基于中華傳統文化主題式教學設計

寇艷庭 包倩倩

摘要：以藝術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文化的情境與三氧化二鐵與硫酸亞鐵等化學物質聯系起來，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的轉化、總結升華”四個環節引導學生建構元素觀，在傳統文化背景下體會鐵的不同價態物質的不同性質和用途，激發學生文化認同感。

關鍵詞：傳統文化;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容中強調：在人類文化背景下構建高中化學課程體系，教學內容要結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、中國傳統文化等教育內容，充分發揮化學課程對培養學生人文的積極作用[1]，2014年3月，教育部頒布的《完善中華優秀傳統文化教育指導綱要》指出，化學課程“應結合教學環節滲透中華優秀傳統文化相關內容”[2]，人文教育中傳統支化是重要組成部分，要增強我國學生的文化自信，必須發展學生的人文底蘊，作為人類寶貴的智慧和精神血脈，將中華傳統文化及非物質文化遺產進行課程資源開發，融人化學教學中，探尋中華傳統文化基因，培育學生愛國主義與社會責任感。化學學科在食品、材料、醫藥領域發揮了核心作用，很少有人意識藝術領域也有化學的影子，蘊含很多化學原理，本文以藝術視角下的鐵系化合物為例，探討如何運用中華傳統文化素材認識有關鐵的化合物性質，深化性質決定用途觀念，樹立文化自信，發展學生化學學科核心素養。

二、教學設計

1.內容分析

本節課內容選自新人教版高中化學必修一第三章第一節中“鐵的化合物”相關內容，“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”進行教學設計研究，從教學策略、教學情境等方面進行了創新[3-5]，體現出情境的真實性、整體性，但情境涉及中華傳統文化元素的教學設計較少。本教學案例基于甘肅本土教學資源，從藝術視角選取敦煌壁畫、藍黑墨水、蘭州老街“粉墻黛瓦”為情境，從學生的直接經驗出發，體會鐵系化合物在藝術領域中的廣泛應用。以真實問題驅動和實驗探究活動引導學生從知識到實際應用再到藝術文化素養的培育。在化學教學中滲透中華優秀傳統文化與非物質遺產，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領域中的應用，探討氧化鐵顏料的化學性質和使用注意事項。通過Fe3+的不同檢驗方案探究，找到Fe3+最佳檢驗方案，能根據觀察和實驗獲得的現象概括化學變化發生的條件、特征與規律，發展學生宏觀辨識和變化觀念的素養。

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

（3）通過分析Fe2+，Fe3+化合物在藝術視角中的應用，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

本節課從藝術視角出發，以學生熟悉的非物質文化遺產敦煌壁畫為情境，引出三氧化二鐵是礦物顏料，提出驅動性問題，通過古代的荒帷圖再次證明三氧化二鐵的穩定性，通過傳統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，學生從已有經驗產生認知沖突，從而對硫酸亞鐵進行實驗探究，學習硫酸亞鐵的化學性質。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象，讓學生深化性質決定用途的觀念。

三、教學過程

環節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出的赤鐵礦中制得土紅，唐代繪畫藝術高度發展，土紅應用再次增加[7]。

【問題1】敦煌壁畫《飛天》主要由哪幾種顏料構成？

【教師】同學們總結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容緊密相關，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，從而顯現出血紅色（或雞血紅色）。這個是離子反應中的一種，叫做絡合反應，生成的是絡合物）。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】敦煌壁畫展現了具有東方獨特美感的色彩，構成這些色彩的顏料，是中國文化藝術的基因密碼，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定性強，不易被侵蝕。

【教師】Fe2O3是礦物顏料之一，如何證明Fe2O3穩定性強？

【實驗探究1】探究Fe2O3的性質（表1）

【歸納總結】通過以上實驗，我們證明了Fe2O3的穩定性，老師再給同學們解釋一件考古事例，荒帷：是指古人用來殉葬的一種絲織品，很多年之后，人們從挖出來的土中發現，因為時間久遠，絲織品已經腐爛，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，引導學生從Fe2O3的化學性質方面解決問題。形成性質決定用途的觀念。建立元素組成、價態決定性質，性質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單質廉價易得，經常作為Fe3+化合物制備的反應物。請同學們頭腦風暴，設計制備Fe2O3的理論實驗方案。

【學生任務】總結制備Fe2O3的方程式

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

【問題4】同學們思考圖4所示這些轉化途徑中，最經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。

環節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驗預測一下藍黑墨水主要成分FeSO4的化學性質？

【學生1】FeSO4中Fe2+是中間價態，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生復分解反應

【教師】同學們分別從元素價態與物質類別不同角度預測了FeSO4的化學性質。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分別發生復分解反應

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】請同學們基于預測小組完成實驗。

設計意圖：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，基于性質預測，實驗驗證，分析解釋，學生從宏觀現象進行微觀本質的分析，引導學生從鐵的不同價態和物質類別分析亞鐵離子的性質，增強對亞鐵離子的性質的認識，發展學生元素觀。

[問題5]藍黑墨水中為了讓FeSO4保持穩定，會加入鞣酸、單寧酸作為穩定劑，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，Fe2+極易轉化為Fe3+，顏色由藍轉為黑色，鋼筆素描用藍黑墨水不易畫作的保存。

環節3探秘生活中鐵系物質的轉化

“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】查閱相關磚瓦燒制資料，基于Fe2+與Fe3+之間轉換關系解釋其原理。

設計意圖：該環節通過中華傳統文化古詩詞，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，Fe2O3與CO反應得到FeO。從性質決定用途出發，體會同一元素不同價態物質性質不同和用途差異，引導學生挖掘古建筑中蘊藏的化學知識。

環節4總結升華

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

四、學生評價設計

“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展性記錄，有利于師生設計實驗方案、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，對本節課中前三個環節采用課堂表現評價表（如表2所示）。

五、教學設計反思

1.開發優秀傳統文化資源，提升學生文化素養

中國傳統文化知識是輔助化學教學的一種寶貴資源，教師合理開發與化學學科有關的傳統文化知識，有利于學生提升文化素養，一部分中國傳統文化蘊含化學原理，在優秀傳統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，通過設置的四個環節，層層遞進，通過創設問題，驅動學生進行思考，在真實的情境中學習Fe2O3、FeSO4的化學性質，從古城建筑青磚紅瓦中進一步體會Fe2+與Fe3+之間轉換關系。通過了解化學學科在藝術領域的貢獻，從藝術視角學習氧化鐵和硫酸亞鐵，展現化學獨有的學科魅力，學生從實際問題中系統建立性質決定用途觀念，讓化學課堂有趣、有深度、有意義。

2.創設真實問題情境，激發學生探索興趣

創設敦煌壁畫顏料、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，以藝術線引導學生完成學習任務，激發學生求知欲，敦煌壁畫是中國非物質文化遺產，學生熱愛自己家鄉的文化，在化學課堂中探索敦煌壁畫的顏料，引導學生從藝術視角體會鐵系化合物的用途，改變傳統觀念中化學只是一門嚴謹、求真的科學，感受化學與文學、藝術發出的美妙和弦，發展學生的知美.鑒賞美、追求美的素養。

3.多元化評價發展學生解決問題能力

本節課滲透了多種傳統文化，教師基于問題驅動，引導學生設計實驗方案，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，學生基于已有經驗進行假設、預測、檢驗、查閱相關資料，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，結合所學內容，解釋其磚瓦顏色不同。本節課融人中華優秀傳統文化，不僅增加學生知識面，而且改變學習方式，發展學生解決實際問題的能力。

參考文獻

[1]房喻，徐端均.普通高中化學課程標準（2017年版）解讀[M].北京：高等教育出版社，2018：2-4.

[2] 中華人民共和國國務院.國務院關于深化考試招生制度改革的實施意見[N].人民日報，2014-09-05（6）.

[3]盛躍，龔英，朱茂盛，陳繼平.基于五段教學法的“鐵及其化合物”教學設計[J].中學化學教學參考，2021（2）：48- 52.

[4] 高佳玉，張援，王偉群.基于實驗探究發展學生化學核心素養的教學設計——以“鐵及其化合物”高三復習課為例[J].化學教學，2020（10）：56-60.

[5] 王正兵.素養為本的化學教學與評價的設計和實施——以“補鐵劑中鐵的檢驗與轉化”為例[J].化學教育（中英文），2019，40（11）：29-35.

[6] 劉曄.遺失的色彩——漫談絲路礦物顏料的興衰[J].甘肅地質，2021，30（2）：89-93.

[7] 張洪亮.試論敦煌壁畫中的色彩[J].美術大觀，2011（3）：56-57. 36.