文教融合，以学促保——以非物质文化遗产的保护传承在化学与社会课程中的呈现为例

陈璐瑶，朱祉翡，李晨瑶，黄又举，徐伟明

杭州师范大学材料与化学化工学院，杭州 311121

非物质文化遗产，代表着人类文化遗产的精神高度，它是历史发展的见证，是具有重要价值的文化资源，是世界文化多样性的生动体现。而中国作为四大文明古国中唯一一个文化没有断流的国家，其非物质文化遗产浩瀚精深、灿若繁星，已经并定将继续对人类社会和世界文明进程做出重大贡献，是全人类的珍贵财富。因此，加强对我国非物质文化遗产的保护不仅是国家和民族发展的需要，更是国际社会文明对话和人类社会可持续发展的必然要求。2022年北京冬奥会饱含华夏文明的结晶和升华，兼具现代和人文情怀，尤其火炬“飞扬”直接插入由代表参赛国家和地区的“小雪花”汇聚而成的“大雪花”主火炬，体现“微火虽微，永恒绵长，生生不息”的道理，蕴含人类命运共同体思想，凸显“一起向未来”的主题，契合奥林匹克第138次全会上将“更团结(together)”加入奥林匹克格言的理念，实现奥林匹克格言108年来首次更新：“Faster, Higher, Stronger, Together”[1]。

非物质文化遗产是各个社会阶段传承发展下来的非物质文化，它与我们的社会生活紧密联系，无论是陶瓷、青铜等各类工艺制品，还是棉麻、丝绸等各类服饰，无一不体现着化学元素。非物质文化遗产中所蕴藏并运用的众多化学知识的进一步深入挖掘，恰好与化学与社会课程的开展相吻合。非物质文化遗产中涉及的化学智慧在化学与社会的融入，不仅使原本枯燥、理性化的课堂增添了人文气息，还能让学生在学习知识的同时体验到化学的乐趣与奥妙，进一步加深学生对化学与社会的认识和了解[2,3]。本文选取表1列出的化学与社会课程可融入非物质文化遗产知识和化学与社会教学的其中三个结合点，对照我国非物质文化遗产中具体内容加以诠释。让学生从更多样化的角度将化学与社会联系起来，加深学生对我国非物质文化遗产的认识，让学生感受自古以来华夏人民的智慧，同时感受现代科技的力量，真正地树立起文化自信、科技自信和民族自豪感，最终激励学生厚植优秀传统文化，以期未来更好地发展现代科技[4-6]。

表1 化学与社会通识课程和非物质文化遗产有机融合示例

1 付诸匠心，无愧本草——中药炮制技术

中药炮制技术，是中国传统医药制备或提取的重要手段之一，在2006年，它被列入第一批国家级非物质文化遗产名录。中药是自然界给予人类的馈赠，无论是植物、动物或是矿物都可做药。但大多生药往往药效不高且具有毒性，于是将生药进行加工炮制做成饮片便成了关键一步，其核心是减毒增效，同时还能便于贮藏和服用。中药炮制技术的历史可以追溯到原始社会，古人依据生活经验的积累，有了最初的药物知识，将药物进行简单的加工。随着火、酒以及陶器的出现和应用，炮制的内容也逐渐丰富，大体是炒药、煅药，还有水制、发酵等，因为常常需要用到火，故称为“炮制”[7]。

1.1 中药炮制中蕴藏的化学智慧

俗话说“饮片入药，生熟异治”。古人虽无法得知中药中的有毒化学成分，但却早已知晓什么药有毒，明白该如何利用各种炮制方法来减毒增效。比如米炒斑蝥，斑蝥中含有毒性超强的斑蝥素以及具有较强刺激性的甲酸，古人用高温米炒的方式，实际上是利用斑蝥素易升华和甲酸易挥发的物理性质，常压下，斑蝥素的升华点为110 °C，甲酸在100.8 °C以上就能够挥发。当然，古代没有精确的测温仪器，于是古人就想到根据米的颜色来判断炒的程度，以确保完全除去斑蝥中的有害成分，同时米还能够吸收有毒物质，有利于温度均匀。

其实中药在加工炮制过程中，更多的是化学成分发生了变化，本质是由各种化学反应引起中药有效成分的转变。如具有清热解毒、除湿活血功效的黄连，在160 °C加热炮制过程中会发生分解反应[8]，其中的化学成分小檗碱受热，脱去一个甲基产生具有抗癌活性的小檗红碱(图1)。

图1 黄连炮制过程中小檗碱的分解反应

除此之外，还有辅料炒炙、蒸煮、水飞法等中药炮制工艺，它们也大都利用药物的物理性质或化学性质，来进行减毒增效或转化药性。辅料炒炙，即通过加入醋或者料酒等来增加有效成分的溶解度；蒸煮，比如黄岑蒸制是通过破坏药材中的生物酶，来防止有效成分的分解，减轻因酶分解产生的有毒物质；水飞法，则是利用矿物药在水中研磨后，粗细粉在水里不同的悬浮性取得极细粉末的方法，能够高效除去杂质和富铁、铅的质重部分。在这些看似简单的炮制中，实则都蕴藏着丰厚的化学知识，都闪耀着古人的聪明智慧。

1.2 化学反应机理及分析仪器助推中药炮制的发展

如今随着科学技术的不断发展，人们更重于研究炮制过程中其内在的化学反应机理。根据药材本身的性质，结合化学反应机理，不仅能够更快更合理地预测药物经过炮制技术后化学性质所发生的改变，同时能够更好地优化和充实中药炮制技术。如黄连、苦参等附带具有毒性乌头碱的中药，在炮制加工上就多采用酒炒法，药物发生水解反应，双酯型生物碱先水解脱去乙酰基，生成毒性较小的苯甲酰单酯型生物碱，然后再进一步水解，脱去苯甲酰基[9]，乌头碱被破坏，生成毒性较小的塔拉乌头胺(图2)，从而降低毒性，提高止痛功效。

图2 乌头炮制过程中乌头碱的水解反应

另外，化学分析仪器在中药炮制技术中的广泛应用，也进一步推动了中医现代化。“盐制入肾，醋制入肝”[10]，在那缺乏现代分析技术与方法的时代，古人用自己的智慧为后人留下了一套简单而生动的中药炮制理论，是现代中药炮制机理研究的宏观基础。而今天，日新月异的科技发展又将中药炮制技术推向更高峰，借助化学分析仪器，人们可以从微观层面了解到在炮制过程中中药所发生的变化，有助于提高中药饮片的质量。其中高效液相色谱(HPLC)和液质联用(LC-MC)应用最为广泛。

1.3 中药炮制走进化学与社会的课堂

青蒿素是中医药献给世界的一份礼物，“青蒿一握，以水二升渍，绞取汁”，屠呦呦正是从古书上的中药炮制中获得了启发，才有了乙醚低温提取青蒿。在抗击新冠肺炎疫情中，中医药更是广泛参与新冠治疗。以现实事例让学生切身感受到中药炮制技术所深藏的魅力。在此之前，学生对化学反应机理应该已经有了一定程度的学习，因此教师可以给出一些中药成分，让学生结合化学反应机理来选择中药炮制方法，还可以将学生的想法与古人所采用的炮制方法进行一个对比，使学生在汲取运用知识的同时，增强学生民族自豪感。另外，现代科技仪器分析手段的应用，让学生明白中药炮制技术在螺旋渐进的过程中有着化学的隐推力，鼓励学生传承优秀传统文化，眼见科技万物。

传统中医正逐步走向国际舞台，向世界展示我们中华传统文化的魅力，中国古代劳动人民的智慧值得让所有人称叹，中药炮制技术这一伟大的非物质文化遗产所应该面临的也绝不是逐渐衰落的困境，它理应得到的是弘扬、是传承、是创新。

2 丝路漫漫，锦绣千年——丝绸染织技艺

丝绸染织技艺(周村丝绸染织技艺)诞生于两千多年前的山东淄博周村地区，具有重要的历史、文化和技艺价值。从远古时期相传嫘祖种桑育蚕，抽丝织巾；到商周时期出现的提花丝织物；再到西汉的素纱(一般指未染色)襌衣；后至唐宋时期的锦绣华服。在历史的进程中，我国的丝绸染织技艺不断精进发展，成为中国传统文化中一张闪亮的名片。这项技艺主要包括缫丝、丝织、印染三大部分，在2021年被纳入国家级非物质文化遗产名录。

2.1 丝绸染织中的化学知识

从蚕丝的化学组成上来看，蚕丝属天然的蛋白质纤维，主要由线状蛋白丝素和球状蛋白丝胶组成,还含有少量的油脂、色素和无机物等。其中丝胶对丝素起保护和胶粘的作用，人们在缫丝的过程中会将蚕茧浸在热水中再进行手动抽丝，利用的就是丝胶中含大量具有亲水基团的氨基酸，在高温下可溶于水，而丝素不溶于水的性质，从而获得一条条丝线[11]。

但想要获得质地光亮、色泽丰富的丝织品，除了缫丝、织造这两步是远远不够的，还必须要进行人工精炼和染色。丝绸精炼一开始指的是用含碱剂的热水除去蚕丝中的丝胶和其他杂质，从而使丝绸更加柔软光亮。在古代使用的碱剂多为常见易得的草木灰(K2CO3)和石灰(Ca(OH)2)，由于丝胶蛋白的等电点偏酸性，利用碱性试剂使其偏离等电点，令丝胶蛋白发生水解反应脱去。但到了唐代，人们发现利用猪胰蛋白酶可以更为高效地脱胶，于是丝绸精炼从碱剂精炼发展演变为酶剂精炼。

在印染上，古人则以使用矿物染料和植物染料为主，其中植物染料是通过提取植物中所包含的色素，来进行染色。如板蓝中含有靛蓝、紫草中含有乙酰紫草素、茜草中含有红色的茜素等。一些植物中所含有的色素分子可自主与丝素蛋白紧密结合，进行直接染色；而有一些则需要通过还原才能使得染料吸附在纤维内部。以植物染料蓝草为例，蓝草经过浸泡发酵，其中的靛甙在酶的催化下水解；水解生成的吲哚酚可溶于热水，发生酮式互变异构现象；两分子的吲哚酮发生缩合反应，氧化成不溶于水的靛蓝；只有将靛蓝还原成可溶性的靛白，才能渗入织物被纤维吸收；最后将织物透风氧化，复变为靛蓝[12](图3)。

图3 蓝草染色的化学反应方程式

2.2 酶精炼剂和活性染料助力丝绸染织现代化

近几年，丝绸又重新引领着“旗袍”“汉服”“新中装”进入大众的视野，登上国际化的舞台，掀起一番国潮热，向世界展示我们中华上下五千年的丝绸之美，彰显新时代的文化自信。而这离不开现代科学技术的发展，如今的人们能够培养或分离更多样化的生物酶，如枯草杆菌酶、木瓜酶等，并通过研究各种酶所适宜的温度和pH，进行更高质量的丝绸精炼。

染料的发展也助力了丝绸染织技艺的现代化。丝绸印染所用的这些传统染料都有易褪色、上染率不高、匀染性差等缺点，再加上丝绸本身的价格要高于其他布料，因此在古代丝绸更是一种阶级的象征。而活性染料的问世打破了这个僵局，活性染料即染料分子是由母体染料和活性基团组成，其中的活性基能很好地与蛋白纤维发生化学反应，形成牢固的共价键。并且可以将2个异种或同种活性基引入活性染料分子中，构成双活性基染料[12,13](图4)，以此来大大提高染色的固着率，使得丝绸更加耐洗、耐摩擦。活性染料的色谱范围也更加广泛，为丝绸染织技艺注入了新的生机与活力，打开了新“丝”路。

图4 几种活性基团的染料

2.3 化学与社会课堂教学下的丝绸染织

在中国社会生活中丝绸作为衣料有着非常特殊的地位，但学生对其的认知可能只是止步于蚕吐丝成茧、抽茧成丝这样的大概念以及耳熟能详的丝绸之路。因此，这部分教学可以从一个蚕茧入手，分析蚕茧的化学组成；再讲到柔软的丝线，介绍传统的缫丝利用的就是丝胶中含大量具有亲水基团的氨基酸这一特点。那么丝绸又是如何从一席洁白的绢帛演变为绚丽丰富的锦缎呢？这得益于丝绸精炼和印染工艺的发展。通过以植物性染料蓝草为例，展示古代丝绸印染的过程及其中所蕴藏的化学智慧，让学生感受到古人在生活经验的积累与实践活动的创新中，不断发展丝绸染织技艺。而如今的我们能够用化学的思维和知识，去解释这项传承千年的非物质文化遗产。

当今科学与技术的创新更是推动着丝绸染织技艺的现代化发展，如精炼剂和染料方面研究的不断深入，从古代的猪胰蛋白酶发展到现在种类繁多的生物酶精炼剂，从传统染料发展到更高效、色谱范围更广的活性染料。这一切都使得人们能够愈发倾向选择丝绸作为日常服饰的材质，使得更多中国风的色彩、图案能够印染于丝绸之上，而这又反向推动了丝绸染织技艺的传承与创新。

3 瓷风古韵，破片重圆——古陶瓷修复

中国古陶瓷，不仅是中华文明的一大象征和记忆载体，更是人类文化艺术宝库中的璀璨明珠。然而陶瓷器十分脆弱，往往难以完好无损地保存下来。因此，对其进行适当的修复是十分必要且有意义的。况且，古陶瓷修复不仅是对瓷器本身的修补复原，还是在还原一段历史，通过一点一滴的修复与打磨，人们可以更加深入地了解当时的制瓷工艺和古陶瓷修复技艺。2014年，古陶瓷修复技艺正式被列入第四批国家级非物质文化遗产名录。

3.1 古陶瓷修复中的化学内容

陶瓷修复，古已有之，其进程与陶瓷史的发展密不可分，相辅相成。

从陶瓷材料上来看，我们如今所说的陶瓷，其实是陶器和瓷器的总称。两者最大的区别：一是在于瓷器烧制的温度要高于陶器，一般在1200 °C以上；二是在原料上，陶胎一般用黏土或陶土，黏土是由众多硅酸盐矿物风化后形成的，陶土的化学成分更加复杂，主要由石英、云母、长石组成，含有一定量的Al2O3、SiO2、Fe2O3，而瓷器的原料中则掺入了高岭土(Al2(Si2O5)(OH)4)，这使得瓷器更显洁白无瑕，可塑性和耐热性也显著提高[14,15]。

从陶瓷修复工艺上来看，发展也十分显著。高温烧结后的陶瓷器性脆质坚，极易打碎，人们有了修补的意愿，于是率先出现了钻孔补陶的实例，即利用动植物绳索进行系扎。这种原始修复穿透孔大大破坏了器物本身，于是古人后来采用了无机材料对瓷器进行粘结加固，即将石灰与鸡蛋清掺和在一起，填塞在陶瓷器的裂缝中，其主要化学原理为Ca(OH)2与空气中的CO2相接触形成坚硬的碳酸钙。同时钙离子与瓷器中的硅铝酸阴离子存在静电作用，形成了铝酸钙或硅酸钙(图5)，进一步起到了加固的作用[16]。但如此粘结的瓷器并不是非常牢固，因此到了唐宋时期，金属材料给瓷器修复增添了一抹亮丽的色彩，随着政治经济水平的不断提高，人们也逐渐开始有了恢复器物审美价值的需要。如唐代，用金属镶口陶瓷器是当时统治阶级的一种风尚，即用金、银等性质稳定且美观的稀有金属来装饰或修复瓷器。在北宋张择端的《清明上河图》一画中，则生动再现了当时民间锔瓷匠用锔钉补瓷的场景，锔钉一般用的是廉价易得铁或铜，利用其良好的延展性，牢牢抓紧瓷器，不过时间久了钉子容易氧化生锈，对瓷器造成损害。

图5 石灰修复古陶瓷的化学反应方程式

3.2 高分子材料丰富古陶瓷修复技艺

到了现代，高分子化学材料的兴起助推了古陶瓷修复技艺的进一步发展。比如无机纳米Ca(OH)2在古陶瓷修复领域的应用，能够改善传统石灰浆粒径大和在水中溶解度低的问题，更有利于修复孔隙率较小的瓷器。更重要的是，纳米Ca(OH)2不会造成陶瓷器表面形成白斑或结壳，这更符合如今的古陶瓷修复理念——最小损伤的原则。另外，还有其他的高分子材料，如环氧树脂做粘合剂将古瓷残片复原；残缺处则可选择聚酯等合成材料与瓷粉复合制成瓷器腻子，这些新材料更加耐高温、耐油且不易变黄，能够更大程度地复原和保护古陶瓷。

与此同时，陶瓷也在不断地发展，从原始的青瓷，到通过有意降低瓷土中氧化铁的含量，烧制出晶莹洁白的白瓷；再到用氧化锰、氧化钴及氧化铁等着色剂在瓷上绘画上釉，发展为名满天下的青花瓷。陶瓷材料从传统的铝硅酸盐拓展衍生到氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)、二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)等材料。由此看来，无论是陶瓷的历史，还是古陶瓷修复技艺的发展史，其中所蕴藏的化学知识都将实用性与美学发挥到了极致，是古人智慧的结晶，是后人学习再创造的无价珍宝。

3.3 古陶瓷修复和化学与社会教学的融合

通过化学材料与陶瓷发展、陶瓷修复相结合，首先介绍中国陶瓷史的发展，把陶瓷精品以图片的形式让学生欣赏，同时让学生了解陶瓷的胎质成分，引导学生思考“为什么陶瓷会呈现出不同的釉色”？如凝脂如玉的宋代白瓷，是因为其瓷胎中Al2O3(白色)的含量远大于Fe2O3(红色)。而唐代异彩纷呈的唐三彩则是源于低温铅釉，低温铅釉陶的釉是用金属氧化物或金属盐作为发色物质，辅以含铅的氧化物做助熔剂，从而降低釉料的熔融温度，在氧化气氛中烧制而成，其中唐三彩的主要色调“绿、褐、黄”，即通常取自孔雀绿石(Cu2(OH)2CO3)和赤铁矿(Fe2O3)[17]。再比如淡雅脱俗的青花瓷，其蓝色部分是采用了钴矿中的Co3O4，元明清的釉里红则是利用铜矿中的铜元素，在高温还原气氛中生成Cu2O进行发色。紧接着，从陶瓷虽美但易碎这一缺点，自然而然地引出古陶瓷修复的发展史。新石器时代的钻孔补陶，是古人对动植物纤维材料的运用；石灰和鸡蛋清则是传统的无机粘合材料；随着陶瓷的愈发精美，古陶瓷修复技艺也越来越追求审美的需要，于是金属材料在修复中得以应用，即锔瓷和金属镶口。

而如今在科学技术的推动下，陶瓷材料和古陶瓷修复技艺都有了更加丰富的内涵。通过借助传统陶瓷发展到新型陶瓷材料这条线，来引导学生在传统材料中挖掘寻找创新点，注入新因素，取得突破。再将从古至今陶瓷修复技艺中所使用的修复材料串联成线，带领学生感受古人对材料的合理运用。从传统的石灰浆修复到纳米Ca(OH)2修复材料，让学生深刻体会到科技的传承与创新的力量，感知现代化学材料的发展给古陶瓷修复技艺所带来的长足进步。

4 文教融合，以学促保

“化学与社会”通识课程是将化学与社会生活紧密联系，但我们往往注重社会生活的宽度，即横向地将化学与日常的衣食住行方方面面结合在一起，却忽略了社会生活的厚度，即缺少我们自身传统文化的植入。在理学和工学上，强调逻辑思维这一点无可厚非，西方在自然科学上的研究也的确影响意义重大，但也正是因为这样，我们忽略掉了自身深植千年的科学文化基因。一个毫不起眼的技艺，一个习以为常的民俗，一本破旧不堪的古籍，它也许都深藏智慧，只有深入才能了解原来这个科学原理先人早已发现，只有学习才能惊叹原来当时的科技发明已如此先进，原来我们的文化是如此富有魅力，这才是从根本上培育起科技文化自信，起到真正地保护和传承我国的非物质文化遗产的作用，让文教相融合，以学来促保，是化学与社会这门课程可以且应该上升到的高度。

近几年，学界其实已经愈发重视对非物质文化遗产的保护和弘扬，尤其是人文社科类的专业，汉语言、历史、音乐等都在深入挖掘非物质文化遗产与其专业知识相联系的内容，而这一方面恰恰是理工科类专业长期以来所欠缺的。本文通过我国非物质文化遗产文化进大学化学课堂的方式，将非物质文化遗产、化学、科技三者融合起来，用古老的文化去夯实专业知识，用“非物质文化遗产文化+化学知识”去启发创新我国未来的科技进步，这是树立文化自信；运用所学的化学知识解释非物质文化遗产文化，展示近年来我国科技发展成果以及科技对非物质文化遗产的传承，树立科技自信。只有真正从科技与文化上自信了，才能推动科技强国的建设(图6)。

5 结语

如今我国的非物质文化遗产仍面临着衰退、后继无人的尴尬境地，甚至许多非物质文化遗产都不曾被新一代的青年所听闻。我们必须行动起来，让非物质文化遗产走进校园，融入课堂，将祖祖辈辈的非物质财富传承下去，弘扬开来，然后引导学生在传承中创新。新时代的大学生，是中华民族伟大复兴征程上的主力军，他们终将接过历史的接力棒，本课程通过改革创新来助力他们前行，同时为其他自然科学类通识课程的教学改革提供参考思路，即深入挖掘非物质文化遗产中与教学课程相关的知识，将文化科技相连接，树立“科技+文化”双重自信，培育有理想信念、有本领才干的新时代青年科技工作者。