中华传统文化视域下的初中化学教学设计

田长明

摘要：中华传统文化是我们民族的瑰宝，在化学教学中传播中华传统文化是每个化学工作者的责任，本文以初中化学“金属矿物铁的冶炼”为课例，截取了《将邪神剑》观“冶炼”、引经据典道“矿石”、说文解字话“铁意”3个教学片段，对传统文化视域下的初中化学教学设计进行了论述。

关键词：炼铁；铁矿石；炼铜；铜矿石；百炼成钢

文章编号：1008-0546（2023）08-0032-03   中图分类号：G632.41   文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2023.08.007

2022年版的《义务教育化学课程标准》提出，化学课程要融入社会主义核心价值观的基本内容和要求，传承中华优秀传统文化，厚植爱国主义情怀等。[1]

教学是什么？是传播文化。作为化学教师，如果能够站在更高的角度、更宽阔的视野，将文化作为出发点和落脚点，从文化传播的角度来构建课堂、设计教学，就一定能够更好地引导学生融合理性知识与感性认识，更好地实现培养学生化学学科素养的目标。[2]

为推广苏州市课改经验，发挥骨干教师示引领和范辐射作用，促进青年教师快速成长，苏州市每年都要举行课改展示课，笔者在2021年的初中化学课改展示活动中，开设了一节“金属矿物铁的冶炼”示范课，力求将中华传统文化融入化学课堂，下面笔者选取教学中的三个片段作阐述。

一、《将邪神剑》观“冶炼”

《将邪神剑》是台湾著名导演丁善玺执导影片，描述的是一对青年夫妇干将与莫邪共同铸煅雌雄钢剑。笔者从中截取一段（图1是视频的部分截图），让学生观看，并提出3个问题让学生思考：

问题1：观看的视频中，同学们从化学的视角看到了哪些重要信息？

【学生】信息1：很多人从山上用背篓背石头下山信息2：有两个高高的炉子，炉子中有炭火信息3：有人在用力拉风箱，给炉子鼓风

……

问题2：观察到的这些信息与冶炼铁有什么关联？

【学生】人们背的石头应该是含铁的矿石，木炭燃烧提供热量，风箱提供氧气，炉子应该是炼铁的设备。

【教师】木炭除了提供热量以外，还有什么作用呢？同学们看看炼铁的原理：

３CO＋Fe₂O₃＝（高温）2Fe+3CO₂

通过炼铁的原理可知，冶炼铁除了需要铁矿石和高温条件外，还需要CO来还原，那CO是如何来的呢？我们知道碳充分燃烧产生 CO2，在高炉中 CO2又是如何转变为 CO 的呢？原来是高炉中发生了这样的反应：CO2+C 2CO。

小结：

问题3：古代炼铁采用木炭，现在改用焦炭，原因是什么？

【教师】木炭的燃烧温度不高。在开放的火堆里，中层木炭的温度约在700℃左右，在相对密闭的风箱炉子里边，温度可以达到900-1000℃。而铁的熔点是1538℃。因此用木炭还原铁矿石得到的铁是固态的，这样得到的铁杂质多，称之为“块炼铁”。

无烟煤在氧气充足的情况下充分燃烧，温度能达到1700℃左右，现在炼铁为什么不采用煤呢？工业炼铁采用焦炭炼铁而不采用煤的原因是：高炉里的反应发生在“一升一降”之间，即煤气的上升和炉料的下降，这就要求料柱要有很好的透气性，使铁矿石能被充分地还原。煤的坚固性不如焦炭，如果被压碎，会造成高炉透气性下降。另一个原因是煤中含有的磷、硫等有害杂质也比较多，随着燃烧进入铁水会影响钢材质量。

二、引经据典道“矿石”

冶炼需要铁矿石，现在可以借助先进的工具勘探铁矿石，能够找到铁矿石的种类也比较多，在技术落后的古代，人们是如何寻找铁矿石的呢？

问题4：古代人怎么寻找铁矿石？

【资料】《管子·地数篇》：“山上有赭者，其下有铁。”《吕氏春秋·精通》：“慈石召铁，或引之也。”

通过上述资料，同学们发现古人可以通过观察矿石的颜色和是否有磁性来寻找铁矿石。其中颜色为赭色，矿石中含有 Fe2O3（图3），能被磁石吸引的矿石中含有Fe3O4（图4）。

【教师】引入李白的一首诗，进行问题的过渡。

秋浦歌

李白

炉火照天地，红星乱紫烟。

赧郎明月夜，歌曲动寒川。

问题5：李白这首《秋浦歌》是歌颂冶炼工人的，请问冶炼工人是冶炼的哪种金属？

【学生】应该是炼铁，因为诗中出现了炉火和红星，炼铁需要高温和CO，另外铁燃烧时会产生火星四射。

【教师】要弄清这个问题，首先我们要清楚“秋浦”是现在什么地方，这个地方有什么矿产资源。秋浦在现在安徽省池州市贵池区，铜陵市郊区铜山镇位于池州市贵池区境内，铜陵市地名来源与产铜有关，享有“中国古铜都，当代铜基地”之称。铜山镇及其周边有大量铜矿资源，储有黄铜矿（图5）和孔雀石（图6）等，秋浦是唐代铜的产地之一。

问题6：李白这首诗描写的是哪种炼铜方法？

分析：古代炼铜有火法炼铜和湿法炼铜。古代铜匠以孔雀石（主要成分是碱式碳酸铜）为原料炼铜，高温长时间加热，最终化为热的铜水，再做成各种各样的器物和兵器。化学反应方程式如下：

随着古代铜匠的不断实践和研究，在西汉时期最终发现利用天然铜的化合物进行湿法炼铜。刘安在《淮南万毕术》记载：“曾青得铁则化为铜”，“曾青”指可溶性铜盐，即可溶性铜盐遇到铁时，就有铜生成。

化学方程式如下：

唐代在西汉之后，火法炼铜和湿法炼铜同时存在，李白这首诗中的“炉火照天地”很清楚地說明了这是火法炼铜。

三、说文解字话“铁意”

中国汉字博大精深，造字的方式也有多种，化学教学中老师如果能说文解字，不仅能开阔学生视野，更能激发学生的学习兴趣。

在本节课中，笔者向学生展示了一个篆体字（如图7），我问学生这是什么字？很多学生回答是“戟”，我说这是“铁”。学生很惊诧，我说这是一个象形字，象形字是汉字的一种，也是较早的造字方法。篆字的左邊是“金”，代表铁的属性，中间上面部分代表“火星”，中间部分代表铁器，下面部分代表铁砧，篆字的右边是一个举着榔头的人，它完全是根据打铁场景造的字（如图8）。

接着笔者提出下面两个问题：

问题7：古代铁器为什么要反复高温锻打？

【教师】什么是“锻造”？锻造就是依靠外力，将高温金属胚体进行结构优化的过程。通常情况下，生铁内部含有大量微小的空隙，有些空隙内还含一些杂质，高温下内部的空隙会变得更加圆滑，此时，如果锻打铁料表面，内部空隙就会不断被挤压，逐渐闭合，使铁器内部结构更加紧密，提升了铁的力学性能。同时，在不断打击下，红热的生铁会发生塑性变形，从而可以调节铁器的外形尺寸。

问题8：从化学的视角如何理解“百炼成钢”？

【资料】宋代沈括在《梦溪笔谈》中记载“但取粗铁，煅之百余火，每煅称之，一煅一轻，至累煅而斤两不减，则纯钢也，虽百炼不耗矣。”这就是“百炼成钢”。

【教师】由于中国古代无高炉冶炼技术，并且是使用木炭作为燃料，加上炉体较小，鼓风设备较差，所以炉温较低，不能达到铁的熔化温度，炼出的铁是海绵状的固体，质地软，硬度差。但中华民族是非常有智慧的民族，汉代铁匠发明了百炼钢工艺。何为百炼钢？就是把一块生铁放在灼热的木炭中加热，进行生铁表面渗碳，但因为只能生铁表面渗碳，这就需要工匠将铁料进行反复折叠锻打，使渗碳层和非渗碳层相互交错在一起，又因为铁料烧红后，不断打压与拉长，反复锻打的过程中能排出一些杂质，最终把含碳量不同的铁料锻打成较为均匀、刚柔相济的钢铁结构。

化学教学融入传统文化，既是社会发展的需要，也是历史的必然，作为化学教育工作者，一定要在课堂教学中找到切入点，让传统文化在化学课堂上大放异彩！

参考文献

[1]中华人民共和国教育部.义务教育化学课程标准（2022年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2022.

[2]李梅，王育红等.重视化学文化落实核心素养[J].教育教学论坛，2020（14）：347.