造紙術(shù)中化學教學資源的開發(fā)和利用

劉山虎　李苗苗　張渝　魏真真　李文靜

摘要：造紙術(shù)作為四大發(fā)明之一，是我國傳統(tǒng)文化中不可或缺的一部分。紙的發(fā)明大大改善了人類的生活，是當今世界的寶貴財富。造紙術(shù)是我國傳統(tǒng)化學工藝的典型代表，其生產(chǎn)制造過程涉及諸多化學知識。本文通過整理造紙工藝中蘊含的化學知識，建立造紙素材庫，通過創(chuàng)設教學情境將造紙術(shù)融入到化學教學中，設計了“蛋白質(zhì)和油脂”教學案例。

關(guān)鍵詞：造紙術(shù);中學化學教學;創(chuàng)設情境

文章編號：1008-0546 （2022）09x-0025-04 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2022.09x.006

造紙術(shù)是我國舉世聞名的四大發(fā)明之一，它不僅僅是中華民族智慧的結(jié)晶，更是中國人民的驕傲。作為傳播知識和思想的載體，紙張在推動人類文明發(fā)展的進程中發(fā)揮著關(guān)鍵性作用。充分挖掘造紙術(shù)中的化學資源并運用到中學化學教學中，不僅能夠充實化學教學素材庫，還能使學生深刻感受到古人的智慧，拓展學生的知識面。本文通過閱讀古籍中造紙術(shù)的相關(guān)內(nèi)容，提煉整理出造紙術(shù)中的化學知識，并以此為依托創(chuàng)設化學教學情境并設計教學案例。

一、造紙術(shù)中的化學

造紙是由各種造紙原料經(jīng)水浸、切碎、洗滌、蒸煮、春搗等操作后，加水配制成懸浮的紙漿，干燥后成紙的過程。明朝宋應星的《天工開物·殺青》篇全面系統(tǒng)地總結(jié)了造紙工藝的流程。[1]通過閱讀相關(guān)古籍、文獻，整理出造紙術(shù)中蘊含的化學知識如表1所示。[2，3 ]

從上表可以看出，造紙術(shù)中蘊含的化學知識廣泛分布在教材的各個章節(jié)。在教學中可以利用造紙術(shù)創(chuàng)設相應的教學情境，提高課堂的趣味性，落實化學學科核心素養(yǎng)。

二、“蛋白質(zhì)和油脂”教學案例

1.教學內(nèi)容分析與設計思路

學生在初中已經(jīng)學過六大營養(yǎng)物質(zhì)，在前幾節(jié)中也學習了有機物的相關(guān)內(nèi)容，為糖類、油脂、蛋白質(zhì)等物質(zhì)的學習奠定了基礎，學生學習起來也更加得心應手。因此，在教學的過程中可以適當融入古代傳統(tǒng)工藝中與本節(jié)課緊密相關(guān)的內(nèi)容，提高學生的人文素養(yǎng)。

利用造紙術(shù)創(chuàng)設教學情境，既能激發(fā)學生的學習興趣，又能增加課堂的人文底蘊。學生對“蔡倫造紙”的了解不能僅僅是停留在表面，而應深入探究古代造紙工藝的過程，從中學習造紙工藝中的化學知識。[4]本節(jié)課分為四個環(huán)節(jié)，通過利用造紙術(shù)中的相關(guān)內(nèi)容創(chuàng)設情境貫穿課堂，引導學生學習“蛋白質(zhì)和油脂”。具體設計思路如圖3所示：

2.教學案例展示

環(huán)節(jié)一導入新課

[教師活動]用PPT展示《漢代造紙工藝流程圖》。

同學們，在上一節(jié)課中我們已經(jīng)學過了糖類，對糖類物質(zhì)的性質(zhì)有了一定的認識，同學們還記得糖類中多糖的代表物有哪些？對，淀粉和纖維素。其中纖維素有一個非常重要的用途就是造紙，PPT展示的就是古人利用植物纖維造紙的過程。那么今天我們就以造紙術(shù)為依托來學習蛋白質(zhì)和油脂的內(nèi)容。

造紙工藝中哪個步驟涉及蛋白質(zhì)和油脂呢？它們的性質(zhì)和用途有哪些？請同學們在下面的學習中重點關(guān)注造紙的第二步煮楻足火。

[學生活動]學生閱讀PPT展示的《天工開物》的殺青卷，對古籍中記載的造紙的流程有初步的了解。

環(huán)節(jié)二講授新課

（1）斬竹漂塘

[教師活動]通過PPT展示《天工開物》殺青卷中斬竹漂塘的圖片。

[教師講解]斬竹漂塘是指古人上山砍竹，并將砍斷的竹子浸在水塘中一百天，取出時為了讓竹材軟化便用力地捶打使得竹子的青殼和樹皮脫掉。古人之所以選用竹子來造紙，是因為竹子中纖維素的含量豐富。

（2）煮楻足火

[投影]通過PPT展示《天工開物》殺青卷中煮楻足火的圖片。

[教師]這一步，包含我們今天要學習的重點內(nèi)容。煮楻足火指的是古人將第一步制得的竹料放入到堿液中進行蒸煮。在植物造紙原料中除了纖維素還有一些其他化學成分，例如：蛋白質(zhì)、半纖維素和色素等。對于這里提到的蛋白質(zhì)我們要展開更深入的學習，這是本節(jié)課的重點之一。

蛋白質(zhì)是生命的基礎，它是一種非常復雜的化合物，含有C、H、O、N、S等元素，存在于各種生物體內(nèi)。蛋白質(zhì)屬于天然高分子化合物，它的相對分子質(zhì)量很大。說到蛋白質(zhì)，就不得不提到我國科技史上的一項偉大成就，我國科學家于1965年在世界上首次完成了具有生命活力的蛋白質(zhì)一結(jié)晶牛胰島素的全合成，這可以說是我國科技史上的又一座豐碑。

[提問]蛋白質(zhì)在酸、堿或酶的作用下能發(fā)生水解，生成多肽，多肽進一步水解成氨基酸。同學們思考一下什么是氨基酸？

[學生活動]學生思考討論。

[教師]羧酸分子里烴基上的氫原子被氨基取代后的生成物叫做氨基酸。

[過渡]我們已經(jīng)知道蛋白質(zhì)的組成，那么蛋白質(zhì)有什么性質(zhì)呢？接下來請同學們根據(jù)實驗臺上已有的儀器和藥品，來完成課本86頁的實驗7-9。

[學生活動]分組實驗。

[教師]老師看到大部分同學的三個小實驗已經(jīng)完成了，哪位同學來說一下你看到了哪些實驗現(xiàn)象？

[學生]①向盛有雞蛋清溶液的試管中加入幾滴醋酸鉛溶液，有沉淀生成。②向盛有雞蛋清溶液的試管中滴入幾滴濃硝酸，加熱，溶液變黃。③在酒精燈的火焰上分別灼燒一小段頭發(fā)和化纖織品，灼燒蛋白質(zhì)時有燒焦羽毛的氣味，而化纖織品沒有。

[教師]通過同學們剛剛完成的實驗，我們來總結(jié)一下關(guān)于蛋白質(zhì)的特征反應：首先蛋白質(zhì)與硝酸作用呈黃色，其次是蛋白質(zhì)被灼燒時，會產(chǎn)生類似燒焦羽毛的特殊氣味，我們可以利用這些特征反應檢驗蛋白質(zhì)。

[教師活動]通過PPT展示蛋白質(zhì)的用途。

[教師]①蛋白質(zhì)是人類必需的營養(yǎng)物質(zhì)，成年人每天要攝入60-80g蛋白質(zhì)，大多數(shù)酶也是蛋白質(zhì)。②工業(yè)原料：動物的毛、蠶絲是紡織原料;動物皮可制作皮革制品;動物的骨、皮、蹄可制作動物膠;牛奶中的酪素可制作酪素塑料。

[教師]了解完蛋白質(zhì)的相關(guān)內(nèi)容之后，請同學們再把思緒拉回到造紙中來，前面我們提到將竹料放入到堿液中進行蒸煮，其中堿液蒸煮的一個原因就是使原料中所含的油脂溶解。為什么在堿液中蒸煮就能除去油脂呢？這就可以用我們下面學習的內(nèi)容解釋。

[問題]請同學們閱讀課本87頁相關(guān)內(nèi)容，總結(jié)一下你能得到哪些關(guān)于油脂的知識？

[教師]油脂的組成：油脂屬于酯，是高級脂肪酸的甘油酯。植物油屬于不飽和脂肪，常溫下呈液態(tài)。動物脂肪屬于飽和油脂，常溫下呈固態(tài)。

油脂的水解：油脂在酸性條件下水解不完全，在堿性條件下水解完全（即皂化反應）。其中，工業(yè)上利用皂化反應制肥皂，肥皂的主要成分是高級脂肪酸鈉。

油脂的用途：促進脂溶性維生素的吸收、提供亞油酸、烹飪食物、提供能量、制取肥皂。

（3）蕩料人簾

[投影]通過PPT展示《天工開物》殺青卷中蕩料入簾的圖片。

[教師]造紙的這一步中會將蒸煮后的原料搗舂成泥，進行打漿處理。然后將紙漿倒人紙槽，用細竹簾在紙漿中濾取，紙纖維留在竹簾上形成一層紙膜。其中紙漿是一種懸浮液。同學們可以復習回顧一下什么是懸濁液？懸濁液除了紙漿還有哪些？

[學生]回顧以前學習的關(guān)于懸濁液的知識點。

（4）覆簾壓紙

[投影]通過PPT展示《天工開物》殺青卷相對應的圖片。

[教師]把紙膜從竹簾上轉(zhuǎn)移到壓榨板上，一層一層地堆積到三百到五百張紙，用重物擠壓，排出水分。

（5）透火焙干

[投影]通過PPT展示《天工開物》殺青卷相對應的圖片。

[教師]把紙張攤在夾巷中生火的墻上，利用熱氣使紙張慢慢干燥，當紙張干透后揭起來，一張紙就制作完成了。

環(huán)節(jié)三拓展延伸

[視頻]通過多媒體展示造紙工藝的視頻。

[教師]相信通過本節(jié)課的學習，同學們不僅認識了蛋白質(zhì)和油脂的相關(guān)知識，對造紙術(shù)也有了更深的認識。但造紙術(shù)中所蘊涵的化學知識不僅僅包括我們所講的蛋白質(zhì)和油脂，還有一些其他方面的知識。老師給同學們發(fā)一份關(guān)于造紙術(shù)的課后閱讀材料，在這些材料中，老師把造紙術(shù)涉及的其他化學知識也列舉出來了，希望同學們課后根據(jù)自己的興趣適當?shù)赝卣寡由煸谶@方面的知識。

環(huán)節(jié)四課堂小結(jié)

[教師]“人是鐵飯是鋼，一頓不吃餓得慌！”我們攝取的食物中都含有基本營養(yǎng)物質(zhì)。這些基本營養(yǎng)物質(zhì)對人體的正常工作具有巨大作用。哪位同學來總結(jié)一下基本營養(yǎng)物質(zhì)——蛋白質(zhì)、油脂的重要性質(zhì)？

[學生]回答問題，總結(jié)本節(jié)課所學內(nèi)容。

三、結(jié)語

紙在我們的生活學習中隨處可見、隨手可得，也正是因為這樣，我們往往會忽視其精細的制作工藝。本文以古代造紙術(shù)為背景，通過情境創(chuàng)設使學生在化學學習的過程中，感受古代造紙工藝的魅力。通過對造紙工藝中相關(guān)化學知識的整理可以發(fā)現(xiàn)，造紙工藝所涉及的高中化學知識相對來說比較分散，這對教師選擇造紙工藝中的素材，創(chuàng)設教學情境造成一定的困難。但是，教學情境的創(chuàng)設并不一定要針對某一章某一節(jié)，針對某一個知識點也是值得嘗試的。同時，還可以嘗試整理相應的課后閱讀專題，供學生課后自我充電、拓寬視野。

參考文獻

[1]宋應星.天工開物[M].廣州：廣東人民出版社，1976.

[2]潘吉星，中國科學技術(shù)史：造紙與印刷卷[M].北京：科學出版社.1998.

[3]《造紙史話》編寫組，造紙史話[M].上海：上?？茖W技術(shù)出版社.1983.

[4]潘舜瓊，李益群，論蔡倫及其造紙術(shù)的發(fā)明[J].湖南城市學院學報，2006（02）：46-49.