中華傳統(tǒng)文化視域下的初中化學教學設計

田長明

摘要：中華傳統(tǒng)文化是我們民族的瑰寶，在化學教學中傳播中華傳統(tǒng)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(tǒng)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(yōu)秀傳統(tǒng)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(fā)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(xiàn)培養(yǎng)學生化學學科素養(yǎng)的目標。[2]

為推廣蘇州市課改經驗，發(fā)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(jié)“金屬礦物鐵的冶煉”示范課，力求將中華傳統(tǒng)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(zhí)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(lián)？

【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?yōu)?CO 的呢？原來是高爐中發(fā)生了這樣的反應：CO2+C 2CO。

小結：

問題3：古代煉鐵采用木炭，現(xiàn)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(tài)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(xiàn)在煉鐵為什么不采用煤呢？工業(yè)煉鐵采用焦炭煉鐵而不采用煤的原因是：高爐里的反應發(fā)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(xiàn)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(shù)篇》：“山上有赭者，其下有鐵。”《呂氏春秋·精通》：“慈石召鐵，或引之也?！?/p>

通過上述資料，同學們發(fā)現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)在什么地方，這個地方有什么礦產資源。秋浦在現(xiàn)在安徽省池州市貴池區(qū)，銅陵市郊區(qū)銅山鎮(zhèn)位于池州市貴池區(qū)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(zhèn)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(fā)現(xiàn)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(fā)學生的學習興趣。

在本節(jié)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(yōu)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(fā)生塑性變形，從而可以調節(jié)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?！边@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(fā)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?jié)B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(tǒng)文化，既是社會發(fā)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(tǒng)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(yǎng)[J].教育教學論壇，2020（14）：347.