感受傳統工藝提高化學素養--教學素材開發一例

鮑繼才

摘要：以學生提出的關于“打鐵”的問題為契機，引領學生進行思考和探究，培養學生科學探究精神，鼓勵學生提出問題，并對傳統文化進行體驗和發揚。

關鍵詞：退火;淬火;鋼針;化學素養

文章編號：1008-0546（2019）03-0023-02 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.03.006

在復習第五章《金屬的冶煉和利用》（上教版上冊）時，一位同學在作業本中夾了一張紙條：“老師，周日我到同學家玩時，他的父親正在炭火里燒鏟頭，燒紅之后放在鐵砧上反復敲打，然后放在水里冷卻，再燒，再敲打，再放到水里……如此反復，我問他為什么這樣，他說把敲打后熱的鏟頭放在水里叫淬火，這樣做能使鏟頭的‘鋼火好，至于原因他也不知道。我想問您為什么要這樣做鏟頭的‘鋼火才好呢？‘鋼火又是什么意思？”

我在回他的紙條里表揚他注意觀察事物，認真思考，同時希望他能把這種認真觀察、善于思考的學習勁頭永遠保持下去。我把這個問題拿到課堂上，讓大家共同思考這個問題，同學們議論紛紛，有部分同學說看過打鐵的，但沒有思考過這個問題。于是我借機給同學們布置了一個課外作業：同學們可以利用課余時間或周末到附近有鐵匠鋪的地方看看，若家里有條件的可以自己試試，或問問爺爺、爸爸等。然后我在黑板上寫下了四個名詞--回火，淬火，退火，正火，并讓同學們查查這幾個詞語的意思。

我把愿意參加這個活動的同學分成甲乙兩組，甲組重點查閱退火和正火的含義，乙組重點查閱回火和淬火的含義。兩組互相交流、探討，尋找合適的材料并設計相應的實驗。

兩周后，在實驗室里，兩組同學把準備好的實驗器材和對這四個名詞的解釋和理解展現給全班的同學。

實驗器材：10cm長的縫被鋼針6枚（每組3枚，其中2枚實驗，1枚作為對照），酒精燈，火柴，坩堝鉗，坩堝，少量草木灰，水槽，水，一面潑膠的手套一副，石棉網。黑板上寫出了四個名詞的含義。

淬火：把金屬工件加熱到一定溫度，然后浸入冷卻劑（水、油等）急速冷卻，以增加硬度和強度等。

回火：把淬火后的工件（不超過臨界溫度），冷卻，使其能保護一定的硬度，增加韌性。

正火：是將鋼件加熱到臨界溫度以上30-50%1，保溫適當時間后，在靜止的空氣中冷卻的熱處理工藝。正火的主要目的是細化組織，改善鋼的性能，獲得接近平衡狀態的組織。

退火：把金屬材料或工件加熱到一定溫度并保持一定時間后，使緩慢冷卻。退火可以降低金屬硬度和胞洼，提高塑性變形而不開裂的能力。

甲組組長李同學走上講臺：“我們組做的實驗是關于退火和正火，它們的概念請同學們看黑板?，F在請大家用熱烈的掌聲歡迎陳同學和楊同學操作退火和正火的實驗?！?/p>

兩同學操作，李同學解說：“用坩堝鉗夾持兩枚縫被鋼針，放在酒精燈外焰上灼燒至紅熱后，一枚鋼針放在預先用坩堝燒熱的灰堆里讓它緩慢冷卻，另一枚鋼針放在石棉網上進行空氣冷卻。”

完全冷卻后，陳同學帶上手套（防止鋼針傷手）對三枚鋼針進行彎曲。邊操作邊進行小結：“未燒的留作對照的鋼針，硬度大，不易彎曲;放在空氣里冷卻的鋼針能彎曲，說明它的硬度降低，變軟了，而放在灰堆里的鋼針彎曲時比第二枚鋼針更容易彎曲，也更省力些。把鋼針放在灰堆里冷卻的操作方法叫退火，放在空氣里冷卻的操作方法叫正火。同學們根據我們剛才操作的過程可以看到退火和正火的操作和溫度基本相同，但退火和正火的冷卻速度不同，退火的冷卻速度慢，而正火的冷卻速度較快。這樣正火比退火得到的硬度和強度要高。在工業上，退火和正火常用于機械加工之前，目的是為了得到適當的硬度，使鋼材便于加工。對硬度較低的鋼材一般要進行正火處理，而對硬度較高的鋼材要進行退火處理。謝謝大家！”（掌聲）

乙組組長張同學走上實驗臺：“我們組做的實驗是關于淬火和回火，由我和郭同學為大家表演?！?/p>

郭同學操作，張同學解說：“取兩枚鋼針，放在酒精燈火焰上燒至紅熱后，迅速投入水中，使它們急速冷卻。由黑板上的所給的含義我們知道這樣的操作方法叫淬火。在古代，我國勞動人民在生產鐮刀、鋤頭、刀、劍等制品時，早就應用了淬火技術。也就是我們平時在鐵匠鋪里看到鐵匠師傅把鏟頭或其他鐵制產品燒至紅熱后，進行敲打，再放到水里進行急速冷卻的過程。”

張同學：“我想邀請這次沒有參與的同學來感受一下祖先的傳統工藝，哪位同學愿意上來進行折斷操作。好，有請程同學?！?/p>

程同學從水槽中取出一枚鋼針，帶上手套，給大家展示折斷操作后小結：“沒加熱的對照鋼針不易折斷，淬火后的鋼針比未燒的鋼針硬度要高出一些，但容易折斷。”

郭同學：“現在我把另一枚淬火后的鋼針放在酒精燈上微熱，但不能燒紅，然后放在空氣中冷卻?！?/p>

冷卻后，程同學繼續操作：“和對照鋼針一樣不易折斷，但感覺彈性增強?！?/p>

張同學：“程同學回答很棒，謝謝！這個過程就是回火，經過回火處理的鋼針，消除了淬火后的脆性，提高了韌性，還保持了需要的硬度?；鼗鹂偸蔷o接著淬火之后進行的，它不是一個獨立的工序。我們再回到兩周前張同學提出的問題，平常我們所說的‘鋼火，實際上就是鏟頭、菜刀等加熱之后，反復敲打，含碳量減少了，反應的化學方程式為C+O2=CO2，這也就是我們常說的“百煉成鋼”，再經過淬火、回火之后，便增加了它們的硬度和韌性，所以我們在使用的時候會感覺到它們比以前更鋒利了?！保ㄉ恼疲?/p>

李同學走上講臺：“剛才我們兩組操作的四個過程，在工業上叫做鋼鐵的熱處理，就是把鋼鐵制品加熱到一定溫度，并在這個溫度下保持一段時間，然后用不同的方法冷卻，使它們的內部發生變化，從而得到各種優良的性能的一種方法。金屬熱處理應用廣泛，比如輪船、機動車、手表等的元件都要經過熱處理。當然這些都是我從網上查到的。（同學們笑，鼓掌）金屬熱處理專業有名的大學有北京科技大學、清華大學、中國科學院金屬研究所、上海交通大學、西安交通大學、哈爾濱工業大學、北京航空航天大學、內蒙古科技大學等，我們要好好學習，將來要考進這些大學，謝謝！（長時間鼓掌）

最后我作了簡短的結束語：“今天同學們表現的很優秀，體驗了傳統文化的博大精深，感悟了我國古代勞動人民的睿智，感受到了化學的魅力，希望同學們在今后的學習中能再接再厲，多去發現問題，提出問題，愛因斯坦說過‘提出一個問題往往比解決一個問題更重要，因為解決問題只是技能而已，而提出新的問題，卻需要有新的突破，需要有創造性的想象力。也希望通過努力考上你們剛才說的心儀的大學，發揮你們的聰明才智，報效祖國和人民。謝謝！”

反思：毛澤東在《實踐論》中闡述：“一切真知都是從直接經驗發源的。”

新課程標準也明確指出化學學科與生產、生活以及科技的發展有著密切的聯系，對社會發展、科技進步和人類生活質量的提高有著廣泛而深刻的影響。初中學生雖然剛剛接觸化學，所學的內容也不是很多，但如果能充分利用生活資源，把抽象的化學理論知識與生活中常見的現象結合起來，利用他們所學的有限的知識來解決這些現象，他們不但能從熟悉的環境中學到新的知識，也會使他們為自己能夠解決這些問題而高興，尤其在周圍的人不懂得這些問題時，更會產生一種自豪感，無形中對化學產生濃厚的興趣和積極的快樂情感。

在這次探究學習活動中，我只是給予一定指導，沒有越俎代庖把實驗包下來，而是放心、大膽地讓學生自己動手去操作，讓他們在做中學，在做中想，用已經掌握的知識去解決實際中的問題，鼓勵他們提出解決問題的方案，不斷修正、完善自己的結論，完成學習任務。在探究學習過程中讓他們感受勞動的艱辛和快樂，培養他們的動手能力和探究精神，使他們真正體驗到化學源于生活，用于生活，也激發了他們的學習興趣，促進了他們的思維發展，發揮了他們的潛能，開發了他們的智力，培養他們的創新精神和實踐能力，給予他們自我參與、自我實現的鍛煉機會。

一學生在實驗后總結：通過這次實踐，我們懂得應該以什么樣的態度去面對科學。探究這種學習策略不僅使我們獲得了新的知識，更重要的是培養了我們嚴謹、求實的科學品質，培養了我們團結協作的能力和精神，也建立了新型的師生關系。我們在一種寬松而嚴謹的學術氣氛中，運用所學的知識、利用自己的技能，按照自己的思維方式，探索自己感興趣的問題。在這種開放、生動活潑、有趣的學習氛圍中，我們是獨立的學習者，老師只是我們的助手，是咨詢的答疑者，是討論的組織者，是我們迷失探究方向時的指路人。在探究學習的過程中每個人都經受了失敗的沖擊，同時也體驗到獲得成功的愉悅心理，體味到探究式學習給自己帶來的巨大誘惑。

由此我也深深地陷入了思考：化學教師在布置周末或課外作業時，除了基本作業外，也應布置一些能激發他們學習興趣的生活實踐性作業，讓他們在已有的知識基礎上主動去探究，逐漸提高他們的化學素養，這也是他們現在、將來進行創新的源泉。