田長(zhǎng)明

摘要：中華傳統(tǒng)文化是我們民族的瑰寶，在化學(xué)教學(xué)中傳播中華傳統(tǒng)文化是每個(gè)化學(xué)工作者的責(zé)任，本文以初中化學(xué)“金屬礦物鐵的冶煉”為課例，截取了《將邪神劍》觀“冶煉”、引經(jīng)據(jù)典道“礦石”、說(shuō)文解字話“鐵意”3個(gè)教學(xué)片段，對(duì)傳統(tǒng)文化視域下的初中化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行了論述。

關(guān)鍵詞：煉鐵；鐵礦石；煉銅；銅礦石；百煉成鋼

文章編號(hào)：1008-0546（2023）08-0032-03?? 中圖分類號(hào)：G632.41? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2023.08.007

2022年版的《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》提出，化學(xué)課程要融入社會(huì)主義核心價(jià)值觀的基本內(nèi)容和要求，傳承中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化，厚植愛(ài)國(guó)主義情懷等。[1]

教學(xué)是什么？是傳播文化。作為化學(xué)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(diǎn)和落腳點(diǎn)，從文化傳播的角度來(lái)構(gòu)建課堂、設(shè)計(jì)教學(xué)，就一定能夠更好地引導(dǎo)學(xué)生融合理性知識(shí)與感性認(rèn)識(shí)，更好地實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的目標(biāo)。[2]

為推廣蘇州市課改經(jīng)驗(yàn)，發(fā)揮骨干教師示引領(lǐng)和范輻射作用，促進(jìn)青年教師快速成長(zhǎng)，蘇州市每年都要舉行課改展示課，筆者在2021年的初中化學(xué)課改展示活動(dòng)中，開(kāi)設(shè)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(xué)課堂，下面筆者選取教學(xué)中的三個(gè)片段作闡述。

一、《將邪神劍》觀“冶煉”

《將邪神劍》是臺(tái)灣著名導(dǎo)演丁善璽執(zhí)導(dǎo)影片，描述的是一對(duì)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(xué)生觀看，并提出3個(gè)問(wèn)題讓學(xué)生思考：

問(wèn)題1：觀看的視頻中，同學(xué)們從化學(xué)的視角看到了哪些重要信息？

【學(xué)生】信息1：很多人從山上用背簍背石頭下山信息2：有兩個(gè)高高的爐子，爐子中有炭火信息3：有人在用力拉風(fēng)箱，給爐子鼓風(fēng)

……

問(wèn)題2：觀察到的這些信息與冶煉鐵有什么關(guān)聯(lián)？

【學(xué)生】人們背的石頭應(yīng)該是含鐵的礦石，木炭燃燒提供熱量，風(fēng)箱提供氧氣，爐子應(yīng)該是煉鐵的設(shè)備。

【教師】木炭除了提供熱量以外，還有什么作用呢？同學(xué)們看看煉鐵的原理：

３CO＋Fe₂O₃＝（高溫）2Fe+3CO₂

通過(guò)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(lái)還原，那CO是如何來(lái)的呢？我們知道碳充分燃燒產(chǎn)生 CO2，在高爐中 CO2又是如何轉(zhuǎn)變?yōu)?CO 的呢？原來(lái)是高爐中發(fā)生了這樣的反應(yīng)：CO2+C 2CO。

小結(jié)：

問(wèn)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(kāi)放的火堆里，中層木炭的溫度約在700℃左右，在相對(duì)密閉的風(fēng)箱爐子里邊，溫度可以達(dá)到900-1000℃。而鐵的熔點(diǎn)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(zhì)多，稱之為“塊煉鐵”。

無(wú)煙煤在氧氣充足的情況下充分燃燒，溫度能達(dá)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(yīng)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(jiān)固性不如焦炭，如果被壓碎，會(huì)造成高爐透氣性下降。另一個(gè)原因是煤中含有的磷、硫等有害雜質(zhì)也比較多，隨著燃燒進(jìn)入鐵水會(huì)影響鋼材質(zhì)量。

二、引經(jīng)據(jù)典道“礦石”

冶煉需要鐵礦石，現(xiàn)在可以借助先進(jìn)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(shù)落后的古代，人們是如何尋找鐵礦石的呢？

問(wèn)題4：古代人怎么尋找鐵礦石？

【資料】《管子·地?cái)?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。”

通過(guò)上述資料，同學(xué)們發(fā)現(xiàn)古人可以通過(guò)觀察礦石的顏色和是否有磁性來(lái)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(shī)，進(jìn)行問(wèn)題的過(guò)渡。

秋浦歌

李白

爐火照天地，紅星亂紫煙。

赧郎明月夜，歌曲動(dòng)寒川。

問(wèn)題5：李白這首《秋浦歌》是歌頌冶煉工人的，請(qǐng)問(wèn)冶煉工人是冶煉的哪種金屬？

【學(xué)生】應(yīng)該是煉鐵，因?yàn)樵?shī)中出現(xiàn)了爐火和紅星，煉鐵需要高溫和CO，另外鐵燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生火星四射。

【教師】要弄清這個(gè)問(wèn)題，首先我們要清楚“秋浦”是現(xiàn)在什么地方，這個(gè)地方有什么礦產(chǎn)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(nèi)，銅陵市地名來(lái)源與產(chǎn)銅有關(guān)，享有“中國(guó)古銅都，當(dāng)代銅基地”之稱。銅山鎮(zhèn)及其周邊有大量銅礦資源，儲(chǔ)有黃銅礦（圖5）和孔雀石（圖6）等，秋浦是唐代銅的產(chǎn)地之一。

問(wèn)題6：李白這首詩(shī)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(zhǎng)時(shí)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(xué)反應(yīng)方程式如下：

隨著古代銅匠的不斷實(shí)踐和研究，在西漢時(shí)期最終發(fā)現(xiàn)利用天然銅的化合物進(jìn)行濕法煉銅。劉安在《淮南萬(wàn)畢術(shù)》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(shí)，就有銅生成。

化學(xué)方程式如下：

唐代在西漢之后，火法煉銅和濕法煉銅同時(shí)存在，李白這首詩(shī)中的“爐火照天地”很清楚地說(shuō)明了這是火法煉銅。

三、說(shuō)文解字話“鐵意”

中國(guó)漢字博大精深，造字的方式也有多種，化學(xué)教學(xué)中老師如果能說(shuō)文解字，不僅能開(kāi)闊學(xué)生視野，更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

在本節(jié)課中，筆者向?qū)W生展示了一個(gè)篆體字（如圖7），我問(wèn)學(xué)生這是什么字？很多學(xué)生回答是“戟”，我說(shuō)這是“鐵”。學(xué)生很驚詫，我說(shuō)這是一個(gè)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(gè)舉著榔頭的人，它完全是根據(jù)打鐵場(chǎng)景造的字（如圖8）。

接著筆者提出下面兩個(gè)問(wèn)題：

問(wèn)題7：古代鐵器為什么要反復(fù)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(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化的過(guò)程。通常情況下，生鐵內(nèi)部含有大量微小的空隙，有些空隙內(nèi)還含一些雜質(zhì)，高溫下內(nèi)部的空隙會(huì)變得更加圓滑，此時(shí)，如果鍛打鐵料表面，內(nèi)部空隙就會(huì)不斷被擠壓，逐漸閉合，使鐵器內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加緊密，提升了鐵的力學(xué)性能。同時(shí)，在不斷打擊下，紅熱的生鐵會(huì)發(fā)生塑性變形，從而可以調(diào)節(jié)鐵器的外形尺寸。

問(wèn)題8：從化學(xué)的視角如何理解“百煉成鋼”？

【資料】宋代沈括在《夢(mèng)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(guó)古代無(wú)高爐冶煉技術(shù)，并且是使用木炭作為燃料，加上爐體較小，鼓風(fēng)設(shè)備較差，所以爐溫較低，不能達(dá)到鐵的熔化溫度，煉出的鐵是海綿狀的固體，質(zhì)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(jìn)行生鐵表面滲碳，但因?yàn)橹荒苌F表面滲碳，這就需要工匠將鐵料進(jìn)行反復(fù)折疊鍛打，使?jié)B碳層和非滲碳層相互交錯(cuò)在一起，又因?yàn)殍F料燒紅后，不斷打壓與拉長(zhǎng)，反復(fù)鍛打的過(guò)程中能排出一些雜質(zhì)，最終把含碳量不同的鐵料鍛打成較為均勻、剛?cè)嵯酀?jì)的鋼鐵結(jié)構(gòu)。

化學(xué)教學(xué)融入傳統(tǒng)文化，既是社會(huì)發(fā)展的需要，也是歷史的必然，作為化學(xué)教育工作者，一定要在課堂教學(xué)中找到切入點(diǎn)，讓傳統(tǒng)文化在化學(xué)課堂上大放異彩！

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國(guó)教育部.義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）[S].北京：北京師范大學(xué)出版社，2022.

[2]李梅，王育紅等.重視化學(xué)文化落實(shí)核心素養(yǎng)[J].教育教學(xué)論壇，2020（14）：347.