中華傳統文化視域下的初中化學教學設計

田長明

摘要：中華傳統文化是我們民族的瑰寶，在化學教學中傳播中華傳統文化是每個化學工作者的責任，本文以初中化學“金屬礦物鐵的冶煉”為課例，截取了《將邪神劍》觀“冶煉”、引經據典道“礦石”、說文解字話“鐵意”3個教學片段，對傳統文化視域下的初中化學教學設計進行了論述。

關鍵詞：煉鐵；鐵礦石；煉銅；銅礦石；百煉成鋼

文章編號：1008-0546（2023）08-0032-03?? 中圖分類號：G632.41? ?文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2023.08.007

2022年版的《義務教育化學課程標準》提出，化學課程要融入社會主義核心價值觀的基本內容和要求，傳承中華優秀傳統文化，厚植愛國主義情懷等。[1]

教學是什么？是傳播文化。作為化學教師，如果能夠站在更高的角度、更寬闊的視野，將文化作為出發點和落腳點，從文化傳播的角度來構建課堂、設計教學，就一定能夠更好地引導學生融合理性知識與感性認識，更好地實現培養學生化學學科素養的目標。[2]

為推廣蘇州市課改經驗，發揮骨干教師示引領和范輻射作用，促進青年教師快速成長，蘇州市每年都要舉行課改展示課，筆者在2021年的初中化學課改展示活動中，開設了一節“金屬礦物鐵的冶煉”示范課，力求將中華傳統文化融入化學課堂，下面筆者選取教學中的三個片段作闡述。

一、《將邪神劍》觀“冶煉”

《將邪神劍》是臺灣著名導演丁善璽執導影片，描述的是一對青年夫婦干將與莫邪共同鑄煅雌雄鋼劍。筆者從中截取一段（圖1是視頻的部分截圖），讓學生觀看，并提出3個問題讓學生思考：

問題1：觀看的視頻中，同學們從化學的視角看到了哪些重要信息？

【學生】信息1：很多人從山上用背簍背石頭下山信息2：有兩個高高的爐子，爐子中有炭火信息3：有人在用力拉風箱，給爐子鼓風

……

問題2：觀察到的這些信息與冶煉鐵有什么關聯？

【學生】人們背的石頭應該是含鐵的礦石，木炭燃燒提供熱量，風箱提供氧氣，爐子應該是煉鐵的設備。

【教師】木炭除了提供熱量以外，還有什么作用呢？同學們看看煉鐵的原理：

３CO＋Fe₂O₃＝（高溫）2Fe+3CO₂

通過煉鐵的原理可知，冶煉鐵除了需要鐵礦石和高溫條件外，還需要CO來還原，那CO是如何來的呢？我們知道碳充分燃燒產生 CO2，在高爐中 CO2又是如何轉變為 CO 的呢？原來是高爐中發生了這樣的反應：CO2+C 2CO。

小結：

問題3：古代煉鐵采用木炭，現在改用焦炭，原因是什么？

【教師】木炭的燃燒溫度不高。在開放的火堆里，中層木炭的溫度約在700℃左右，在相對密閉的風箱爐子里邊，溫度可以達到900-1000℃。而鐵的熔點是1538℃。因此用木炭還原鐵礦石得到的鐵是固態的，這樣得到的鐵雜質多，稱之為“塊煉鐵”。

無煙煤在氧氣充足的情況下充分燃燒，溫度能達到1700℃左右，現在煉鐵為什么不采用煤呢？工業煉鐵采用焦炭煉鐵而不采用煤的原因是：高爐里的反應發生在“一升一降”之間，即煤氣的上升和爐料的下降，這就要求料柱要有很好的透氣性，使鐵礦石能被充分地還原。煤的堅固性不如焦炭，如果被壓碎，會造成高爐透氣性下降。另一個原因是煤中含有的磷、硫等有害雜質也比較多，隨著燃燒進入鐵水會影響鋼材質量。

二、引經據典道“礦石”

冶煉需要鐵礦石，現在可以借助先進的工具勘探鐵礦石，能夠找到鐵礦石的種類也比較多，在技術落后的古代，人們是如何尋找鐵礦石的呢？

問題4：古代人怎么尋找鐵礦石？

【資料】《管子·地數篇》：“山上有赭者，其下有鐵。”《呂氏春秋·精通》：“慈石召鐵，或引之也。”

通過上述資料，同學們發現古人可以通過觀察礦石的顏色和是否有磁性來尋找鐵礦石。其中顏色為赭色，礦石中含有 Fe2O3（圖3），能被磁石吸引的礦石中含有Fe3O4（圖4）。

【教師】引入李白的一首詩，進行問題的過渡。

秋浦歌

李白

爐火照天地，紅星亂紫煙。

赧郎明月夜，歌曲動寒川。

問題5：李白這首《秋浦歌》是歌頌冶煉工人的，請問冶煉工人是冶煉的哪種金屬？

【學生】應該是煉鐵，因為詩中出現了爐火和紅星，煉鐵需要高溫和CO，另外鐵燃燒時會產生火星四射。

【教師】要弄清這個問題，首先我們要清楚“秋浦”是現在什么地方，這個地方有什么礦產資源。秋浦在現在安徽省池州市貴池區，銅陵市郊區銅山鎮位于池州市貴池區境內，銅陵市地名來源與產銅有關，享有“中國古銅都，當代銅基地”之稱。銅山鎮及其周邊有大量銅礦資源，儲有黃銅礦（圖5）和孔雀石（圖6）等，秋浦是唐代銅的產地之一。

問題6：李白這首詩描寫的是哪種煉銅方法？

分析：古代煉銅有火法煉銅和濕法煉銅。古代銅匠以孔雀石（主要成分是堿式碳酸銅）為原料煉銅，高溫長時間加熱，最終化為熱的銅水，再做成各種各樣的器物和兵器。化學反應方程式如下：

隨著古代銅匠的不斷實踐和研究，在西漢時期最終發現利用天然銅的化合物進行濕法煉銅。劉安在《淮南萬畢術》記載：“曾青得鐵則化為銅”，“曾青”指可溶性銅鹽，即可溶性銅鹽遇到鐵時，就有銅生成。

化學方程式如下：

唐代在西漢之后，火法煉銅和濕法煉銅同時存在，李白這首詩中的“爐火照天地”很清楚地說明了這是火法煉銅。

三、說文解字話“鐵意”

中國漢字博大精深，造字的方式也有多種，化學教學中老師如果能說文解字，不僅能開闊學生視野，更能激發學生的學習興趣。

在本節課中，筆者向學生展示了一個篆體字（如圖7），我問學生這是什么字？很多學生回答是“戟”，我說這是“鐵”。學生很驚詫，我說這是一個象形字，象形字是漢字的一種，也是較早的造字方法。篆字的左邊是“金”，代表鐵的屬性，中間上面部分代表“火星”，中間部分代表鐵器，下面部分代表鐵砧，篆字的右邊是一個舉著榔頭的人，它完全是根據打鐵場景造的字（如圖8）。

接著筆者提出下面兩個問題：

問題7：古代鐵器為什么要反復高溫鍛打？

【教師】什么是“鍛造”？鍛造就是依靠外力，將高溫金屬胚體進行結構優化的過程。通常情況下，生鐵內部含有大量微小的空隙，有些空隙內還含一些雜質，高溫下內部的空隙會變得更加圓滑，此時，如果鍛打鐵料表面，內部空隙就會不斷被擠壓，逐漸閉合，使鐵器內部結構更加緊密，提升了鐵的力學性能。同時，在不斷打擊下，紅熱的生鐵會發生塑性變形，從而可以調節鐵器的外形尺寸。

問題8：從化學的視角如何理解“百煉成鋼”？

【資料】宋代沈括在《夢溪筆談》中記載“但取粗鐵，煅之百余火，每煅稱之，一煅一輕，至累煅而斤兩不減，則純鋼也，雖百煉不耗矣。”這就是“百煉成鋼”。

【教師】由于中國古代無高爐冶煉技術，并且是使用木炭作為燃料，加上爐體較小，鼓風設備較差，所以爐溫較低，不能達到鐵的熔化溫度，煉出的鐵是海綿狀的固體，質地軟，硬度差。但中華民族是非常有智慧的民族，漢代鐵匠發明了百煉鋼工藝。何為百煉鋼？就是把一塊生鐵放在灼熱的木炭中加熱，進行生鐵表面滲碳，但因為只能生鐵表面滲碳，這就需要工匠將鐵料進行反復折疊鍛打，使滲碳層和非滲碳層相互交錯在一起，又因為鐵料燒紅后，不斷打壓與拉長，反復鍛打的過程中能排出一些雜質，最終把含碳量不同的鐵料鍛打成較為均勻、剛柔相濟的鋼鐵結構。

化學教學融入傳統文化，既是社會發展的需要，也是歷史的必然，作為化學教育工作者，一定要在課堂教學中找到切入點，讓傳統文化在化學課堂上大放異彩！

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.義務教育化學課程標準（2022年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2022.

[2]李梅，王育紅等.重視化學文化落實核心素養[J].教育教學論壇，2020（14）：347.