《天工开物》在中学化学教学中的探索与应用.pdf
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1、-140-第3期2023年6月No.3June,2023天工开物在中学化学教学中的探索与应用张译丹1,王 悦2,崔克宇1(1.吉林师范大学 研究生院,吉林 四平 136000;2.四平市实验中学,吉林 四平 136000)摘 要:为了强化跨学科融合、提高化学学科核心素养,挖掘了 天工开物 中与中学化学教材相关的内容,并整理列举了该书在中学化学课堂教学及课后习题中的应用,同时提出了现阶段教师与学生面临的问题与挑战,鼓励学生用辩证与科学的态度学习古人的观点,从而有效提升学生的文化素养和科学素养。关键词:天工开物;传统文化;中学化学教学文化是一个国家发展的重要根基,也是民族的灵魂。一个国家的文化不仅
2、包含语言、文字、思想、道德,还有它经过长时间演变最终形成的历史过程和发展脉络。中国作为四大文明古国之一,一直具有强大的生命力,灼灼光辉从未黯淡,主要的原因就是具有包容性、多元性和强大的凝聚力。1 中华传统文化对化学教育实现文化价值的必要性中国上下五千年历史蕴含着从古至今人类所凝结的智慧,具有深厚的文化底蕴。中学生正值青春年华,对新鲜事物具有强烈的好奇心,因此,更应该将中华传统文化的精神内涵传递给他们。普通高中化学课程标准(2017年版)修订的基本原则中明确指出“修订原则和更新内容应当继承和弘扬中华优秀传统文化,使学生坚定中国特色社会主义文化自信”1,义务教育化学课程标准(2022年版)中的目标
3、导向明确提到“准确理解和把握党中央、国务院关于教育改革的各项要求,全面落实习近平新时代中国特色社会主义思想,将社会主义先进文化、革命文化、中华优秀传统文化、国家安全、生命安全与健康等重大主题教育有机融入课程,增强课程思想性”2。在科技迅速发展的大背景下,如今的化学已经成为自然科学领域中一门“中心的、实用的和创造性的”基础科学,但是在学生们的刻板印象中,往往提到“科学”这一代名词时,直接联想到的是西方国家的爱因斯坦、阿伏伽德罗、门捷列夫等著名科学家,很少会提到我国的科学家。为了顺应教育改革与发展的形势,将古代化学史和一些科技类古籍与化学课程内容相结合已成必然趋势,并且在课堂中要渗透一些思想政治教
4、育,让青少年的思想觉悟、社会责任感和创新精神都得到一定程度的提高,使其进一步认识社会主义核心价值观。2 天工开物与中学化学内容的契合性天工开物 是我国明朝末年继李时珍 本草纲目、徐光启 农政全书 问世以来,文坛出现的又一部奇书,是世界上第一部关于农业和手工业生产的综合性科技著作,被誉为“中国17世纪的百科全书”,其作者宋应星被称为“中国的狄德罗”。书中记述了当时工农业生产中一些先进的科技成果,体现了作者在农业、化学等方面的理论修养3。书中许多章节都与化学紧密相关,其主要内容包含“蔗品”(基本营养物质)、“造糖”(酸和碱的中和反应)、“矾石、白矾”(水的净化和环境保护)、“火药料”(氧化还原反应
5、)、“曲蘖”(乙醇和乙酸)等4。在中学化学教材中,氧化还原反应、金属材料、有机化学等内容与 天工开物 有较高的契合度,同时,新人教版高中化学教材必修一在绪论和习题中也都提到了 天工开物。笔者通过阅读 天工开物,整理并记录了其与中学化学相关的内容,归纳了书中与人教版教材的部分相关知识,如表1、表2所示。基金项目:吉林省教育科学“十四五”规划课题“教育新基建背景下数字化创新型化学师范生的培养与实践研究”(GH22792);教育部产学合作协同育人项目“基于 雨课堂+学堂云 的高师院校无机化学课程教学模式的改革与实践研究”(220605695175326)作者简介:张译丹(2000),女,吉林长春人,
6、硕士研究生;研究方向:学科教学(化学)。通信作者:崔克宇(1979),男,吉林洮南人,副教授,博士研究生;研究方向:学科教学(化学),无机化学。表1天工开物与初中化学教材的联系课程内容天工开物 中的相关内容九上第二单元 海水中的化学海水盐九上第四单元课题二 水的净化矾石,白矾九上第七单元课题二 天然气井盐九下第八单元课题一 金属材料冶铁,铜九下第八单元课题二 金属的化学性质青矾、红矾、黄矾、胆矾九下第十单元课题二 酸和碱的中和反应造糖现代盐化工Modern Salt and Chemical Industry-141-第3期2023年6月No.3June,2023表2天工开物与高中化学教材的联
7、系课程内容天工开物 中的相关内容必修一第一章第一节 物质的分类及转化海水盐,石灰,青矾、红矾、黄矾、胆矾必修一第一章第三节 氧化还原反应青矾、红矾、黄矾、胆矾,铜,火药料必修一第三章第一节 铁及其化合物铁,青矾、红矾、黄矾、胆矾必修二第一章第一节 硫及其化合物青矾、红矾、黄矾、胆矾必修二第七章第一节 认识有机化合物井盐必修二第七章第三节 乙醇和乙酸曲蘖必修二第七章第四节 基本营养物质蔗品必修二第八章第一节 自然资源的开发利用井盐必修二第八章第三节 环境保护矾石、白矾,青矾、红矾、黄矾、胆矾3 天工开物在课堂中的渗入3.1 作为新颖素材进行课堂导入天工开物中的部分文字可以作为情境导入的素材,不仅
8、可以丰富课堂内容,还可以激发学生学习新课的兴趣。例如书中“火药料”篇的记载:“凡火药以硝石、硫黄为主,草木灰为辅。硝性至阴,硫性至阳,阴阳两神物相遇于无隙可容之中,其出也,人物膺之,魂散惊而魄齑粉。”5大意是:火药以硝石和硫黄为主、草木灰为辅。其中,硝石的阴性最强,硫黄的阳性最强。这两种神奇的阴阳物质在没有一点空隙的地方相遇就会爆炸,不论人还是物,都要魂飞魄散、粉身碎骨。因为学生早就知道我国古代的四大发明,所以可以通过黑火药引出新课,学生既不会觉得陌生又会对其产生兴趣,更愿意进一步了解新知。古代人将火药爆炸理解为阴阳结合之后产生的爆炸,那么通过对化学反应的学习,学生可以思考爆炸的真正原理,随后
9、便可以引出新课氧化还原反应。教师讲解相关知识点后,可以引导学生利用所学新知分析出火药原料分别为硝石、硫黄和草木灰。硝石的主要成分为KNO3,硫黄的主要成分为S,草木灰是K2CO3,但是其中含有大量C。因为木炭与硫黄剧烈燃烧,瞬间产生大量热和N2、CO2等气体,导致体积和压力剧增,发生爆炸。所以,氧化还原反应方程式写为:2KNO3+S+3C=K2S+N2+3CO2(1)式中:KNO3和S均为氧化剂,化合价降低;C为还原剂,化合价升高。例如书中“青矾、红矾、黄矾、胆矾”篇记载:“烧铁器淬于胆矾水中,即成铜色也。”5因为初中学生对文言文的积累相对较少,所以在讲解九下第八单元课题二“金属的化学性质”时
10、,可以作为新课导入并进行分析。古代劳动人民为了制取铜,经过不断尝试发现,将烧红的铁器淬入胆矾水中,铁器表面会镀上一层铜膜。古人在高温下进行金属置换,学生可思考将铁放在铜溶液中就能置换出铜的原因、该反应能否在常温下进行。其中,胆矾的主要成分是CuSO45H2O,该反应的方程式为:Fe+CuSO4=Cu+FeSO4(2)该反应为置换反应,因为铁比铜活泼,所以在常温下可以将溶液中的铜离子置换出来变成金属铜,从而引出金属活动性顺序。将化学史融入课堂能增强学生的民族自豪感。由于当时社会的局限性,古人的经验和见解可能会有错误。正如之前所提到的内容:古人认为,硝石和硫黄之所以能反应,是因为当时所提倡的八卦阴
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