淺談高中化學必修課程中美育素材的發掘*
--以人教版化學必修第一、二冊為例

肖冬菊

(肥東縣第二中學 安徽合肥 231600)

化學作為一門基礎學科,主要是從原子、分子等微觀層面研究物質,用化學符號描述物質,在各個領域創造物質,概括來說化學學科的主要研究對象是物質。因此,化學課程中的核心美育素材主要是物質美,從“認識物質之美”到“創造物質之美”過程中,涉及物質微觀世界的結構美、宏觀世界的形態美以及實驗美、規律美、史實美和社會美。

為了提升學生的化學學科核心素養,普通高中化學必修課程設計了五個主題:化學科學與實驗探究、常見的無機物及其應用、物質結構基礎與化學反應規律、簡單的有機化合物及其應用、化學與社會發展。這些主題的設置意在幫助學生更好地理解和掌握化學知識,并將其應用于生活中。教師應該充分利用各種美育素材,將其融入課堂教學中,不僅傳授化學學科知識,更要深入學生的心靈世界,讓他們在美育、文化和情感方面得到全面發展。

一、化學科學與實驗探究--實驗之美

在第二冊教材學習中,我們將進行一項重要的實驗,即簡易電池的設計與制造。我們將通過研究原有電池的結構,來學習如何更好地利用這些知識來解決問題。通過小組討論和設計方案,我們選擇了一些生活中常見的物品,如蘋果、檸檬、橘子、食鹽水、銅片、鐵釘和鉛筆芯,電子音樂卡和發光二極管等,并利用簡單的實驗操作,探索化學能轉化為電能的神奇奧秘,體驗化學實驗的魅力。

二、常見的無機物及其應用--物質之美

在高中化學課程中,我們會探討各種常見的無機元素,這些元素可能是金屬或非金屬。具體可歸納為:1.鈉、鈉的氧化物--氧化鈉和過氧化鈉、鈉鹽、碳酸鈉和碳酸氫鈉;2.鐵、鐵的氧化物--氧化亞鐵和氧化鐵以及四氧化三鐵,鐵的氫氧化物--氫氧化鐵和氫氧化亞鐵、鐵鹽和亞鐵鹽;3.氯氣、次氯酸和氯離子;4.氮的氧化物--一氧化氮和二氧化氮、硝酸、氨氣和銨鹽;5.硫、硫的氧化物--二氧化硫和三氧化硫、硫酸和硫酸鹽。對于其性質的了解主要根據物質的類別和主要元素的價態,即價類二維圖去學習,研究這些物質如何被廣泛應用于日常生產、生活以及對自然環境的潛在危害等。面對如此紛繁復雜的物質,很多高一學生覺得這部分化學知識零散、涉及反應多,很難記憶。我們可以通過多種方式展示物質美,如實物展示、播放圖片和視頻,以幫助學生更好地理解化學物質所具有的各種美,包括它們的結構、顏色、形態和反應。這樣,他們就能夠在一個充滿樂趣和驚喜的環境中,更加熱衷于探索和研究這些美麗的物質,并且培養出對它們的濃厚興趣。

在我們介紹物質時,我們可以用優美的文字來營造出一種美好的氛圍:鈉是一種銀白色的、質地柔軟的單質,當它在空氣中燃燒時,會發出黃色的火焰,形成一種淡黃色的固體;當鈉與水反應時,我們可以將其現象歸納為“浮熔游響紅”;而氯氣與氫氣反應時,會產生安靜燃燒的現象,呈現蒼白色的火焰。重點強調“安靜”和“蒼白色”,引導學生去感受那種獨特的意境之美。氫氧化鐵制取實驗中,制得的氫氧化亞鐵會發生一系列變化,其從白色迅速變化為灰綠色,隨后又變為墨綠色,最終變成紅褐色。這一系列的顏色變化,在帶給學生視覺上的沖擊的同時,極大引起了學生的學習興趣。像這些化學上所具有的獨特變化美,數不勝數,關鍵在于教師要有發掘美的意識。

必修第一冊教材第三章第一節《鐵及其化合物》,開篇用來自太空的隕石,色彩斑斕、氣勢磅礴的丹霞地貌,以及歷史文物戰國時期的鐵器3張圖片,激發學生的學習興趣,讓學生對鐵及其化合物的性質充滿好奇和期待。教師再通過視頻展示歷史上的鐵器:西周晚期的玉柄鐵劍、西漢的鐵鎧甲、“蒲津古渡”遺址的鐵牛、唐代鐵佛等,讓學生從歷史文物中感受鐵在人類歷史長河中發揮的巨大作用。還可以從自然界中五彩繽紛的鐵紅、鐵黃、綠礬等,以及生命中的補鐵劑等,讓學生去感受鐵及其化合物的無窮魅力,從而落實學科核心素養。

三、物質結構基礎與化學反應規律--規律之美

100多種元素組成了千姿百態、繽紛復雜的物質世界,而這些元素之間有何內在聯系,又是如何相互結合形成多種多樣的物質呢?為什么物質結構又會決定物質性質呢?《物質結構 元素周期律》就是讓同學們通過探尋微觀世界去發現規律之美。

化學是一門包含了許多辯證思想的學科。通過對自然界中物質及組成元素的研究,我們可以更好地理解其變化規律,并從中發掘出其內在的聯系。在門捷列夫發現元素周期表之前,已有大量的化學家在研究元素之間的規律性。1789年,拉瓦錫首次提出了元素分類表,1892年,德貝賴納進一步提出“三元素”。這些重大突破為研究元素性質及規律提供了啟發性的幫助。元素周期表中豐富的化學史實,向學生展示了化學家們尋找化學規律所付出的艱辛。教學過程中教師要善于用化學史實美去襯托規律之美。

在課堂上,我們可以通過研究元素周期表中同主族、周期原子的電子層數、核電核數、原子半徑、主要價態變化規律,以及它們的金屬性與非金屬性的遞變規律,來探索周期表中各元素之間的關系。這樣,學生就能夠更好地理解元素的特征,并通過實驗來發現它們的個性與共性。

化學反應中的質量守恒和能量守恒規律告訴我們能量不可能憑空消失,只能是從一種形式轉化為另一種形式。必修第二冊第六章第一節《化學反應與能量變化》,探究簡易電池的設計與制作,可以利用水果電池探究原電池的形成條件及影響電流大小相關因素。教師可以選擇蘋果、橙子、檸檬、香蕉、番茄等水果,準備銅片、鋅片、鐵片、鎂片、石墨等材料,在探究電解質類型和兩極材料的同時,繼續探究電極插入水果間的距離和深度對化學電池的影響。外電路在連接電流表的基礎上,再選擇串聯LED燈(發光二極管)或者音樂賀卡。通過常見的、熟悉的生活材料,讓同學們直觀感受到化學能與電能的轉化,再由水果電池的形成條件推導出形成原電池的條件,從簡單到復雜,從個例到規律,在探究內容的同時,提高了實驗的趣味性,培養了學生的學習興趣和探究能力。

四、簡單的有機化合物及其應用--結構之美

有機化學在日常生活中有著非常重要的地位,它為我們提供了改善生活質量的可能。由于有機化合物復雜的結構,使得它們在元素組成相對單一的情況下,種類十分豐富。

甲烷是一種最基本的有機物,它由一個碳原子和四個氫原子構成,具有正四面體的空間結構。通過甲烷的球棍模型和空間填充模型,學生可以直觀地感受到有機物的美妙結構。

教學《認識有機化合物》時,為了讓學生更好地了解有機物的空間結構,可以設計小組拼插活動。任選2個碳原子、3個碳原子以及4個碳原子,氫原子個數不限,盡可能多地拼插出不同的有機物。在活動中,同學們通過動手拼插,理解了有機化合物中碳的“四價”原則,即碳原子與碳原子之間可以形成共價單鍵、雙鍵和三鍵,碳原子之間的連接方式可以成鏈狀也可以成環狀,從而感受到有機物結構的紛繁復雜,同時又能和諧共存。

洛希米特是一位杰出的奧地利化學家,他在《化學研究》一書中畫出了苯的環形分子結構。凱庫勒曾經閱讀過洛希米特的著作,他對洛希米特關于苯分子結構的描述表示了極大的疑惑。洛希米特當時將苯環描述成一個完美的圓形,凱庫勒在大量研究基礎上提出重要理論:碳的四價原則與碳原子能夠連接成鏈狀。關于苯分子的結構,在分析了大量的實驗事實之后,他提出了多種開鏈式的可能結構,但又因其與實驗事實不相符而被一一否定,直至1865年他終于思考出環鏈的形式是解決苯分子結構難題的關鍵。這些充滿趣味的空間結構,教師在教學過程中要善于利用其中的美學價值,充分調動學生的學習熱情,從而去跨越學習中遇到的障礙。

學習《烴類有機物的空間結構》時,通過烷烴代表物甲烷分子的正四面體、烯烴代表物乙烯分子的六原子共平面、芳香烴代表物苯分子中十二原子共平面,讓學生通過對比感受由相同元素組成的不同物質的結構差異,這種結構的差異又決定了物質性質上的不同。學生在驚嘆有機世界奇妙獨特的同時,激發了發現物質、創造物質的欲望。

五、化學與社會發展--社會之美

所有人都生活在由化學物質構成的世界中。在高速發展的當今社會,化學已經成為滿足社會需要的中心學科,在提高人類生活水平、提供生活資源和保護環境等方面都有重要作用,極大促進了人與自然的和諧相處。

化學在解決當今社會面臨的能源問題、材料問題和技術問題方面都發揮著巨大作用。隨著科技發展的不斷推進,新型陶瓷材料的出現,為人類帶來了更多的便利,其中包括高溫結構陶瓷、壓電陶瓷、透明陶瓷以及超導陶瓷等。它們都具有獨特的功能,為社會發展做出了重大貢獻。

可持續發展作為全球認同的社會發展模式,與每個人息息相關,當然化學不辱使命地繼續發揮著重要作用。人教版化學必修第二冊第八章,設置了有關化學與可持續發展的教學內容。化學課程標準中的基本理念之一就是,選擇具有基礎性和時代性的化學教學內容,要求充分利用學生已有的經驗和將要經歷的社會生活實際,引導學生去關注人類面臨的與化學有關的社會問題以及解決方法,培養學生的高度社會責任感、參與問題解決的意識和問題決策的能力。化學核心素養意在幫助學生在形成化學學科思想和方法的基礎上,激勵其勇于創新,最后追求化學學習的更高層次價值,即科學態度與社會責任。實際教學中,我們實地走訪社區的垃圾收集站和垃圾處理廠,選擇社會高度關注的垃圾分類處理作為真實的課堂教學內容,構建3R理念,結合所學化學知識,運用3R理念解決復雜的實際問題,用真實情境引導學生走向深度學習,從而落實學科素養。基于以上思考,生成了本單元的主題《化學與可持續發展--3R理念下垃圾的分類處理》。通過化學,讓垃圾這種人們只要談起就覺得骯臟無用的物品變成社會所需的再生資源。

美在化學中處處可見,關鍵需要化學教師在教學設計中具有一雙發現美的眼睛,從而激發學生化學學習興趣,提高學生學習欲望。