非遗扎染中的化学密码-高中二年级化学跨学科主题教学设计

非遗扎染中的化学密码——高中二年级化学跨学科主题教学设计

一、教学背景与设计理念

【基础·文化理解】在全球化与信息化交织的时代背景下，如何让中华优秀传统文化在青年一代心中生根发芽，如何让学科教学超越知识与技能的传授，走向文化自信与创新素养的培育，是当前课程改革深水区的核心命题。本教学设计立足于高中二年级化学学科，以国家级非物质文化遗产“扎染”技艺为载体，深度践行“立德树人”根本任务与《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》中关于“真实问题情境”“科学探究与创新意识”“科学态度与社会责任”的核心素养要求。

【重要·跨学科视野】设计打破传统单科教学的壁垒，构建“化学+非遗+工程”的跨学科融合教学模式-3。扎染工艺不仅是视觉艺术的呈现，其背后蕴含着深刻的化学原理：染料的分子结构与颜色变化、助剂（媒染剂、还原剂）对染色过程的调控、pH值与温度对染色效果的影响、以及固色过程中化学平衡的移动等。本设计以“如何科学地复现与创新传统扎染技艺”为驱动性问题，引导学生从化学视角重新审视古老工艺，实现从“经验传承”到“科学认知”的跨越。

【非常重要·逆向设计逻辑】遵循UbD（追求理解的教学设计）理念，首先确定预期的迁移目标——学生能够运用化学原理解决真实染色问题并创造性表达；然后确定评估证据——实验方案的科学性、作品的艺术独创性与技术报告的逻辑性；最后规划学习体验与教学活动，确保教学评一致性。

二、教学主题优化与课时安排

【热点·项目化学习】将传统单一的实验课升级为为期两周的微型项目式学习（PBL），总课时为4课时（每课时45分钟），并延伸至课后探究。

项目总标题：《解“蓝”之谜——扎染工艺的化学原理与创意转化》

第一课时：【基础】溯源与探秘——扎染文化中的化学问题发现（教室/美术教室）

第二课时：【非常重要】解析与建构——染色化学原理与变量控制实验（化学实验室）

第三课时：【难点·创意实践】优化与创作——工程思维下的工艺改进与扎染创作（化学实验室+美术工作坊）

第四课时：【热点·成果输出】展评与反思——跨学科成果展示与迁移挑战（多功能展示厅）

三、学情精准分析

【基础·认知起点】授课对象为高中二年级学生，已完成必修化学2中“基本营养物质”与“化学能与热能”的学习，部分班级正在进行选择性必修1《化学反应原理》中“化学反应速率”和“化学平衡”或“盐类的水解”章节的学习-7-9。学生已经具备基本的实验操作技能，了解浓度、温度对反应速率的影响，初步建立了平衡思想，但对于如何将这些抽象原理应用于解读复杂的传统工艺过程，尚缺乏经验。

【重要·心理特征】高二学生思维活跃，具备较强的逻辑思辨能力和探究欲望，对新鲜事物充满好奇。他们对传统文化有认同感，但往往认为“化学”与“艺术”分属文理两个世界。本设计恰好利用这种认知冲突，激发深层学习动机。同时，学生在美术课或日常生活中对扎染可能有零散接触，但缺乏系统性、科学性的认知-2-4。

【难点·潜在困境】学生容易陷入“为了做实验而做实验”的误区，忽视实验背后的原理探寻；在跨学科融合时，可能出现化学分析与艺术表达“两张皮”的现象。因此，教学设计必须强化“原理”与“现象”的即时关联，并借助学习支架（如实验记录单、思维导图）引导学生整合思维。

四、教学目标体系

【非常重要·核心素养导向】

1.宏观辨识与微观探析：通过观察不同条件下扎染织物的颜色变化，能辨识染色过程中的宏观现象；能运用染料分子结构（如靛蓝的氧化还原变色机理、媒染染料与金属离子的配位作用）解释颜色成因，建立“结构决定性质”的观念。

2.变化观念与平衡思想：理解染色过程涉及染料的上染、固着等动态平衡，能运用浓度、温度、pH等因素对化学平衡的影响原理解释并优化染色工艺条件-3。

3.证据推理与模型认知：基于对照实验的数据（色差、色牢度），推断影响染色效果的关键因子，构建“染色工艺条件-效果评估”的关系模型，并能运用模型指导新的染色实践。

4.科学探究与创新意识：【高频考点】能针对传统扎染中“染色不均匀”“色牢度差”等真实问题提出假设，设计并实施变量控制实验方案，在探究中敢于质疑，勇于尝试新材料、新方法。

5.科学态度与社会责任：【重要】体悟扎染技艺中蕴含的古代工匠智慧与科学精神，认同化学在非遗保护与活化中的独特价值，增强文化自信与传承创新的责任感-4。

五、教学重难点突破

【重点】探究pH值、温度、媒染剂等因素对扎染染色效果（色相、色牢度）的影响规律；掌握变量控制在化学实验中的应用。

【难点】【重要】引导学生从宏观染色效果（艺术感）追溯到微观化学原理（科学因），建立跨学科的联系与解释；并在科学分析的基础上进行有目的的创意实践。

六、教学实施过程（核心环节，详细展开）

（一）第一课时：溯源与探秘——扎染文化中的化学问题发现

【情境导入】播放一段展示云南大理白族扎染技艺的纪录片片段，聚焦于手工匠人将白色织物通过捆扎、浸染后，在空气中由黄绿色逐渐氧化变成典雅蓝色的过程-4。教师提问：“同学们在美术课可能体验过扎染，那是美的创造。今天，我们要从化学家的视角重新审视这个过程。为什么布料刚取出时是黄绿色，暴露空气后就变成了蓝色？这背后隐藏着哪种化学变化？”此问题旨在引发认知冲突，激发探究兴趣。

【文化溯源】简要介绍扎染的历史沿革（东晋已有记载，唐代鼎盛）及其艺术价值-2。展示不同风格的扎染作品图片，引导学生从纹样、色彩角度进行赏析。但重点在于引出“染料”这一核心要素。介绍传统扎染主要使用天然植物染料，如板蓝根（蓝草）制成的靛蓝，以及苏木、茜草、紫甘蓝等-3-7。

【问题聚焦】将学生分为若干项目小组（每组4-5人），围绕核心驱动性问题“我们能否用化学原理让古老的扎染焕发新的科学光彩？”展开头脑风暴。各组从视频和资料中提取出至少三个可探究的化学问题。教师将问题汇总、提炼，形成本项目的核心探究链：

1.【基础】靛蓝染色为何需要“还原”与“氧化”两步？这是一个怎样的化学反应过程？

2.【重要】为什么用紫甘蓝汁染色时，加入醋和加入小苏打会得到不同颜色？pH值是如何影响颜色的？-7

3.【热点】传统草木染往往存在“掉色”（色牢度差）的问题，如何通过添加某些金属盐（媒染剂）来改善？其化学原理是什么？-3

4.【难点】如何通过控制染色温度和时间，来获得深浅不同、层次丰富的效果？这与化学反应速率有何关联？-9

【任务布置】每组选择一个作为核心研究方向（允许组间微调），课后查阅资料，初步设计探究方案。教师提供学习支架：推荐阅读关于“天然染料化学”的科普文章，并提供实验安全手册。

（二）第二课时：解析与建构——染色化学原理与变量控制实验（核心实验课）

【非常重要·实验准备】地点：化学实验室。提前准备丰富的实验器材与试剂：

1.织物材料：标准化的纯棉白坯布（剪成统一大小的正方形，如10cm×10cm，并进行退浆处理）。

2.染料来源：【热点】紫甘蓝提取液（提前制备，也可让学生现场研磨，体验“从植物到试剂”的过程）、靛蓝染液（还原态，密封保存）、苏木提取液等-6-7。

3.调控试剂：不同pH值的缓冲溶液（或白醋、小苏打溶液）、明矾（硫酸铝钾）、绿矾（硫酸亚铁）、蓝矾（硫酸铜）等常见媒染剂（注意浓度，确保安全）。

4.仪器：恒温水浴锅、pH计、温度计、手套、一次性滴管、培养皿、烧杯、电吹风、色卡（或比色卡）。

【环节一：现象复演与原理初探（20分钟）】

各小组根据上节课选定的方向进行基础实验。

5.pH影响组（对应问题2）：将紫甘蓝提取液分装到三个培养皿中，分别滴加白醋、蒸馏水、小苏打溶液，观察并记录颜色变化（酸-红/粉，中-紫，碱-蓝/绿）。随后，将白色布块浸入不同pH的染液中，水浴加热染色10分钟，取出洗净、吹干，对比布块颜色。教师适时引导：“颜色的差异源于紫甘蓝中花青素分子结构随pH改变而发生互变异构，这是典型的‘结构决定性质’案例。”-7

6.媒染效果组（对应问题3）：使用苏木提取液作为染液。准备四块布，一块直接染色（直接染），另外三块分别在染色前用明矾溶液、绿矾溶液、蓝矾溶液浸泡（预媒染）。相同条件下染色、水洗、干燥后，对比四块布的颜色（苏木直接染为橙红色，铝媒染为玫红/砖红，铁媒染为紫黑/深棕，铜媒染为棕红）。教师引导：“金属离子与染料分子形成稳定的配位化合物，不仅改变了颜色（络合效应），也大大增加了染料与纤维的结合力，从而提高色牢度。”-3

7.速率探究组（对应问题4）：使用还原态靛蓝染液。设置三组水浴温度（室温、40℃、60℃）。将扎好的布块同时放入染液，浸泡相同时间（如5分钟）后取出，统一在空气中氧化10分钟，水洗干燥。对比三块布的蓝色深度。教师引导：“温度升高，分子运动加快，上染速率提高。但靛蓝染色特殊之处在于，温度过高可能导致还原态靛蓝被破坏，所以需寻求最佳平衡。”-9

【环节二：变量控制与数据采集（40分钟）——非常重要】

本环节旨在培养学生严谨的科学思维。教师提出一个更具挑战性的核心任务：“假设我们想要得到一种特定的、稳定的‘莫兰迪色系’蓝绿色，需要精确控制哪些变量？请各小组选取一个关键因子，设计一个包含至少三个水平（如pH=5、7、9）的系列实验，并对结果进行初步量化。”

各小组进入深度探究。例如pH组不再满足于看颜色，而是用pH计精确测量染液pH值，染色后对照标准色卡，记录对应的色相编号，尝试绘制“pH-色相”关系草图。媒染组则需控制媒染剂浓度（如0.1mol/L,0.5mol/L,1mol/L），观察浓度对颜色深浅的影响。速率组则需精确计时，并尝试用“+”的数量来描述颜色深浅。

【环节三：现象解释与模型构建（30分钟）】

实验结束前15分钟，教师组织各组进行数据共享与讨论。一位学生代表展示pH-色相草图，另一位展示不同媒染剂浓度下的布块样本。全班共同观察、比较、质疑。

教师引导学生进行理论建模：“我们看到的这些丰富多彩的布块，其实都是化学原理的‘可视化’呈现。pH通过改变分子结构影响颜色；媒染剂通过与染料配位影响颜色和稳定性；温度通过影响反应速率影响上染量。我们可以归纳出一个初步的‘染色效果影响因素模型’：最终效果=f(染料结构,pH,媒染剂类型/浓度,温度,时间)。”将这个模型板书在黑板一侧。

【环节四：新问题生成与工程思维导入（5分钟）】

展示一块由学生小组刚染出的花纹模糊的布料，提问：“这块布化学上可能没问题，但作为扎染作品，它的纹样不够清晰。这是为什么？这涉及到物理的‘防染’过程。下一个阶段，我们将引入‘工程思维’，不仅要染得科学，还要染得精巧，解决艺术表达中的技术难题。”为下节课埋下伏笔。

（三）第三课时：优化与创作——工程思维下的工艺改进与扎染创作

【重要·工程思维】地点：化学实验室与美术工作坊结合。本课时核心目标是将上节课探究的化学原理，应用于解决真实创作中的问题，并结合扎花的物理技艺，进行有目的的创意实践-10。

【环节一：技术瓶颈诊断（20分钟）】

回顾上节课最后提出的“纹样模糊”问题。教师讲解扎染中“防染”的物理原理：通过捆扎、缝合、夹板等方式，使织物部分区域在染色时因机械压力阻止染液渗透，从而形成留白图案-8。这属于典型的“物理防染”。将“化学染色”与“物理防染”结合，才能诞生完美的扎染作品。

提出新的工程问题：1.如何确保捆扎部分绝对防染？捆扎的松紧度与染液渗透的动力学关系？2.对于化学染色，我们能否反过来利用之前探究的规律，人为制造渐变、套色等复杂效果？这需要运用工程学的“设计-测试-优化”循环。

【环节二：工艺优化实验（40分钟）——难点·创意实践】

各组基于第二课时的探究结果，针对各自的艺术构想，设计并执行优化方案。

1.防染优化组：探究不同捆扎材料（棉线、橡皮筋、塑料夹）和捆扎圈数对图案清晰度的影响。将同一块布分区用不同方式捆扎，染色后对比图案边界清晰度。这是对“物理阻断”效果的量化评估。

2.渐变染色组：尝试运用pH或温度的梯度变化创造色彩渐变。例如，将布的一角浸入酸性紫甘蓝染液，然后缓慢、逐步地将更多部分浸入，制造从红到紫的渐变；或者用毛笔蘸取媒染剂溶液，在布上预先绘制图案，再进行整体染色（绘染），实现“化学绘图”-4-10。

3.套色探索组：尝试两次染色法。先用媒染剂处理并染第一种颜色（如苏木染红），然后更换染液，利用第二种染料在不同pH下的颜色，或利用第一种染料占据的染座，染出第二种颜色，实现色彩叠加。

【环节三：创意扎染创作（60分钟）——非常重要】

各小组综合运用上述探究成果，进行主题创作。主题可定为“青绿山水”“校园四季”“分子美学”等。学生需先绘制设计草图，标注出哪些区域使用何种防染技法（如捆扎、缝纫），以及期望达到的化学染色效果（如基于pH的颜色、基于媒染的色变）。然后领取材料，开始动手制作。

教师此时扮演“技术支持顾问”和“安全监督员”双重角色，巡回指导，解答学生在实际操作中遇到的化学或工艺问题，如“我想让这个部位颜色更深，是增加媒染剂浓度还是延长染色时间？”引导学生调用已建立的模型来决策。

【环节四：固色与后处理（10分钟）】

染色完成后，指导学生进行必要的后处理：清洗浮色、用肥皂水煮洗（进一步固色和去除多余染料）、熨烫平整。强调“科学的后处理是保证作品质量与色牢度的最后关键步骤”。

（四）第四课时：展评与反思——跨学科成果展示与迁移挑战

【热点·成果输出】地点：多功能展示厅或学校公共空间。本课时将科学探究与艺术创作成果公开化，接受多元评价，并延伸其社会价值。

【环节一：扎染作品发布会（40分钟）】

各组将本组的最终作品（至少2-3件）进行展示。展示形式不限，可以是静态陈列，结合海报（包含设计理念、化学原理、工艺流程图），也可以是动态的时装秀或工艺演示-5。每组有5分钟时间进行汇报，必须包含以下三个维度的内容：

1.【基础】艺术维度：作品的主题、纹样创意、色彩搭配。

2.【重要】科学维度：运用了哪些化学原理？如何通过变量控制实现预期色彩？在工艺优化中解决了什么技术难题？用具体数据（如pH值、温度、媒染剂浓度）支撑说明。

3.【难点】反思维度：最终效果与设计预期是否一致？如果不一致，分析是化学原理理解偏差、变量控制失误，还是物理防染技术不过关？下一次如何改进？

【环节二：互动评审与多维评价（30分钟）】

邀请美术教师、化学教师、甚至校外非遗传承人共同担任评委，从不同角度提问和点评。美术教师侧重审美与创意表达，化学教师侧重科学逻辑与探究过程，非遗传承人侧重对传统技艺的理解与尊重。学生也参与互评，使用统一的量规（Rubric）从“科学性、艺术性、创新性、团队合作、表达交流”五个维度为各组打分-5。这种多元评价，能让学生深刻理解跨学科学习的价值，即一个优秀的作品需要科学之真与艺术之美的和谐统一。

【环节三：迁移挑战与文化升华（20分钟）】

教师引导学生进行更深层次的思考：“我们今天成功用化学原理解读并优化了扎染工艺。那么，这种思路可以迁移到哪里？”展示“化学+非遗”的其他可能性，如陶瓷的釉色化学（金属氧化物着色）、古画颜料的合成与保护、传统酿酒工艺中的发酵化学等-3。

播放一段视频，展示现代服装设计师如何运用数字化手段精确控制染色，创造出前所未有的时尚单品。总结陈词：“同学们，你们今天所做的，不仅仅是几块蓝印花布。你们是在用现代