寇艷庭 包倩倩

摘要：以藝術(shù)視角中的鐵系化合物為主線，將敦煌壁畫顏料、鋼筆素描與藍黑墨水、老街青磚紅墻等富有傳統(tǒng)文化的情境與三氧化二鐵與硫酸亞鐵等化學物質(zhì)聯(lián)系起來，通過“探尋敦煌壁畫中的顏料密碼、探索藍黑墨水中的奧秘、探秘生活中鐵系物質(zhì)的轉(zhuǎn)化、總結(jié)升華”四個環(huán)節(jié)引導(dǎo)學生建構(gòu)元素觀，在傳統(tǒng)文化背景下體會鐵的不同價態(tài)物質(zhì)的不同性質(zhì)和用途，激發(fā)學生文化認同感。

關(guān)鍵詞：傳統(tǒng)文化;元素化合物;敦煌壁畫

文章編號：1008-0546（2022）06-0033-05

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2022.06.007

一、問題的提出

普通高中化學課程標準內(nèi)容中強調(diào)：在人類文化背景下構(gòu)建高中化學課程體系，教學內(nèi)容要結(jié)合學生的年齡特點和學科特征，有機融人社會主義核心價值觀、中國傳統(tǒng)文化等教育內(nèi)容，充分發(fā)揮化學課程對培養(yǎng)學生人文的積極作用[1]，2014年3月，教育部頒布的《完善中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化教育指導(dǎo)綱要》指出，化學課程“應(yīng)結(jié)合教學環(huán)節(jié)滲透中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化相關(guān)內(nèi)容”[2]，人文教育中傳統(tǒng)支化是重要組成部分，要增強我國學生的文化自信，必須發(fā)展學生的人文底蘊，作為人類寶貴的智慧和精神血脈，將中華傳統(tǒng)文化及非物質(zhì)文化遺產(chǎn)進行課程資源開發(fā)，融人化學教學中，探尋中華傳統(tǒng)文化基因，培育學生愛國主義與社會責任感?；瘜W學科在食品、材料、醫(yī)藥領(lǐng)域發(fā)揮了核心作用，很少有人意識藝術(shù)領(lǐng)域也有化學的影子，蘊含很多化學原理，本文以藝術(shù)視角下的鐵系化合物為例，探討如何運用中華傳統(tǒng)文化素材認識有關(guān)鐵的化合物性質(zhì)，深化性質(zhì)決定用途觀念，樹立文化自信，發(fā)展學生化學學科核心素養(yǎng)。

二、教學設(shè)計

1.內(nèi)容分析

本節(jié)課內(nèi)容選自新人教版高中化學必修一第三章第一節(jié)中“鐵的化合物”相關(guān)內(nèi)容，“鐵及其化合物”屬于元素化合物主題，鐵作為變價金屬之一，是高中化學課程的重點和難點，許多學者對“鐵及其化合物”進行教學設(shè)計研究，從教學策略、教學情境等方面進行了創(chuàng)新[3-5]，體現(xiàn)出情境的真實性、整體性，但情境涉及中華傳統(tǒng)文化元素的教學設(shè)計較少。本教學案例基于甘肅本土教學資源，從藝術(shù)視角選取敦煌壁畫、藍黑墨水、蘭州老街“粉墻黛瓦”為情境，從學生的直接經(jīng)驗出發(fā)，體會鐵系化合物在藝術(shù)領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用。以真實問題驅(qū)動和實驗探究活動引導(dǎo)學生從知識到實際應(yīng)用再到藝術(shù)文化素養(yǎng)的培育。在化學教學中滲透中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化與非物質(zhì)遺產(chǎn)，學生在真實有意義的情境中感受化學的魅力。

2.教學目標

（1）了解鐵系化合物在藝術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用，探討氧化鐵顏料的化學性質(zhì)和使用注意事項。通過Fe3+的不同檢驗方案探究，找到Fe3+最佳檢驗方案，能根據(jù)觀察和實驗獲得的現(xiàn)象概括化學變化發(fā)生的條件、特征與規(guī)律，發(fā)展學生宏觀辨識和變化觀念的素養(yǎng)。

（1）通過預(yù)測Fe2O3和FeSO4化學性質(zhì)和理論制備Fe2O3的思路，建構(gòu)從物質(zhì)類別、核心元素化合價認識物質(zhì)性質(zhì)的兩個角度分析問題并形成解決方案的思維方法，引導(dǎo)學生建立元素觀。

（3）通過分析Fe2+，F(xiàn)e3+化合物在藝術(shù)視角中的應(yīng)用，學會運用所學知識解決實際問題的方法，增強學生文化底蘊。

3.教學流程

本節(jié)課從藝術(shù)視角出發(fā)，以學生熟悉的非物質(zhì)文化遺產(chǎn)敦煌壁畫為情境，引出三氧化二鐵是礦物顏料，提出驅(qū)動性問題，通過古代的荒帷圖再次證明三氧化二鐵的穩(wěn)定性，通過傳統(tǒng)國畫鋼筆素描常用碳黑墨水，而不用主要成分為硫酸亞鐵的藍黑墨水，學生從已有經(jīng)驗產(chǎn)生認知沖突，從而對硫酸亞鐵進行實驗探究，學習硫酸亞鐵的化學性質(zhì)。最后以學生熟悉的蘭州老街青磚紅墻為情境，基于已有知識解釋磚瓦顏色不同現(xiàn)象，讓學生深化性質(zhì)決定用途的觀念。

三、教學過程

環(huán)節(jié)一探尋敦煌壁畫中的顏料密碼

【課前播放視頻】對敦煌壁畫《飛天》（圖1）所用顏料的介紹

【教師】材料1：在中國歷史上，巖畫、壁畫、書畫，以及漆制品和瓷制品彩繪，所有需要圖像繪制的領(lǐng)域，都少不了各類礦物顏料的使用（圖2），蛤粉、高嶺石、云母是常見的白色顏料礦物，辰砂、赤鐵礦是常用的紅色顏料礦物，青金石、藍銅礦是常見的藍色顏料礦物，孔雀石、氯銅礦是常見的綠色顏料礦物，石墨是常見的黑色顏料礦物。雌黃、褐鐵礦是常見的黃色顏料礦物[6]。

材料2：莫高窟壁畫及彩塑的紅色顏料中應(yīng)用最多，早期洞窟的壁畫彩塑中，即十六國北魏、西魏和北周使用土紅最多，初唐、盛唐、中唐以朱砂為主，晚唐隨著河西走廊產(chǎn)出的赤鐵礦中制得土紅，唐代繪畫藝術(shù)高度發(fā)展，土紅應(yīng)用再次增加[7]。

【問題1】敦煌壁畫《飛天》主要由哪幾種顏料構(gòu)成？

【教師】同學們總結(jié)了以上三種礦物顏料，這幾種顏料也是中國國畫使用廣泛的礦物顏料，其中土紅顏料是與我們今天所學鐵系化合物內(nèi)容緊密相關(guān)，是從赤鐵礦中制得，也稱赭石，請同學們猜想土紅顏料主要化學成分是什么？

【同學】赤鐵礦主要成分是三氧化二鐵。

【問題2】如何驗證土紅顏料的主要化學成分是Fe203？

【學生1】觀察法，首先在顏料Fe2O3中加入鹽酸，觀察溶液變黃為氯化鐵溶液。

【演示實驗1】取FeCl3溶液5滴于三支相同試管中，分別加水稀釋至2/3處（此時顏色都接近無色，備用），還能通過顏色鑒別嗎？

【學生】不能，稀釋后FeCl3溶液接近無色。

【教師】是否還有其他方法鑒別Fe3+？

【學生2】首先在顏料Fe2O3中加入鹽酸，再加入氫氧化鈉溶液，產(chǎn)生紅褐色沉淀說明有三價鐵離子。

【演示實驗2】在實驗1的一支試管中加入氫氧化鈉溶液，無沉淀產(chǎn)生。

【教師】是否還有其他方法鑒別Fe3+？

資料卡片1：硫氰化鉀（KSCN）是一種無色溶液。當硫氰根離子與三價鐵離子相遇時，就會生成硫氰化鐵，從而顯現(xiàn)出血紅色（或雞血紅色）。這個是離子反應(yīng)中的一種，叫做絡(luò)合反應(yīng)，生成的是絡(luò)合物）。是檢驗Fe3+最靈敏的方法。

【學生3】可以在顏料Fe2O3中加入鹽酸，再滴加KSCN溶液。

【教師】通過以上三種方法，我們實驗證明檢驗Fe3+最靈敏的方法是硫氰化鉀（KSCN）溶液。也進一步驗證了顏料土紅主要成分是Fe2O3。

【教師】敦煌壁畫展現(xiàn)了具有東方獨特美感的色彩，構(gòu)成這些色彩的顏料，是中國文化藝術(shù)的基因密碼，其不同時期的畫作，自然保存了在歷朝歷代中應(yīng)用到的各種礦物顏料。

【問題3】為何敦煌壁畫《飛天》圖沒有侵蝕，保存時間久？

【學生猜想】可能敦煌壁畫所用礦物顏料穩(wěn)定性強，不易被侵蝕。

【教師】Fe2O3是礦物顏料之一，如何證明Fe2O3穩(wěn)定性強？

【實驗探究1】探究Fe2O3的性質(zhì)（表1）

【歸納總結(jié)】通過以上實驗，我們證明了Fe2O3的穩(wěn)定性，老師再給同學們解釋一件考古事例，荒?。菏侵腹湃擞脕硌吃岬囊环N絲織品，很多年之后，人們從挖出來的土中發(fā)現(xiàn)，因為時間久遠，絲織品已經(jīng)腐爛，但與絲織品接觸的泥土上還能清晰地看到絲織品上的顏料畫出的圖案，這個顏料就是氧化鐵顏料，如圖3所示。

設(shè)計意圖：從真實的問題情境中思考敦煌壁畫保存至今未被嚴重侵蝕的原因，引導(dǎo)學生從Fe2O3的化學性質(zhì)方面解決問題。形成性質(zhì)決定用途的觀念。建立元素組成、價態(tài)決定性質(zhì)，性質(zhì)決定用途的學科元素觀念。

【教師】剛才我們認識了氧化鐵的化學性質(zhì)和廣泛用途，同學們熟悉的藍黑墨水的主要成分是鐵的另一種化合物FeSO4。由于FeSO4和Fe單質(zhì)廉價易得，經(jīng)常作為Fe3+化合物制備的反應(yīng)物。請同學們頭腦風暴，設(shè)計制備Fe2O3的理論實驗方案。

【學生任務(wù)】總結(jié)制備Fe2O3的方程式

【教師】同學們已經(jīng)總結(jié)了很多不同的轉(zhuǎn)化思路，實現(xiàn)單質(zhì)鐵到三氧化二鐵的轉(zhuǎn)化思路以及Fe2+到Fe3+的轉(zhuǎn)化思路。能否將這些方程式轉(zhuǎn)化為價類二維圖（圖4）？

【問題4】同學們思考圖4所示這些轉(zhuǎn)化途徑中，最經(jīng)濟實效的是哪種方案？

【學生】通過FeSO4與氫氧化鈉制備氫氧化鐵，然后通過加熱制備Fe2O3最簡捷，兩步就能完成。

環(huán)節(jié)2探索藍黑墨水中的奧秘

【展示圖片】圖5、圖6

【教師】中國素描畫線條鋼勁，輪廓清晰，鋼筆素描讓我們領(lǐng)會速寫也可以有如此美的意境，畫面具有獨特美感，如圖6所示，這些鋼筆素描畫都是用碳素墨水完成，為什么不用藍黑墨水完成呢？請同學們用已有知識經(jīng)驗預(yù)測一下藍黑墨水主要成分FeSO4的化學性質(zhì)？

【學生1】FeSO4中Fe2+是中間價態(tài)，易被氧化劑氧化成Fe3+，具有氧化性，也具有還原性。

【學生2】FeSO4是鹽類，可以與酸和堿分別發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)

【教師】同學們分別從元素價態(tài)與物質(zhì)類別不同角度預(yù)測了FeSO4的化學性質(zhì)。那我們可以使用什么試劑進行驗證我們的猜測呢？

【學生猜想】小組1：FeSO4是鹽類，可以與鹽酸和NaOH分別發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)

小組2：FeSO4具有氧化性，也有還原性，選擇試劑Zn、酸性KMn04.

小組3：FeSO4具有還原性，選擇具有強氧化性的H2O2

【教師】請同學們基于預(yù)測小組完成實驗。

設(shè)計意圖：從鐵鹽代表物的研究到亞鐵鹽代表物的研究，學生在非常熟悉的情景中掌握亞鐵離子極易被氧化成三價鐵離子，基于性質(zhì)預(yù)測，實驗驗證，分析解釋，學生從宏觀現(xiàn)象進行微觀本質(zhì)的分析，引導(dǎo)學生從鐵的不同價態(tài)和物質(zhì)類別分析亞鐵離子的性質(zhì)，增強對亞鐵離子的性質(zhì)的認識，發(fā)展學生元素觀。

[問題5]藍黑墨水中為了讓FeSO4保持穩(wěn)定，會加入鞣酸、單寧酸作為穩(wěn)定劑，如圖5，為什么不用于鋼筆素描畫作中？

【討論與匯報】藍黑墨水中加酸會對紙張造成損害，墨水在空氣中，F(xiàn)e2+極易轉(zhuǎn)化為Fe3+，顏色由藍轉(zhuǎn)為黑色，鋼筆素描用藍黑墨水不易畫作的保存。

環(huán)節(jié)3探秘生活中鐵系物質(zhì)的轉(zhuǎn)化

“青磚黛瓦，故景如舊”該詩句描寫古建筑風格，青色的磚、小片的黛瓦，在我們蘭州老街也能看到青磚紅瓦。

【問題6】磚瓦為何有青色、紅色之分？青磚與紅磚相關(guān)燒制原理？

【問題7】青磚和紅磚（紅瓦），哪種更加耐用？為什么？

【任務(wù)】查閱相關(guān)磚瓦燒制資料，基于Fe2+與Fe3+之間轉(zhuǎn)換關(guān)系解釋其原理。

設(shè)計意圖：該環(huán)節(jié)通過中華傳統(tǒng)文化古詩詞，引出常見的古建筑青磚紅墻，磚瓦焙燒分為氧化焙燒和還原焙燒，青磚需要經(jīng)過在氧化焙燒后，密封窯體，隔絕空氣，加煤炭，通過燃燒耗盡氧氣并形成還原氛圍，F(xiàn)e2O3與CO反應(yīng)得到FeO。從性質(zhì)決定用途出發(fā)，體會同一元素不同價態(tài)物質(zhì)性質(zhì)不同和用途差異，引導(dǎo)學生挖掘古建筑中蘊藏的化學知識。

環(huán)節(jié)4總結(jié)升華

如圖7所示，通過本節(jié)課的學習，我們從藝術(shù)視角學習了鐵的化合物，掌握了Fe2O3、FeSO4的重要化學性質(zhì)，能運用所學知識解決社會現(xiàn)實問題，解釋生活中的化學現(xiàn)象。在化學中感受藝術(shù)色彩之美，在藝術(shù)中感受化學魅力。

四、學生評價設(shè)計

“教、學、評”一體化有利于檢測教師的教和學生的學習效果，過程性評價也是學生發(fā)展性記錄，有利于師生設(shè)計實驗方案、完成探究性實驗、培育學生信息搜集能力、問題解決能力，為了更好地反饋學生學習情況，對本節(jié)課中前三個環(huán)節(jié)采用課堂表現(xiàn)評價表（如表2所示）。

五、教學設(shè)計反思

1.開發(fā)優(yōu)秀傳統(tǒng)文化資源，提升學生文化素養(yǎng)

中國傳統(tǒng)文化知識是輔助化學教學的一種寶貴資源，教師合理開發(fā)與化學學科有關(guān)的傳統(tǒng)文化知識，有利于學生提升文化素養(yǎng)，一部分中國傳統(tǒng)文化蘊含化學原理，在優(yōu)秀傳統(tǒng)文化情境中學習化學知識，增強學生文化自信。基于以上思考，通過設(shè)置的四個環(huán)節(jié)，層層遞進，通過創(chuàng)設(shè)問題，驅(qū)動學生進行思考，在真實的情境中學習Fe2O3、FeSO4的化學性質(zhì)，從古城建筑青磚紅瓦中進一步體會Fe2+與Fe3+之間轉(zhuǎn)換關(guān)系。通過了解化學學科在藝術(shù)領(lǐng)域的貢獻，從藝術(shù)視角學習氧化鐵和硫酸亞鐵，展現(xiàn)化學獨有的學科魅力，學生從實際問題中系統(tǒng)建立性質(zhì)決定用途觀念，讓化學課堂有趣、有深度、有意義。

2.創(chuàng)設(shè)真實問題情境，激發(fā)學生探索興趣

創(chuàng)設(shè)敦煌壁畫顏料、壁畫顏料不易侵蝕、鋼筆素描與藍黑墨水、青磚紅墻等學生熟悉的真實情境，以藝術(shù)線引導(dǎo)學生完成學習任務(wù)，激發(fā)學生求知欲，敦煌壁畫是中國非物質(zhì)文化遺產(chǎn)，學生熱愛自己家鄉(xiāng)的文化，在化學課堂中探索敦煌壁畫的顏料，引導(dǎo)學生從藝術(shù)視角體會鐵系化合物的用途，改變傳統(tǒng)觀念中化學只是一門嚴謹、求真的科學，感受化學與文學、藝術(shù)發(fā)出的美妙和弦，發(fā)展學生的知美.鑒賞美、追求美的素養(yǎng)。

3.多元化評價發(fā)展學生解決問題能力

本節(jié)課滲透了多種傳統(tǒng)文化，教師基于問題驅(qū)動，引導(dǎo)學生設(shè)計實驗方案，進行實驗探究，得出Fe3+的最佳檢驗方案，對于FeSO4的化學性質(zhì)學生是陌生的，而對藍黑墨水是熟悉的，通過熟悉的情境學習鐵的化合物，學生基于已有經(jīng)驗進行假設(shè)、預(yù)測、檢驗、查閱相關(guān)資料，對于FeSO4更加印象深刻，學生對于青磚紅瓦建筑很熟悉，其燒制原理蘊含化學知識，通過學生各種途徑查閱資料，結(jié)合所學內(nèi)容，解釋其磚瓦顏色不同。本節(jié)課融人中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化，不僅增加學生知識面，而且改變學習方式，發(fā)展學生解決實際問題的能力。

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