化學與藝術的跨科統整

張寧云

摘要：化學與藝術的融合讓學生感受科學之美與藝術之美，鐵的科學性是嚴謹的，鐵的藝術性是具有人文溫情的。既要讓學生理解鐵的科學知識，還要藝術性地展示鐵的科學性，同時展示鐵在生活中的應用。科學與藝術的完美結合體現STEAM課程的特點：跨科統整。

關鍵詞：STEAM課程;化學與藝術;跨科統整

文章編號：1008-0546（2019）12-0022-04 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.12.007

一、STEAM課程

美國弗吉利亞科技大學的Yakman教授在原有STEM（Scicnce、Technology、Engineering、Mathematics）課程基礎上，將藝術（Art）作為一個重要的人文因素加人其中，她認為Art代表的藝術包含了社會研究、語言、形體、音樂、美學、表演等較為廣泛的人文藝術科目。科學教育發展到今天，應體現科學主義與人文主義的教育思想互補、為學生可持續發展服務的基本要求。STEAM課程避免了傳統學科的單一體系形成的知識割裂現象，有利于學生形成跨學科或交叉學科的綜合素養。STEAM可以是物理與化學學科間的融合、也可以是化學與藝術的跨界等，涵蓋的科目應該根據學習的主題或目標或實際需要而改變，但STEAM的教學中一定要有藝術學科教學的元素。

二、緣由

科學與藝術交集點往往會發生思想的碰撞，也是人類創造奇跡的潛伏地。《鐵化合物的相互轉化》是元素化合物知識的“高地”，學生要知道傳統教學中生硬的“鐵三角”物質轉化，感受嚴謹的科學性，還應該要感受鐵在生活中的人文溫情，感受“鐵”的溫度，也有“詩與遠方”。筆者嘗試從藝術性與科學性兩個角度跨學科整合鐵的相關信息。鐵的藝術性包含兩個層面的內容：鐵的廣義藝術性和如何藝術的表達鐵的科學性，前者表達與鐵相關的藝術，正如Yakman所言涵蓋廣泛的人文藝術，后者重在教學方法設計的藝術性（如魔術、巧妙的實驗設計），能極大的調動學生的興趣、求知欲。課堂教學是嚴謹的科學性與高超的藝術性有機融合的統一體。STEAM一個重要功能就是解決真實情境下的問題。因此筆者根據教學內容設計了新的教學目標，從鐵的藝術性、科學性、生活性三個層面展開教學。

【鐵的藝術性】多維度感受鐵的藝術之美，豐富對鐵的認識;

【鐵的科學性】（1）掌握Fe²⁺、Fc³⁺離子的檢驗方法，認識+3、+2價鐵的重要化合物;

（2）通過對Fe（OH）2沉淀現象的分析，實驗探究Fe²⁺易被多種氧化劑氧化，通過對Fe³⁺溶液加入KI現象的分析，實驗探究Fe³⁺易被多種還原劑還原;

（3）從氧化還原反應角度認識不同價態鐵的性質及其相互轉化;

【鐵的生活性】通過補血藥劑的成份分析和果樹“黃葉病”成因分析，了解鐵在生活中的應用。

3個層面展開教學，第一層面多維度感受鐵的藝術性，用魔術的形式引出第二層面鐵的科學性，同時呼應、解密魔術;第三層面應用鐵的科學性解釋生活中與鐵有關的現象。

三、化學與藝術的融合

1.鐵的藝術性

鐵是生活中一種應用非常廣泛的金屬元素，衣、食、住、行、文化、繪畫、品格等都可表達鐵的藝術性，如懸掛于人民大會堂的蕪湖鐵畫《迎客松》，學生能最直觀地感受鐵的藝術性;如“鐵與文化”中與鐵相關的成語，學生熱情高漲，齊聲朗誦，表現出與平常化學課少有的激情;如展示“鐵晶體”圖片時，學生一片驚呼，“好美啊”;又如學生看到“鐵與意志”的圖片時，筆者問了一句“什么叫鐵的意志”，“就是千錘百煉”時，學生頓時安靜下來，有所思;……，部分圖片見表1。通過讓學生感受鐵的廣泛的人文藝術之美，感受與傳統嚴謹的科學課堂不一樣的鐵，增加化學課堂的藝術內容，陶冶學生的化學情操，激發學習的興趣與熱情。這些內容與考試無關，學生喜聞樂見，老師何樂不為？！

2.鐵的科學性

化學科學性的知識絕大部分來源于實驗，化學是一門以實驗為基礎的自然科學，課堂上學生最感興趣的依然是實驗，老師演示實驗亦或學生分組實驗。當化學實驗與魔術結合時，當實驗試劑是身邊最常見的物質時，當學生自己做一個眼見不能為實的實驗時，當學生能用新學的知識解密魔術時，這些刺激足以吊足學生的胃口，讓學生主動去探尋化學的奧秘。

（1）引入——魔術引人人勝，激發興趣

【魔術1】將鵝卵石放置于裝有稀鹽酸的燒杯中浸泡約15分鐘（課前準備），取少許浸取液加入到“空”的1號錐形瓶，振蕩，錐形瓶內溶液變為血紅色;實物水平投影（旋轉實物投影儀的鏡頭使鏡頭水平，觀察面更大，便于觀察），見圖2;

【魔術2】另取燒杯中浸取液少許，加入裝有無色液體的2號錐形瓶中，振蕩，變為藍色溶液，加入2顆藥丸，藍色溶液很快褪色，實物水平投影，見圖2。

魔術是一種藝術表現形式，魔幻的實驗可以瞬間激發學生的興趣和求知欲望。1號“空”錐形瓶內壁殘留少許的KSCN溶液，魔術時為什么會變色？KSCN有什么用？請同學們閱讀教科書，P75，這個時候閱讀課本比任何時候都合適，學生立刻能理解KSCN的作用和Fe³⁺的檢驗方法。鵝卵石中存在Fe³⁺，通常顏色越深的鵝卵石含鐵量越高。校園鵝卵石作實驗用品，閱讀教科書了解鐵在自然界中的廣泛存在，實物展示黃鐵礦、磁鐵礦、赤鐵礦并投影了兩張照片，掃描電鏡放大20000倍的FeS2礦石圖片（見圖3）和“機遇號”在火星上測到的直徑約3mm的赤鐵礦球（見圖4）。由魔術引出Fe³⁺、Fe²⁺離子的檢驗到鐵元素的存在，一氣呵成。

（2）Fe（OH）2制備——眼見不能為實，激發求知欲

【學生實驗】：同組兩位學生完成Fe（OH）2制備的對比實驗

（1）試管中加入2mL lmol·L^-1FeCl2溶液，再加入2mL 2mol·L^-1NaOH，觀察現象;

（2）試管中加入2mL lmol·L^-1FeCl2溶液，再加入2mL 2mol·L^-1NaOH，將試管內的混合物倒入帶有紗布的蒸發皿中（圖5），過濾掉水，近距離觀察Fe（OH）2沉淀的顏色。

【設疑】試管中是灰綠色沉淀，蒸發皿中看到的是紅褐色固體，Fe（OH）2是灰綠色沉淀還是紅褐色沉淀？為什么會產生兩種不同顏色的Fe（OH）2？同學們做的實驗都沒有問題，但你們得到的都不是Fe（OH）2，老師還原它本來面目。

【演示實驗】見圖6。

【問題鏈】Fe（OH）2是白色沉淀，為什么試管中是灰綠色沉淀而蒸發皿中是紅褐色固體？為什么試管內和蒸發皿內固體顏色不一樣？仔細觀察試管，為什么內壁上沿也有紅褐色固體？充分振蕩試管，試管內為什么會逐漸變成紅褐色？紅褐色固體是什么？有其他物質參與反應了嗎？為什么老師的實驗可以較長時間看到白色沉淀？

同學們聽到灰綠色沉淀和紅褐色沉淀都不是Fe（OH）2時滿臉疑惑，當看到白色的Fe（OH）2沉淀時，更是一籌莫展，而當老師問了一串問題時，同學們不由自主地討論。此時筆者并沒有急于答復學生的討論，和學生一起討論圖6裝置，再與同學們一起探討、分析問題鏈時，同學們聽得特別認真，臉上有獲得知識的幸福感。三種不同的制備方法產生不同的現象，顏色逐漸變深，細節上分析敞口的蒸發皿O2參與反應的過程，指導學生觀察實驗、分析現象、得出結論。巧妙的設計問題，藝術的設計實驗，適時的給出正確的解釋，這些都需要老師的精心設計，所以說教學是一門藝術。這些問題的順利解決自然過渡到Fe²⁺具有易被氧化劑氧化的性質，為Fe²⁺、Fe³⁺因氧化還原反應而發生的相互轉化承上啟下，引入本節內容的重難點知識。Fe²⁺、Fe³⁺的轉化由學生自己完成實驗設計、實驗操作、分析、得出結論，不作贅述。

3.鐵的生活性

（1）補鐵藥劑——有效成分檢驗，解密魔術

人體缺鐵，會引起缺鐵性貧血，需要食物補鐵或藥物補鐵，我國是世界上缺鐵性貧血發生率較高的國家之一。如果貧血嚴重，醫生建議服用補鐵藥品，醫生會叮囑補鐵藥品與Vc藥片一起服用，更利于吸收。

【實物展示】帶有紅色糖衣的補鐵藥劑，用小刀刮去表層糖衣，露出白色藥品

【問題鏈】補鐵藥劑中是Fe²⁺還是Fe³⁺了？為什么與Vc藥片一起服用更利于吸收？為什么藥品用紅色的糖衣包裹？

【演示實驗】將去掉糖衣的補鐵藥劑用研缽研磨，取部分加水溶解，得到乳白色液體，加入幾滴KSCN溶液，振蕩，無明顯現象;再加入少許H2O2溶液。

【解釋】溶液變為血紅色，所以是Fe²⁹，而不是Fe³⁺。實驗告訴我們Fe²⁺易被O2等多種氧化劑氧化，而vc是一種常見的抗氧化劑，與補鐵藥劑一起服用可以有效地防止藥品中的Fe²⁺被氧化而變質，表層的糖衣也很好保護藥品。解密第二個魔術，2號錐形瓶中的無色液體為淀粉KI溶液，所以一開始得到藍色溶液，然后向錐形瓶中加入的藥丸就是vc藥品，它與氧化劑12發生反應，所以藍色褪去。

（2）生活現象——樹葉“黃葉病”成因解釋

【圖片展示】鮮嫩的新葉有發黃的病癥。

【解釋】生活中常看到這樣的現象，新鮮的嫩葉還沒有長大，樹葉已經有發黃的病癥，俗稱“黃葉病”。華北果樹的“黃葉病”就是植株缺鐵所致，鐵影響葉綠體構造組成，而葉綠體構造形成是葉綠素合成的先決條件。鐵是人們發現的第一個植物微量必需元素。1843年Griss通過把鐵鹽溶液涂在發黃的葡萄葉片上，發現了鐵鹽溶液能使發黃的葡萄葉片逐漸恢復到正常的綠色，從而確證了黃葉病是由缺鐵所引起的。

學以致用，新學的知識解決生活中的問題，課堂上的化學通常與生活是有距離的，而生活中處處有化學，化學在人類生產生活中有不可估量的作用，人類多姿多彩的生活中，化學無處不在，沒有化學，就沒有生活的多元化，老師應該讓學生多建立化學與生活的聯系。

四、反思

課堂教學的科學性重在“實”，但嚴謹的知識往往無趣，藝術性重在“活”，課堂是有生命活力的，當老師與學生之間除了知識交流還有情感交流時，這樣的課堂是有溫度的。有實物、有圖片、有實驗，學生在動手、動眼、動腦中多維度感受鐵，尤其對鐵與藝術的大量圖片表現了極大的興趣，對魔術、對眼見不能為實表達了濃厚的求知欲望，生活小竅門等等內容讓學生覺得化學不僅在課本里，在藝術里，也實實在在的存于牛活中。