《影響世界的中國植物》蘊含的化學知識及其教學價值分析*

徐雙敏，李曼彎，董春燕，李艷妮，王穎臻，楊艷華**

(1.昆明學院化學化工學院，云南 昆明 650214；2.紅河州蒙自第一高級中學，云南 紅河 661100)

植物是大自然的產物，與人類生活息息相關。植物不僅為人類提供能量、美化環境，還可以作為本草，救死扶傷，是人類的瑰寶。在《神農本草經》中就記載了365種植物的療效，并根據植物的性能功效分為：上藥、中藥、下藥三類[1]，即化學物質分類中的樹狀分類法。《神農本草經》中“藥物配伍”更是對化學知識的直接應用，如藥物的性質、促進或抑制藥效、藥物融合產生新物質是否有毒等。從原始時代人們使用火開始，化學科學就一直伴隨至今。

央視推出的紀錄片《影響世界的中國植物》用震撼而溫暖的鏡頭語言，呈現了21科28種中國植物的生命旅程[2]。在植物的不斷演變過程中，人類經過不斷嘗試和實踐，發現了植物的許多用途，造福于人類。這是中華民族五千年文明中蘊含的化學科學文化底蘊。本文對《影響世界的中國植物》中蘊含的化學知識和教學價值進行初步分析，豐富教師教學素材、拓展學生知識視野。

1 《影響世界的中國植物》中蘊含的化學知識

1)植物的光合作用——化學變化

在第一集《植物天堂》中“約35億年前，第一次光合作用產生。一種名叫藍藻的真核生物利用二氧化碳、水和陽光，制造生命所需的能量，同時釋放出氧氣”。藍藻利用二氧化碳、水和陽光進行反應，產生能量和氧氣，生成反應前沒有的物質，即生成新物質。其中體現的化學知識是人教版九年級上冊《第一單元 走進化學世界》“課題1 物質的變化和性質”中的物質的化學變化。物質化學變化的特征：有新物質的生成。

在第二集《水稻》中“準備啟程的稻苗，被泡在水中抓緊時間補充水分，這對她們至關重要。此時的葉片還不知道，自己的根已經離開了水源，依然在進行著光合作用，生產著葡萄糖，也在持續消耗著水分”。水稻部分的知識可與人教版九年級下冊《第十二單元 化學與生活》“課題1 人類重要的營養物質”和人教版高中必修2《第七章 有機化合物》“第四節 基本營養物質”中糖類的知識及其常見營養物質的化學式及化學反應相關聯。主要存在于植物種子或塊莖中的淀粉屬于糖類，淀粉(化學式為(C6H10O5)n)進入人體后在酶的催化作用下水解葡萄糖(化學式為C6H12O6)。葡萄糖是人體需求的重要營養物質，淀粉水解的化學方程式為：

(C6H10O5)n+n(H2O) →n(C6H12O6)。

2)古代的工藝流程——富陽竹紙

在第四集《竹子》中，“京都狀元富陽紙，十件元書考進士，其中富陽紙是指竹紙，元書紙是富陽竹紙中最具有代表性的一種”。古代制作工藝主要分為兩大流程：制漿和造紙。

制漿流程：取嫩毛竹→砍斷成截(約 2 m)→去青→敲打至散爛→成捆清水浸泡→砍小成捆，石灰浸泡→清水煮沸(3～5 d)→清水沖洗干凈→淋童子尿發酵→浸泡沖洗→搗碎成細末→清水溶解均勻制成漿液

造紙流程：抄紙→壓紙→烘紙(約 40 ℃)

以上操作可以提煉的化學知識有：① 中學化學的實驗操作步驟：準備試劑、藥品(取竹、成截)，除去部分雜質(去青、清水沖洗、石灰浸泡)，有效物質的脫離(敲打至散爛、煮沸)，增大物質的有效接觸面積(搗成細末)；② 石灰浸泡：利用中和反應原理，除去竹子中的酸性物質；③ 竹子長度、浸泡時間、控制溫度等，都是控制變量條件，即控制反應發生的條件。

可以將竹紙制造工藝流程設計成趣味小實驗，請學生在課外活動時間自由組隊進行，一方面加深學生對基礎知識的理解，培養學生實驗操作技能和團隊協作能力；另一方面可以讓學生體驗生活中化學的樂趣，感受化學在人類發展過程中的重要作用，領略非物質文化遺產的魅力。

3)催熟劑乙烯和乙烯利

在第六集《水果》中介紹了“龐大的柑橘家族”“獼猴桃的出國史”“蘋果保衛戰”“桃子的祖先光核桃”等。其中，在獼猴桃的出國史中介紹了因保質期較短和生長環境受限等問題，使得口感美味的獼猴桃很長一段時間無法以鮮果的形式踏出國門，只能以種子或幼苗形式漂洋過海。不止獼猴桃，很多瓜果蔬菜也很容易變質腐爛，不易存儲。為了解決較長時間的保存新鮮果蔬的問題，人工合成了催熟劑(乙烯利)，延長了果蔬的保鮮時間，不僅可以減少浪費、促進經濟發展，而且也有利于人民的健康生活。例如，在獼猴桃未成熟時進行采摘，然后噴灑少許乙烯利，讓鮮果在長途運輸或儲存過程中慢慢成熟，使保鮮時間延長。乙烯利通用名為2-氯乙基膦酸，其在pH<3.5的水溶液中極為穩定，在pH>4時分解釋放乙烯[3]。乙烯利的催熟機理就是在pH>4的溶液中釋放乙烯，再由乙烯進行催熟。

果蔬的保鮮部分涉及的知識是高中化學必修2《第七章 有機化合物》中“第二節 乙烯與有機高分子材料”，可作為拓展知識為學生進行講解。在學生知道乙烯除了是一種特別重要的化工原料外，還是一種果蔬催熟劑。由于乙烯是氣體，很難在果蔬的成長過程得以應用，通過合成乙烯利、乙烯硅和脫葉膦等乙烯釋放劑，便可以較長時間的保存果蔬。這些知識的學習，可以幫助學生將枯燥的化學物質與生活聯系起來，在豐富知識的同時也可以增加學生的專業自豪感。

4)鹵水點豆腐——膠體聚沉與電解質

在第七集《大豆》中主要講解大豆從其祖先“野大豆”發展變化的過程。大豆富含人體所需多種營養成分，大豆的品種繁多，烹調方法簡單多樣，深受人們喜愛。一提大豆，就會聯想到豆腐。一般制作豆腐常用黃豆，因其富含豐富蛋白質。豆腐制作過程簡便、成本低廉、耗時短、口感好等優點，是一種歷史悠久、營養豐富、最受歡迎的食材之一。

豆腐的工藝流程如下：取適量黃豆,清洗干凈，用清水浸泡一夜，次日用石磨研磨2～3次;用桶或盆收集漿液，用紗布過濾，除去雜質，得到豆漿;入鍋煮沸后加入鹵水攪拌，放入模具擠壓成型，得到豆腐。豆腐制作過程包含過濾、蛋白質變性、膠體聚沉和電解質等中學化學知識。研磨之后用紗布過濾，將可溶性雜質與不溶性雜質分離；將豆漿煮沸，是通過加熱使豆漿中的蛋白質發生熱變性的過程，該過程可以消除豆漿中的抗營養成分，同時起到殺菌、減輕異味、提高營養價值和延長產品保鮮期的作用；豆漿屬于膠體，加入鹵水，豆腐成型，其原理是鹵水的主要成分氯化鎂、硫酸鈣等電解質，在水里會水解成正離子和負離子，電解質的水解過程是奪取蛋白質的水膜的過程，導致溶解蛋白質的水量減少，同時正負離子可以中和膠體微粒表面吸附的離子電荷，使蛋白質分子凝聚起來形成豆腐。

在學習到人教版九年級上冊《第四單元 自然界的水》中“課題2 水的凈化”涉及的過濾操作、高中化學必修第一冊《第一章 物質及其變化》中“第一節 物質的分類及轉化”涉及的膠體知識、“第二節 離子反應”涉及的電解質知識點時，教師可以列舉豆腐的制作過程，將理論與實際結合，加深學生對知識點的印象，幫助學生理解重點難點，做到活學活用。

5)黃花蒿中提取青蒿素——萃取與蒸餾

在第八集《本草》中，講解到非洲東南部的一個島嶼國家——馬達加斯加，正遭受著瘧疾的折磨。臟亂的生活環境為瘧原蟲提供生存條件，長期臟亂的生活條件使這個美麗的島嶼國家成為瘧原蟲肆虐的地方，加之醫療水平落后、醫資力量不足，使得瘧疾在當地傳播很快，當地人飽受瘧疾折磨。瘧疾主要是通過蚊蟲叮咬把細菌帶入人體或飲用水不干凈而導致的。一種植物成了抵抗瘧疾的關鍵——學名黃花蒿。黃花蒿里一種名為青蒿素的成分是治療和預防瘧疾的主要物質。由于從黃花蒿里提取青蒿素的產量不高，提取成為一大難題，但在屠呦呦團隊經歷長達三年的不斷努力攻克下，上百上千次的反復實驗后，發現通過控制溫度在 60 ℃ 以下，用乙醚中性提取物提取青蒿素高效無毒。其原理是利用“相似相溶”原理和“萃取”原理，青蒿素易溶于乙醇、乙酸和乙醚等有機化合物，用乙醚溶解后再通過蒸餾操作(乙醚沸點低于青蒿素)，就可得到青蒿素。

在學習到人教版高中化學選擇性必修3《有機化學基礎》第一章第二節“研究有機化合物的一般方法”的“萃取與蒸餾”時，教師可把青蒿素的提取以及屠呦呦的事跡講給學生，一方面可擴展學生的知識視野，加深學生對知識的印象；另一方面可潛移默化影響學生對化學實驗，科研工作的認真、負責、耐心、憧憬向往的情感，培養國家優秀科研工作者。

6)牽牛花的變色原理——酸堿指示劑變色原理

第十集《花卉》中“花，撬動人們的審美，傳遞人們的情感，點亮人們的視野”。花是大自然的色彩精靈，點綴世界，妙不可言。牽牛花是一種旋花科牽牛屬植物，俗稱喇叭花，喜陽耐陰、春夏季開花、花色多，具有觀賞價值和藥用價值，然而牽牛花的變色特性令人百思不解。經過長期的調查研究發現，牽牛花中含有一種花青素，這種花青素遇酸變紅，遇堿變藍，即牽牛花變色的原理[4]。

該原理可以通過一個簡易小實驗進行驗證：取三只同樣規格的小試管，分別編號1-3號，依次向三支試管中加入等體積的蒸餾水、氫氧化鈉溶液和鹽酸溶液，三只試管均為無色透明，然后向三只試管中滴加4至5滴研磨的牽牛花酒精浸出液，可觀察到1號試管顯深紫色(牽牛花的本色)、2號試管顯藍紫色、3號試管變為紅紫色。

此實驗可用來解釋“牽牛花變色的原因”：早晨，牽牛花的生理活動增強，呼吸作用強于光合作用，產生的二氧化碳在細胞液中形成碳酸，pH值減小，花青素遇酸變紅，因此花的顏色為紅色。上午從7點到10點花朵的生理活動不斷增強，光合作用強于呼吸作用，細胞液中碳酸的積累減少，pH值增大，花青素顏色加深，花的顏色亦加深[5]。

此部分知識涉及人教版九年級下冊《第十單元 酸和堿》中“課題1 常見的酸和堿”中酸堿指示劑的作用，在講解相關知識時，可以通過牽牛花的變色原因進行導入，由生活小常識過渡到學習、理解酸堿指示劑原理，可實現情境教學。

2 在中學化學中的教學價值分析

1)拓展學生知識視野

在《教育部關于全面深化課程改革落實立德樹人根本任務的意見》中，提出培養學生德智體美勞全面發展[6]。這就需要拓展學生的知識視野，將化學知識融入生活，將理論與實際結合，深入理解化學知識原理，為學好化學打下堅實基礎。

一部好的紀錄片可以拓展學生的知識視野，豐富學生的情感認知。《影響世界的中國植物》用講小故事的方法，從多角度、多方面介紹植物。從化學工藝的角度介紹竹子，讓學生知道竹子不僅可以觀賞、做家具，還可以造紙，因為竹子中富含竹纖維，可用來做竹紙，讓學生從物理作用的角度轉變到化學作用角度。從化學藥物學的角度介紹植物，如青蒿素治瘧疾、銀杏葉中的有效化學成分入藥，石斛的莖入藥，可提高免疫力，治病養生。古代石斛還被稱為還魂草，聯系古今讓學生了解常見植物藥物化學作用，拓展藥物化學知識，引起學生的探知欲和求知欲，為培養藥物學人才做鋪墊。從生活的角度，介紹人工合成催熟劑乙烯利源于生活需求，酸堿指示劑源于實驗偶然，植物光合作用中的化學變化源于生命的進化，讓學生在了解豐富植物知識的同時還認識到化學知識的魅力。讓學生的思維跳出課本維度，知道化學源于生活的方方面面，拓展學生知識視野，激勵學生把化學知識帶入生活的海洋遨游。

2)促進化學知識的遷移

化學知識的遷移是指，將原有的知識經驗、方法、技能、態度等方面運用到新的類似場景中進行學習。促進化學知識的正遷移有助于學生能更好、更快地理解和學習化學知識，借助植物生長習性研究化學發展，有助于促進學生學習化學知識的正遷移。例如：學生在學習人教版九年級上冊化學《第十單元 酸和堿》中“課題1 常見的酸和堿”知識點：酸、堿與指示劑的作用時，可把牽牛花的變色原因作為問題向學生提出，引導學生思考；再將牽牛花的變色原因與酸堿指示劑變色原理相結合進行說明，將自然變化與化學知識結合，將已有的知識經驗正遷移到現學的知識上，從而能幫助學生更好地理解與學習化學這門神奇的學科，培養學生對學習化學的興趣。

3)培養學生學習化學的方法

《中國學生發展核心素養》指出，自主發展主要表現在學會學習[7]。因此，教師不僅要教會學生知識，還要教會學生方法。不同的知識有不同的學習方法，如學習實驗操作技能，需要動手反復熟練操作；學習理論知識，主要靠背與理解；而學習實驗時則需要將前面兩種融合學習，在理論的基礎上實踐。化學是實驗科學，是理論加實踐或實踐加理論，通過實驗可以培養學生的動手能力，科學思維能力和對理論知識的驗證和理解能力。

例如：在學習過濾操作時，教師可用豆腐的制作過程進行導入及講解。第一步，準備實驗儀器及藥品試劑(準備制作豆腐的材料及用具)；第二步，組裝儀器，制作濾紙(將豆子研磨)；第三步，開始實驗過濾物質(加入鹽鹵)；第四步，等待過濾時間，得到過濾溶液(等待膠體聚成，豆腐成型)。教師從生活出發，聯系實際，讓學生知道化學就在生活中，啟發學生細心觀察生活，發現化學，從而培養適合學生個人學習化學的方法。

4)培養學生樹立正確的化學價值觀

化學課程三維目標中“情感態度與價值觀”要求，樹立正確的化學價值觀，可有效幫助學生正確認識化學產品，正確了解化學、理解化學、應用化學[8]。近年來，“三鹿奶粉事件、瘦肉精、蘇丹紅鴨蛋、毒大米”等事件影響著人們對化學產品的正確認識，特別是一提到食品添加劑如保鮮劑、防腐劑、催熟劑等敏感字眼，都不敢食用相關產品。在這些化學負面信息的影響之下，培養學生樹立正確的化學價值觀顯得尤為重要。例如：教師在講授乙烯知識點時，可把乙烯的催熟劑作用作為拓展知識或轉變成小故事“保鮮香蕉催熟劑”進行課題導入，讓學生正確理解化學，真正了解化學產品本質，不能僅僅通過表面來認識化學，要透過現象看化學本質，要樹立正確的化學價值觀，應用化學知識為社會主義建設服務。

5)培養學生發展核心素養

所謂“學生發展核心素養”主要是指學生應具備的、能夠適應終身發展和社會發展所需的必備品格和關鍵能力[7]。《影響世界的中國植物》從植物的多個方面進行綜合介紹，知識涉及面廣，講解幽默風趣，易理解接受。從植物的由來，到植物的生長環境、種類、區域分布、食用、藥用、觀賞價值、風土人情等多方面進行介紹，涉及生物學、化學、藥學、植物學等多類學科綜合分散運用，非常適合用于培養中國學生發展核心素養。建議教師可推薦學生觀看或在課外活動時間與學生一起觀看，并探討相關人文化學科學問題。展現形式可多種多樣，如提問題、角色扮演、講故事、取其中一個實例演變趣味小實驗等等。例如，講故事：“竹子的前世今生”古時竹子常被用來制作家具、玩具、裝飾品以及觀賞等，并且竹子可以用來制作紙。名竹紙，根據產地不同分為四川夾江竹紙、福建玉扣紙、浙江富陽竹紙和黃巖竹紙等，都屬于國家非物質文化遺產，但卻不能大規模造竹紙，這是因為竹紙的制造需要消耗大量竹子，且產量低、制作工藝流程復雜、成本高。在保護非物質文化遺產的同時，也要引導學生從保護環境、利用廢物或生物質材料方面考慮造紙，培養節約意識和資源保護意識等，這些都是學生發展核心素養的內容之一。

6)增強學生愛國信念

《影響世界的中國植物》第八集《本草》中從化學藥物學的角度，向我們正面展示化學的力量。2015年諾貝爾醫學獎獲得者——屠呦呦，發現了青蒿素可治瘧疾，使無數人遠離病痛的折磨。屠呦呦在年僅16歲時就立志學醫，在治療肺結核的過程中，她對醫藥學產生濃厚興趣，1951年考上北京大學醫學院藥學系后，正式開始她的醫學生涯。1969年1月21日，屠呦呦被任命為研究防治瘧疾新藥課題組組長，當時屠呦呦說：“國家需要我做什么，我就應該努力去做好什么，國家需要就是我努力的方向”，憑借扎實的基礎與多年的工作經驗，她的工作效率很高。在1971年，翻閱晉代葛洪的《肘后備急方》的她注意到古人采用青蒿治瘧疾的方法與現今采用的方法不一樣，這使她茅塞頓開，開始嘗試新的提取方法，終于在當年10月4日找到低溫“青蒿乙醚中性提取物”。在動物的臨床實驗中個別動物有副作用，因此引起許多爭議，此時屠呦呦向組織申請以身試藥，臨床觀察并未發現明顯副作用。是什么使屠呦呦在一個個日夜里埋頭獨自奮戰？是什么使屠呦呦敢用生命去試藥？是什么使她堅守那么多年？此時，“國家需要我做什么，我就應該努力去做好什么，國家需要就是我努力的方向”擲地有聲。

增強學生的愛國信念是立德樹人的目標之一，也是化學學科核心素養的深層價值追求[9]。借助《影響世界的中國植物》中展現的化學文化，引領學生學習化學文史，回顧歷史發展中的化學文化：中國四大發明之一的造紙術、影響世界的青蒿素、植物中的本草及植物中延續千年的化學科學技術等。傳承千年的化學文化，激起學生與化學文化的情感共鳴，深入感觸中華民族五千年的文化底蘊，激發愛國情懷，堅定愛國信念，增強文化自信，增強民族自豪感。

3 結語

《影響世界的中國植物》以生動有趣的講解方式，從化學藥物學角度介紹植物的藥用價值，從化學工藝角度介紹植物的工藝價值，用植物的前世今生介紹化學發展史，用紀錄短片的形式展示植物與化學發展的歷程等等。其蘊含寶貴的人文價值、物質價值，蘊藏豐富的化學知識，可進一步挖掘剖析運用到中學化學課堂，以培養具有化學學科核心素養以及愛國主義精神的社會主義建設者和接班人[8]。