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在化学教学中挖掘优秀文化的教育价值

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洪兹田罗德炳王锋张贤金

摘要：开展中华优秀文化教育有利于落实立德树人根本任务，但实施过程中存在较多误区。本文以“化学视角下的金属文物”主题式复习教学为例，探讨如何在化学教学活动中挖掘优秀文化教育价值，并梳理总结优秀文化教育的实施策略如下：聚焦主题，整体规划设计;挖掘内涵，突出学科教育;创设情境，重视问题解决;模块融合，指向高阶思维;价值引领，升华育人品质。

关键词：中华优秀文化? 金属文物? 活动教学? 教育价值

我国教育强调将立德树人作为根本任务。近年来，教育部门从行政层面加强对传统文化的重视，也在中高考中加强对优秀文化的考查，以此来导向教学。多数理科教师认为优秀文化教学是文科教师的事，再加上自身视野不宽、知识储备不足，教学中存在如下误区：仅将传统文化素材做背景式重现，未详细介绍其核心知识和原理方法;大量堆砌文化素材，教学环节孤立割裂，学生学到的是碎片化内容[1];教学方式枯燥单一，学生学习兴趣不浓;对文化素材内涵挖掘不够，素材使用华而不实;新课教学中较少渗透优秀文化，复习课教学中则以题海战术式进行强化训练，学生为考而学。以化学优秀文化为背景的教学活动设计，将问题的提出置于优秀文化的情境素材中，学生在解决问题的过程中，必备知识得到巩固，关键能力得到提升，价值观念得到升华。本文以“化学视角下的金属文物”主题式复习为例，谈如何在化学教学活动中挖掘优秀文化的教育价值。

一、确定文化主题

中华优秀文化包括古代和近代科技发展的卓越成就、文化遗产、传统生活、最新科技成果等。2019年3月底出炉的2018年全国十大考古新发现中不乏文化遗产。商周时期的司母戊鼎、春秋时期的农具、越王勾践剑等金属文物，主要涉及铁、铜等元素，故确定金属文物为复习主题。

二、梳理内容模块

铁、铜等为核心的金属文物主题复习，可融合元素化学、结构化学、化学反应原理等知识模块复习。例如，元素化学中铁、铜及其化合物性质，金属的冶炼;化学反应原理中金属的腐蚀与防护;物质结构与性质中的原子结构与性质;实验化学中的实验方案设计、物质的定性检验及定量测定。

三、建构教学体系

深度挖掘与金属文物相关的一系列文化素材并进行优化整合。基于化学视角厘清“主题活动-情境素材-知识线索-素养发展”的一致性关系，建构素养导向的教学结构体系（见表1）。

四、制定教学目标

学习文物年代测定方法，体会化学在文物考古学应用中的重要价值，发展“宏观辨识与微观探析”“科学态度与社会责任”素养。

通过金属冶炼中铁的含量比铜多却使用比铜晚、古文献中不同金属冶炼方法、CuO容易转变成Cu2O等问题的研讨，体会历史年代与人类生产水平和元素性质之间的关系，感受科学技术对人类文明进步的贡献，形成“结构决定性质、性质决定制备”的观念，发展“证据推理”“变化观念”“宏观辨识与微观探析”素养。

通过对金属文物成分的定性和定量分析，学会实验方案的设计、评价并建构思维模型，巩固滴定实验的原理及指示剂选择，发展“科学探究与创新意识”“变化观念”“模型认知”素养。

通过对金属文物腐蚀过程表征和运用化学反应原理分析精制红铜制品比司母戊鼎更耐腐蚀的原因，发展“宏观辨识与微观探析”“变化观念”素养。

通过金属文物的防护复习，学会运用化学反应原理解决实际问题，赞赏科学技术对人类文明的重要作用。

五、设计教学活动

1.文物中的化学知识

资料1：①图片：2019年3月底出炉的2018年全国十大考古新发现。

②视频：“看鉴”大揭秘——越王勾践剑为何千年不朽（总长03′06″，观看00′00″-02′07″）[2]。

问题1：①化学在文物考古中有哪些应用？②考古专家如何推测出越王勾践剑是在2400年前铸造的？③同样是青铜剑，为什么唯独越王勾践剑千年不朽？

设计意图：紧扣教学主题，精心创设真实的问题情境，激发学习兴趣。

2.文物年代的测定

资料2：伴随着岁月的流逝，能说明墓葬年代的信息如竹筒、纸张、棉帛、壁画都已腐烂或模糊不清，墓碑也早已不知去向。

问题2：假设古墓挖掘中挖掘到棺椁、骨骼、陶器、青铜器等实物。从化学视角考虑，考古专家可利用哪些实物测定历史年代？其测定原理是什么？

交流研讨：利用骨骼测定。简介14C断代法原理：C有稳定同位素12C、13C和放射性同位素14C。活的有机体中14C与12C含量之比保持恒定，14C会在其死亡后衰变而逐渐减少。14C半衰期为5730年，测量考古遗址中发现的生命遗体里14C含量，可推测其存在年代[3]。

拓展：除了14C断代法，还可应用热释光法、铀系法、古地磁法、钾—氢法断代、树木年轮断代等，从而推断与其共存的遗存距今的大致年代。

设计意图：从微观视角认识同位素的概念及其应用，体会化学在文物考古学应用中的重要价值，发展“宏观辨识与微观探析”“科学态度与社会责任”素养。

3.金属的冶炼过程

资料3：①人类使用工具的发展进程：石器（约1万年前）→青铜器（约6千年前）→铁器（约2500年前）。

②地壳中元素含量排前四位的元素（从高到低）：氧、硅、铝、铁（4.8%）。

问题3：为什么铁的含量比铜多却使用比铜晚？

交流研討：学生先回答出“铁比铜活泼，因此铁比铜更难冶炼”。教师引导学生结合当时生产力条件，综合考虑“自然界中物质的存在形态”“物质的熔点”后进一步完善观点。

设计意图：利用“铁的含量比铜多却使用比铜晚”激发学生思维的碰撞。学生针对既定历史事实从所学的化学知识中寻找证据支撑，发展“证据推理”意识。体会历史年代与人类生产水平和物质性质三者之间的关系，赞赏科学技术对人类文明进步的贡献。

资料4：以下材料描述金属冶炼的发展历史。

①唐代刘禹锡《浪淘沙》“美人首饰侯王印，尽是沙中浪底来”。

②明代宋应星《天工开物》记载“凡炉中炽铁用炭，煤炭居十七，木炭居十三。凡山林无煤之处，锻工先择坚硬条木，烧成火墨，其炎更烈于煤。即用煤炭，也别有铁炭一种，取其火性内攻，焰不虚腾者，与炊炭同形而分类也”。

③我国是世界上炼锌最早的国家。明代宋应星《天工开物》记载“火法”炼锌：“炉甘石（主要成分ZnCO3）十斤，装载入一泥罐内……然后逐层用煤炭饼垫盛，其底铺薪，发火煅红……冷淀，毁罐取出……即倭铅也”。

④1886年霍尔-赫劳尔特电解炼铝法为现代冰晶石-氧化铝融盐电解炼铝法奠定基础。

问题4：简述上述材料涉及的金属冶炼原理和方法。

资料5：铜是人类用于生产的第一种金属。最初人们用石斧将存在于自然界中的天然单质铜砍下来并锤打成多种器物。后来人们发现把锡掺到铜里制成青铜后，制成的劳动工具和武器有了很大改进。司母戊鼎是迄今世界上出土最大、最重的青铜礼器，享有“镇国之宝”美誉。经测定鼎含Cu84.77%、Sn11.64%、Pb2.79%，与古文献记载制鼎的铜锡比例基本相符。

问题5：为什么人类从使用天然单质铜发展到青铜器？

交流研讨：纯铜制成的器物太软，易弯曲。青铜（铜锡合金）硬度比纯铜大，其制成劳动工具和武器有了很大改进。同时，青铜熔点比纯铜低，易于冶炼。

设计意图：通过古文献中金属冶炼方法的描述，感受我国悠久的历史和灿烂的文化。通过分析金属冶炼方法和金属材料发展的影响因素，树立“结构决定性质，性质决定制备”的观念。

资料6：古代将含锡的铜矿石用炭还原（即Cu-Sn合炼）得到青铜。冶炼过程中存在如下反应：2CuO+C■Cu2O+CO，Cu2O+C■2Cu+CO。

问题6：从原子结构角度解释，为什么在高温条件下，CuO容易转变成Cu2O？

交流研讨：Cu+、Cu2+的价电子排布式为3d10、3d9。Cu+的3d轨道处于全充满状态，较稳定，故高温条件下Cu2+易转变成Cu+。

设计意图：引导学生从宏微结合视角认识物质性质，形成“结构决定性质”观点，发展“宏观辨识与微观探析”素养。

4.金属文物成分的测定

文物具有独一性和不可复制性，对文物锈斑的鉴定方法更为复杂，但定性、定量分析是必要的[4]。

（1）定性分析

资料7：司母戊鼎鼎铭背面右上方处有一块13×15cm不规则形状的红色锈斑。从锈的外型上来看呈块状集合体，经检测为铁的氧化物。但是青铜器在土壤与大气中常年氧化腐蚀过程也可能产生另一种腐蚀产物赤铁矿（Cu2O）。

问题7：根据所提供的试剂（KSCN溶液、稀H2SO4、H2O2溶液、氯水、NaOH溶液、KMnO4溶液），设计一个简单易行的实验方案，检验该红色锈斑成分中存在Cu2O（假设Fe2O3过量）。[信息：Cu2O难溶于水，与非氧化性酸反应生成Cu和Cu2+]。

交流研讨：师生共同进行实验方案设计与改进，最终形成以下实验方案：取少量红色锈斑于试管中，加入足量稀H2SO4，再滴加少量KMnO4溶液。若溶液的紫红色退去，说明红色锈斑中存在Cu2O。

设计意图：在实验方案设计与评价中，建构实验方案设计的思维模型，发展“科学探究与创新意识”“模型认知”素养。

（2）定量分析

问题8：定性鉴定判断该锈蚀物为Fe2O3。采取高锰酸钾法对该物质进行定量分析：取红色锈样0.45g，先加入足量稀硫酸使其充分溶解，再用还原剂将Fe3+还原为Fe2+，最后用0.03mol·L-1KMnO4标准溶液滴定至终点，消耗30.00mL KMnO4溶液，求锈样中Fe2O3的质量分数。能否将本题中的“稀硫酸”换成“稀盐酸”？

设计意图：利用高锰酸钾氧化还原反应滴定测定锈样中Fe2O3的质量分数，巩固滴定实验原理及指示剂选择，发展定量观、变化观、守恒观等观念。

5.金属文物的腐蚀

资料8：我国劳动人民在春秋战国时期就会炼铁，且铁器时代比青铜器时代出现更晚。后期出土文物中有很多青铜器，却很少有铁质文物。

问题9：为什么后期出土文物中青铜器较多，铁质文物却很少？分析铁质文物在中性或弱碱性环境下的电极反应式、总反应式及铁锈的形成过程。

交流研讨：铁质文物易发生电化学腐蚀而生锈。

问题10：春秋晚期吴王夫差剑、北京故宫太和门前的铜狮表面的绿色锈斑主要成分是什么？用化学方程式表示其形成过程。

交流研讨：主要成分为碱式碳酸铜，其形成过程为：2Cu+CO2+O2+H2O=Cu2（OH）2CO3。

资料9：出土于河南安阳的司母戊鼎是商周时期青铜文化代表，表面已锈迹斑斑，主要成分为铜锡合金，也掺杂Pb、Fe、Mn、P等元素。与其同时期出土的精炼红铜制品（铜含量高达99.33%）腐蚀程度较小。

问题11：从化学反应原理角度分析，为什么精制红铜制品比司母戊鼎更耐腐蚀？

交流研讨：精炼红铜为较纯金属铜，主要发生化学腐蚀，而司母戊鼎为铜锡合金，主要发生电化学腐蚀。电化学腐蚀速率大于化学腐蚀。

设计意图：用符号表征金属腐蝕过程，发展“宏观辨识与微观探析”“模型认知”素养。运用化学反应原理分析精制红铜制品比司母戊鼎更耐腐蚀的原因，发展“变化观念”素养。

6.金属文物的防护

资料10：视频：“看鉴”大揭秘——越王勾践剑为何千年不朽（观看02′08″-03′06″）[2]。

问题12：为什么2400年前的勾践剑寒光四射、完整如新，而另外三把青铜剑却锈迹斑斑、原型难辨？

交流研讨：越王勾践剑与其他三把青铜剑相比，有三层保护：①黑漆剑鞘（生漆，耐潮耐高温耐腐蚀）——覆盖保护层;②单椁重棺（层层包裹的棺椁，四周填塞的白膏泥）——隔绝空气;③墓室浸泡地下水——隔绝空气。

问题13：文物是人类历史文明的结晶，但在土壤中受盐分、水分、气体腐蚀，有些己面目全非。金属文物防护的措施有哪些？

拓展：古代青铜器保护方法——铬盐氧化技术和用硫化物防腐技术。

设计意图：学会运用化学反应原理解决实际问题，感受科学技术对人类文明的重要作用，增强民族自信。

六、优化实施策略

1.聚焦主题，整体规划设计

准确把握课标内容，挖掘中华优秀文化素材的教育教学价值。基于“顶层设计”自上而下进行整体规划，创设真实情境，提出真实问题。本案例聚焦化学视角下的金属文物主题，从“教学主题—情境素材—知识线索—素养发展”的结构化设计出发，实现主题线、情境线、问题线、知识线和素养线交融，让学生在遨游历史长河的过程中领略中华优秀文化。

2.挖掘内涵，突出学科教育

深入挖掘中华优秀文化素材的内涵，重构教学主题，实现教学内容结构化。将“化学视角下的金属文物”分解成6个主题活动：文物的化学知识→文物的年代测定→金属的冶炼过程→金属文物成分的测定→金属文物的腐蚀→金属文物的防护。学生在探究和解决陌生情境问题的过程中，不仅综合应用了所学的学科知识、能力、方法，更体验了分析解决问题的过程，提升了解决真实问题的能力。

3.创设情境，重视问题解决

用中华优秀文化的情境问题熔铸学科核心素养。情境素材服务真实问题提出，学科知识服务于实际问题解决，在问题解决中形成学科核心素养。本案例深入挖掘金属文物素材内涵及其教育价值，创设真实的问题情境。检测学生面对考古专家进行文物测定过程中可能遇到的复杂性、未知性问题时，所表现出来的综合品质。

4.模块融合，指向高阶思维

在主题式复习时，要融合多个模块知识，用多角度、多层次问题穿针引线，提升学生的综合思维能力和系统思维品质。本案例涉及必修1中的铁、铜等元素性质、金属冶炼和化学计算;必修2中的同位素;物质结构与性质中的原子结构与性质;化学反应原理中的金属的腐蚀与防护、滴定实验;实验化学中的实验方案设计、物质的定性检验及定量测定。

5.价值引领，升华育人品质

基于主题式复习视角，挖掘中华优秀文化素材，编制情境线和问题线，让学生在追求史实、探究真理的过程中，巩固必备知识、提升关键能力、升华价值观念。本案例在“讲故事-创情境-解问题”的过程中，带领学生在“探索金属文物奥妙”中固知识、提能力、铸品格。

参考文献

[1] 李群，王荣珍.论中小学中华优秀传统文化课程的开发与实施[J].课程·教材·教法，2018（03）.

[2] 佚名.“看鉴”大揭秘——越王勾践剑为何千年不朽[EB/OL].https：//www.iqiyi.com/a_19rrhakwat.html，2016-06-24.

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

[4] 吳冰，王伟群.从文物中学化学——铁、铜性质主题式复习教学设计与实施[J].化学教育，2016（07）.

【责任编辑? 郭振玲】

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