黃 蓉

(廣東省廣州市育才中學 廣東 廣州 510080)

1.研究背景

STEAM代表著科學(Science)、技術(Technology)、工程(Engineering)、藝術(Arthritis)、數(shù)學(Mathematics)。STEAM教育就是集科學、技術、工程、藝術、數(shù)學多學科整合的綜合教育。2017年修訂的新課標征求意見稿確立以培養(yǎng)學生的化學學科核心素養(yǎng)為主旨，教學更要注重“素養(yǎng)為本”。2017年3月，《2017新媒體聯(lián)盟中國高等教育技術展望：地平線項目區(qū)域報告》明確指出：STEAM學習的興起將是短期內(nèi)我國教育技術的重要發(fā)展趨勢之一。這說明研究STEAM教育是很有必要的[1]?；瘜W教學注重的是培養(yǎng)學生的科學探究能力，化學本身就具有很強的實踐性和創(chuàng)造性。筆者將STEAM教育理念融人化學教學中，圍繞“銅的化學性質(zhì)和濕法煉銅”這一主題，引導學生進行拓展探究，特別是通過“銅銹蝕條件的探究”、“張潛發(fā)現(xiàn)濕法煉銅”、“實驗活動：濕法煉銅”等不同的教學活動，讓學生在活動過程中了解科學探究的基本過程，體會比較、歸納、概括在化學學習和研究中的應用，初步了解科學、技術、社會的相互關系，從而培養(yǎng)學生的化學核心素養(yǎng)、科學素養(yǎng)(S)、技術素養(yǎng)(T)、工程素養(yǎng)(E)、人文素養(yǎng)(A)，提高學生的化學核心素養(yǎng)。

2.基于STEAM理念的初中化學拓展研究案例

2.1 銅銹蝕條件的探究。“鐵釘銹蝕條件的探究”是人教版化學九年級下冊第八單元課題3的重點內(nèi)容。通過該探究活動，讓學生了解鐵的銹蝕和防護，了解科學探究的基本過程(S科學素養(yǎng))，體會比較、歸納、概括在化學學習和研究中的應用，能用規(guī)范的學科語言描述實驗現(xiàn)象，對實驗現(xiàn)象進行合理的解釋(T技術素養(yǎng))。在完成這個探究活動后，根據(jù)所學知識筆者引導學生進行了“銅銹蝕條件”的拓展探究活動，探究過程如下：

青銅器在古時被稱為“金”或者“吉金”，剛做出來的青銅的顏色接近金色。青銅在受潮或埋入土中很多年后，生成銅綠，表面被綠色的銹跡覆蓋，從而呈現(xiàn)綠色。

銅綠的主要成分是Cu2(OH)2CO3,銅生銹跟哪些物質(zhì)有關呢？

信息：化學反應前后，元素的種類不變。

根據(jù)銅綠的主要成分，猜想銅生銹可能是銅與______、______、______共同作用的結(jié)果。

(1)展示圖片、觀察現(xiàn)象、填寫表格：

對比A、B知：銅生銹跟______有關；對比A、C知：銅生銹跟______有關；對比A、D知：銅生銹跟______有關。

(2)得出結(jié)論：銅生銹是銅與______、______、______共同作用的結(jié)果。

(3)拓展應用：寫出一種防止銅生銹的方法______

2.2 銅的冶煉?！癋e + CuSO4= Cu + FeSO4”是銅的化學性質(zhì)，是人教版九年級化學下冊第八單元課題2 的重點內(nèi)容，是濕法煉銅的主要反應原理，是中國冶金和化學史上的一大發(fā)明?；诖?，筆者引導學生進行了以下探究活動，探究過程如下：

(1)張潛發(fā)現(xiàn)濕法煉銅。

[資料閱讀]

張潛(1025—1105)是北宋著名的濕法煉銅家。他天資聰穎，據(jù)說小時候每天都吟誦成百上千句詩，而且廣泛地閱讀書籍。他喜歡賦詩，擅長寫楷書，著有十冊《詩集》，尤其精通天文、地理、人文等學科。張潛在閱讀《神農(nóng)書》的時候，讀到書上記載用膽礬水浸泡鐵，可以讓鐵轉(zhuǎn)化為銅。這一現(xiàn)象的化學原理是：利用硫酸銅溶液浸鐵，使其產(chǎn)生化學反應，將銅析出。從那以后，張潛研讀了許多前人留下的濕法煉銅書籍，又親自參與濕法煉銅的實踐。年復一年的知識和經(jīng)驗積累，讓張潛在濕法煉銅領域取得了重大的成就：他發(fā)現(xiàn)德興興利場的32泉、138溝盛產(chǎn)膽水，可以用來浸鐵取銅。他還總結(jié)出一套比較完整的膽水浸銅技術，寫成了濕法煉銅專著——《浸銅要略》，讓兒子獻給朝廷。朝廷認為張潛的煉銅法花費少而收益多，就在地方推廣了他的方法。采用這個方法以后，每年獲得的銅錢達到百萬之多，因此張潛備受朝廷的嘉獎。自此，信州鉛山場、德興興利場、韶州(今廣東韶關)岑水場、潭州(今湖南長沙)永興場等礦場，都全面推行了張潛的濕法煉銅技術。北宋時，全國膽銅產(chǎn)量每年100～170萬斤，占當時銅總產(chǎn)量近二成。南宋紹興年間，全國膽銅產(chǎn)量占銅總產(chǎn)量的八成多。可以說，是張潛總結(jié)的濕法煉銅技術大大促進了宋代經(jīng)濟的發(fā)展。

[討論區(qū)]

①請同學們閱讀張潛的故事，找到張潛濕法煉銅的原理是什么？(反應物和生成物)

②張潛寫成《浸銅要略》為什么會受到朝廷嘉獎？有什么貢獻？

(2)銅的冶煉。

現(xiàn)在銅冶煉技術分為兩大類，火法冶煉和濕法冶煉?；鸱ㄒ睙掃m合硫化銅礦石，而濕法冶煉較適合氧化銅礦石。

①火法煉銅。

②濕法煉銅。

主要反應原理：Fe + CuSO4= Cu + FeSO4

比較火法煉銅和濕法煉銅兩種生產(chǎn)工藝，都各有利弊，選用哪種方法，應根據(jù)礦物的特點、當?shù)氐慕?jīng)濟情況、地理條件等條件而定。

[討論區(qū)]從對環(huán)境友好這個角度分析，濕法煉銅和火法煉銅哪種方法較好？

2.3 實驗活動：濕法煉銅。

濕法煉銅活動方案

[活動目的]

(1)了解濕法煉銅的原理，體會濕法煉銅的方法。

(2)了解銅與青銅等銅的合金的區(qū)別。

[反應原理]

鐵 + 硫酸銅→銅 + 硫酸亞鐵

Fe + CuSO4= Cu + FeSO4

[實驗用品]試管、鐵釘、硫酸銅溶液

[實驗步驟]

(1)觀察并描述鐵釘和硫酸銅溶液的顏色、狀態(tài)。

(2)把一根鐵釘放入試管中。

操作：先把試管橫放，把鐵釘放在試管口，再把試管慢慢地豎立起來，使鐵釘緩緩地滑到試管底部，以免打破試管。

(3)往試管中加入適量硫酸銅溶液(硫酸銅溶液浸沒鐵釘)

操作：瓶塞倒放、標簽朝向手心、試劑瓶口緊挨傾斜的試管口。

(4)觀察并描述實驗現(xiàn)象。

鐵釘表面覆蓋一層____色的物質(zhì)

溶液從____色變____色

在上述實驗中，你觀察到的生成的銅是什么顏色的？生成的銅就是青銅嗎？

結(jié)論：(1)青銅是銅的________

(2)上述實驗所得到的銅____青銅(填“是”或者“不是”)

3.探究實踐反思

3.1 實施STEAM案例，發(fā)展學生化學核心素養(yǎng)。

案例(一)，通過“銅銹蝕條件的探究”拓展探究活動，提升了學生知識遷移能力和類推能力，還提高了學生的科學素養(yǎng)(S)、技術素養(yǎng)(T)、工程素養(yǎng)(E)。在學生學完“鐵釘銹蝕條件的探究”后，引導學生把所學知識應用到“銅銹蝕條件”的探究活動中，小組團結(jié)協(xié)作，體會科學探究的基本過程：提出問題、對物質(zhì)的性質(zhì)及其變化提出可能的猜想和假設、設計實驗方案進行驗證、基于證據(jù)進行分析推理、得出結(jié)論，能解釋證據(jù)與結(jié)論之間的關系，能依據(jù)探究目的設計實驗方案，對實驗現(xiàn)象進行記錄并得出結(jié)論，從而培養(yǎng)學生的“實驗探究”、“證據(jù)推理”化學核心素養(yǎng)。

案例(二)，在“銅的冶煉”探究拓展活動中，首先，通過張潛發(fā)現(xiàn)濕法煉銅這個故事，通過這個活動，讓學生了解“濕法煉銅”在中國冶金和化學史上的重要意義、了解北宋著名濕法煉銅家張潛的貢獻，提升學生的人文素養(yǎng)。接著，介紹兩種銅的冶煉方法，通過這個活動，讓學生了解科學、技術、社會的相互關系，關注與化學有關的社會熱點問題，認識環(huán)境保護和資源合理開發(fā)的重要性，能運用已有知識和方法綜合分析化工生產(chǎn)對自然可能帶來的影響，權衡利弊，具有可持續(xù)發(fā)展意識和綠色化學觀念，積極參與有關化學問題的社會決策，培養(yǎng)學生的“科學精神與社會責任”化學核心素養(yǎng)。

案例(三)，“實驗活動：濕法煉銅”，在這個實驗探究活動中，學生能根據(jù)實驗目的完成實驗操作、觀察記錄實驗現(xiàn)象并得出結(jié)論、和同學交流實驗成果，培養(yǎng)了學生的工程素養(yǎng)(E)和“實驗探究”化學核心素養(yǎng)。

3.2 設計STEAM案例，提高教師專業(yè)發(fā)展[1]。教師專業(yè)發(fā)展是指教師專業(yè)知識、專業(yè)能力和專業(yè)精神的發(fā)展[2]。STEM教育是跨學科融合教育，集科學、技術、工程、藝術、數(shù)學于一體的綜合教育，它提出將各個領域的知識通過綜合的課程融合起來，STEAM案例的設計要求教師具有跨學科的專業(yè)知識。如何根據(jù)學生的已有知識和認知水平，將化學知識與科學、技術、工程、藝術、數(shù)學知識相融合而開展教學設計并在課堂教學中實施？如何在這個過程中發(fā)展學生核心素養(yǎng)？這些均體現(xiàn)出教師的專業(yè)能力。教師基于學生的需要，不斷研究STEAM課程，這個過程體現(xiàn)了教師的專業(yè)精神。每一個STEAM案例的設計過程，也促進了教師的專業(yè)精神的發(fā)展。將STEAM理念融入教學中，能促進教師在工作崗位上不斷學習、不斷提升。