中国传统文化视角下的中学化学教学设计——以“无机非金属材料”为例.pdf

第2 0 卷总第1 1 5 期中学理科园地科学素养中国传统文化视角下的中学化学教学设计以“无机非金属材料”为例朱海燕，刘志平，汤希雁*（南宁师范大学化学与材料学院）摘要：从陶瓷中挖掘与硅酸盐的组成、性质、制备等相关的化学知识，以陶瓷的美和化学为主线，设置四个子任务，“古籍阅读赏陶瓷”“追本溯源识陶瓷”“探索真知造陶瓷”“趁热打铁懂陶瓷”，将学科知识和传统文化相结合，在提升学生核心素养的同时培养学生科学与美学和谐统一的人文素养。关键词：高中化学；陶瓷；传统文化；硅酸盐中国传统文化博大精深、源远流长，时至今日仍然发挥着巨大的价值，将传统文化和学科知识相联系是当今教育改革的重点。普通高中化学课程标准(2 0 1 7 年版2 0 2 0 年修订)强调：教材内容应体现科学与人文的融合，注重挖掘中华民族优秀传统文化蕴含的思想观念、人文精神，传承和弘扬工匠精神和技术创新思想 1。将中国传统文化融人高中化学课堂，对于传承、弘扬中国传统文化，培养学生科学的人生观、价值观和世界观具有重要意义。文章对近几年的高考卷试题分析，能够发现试题与传统文化的融合，高考试题的变革，也指明了传统文化融人课堂教学的重要性。1教学分析陶瓷属于人教版高中化学必修第二册第五章第三节“无机非金属材料 的内容。陶瓷和中国(China)英文同名,它是中国传统工艺与中国古典美学的结晶，彰显了中国的古老文化。新型陶瓷材料在航天、能源和医疗等领域发挥着重要作用，因此陶瓷这节内容对于学生课程的学习发展具有重要意义，对于培养学生的人文素养和爱国主义情怀，坚定文化自信具有深远影响。本节教学设计选取了陶瓷美和化学作为主线，开设“古籍阅读赏陶瓷”“追本溯源识陶瓷”“探索真知造陶瓷”“趁热打铁懂陶瓷”四个子任务来进行中国陶瓷精湛工艺流程的教学。目前，教材中对陶瓷的相关介绍较少，在人教版高中化学必修第二册第五章中概述了陶瓷的主要成分和相关应用，学生对陶瓷的工艺了解较少。为此，本研究选取陶瓷为教学资源的开发对象，以陶瓷的成分、结构、烧制为载体，挖掘其2022年广西高等教育本科教学改革工程A类项目：师范专业认证背景下践行OBE理念的高师生实践教育研究一一以化学专业为例(2 0 2 2 GJA248)研究成果；2 0 2 1 年广西教育科学“十四五 规划2 0 2 1 考试招生专项课题：导向减少死记硬背和机械刷题的化学高考试题命制探索（2 0 2 1 ZJY1053)研究成果*通讯作者中与硅酸盐相关的知识,将硅酸盐的教学内容与陶瓷有机融合，引导学生感受中国传统工艺品蕴含的美和化学，提升学生化学学科核心素养，实现化学学科的育人目标。2教学目标2.1 教学目标(1)总结硅酸盐材料的性质，学习硅酸盐材料的结构,深化学生“结构决定性质，性质决定用途”的化学观念。（2)学习硅酸盐氧化物表示方法，从微观角度认识硅酸盐组成；类比碳酸钠性质，推测硅酸钠性质，进行实验探究，培养学生科学探究的学科核心素养。(3)通过从宏观和微观角度探析青瓷釉面金属氧化物颜色改变原因，培养学生宏观辨识与微观探析的化学科学核心素养。（4)以陶瓷为切入点，创设传统文化情境，学习硅酸盐相关性质，增强学生的人文素养，提高民族文化认同感。2.2素养目标学生通过阅读明代学者高濂的燕闲清赏笺，观看我是你的瓷儿视频，赏析素雅青瓷，了解青瓷的烧制工艺，感受我国古典工艺的不断精进，培养学生的审美情趣和人文素养，体会我国传统文化的博大精深，厚植爱国主义情怀，增强民族自豪感。3教学思路教学思路如图1 所示。学习任务1：古籍阅读赏陶瓷学习任务2：追本湖源识陶瓷学习任务3：探索真知造陶瓷学习任务4：热打铁懂陶瓷陶瓷的美和化学闵读古籍赏析文中青瓷之美观看手造中国感受大国工匠精神，探析硅酸盐结构、性质观看我是你的瓷儿学习青瓷烧制工艺，学习制备硅酸盐习题练习，巩固知识，反馈教学图1 教学思路流程图美鉴赏文花理解宏观辨识微观探析科学探究！微观探析科学精神12第2 0 卷总第1 1 5 期4教学设计学习任务1 古籍阅读赏陶瓷。创设情境】陶瓷的英文与中国(China)同名,是我国古代文化遗产的象征。目前，我国拥有先进的制陶技术，从景德镇出产的陶瓷制品更是享誉海外。古往今来有许多文人墨客留下了许多关于陶瓷的记载。青瓷（如图2)是最早烧制的瓷器种类,在明代学者高濂的燕闲清赏篓中如是记录青瓷：汝窑，余尝见之，实为玛瑙末入釉，汁水莹厚如堆脂，然汁中棕眼隐若蟹爪，其釉色有天青、粉青，还有葱绿和天蓝等。粉青为上，天蓝弥足珍贵。有“雨过天晴云破处”之称誉，釉面可视碧玉，也不为过。所有历代青瓷应以汝窑为冠。一明高燕闲清赏笔关于青瓷有一个浪漫的传说，一日宋徽宗做了一个梦，梦到雨过天晴后，天空中出现了一抹神秘的天青色，于是写下“雨过天晴云破处”，拿给工匠，要求他们烧出这样的颜色。最后汝州工匠烧出了这玄幻的、诗意兼具美感的天青色，圆了皇帝的梦。设疑】如此清新而隽永的天青色究竞从而来？设计意图：学生从古籍中感受青瓷的清新素雅之美，从故事中体会工匠制瓷的精神追求，赏析青瓷，了解青瓷的历史，提高学生审美价值情趣，培养学生勇于探索的精神。学习任务2 追本溯源识陶瓷。教师 陶瓷的原料是高岭土,主要成分为Al(Si,Os)(OH)4,该矿物属于硅酸盐，硅酸盐的形式比较复杂，通常用氧化物的形式进行表示，具体顺序：活泼金属的碱性氧化物、较活泼金属的碱性氧化物、两性氧化物、酸性氧化物、水。将 Al-(Si20s)(OH)4改写成氧化物的形式即为Al,0;2Si022H,012)。巩固练习】（1)硅酸钠（NazSiO,表示为Na20SiO2;（2）镁橄榄石（Mg2SiO4)表示为2 MgOSiO2。视频展示】播放手造中国视频，重点介绍陶瓷物理性质（如图3）。中学理科园地思考】展示硅氧四面体结构（如图4),分析为什么硅酸盐会具有高熔点、高耐热性的物理性质？图4 硅氧四面体结构示意图引导 硅酸钠是最简单的硅酸盐,以硅酸钠为例学习硅酸盐的化学性质，引导学生从硅元素在元素周期表中的位置进行观察，对硅酸钠的化学性质进行推测 3。学生猜想】硅和碳是处于同一主族,具有相似的化学性质。小组1：碳酸钠溶液能使紫色石蕊试液变蓝，溶液显碱性。小组2：碳酸钠能与酸发生反应生成碳酸。实验探究】根据猜想，小组内进行实验设计，观察实验现象，并填写实验表格。方案展示 如表1。表1 验证硅酸钠性质实验猜想实验设计硅酸钠显向饱和NaSiO，溶液中滴加碱性酚试液向饱和Na2SiO，溶液中通人变混浊后呈硅酸钠和二氧化碳图2 青瓷酸反应向饱和NaSiO溶液中加人变混浊后呈酸反应稀盐酸溶液思考与讨论（1)实验现象中出现混浊后呈凝胶状的物质是什么？（2)从以上的实验中还可以得出什么结论？创设情境】古籍列子书记载：“火浣之布，浣知必投于火，布则火色，垢则布色。出火而振之，皓然疑乎雪”4 。在火中火浣布就成了火红色，而污垢仍跟布原来的颜色一样，从火中取出抖动，火浣布就洁白如雪了。说明了火浣布具有什么性能呢？实验展示】将滤纸条分别浸入装有蒸馏水和饱和Na2SiO,溶液的烧杯中,取出滤纸条并沥干水分，置于酒精灯外焰进行灼烧（如图5）。有火科学素养Si.O实验现象实验结果硅酸钠溶液溶液变红色显碱性凝胶状硅酸钠可和凝胶状甲浸泡过蒸馅水的滤纸，燃烧有火焰图3 手造中国部分视频图5 硅酸钠防火性实验13乙浸泡过硅酸钠溶液的滤纸，燃烧没有火焰第2 0 卷总第1 1 5 期解释 古代的火浣布材质其实就是硅酸盐材料，利用其具有耐高温的性能，为此硅酸盐也是制备木材防火剂的原料。学生活动（1)根据猜想,设计实验方案,进行实验验证；(2)分析实验产物,进一步得出硅酸的化学性质（图6)；(3)观察硅酸钠防火性实验现象，得出实验结论。手造中国视频陶瓷物理性质碳酸钠和硅酸钠类比实验探究硅酸钠性质古籍列子书记载火硅酸钠防火性实验浣之布感受我国源远流长的陶瓷文化，坚定文化白信，提升民族自豪感图6 学习任务2 教学流程图设计意图：通过对硅酸盐材料结构的学习，深化了“结构决定性质”的化学观念，提升学生“宏观辩识与微观探析”的化学学科核心素养。通过硅和碳处于元素周期表的位置，将硅酸钠和碳酸钠的性质类比，推测硅酸钠的性质并进行实验验证，培养学生的科学探究、证据推理两大化学学科核心素养。学习任务3 】探索真知造陶瓷教师】天工开物中宋子日：“水火既济而土合。”陶瓷是土与火的结晶，火可以造就精美绝伦的瓷器，也可以将其摧毁成为一堆废土。制瓷“共计一坏之力，过手七十二，方刻成器。”瓷器的烧制过程十分复杂，得到精美绝伦的成品，少不了关键一环一一瓷器釉色的烧制。釉指的是照在瓷器表面的一层光亮外衣，在普通釉料中加入一些重金属离子，可制成彩釉。将彩釉涂在坏体上进行烧制可制成绚丽多彩的瓷器。解疑 青瓷外层是青釉，青釉采用的是Fe2O;作为着色剂,Fe2O,是红棕色固体，可为何用它来做呈色剂最终烧制出来的颜色却是天青色呢？瓷器在烧制时，窑内的气氛不同，成品也会出现差异。窑内气氛可以分为氧化焰和还原焰，氧化焰指的是完全燃烧的火焰，窑内空气供给充足；还原焰指的是不完全燃烧的火焰，此时窑内产生的H,和CO较多。视频展示】观看我是你的瓷儿视频，重点介绍青瓷的烧制过程（如图7）。图7 我是你的瓷儿青瓷的烧制中学理科园地解释】对于青釉而言，窑内空气不足，在还原气氛下，Fe2O,被还原生成FeO,从而呈现出青色的色调。在烧制的过程中，作为瓷器呈色剂的金属发生颜色的变化是因为发生了氧化还原反应。并将FeO和SiO,反应生成淡青色玻璃态物质FeSiO3，这就是天青色的来源。思考FeSiO,也是硅酸盐,在实验室中是如何制得硅酸盐呢？以硅酸钠为例。硅酸盐结构学生活动】（1)猜想Fe2O,颜色改变原因是发生氧化还硅酸碳酸酸性强弱对比原反应，并用化学方程式表示；(2)回顾前学知识，得出实验室制备硅酸钠的方法。釉面变色原理深化“结构决定性质”的化学观念；类比前学知识，一进行实验探究，培养学生宏观辨识与微观探析、科学探究与创新意识的化学学科核心素养资料卡片Fe:O,+Co红棕色科学素养答疑“天青色从何而来”我是你的瓷儿视频介绍青瓷烧制工艺回顾SiO2知识学习硅酸钠的制备体会中国传统制陶工艺的精湛，培养学生微观探析、科学精神两大化学学科核心素养图8 学习任务3 教学流程图设计意图：通过播放制瓷工艺视频，学生体会中国工匠不断创新，工艺不断精进的科学文化精神。此外从氧化还原反应的角度解释了天青色究竟从何而来这一问题，并从中学习硅酸钠的制备方法，从科学的角度探究艺术品美丽背后的本质，从而培养学生的人文素养、提高学生的科学素养。学习任务4 】趁热打铁懂陶瓷习题展示】趁热打铁，习题练习，反馈教学。(1)陶瓷是火与土的结晶,是中华文明的象征之一,其形成、性质与化学有着密切的关系。下列说法中错误的是（）A.“雨过天晴云破处 所描述的瓷器青色，来自氧化铁B.闻名世界的秦兵马角是陶制品，由黏土经高温烧结而成C.陶瓷是应用较早的人造材料，主要化学成分是硅酸盐D.陶瓷化学性质稳定，具有耐酸碱侵蚀，抗氧化等优点(2)关于硅酸钠以下说法不正确的是（）A.硅酸钠与盐酸反应的离子方程式：SiO3+2H+=H,SiO3B.硅酸钠溶液俗称“泡花碱”,其溶液显碱性，滴加酚酞显红色C.NazCO,+SiO,NaSiOs+CO2说明硅酸酸性比碳酸强D.水玻璃久置空气中变质，是因为与空气中的CO,发生反应设计意图：通过习题，可以巩固学生本节学习的知识，强+2FeO+CO:化学习效果，及时反馈教学成果。青绿色5总结本研究以陶瓷为载体，在教学过程中实现陶瓷和硅酸盐(下转第1 8 页）14第2 0 卷总第1 1 5 期（1)用活塞式针筒打针，将药液完全抽进针筒内，利用了什么原理？（2)病人打吊瓶时，药液是怎么进入静脉中的？（3）喷雾器为什么能喷出雾状液体？试题目标：发锻炼科学思维能力，提升核心素养试题情境：生活情境试题来源：原创预估难度：0.5参考答案：（1)大气压强（2)病人打吊瓶时，随着药液逐渐地流人血管，药瓶中的药液逐渐减少，液体压强也逐渐减小；在大气压的作用下，空气从输液器上端的进气管进人瓶内，使瓶内气压始终等于大气压。（3)喷雾器喷雾，推拉活塞时，管上方的空气流速快，压强小，小于喷雾器内的液体上方的气压，所以液体会沿喷雾器的管道上升。3结语STEAM理念下物理、生物学科融合教学，基于真实的问题情境，从学情出发，有效地提高了学生的解决问题的能力中学理科园地和科学探究能力。在新课标的指导下，教师可以尝试将学科融合渗透到日常教学中，在课时允许的情况下，开展主题探究活动，激发学生的求知欲和学习热情，养成学以致用的好习惯，以全面提升学生的核心素养。参考文献：1中华人民共和国教育部义务教育课程方案(2 0 2 2 年版)S.北京：北京师范大学出版社,2 0 2 2:4-5.2中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准(2 0 2 2 年版)S.北京：北京师范大学出版社,2 0 2 2：1 6,3 3-3 8.3中华人民共和国教育部。义务教育生物学课程标准(2 0 2 2年版)S.北京：北京师范大学出版社,2 0 2 2:2 1.4孙美丽，王文娟.初中生物实验与物理实验融合的教学研究 J.新智慧,2 0 2 0(3 5):6 7-6 8.5潘书朋.基于学生自主创新的物理实验设计与评价研究J,基础教育课程,2 0 2 2(8):5 6-6 4.科学素养285252852852852852528528582852528582852852852525285252852525852528528525285285252852852528528525285285285285285285285285285（上接第1 4 页）教学的有机融合，不仅能够激发学生的学习兴趣，同时也可以使学生接受中华传统文化的教育，感知艺术视觉背后的物质科学基础。从青瓷历史体会中国古典文物美学，从青瓷烧制感受中国古代工匠精益求精的精神追求。将中国传统文化融人课堂教学，将知识获取和古典文物、传统工艺实现有机结合，使学生弘扬传统文化，传承化学技术，预见生活之美。参考文献：1】中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2 0 1 7 年版2 0 2 0 年修订)S.北京：人民教育出版社,2 0 2 0.2刘欣冉.在高中化学教学中融合中华优秀文化的研究 D.牡丹江：牡丹江师范学院，2 0 2 2.3李惠娟.让硅担当起不可或缺的角色：硅的教学设计案例.中学化学教学参考,2 0 0 9(7):3 6-3 8.4邵传强：基于人文背景融合学科核心素养的化学教学设计与实践：以“含硅矿物与信息材料”教学为例 J化学教学，2020(12):41-45,51.18