中医药文化融入中学化学实验教学的尝试——以“蒸馏”实验教学为例

王晓倩 黄紫洋

（福建师范大学化学与材料学院 福建 福州 350007）

一、问题的提出

中医药文化是中华优秀传统文化，历经千年传承而不衰，为中华民族的繁衍和昌盛做出了巨大的贡献，直到今天仍以其独特的优势与西医相互补充。［1］在《国务院关于印发中医药发展战略规划纲要（2016-2030年）的通知》中也提到应推动中医药文化进校园。［2］中医药文化与日常生活联系紧密，且蕴含着许多与化学相关的知识和原理。［3］而实验教学是中学化学教学的重要组成部分，能够促进学生建立及巩固知识、掌握实验技能、培养逻辑思维、建立科学方法和塑造优良情感等。［4］将中医药文化融入中学化学实验教学，既能帮助学生提高实验技能、分析实验原理和掌握实验本质，还能提高学生对中医药文化的感性认知和理性认识，培养学生对中医药文化的兴趣，进而增强学生的文化自信。［5］

二、教学内容与学情分析

物质的分离提纯是科研、生产和生活中十分重要的操作之一，其相关知识在初、高中的化学教学中均有要求。［6］《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》在必修课程的主题一中要求学生初步学会物质的检验、分离和提纯等化学实验基础知识和基本技能。［7］苏教版高中化学教材在《必修（第一册）》专题2第一单元详细介绍了该部分的内容。［8］近年来，在全国各省市的高考中关于物质分离提纯的考查越来越复杂。例如“蒸馏”，许多知识已经拓展至大学，对学生的能力要求越来越高。［9］因此，在教学中有必要进一步引导学生深入学习蒸馏操作的原理和本质，介绍与其相关的操作，拓展学生的思维。在初中化学的学习中，学生已经初步学会运用蒸馏装置制取蒸馏水。本节课在此基础上引导学生进一步思考如何利用混合物中各物质间沸点的差异实现物质的分离提纯，从而使学生充分理解蒸馏操作的原理，最后再通过对“分馏”操作的介绍促进学生对蒸馏原理的掌握和迁移应用。高一学生思维活跃，好奇心强，在教学过程中应循序渐进，引导学生逐步把握蒸馏操作的本质。

三、教学目标

（1）了解《本草纲目拾遗》和《中华人民共和国药典》中关于各种“药露”的记载及其制备方法的介绍，感悟中医药文化与化学之间的关系，激发学习兴趣。

（2）参考《中华人民共和国药典》中对金银花露制法的收载制取金银花露，掌握蒸馏的基本操作并分析其实验原理，体会蒸馏操作在生产生活中的广泛应用。

（3）通过对“分馏”原理的学习，深入理解蒸馏操作的本质，建立沸点不同的物质间分离提纯的认识模型。

四、教学流程

基于以上分析，设计教学流程见表1。

表1 “蒸馏”的教学流程

五、教学过程

环节一：学习基本操作

【引入】中医药文化博大精深，历经千年传承而不衰，直到今天仍以其独特的优势与西医相互补充，并在新型冠状病毒感染的预防和治疗中有着不可替代的作用。

【教师】中药有各种各样的剂型，露剂就是其中的一种。金银花在我们的日常生活中十分常见，今天我们就试着用金银花制备金银花露。

【素材】金银花露。

【处方】金银花。

【制法】取金银花62.5 g，用水蒸气蒸馏，收集蒸馏液约1000 mL，取蒸馏液，调节pH 值至约4.5，加矫味剂适量，过滤，制成1000 mL，灌封，灭菌，或灭菌，灌封，即得〔规格（1）〕。

【功能与主治】清热解毒。用于暑热内犯肺胃所致的中暑、痱疹、疖肿，症见发热口渴、咽喉肿痛、痱疹鲜红、头部疖肿。［10］

【教师】《中华人民共和国药典》是中国医药科技出版社出版的药学工具书，由一部、二部、三部和四部组成，其中一部收载了2711种中药。以上是《中华人民共和国药典》（一部）收载的关于金银花露的部分内容。

【任务】参考《中华人民共和国药典》的相关内容用金银花干花制取金银花露。

（1）选择实验装置并说明理由；

（2）设计实验步骤；

（3）总结实验注意事项。

【学生】小组讨论。

【教师】请小组代表分享讨论结果。

【学生】在素材中所采用的制取方法是蒸馏，在初中我们学过制备蒸馏水的装置，可以用这套装置制取金银花露。

【教师】水蒸气蒸馏是蒸馏的一种。水蒸气蒸馏一般分为3种形式：水气蒸馏、水上蒸馏和水中蒸馏。同学们选用的这套装置中水蒸气发生装置和蒸馏装置合为一体，属于水中蒸馏。

【学生】具体操作步骤：称取适量金银花放入圆底烧瓶中，加入适量碎瓷片，再加蒸馏水至圆底烧瓶的1/2 处，组装好仪器。先打开水龙头往直形冷凝管中通水，再点燃酒精灯给圆底烧瓶加热。圆底烧瓶应放在石棉网上加热，确保受热均匀。

【教师】如果圆底烧瓶中的物质是纯液体，就需要加碎瓷片防止暴沸。但我们放进去的金银花已经能够起到防止暴沸的作用，所以就不用再加入碎瓷片了。

【学生】冷凝管中的水应该从下口进，上口出，这样冷凝效果比较好。

【教师提醒】那温度计的位置有什么要求吗？

【学生】应该放在支管口处。

【教师】具体地说，温度计水银球的上缘应与支管处的下缘平齐。这样就能随时监控气相馏出混合液，也就是冷凝液的沸点。

【教师】称取10 g金银花放入500 mL圆底烧瓶中，加水至圆底烧瓶的1/2 处，组装好仪器，进行蒸馏操作。

【教师】由于蒸馏所需时间较久，我们先继续进行下个环节的学习，等下课了我们再看看蒸馏产物。（到下课时锥形瓶中收集到约25 mL 无色透明且气味较浓的金银花露）

环节二：分析实验原理

【素材】“凡物之有质者，皆可取露。露乃物质之精华，其法始于大西洋，传入中国。大则用甑；小则用壶，皆可蒸取。其露即所蒸物之气水，物虽有五色不齐，其取之露无不白，只以气别，不能以色别也。时医多有用药露，取其清冽之气，可以疏瀹灵府，不似汤剂之腻滞肠膈也。”——《本草纲目拾遗》［11］

【教师】《本草纲目拾遗》中记载了大量的“药露”，如“薄荷露”“佛手露”和“茉莉露”等。早在北宋时期，我国人民就已经学会用蒸馏的方法制取香露。到明清之际，香露开始用于医疗。

【教师】人们为什么可以用蒸馏的方式制取金银花露等露剂呢？这与这些中药中有效成分的什么性质有关？

【学生】金银花等中药的有效成分具有挥发性，加热到一定温度时能挥发出来。

【教师】通过加热，中药饮片中沸点较低的有效成分与水一起汽化，再将混合蒸气重新冷凝为液体，使之从中药饮片中分离出来制得露剂。

【教师】这种将液态物质加热到沸腾变为蒸气，又将蒸气重新冷凝为液体的过程称为蒸馏。运用该方法可以实现沸点相差较大的物质间的分离。

环节三：内化分离思路

【教师】通过水蒸气蒸馏所得的“金银花露”中往往含有大量的水。有什么方法可以进一步提高金银花露中有效成分的浓度吗？

【教师提示】金银花中的有效成分沸点较低，具有挥发性。蒸馏时混合蒸气中有效成分的比例大于烧瓶内混合物中有效成分的比例。

【学生】可以将制得的金银花露再多蒸馏几次。

【教师】多蒸馏几次确实能提高金银花露中有效成分的浓度，但这样重复操作较为复杂且能量损耗较大，有什么方法可以解决这个问题吗？

【学生】可以设计一套能够进行连续蒸馏的装置。

【教师】人们已经发明出具有类似功能的实验仪器——分馏柱，使用分馏柱对物质进行分离提纯的操作叫做分馏。

【教师】（展示韦氏分馏柱）请大家仔细观察分馏柱的特点，并试着解释其原因。

【学生】分馏柱很长，柱内有很多刺形的结构，可能是为了增大接触面积。

【教师】（播放分馏柱中热交换的动画）分馏的原理与蒸馏相同。柱内具有各种增大表面积的结构是为了增加回流液体和上升蒸气的接触机会。

【教师】在分馏过程中，蒸气中沸点较高的物质被柱外空气冷却为液体，冷凝液在回流途中与上升的蒸气相遇，上升的蒸气将热量传递给冷凝液后蒸气中沸点较高的物质液化回流，在分馏柱中反复进行着“汽化-冷凝-回流”的过程，以至低沸点的物质不断上升而被蒸馏出来，而沸点较高的物质不断流回烧瓶里。［12］分馏柱的效率越高，到达分馏柱顶部的蒸气纯度就越高。

【教师】由于装置构造的不同，普通蒸馏要求各组分间沸点相差30 ℃以上，若要实现充分分离，须达到沸点相差110 ℃以上。而精密的分馏装置已经能够对各组分沸点仅差1～2 ℃的混合物进行分离提纯。相关的原理和操作将会在大学课程中进一步深入学习，现阶段我们只需掌握蒸馏操作的基本原理即可。

【教师】中医药文化中还蕴含着许多物质分离提纯的方法，希望大家今后多从化学的视角观察和思考周围的事物，相信大家会有不一样的收获和感受！

六、反思总结

中医药文化源远流长，是中华民族几千年的智慧结晶。将中医药文化融入化学课堂教学，使学生在学习化学知识的同时感受中医药文化的魅力。本节课通过引用《本草纲目拾遗》和《中华人民共和国药典》中关于露剂的相关内容展开教学，借助“金银花露”的制取帮助学生强化蒸馏基本操作，引导学生深入分析蒸馏操作原理，最后通过介绍“分馏”操作实现学生对该分离思路的内化迁移。将学生的注意力从操作规范与实验细节转移到分离方法的本质上，实现实验教学发展学生思维的功能。