基于中华传统文化主题式教学设计

寇艳庭 包倩倩

摘要：以艺术视角中的铁系化合物为主线，将敦煌壁画颜料、钢笔素描与蓝黑墨水、老街青砖红墙等富有传统文化的情境与三氧化二铁与硫酸亚铁等化学物质联系起来，通过“探寻敦煌壁画中的颜料密码、探索蓝黑墨水中的奥秘、探秘生活中铁系物质的转化、总结升华”四个环节引导学生建构元素观，在传统文化背景下体会铁的不同价态物质的不同性质和用途，激发学生文化认同感。

关键词：传统文化;元素化合物;敦煌壁画

文章编号：1008-0546（2022）06-0033-05

中图分类号：G632.41

文献标识码：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2022.06.007

一、问题的提出

普通高中化学课程标准内容中强调：在人类文化背景下构建高中化学课程体系，教学内容要结合学生的年龄特点和学科特征，有机融人社会主义核心价值观、中国传统文化等教育内容，充分发挥化学课程对培养学生人文的积极作用[1]，2014年3月，教育部颁布的《完善中华优秀传统文化教育指导纲要》指出，化学课程“应结合教学环节渗透中华优秀传统文化相关内容”[2]，人文教育中传统支化是重要组成部分，要增强我国学生的文化自信，必须发展学生的人文底蕴，作为人类宝贵的智慧和精神血脉，将中华传统文化及非物质文化遗产进行课程资源开发，融人化学教学中，探寻中华传统文化基因，培育学生爱国主义与社会责任感。化学学科在食品、材料、医药领域发挥了核心作用，很少有人意识艺术领域也有化学的影子，蕴含很多化学原理，本文以艺术视角下的铁系化合物为例，探讨如何运用中华传统文化素材认识有关铁的化合物性质，深化性质决定用途观念，树立文化自信，发展学生化学学科核心素养。

二、教学设计

1.内容分析

本节课内容选自新人教版高中化学必修一第三章第一节中“铁的化合物”相关内容，“铁及其化合物”属于元素化合物主题，铁作为变价金属之一，是高中化学课程的重点和难点，许多学者对“铁及其化合物”进行教学设计研究，从教学策略、教学情境等方面进行了创新[3-5]，体现出情境的真实性、整体性，但情境涉及中华传统文化元素的教学设计较少。本教学案例基于甘肃本土教学资源，从艺术视角选取敦煌壁画、蓝黑墨水、兰州老街“粉墙黛瓦”为情境，从学生的直接经验出发，体会铁系化合物在艺术领域中的广泛应用。以真实问题驱动和实验探究活动引导学生从知识到实际应用再到艺术文化素养的培育。在化学教学中渗透中华优秀传统文化与非物质遗产，学生在真实有意义的情境中感受化学的魅力。

2.教学目标

（1）了解铁系化合物在艺术领域中的应用，探讨氧化铁颜料的化学性质和使用注意事项。通过Fe3+的不同检验方案探究，找到Fe3+最佳检验方案，能根据观察和实验获得的现象概括化学变化发生的条件、特征与规律，发展学生宏观辨识和变化观念的素养。

（1）通过预测Fe2O3和FeSO4化学性质和理论制备Fe2O3的思路，建构从物质类别、核心元素化合价认识物质性质的两个角度分析问题并形成解决方案的思维方法，引导学生建立元素观。

（3）通过分析Fe2+，Fe3+化合物在艺术视角中的应用，学会运用所学知识解决实际问题的方法，增强学生文化底蕴。

3.教学流程

本节课从艺术视角出发，以学生熟悉的非物质文化遗产敦煌壁画为情境，引出三氧化二铁是矿物颜料，提出驱动性问题，通过古代的荒帷图再次证明三氧化二铁的稳定性，通过传统国画钢笔素描常用碳黑墨水，而不用主要成分为硫酸亚铁的蓝黑墨水，学生从已有经验产生认知冲突，从而对硫酸亚铁进行实验探究，学习硫酸亚铁的化学性质。最后以学生熟悉的兰州老街青砖红墙为情境，基于已有知识解释砖瓦颜色不同现象，让学生深化性质决定用途的观念。

三、教学过程

环节一探寻敦煌壁畫中的颜料密码

【课前播放视频】对敦煌壁画《飞天》（图1）所用颜料的介绍

【教师】材料1：在中国历史上，岩画、壁画、书画，以及漆制品和瓷制品彩绘，所有需要图像绘制的领域，都少不了各类矿物颜料的使用（图2），蛤粉、高岭石、云母是常见的白色颜料矿物，辰砂、赤铁矿是常用的红色颜料矿物，青金石、蓝铜矿是常见的蓝色颜料矿物，孔雀石、氯铜矿是常见的绿色颜料矿物，石墨是常见的黑色颜料矿物。雌黄、褐铁矿是常见的黄色颜料矿物[6]。

材料2：莫高窟壁画及彩塑的红色颜料中应用最多，早期洞窟的壁画彩塑中，即十六国北魏、西魏和北周使用土红最多，初唐、盛唐、中唐以朱砂为主，晚唐随着河西走廊产出的赤铁矿中制得土红，唐代绘画艺术高度发展，土红应用再次增加[7]。

【问题1】敦煌壁画《飞天》主要由哪几种颜料构成？

【教师】同学们总结了以上三种矿物颜料，这几种颜料也是中国国画使用广泛的矿物颜料，其中土红颜料是与我们今天所学铁系化合物内容紧密相关，是从赤铁矿中制得，也称赭石，请同学们猜想土红颜料主要化学成分是什么？

【同学】赤铁矿主要成分是三氧化二铁。

【问题2】如何验证土红颜料的主要化学成分是Fe203？

【学生1】观察法，首先在颜料Fe2O3中加入盐酸，观察溶液变黄为氯化铁溶液。

【演示实验1】取FeCl3溶液5滴于三支相同试管中，分别加水稀释至2/3处（此时颜色都接近无色，备用），还能通过颜色鉴别吗？

【学生】不能，稀释后FeCl3溶液接近无色。

【教师】是否还有其他方法鉴别Fe3+？

【学生2】首先在颜料Fe2O3中加入盐酸，再加入氢氧化钠溶液，产生红褐色沉淀说明有三价铁离子。

【演示实验2】在实验1的一支试管中加入氢氧化钠溶液，无沉淀产生。

【教师】是否还有其他方法鉴别Fe3+？

资料卡片1：硫氰化钾（KSCN）是一种无色溶液。当硫氰根离子与三价铁离子相遇时，就會生成硫氰化铁，从而显现出血红色（或鸡血红色）。这个是离子反应中的一种，叫做络合反应，生成的是络合物）。是检验Fe3+最灵敏的方法。

【学生3】可以在颜料Fe2O3中加入盐酸，再滴加KSCN溶液。

【教师】通过以上三种方法，我们实验证明检验Fe3+最灵敏的方法是硫氰化钾（KSCN）溶液。也进一步验证了颜料土红主要成分是Fe2O3。

【教师】敦煌壁画展现了具有东方独特美感的色彩，构成这些色彩的颜料，是中国文化艺术的基因密码，其不同时期的画作，自然保存了在历朝历代中应用到的各种矿物颜料。

【问题3】为何敦煌壁画《飞天》图没有侵蚀，保存时间久？

【学生猜想】可能敦煌壁画所用矿物颜料稳定性强，不易被侵蚀。

【教师】Fe2O3是矿物颜料之一，如何证明Fe2O3稳定性强？

【实验探究1】探究Fe2O3的性质（表1）

【归纳总结】通过以上实验，我们证明了Fe2O3的稳定性，老师再给同学们解释一件考古事例，荒帷：是指古人用来殉葬的一种丝织品，很多年之后，人们从挖出来的土中发现，因为时间久远，丝织品已经腐烂，但与丝织品接触的泥土上还能清晰地看到丝织品上的颜料画出的图案，这个颜料就是氧化铁颜料，如图3所示。

设计意图：从真实的问题情境中思考敦煌壁画保存至今未被严重侵蚀的原因，引导学生从Fe2O3的化学性质方面解决问题。形成性质决定用途的观念。建立元素组成、价态决定性质，性质决定用途的学科元素观念。

【教师】刚才我们认识了氧化铁的化学性质和广泛用途，同学们熟悉的蓝黑墨水的主要成分是铁的另一种化合物FeSO4。由于FeSO4和Fe单质廉价易得，经常作为Fe3+化合物制备的反应物。请同学们头脑风暴，设计制备Fe2O3的理论实验方案。

【学生任务】总结制备Fe2O3的方程式

【教师】同学们已经总结了很多不同的转化思路，实现单质铁到三氧化二铁的转化思路以及Fe2+到Fe3+的转化思路。能否将这些方程式转化为价类二维图（图4）？

【问题4】同学们思考图4所示这些转化途径中，最经济实效的是哪种方案？

【学生】通过FeSO4与氢氧化钠制备氢氧化铁，然后通过加热制备Fe2O3最简捷，两步就能完成。

环节2探索蓝黑墨水中的奥秘

【展示图片】图5、图6

【教师】中国素描画线条钢劲，轮廓清晰，钢笔素描让我们领会速写也可以有如此美的意境，画面具有独特美感，如图6所示，这些钢笔素描画都是用碳素墨水完成，为什么不用蓝黑墨水完成呢？请同学们用已有知识经验预测一下蓝黑墨水主要成分FeSO4的化学性质？

【学生1】FeSO4中Fe2+是中间价态，易被氧化剂氧化成Fe3+，具有氧化性，也具有还原性。

【学生2】FeSO4是盐类，可以与酸和碱分别发生复分解反应

【教师】同学们分别从元素价态与物质类别不同角度预测了FeSO4的化学性质。那我们可以使用什么试剂进行验证我们的猜测呢？

【学生猜想】小组1：FeSO4是盐类，可以与盐酸和NaOH分别发生复分解反应

小组2：FeSO4具有氧化性，也有还原性，选择试剂Zn、酸性KMn04.

小组3：FeSO4具有还原性，选择具有强氧化性的H2O2

【教师】请同学们基于预测小组完成实验。

设计意图：从铁盐代表物的研究到亚铁盐代表物的研究，学生在非常熟悉的情景中掌握亚铁离子极易被氧化成三价铁离子，基于性质预测，实验验证，分析解释，学生从宏观现象进行微观本质的分析，引导学生从铁的不同价态和物质类别分析亚铁离子的性质，增强对亚铁离子的性质的认识，发展学生元素观。

[问题5]蓝黑墨水中为了让FeSO4保持稳定，会加入鞣酸、单宁酸作为稳定剂，如图5，为什么不用于钢笔素描画作中？

【讨论与汇报】蓝黑墨水中加酸会对纸张造成损害，墨水在空气中，Fe2+极易转化为Fe3+，颜色由蓝转为黑色，钢笔素描用蓝黑墨水不易画作的保存。

环节3探秘生活中铁系物质的转化

“青砖黛瓦，故景如旧”该诗句描写古建筑风格，青色的砖、小片的黛瓦，在我们兰州老街也能看到青砖红瓦。

【问题6】砖瓦为何有青色、红色之分？青砖与红砖相关烧制原理？

【问题7】青砖和红砖（红瓦），哪种更加耐用？为什么？

【任务】查阅相关砖瓦烧制资料，基于Fe2+与Fe3+之间转换关系解释其原理。

设计意图：该环节通过中华传统文化古诗词，引出常见的古建筑青砖红墙，砖瓦焙烧分为氧化焙烧和还原焙烧，青砖需要经过在氧化焙烧后，密封窑体，隔绝空气，加煤炭，通过燃烧耗尽氧气并形成还原氛围，Fe2O3与CO反应得到FeO。从性质决定用途出发，体会同一元素不同价态物质性质不同和用途差异，引导学生挖掘古建筑中蕴藏的化学知识。

环节4总结升华

如图7所示，通过本节课的学习，我们从艺术视角学习了铁的化合物，掌握了Fe2O3、FeSO4的重要化学性质，能运用所学知识解决社会现实问题，解释生活中的化学现象。在化学中感受艺术色彩之美，在艺术中感受化学魅力。

四、学生评价设计

“教、学、评”一体化有利于检测教师的教和学生的学习效果，过程性评价也是学生发展性记录，有利于师生设计实验方案、完成探究性实验、培育学生信息搜集能力、问题解决能力，为了更好地反馈学生学习情况，对本节课中前三个环节采用课堂表现评价表（如表2所示）。

五、教学设计反思

1.开发优秀传统文化资源，提升学生文化素养

中国传统文化知识是辅助化学教学的一种宝贵资源，教师合理开发与化学学科有关的传统文化知识，有利于学生提升文化素养，一部分中国传统文化蕴含化学原理，在优秀传统文化情境中学习化学知识，增强学生文化自信。基于以上思考，通过设置的四个环节，层层递进，通过创设问题，驱动学生进行思考，在真实的情境中学习Fe2O3、FeSO4的化学性质，从古城建筑青砖红瓦中进一步体会Fe2+与Fe3+之间转换关系。通过了解化学学科在艺术领域的贡献，从艺术视角学习氧化铁和硫酸亚铁，展现化学独有的学科魅力，学生从实际问题中系统建立性质决定用途观念，让化学课堂有趣、有深度、有意义。

2.创设真实问题情境，激发学生探索兴趣

创设敦煌壁画颜料、壁画颜料不易侵蚀、钢笔素描与蓝黑墨水、青砖红墙等学生熟悉的真实情境，以艺术线引导学生完成学习任务，激发学生求知欲，敦煌壁画是中国非物质文化遗产，学生热爱自己家乡的文化，在化学课堂中探索敦煌壁画的颜料，引导学生从艺术视角体会铁系化合物的用途，改变传统观念中化学只是一门严谨、求真的科学，感受化学与文学、艺术发出的美妙和弦，发展学生的知美.鉴赏美、追求美的素养。

3.多元化评价发展学生解决问题能力

本节课渗透了多种传统文化，教师基于问题驱动，引导学生设计实验方案，进行实验探究，得出Fe3+的最佳检验方案，对于FeSO4的化学性质学生是陌生的，而对蓝黑墨水是熟悉的，通过熟悉的情境学习铁的化合物，学生基于已有经验进行假设、预测、检验、查阅相关资料，对于FeSO4更加印象深刻，学生对于青砖红瓦建筑很熟悉，其烧制原理蕴含化学知识，通过学生各种途径查阅资料，结合所学内容，解释其砖瓦颜色不同。本节课融人中华优秀传统文化，不仅增加学生知识面，而且改变学习方式，发展学生解决实际问题的能力。

参考文献

[1]房喻，徐端均.普通高中化学课程标准（2017年版）解读[M].北京：高等教育出版社，2018：2-4.

[2] 中华人民共和国国务院.国务院关于深化考试招生制度改革的实施意见[N].人民日报，2014-09-05（6）.

[3]盛跃，龚英，朱茂盛，陈继平.基于五段教学法的“铁及其化合物”教学设计[J].中学化学教学参考，2021（2）：48- 52.

[4] 高佳玉，张援，王伟群.基于实验探究发展学生化学核心素养的教学设计——以“铁及其化合物”高三复习课为例[J].化学教学，2020（10）：56-60.

[5] 王正兵.素养为本的化学教學与评价的设计和实施——以“补铁剂中铁的检验与转化”为例[J].化学教育（中英文），2019，40（11）：29-35.

[6] 刘晔.遗失的色彩——漫谈丝路矿物颜料的兴衰[J].甘肃地质，2021，30（2）：89-93.

[7] 张洪亮.试论敦煌壁画中的色彩[J].美术大观，2011（3）：56-57. 36.