如何以化学的视角诠释人类社会文明的发展

摘 要：以“硅酸盐矿物与硅酸盐产品”为教学案例，反思以往两种教育教学理念的不足之处，分析如何让学生从化学科学的角度探究分析硅酸盐的衍生与发展，从而理解人类文明发展的过去、现在和未来，以化学的视角看世界进行教育教学，从而适应社会发展不断更新的需求。

关键词：化学视角；社会文明；发展；案例；硅酸盐

各种教育教学者在硅酸盐矿物与硅酸盐产品的课堂中有着激烈的争论，有的从应考的角度，认为这节课不是考试的重点，了解基本知识即可；有的从公开课的角度，认为应该从文化的视角设计本节课的教学，加强化学教学与社会生活的联系、与化学史的融合。应考的角度只能让学生掌握化学基础知识与技能，公开课的角度可以让课堂设计更精巧，令人赏心悦目，使学生学习兴趣更加浓厚。所以对于“硅酸盐矿物与硅酸盐产品”这堂课，常见的两种方式，一种是基础化学知识的简单介绍，另一种就是硅酸盐产品演变的历史文化介绍。其实这两种教育教学方式都有不足之处。将两者取长补短，再结合当今社会科学技术发展的前沿，从化学科学的角度探究硅酸盐的过去、现在和未来，从科学的角度理解人类文明的发展。以下是“硅酸盐矿物与硅酸盐产品”的教学案例。

一、导入新课

导入环节往往花费老师很多的心思，以吸引学生上课的注意力，所谓“好的开端是成功的一半”。在这一环节，我总会向学生传达这样一个观念，现在我们生活的世界是一个人造的世界，充斥着生产加工过的材料，人们衣食住行用的材料并不是天然就存在的，而是人类为不断满足自己生存发展的需要发明创造的，要学会用化学的视角看世界，看人类是如何从自然界获取能源，改变和创造物质，从而提升生产生活质量的。

（多媒体展示）日常生活中常用的材料：玻璃、水泥及陶瓷。老师儿时每当看到这些精致而实用的产品，总会感慨这些材料是怎样制成的。

提出问题：

（1）硅元素在地壳中的含量怎样？

（2）硅元素在自然界主要有哪些存在形式？

揭示主题：地壳中硅元素的含量仅次于氧，硅元素在自然界中主要以硅酸盐和二氧化硅的形式存在，不存在游离态的硅。如何利用自然界中的硅酸盐矿物生产日常所需的硅酸盐产品呢？

二、常见的硅酸盐

（多媒体展示）自然界中的一些硅酸鹽的图片及其化学式。

结论：硅酸盐的结构和组成复杂。

硅酸盐组成的表示方法：

（1）盐化学式；（2）氧化物法。

硅酸盐种类很多，结构复杂，常用氧化物的形式表示其组成。

改写的规律：①各元素写成相应的氧化物，元素的价态保持不变。②注意改写后应与原来化学式中的原子个数保持不变，中间用“·”间隔。③顺序按先金属后非金属，金属元素中按金属活动顺序表依次排列。

如：硅酸钠Na2SiO3可以表示为Na2O·SiO2。

滑石Mg3（Si4O10）（OH）2可以表示为3MgO·4SiO2·H2O。

硅酸盐组成复杂，一般用氧化物的形式表示它们的组成。

（学生活动）学生练习将下列硅酸盐改写成氧化物的形式。

（1）黏土 Al2（Si2O5）（OH）4 （2）石棉 CaMg3Si4O12

过渡：我们来了解一种重要的硅酸盐——硅酸钠Na2SiO3。

用途：黏合剂、防腐剂、防火剂、制硅胶。

物理性质：无色晶体，能溶于水，其水溶液称为水玻璃。

提出问题：硅酸浓溶液经干燥脱水后可以制得干燥剂硅胶，首先考虑如何利用硅酸钠制硅酸？

用硅酸钠制备硅酸的实验研究。

【实验用品】

药品：稀盐酸、饱和硅酸钠、酚酞试液。

仪器：试管、滴管。

【实验步骤】

向盛有少量饱和硅酸钠溶液的试管里，滴入几滴酚酞试液，然后逐滴加入稀盐酸，振荡，至红色将近褪去时，静置一会儿，观察现象。

【实验现象】

滴入酚酞溶液显红色，再滴入盐酸，红色消失，并有透明胶状物质生成。

【实验结论】

Na2SiO3溶液呈碱性，与盐酸反应生成了H2SiO3。

【实验原理】

Na2SiO3+2HCl=H2SiO3↓+2NaCl

还可以向饱和硅酸钠溶液中通入过量的CO2制硅酸：

Na2SiO3+2H2O+2CO2（过量）=H2SiO3↓+2NaHCO3

深化理解：实验室保存Na2SiO3溶液的方法。

因为硅酸的酸性比碳酸还弱，所以空气中的CO2可以和Na2SiO3水溶液发生以下反应：Na2SiO3+H2O+CO2=H2SiO3↓+Na2CO3从而使硅酸钠变质，因此硅酸钠要密封保存。同时，又由于硅酸钠为矿物胶，有较强的黏性，也不能用磨口的玻璃瓶和玻璃塞，以免瓶口黏结。

过渡：了解了硅酸盐的化学组成与性质，我们就想知道如何用天然的硅酸盐矿物制成日常的硅酸盐产品。

三、硅酸盐产品

（多媒体展示）硅酸盐产品出现先后的历史轨迹。

（学生讨论）硅酸盐产品是人们为了满足自身生产生活的需要而发明创造的，如陶瓷是为了盛放饮食而创造的器皿，水泥解决了居住的问题，玻璃最初用作装饰品。

（介绍）在英文中，china是瓷器的意思，将中国称为“China”是说中国是瓷器之都。在一千多年以前，一个今天看来再普通不过的白色瓷盘却是全世界人们梦寐以求的高科技产品，瓷器就是中国发明的。

（多媒体展示）介绍我国著名的陶瓷器。

介绍陶瓷的起源和陶瓷的烧制工艺，选材和陶瓷窑所能达到的烧制温度高是我国古代陶瓷工艺先进的关键原因。

（学生活动）

1.陶瓷

制造原料：黏土。

设备：窑。

生产条件：高温。

发生的变化：复杂的物理化学变化。

产品主要成分：硅酸盐。

瓷器的原料是高岭土，在表面涂上了一层玻璃釉，烧制温度也更高，烧制过程中陶瓷颜色变化是铁元素等发生了氧化还原反应。

（多媒体展示）介绍现代陶瓷的应用。

提出问题：作为世界建筑奇迹的长城，所用的建筑材料是砖，用砖垒起的城墙如何能屹立千年不倒？

2.水泥：一种水硬性的胶凝材料

（学生活动）

生产原料：有黏土（主要成分为硅酸盐）、石灰石。

设备：水泥回转窑。

生产条件：高温煅烧。

石膏：调节水泥的硬化速率。

产品主要成分：2CaO·SiO2、3CaO·SiO2、3CaO·Al2O3

（多媒体展示）介绍现代水泥生产工艺，可概括为“二磨一烧”，即按一定比例配合的原料，先经过粉磨制成生料，再在窑内烧成熟料，最后通过粉磨制成水泥。在这个过程中，窑是核心设备，先后经历了仓窑、立窑、干法回转窑、湿法回转窑和新型干法回转窑等发展阶段，最终形成现代的窑外分解技术，是历代工程师智慧的结晶。

介绍几种常见的水泥制品。

介绍水泥的用途。

水泥除了做黏合材料，还是建造高楼大厦、桥梁道路的建筑材料，它极大地改变了人类的生存和生活方式。

介绍我国水泥工业的发展状况。

过渡：钢筋混凝土建造的现代化的高楼大厦，要想采光好，离不开的材料是玻璃。

3.玻璃

（视频材料）玻璃的制造。

（学生活动）

玻璃生产的原料：石英、纯碱、石灰石。

设备：玻璃熔炉。

生产条件：高温熔融。

主要反应：SiO2+Na2CO3■Na2SiO3+CO2↑、SiO2+CaCO3■CaSiO3+CO2↑。

成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2。

（多媒体展示）介绍几种常见玻璃的特性和用途。

小结：硅酸盐材料的不断发展，使人类社会经历了从洪荒世界到高度发达的信息时代的巨大变化，从某种意义上说，硅酸盐材料的进步是人类文明进步的里程碑。

四、资源的循环利用

环境保护是在付出环境严重污染的代價后，人们才重视起来的。合理利用资源，资源循环利用的观念不能总是一句口号，要让学生思考切实可行的解决办法，具体可行的方案或行动是最好的环保意识和社会责任的传达方式。

提出问题：硅酸盐产品产生的工业垃圾难降解，堆积量又大，如何处理呢？

（学生活动）将各种材料，如陶瓷、水泥、玻璃分类收集，然后分别高温重新加工制成新产品，变废为宝。

（视频材料）上海首批3D打印技术建造的楼房，将拆迁的建筑垃圾变废为宝。

（学生活动）现代3D打印技术传统建筑的减法工艺改为加法，由计算机控制，精确地做到用多少取多少，不会浪费材料，而且还能将建筑垃圾重新利用，变废为宝，且打印速度快，产品质量好。

产品的更新、技术的进步给我们的生活还会带来哪些奇迹呢？相信我们未来的生活将会更加美好！

在进行教育教学工作的过程中，常常在反思作为高中化学学科的教育工作者，我们教育教学的目标到底是什么？报名参加“一师一优”课晒课活动后，在对“硅酸盐矿物与硅酸盐产品”的教学设计反复改进的过程中，查阅了大量资料，从含硅矿物和硅酸盐产品的各种专业知识，到各种新的教育技术和工业建筑技术，再到各国优秀的教育特色，感悟国家的强大与否与教育水平有很大关系，而教育水平很大程度上取决于教育目标，我们的教育目标是什么？我们到底需要怎样的人才？是考试能手？是表演人才？还是创新人才？化学教育者的使命不在于让学生考高分，也不在于公开课上得多么精彩纷呈，拿多高的奖项，而在于引导学生以化学的视角看世界，探索与发现大千世界的丰富多彩与奇妙，培养能理论联系实际，适合社会发展需要的创新人才，那么我们就要做一名善于研究的终身学习者，把科学的理念带给未来的创造者——学生。

参考文献：

魏樟庆.文化视角下对化学教学的反思：以“硅酸盐矿物与硅酸盐产品”为例[J].中学化学教学参考，2016（9）.

作者简介：宋秀云（1981.6—）女，汉族，山东威海，硕士研究生，中学一级教师，研究方向：高中化学。