一、课程基础信息

项目 内容

课程名称 《纸墨寻理》

研学主题 材料科学·传统文化

课程对象 初中7-8年级学生

课程规模 30人以内

课程时长 1日（约6小时，含午休）

研学地点 中国宣纸文化园（安徽省泾县）

课程类型 科学探究类、观摩体验类

课程简介 本课程以“宣纸何以千年不朽”为核心驱动性问题，通过原料探源、微观建模、对比实验、工艺体验四个递进环节，引导学生从材料科学视角解读文房四宝中蕴含的古人智慧，理解纤维结构、毛细作用、酸碱化学环境等科学原理，在文化传承的浸润中逐步培育科学思维。

本课程对标教育部《义务教育物理课程标准（2022年版）》“物质的物理属性”、《义务教育化学课程标准（2022年版）》“常见的材料”等核心内容要求，同时参照中国科协青少年科技中心《全国科普教育基地科普研学课程指南》中“科学探究类”课程设计规范。

宣纸“纸寿千年”的核心秘密，源于两大机制的协同作用：

纤维结构机制：宣纸以青檀皮（韧皮纤维）与沙田稻草（草类纤维）为原料。经专业仪器检测，青檀皮纤维结晶度为77.8%，整体纤细，沙田稻草纤维结晶度为60.1%，较短且有明显横节纹，两种纤维分别在347.8℃和344.6℃达到最大失重速度。作为宣纸的核心原料，青檀纤维细长柔软、壁薄腔大，沙田稻草纤维短而宽，两者混合抄纸后，长短纤维三维无序交织，形成致密均匀的纤维网络，这种结构有利于增大纤维结合面积，使纸张兼具高强度与柔韧性，不易脆化断裂。

弱碱储备机制：宣纸传统工艺经石灰蒸煮、多次漂洗后，纸张自然保留微弱的碱性环境（pH值约7.5—8.5）。这一弱碱储备如同内置的“防酸护盾”，可在漫长岁月中持续中和空气中的酸性气体（如二氧化硫）和纸张自身老化产生的酸性物质，有效延缓纤维素水解降解。有研究以古旧书画用熟宣纸、生宣纸等为样品，通过干热、湿热及紫外光加速老化试验对比验证，证实这类碱性环境能够抑制纤维素的酸性水解，提升纸张的耐久性。这一机制可类比生活中的“抗酸胃药中和胃酸”来帮助学生理解。

参考文献依据：王菊华等《中国古代造纸工程技术史》；刘仁庆《宣纸与书画》中关于宣纸耐久性的化学机理研究。

宣纸“墨分五色”的独特润墨效果，源于其纤维网络结构的各向同性特征：

普通纸张（如复印纸）纤维在机械抄造中沿某方向定向排列，墨汁沿纤维方向优先渗透，形成单向扩散（如同水沿水渠快速流动）。

宣纸采用手工竹帘抄造，纤维在纸浆中随机沉积，形成无方向性的三维迷宫网络。墨汁滴落纸面，毛细作用于各个方向均匀生发，墨色向四周悠然弥散，最终晕染出层次丰富、边界柔和的“墨韵”。

教学类比建议：可引导学生将宣纸纤维想象为“没有方向的迷宫小径”，墨汁如同探索者，在迷宫中均匀漫步；而普通纸的纤维则是“整齐排列的管道”，墨汁只能沿固定方向跑动。

据相关课题研究及研学领域专家观点，当前传统文化研学存在“重活动体验、轻深层探究”的普遍问题，具体表现为“重技艺体验、轻科学探究”。本课程以安徽文化符号“文房四宝”为载体，将传统工艺解构为“古代材料制备技术”，引导学生从“会用纸墨”升级到“懂纸墨背后的科学”，培育“见物思理”的科学思维习惯。

选址宣纸原产地泾县，深度挖掘并充分利用“中国宣纸文化园”这一国家级非遗生产性保护示范基地的原料展示、工艺演示、动手体验等优质教学资源，将厚重的安徽文化底蕴与科学教育深度融合，精准呼应大赛“科创兴皖”主题。

理念创新：首创“文房材料科学”研学视角，打破传统认知局限，将传统工艺系统视为一套可分析、可验证的材料制备技术体系。

形式创新：构建“工艺观察—结构建模—性能实测—工艺改进预测”的四阶探究闭环，推动学生从被动的文化参观者转变为主动的科学研究者。

方法创新：设计“纤维结构建模”（超轻黏土模拟长短纤维交织）和“古法新纸挑战”（预测自制纸张性能缺陷）两项原创教学活动。

中国宣纸文化园拥有完备的原料展示区、工艺流程演示区、游客捞纸体验馆及多媒体教学空间，可全面支撑本课程各教学环节开展。园区距泾县县城约20分钟车程，交通便利，基础设施完善。课程无需额外配置大型设备，教具成本低廉，30人规模的单次课程物料成本预估约为200—300元。

目标维度 具体目标

科学观念 能说出宣纸耐久性的两个核心机制（纤维结构、弱碱储备）；能解释润墨现象与纤维排列方向的关系。

科学思维 能基于实验观察（墨滴扩散对比），归纳推理出“纤维结构决定纸张性能”的因果关系；能对自制纸张的书写缺陷做出基于科学原理的预测。

探究实践 能独立完成“墨迹赛跑”对比实验并规范记录数据；能合作完成纤维结构模型制作；能在教师指导下安全完成捞纸操作。

态度责任 体悟古代工匠潜藏的科学实践智慧，树立“以现代科学解读传统工艺”的文化自信与创新意识。

教学环节 教学活动 设计意图

环节一：情境导入 （约30分钟） 悬念设疑：教师展示三张不同年代、不同材质的纸张残片（20年报纸已泛黄酥脆、30年打印纸边缘粉化、百年宣纸残片仍柔韧完整）。学生用放大镜观察、用手触摸，记录观察发现。教师抛出驱动性问题：“同样是纸，为什么宣纸能活到一千岁还不显老？普通纸大约两三百年后就会因自然老化而破损，新闻纸五六十年后就会变黄、发脆，而保存得当的宣纸寿命可达1050年，质地都不会发生丝毫变化”，通过这样真实的数据对比制造认知冲突，将“纸寿千年”从文化传说转化为可探究的科学问题，激发探究动机。

环节二：探究一·纤维的骨架秘密 （约60分钟） 原料探源（20分钟）： 在园区原料展示区，学生仔细观察青檀皮（细长柔韧）和沙田稻草（短而宽）的实物形态，认真聆听讲解员介绍两种原料的特性差异。 微观建模（40分钟）： 学生以小组为单位，用红色绒线棒（代表长而韧的青檀纤维）和黄色超轻黏土条（代表短而宽的稻草纤维），在A3纸板上模拟宣纸纤维三维无序的交织结构。完成后，各组展示模型并解说“为什么长短纤维混合比单一纤维更牢固”。教师点睛： 引导得出——宣纸的纤维网络如同钢筋混凝土，长纤维是“钢筋”承担拉力，短纤维是“混凝土”填充空隙，二者协同造就了纸张的骨架强度。 将无形的纤维结构转化为可视、可触摸的立体模型，让抽象的“结构决定性质”变得具体可感。

环节三：探究二·润墨的界面密码 （约90分钟） 实验一：墨迹赛跑（30分钟）。 每组领取三种纸张（宣纸、复印纸、滤纸）各一张，用滴管在每张纸中央滴加等量墨汁（1滴），立刻用秒表计时，每隔30秒用直尺测量墨圈最大扩散直径，记录数据填入实验记录单。由于滤纸由棉质纤维组成，表面有无数小孔可供液体粒子通过，而宣纸作为拥有千年非遗制作技艺的纸张，材质特性独特，可重点对比三种纸张因材质差异带来的扩散速度与形状差异。实验二：纤维迷宫（20分钟）。 用手持显微镜（放大倍数≥60倍）观察三种纸张表面的纤维排列方式。宣纸纤维杂乱交错如同迷宫；复印纸纤维有明显方向性如同梳子纹路；滤纸纤维疏松多孔，呈无规则交织状。原理解密（40分钟）： 小组讨论，尝试用“纤维排列方向”解释“墨迹扩散形状”。教师引导总结——宣纸纤维无序网络，材料结构对称性高，使得其物理性质与取向无关，造成各向同性毛细作用，墨色均匀渗入形成“墨韵”；普通纸纤维定向排列，材料结构对称性低，物理性质和取向密切相关，不同取向的测量结果迥异，造成各向异性扩散，墨迹呈椭圆形。 学生通过动手实验获取一手数据，经由“现象观察→微观取证→因果推理”的完整探究过程，自主建构相关科学概念。

环节四：工程实践·古法新纸挑战 （约60分钟） 捞纸体验（20分钟）： 在园区专业师傅的指导下，每人动手捞制一张宣纸，并单独抄制一张纯青檀皮纸（不含稻草纤维）。性能预测（20分钟）： 小组讨论——预测自己制作的纯皮纸会有什么书写缺陷？要求联系“纤维结构”知识给出理由（预测方向提示：纯长纤维纸张可能存在墨汁渗透过快、扩散不均匀、纸张发皱等问题）。成果汇报（20分钟）： 各组用“纤维结构→科学原理→纸张性能”的逻辑链条，汇报探究全程的核心发现和预测结论。 从“科学探究”进阶至“工程验证”，沉浸式体验“原料配比—工艺操作—产品性能”的工程思维闭环。

环节五：课程总结与评价 （约30分钟） 教师以“一张纸里的科学世界”为线索，串联全天探究内容。学生填写课程评价表，进行自评与互评。 助力学生搭建起完整的知识体系，借助评价推动学生开展元认知反思。

评价维度 评价内容 自评

科学观念 我能说出宣纸耐久性的至少两个科学原因：一是宣纸呈碱性，pH值大多在8.3，能够抵抗空气中“酸性气体”的侵蚀，纸内纤维不易发生化学变化，不易出现颜色变黄、强度下降等情况，其寿命至少可达1050年，远超普通纸的两三百年、新闻纸的五六十年；二是制作宣纸的原材料为泾县青檀皮和沙田稻草，青檀皮纤维坚韧细长，沙田稻草木质素含量低、纤维素含量高，二者纤维交织使宣纸可寿千年。 

科学观念 我能解释宣纸润墨现象背后的毛细作用原理：毛细作用是液体在狭窄空间中无需外力甚至逆着外力流动的过程，它源于液体和周围固体表面之间的分子间作用力，当液体能浸润固体时，液体的表面张力和与固体的黏附力会共同推动液体移动。宣纸的纤维间存在细密的缝隙，属于多孔材料，墨汁作为浸润液体，会在毛细作用下顺着纤维缝隙扩散，这就是宣纸润墨现象的核心原理。 

探究实践 我能独立完成“墨迹赛跑”实验并准确记录数据。 

探究实践 我和小组成员合作完成了纤维结构模型。 

科学思维 我能用“纤维结构”解释为什么自制纯皮纸性能不同。 

态度责任 我对用科学解读传统文化更感兴趣了。 

我的学习收获与尚存疑问 （开放式填写） 

支持单位：