造紙術中化學教學資源的開發和利用

劉山虎　李苗苗　張渝　魏真真　李文靜

摘要：造紙術作為四大發明之一，是我國傳統文化中不可或缺的一部分。紙的發明大大改善了人類的生活，是當今世界的寶貴財富。造紙術是我國傳統化學工藝的典型代表，其生產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，通過創設教學情境將造紙術融入到化學教學中，設計了“蛋白質和油脂”教學案例。

關鍵詞：造紙術;中學化學教學;創設情境

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

造紙術是我國舉世聞名的四大發明之一，它不僅僅是中華民族智慧的結晶，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展的進程中發揮著關鍵性作用。充分挖掘造紙術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的相關內容，提煉整理出造紙術中的化學知識，并以此為依托創設化學教學情境并設計教學案例。

一、造紙術中的化學

造紙是由各種造紙原料經水浸、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》篇全面系統地總結了造紙工藝的流程。[1]通過閱讀相關古籍、文獻，整理出造紙術中蘊含的化學知識如表1所示。[2，3 ]

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

二、“蛋白質和油脂”教學案例

1.教學內容分析與設計思路

學生在初中已經學過六大營養物質，在前幾節中也學習了有機物的相關內容，為糖類、油脂、蛋白質等物質的學習奠定了基礎，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工藝中與本節課緊密相關的內容，提高學生的人文素養。

利用造紙術創設教學情境，既能激發學生的學習興趣，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]本節課分為四個環節，通過利用造紙術中的相關內容創設情境貫穿課堂，引導學生學習“蛋白質和油脂”。具體設計思路如圖3所示：

2.教學案例展示

環節一導入新課

[教師活動]用PPT展示《漢代造紙工藝流程圖》。

同學們，在上一節課中我們已經學過了糖類，對糖類物質的性質有了一定的認識，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為依托來學習蛋白質和油脂的內容。

造紙工藝中哪個步驟涉及蛋白質和油脂呢？它們的性質和用途有哪些？請同學們在下面的學習中重點關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。

環節二講授新課

（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、半纖維素和色素等。對于這里提到的蛋白質我們要展開更深入的學習，這是本節課的重點之一。

蛋白質是生命的基礎，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。蛋白質屬于天然高分子化合物，它的相對分子質量很大。說到蛋白質，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一結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]蛋白質在酸、堿或酶的作用下能發生水解，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]我們已經知道蛋白質的組成，那么蛋白質有什么性質呢？接下來請同學們根據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完成了，哪位同學來說一下你看到了哪些實驗現象？

[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和化纖織品，灼燒蛋白質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，我們來總結一下關于蛋白質的特征反應：首先蛋白質與硝酸作用呈黃色，其次是蛋白質被灼燒時，會產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。

[教師活動]通過PPT展示蛋白質的用途。

[教師]①蛋白質是人類必需的營養物質，成年人每天要攝入60-80g蛋白質，大多數酶也是蛋白質。②工業原料：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]了解完蛋白質的相關內容之后，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容解釋。

[問題]請同學們閱讀課本87頁相關內容，總結一下你能得到哪些關于油脂的知識？

[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。動物脂肪屬于飽和油脂，常溫下呈固態。

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。

環節三拓展延伸

[視頻]通過多媒體展示造紙工藝的視頻。

[教師]相信通過本節課的學習，同學們不僅認識了蛋白質和油脂的相關知識，對造紙術也有了更深的認識。但造紙術中所蘊涵的化學知識不僅僅包括我們所講的蛋白質和油脂，還有一些其他方面的知識。老師給同學們發一份關于造紙術的課后閱讀材料，在這些材料中，老師把造紙術涉及的其他化學知識也列舉出來了，希望同學們課后根據自己的興趣適當地拓展延伸在這方面的知識。

環節四課堂小結

[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物質。這些基本營養物質對人體的正常工作具有巨大作用。哪位同學來總結一下基本營養物質——蛋白質、油脂的重要性質？

[學生]回答問題，總結本節課所學內容。

三、結語

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。本文以古代造紙術為背景，通過情境創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化學知識的整理可以發現，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，創設教學情境造成一定的困難。但是，教學情境的創設并不一定要針對某一章某一節，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：上海科學技術出版社.1983.

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