以考古研究為背景，培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)

李瑞哲 高紅艷 邱超

摘要：基于考古研究，了解化學(xué)學(xué)科在考古研究中的作用，開(kāi)展“化學(xué)揭開(kāi)歷史的神秘面紗”的教學(xué)設(shè)計(jì)，向?qū)W生展示化學(xué)學(xué)科在文物年代鑒定，文物保護(hù)，人文歷史領(lǐng)域的重大作用，為學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的養(yǎng)成提供了新思路。

關(guān)鍵詞：考古;化學(xué);教學(xué)設(shè)計(jì);化學(xué)核心素養(yǎng);同位素

文章編號(hào)：1008-0546（2022）02x-0034-04

中圖分類號(hào)：G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.02x.009

一、人類文明的發(fā)展需要化學(xué)支持

三星伴月數(shù)千載，重啟發(fā)掘再探秘。三星堆遺址出土的神秘青銅神樹(shù)，迷人的青銅縱目面具，高大的青銅大立人，權(quán)杖等，震驚世人[1]。在面對(duì)這些文物的時(shí)候，不自覺(jué)地讓人深思是否真的有外星生物存在？古老文明到底是怎樣的？時(shí)隔三十五年，近期，所有人的目光又都重新聚集在再探三星堆遺址的這件事上，發(fā)掘當(dāng)天，央視新聞也采取現(xiàn)場(chǎng)直播的方式向世人展現(xiàn)三星堆遺址的考古工作，經(jīng)過(guò)考古人員的小心發(fā)掘，現(xiàn)場(chǎng)出土了大量的象牙制品，黃金面具殘片等珍貴文物，再次震驚世人，一連幾天三星堆考古的話題霸占熱搜，網(wǎng)友們更是稱此次發(fā)掘?yàn)椤俺了辏恍洋@天下”，然而我們不得不思考，人類文明到底是從何時(shí)起源？考古發(fā)現(xiàn)的文物是屬于哪個(gè)朝代的，距今有多少年的歷史？地下發(fā)掘的奇形怪狀的物品是來(lái)自外星嗎？如何保護(hù)這些發(fā)掘文物不受破壞等等一系列問(wèn)題。這些問(wèn)題我們不能隨意猜測(cè)和定論，如何科學(xué)的回答這些問(wèn)題，就需要人們使用化學(xué)知識(shí)來(lái)進(jìn)行測(cè)定和論證。

二、考古研究成果應(yīng)用于教學(xué)的可行性

從學(xué)生學(xué)習(xí)興趣看可行性：創(chuàng)設(shè)良好的教學(xué)情境，能使學(xué)生厘清理論與實(shí)踐及新舊知識(shí)間的關(guān)系和矛盾，在認(rèn)知方面，能更好處理形象與抽象，感性與理性之間的問(wèn)題[2]。從學(xué)生的好奇心出發(fā)，讓學(xué)生如同身臨考古現(xiàn)場(chǎng)，感受考古發(fā)現(xiàn)的魅力，體會(huì)化學(xué)對(duì)人類文明的重要性，同時(shí)能夠激發(fā)學(xué)生的興趣，在問(wèn)題探索中掌握知識(shí)，使課堂學(xué)習(xí)不再枯燥，同時(shí)能夠更理智地審視問(wèn)題，用科學(xué)的態(tài)度和知識(shí)解釋問(wèn)題。

從學(xué)生心理發(fā)展看可行性：初中生的思維更多的是抽象邏輯，對(duì)于所接受到的知識(shí)進(jìn)行自我概括，歸納整理時(shí)總會(huì)用到具體的形象作為支撐，在過(guò)渡到高中階段后，學(xué)生思維方式發(fā)生重大轉(zhuǎn)變，從過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)型變?yōu)槔碚撔?，?duì)于知識(shí)的理解更多是理論和經(jīng)驗(yàn)同時(shí)結(jié)合，發(fā)現(xiàn)規(guī)律，拓展視野，自我指導(dǎo)學(xué)習(xí)。創(chuàng)設(shè)考古研究背景，誘發(fā)學(xué)生的興趣，從感性和理性的層面上學(xué)習(xí)知識(shí)，能更好地掌握知識(shí)，發(fā)展學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)。

三、創(chuàng)設(shè)考古研究情境能發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》提出化學(xué)五大核心素養(yǎng)[3]，并基于化學(xué)核心素養(yǎng)劃分了學(xué)業(yè)質(zhì)量水平。首先，在科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任這一素養(yǎng)方面，明確學(xué)生要具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，通過(guò)不同層次的水平劃分，明確了學(xué)生逐漸從不迷信到崇尚真理，尊重科學(xué)倫理道德的學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)創(chuàng)設(shè)考古研究情景，體驗(yàn)人類文明，感受化學(xué)魅力，不迷信鬼神傳說(shuō)，養(yǎng)成科學(xué)態(tài)度，明確掌握化學(xué)知識(shí)后所能發(fā)揮的作用及要擔(dān)當(dāng)?shù)纳鐣?huì)責(zé)任。其次，通過(guò)文物年代鑒定和文物保護(hù)，進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生的變化觀念和平衡思想?；诳脊叛芯壳榫敖虒W(xué)，通過(guò)提出由淺入深，引人入勝的包含化學(xué)知識(shí)的考古研究問(wèn)題，再利用化學(xué)知識(shí)加以證實(shí)或證偽，引起學(xué)生關(guān)注問(wèn)題，思考問(wèn)題，以此使學(xué)生證據(jù)推理與模型認(rèn)知素養(yǎng)得到發(fā)展。最后創(chuàng)設(shè)考古研究情景還能夠給學(xué)生樹(shù)立職業(yè)觀念，發(fā)展學(xué)生的人文素養(yǎng)和社會(huì)責(zé)任素養(yǎng)[4]。

四、創(chuàng)設(shè)考古研究情景的教學(xué)思考

首先，在人教版高中化學(xué)必修一第三章金屬及其化合物中，第二節(jié)的資料卡片提及了銅及銅的化合物，并且對(duì)于古代為何使用銅制器皿做了簡(jiǎn)要說(shuō)明，并在邊上附帶了考古出土的帶有銅綠[Cu（2OH）2CO3]的銅錢(qián)，在用途廣泛的金屬材料這一節(jié)知識(shí)內(nèi)容中，著重介紹了青銅等合金材料，并介紹了河南殷墟出土的司母戊鼎，使學(xué)生了解中國(guó)古代文明，知道合金相對(duì)于單一金屬所具有的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)必修二第一章第一節(jié)元素周期表內(nèi)容中，核素，同位素等知識(shí)點(diǎn)，介紹了C的同位素14C在考古文物年代測(cè)定中的作用。在學(xué)習(xí)必修二元素周期表知識(shí)的同時(shí)可回顧必修一合金的內(nèi)容，因此筆者認(rèn)為創(chuàng)設(shè)考古研究背景與人教版高中化學(xué)必修二第一章第一節(jié)核素的教學(xué)內(nèi)容高度契合。另一方面，考古研究探索了人類文明，推進(jìn)了歷史、人文、經(jīng)濟(jì)等各方面的發(fā)展，文物保護(hù)使文明得以保存。而在考古工作中離不開(kāi)化學(xué)的支持，因此學(xué)生在考古情景的學(xué)習(xí)中，增加化學(xué)知識(shí)的同時(shí)，也豐富各方面的視野，開(kāi)拓眼界，感悟化學(xué)與生活、社會(huì)、文明等方方面面的聯(lián)系，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)于化學(xué)這門(mén)學(xué)科的認(rèn)同感。

本文的情景主要選取神秘的地下文物到考古發(fā)掘的文物年代鑒定再到考古發(fā)掘的青銅腐蝕原因及保護(hù)這一考古歷程，向?qū)W生展現(xiàn)化學(xué)知識(shí)如何在考古研究中發(fā)揮作用，感受一些科學(xué)原理和化學(xué)魅力。教學(xué)思路如表1所示：

五、教學(xué)流程

環(huán)節(jié)1：情境引入——神秘的地下文物[教師]同學(xué)們，正式上課之前我們先來(lái)看一些圖片（見(jiàn)圖1）觀看完這些圖片之后請(qǐng)同學(xué)們告訴老師你們有什么感想？

[學(xué)生]這些面具看上去不太像人類的長(zhǎng)相，倒像是外星人，這些東西可能屬于外星文明。

環(huán)節(jié)2：文物年代的鑒定

[教師]同學(xué)們的猜測(cè)很好，碩大的耳朵，前凸的雙眼，咧到耳根的大嘴巴，這些東西從外觀上看確實(shí)和我們的面孔有很大的出入，但是專家解釋它們的確不是外星文明。它們距今4800年到3100年左右，是中華文明重要及璀璨的一部分，為古蜀文化[5]，細(xì)心的同學(xué)會(huì)問(wèn)專家又是如何知道這些文物距今有多少年了呢？

[學(xué)生]書(shū)本上介紹可以用14C測(cè)定文物的年代。

[教師追問(wèn)]是的，14C可以用于文物年代的測(cè)定，那么14126C又是什么關(guān)系呢？

[學(xué)生]他們都屬于C元素，因?yàn)樗麄兊南陆菢?biāo)都是6。

[教師]正確，12C和14C質(zhì)子數(shù)相同，左下角可以看出，但中子數(shù)不同，前一個(gè)中子數(shù)是6，后一個(gè)是8，我們把質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的同一元素的不同原子互稱為同位素，它們屬于同一種元素，同時(shí)，它們各自為核素，同學(xué)們結(jié)合老師說(shuō)的和書(shū)本能說(shuō)出核素的定義嗎？

[學(xué)生]核素是具有一定數(shù)目質(zhì)子和一定數(shù)目中子的一種原子。

[交流討論]小組交流討論以下問(wèn)題：在6Li，7Li，23Na，24Mg，14C，14N中33111267

（1）上述中哪兩個(gè)互為同位素？（2）上述中哪兩個(gè)質(zhì)量數(shù)相等，但不能互稱同位素？

（3）上述中哪兩個(gè)中子數(shù)相等，但質(zhì)子數(shù)不等，不屬于同一種元素？

[學(xué)生]（1）36Li和37Li。

（2）14C和14N。67

（3）23Na和24Mg。1112

[教師]在了解同位素等相關(guān)概念后，為什么我們測(cè)定文物使用C的同位素14C而不使用C的其他同位素呢？請(qǐng)同學(xué)們從資料卡1[6]中獲得答案。

[教師]很顯然14C的半衰期最長(zhǎng)，因此選擇它進(jìn)行年代測(cè)定最合適。

[教師]生物死后，放射性碳物質(zhì)與周圍環(huán)境的停止交換，其中14C含量遵從放射性衰變規(guī)律，逐漸變少。“14C在產(chǎn)生和衰變過(guò)程中處于平衡，它的半衰期（劍橋半衰期）為5730年。經(jīng)過(guò)5730年左右，其生物體內(nèi)的碳十四會(huì)減少為原來(lái)的一半。我們可以根據(jù)衰變規(guī)律計(jì)算出生物與大氣停止交換的年代，知道生物死亡的絕對(duì)年代[7]”

[總結(jié)]因此同位素雖屬于同一種元素，但是作用卻不相同。

環(huán)節(jié)3：青銅器的保護(hù)[教師]在考古研究中，發(fā)掘了大量的青銅器，青

銅是我國(guó)使用最早的合金，它是由銅，錫，鉛按照一定比例熔煉出的合金。那么合金有什么優(yōu)點(diǎn)呢？

[學(xué)生]相對(duì)于單一的金屬，合金在硬度方面可以大于組成它的金屬，在熔點(diǎn)方面也可以低于單一金屬。合金是使用不同的原料，按照一定的配比融合制成的，可根據(jù)生產(chǎn)及科研所需進(jìn)行制備。

[教師]在考古研究中，發(fā)掘出來(lái)的青銅器常伴有淺綠色粉狀銹蝕物，如果青銅得不到好的保護(hù)，就會(huì)損壞掉。這就是常說(shuō)的青銅病[8]，所謂的青銅病，就是青銅在氯化物，氧氣和水的作用下生成淺綠色粉狀銹蝕物，形成可以重復(fù)進(jìn)行的循環(huán)反應(yīng)，最終導(dǎo)致器物穿孔，粉化并能夠蔓延的腐蝕現(xiàn)象，氯化物是導(dǎo)致青銅并產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象的根本原因。銅和氯離子作用下形成的循環(huán)腐蝕反應(yīng)見(jiàn)資料卡2。

銅+氯離子→氯化亞銅（灰白色蠟狀、活性很強(qiáng)）

氯化亞銅+水→氯化亞銅（紅棕色）+鹽酸

氯化亞銅+二氧化碳+氧氣+水→堿式碳酸銅（藍(lán)、綠色）

氧化亞銅+鹽酸+氧氣+水→堿式氯化銅（淺綠色粉狀）

氯化亞銅+氧氣+水→堿式氯化銅+鹽酸

銅+氧氣+鹽酸→氯化亞銅+水

[資料卡2]

[教師]青銅器是反映歷史文化內(nèi)涵的重要文物，從中我們可以了解當(dāng)時(shí)社會(huì)的政治、經(jīng)濟(jì)、思想、文化等各個(gè)方面，具有極高的歷史文化及藝術(shù)價(jià)值，因此保護(hù)青銅文物，延緩腐蝕也是我們的責(zé)任之一。那么同學(xué)們能想到有什么保護(hù)青銅器的措施嗎？

[學(xué)生]控制青銅器所在環(huán)境，干燥，無(wú)氯的環(huán)境中有利于保護(hù)青銅器。

環(huán)節(jié)4：有朝氣的年青一代

[教師]觀察圖2中的信息，能引發(fā)同學(xué)們什么樣的思考？

[學(xué)生]在三星堆考古中，出現(xiàn)了更多年輕人的身影，年輕人逐漸擔(dān)負(fù)起社會(huì)責(zé)任，為祖國(guó)的發(fā)展貢獻(xiàn)了自己的價(jià)值。

[教師]國(guó)家的希望在青年，民族的未來(lái)在青年，社會(huì)中最積極，最有生氣的力量是青年，回首百年前的春天，五四青年的吶喊猶如一聲驚雷，喚醒了中國(guó)沉淪已久的民族精神，總書(shū)記指出“當(dāng)代青年要有所作為，就必須投身人民的偉大奮斗，必須將個(gè)人夢(mèng)融入國(guó)家夢(mèng)，民族夢(mèng)”，因此同學(xué)們要勤奮學(xué)習(xí)，用所學(xué)到的知識(shí)去奉獻(xiàn)自己，為國(guó)家的繁榮富強(qiáng)貢獻(xiàn)力量。

[教師]此次通過(guò)化學(xué)在考古中作用的學(xué)習(xí)，同學(xué)們了解了化學(xué)的價(jià)值，體會(huì)到了化學(xué)通過(guò)考古延伸出來(lái)的對(duì)社會(huì)、國(guó)家、人類文明的貢獻(xiàn)，最后，請(qǐng)同學(xué)們課后去查閱資料，思考化學(xué)還在社會(huì)生活中的哪些方面有著巨大作用，并進(jìn)行討論。

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