造纸术中化学教学资源的开发和利用

刘山虎　李苗苗　张渝　魏真真　李文静

摘要：造纸术作为四大发明之一，是我国传统文化中不可或缺的一部分。纸的发明大大改善了人类的生活，是当今世界的宝贵财富。造纸术是我国传统化学工艺的典型代表，其生产制造过程涉及诸多化学知识。本文通过整理造纸工艺中蕴含的化学知识，建立造纸素材库，通过创设教学情境将造纸术融入到化学教学中，设计了“蛋白质和油脂”教学案例。

关键词：造纸术;中学化学教学;创设情境

文章编号：1008-0546 （2022）09x-0025-04 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

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

造纸术是我国举世闻名的四大发明之一，它不仅仅是中华民族智慧的结晶，更是中国人民的骄傲。作为传播知识和思想的载体，纸张在推动人类文明发展的进程中发挥着关键性作用。充分挖掘造纸术中的化学资源并运用到中学化学教学中，不仅能够充实化学教学素材库，还能使学生深刻感受到古人的智慧，拓展学生的知识面。本文通过阅读古籍中造纸术的相关内容，提炼整理出造纸术中的化学知识，并以此为依托创设化学教学情境并设计教学案例。

一、造纸术中的化学

造纸是由各种造纸原料经水浸、切碎、洗涤、蒸煮、春捣等操作后，加水配制成悬浮的纸浆，干燥后成纸的过程。明朝宋应星的《天工开物·杀青》篇全面系统地总结了造纸工艺的流程。[1]通过阅读相关古籍、文献，整理出造纸术中蕴含的化学知识如表1所示。[2，3 ]

从上表可以看出，造纸术中蕴含的化学知识广泛分布在教材的各个章节。在教学中可以利用造纸术创设相应的教学情境，提高课堂的趣味性，落实化学学科核心素养。

二、“蛋白质和油脂”教学案例

1.教学内容分析与设计思路

学生在初中已经学过六大营养物质，在前几节中也学习了有机物的相关内容，为糖类、油脂、蛋白质等物质的学习奠定了基础，学生学习起来也更加得心应手。因此，在教学的过程中可以适当融入古代传统工艺中与本节课紧密相关的内容，提高学生的人文素养。

利用造纸术创设教学情境，既能激发学生的学习兴趣，又能增加课堂的人文底蕴。学生对“蔡伦造纸”的了解不能仅仅是停留在表面，而应深入探究古代造纸工艺的过程，从中学习造纸工艺中的化学知识。[4]本节课分为四个环节，通过利用造纸术中的相关内容创设情境贯穿课堂，引导学生学习“蛋白质和油脂”。具体设计思路如图3所示：

2.教学案例展示

环节一导入新课

[教师活动]用PPT展示《汉代造纸工艺流程图》。

同学们，在上一节课中我们已经学过了糖类，对糖类物质的性质有了一定的认识，同学们还记得糖类中多糖的代表物有哪些？对，淀粉和纤维素。其中纤维素有一个非常重要的用途就是造纸，PPT展示的就是古人利用植物纤维造纸的过程。那么今天我们就以造纸术为依托来学习蛋白质和油脂的内容。

造纸工艺中哪个步骤涉及蛋白质和油脂呢？它们的性质和用途有哪些？请同学们在下面的学习中重点关注造纸的第二步煮楻足火。

[学生活动]学生阅读PPT展示的《天工开物》的杀青卷，对古籍中记载的造纸的流程有初步的了解。

环节二讲授新课

（1）斩竹漂塘

[教师活动]通过PPT展示《天工开物》杀青卷中斩竹漂塘的图片。

[教师讲解]斩竹漂塘是指古人上山砍竹，并将砍断的竹子浸在水塘中一百天，取出时为了让竹材软化便用力地捶打使得竹子的青壳和树皮脱掉。古人之所以选用竹子来造纸，是因为竹子中纤维素的含量丰富。

（2）煮楻足火

[投影]通过PPT展示《天工开物》杀青卷中煮楻足火的图片。

[教师]这一步，包含我们今天要学习的重点内容。煮楻足火指的是古人将第一步制得的竹料放入到碱液中进行蒸煮。在植物造纸原料中除了纤维素还有一些其他化學成分，例如：蛋白质、半纤维素和色素等。对于这里提到的蛋白质我们要展开更深入的学习，这是本节课的重点之一。

蛋白质是生命的基础，它是一种非常复杂的化合物，含有C、H、O、N、S等元素，存在于各种生物体内。蛋白质属于天然高分子化合物，它的相对分子质量很大。说到蛋白质，就不得不提到我国科技史上的一项伟大成就，我国科学家于1965年在世界上首次完成了具有生命活力的蛋白质一结晶牛胰岛素的全合成，这可以说是我国科技史上的又一座丰碑。

[提问]蛋白质在酸、碱或酶的作用下能发生水解，生成多肽，多肽进一步水解成氨基酸。同学们思考一下什么是氨基酸？

[学生活动]学生思考讨论。

[教师]羧酸分子里烃基上的氢原子被氨基取代后的生成物叫做氨基酸。

[过渡]我们已经知道蛋白质的组成，那么蛋白质有什么性质呢？接下来请同学们根据实验台上已有的仪器和药品，来完成课本86页的实验7-9。

[学生活动]分组实验。

[教师]老师看到大部分同学的三个小实验已经完成了，哪位同学来说一下你看到了哪些实验现象？

[学生]①向盛有鸡蛋清溶液的试管中加入几滴醋酸铅溶液，有沉淀生成。②向盛有鸡蛋清溶液的试管中滴入几滴浓硝酸，加热，溶液变黄。③在酒精灯的火焰上分别灼烧一小段头发和化纤织品，灼烧蛋白质时有烧焦羽毛的气味，而化纤织品没有。

[教师]通过同学们刚刚完成的实验，我们来总结一下关于蛋白质的特征反应：首先蛋白质与硝酸作用呈黄色，其次是蛋白质被灼烧时，会产生类似烧焦羽毛的特殊气味，我们可以利用这些特征反应检验蛋白质。

[教师活动]通过PPT展示蛋白质的用途。

[教师]①蛋白质是人类必需的营养物质，成年人每天要摄入60-80g蛋白质，大多数酶也是蛋白质。②工业原料：动物的毛、蚕丝是纺织原料;动物皮可制作皮革制品;动物的骨、皮、蹄可制作动物胶;牛奶中的酪素可制作酪素塑料。

[教师]了解完蛋白质的相关内容之后，请同学们再把思绪拉回到造纸中来，前面我们提到将竹料放入到碱液中进行蒸煮，其中碱液蒸煮的一个原因就是使原料中所含的油脂溶解。为什么在碱液中蒸煮就能除去油脂呢？这就可以用我们下面学习的内容解释。

[问题]请同学们阅读课本87页相关内容，总结一下你能得到哪些关于油脂的知识？

[教师]油脂的组成：油脂属于酯，是高级脂肪酸的甘油酯。植物油属于不饱和脂肪，常温下呈液态。动物脂肪属于饱和油脂，常温下呈固态。

油脂的水解：油脂在酸性条件下水解不完全，在碱性条件下水解完全（即皂化反应）。其中，工业上利用皂化反应制肥皂，肥皂的主要成分是高级脂肪酸钠。

油脂的用途：促进脂溶性维生素的吸收、提供亚油酸、烹饪食物、提供能量、制取肥皂。

（3）荡料人帘

[投影]通过PPT展示《天工开物》杀青卷中荡料入帘的图片。

[教师]造纸的这一步中会将蒸煮后的原料捣舂成泥，进行打浆处理。然后将纸浆倒人纸槽，用细竹帘在纸浆中滤取，纸纤维留在竹帘上形成一层纸膜。其中紙浆是一种悬浮液。同学们可以复习回顾一下什么是悬浊液？悬浊液除了纸浆还有哪些？

[学生]回顾以前学习的关于悬浊液的知识点。

（4）覆帘压纸

[投影]通过PPT展示《天工开物》杀青卷相对应的图片。

[教师]把纸膜从竹帘上转移到压榨板上，一层一层地堆积到三百到五百张纸，用重物挤压，排出水分。

（5）透火焙干

[投影]通过PPT展示《天工开物》杀青卷相对应的图片。

[教师]把纸张摊在夹巷中生火的墙上，利用热气使纸张慢慢干燥，当纸张干透后揭起来，一张纸就制作完成了。

环节三拓展延伸

[视频]通过多媒体展示造纸工艺的视频。

[教师]相信通过本节课的学习，同学们不仅认识了蛋白质和油脂的相关知识，对造纸术也有了更深的认识。但造纸术中所蕴涵的化学知识不仅仅包括我们所讲的蛋白质和油脂，还有一些其他方面的知识。老师给同学们发一份关于造纸术的课后阅读材料，在这些材料中，老师把造纸术涉及的其他化学知识也列举出来了，希望同学们课后根据自己的兴趣适当地拓展延伸在这方面的知识。

环节四课堂小结

[教师]“人是铁饭是钢，一顿不吃饿得慌！”我们摄取的食物中都含有基本营养物质。这些基本营养物质对人体的正常工作具有巨大作用。哪位同学来总结一下基本营养物质——蛋白质、油脂的重要性质？

[学生]回答问题，总结本节课所学内容。

三、结语

纸在我们的生活学习中随处可见、随手可得，也正是因为这样，我们往往会忽视其精细的制作工艺。本文以古代造纸术为背景，通过情境创设使学生在化学学习的过程中，感受古代造纸工艺的魅力。通过对造纸工艺中相关化学知识的整理可以发现，造纸工艺所涉及的高中化学知识相对来说比较分散，这对教师选择造纸工艺中的素材，创设教学情境造成一定的困难。但是，教学情境的创设并不一定要针对某一章某一节，针对某一个知识点也是值得尝试的。同时，还可以尝试整理相应的课后阅读专题，供学生课后自我充电、拓宽视野。

参考文献

[1]宋应星.天工开物[M].广州：广东人民出版社，1976.

[2]潘吉星，中国科学技术史：造纸与印刷卷[M].北京：科学出版社.1998.

[3]《造纸史话》编写组，造纸史话[M].上海：上海科学技术出版社.1983.

[4]潘舜琼，李益群，论蔡伦及其造纸术的发明[J].湖南城市学院学报，2006（02）：46-49.