化学与艺术的跨科统整

张宁云

摘要：化学与艺术的融合让学生感受科学之美与艺术之美，铁的科学性是严谨的，铁的艺术性是具有人文温情的。既要让学生理解铁的科学知识，还要艺术性地展示铁的科学性，同时展示铁在生活中的应用。科学与艺术的完美结合体现STEAM课程的特点：跨科统整。

关键词：STEAM课程;化学与艺术;跨科统整

文章编号：1008-0546（2019）12-0022-04 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.12.007

一、STEAM課程

美国弗吉利亚科技大学的Yakman教授在原有STEM（Scicnce、Technology、Engineering、Mathematics）课程基础上，将艺术（Art）作为一个重要的人文因素加人其中，她认为Art代表的艺术包含了社会研究、语言、形体、音乐、美学、表演等较为广泛的人文艺术科目。科学教育发展到今天，应体现科学主义与人文主义的教育思想互补、为学生可持续发展服务的基本要求。STEAM课程避免了传统学科的单一体系形成的知识割裂现象，有利于学生形成跨学科或交叉学科的综合素养。STEAM可以是物理与化学学科间的融合、也可以是化学与艺术的跨界等，涵盖的科目应该根据学习的主题或目标或实际需要而改变，但STEAM的教学中一定要有艺术学科教学的元素。

二、缘由

科学与艺术交集点往往会发生思想的碰撞，也是人类创造奇迹的潜伏地。《铁化合物的相互转化》是元素化合物知识的“高地”，学生要知道传统教学中生硬的“铁三角”物质转化，感受严谨的科学性，还应该要感受铁在生活中的人文温情，感受“铁”的温度，也有“诗与远方”。笔者尝试从艺术性与科学性两个角度跨学科整合铁的相关信息。铁的艺术性包含两个层面的内容：铁的广义艺术性和如何艺术的表达铁的科学性，前者表达与铁相关的艺术，正如Yakman所言涵盖广泛的人文艺术，后者重在教学方法设计的艺术性（如魔术、巧妙的实验设计），能极大的调动学生的兴趣、求知欲。课堂教学是严谨的科学性与高超的艺术性有机融合的统一体。STEAM一个重要功能就是解决真实情境下的问题。因此笔者根据教学内容设计了新的教学目标，从铁的艺术性、科学性、生活性三个层面展开教学。

【铁的艺术性】多维度感受铁的艺术之美，丰富对铁的认识;

【铁的科学性】（1）掌握Fe²⁺、Fc³⁺离子的检验方法，认识+3、+2价铁的重要化合物;

（2）通过对Fe（OH）2沉淀现象的分析，实验探究Fe²⁺易被多种氧化剂氧化，通过对Fe³⁺溶液加入KI现象的分析，实验探究Fe³⁺易被多种还原剂还原;

（3）从氧化还原反应角度认识不同价态铁的性质及其相互转化;

【铁的生活性】通过补血药剂的成份分析和果树“黄叶病”成因分析，了解铁在生活中的应用。

3个层面展开教学，第一层面多维度感受铁的艺术性，用魔术的形式引出第二层面铁的科学性，同时呼应、解密魔术;第三层面应用铁的科学性解释生活中与铁有关的现象。

三、化学与艺术的融合

1.铁的艺术性

铁是生活中一种应用非常广泛的金属元素，衣、食、住、行、文化、绘画、品格等都可表达铁的艺术性，如悬挂于人民大会堂的芜湖铁画《迎客松》，学生能最直观地感受铁的艺术性;如“铁与文化”中与铁相关的成语，学生热情高涨，齐声朗诵，表现出与平常化学课少有的激情;如展示“铁晶体”图片时，学生一片惊呼，“好美啊”;又如学生看到“铁与意志”的图片时，笔者问了一句“什么叫铁的意志”，“就是千锤百炼”时，学生顿时安静下来，有所思;……，部分图片见表1。通过让学生感受铁的广泛的人文艺术之美，感受与传统严谨的科学课堂不一样的铁，增加化学课堂的艺术内容，陶冶学生的化学情操，激发学习的兴趣与热情。这些内容与考试无关，学生喜闻乐见，老师何乐不为？！

2.铁的科学性

化学科学性的知识绝大部分来源于实验，化学是一门以实验为基础的自然科学，课堂上学生最感兴趣的依然是实验，老师演示实验亦或学生分组实验。当化学实验与魔术结合时，当实验试剂是身边最常见的物质时，当学生自己做一个眼见不能为实的实验时，当学生能用新学的知识解密魔术时，这些刺激足以吊足学生的胃口，让学生主动去探寻化学的奥秘。

（1）引入——魔术引人人胜，激发兴趣

【魔术1】将鹅卵石放置于装有稀盐酸的烧杯中浸泡约15分钟（课前准备），取少许浸取液加入到“空”的1号锥形瓶，振荡，锥形瓶内溶液变为血红色;实物水平投影（旋转实物投影仪的镜头使镜头水平，观察面更大，便于观察），见图2;

【魔术2】另取烧杯中浸取液少许，加入装有无色液体的2号锥形瓶中，振荡，变为蓝色溶液，加入2颗药丸，蓝色溶液很快褪色，实物水平投影，见图2。

魔术是一种艺术表现形式，魔幻的实验可以瞬间激发学生的兴趣和求知欲望。1号“空”锥形瓶内壁残留少许的KSCN溶液，魔术时为什么会变色？KSCN有什么用？请同学们阅读教科书，P75，这个时候阅读课本比任何时候都合适，学生立刻能理解KSCN的作用和Fe³⁺的检验方法。鹅卵石中存在Fe³⁺，通常颜色越深的鹅卵石含铁量越高。校园鹅卵石作实验用品，阅读教科书了解铁在自然界中的广泛存在，实物展示黄铁矿、磁铁矿、赤铁矿并投影了两张照片，扫描电镜放大20000倍的FeS2矿石图片（见图3）和“机遇号”在火星上测到的直径约3mm的赤铁矿球（见图4）。由魔术引出Fe³⁺、Fe²⁺离子的检验到铁元素的存在，一气呵成。

（2）Fe（OH）2制备——眼见不能为实，激发求知欲

【学生实验】：同组两位学生完成Fe（OH）2制备的对比实验

（1）试管中加入2mL lmol·L^-1FeCl2溶液，再加入2mL 2mol·L^-1NaOH，观察现象;

（2）试管中加入2mL lmol·L^-1FeCl2溶液，再加入2mL 2mol·L^-1NaOH，将试管内的混合物倒入带有纱布的蒸发皿中（图5），过滤掉水，近距离观察Fe（OH）2沉淀的颜色。

【设疑】试管中是灰绿色沉淀，蒸发皿中看到的是红褐色固体，Fe（OH）2是灰绿色沉淀还是红褐色沉淀？为什么会产生两种不同颜色的Fe（OH）2？同学们做的实验都没有问题，但你们得到的都不是Fe（OH）2，老师还原它本来面目。

【演示实验】见图6。

【问题链】Fe（OH）2是白色沉淀，为什么试管中是灰绿色沉淀而蒸发皿中是红褐色固体？为什么试管内和蒸发皿内固体颜色不一样？仔细观察试管，为什么内壁上沿也有红褐色固体？充分振荡试管，试管内为什么会逐渐变成红褐色？红褐色固体是什么？有其他物质参与反应了吗？为什么老师的实验可以较长时间看到白色沉淀？

同学们听到灰绿色沉淀和红褐色沉淀都不是Fe（OH）2时满脸疑惑，当看到白色的Fe（OH）2沉淀时，更是一筹莫展，而当老师问了一串问题时，同学们不由自主地讨论。此时笔者并没有急于答复学生的讨论，和学生一起讨论图6装置，再与同学们一起探讨、分析问题链时，同学们听得特别认真，脸上有获得知识的幸福感。三种不同的制备方法产生不同的现象，颜色逐渐变深，细节上分析敞口的蒸发皿O2参与反应的过程，指导学生观察实验、分析现象、得出结论。巧妙的设计问题，艺术的设计实验，适时的给出正确的解释，这些都需要老师的精心设计，所以说教学是一门艺术。这些问题的顺利解决自然过渡到Fe²⁺具有易被氧化剂氧化的性质，为Fe²⁺、Fe³⁺因氧化还原反应而发生的相互转化承上启下，引入本节内容的重难点知识。Fe²⁺、Fe³⁺的转化由学生自己完成实验设计、实验操作、分析、得出结论，不作赘述。

3.铁的生活性

（1）补铁药剂——有效成分检验，解密魔术

人体缺铁，会引起缺铁性贫血，需要食物补铁或药物补铁，我国是世界上缺铁性贫血发生率较高的国家之一。如果贫血严重，医生建议服用补铁药品，医生会叮嘱补铁药品与Vc药片一起服用，更利于吸收。

【实物展示】带有红色糖衣的补铁药剂，用小刀刮去表层糖衣，露出白色药品

【问题链】补铁药剂中是Fe²⁺还是Fe³⁺了？为什么与Vc药片一起服用更利于吸收？为什么药品用红色的糖衣包裹？

【演示实验】将去掉糖衣的补铁药剂用研钵研磨，取部分加水溶解，得到乳白色液体，加入几滴KSCN溶液，振荡，无明显现象;再加入少许H2O2溶液。

【解释】溶液变为血红色，所以是Fe²⁹，而不是Fe³⁺。实验告诉我们Fe²⁺易被O2等多种氧化剂氧化，而vc是一种常见的抗氧化剂，与补铁药剂一起服用可以有效地防止药品中的Fe²⁺被氧化而变质，表层的糖衣也很好保护药品。解密第二个魔术，2号锥形瓶中的无色液体为淀粉KI溶液，所以一开始得到蓝色溶液，然后向锥形瓶中加入的藥丸就是vc药品，它与氧化剂12发生反应，所以蓝色褪去。

（2）生活现象——树叶“黄叶病”成因解释

【图片展示】鲜嫩的新叶有发黄的病症。

【解释】生活中常看到这样的现象，新鲜的嫩叶还没有长大，树叶已经有发黄的病症，俗称“黄叶病”。华北果树的“黄叶病”就是植株缺铁所致，铁影响叶绿体构造组成，而叶绿体构造形成是叶绿素合成的先决条件。铁是人们发现的第一个植物微量必需元素。1843年Griss通过把铁盐溶液涂在发黄的葡萄叶片上，发现了铁盐溶液能使发黄的葡萄叶片逐渐恢复到正常的绿色，从而确证了黄叶病是由缺铁所引起的。

学以致用，新学的知识解决生活中的问题，课堂上的化学通常与生活是有距离的，而生活中处处有化学，化学在人类生产生活中有不可估量的作用，人类多姿多彩的生活中，化学无处不在，没有化学，就没有生活的多元化，老师应该让学生多建立化学与生活的联系。

四、反思

课堂教学的科学性重在“实”，但严谨的知识往往无趣，艺术性重在“活”，课堂是有生命活力的，当老师与学生之间除了知识交流还有情感交流时，这样的课堂是有温度的。有实物、有图片、有实验，学生在动手、动眼、动脑中多维度感受铁，尤其对铁与艺术的大量图片表现了极大的兴趣，对魔术、对眼见不能为实表达了浓厚的求知欲望，生活小窍门等等内容让学生觉得化学不仅在课本里，在艺术里，也实实在在的存于牛活中。