浅谈高中化学必修课程中美育素材的发掘*--以人教版化学必修第一、二册为例

肖冬菊

(肥东县第二中学 安徽合肥 231600)

化学作为一门基础学科,主要是从原子、分子等微观层面研究物质,用化学符号描述物质,在各个领域创造物质,概括来说化学学科的主要研究对象是物质。因此,化学课程中的核心美育素材主要是物质美,从“认识物质之美”到“创造物质之美”过程中,涉及物质微观世界的结构美、宏观世界的形态美以及实验美、规律美、史实美和社会美。

为了提升学生的化学学科核心素养,普通高中化学必修课程设计了五个主题:化学科学与实验探究、常见的无机物及其应用、物质结构基础与化学反应规律、简单的有机化合物及其应用、化学与社会发展。这些主题的设置意在帮助学生更好地理解和掌握化学知识,并将其应用于生活中。教师应该充分利用各种美育素材,将其融入课堂教学中,不仅传授化学学科知识,更要深入学生的心灵世界,让他们在美育、文化和情感方面得到全面发展。

一、化学科学与实验探究--实验之美

在第二册教材学习中,我们将进行一项重要的实验,即简易电池的设计与制造。我们将通过研究原有电池的结构,来学习如何更好地利用这些知识来解决问题。通过小组讨论和设计方案,我们选择了一些生活中常见的物品,如苹果、柠檬、橘子、食盐水、铜片、铁钉和铅笔芯,电子音乐卡和发光二极管等,并利用简单的实验操作,探索化学能转化为电能的神奇奥秘,体验化学实验的魅力。

二、常见的无机物及其应用--物质之美

在高中化学课程中,我们会探讨各种常见的无机元素,这些元素可能是金属或非金属。具体可归纳为:1.钠、钠的氧化物--氧化钠和过氧化钠、钠盐、碳酸钠和碳酸氢钠;2.铁、铁的氧化物--氧化亚铁和氧化铁以及四氧化三铁,铁的氢氧化物--氢氧化铁和氢氧化亚铁、铁盐和亚铁盐;3.氯气、次氯酸和氯离子;4.氮的氧化物--一氧化氮和二氧化氮、硝酸、氨气和铵盐;5.硫、硫的氧化物--二氧化硫和三氧化硫、硫酸和硫酸盐。对于其性质的了解主要根据物质的类别和主要元素的价态,即价类二维图去学习,研究这些物质如何被广泛应用于日常生产、生活以及对自然环境的潜在危害等。面对如此纷繁复杂的物质,很多高一学生觉得这部分化学知识零散、涉及反应多,很难记忆。我们可以通过多种方式展示物质美,如实物展示、播放图片和视频,以帮助学生更好地理解化学物质所具有的各种美,包括它们的结构、颜色、形态和反应。这样,他们就能够在一个充满乐趣和惊喜的环境中,更加热衷于探索和研究这些美丽的物质,并且培养出对它们的浓厚兴趣。

在我们介绍物质时,我们可以用优美的文字来营造出一种美好的氛围:钠是一种银白色的、质地柔软的单质,当它在空气中燃烧时,会发出黄色的火焰,形成一种淡黄色的固体;当钠与水反应时,我们可以将其现象归纳为“浮熔游响红”;而氯气与氢气反应时,会产生安静燃烧的现象,呈现苍白色的火焰。重点强调“安静”和“苍白色”,引导学生去感受那种独特的意境之美。氢氧化铁制取实验中,制得的氢氧化亚铁会发生一系列变化,其从白色迅速变化为灰绿色,随后又变为墨绿色,最终变成红褐色。这一系列的颜色变化,在带给学生视觉上的冲击的同时,极大引起了学生的学习兴趣。像这些化学上所具有的独特变化美,数不胜数,关键在于教师要有发掘美的意识。

必修第一册教材第三章第一节《铁及其化合物》,开篇用来自太空的陨石,色彩斑斓、气势磅礴的丹霞地貌,以及历史文物战国时期的铁器3张图片,激发学生的学习兴趣,让学生对铁及其化合物的性质充满好奇和期待。教师再通过视频展示历史上的铁器:西周晚期的玉柄铁剑、西汉的铁铠甲、“蒲津古渡”遗址的铁牛、唐代铁佛等,让学生从历史文物中感受铁在人类历史长河中发挥的巨大作用。还可以从自然界中五彩缤纷的铁红、铁黄、绿矾等,以及生命中的补铁剂等,让学生去感受铁及其化合物的无穷魅力,从而落实学科核心素养。

三、物质结构基础与化学反应规律--规律之美

100多种元素组成了千姿百态、缤纷复杂的物质世界,而这些元素之间有何内在联系,又是如何相互结合形成多种多样的物质呢?为什么物质结构又会决定物质性质呢?《物质结构 元素周期律》就是让同学们通过探寻微观世界去发现规律之美。

化学是一门包含了许多辩证思想的学科。通过对自然界中物质及组成元素的研究,我们可以更好地理解其变化规律,并从中发掘出其内在的联系。在门捷列夫发现元素周期表之前,已有大量的化学家在研究元素之间的规律性。1789年,拉瓦锡首次提出了元素分类表,1892年,德贝赖纳进一步提出“三元素”。这些重大突破为研究元素性质及规律提供了启发性的帮助。元素周期表中丰富的化学史实,向学生展示了化学家们寻找化学规律所付出的艰辛。教学过程中教师要善于用化学史实美去衬托规律之美。

在课堂上,我们可以通过研究元素周期表中同主族、周期原子的电子层数、核电核数、原子半径、主要价态变化规律,以及它们的金属性与非金属性的递变规律,来探索周期表中各元素之间的关系。这样,学生就能够更好地理解元素的特征,并通过实验来发现它们的个性与共性。

化学反应中的质量守恒和能量守恒规律告诉我们能量不可能凭空消失,只能是从一种形式转化为另一种形式。必修第二册第六章第一节《化学反应与能量变化》,探究简易电池的设计与制作,可以利用水果电池探究原电池的形成条件及影响电流大小相关因素。教师可以选择苹果、橙子、柠檬、香蕉、番茄等水果,准备铜片、锌片、铁片、镁片、石墨等材料,在探究电解质类型和两极材料的同时,继续探究电极插入水果间的距离和深度对化学电池的影响。外电路在连接电流表的基础上,再选择串联LED灯(发光二极管)或者音乐贺卡。通过常见的、熟悉的生活材料,让同学们直观感受到化学能与电能的转化,再由水果电池的形成条件推导出形成原电池的条件,从简单到复杂,从个例到规律,在探究内容的同时,提高了实验的趣味性,培养了学生的学习兴趣和探究能力。

四、简单的有机化合物及其应用--结构之美

有机化学在日常生活中有着非常重要的地位,它为我们提供了改善生活质量的可能。由于有机化合物复杂的结构,使得它们在元素组成相对单一的情况下,种类十分丰富。

甲烷是一种最基本的有机物,它由一个碳原子和四个氢原子构成,具有正四面体的空间结构。通过甲烷的球棍模型和空间填充模型,学生可以直观地感受到有机物的美妙结构。

教学《认识有机化合物》时,为了让学生更好地了解有机物的空间结构,可以设计小组拼插活动。任选2个碳原子、3个碳原子以及4个碳原子,氢原子个数不限,尽可能多地拼插出不同的有机物。在活动中,同学们通过动手拼插,理解了有机化合物中碳的“四价”原则,即碳原子与碳原子之间可以形成共价单键、双键和三键,碳原子之间的连接方式可以成链状也可以成环状,从而感受到有机物结构的纷繁复杂,同时又能和谐共存。

洛希米特是一位杰出的奥地利化学家,他在《化学研究》一书中画出了苯的环形分子结构。凯库勒曾经阅读过洛希米特的著作,他对洛希米特关于苯分子结构的描述表示了极大的疑惑。洛希米特当时将苯环描述成一个完美的圆形,凯库勒在大量研究基础上提出重要理论:碳的四价原则与碳原子能够连接成链状。关于苯分子的结构,在分析了大量的实验事实之后,他提出了多种开链式的可能结构,但又因其与实验事实不相符而被一一否定,直至1865年他终于思考出环链的形式是解决苯分子结构难题的关键。这些充满趣味的空间结构,教师在教学过程中要善于利用其中的美学价值,充分调动学生的学习热情,从而去跨越学习中遇到的障碍。

学习《烃类有机物的空间结构》时,通过烷烃代表物甲烷分子的正四面体、烯烃代表物乙烯分子的六原子共平面、芳香烃代表物苯分子中十二原子共平面,让学生通过对比感受由相同元素组成的不同物质的结构差异,这种结构的差异又决定了物质性质上的不同。学生在惊叹有机世界奇妙独特的同时,激发了发现物质、创造物质的欲望。

五、化学与社会发展--社会之美

所有人都生活在由化学物质构成的世界中。在高速发展的当今社会,化学已经成为满足社会需要的中心学科,在提高人类生活水平、提供生活资源和保护环境等方面都有重要作用,极大促进了人与自然的和谐相处。

化学在解决当今社会面临的能源问题、材料问题和技术问题方面都发挥着巨大作用。随着科技发展的不断推进,新型陶瓷材料的出现,为人类带来了更多的便利,其中包括高温结构陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷以及超导陶瓷等。它们都具有独特的功能,为社会发展做出了重大贡献。

可持续发展作为全球认同的社会发展模式,与每个人息息相关,当然化学不辱使命地继续发挥着重要作用。人教版化学必修第二册第八章,设置了有关化学与可持续发展的教学内容。化学课程标准中的基本理念之一就是,选择具有基础性和时代性的化学教学内容,要求充分利用学生已有的经验和将要经历的社会生活实际,引导学生去关注人类面临的与化学有关的社会问题以及解决方法,培养学生的高度社会责任感、参与问题解决的意识和问题决策的能力。化学核心素养意在帮助学生在形成化学学科思想和方法的基础上,激励其勇于创新,最后追求化学学习的更高层次价值,即科学态度与社会责任。实际教学中,我们实地走访社区的垃圾收集站和垃圾处理厂,选择社会高度关注的垃圾分类处理作为真实的课堂教学内容,构建3R理念,结合所学化学知识,运用3R理念解决复杂的实际问题,用真实情境引导学生走向深度学习,从而落实学科素养。基于以上思考,生成了本单元的主题《化学与可持续发展--3R理念下垃圾的分类处理》。通过化学,让垃圾这种人们只要谈起就觉得肮脏无用的物品变成社会所需的再生资源。

美在化学中处处可见,关键需要化学教师在教学设计中具有一双发现美的眼睛,从而激发学生化学学习兴趣,提高学生学习欲望。