摘 要:以“硅酸鹽礦物與硅酸鹽產(chǎn)品”為教學(xué)案例,反思以往兩種教育教學(xué)理念的不足之處,分析如何讓學(xué)生從化學(xué)科學(xué)的角度探究分析硅酸鹽的衍生與發(fā)展,從而理解人類文明發(fā)展的過(guò)去、現(xiàn)在和未來(lái),以化學(xué)的視角看世界進(jìn)行教育教學(xué),從而適應(yīng)社會(huì)發(fā)展不斷更新的需求。
關(guān)鍵詞:化學(xué)視角;社會(huì)文明;發(fā)展;案例;硅酸鹽
各種教育教學(xué)者在硅酸鹽礦物與硅酸鹽產(chǎn)品的課堂中有著激烈的爭(zhēng)論,有的從應(yīng)考的角度,認(rèn)為這節(jié)課不是考試的重點(diǎn),了解基本知識(shí)即可;有的從公開(kāi)課的角度,認(rèn)為應(yīng)該從文化的視角設(shè)計(jì)本節(jié)課的教學(xué),加強(qiáng)化學(xué)教學(xué)與社會(huì)生活的聯(lián)系、與化學(xué)史的融合。應(yīng)考的角度只能讓學(xué)生掌握化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)與技能,公開(kāi)課的角度可以讓課堂設(shè)計(jì)更精巧,令人賞心悅目,使學(xué)生學(xué)習(xí)興趣更加濃厚。所以對(duì)于“硅酸鹽礦物與硅酸鹽產(chǎn)品”這堂課,常見(jiàn)的兩種方式,一種是基礎(chǔ)化學(xué)知識(shí)的簡(jiǎn)單介紹,另一種就是硅酸鹽產(chǎn)品演變的歷史文化介紹。其實(shí)這兩種教育教學(xué)方式都有不足之處。將兩者取長(zhǎng)補(bǔ)短,再結(jié)合當(dāng)今社會(huì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的前沿,從化學(xué)科學(xué)的角度探究硅酸鹽的過(guò)去、現(xiàn)在和未來(lái),從科學(xué)的角度理解人類文明的發(fā)展。以下是“硅酸鹽礦物與硅酸鹽產(chǎn)品”的教學(xué)案例。
一、導(dǎo)入新課
導(dǎo)入環(huán)節(jié)往往花費(fèi)老師很多的心思,以吸引學(xué)生上課的注意力,所謂“好的開(kāi)端是成功的一半”。在這一環(huán)節(jié),我總會(huì)向?qū)W生傳達(dá)這樣一個(gè)觀念,現(xiàn)在我們生活的世界是一個(gè)人造的世界,充斥著生產(chǎn)加工過(guò)的材料,人們衣食住行用的材料并不是天然就存在的,而是人類為不斷滿足自己生存發(fā)展的需要發(fā)明創(chuàng)造的,要學(xué)會(huì)用化學(xué)的視角看世界,看人類是如何從自然界獲取能源,改變和創(chuàng)造物質(zhì),從而提升生產(chǎn)生活質(zhì)量的。
(多媒體展示)日常生活中常用的材料:玻璃、水泥及陶瓷。老師兒時(shí)每當(dāng)看到這些精致而實(shí)用的產(chǎn)品,總會(huì)感慨這些材料是怎樣制成的。
提出問(wèn)題:
(1)硅元素在地殼中的含量怎樣?
(2)硅元素在自然界主要有哪些存在形式?
揭示主題:地殼中硅元素的含量?jī)H次于氧,硅元素在自然界中主要以硅酸鹽和二氧化硅的形式存在,不存在游離態(tài)的硅。如何利用自然界中的硅酸鹽礦物生產(chǎn)日常所需的硅酸鹽產(chǎn)品呢?
二、常見(jiàn)的硅酸鹽
(多媒體展示)自然界中的一些硅酸鹽的圖片及其化學(xué)式。
結(jié)論:硅酸鹽的結(jié)構(gòu)和組成復(fù)雜。
硅酸鹽組成的表示方法:
(1)鹽化學(xué)式;(2)氧化物法。
硅酸鹽種類很多,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,常用氧化物的形式表示其組成。
改寫(xiě)的規(guī)律:①各元素寫(xiě)成相應(yīng)的氧化物,元素的價(jià)態(tài)保持不變。②注意改寫(xiě)后應(yīng)與原來(lái)化學(xué)式中的原子個(gè)數(shù)保持不變,中間用“·”間隔。③順序按先金屬后非金屬,金屬元素中按金屬活動(dòng)順序表依次排列。
如:硅酸鈉Na2SiO3可以表示為Na2O·SiO2。
滑石Mg3(Si4O10)(OH)2可以表示為3MgO·4SiO2·H2O。
硅酸鹽組成復(fù)雜,一般用氧化物的形式表示它們的組成。
(學(xué)生活動(dòng))學(xué)生練習(xí)將下列硅酸鹽改寫(xiě)成氧化物的形式。
(1)黏土 Al2(Si2O5)(OH)4 (2)石棉 CaMg3Si4O12
過(guò)渡:我們來(lái)了解一種重要的硅酸鹽——硅酸鈉Na2SiO3。
用途:黏合劑、防腐劑、防火劑、制硅膠。
物理性質(zhì):無(wú)色晶體,能溶于水,其水溶液稱為水玻璃。
提出問(wèn)題:硅酸濃溶液經(jīng)干燥脫水后可以制得干燥劑硅膠,首先考慮如何利用硅酸鈉制硅酸?
用硅酸鈉制備硅酸的實(shí)驗(yàn)研究。
【實(shí)驗(yàn)用品】
藥品:稀鹽酸、飽和硅酸鈉、酚酞試液。
儀器:試管、滴管。
【實(shí)驗(yàn)步驟】
向盛有少量飽和硅酸鈉溶液的試管里,滴入幾滴酚酞試液,然后逐滴加入稀鹽酸,振蕩,至紅色將近褪去時(shí),靜置一會(huì)兒,觀察現(xiàn)象。
【實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象】
滴入酚酞溶液顯紅色,再滴入鹽酸,紅色消失,并有透明膠狀物質(zhì)生成。
【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】
Na2SiO3溶液呈堿性,與鹽酸反應(yīng)生成了H2SiO3。
【實(shí)驗(yàn)原理】
Na2SiO3+2HCl=H2SiO3↓+2NaCl
還可以向飽和硅酸鈉溶液中通入過(guò)量的CO2制硅酸:
Na2SiO3+2H2O+2CO2(過(guò)量)=H2SiO3↓+2NaHCO3
深化理解:實(shí)驗(yàn)室保存Na2SiO3溶液的方法。
因?yàn)楣杷岬乃嵝员忍妓徇€弱,所以空氣中的CO2可以和Na2SiO3水溶液發(fā)生以下反應(yīng):Na2SiO3+H2O+CO2=H2SiO3↓+Na2CO3從而使硅酸鈉變質(zhì),因此硅酸鈉要密封保存。同時(shí),又由于硅酸鈉為礦物膠,有較強(qiáng)的黏性,也不能用磨口的玻璃瓶和玻璃塞,以免瓶口黏結(jié)。
過(guò)渡:了解了硅酸鹽的化學(xué)組成與性質(zhì),我們就想知道如何用天然的硅酸鹽礦物制成日常的硅酸鹽產(chǎn)品。
三、硅酸鹽產(chǎn)品
(多媒體展示)硅酸鹽產(chǎn)品出現(xiàn)先后的歷史軌跡。
(學(xué)生討論)硅酸鹽產(chǎn)品是人們?yōu)榱藵M足自身生產(chǎn)生活的需要而發(fā)明創(chuàng)造的,如陶瓷是為了盛放飲食而創(chuàng)造的器皿,水泥解決了居住的問(wèn)題,玻璃最初用作裝飾品。
(介紹)在英文中,china是瓷器的意思,將中國(guó)稱為“China”是說(shuō)中國(guó)是瓷器之都。在一千多年以前,一個(gè)今天看來(lái)再普通不過(guò)的白色瓷盤(pán)卻是全世界人們夢(mèng)寐以求的高科技產(chǎn)品,瓷器就是中國(guó)發(fā)明的。
(多媒體展示)介紹我國(guó)著名的陶瓷器。
介紹陶瓷的起源和陶瓷的燒制工藝,選材和陶瓷窯所能達(dá)到的燒制溫度高是我國(guó)古代陶瓷工藝先進(jìn)的關(guān)鍵原因。
(學(xué)生活動(dòng))
1.陶瓷
制造原料:黏土。
設(shè)備:窯。
生產(chǎn)條件:高溫。
發(fā)生的變化:復(fù)雜的物理化學(xué)變化。
產(chǎn)品主要成分:硅酸鹽。
瓷器的原料是高嶺土,在表面涂上了一層玻璃釉,燒制溫度也更高,燒制過(guò)程中陶瓷顏色變化是鐵元素等發(fā)生了氧化還原反應(yīng)。
(多媒體展示)介紹現(xiàn)代陶瓷的應(yīng)用。
提出問(wèn)題:作為世界建筑奇跡的長(zhǎng)城,所用的建筑材料是磚,用磚壘起的城墻如何能屹立千年不倒?
2.水泥:一種水硬性的膠凝材料
(學(xué)生活動(dòng))
生產(chǎn)原料:有黏土(主要成分為硅酸鹽)、石灰石。
設(shè)備:水泥回轉(zhuǎn)窯。
生產(chǎn)條件:高溫煅燒。
石膏:調(diào)節(jié)水泥的硬化速率。
產(chǎn)品主要成分:2CaO·SiO2、3CaO·SiO2、3CaO·Al2O3
(多媒體展示)介紹現(xiàn)代水泥生產(chǎn)工藝,可概括為“二磨一燒”,即按一定比例配合的原料,先經(jīng)過(guò)粉磨制成生料,再在窯內(nèi)燒成熟料,最后通過(guò)粉磨制成水泥。在這個(gè)過(guò)程中,窯是核心設(shè)備,先后經(jīng)歷了倉(cāng)窯、立窯、干法回轉(zhuǎn)窯、濕法回轉(zhuǎn)窯和新型干法回轉(zhuǎn)窯等發(fā)展階段,最終形成現(xiàn)代的窯外分解技術(shù),是歷代工程師智慧的結(jié)晶。
介紹幾種常見(jiàn)的水泥制品。
介紹水泥的用途。
水泥除了做黏合材料,還是建造高樓大廈、橋梁道路的建筑材料,它極大地改變了人類的生存和生活方式。
介紹我國(guó)水泥工業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r。
過(guò)渡:鋼筋混凝土建造的現(xiàn)代化的高樓大廈,要想采光好,離不開(kāi)的材料是玻璃。
3.玻璃
(視頻材料)玻璃的制造。
(學(xué)生活動(dòng))
玻璃生產(chǎn)的原料:石英、純堿、石灰石。
設(shè)備:玻璃熔爐。
生產(chǎn)條件:高溫熔融。
主要反應(yīng):SiO2+Na2CO3■Na2SiO3+CO2↑、SiO2+CaCO3■CaSiO3+CO2↑。
成分:Na2SiO3、CaSiO3、SiO2。
(多媒體展示)介紹幾種常見(jiàn)玻璃的特性和用途。
小結(jié):硅酸鹽材料的不斷發(fā)展,使人類社會(huì)經(jīng)歷了從洪荒世界到高度發(fā)達(dá)的信息時(shí)代的巨大變化,從某種意義上說(shuō),硅酸鹽材料的進(jìn)步是人類文明進(jìn)步的里程碑。
四、資源的循環(huán)利用
環(huán)境保護(hù)是在付出環(huán)境嚴(yán)重污染的代價(jià)后,人們才重視起來(lái)的。合理利用資源,資源循環(huán)利用的觀念不能總是一句口號(hào),要讓學(xué)生思考切實(shí)可行的解決辦法,具體可行的方案或行動(dòng)是最好的環(huán)保意識(shí)和社會(huì)責(zé)任的傳達(dá)方式。
提出問(wèn)題:硅酸鹽產(chǎn)品產(chǎn)生的工業(yè)垃圾難降解,堆積量又大,如何處理呢?
(學(xué)生活動(dòng))將各種材料,如陶瓷、水泥、玻璃分類收集,然后分別高溫重新加工制成新產(chǎn)品,變廢為寶。
(視頻材料)上海首批3D打印技術(shù)建造的樓房,將拆遷的建筑垃圾變廢為寶。
(學(xué)生活動(dòng))現(xiàn)代3D打印技術(shù)傳統(tǒng)建筑的減法工藝改為加法,由計(jì)算機(jī)控制,精確地做到用多少取多少,不會(huì)浪費(fèi)材料,而且還能將建筑垃圾重新利用,變廢為寶,且打印速度快,產(chǎn)品質(zhì)量好。
產(chǎn)品的更新、技術(shù)的進(jìn)步給我們的生活還會(huì)帶來(lái)哪些奇跡呢?相信我們未來(lái)的生活將會(huì)更加美好!
在進(jìn)行教育教學(xué)工作的過(guò)程中,常常在反思作為高中化學(xué)學(xué)科的教育工作者,我們教育教學(xué)的目標(biāo)到底是什么?報(bào)名參加“一師一優(yōu)”課曬課活動(dòng)后,在對(duì)“硅酸鹽礦物與硅酸鹽產(chǎn)品”的教學(xué)設(shè)計(jì)反復(fù)改進(jìn)的過(guò)程中,查閱了大量資料,從含硅礦物和硅酸鹽產(chǎn)品的各種專業(yè)知識(shí),到各種新的教育技術(shù)和工業(yè)建筑技術(shù),再到各國(guó)優(yōu)秀的教育特色,感悟國(guó)家的強(qiáng)大與否與教育水平有很大關(guān)系,而教育水平很大程度上取決于教育目標(biāo),我們的教育目標(biāo)是什么?我們到底需要怎樣的人才?是考試能手?是表演人才?還是創(chuàng)新人才?化學(xué)教育者的使命不在于讓學(xué)生考高分,也不在于公開(kāi)課上得多么精彩紛呈,拿多高的獎(jiǎng)項(xiàng),而在于引導(dǎo)學(xué)生以化學(xué)的視角看世界,探索與發(fā)現(xiàn)大千世界的豐富多彩與奇妙,培養(yǎng)能理論聯(lián)系實(shí)際,適合社會(huì)發(fā)展需要的創(chuàng)新人才,那么我們就要做一名善于研究的終身學(xué)習(xí)者,把科學(xué)的理念帶給未來(lái)的創(chuàng)造者——學(xué)生。
參考文獻(xiàn):
魏樟慶.文化視角下對(duì)化學(xué)教學(xué)的反思:以“硅酸鹽礦物與硅酸鹽產(chǎn)品”為例[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考,2016(9).
作者簡(jiǎn)介:宋秀云(1981.6—)女,漢族,山東威海,碩士研究生,中學(xué)一級(jí)教師,研究方向:高中化學(xué)。