黃河文化背景下初中化學跨學科教學的探索

摘 要： 以“青銅器”為例，從黃河文化的重要組成部分——青銅文明出發(fā)，聚焦青銅的冶煉鑄造，立足化學學科，分析跨學科融合點，提煉驅(qū)動性問題，構(gòu)建項目化任務(wù)，設(shè)計和實施系統(tǒng)化教學，引導學生打破學科壁壘，探究先人改造、應(yīng)用物質(zhì)的智慧，發(fā)展綜合運用跨學科知識解決真實問題的高階思維能力，培育核心素養(yǎng)，深化對黃河文化的體驗，堅定民族自信。

關(guān)鍵詞： 中學化學； 跨學科實踐； 核心素養(yǎng)； 黃河文化； 青銅文明

文章編號： 10056629（2024）10005206

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

黃河流域是中華文明的重要發(fā)祥地。中共中央國務(wù)院印發(fā)的《黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展規(guī)劃綱要》指出，要通過黃河文化充分展現(xiàn)中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的獨特魅力，深入傳承黃河文化基因，展示黃河流域在建筑營造、傳統(tǒng)工藝等領(lǐng)域的文化成就……建設(shè)跨學科、交叉型、多元化創(chuàng)新研究平臺［1］?！读x務(wù)教育化學課程標準（2022年版）》（下稱“化學課標”）提出，要重視跨學科實踐活動，要反映人類探索物質(zhì)世界的化學基本觀念和規(guī)律，傳承中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化，厚植愛國主義情懷［2］。可見，跨學科實踐活動是傳承中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的重要途徑。

崛起于黃河流域的青銅器，是中華文明史上濃墨重彩的一筆?；瘜W課標在“中國古代史”主題中指出，“商朝的青銅冶煉技術(shù)和甲骨文代表早期中華文明的輝煌成就”，要求通過了解青銅銘文典型器物知道夏商西周王朝的建立與發(fā)展［3］?；瘜W課標在學習主題二“物質(zhì)的性質(zhì)與應(yīng)用”的教學提示中，明確建議使用“對我國古代金屬冶煉成就的描述，我國古代合金材料的制造（如鑄造錢幣、青銅器等）”等情境素材［4］?？梢?，青銅器的冶煉鑄造中蘊含的知識有顯著的學科融合特質(zhì)，既是實施中華傳統(tǒng)文化教育的重要載體，又可作為開展跨學科實踐活動的良好素材，以此為主題設(shè)計跨學科教學可有助于學生構(gòu)建跨學科大概念，體驗黃河文化、賡續(xù)中華史脈、堅定民族自信。基于此，我們立足化學學科，設(shè)計了“黃河流域的青銅文明”跨學科教學。

1 教學內(nèi)容分析

“黃河流域的青銅文明”是針對九年級學生開展的跨學科實踐活動，需4課時完成。學生在歷史課中已了解青銅器的高超工藝。從化學學科的角度，它主要對接了魯教版教材八年級化學第六單元“燃燒與燃料”、九年級化學第四單元“金屬”的相關(guān)內(nèi)容，承載了化學課標中“物質(zhì)的化學變化”“物質(zhì)的性質(zhì)與應(yīng)用”等主題的大概念與核心知識，同時也涉及了“化學與社會·跨學科實踐”主題中化學與資源、材料等相關(guān)內(nèi)容，在查閱資料與實證推理中培養(yǎng)學生的科學思維、變化觀與元素觀等化學基本觀念、守正傳承的科學態(tài)度與社會責任感。從跨學科的角度，本活動立足化學，融合物理、地理、語文、歷史、藝術(shù)等多學科的相關(guān)內(nèi)容（見表1），協(xié)同持續(xù)發(fā)展“物質(zhì)與能量”“比例與定量”“結(jié)構(gòu)與功能”“原因與結(jié)果”等跨學科大概念。其多功能的育人價值如圖1所示。

2 教學目標

各學科課程標準的共同理念之一是聚焦核心素養(yǎng)組織課程內(nèi)容?？鐚W科教學更應(yīng)以核心素養(yǎng)為導向整合多學科課程資源，基于整體性、綜合性協(xié)同育人。因

此，本教學目標的制定，微觀上關(guān)注多學科知識內(nèi)容內(nèi)在關(guān)聯(lián)的外顯和融通，宏觀上明確各學科內(nèi)容對具體核心素養(yǎng)培育的貢獻。初中相關(guān)學科課程標準提出的核心素養(yǎng)如表2所示。

結(jié)合上述內(nèi)容分析和對各學科核心素養(yǎng)的理解，制定教學目標如下：

（1） 通過參觀調(diào)研、選擇特定青銅器推介等活動，賞析青銅器的歷史文化價值，提高審美感知、歷史解釋和文化理解力。

（2） 通過探尋古銅礦采選、火法煉銅、青銅配比及熔鑄技術(shù)，探究制造青銅器過程中蘊含的跨學科智慧，提升建模推理、科學探究與實踐、藝術(shù)表現(xiàn)、歷史解釋能力。

（3） 通過調(diào)研、展示青銅的現(xiàn)代應(yīng)用，樹立傳承青銅文明的社會責任感。

3 教學流程

本項目依據(jù)教學目標凝練了系列驅(qū)動性問題，引導學生基于不同學科學習內(nèi)容、思想方法之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)進行真實探究與實踐，任務(wù)線、問題線、活動線并舉，合力承載素養(yǎng)的發(fā)展，整體落實跨學科教學。具體如表3所示。

4 實施過程

4.1 賞析青銅器

［任務(wù)發(fā)布］教師提前兩周發(fā)布任務(wù)，給出驅(qū)動性問題任務(wù)單：青銅器為什么多出土在黃河流域？“九鼎八簋”承載了怎樣的文化內(nèi)涵？你最喜歡哪一件青銅器？打算如何將它推介給公眾？學生以小組為單位參觀齊文化博物館并查閱相關(guān)資料，提交成果并進行交流。

［小組1］黃河流域氣候適宜，擁有豐富水源和肥沃土地，為人類的生存提供了得天獨厚的條件，是當時的政治、經(jīng)濟和文化中心。

［小組2］鼎是最早用于烹煮食物的器具；簋是古代盛食物的器具?！疤熳泳哦Π梭T侯七鼎六簋，大夫五鼎四簋，元士三鼎二簋”。鼎與簋使用數(shù)量的多寡代表著貴族等級的高低，鼎簋組合成為禮制的象征。

［小組3］猜猜圖中寶物的用途（見圖2）。這是古代汲酒器！使用時竹節(jié)形長柄在上，球形器在下豎直放入酒中，酒順著荷蕾形器下方的圓孔進入，空氣由上面的方孔排出。當酒進入球形器后，用拇指壓住方孔提起時滴酒不漏，松開拇指時酒再流出。下面我們用兩端開口的塑料滴管來模擬一下它的用法（見圖3）。

設(shè)計意圖：本活動從歷史、語文、科學等角度，按照初步感知→理解→推介青銅器的邏輯線，引導學生經(jīng)歷從輸入到輸出的認知進階。通過鑒賞青銅器展現(xiàn)中華先祖的審美水平和創(chuàng)造力，學生對“藏禮于器”的商周禮制文化有了較深的理解。

4.2 探索古銅礦采選

該部分內(nèi)容在學校微機室內(nèi)完成，方便學生搜索、提煉網(wǎng)絡(luò)資料。

［情境創(chuàng)設(shè)］出示古代冶銅遺址圖。

［學生］鑄造青銅器的原料來源于南方；識礦的方法：觀察礦山表面是否生長著銅草花或者尋找礦山斷面地層是否有孔雀石。

［教師］為中國青銅文明提供堅實物質(zhì)基礎(chǔ)的是長江中下游地區(qū)，“金道錫行”就是指專門運輸青銅原料的南銅北輸路線。

［問題引導］露天開采畢竟有限，銅礦仍以地下開采為主，古人采礦過程中有哪些驚艷的“黑科技”呢？

［情境素材］古代礦山地下采礦遺址圖、商代木轆轤圖。

［小組1］配合圖片介紹開采工具及如何解決井下通風、照明、排水問題；結(jié)合曲折的坑道、繁復的木樁結(jié)構(gòu)介紹古人采礦中如何保障礦井的穩(wěn)定性（井巷支護工藝如圖4所示）。這些較成熟的采礦技術(shù)展示了我們的祖先已經(jīng)能運用比較豐富的數(shù)學、化學、物理等知識。

［小組2］礦石運輸要靠木轆轤（結(jié)合視頻介紹）。隨著時代的發(fā)展，木轆轤逐漸演化成圖5形式。請看：輪轉(zhuǎn)動的軌跡為大圓，軸轉(zhuǎn)動的軌跡為小圓，r為重力臂，R為動力臂，根據(jù)杠桿原理F2rF1R， R＞r，所以F1＜F2，因此省力。

設(shè)計意圖：本環(huán)節(jié)按照識礦→采礦→運輸?shù)V石的邏輯線探索古銅礦的采選工藝，一是教會學生形成從真實情境中剝離無關(guān)內(nèi)容抽提關(guān)鍵問題進行整合重構(gòu)的認識思路，二是引導學生融合科學、技術(shù)、工程等知識解釋古代工匠的智慧，促進知識的靈活遷移和應(yīng)用，形成基于陌生復雜情境的問題解決思維模型［5］。

4.3 探索火法煉銅

［情境創(chuàng)設(shè)］在古銅礦遺址中，人們發(fā)現(xiàn)了孔雀石，其主要成分是堿式碳酸銅，化學式為Cu2（OH）2CO3。3000多年前，我國古代勞動人民已經(jīng)會用孔雀石煉銅，其原理是什么呢？

［學生］把堿式碳酸銅和木炭混合加熱，具體原理如下：

（1） 加熱堿式碳酸銅生成氧化銅：Cu2（OH）2CO3△2CuO+H2O+CO2↑；

（2） 氧化銅與木炭在高溫下生成銅：C+2CuO高溫2Cu+CO2↑。

［教師］木炭的作用是什么？

［學生］還原劑，燃燒過程中提供熱量。

［情境素材］展示古冶煉場復原圖、煉銅豎爐圖。

［學生］配合圖片介紹煉銅豎爐工作原理。

［小組活動］設(shè)計實驗方案并模擬火法煉銅（見圖6）。

設(shè)計意圖：本環(huán)節(jié)按照分析煉銅原理→分析設(shè)備→煉銅的邏輯線引導學生整體性探索火法煉銅的原理，并在實驗室內(nèi)模擬火法煉銅，旨在提升學生依據(jù)物質(zhì)變化規(guī)律改造物質(zhì)的科學觀念，以及實證、推測能力，增進學生理解青銅冶煉中蘊含的科學技術(shù)。

4.4 探究青銅的組成及熔鑄

［情境創(chuàng)設(shè)］古人發(fā)現(xiàn)純銅制作的器具較軟，而錫延展性好，就在銅中添加錫制成青銅?！秴问洗呵铩分性涊d“金柔錫柔，合兩柔則剛”（金指銅單質(zhì)），這說明青銅性能更優(yōu)良。合金到底具有哪些優(yōu)良性能呢？

［小組活動］就“顏色”“硬度”“熔點”等常見性質(zhì)進行猜想，根據(jù)提供用品設(shè)計方案，如圖7所示。

［學生］動手實驗并獲得結(jié)論：硬度大，青銅器機械性能好，耐用；熔點低，青銅容易熔化和鑄造。

［情境進階］用途不同的青銅器成分配比不同?！敖鹩辛R，六分其金而錫居其一，謂之鐘鼎之齊；五分其金而錫居其一，謂之斧斤之齊；四分其金而錫居其一，謂之戈戟之齊；三分其金而錫居其一，謂之大刃之齊；五分其金而錫居二，謂之削殺矢之齊；金錫半，謂之鑒隧之齊”。請依照敘述計算所列舉合金中含銅、錫的質(zhì)量分數(shù)。

［學生］完成計算，得出數(shù)據(jù)（見圖8）。

［情境進階］為掌控熔煉火候，古代工匠通過識別熔爐中可見光的顏色判斷溫度。據(jù)記載，“凡鑄金之狀，金與錫，黑濁之氣竭，黃白次之；黃白之氣竭，青白次之；青白之氣竭，青氣次之，然后可鑄也”［6］，請調(diào)查解釋出現(xiàn)各種可見光的原因。

［教師提示］物質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，可從合金的組成進行推測。

［學生］黑濁氣：原料上附著的木炭、樹枝等碳氫化合物燃燒產(chǎn)22de76ca366d399d733ff3c09d3bc42d生的；黃白氣：熔點低的錫先熔化而產(chǎn)生的；黃白之氣竭，青白次之：溫度升高，銅熔化產(chǎn)生的青焰色混入故現(xiàn)青白氣；青白之氣竭，青氣次之：溫度再高，銅全熔化，只有青氣。

［教師］“爐火純青”一詞就來源于青銅熔煉過程中對可見光的描述，聰明的古人能通過觀測青銅熔煉時的可見光監(jiān)測爐溫，說明當時的熔鑄技術(shù)已達到很高的水準。

設(shè)計意圖：本活動按照認識青銅的組成→探究合金性能→探究青銅元素配比→認識青銅熔鑄的邏輯線從定性進階到定量探究青銅的組成及熔鑄，幫助學生形成“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)決定用途”的化學觀念。

4.5 了解青銅的現(xiàn)代應(yīng)用

［情境創(chuàng)設(shè)］青銅的輝煌并沒有被歷史長河淹沒，在現(xiàn)代社會中依然大放光彩。你知道青銅在現(xiàn)代社會中的應(yīng)用嗎？

［小組1］現(xiàn)代青銅是由銅、錫、鋁、硅等多種金屬組成的合金材料。工業(yè)方面，廣泛用在船舶制造、航空航天、汽車、機械等行業(yè)，用于制造軸承、齒輪、管道、螺絲等零部件；建筑方面，廣泛用于建筑裝飾、建筑構(gòu)件、室內(nèi)外裝飾等方面；文化藝術(shù)方面，廣泛用于制作各種藝術(shù)品。

［問題進階］由古到今話青銅，你有何感悟？

［小組2］從青銅時代開始，人類擺脫了對天然材料的完全依賴，拉開了利用科學技術(shù)創(chuàng)造新材料的序幕，人類的生產(chǎn)生活方式發(fā)生了巨大轉(zhuǎn)變。自此，人類在利用化學變化改造舊物質(zhì)、創(chuàng)造新物質(zhì)新材料的開拓創(chuàng)新路上高歌猛進，推動了歷史的迭代，譜寫了科技力量推動社會發(fā)展的壯麗篇章。

［小組3］我們運用多學科知識理解了青銅器制作過程中的奧秘，中華先祖憑借自己的經(jīng)驗和聰明才智，不斷探索，創(chuàng)造出了燦爛的青銅文明，正如千古黃河滔滔不絕，我們要向先祖學習并將文明成果和創(chuàng)新精神傳承下去！

設(shè)計意圖：本環(huán)節(jié)旨在了解青銅的現(xiàn)代應(yīng)用，啟發(fā)學生以更宏觀、更融合的視角看待青銅文明，激發(fā)傳承文明、開拓創(chuàng)新之志。

5 教學效果與反思

本次跨學科實踐活動帶領(lǐng)學生穿越時空回歸青銅器時代，通過“鑒賞青銅→探究青銅→傳承青銅”的進階，引導學生經(jīng)歷調(diào)查、賞析、探究、體驗青銅文明，融合多學科知識對先人的智慧結(jié)晶進行研究和解釋，發(fā)展了科學、技術(shù)、工程、藝術(shù)融合解決實際問題的能力，形成了解釋真實問題的跨學科思維方式，培育了學生的歷史視野、文化傳承與科學觀念等多學科核心素養(yǎng)，增強了對黃河文化的理解，激發(fā)了學生主動傳承中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的熱情，提升了中華民族文化的自信心。

5.1 跨學科學習是探索中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的有效方式

中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化博大精深，內(nèi)涵豐富，涵蓋文學、歷史、哲學、藝術(shù)、科學、工程等多個領(lǐng)域，靠單一學科難以獲得突破性進展，而跨學科學習可以打破學科壁壘，融通各學科知識在解決真實問題過程中實現(xiàn)深度探索。青銅器作為“禮器”，集政治、經(jīng)濟、科技、文化、藝術(shù)以及信仰、審美等多種訴求于一身。在“黃河流域的青銅文明”探索過程中，學生將各學科領(lǐng)域的知識有機整合成完整的知識體系，發(fā)展了融通跨學科知識去實證、建模、推測以及解決真實問題的高階思維能力，更好地理解了黃河文化的內(nèi)涵和精髓，感受了中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的獨特魅力，增強了民族自信心和自豪感。

5.2 跨學科實踐活動需充分整合校內(nèi)、校外資源

校外資源能有效彌補校內(nèi)資源的不足，內(nèi)外聯(lián)動能達成良好的育人效果。學生在賞析種類繁多青銅器的用途、姿態(tài)各異的外形、豐富奇特的紋飾、厚重多維的歷史文化價值中更能觸發(fā)其探索青銅冶煉奧秘的熱情?；顒娱_展中通過整合校外資源如齊文化博物館，將校外實踐活動與校內(nèi)學習任務(wù)作一體化設(shè)計，使校外實踐與校內(nèi)探究有效銜接、自然融合，協(xié)同式推進學生核心素養(yǎng)的發(fā)展。

5.3 跨學科實踐活動需加強對學生運用網(wǎng)絡(luò)資源的指導

本次活動中需大量搜集、查閱和提煉網(wǎng)絡(luò)資料。網(wǎng)絡(luò)資源一方面拓寬了學生的視野，豐富了信息量，另一方面海量的碎片化信息也加大了學生甄別、整合的難度，使學生難以高效地重構(gòu)系統(tǒng)化認識，組與組之間也表現(xiàn)出較大的差距，這進一步啟示我們對于組織開展復雜真實問題解決的活動時要加大指導力度。

參考文獻：

［1］中華人民共和國中央人民政府.中共中央 國務(wù)院印發(fā)《黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展規(guī)劃綱要》［EB/OL］.（2021108）［2024513］.https：//www.gov.cn/gongbao/content/2021/content_5647346.htm.

［2］［4］中華人民共和國教育部制定. 義務(wù)教育化學課程標準（2022年版）［S］. 北京： 北京師范大學出版社， 2022.

［3］中華人民共和國教育部制定. 義務(wù)教育歷史課程標準（2022年版）［S］. 北京： 北京師范大學出版社， 2022： 10.

［5］葉燕珠， 沈雪青， 吳新建， 汪阿戀. STEM視域下初中化學跨學科項目式學習實踐研究——以“探尋火箭發(fā)射的奧秘”為例［J］. 化學教學， 2024， （4）： 38～45.

［6］吳晗清， 李思凡. “青銅器”教學資源的開發(fā)與利用［J］. 化學教學， 2022， （3）： 84～89.