中醫(yī)藥文化融入中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的嘗試
——以“蒸餾”實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例

王曉倩 黃紫洋

（福建師范大學(xué)化學(xué)與材料學(xué)院 福建 福州 350007）

一、問題的提出

中醫(yī)藥文化是中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化，歷經(jīng)千年傳承而不衰，為中華民族的繁衍和昌盛做出了巨大的貢獻(xiàn)，直到今天仍以其獨(dú)特的優(yōu)勢與西醫(yī)相互補(bǔ)充。［1］在《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)中醫(yī)藥發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃綱要（2016-2030年）的通知》中也提到應(yīng)推動中醫(yī)藥文化進(jìn)校園。［2］中醫(yī)藥文化與日常生活聯(lián)系緊密，且蘊(yùn)含著許多與化學(xué)相關(guān)的知識和原理。［3］而實(shí)驗(yàn)教學(xué)是中學(xué)化學(xué)教學(xué)的重要組成部分，能夠促進(jìn)學(xué)生建立及鞏固知識、掌握實(shí)驗(yàn)技能、培養(yǎng)邏輯思維、建立科學(xué)方法和塑造優(yōu)良情感等。［4］將中醫(yī)藥文化融入中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，既能幫助學(xué)生提高實(shí)驗(yàn)技能、分析實(shí)驗(yàn)原理和掌握實(shí)驗(yàn)本質(zhì)，還能提高學(xué)生對中醫(yī)藥文化的感性認(rèn)知和理性認(rèn)識，培養(yǎng)學(xué)生對中醫(yī)藥文化的興趣，進(jìn)而增強(qiáng)學(xué)生的文化自信。［5］

二、教學(xué)內(nèi)容與學(xué)情分析

物質(zhì)的分離提純是科研、生產(chǎn)和生活中十分重要的操作之一，其相關(guān)知識在初、高中的化學(xué)教學(xué)中均有要求。［6］《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》在必修課程的主題一中要求學(xué)生初步學(xué)會物質(zhì)的檢驗(yàn)、分離和提純等化學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識和基本技能。［7］蘇教版高中化學(xué)教材在《必修（第一冊）》專題2第一單元詳細(xì)介紹了該部分的內(nèi)容。［8］近年來，在全國各省市的高考中關(guān)于物質(zhì)分離提純的考查越來越復(fù)雜。例如“蒸餾”，許多知識已經(jīng)拓展至大學(xué)，對學(xué)生的能力要求越來越高。［9］因此，在教學(xué)中有必要進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生深入學(xué)習(xí)蒸餾操作的原理和本質(zhì)，介紹與其相關(guān)的操作，拓展學(xué)生的思維。在初中化學(xué)的學(xué)習(xí)中，學(xué)生已經(jīng)初步學(xué)會運(yùn)用蒸餾裝置制取蒸餾水。本節(jié)課在此基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步思考如何利用混合物中各物質(zhì)間沸點(diǎn)的差異實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的分離提純，從而使學(xué)生充分理解蒸餾操作的原理，最后再通過對“分餾”操作的介紹促進(jìn)學(xué)生對蒸餾原理的掌握和遷移應(yīng)用。高一學(xué)生思維活躍，好奇心強(qiáng)，在教學(xué)過程中應(yīng)循序漸進(jìn)，引導(dǎo)學(xué)生逐步把握蒸餾操作的本質(zhì)。

三、教學(xué)目標(biāo)

（1）了解《本草綱目拾遺》和《中華人民共和國藥典》中關(guān)于各種“藥露”的記載及其制備方法的介紹，感悟中醫(yī)藥文化與化學(xué)之間的關(guān)系，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。

（2）參考《中華人民共和國藥典》中對金銀花露制法的收載制取金銀花露，掌握蒸餾的基本操作并分析其實(shí)驗(yàn)原理，體會蒸餾操作在生產(chǎn)生活中的廣泛應(yīng)用。

（3）通過對“分餾”原理的學(xué)習(xí)，深入理解蒸餾操作的本質(zhì)，建立沸點(diǎn)不同的物質(zhì)間分離提純的認(rèn)識模型。

四、教學(xué)流程

基于以上分析，設(shè)計教學(xué)流程見表1。

表1 “蒸餾”的教學(xué)流程

五、教學(xué)過程

環(huán)節(jié)一：學(xué)習(xí)基本操作

【引入】中醫(yī)藥文化博大精深，歷經(jīng)千年傳承而不衰，直到今天仍以其獨(dú)特的優(yōu)勢與西醫(yī)相互補(bǔ)充，并在新型冠狀病毒感染的預(yù)防和治療中有著不可替代的作用。

【教師】中藥有各種各樣的劑型，露劑就是其中的一種。金銀花在我們的日常生活中十分常見，今天我們就試著用金銀花制備金銀花露。

【素材】金銀花露。

【處方】金銀花。

【制法】取金銀花62.5 g，用水蒸氣蒸餾，收集蒸餾液約1000 mL，取蒸餾液，調(diào)節(jié)pH 值至約4.5，加矯味劑適量，過濾，制成1000 mL，灌封，滅菌，或滅菌，灌封，即得〔規(guī)格（1）〕。

【功能與主治】清熱解毒。用于暑熱內(nèi)犯肺胃所致的中暑、痱疹、癤腫，癥見發(fā)熱口渴、咽喉腫痛、痱疹鮮紅、頭部癤腫。［10］

【教師】《中華人民共和國藥典》是中國醫(yī)藥科技出版社出版的藥學(xué)工具書，由一部、二部、三部和四部組成，其中一部收載了2711種中藥。以上是《中華人民共和國藥典》（一部）收載的關(guān)于金銀花露的部分內(nèi)容。

【任務(wù)】參考《中華人民共和國藥典》的相關(guān)內(nèi)容用金銀花干花制取金銀花露。

（1）選擇實(shí)驗(yàn)裝置并說明理由；

（2）設(shè)計實(shí)驗(yàn)步驟；

（3）總結(jié)實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)。

【學(xué)生】小組討論。

【教師】請小組代表分享討論結(jié)果。

【學(xué)生】在素材中所采用的制取方法是蒸餾，在初中我們學(xué)過制備蒸餾水的裝置，可以用這套裝置制取金銀花露。

【教師】水蒸氣蒸餾是蒸餾的一種。水蒸氣蒸餾一般分為3種形式：水氣蒸餾、水上蒸餾和水中蒸餾。同學(xué)們選用的這套裝置中水蒸氣發(fā)生裝置和蒸餾裝置合為一體，屬于水中蒸餾。

【學(xué)生】具體操作步驟：稱取適量金銀花放入圓底燒瓶中，加入適量碎瓷片，再加蒸餾水至圓底燒瓶的1/2 處，組裝好儀器。先打開水龍頭往直形冷凝管中通水，再點(diǎn)燃酒精燈給圓底燒瓶加熱。圓底燒瓶應(yīng)放在石棉網(wǎng)上加熱，確保受熱均勻。

【教師】如果圓底燒瓶中的物質(zhì)是純液體，就需要加碎瓷片防止暴沸。但我們放進(jìn)去的金銀花已經(jīng)能夠起到防止暴沸的作用，所以就不用再加入碎瓷片了。

【學(xué)生】冷凝管中的水應(yīng)該從下口進(jìn)，上口出，這樣冷凝效果比較好。

【教師提醒】那溫度計的位置有什么要求嗎？

【學(xué)生】應(yīng)該放在支管口處。

【教師】具體地說，溫度計水銀球的上緣應(yīng)與支管處的下緣平齊。這樣就能隨時監(jiān)控氣相餾出混合液，也就是冷凝液的沸點(diǎn)。

【教師】稱取10 g金銀花放入500 mL圓底燒瓶中，加水至圓底燒瓶的1/2 處，組裝好儀器，進(jìn)行蒸餾操作。

【教師】由于蒸餾所需時間較久，我們先繼續(xù)進(jìn)行下個環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)，等下課了我們再看看蒸餾產(chǎn)物。（到下課時錐形瓶中收集到約25 mL 無色透明且氣味較濃的金銀花露）

環(huán)節(jié)二：分析實(shí)驗(yàn)原理

【素材】“凡物之有質(zhì)者，皆可取露。露乃物質(zhì)之精華，其法始于大西洋，傳入中國。大則用甑；小則用壺，皆可蒸取。其露即所蒸物之氣水，物雖有五色不齊，其取之露無不白，只以氣別，不能以色別也。時醫(yī)多有用藥露，取其清冽之氣，可以疏瀹靈府，不似湯劑之膩滯腸膈也。”——《本草綱目拾遺》［11］

【教師】《本草綱目拾遺》中記載了大量的“藥露”，如“薄荷露”“佛手露”和“茉莉露”等。早在北宋時期，我國人民就已經(jīng)學(xué)會用蒸餾的方法制取香露。到明清之際，香露開始用于醫(yī)療。

【教師】人們?yōu)槭裁纯梢杂谜麴s的方式制取金銀花露等露劑呢？這與這些中藥中有效成分的什么性質(zhì)有關(guān)？

【學(xué)生】金銀花等中藥的有效成分具有揮發(fā)性，加熱到一定溫度時能揮發(fā)出來。

【教師】通過加熱，中藥飲片中沸點(diǎn)較低的有效成分與水一起汽化，再將混合蒸氣重新冷凝為液體，使之從中藥飲片中分離出來制得露劑。

【教師】這種將液態(tài)物質(zhì)加熱到沸騰變?yōu)檎魵猓謱⒄魵庵匦吕淠秊橐后w的過程稱為蒸餾。運(yùn)用該方法可以實(shí)現(xiàn)沸點(diǎn)相差較大的物質(zhì)間的分離。

環(huán)節(jié)三：內(nèi)化分離思路

【教師】通過水蒸氣蒸餾所得的“金銀花露”中往往含有大量的水。有什么方法可以進(jìn)一步提高金銀花露中有效成分的濃度嗎？

【教師提示】金銀花中的有效成分沸點(diǎn)較低，具有揮發(fā)性。蒸餾時混合蒸氣中有效成分的比例大于燒瓶內(nèi)混合物中有效成分的比例。

【學(xué)生】可以將制得的金銀花露再多蒸餾幾次。

【教師】多蒸餾幾次確實(shí)能提高金銀花露中有效成分的濃度，但這樣重復(fù)操作較為復(fù)雜且能量損耗較大，有什么方法可以解決這個問題嗎？

【學(xué)生】可以設(shè)計一套能夠進(jìn)行連續(xù)蒸餾的裝置。

【教師】人們已經(jīng)發(fā)明出具有類似功能的實(shí)驗(yàn)儀器——分餾柱，使用分餾柱對物質(zhì)進(jìn)行分離提純的操作叫做分餾。

【教師】（展示韋氏分餾柱）請大家仔細(xì)觀察分餾柱的特點(diǎn)，并試著解釋其原因。

【學(xué)生】分餾柱很長，柱內(nèi)有很多刺形的結(jié)構(gòu)，可能是為了增大接觸面積。

【教師】（播放分餾柱中熱交換的動畫）分餾的原理與蒸餾相同。柱內(nèi)具有各種增大表面積的結(jié)構(gòu)是為了增加回流液體和上升蒸氣的接觸機(jī)會。

【教師】在分餾過程中，蒸氣中沸點(diǎn)較高的物質(zhì)被柱外空氣冷卻為液體，冷凝液在回流途中與上升的蒸氣相遇，上升的蒸氣將熱量傳遞給冷凝液后蒸氣中沸點(diǎn)較高的物質(zhì)液化回流，在分餾柱中反復(fù)進(jìn)行著“汽化-冷凝-回流”的過程，以至低沸點(diǎn)的物質(zhì)不斷上升而被蒸餾出來，而沸點(diǎn)較高的物質(zhì)不斷流回?zé)坷铩＃?2］分餾柱的效率越高，到達(dá)分餾柱頂部的蒸氣純度就越高。

【教師】由于裝置構(gòu)造的不同，普通蒸餾要求各組分間沸點(diǎn)相差30 ℃以上，若要實(shí)現(xiàn)充分分離，須達(dá)到沸點(diǎn)相差110 ℃以上。而精密的分餾裝置已經(jīng)能夠?qū)Ω鹘M分沸點(diǎn)僅差1～2 ℃的混合物進(jìn)行分離提純。相關(guān)的原理和操作將會在大學(xué)課程中進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)，現(xiàn)階段我們只需掌握蒸餾操作的基本原理即可。

【教師】中醫(yī)藥文化中還蘊(yùn)含著許多物質(zhì)分離提純的方法，希望大家今后多從化學(xué)的視角觀察和思考周圍的事物，相信大家會有不一樣的收獲和感受！

六、反思總結(jié)

中醫(yī)藥文化源遠(yuǎn)流長，是中華民族幾千年的智慧結(jié)晶。將中醫(yī)藥文化融入化學(xué)課堂教學(xué)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)化學(xué)知識的同時感受中醫(yī)藥文化的魅力。本節(jié)課通過引用《本草綱目拾遺》和《中華人民共和國藥典》中關(guān)于露劑的相關(guān)內(nèi)容展開教學(xué)，借助“金銀花露”的制取幫助學(xué)生強(qiáng)化蒸餾基本操作，引導(dǎo)學(xué)生深入分析蒸餾操作原理，最后通過介紹“分餾”操作實(shí)現(xiàn)學(xué)生對該分離思路的內(nèi)化遷移。將學(xué)生的注意力從操作規(guī)范與實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)轉(zhuǎn)移到分離方法的本質(zhì)上，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展學(xué)生思維的功能。