在化學教學中挖掘優(yōu)秀文化的教育價值

洪茲田 羅德炳 王鋒 張賢金

摘要：開展中華優(yōu)秀文化教育有利于落實立德樹人根本任務，但實施過程中存在較多誤區(qū)。本文以“化學視角下的金屬文物”主題式復習教學為例，探討如何在化學教學活動中挖掘優(yōu)秀文化教育價值，并梳理總結優(yōu)秀文化教育的實施策略如下：聚焦主題，整體規(guī)劃設計;挖掘內涵，突出學科教育;創(chuàng)設情境，重視問題解決;模塊融合，指向高階思維;價值引領，升華育人品質。

關鍵詞：中華優(yōu)秀文化? 金屬文物? 活動教學? 教育價值

我國教育強調將立德樹人作為根本任務。近年來，教育部門從行政層面加強對傳統(tǒng)文化的重視，也在中高考中加強對優(yōu)秀文化的考查，以此來導向教學。多數理科教師認為優(yōu)秀文化教學是文科教師的事，再加上自身視野不寬、知識儲備不足，教學中存在如下誤區(qū)：僅將傳統(tǒng)文化素材做背景式重現，未詳細介紹其核心知識和原理方法;大量堆砌文化素材，教學環(huán)節(jié)孤立割裂，學生學到的是碎片化內容[1];教學方式枯燥單一，學生學習興趣不濃;對文化素材內涵挖掘不夠，素材使用華而不實;新課教學中較少滲透優(yōu)秀文化，復習課教學中則以題海戰(zhàn)術式進行強化訓練，學生為考而學。以化學優(yōu)秀文化為背景的教學活動設計，將問題的提出置于優(yōu)秀文化的情境素材中，學生在解決問題的過程中，必備知識得到鞏固，關鍵能力得到提升，價值觀念得到升華。本文以“化學視角下的金屬文物”主題式復習為例，談如何在化學教學活動中挖掘優(yōu)秀文化的教育價值。

一、確定文化主題

中華優(yōu)秀文化包括古代和近代科技發(fā)展的卓越成就、文化遺產、傳統(tǒng)生活、最新科技成果等。2019年3月底出爐的2018年全國十大考古新發(fā)現中不乏文化遺產。商周時期的司母戊鼎、春秋時期的農具、越王勾踐劍等金屬文物，主要涉及鐵、銅等元素，故確定金屬文物為復習主題。

二、梳理內容模塊

鐵、銅等為核心的金屬文物主題復習，可融合元素化學、結構化學、化學反應原理等知識模塊復習。例如，元素化學中鐵、銅及其化合物性質，金屬的冶煉;化學反應原理中金屬的腐蝕與防護;物質結構與性質中的原子結構與性質;實驗化學中的實驗方案設計、物質的定性檢驗及定量測定。

三、建構教學體系

深度挖掘與金屬文物相關的一系列文化素材并進行優(yōu)化整合。基于化學視角厘清“主題活動-情境素材-知識線索-素養(yǎng)發(fā)展”的一致性關系，建構素養(yǎng)導向的教學結構體系（見表1）。

四、制定教學目標

學習文物年代測定方法，體會化學在文物考古學應用中的重要價值，發(fā)展“宏觀辨識與微觀探析”“科學態(tài)度與社會責任”素養(yǎng)。

通過金屬冶煉中鐵的含量比銅多卻使用比銅晚、古文獻中不同金屬冶煉方法、CuO容易轉變成Cu2O等問題的研討，體會歷史年代與人類生產水平和元素性質之間的關系，感受科學技術對人類文明進步的貢獻，形成“結構決定性質、性質決定制備”的觀念，發(fā)展“證據推理”“變化觀念”“宏觀辨識與微觀探析”素養(yǎng)。

通過對金屬文物成分的定性和定量分析，學會實驗方案的設計、評價并建構思維模型，鞏固滴定實驗的原理及指示劑選擇，發(fā)展“科學探究與創(chuàng)新意識”“變化觀念”“模型認知”素養(yǎng)。

通過對金屬文物腐蝕過程表征和運用化學反應原理分析精制紅銅制品比司母戊鼎更耐腐蝕的原因，發(fā)展“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念”素養(yǎng)。

通過金屬文物的防護復習，學會運用化學反應原理解決實際問題，贊賞科學技術對人類文明的重要作用。

五、設計教學活動

1.文物中的化學知識

資料1：①圖片：2019年3月底出爐的2018年全國十大考古新發(fā)現。

②視頻：“看鑒”大揭秘——越王勾踐劍為何千年不朽（總長03′06″，觀看00′00″-02′07″）[2]。

問題1：①化學在文物考古中有哪些應用？②考古專家如何推測出越王勾踐劍是在2400年前鑄造的？③同樣是青銅劍，為什么唯獨越王勾踐劍千年不朽？

設計意圖：緊扣教學主題，精心創(chuàng)設真實的問題情境，激發(fā)學習興趣。

2.文物年代的測定

資料2：伴隨著歲月的流逝，能說明墓葬年代的信息如竹筒、紙張、棉帛、壁畫都已腐爛或模糊不清，墓碑也早已不知去向。

問題2：假設古墓挖掘中挖掘到棺槨、骨骼、陶器、青銅器等實物。從化學視角考慮，考古專家可利用哪些實物測定歷史年代？其測定原理是什么？

交流研討：利用骨骼測定。簡介14C斷代法原理：C有穩(wěn)定同位素12C、13C和放射性同位素14C。活的有機體中14C與12C含量之比保持恒定，14C會在其死亡后衰變而逐漸減少。14C半衰期為5730年，測量考古遺址中發(fā)現的生命遺體里14C含量，可推測其存在年代[3]。

拓展：除了14C斷代法，還可應用熱釋光法、鈾系法、古地磁法、鉀—氫法斷代、樹木年輪斷代等，從而推斷與其共存的遺存距今的大致年代。

設計意圖：從微觀視角認識同位素的概念及其應用，體會化學在文物考古學應用中的重要價值，發(fā)展“宏觀辨識與微觀探析”“科學態(tài)度與社會責任”素養(yǎng)。

3.金屬的冶煉過程

資料3：①人類使用工具的發(fā)展進程：石器（約1萬年前）→青銅器（約6千年前）→鐵器（約2500年前）。

②地殼中元素含量排前四位的元素（從高到低）：氧、硅、鋁、鐵（4.8%）。

問題3：為什么鐵的含量比銅多卻使用比銅晚？

交流研討：學生先回答出“鐵比銅活潑，因此鐵比銅更難冶煉”。教師引導學生結合當時生產力條件，綜合考慮“自然界中物質的存在形態(tài)”“物質的熔點”后進一步完善觀點。

設計意圖：利用“鐵的含量比銅多卻使用比銅晚”激發(fā)學生思維的碰撞。學生針對既定歷史事實從所學的化學知識中尋找證據支撐，發(fā)展“證據推理”意識。體會歷史年代與人類生產水平和物質性質三者之間的關系，贊賞科學技術對人類文明進步的貢獻。

資料4：以下材料描述金屬冶煉的發(fā)展歷史。

①唐代劉禹錫《浪淘沙》“美人首飾侯王印，盡是沙中浪底來”。

②明代宋應星《天工開物》記載“凡爐中熾鐵用炭，煤炭居十七，木炭居十三。凡山林無煤之處，鍛工先擇堅硬條木，燒成火墨，其炎更烈于煤。即用煤炭，也別有鐵炭一種，取其火性內攻，焰不虛騰者，與炊炭同形而分類也”。

③我國是世界上煉鋅最早的國家。明代宋應星《天工開物》記載“火法”煉鋅：“爐甘石（主要成分ZnCO3）十斤，裝載入一泥罐內……然后逐層用煤炭餅墊盛，其底鋪薪，發(fā)火煅紅……冷淀，毀罐取出……即倭鉛也”。

④1886年霍爾-赫勞爾特電解煉鋁法為現代冰晶石-氧化鋁融鹽電解煉鋁法奠定基礎。

問題4：簡述上述材料涉及的金屬冶煉原理和方法。

資料5：銅是人類用于生產的第一種金屬。最初人們用石斧將存在于自然界中的天然單質銅砍下來并錘打成多種器物。后來人們發(fā)現把錫摻到銅里制成青銅后，制成的勞動工具和武器有了很大改進。司母戊鼎是迄今世界上出土最大、最重的青銅禮器，享有“鎮(zhèn)國之寶”美譽。經測定鼎含Cu84.77%、Sn11.64%、Pb2.79%，與古文獻記載制鼎的銅錫比例基本相符。

問題5：為什么人類從使用天然單質銅發(fā)展到青銅器？

交流研討：純銅制成的器物太軟，易彎曲。青銅（銅錫合金）硬度比純銅大，其制成勞動工具和武器有了很大改進。同時，青銅熔點比純銅低，易于冶煉。

設計意圖：通過古文獻中金屬冶煉方法的描述，感受我國悠久的歷史和燦爛的文化。通過分析金屬冶煉方法和金屬材料發(fā)展的影響因素，樹立“結構決定性質，性質決定制備”的觀念。

資料6：古代將含錫的銅礦石用炭還原（即Cu-Sn合煉）得到青銅。冶煉過程中存在如下反應：2CuO+C■Cu2O+CO，Cu2O+C■2Cu+CO。

問題6：從原子結構角度解釋，為什么在高溫條件下，CuO容易轉變成Cu2O？

交流研討：Cu+、Cu2+的價電子排布式為3d10、3d9。Cu+的3d軌道處于全充滿狀態(tài)，較穩(wěn)定，故高溫條件下Cu2+易轉變成Cu+。

設計意圖：引導學生從宏微結合視角認識物質性質，形成“結構決定性質”觀點，發(fā)展“宏觀辨識與微觀探析”素養(yǎng)。

4.金屬文物成分的測定

文物具有獨一性和不可復制性，對文物銹斑的鑒定方法更為復雜，但定性、定量分析是必要的[4]。

（1）定性分析

資料7：司母戊鼎鼎銘背面右上方處有一塊13×15cm不規(guī)則形狀的紅色銹斑。從銹的外型上來看呈塊狀集合體，經檢測為鐵的氧化物。但是青銅器在土壤與大氣中常年氧化腐蝕過程也可能產生另一種腐蝕產物赤鐵礦（Cu2O）。

問題7：根據所提供的試劑（KSCN溶液、稀H2SO4、H2O2溶液、氯水、NaOH溶液、KMnO4溶液），設計一個簡單易行的實驗方案，檢驗該紅色銹斑成分中存在Cu2O（假設Fe2O3過量）。[信息：Cu2O難溶于水，與非氧化性酸反應生成Cu和Cu2+]。

交流研討：師生共同進行實驗方案設計與改進，最終形成以下實驗方案：取少量紅色銹斑于試管中，加入足量稀H2SO4，再滴加少量KMnO4溶液。若溶液的紫紅色退去，說明紅色銹斑中存在Cu2O。

設計意圖：在實驗方案設計與評價中，建構實驗方案設計的思維模型，發(fā)展“科學探究與創(chuàng)新意識”“模型認知”素養(yǎng)。

（2）定量分析

問題8：定性鑒定判斷該銹蝕物為Fe2O3。采取高錳酸鉀法對該物質進行定量分析：取紅色銹樣0.45g，先加入足量稀硫酸使其充分溶解，再用還原劑將Fe3+還原為Fe2+，最后用0.03mol·L-1KMnO4標準溶液滴定至終點，消耗30.00mL KMnO4溶液，求銹樣中Fe2O3的質量分數。能否將本題中的“稀硫酸”換成“稀鹽酸”？

設計意圖：利用高錳酸鉀氧化還原反應滴定測定銹樣中Fe2O3的質量分數，鞏固滴定實驗原理及指示劑選擇，發(fā)展定量觀、變化觀、守恒觀等觀念。

5.金屬文物的腐蝕

資料8：我國勞動人民在春秋戰(zhàn)國時期就會煉鐵，且鐵器時代比青銅器時代出現更晚。后期出土文物中有很多青銅器，卻很少有鐵質文物。

問題9：為什么后期出土文物中青銅器較多，鐵質文物卻很少？分析鐵質文物在中性或弱堿性環(huán)境下的電極反應式、總反應式及鐵銹的形成過程。

交流研討：鐵質文物易發(fā)生電化學腐蝕而生銹。

問題10：春秋晚期吳王夫差劍、北京故宮太和門前的銅獅表面的綠色銹斑主要成分是什么？用化學方程式表示其形成過程。

交流研討：主要成分為堿式碳酸銅，其形成過程為：2Cu+CO2+O2+H2O=Cu2（OH）2CO3。

資料9：出土于河南安陽的司母戊鼎是商周時期青銅文化代表，表面已銹跡斑斑，主要成分為銅錫合金，也摻雜Pb、Fe、Mn、P等元素。與其同時期出土的精煉紅銅制品（銅含量高達99.33%）腐蝕程度較小。

問題11：從化學反應原理角度分析，為什么精制紅銅制品比司母戊鼎更耐腐蝕？

交流研討：精煉紅銅為較純金屬銅，主要發(fā)生化學腐蝕，而司母戊鼎為銅錫合金，主要發(fā)生電化學腐蝕。電化學腐蝕速率大于化學腐蝕。

設計意圖：用符號表征金屬腐蝕過程，發(fā)展“宏觀辨識與微觀探析”“模型認知”素養(yǎng)。運用化學反應原理分析精制紅銅制品比司母戊鼎更耐腐蝕的原因，發(fā)展“變化觀念”素養(yǎng)。

6.金屬文物的防護

資料10：視頻：“看鑒”大揭秘——越王勾踐劍為何千年不朽（觀看02′08″-03′06″）[2]。

問題12：為什么2400年前的勾踐劍寒光四射、完整如新，而另外三把青銅劍卻銹跡斑斑、原型難辨？

交流研討：越王勾踐劍與其他三把青銅劍相比，有三層保護：①黑漆劍鞘（生漆，耐潮耐高溫耐腐蝕）——覆蓋保護層;②單槨重棺（層層包裹的棺槨，四周填塞的白膏泥）——隔絕空氣;③墓室浸泡地下水——隔絕空氣。

問題13：文物是人類歷史文明的結晶，但在土壤中受鹽分、水分、氣體腐蝕，有些己面目全非。金屬文物防護的措施有哪些？

拓展：古代青銅器保護方法——鉻鹽氧化技術和用硫化物防腐技術。

設計意圖：學會運用化學反應原理解決實際問題，感受科學技術對人類文明的重要作用，增強民族自信。

六、優(yōu)化實施策略

1.聚焦主題，整體規(guī)劃設計

準確把握課標內容，挖掘中華優(yōu)秀文化素材的教育教學價值。基于“頂層設計”自上而下進行整體規(guī)劃，創(chuàng)設真實情境，提出真實問題。本案例聚焦化學視角下的金屬文物主題，從“教學主題—情境素材—知識線索—素養(yǎng)發(fā)展”的結構化設計出發(fā)，實現主題線、情境線、問題線、知識線和素養(yǎng)線交融，讓學生在遨游歷史長河的過程中領略中華優(yōu)秀文化。

2.挖掘內涵，突出學科教育

深入挖掘中華優(yōu)秀文化素材的內涵，重構教學主題，實現教學內容結構化。將“化學視角下的金屬文物”分解成6個主題活動：文物的化學知識→文物的年代測定→金屬的冶煉過程→金屬文物成分的測定→金屬文物的腐蝕→金屬文物的防護。學生在探究和解決陌生情境問題的過程中，不僅綜合應用了所學的學科知識、能力、方法，更體驗了分析解決問題的過程，提升了解決真實問題的能力。

3.創(chuàng)設情境，重視問題解決

用中華優(yōu)秀文化的情境問題熔鑄學科核心素養(yǎng)。情境素材服務真實問題提出，學科知識服務于實際問題解決，在問題解決中形成學科核心素養(yǎng)。本案例深入挖掘金屬文物素材內涵及其教育價值，創(chuàng)設真實的問題情境。檢測學生面對考古專家進行文物測定過程中可能遇到的復雜性、未知性問題時，所表現出來的綜合品質。

4.模塊融合，指向高階思維

在主題式復習時，要融合多個模塊知識，用多角度、多層次問題穿針引線，提升學生的綜合思維能力和系統(tǒng)思維品質。本案例涉及必修1中的鐵、銅等元素性質、金屬冶煉和化學計算;必修2中的同位素;物質結構與性質中的原子結構與性質;化學反應原理中的金屬的腐蝕與防護、滴定實驗;實驗化學中的實驗方案設計、物質的定性檢驗及定量測定。

5.價值引領，升華育人品質

基于主題式復習視角，挖掘中華優(yōu)秀文化素材，編制情境線和問題線，讓學生在追求史實、探究真理的過程中，鞏固必備知識、提升關鍵能力、升華價值觀念。本案例在“講故事-創(chuàng)情境-解問題”的過程中，帶領學生在“探索金屬文物奧妙”中固知識、提能力、鑄品格。

參考文獻

[1] 李群，王榮珍.論中小學中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化課程的開發(fā)與實施[J].課程·教材·教法，2018（03）.

[2] 佚名.“看鑒”大揭秘——越王勾踐劍為何千年不朽[EB/OL].https：//www.iqiyi.com/a_19rrhakwat.html，2016-06-24.

[3] 百度百科.碳14測年[EB/OL].https：//baike.baidu.com/item/%E7%A2%B314%E6%B5%8B%E5%B9%B4/2896827？fr=Aladdin.

[4] 吳冰，王偉群.從文物中學化學——鐵、銅性質主題式復習教學設計與實施[J].化學教育，2016（07）.

【責任編輯? 郭振玲】