種水硬性的膠凝材料

（學生活動）

生產原料：有黏土（主要成分為硅酸鹽）、石灰石。

設備：水泥回轉窯。

生產條件：高溫煅燒。

石膏：調節水泥的硬化速率。

產品主要成分：2CaO·SiO2、3CaO·SiO2、3CaO·Al2O3

（多媒體展示）介紹現代水泥生產工藝，可概括為“二磨一燒”，即按一定比例配合的原料，先經過粉磨制成生料，再在窯內燒成熟料，最后通過粉磨制成水泥。在這個過程中，窯是核心設備，先后經歷了倉窯、立窯、干法回轉窯、濕法回轉窯和新型干法回轉窯等發展階段，最終形成現代的窯外分解技術，是歷代工程師智慧的結晶。

介紹幾種常見的水泥制品。

介紹水泥的用途。

水泥除了做黏合材料，還是建造高樓大廈、橋梁道路的建筑材料，它極大地改變了人類的生存和生活方式。

介紹我國水泥工業的發展狀況。

過渡：鋼筋混凝土建造的現代化的高樓大廈，要想采光好，離不開的材料是玻璃。

3.玻璃

（視頻材料）玻璃的制造。

（學生活動）

玻璃生產的原料：石英、純堿、石灰石。

設備：玻璃熔爐。

生產條件：高溫熔融。

主要反應：SiO2+Na2CO3■Na2SiO3+CO2↑、SiO2+CaCO3■CaSiO3+CO2↑。

成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2。

（多媒體展示）介紹幾種常見玻璃的特性和用途。

小結：硅酸鹽材料的不斷發展，使人類社會經歷了從洪荒世界到高度發達的信息時代的巨大變化，從某種意義上說，硅酸鹽材料的進步是人類文明進步的里程碑。

四、資源的循環利用

環境保護是在付出環境嚴重污染的代價后，人們才重視起來的。合理利用資源，資源循環利用的觀念不能總是一句口號，要讓學生思考切實可行的解決辦法，具體可行的方案或行動是最好的環保意識和社會責任的傳達方式。

提出問題：硅酸鹽產品產生的工業垃圾難降解，堆積量又大，如何處理呢？

（學生活動）將各種材料，如陶瓷、水泥、玻璃分類收集，然后分別高溫重新加工制成新產品，變廢為寶。

（視頻材料）上海首批3D打印技術建造的樓房，將拆遷的建筑垃圾變廢為寶。

（學生活動）現代3D打印技術傳統建筑的減法工藝改為加法，由計算機控制，精確地做到用多少取多少，不會浪費材料，而且還能將建筑垃圾重新利用，變廢為寶，且打印速度快，產品質量好。

產品的更新、技術的進步給我們的生活還會帶來哪些奇跡呢？相信我們未來的生活將會更加美好！

在進行教育教學工作的過程中，常常在反思作為高中化學學科的教育工作者，我們教育教學的目標到底是什么？報名參加“一師一優”課曬課活動后，在對“硅酸鹽礦物與硅酸鹽產品”的教學設計反復改進的過程中，查閱了大量資料，從含硅礦物和硅酸鹽產品的各種專業知識，到各種新的教育技術和工業建筑技術，再到各國優秀的教育特色，感悟國家的強大與否與教育水平有很大關系，而教育水平很大程度上取決于教育目標，我們的教育目標是什么？我們到底需要怎樣的人才？是考試能手？是表演人才？還是創新人才？化學教育者的使命不在于讓學生考高分，也不在于公開課上得多么精彩紛呈，拿多高的獎項，而在于引導學生以化學的視角看世界，探索與發現大千世界的豐富多彩與奇妙，培養能理論聯系實際，適合社會發展需要的創新人才，那么我們就要做一名善于研究的終身學習者，把科學的理念帶給未來的創造者——學生。

參考文獻：

魏樟慶.文化視角下對化學教學的反思：以“硅酸鹽礦物與硅酸鹽產品”為例[J].中學化學教學參考，2016（9）.

作者簡介：宋秀云（1981.6—）女，漢族，山東威海，碩士研究生，中學一級教師，研究方向：高中化學。