基于學(xué)科素養(yǎng)的高中化學(xué)跨學(xué)科校本課程項(xiàng)目設(shè)計(jì)與實(shí)施
——以“探究和制作乙醇免洗手消毒凝膠”為例

蔣慧文 宋倩雯 張 凱*

（1.黃岡師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院 湖北黃岡 438000；2.陜西師范大學(xué)教育學(xué)部 陜西西安 710062；3.湖北省黃岡中學(xué) 湖北黃岡 438000）

一、研究背景

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版2020 年修訂）》明確指出要加強(qiáng)選修課程建設(shè)，開(kāi)設(shè)豐富多樣的選修課程，為學(xué)生提供選擇性，使普通高中課程方案落到實(shí)處［1］。開(kāi)設(shè)化學(xué)校本課程能夠滿(mǎn)足學(xué)生個(gè)性化發(fā)展的需要，落實(shí)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，為學(xué)生將來(lái)從事化學(xué)研究工作打下基礎(chǔ)。校本課程內(nèi)容的選擇，要引導(dǎo)學(xué)生從化學(xué)角度認(rèn)識(shí)世界，關(guān)注化學(xué)、技術(shù)、社會(huì)、環(huán)境之間的聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生資源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)的意識(shí)［2］。高中化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的5 個(gè)方面，各有側(cè)重，相輔相成，要求學(xué)生掌握化學(xué)思想與方法后勇于創(chuàng)新，進(jìn)一步形成高層次的價(jià)值追求。為落實(shí)立德樹(shù)人根本任務(wù)，促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展，拓展高中化學(xué)課程廣度，基于高中化學(xué)、生物學(xué)科核心素養(yǎng)設(shè)計(jì)校本課程，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用多門(mén)學(xué)科知識(shí)分析解決實(shí)際問(wèn)題，使學(xué)科知識(shí)在解決生活中真實(shí)情境問(wèn)題的過(guò)程中得到延伸與融合。

消毒劑是生活中常見(jiàn)的衛(wèi)生防護(hù)產(chǎn)品，常見(jiàn)的消毒劑有84 消毒液、75%酒精、含碘消毒劑等［3］。在乙醇消毒產(chǎn)品中，乙醇消毒濕巾和液體酒精等存在隨身攜帶的危險(xiǎn)性和使用后污染性等問(wèn)題。乙醇免洗手消毒凝膠具有安全性好、便于攜帶的特點(diǎn)，使用中不需要水沖洗，就能抑制和清除手部細(xì)菌，達(dá)到節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境的效果，從而廣泛應(yīng)用于手部的衛(wèi)生清潔。設(shè)置消毒產(chǎn)品相關(guān)內(nèi)容的跨學(xué)科校本課程讓生活中的實(shí)際問(wèn)題和多學(xué)科知識(shí)相聯(lián)系，能夠體現(xiàn)科學(xué)教育的生活性和普遍性。

二、項(xiàng)目設(shè)計(jì)

乙醇免洗手消毒凝膠作為一款手部殺菌消毒產(chǎn)品，在日常生活中有廣泛的應(yīng)用，選取“探究和制作乙醇免洗手消毒凝膠”為主題，幫助學(xué)生在認(rèn)識(shí)和了解消毒產(chǎn)品的基礎(chǔ)上進(jìn)行簡(jiǎn)單的動(dòng)手制作，帶領(lǐng)學(xué)生感受日化產(chǎn)品的制作過(guò)程，引導(dǎo)其用科學(xué)的研究方法評(píng)價(jià)和改進(jìn)產(chǎn)品，綜合發(fā)展學(xué)生的個(gè)人能力。

1.教材分析和學(xué)情分析

本項(xiàng)目?jī)?nèi)容包含化學(xué)與生物兩個(gè)學(xué)科，涉及各學(xué)科必修和選擇性必修部分，適用于知識(shí)體系相對(duì)完善、課業(yè)負(fù)擔(dān)相對(duì)較小的高二年級(jí)學(xué)生。結(jié)合高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)和高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)中的內(nèi)容要求和學(xué)業(yè)要求，項(xiàng)目?jī)?nèi)容對(duì)應(yīng)的教材分析和課標(biāo)分析如表1所示。

表1 “探究和制作乙醇免洗手消毒凝膠”項(xiàng)目的教材分析和課標(biāo)分析

針對(duì)高二年級(jí)學(xué)生做學(xué)情分析：①知識(shí)層面：掌握乙醇等有機(jī)化合物的相關(guān)化學(xué)知識(shí)，細(xì)菌、病毒和蛋白質(zhì)的相關(guān)生物知識(shí)，但對(duì)日化產(chǎn)品中課本上未涉及的物質(zhì)相對(duì)陌生。②能力層面：具有一定分析推理和實(shí)驗(yàn)探究的能力，有合作學(xué)習(xí)的意識(shí)，但在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)分析上還需要教師的引導(dǎo)。③心理層面：好奇心強(qiáng)，求知欲強(qiáng)，具有探究意識(shí)，但實(shí)驗(yàn)探究容易流于形式，思維深度不夠。

2.教學(xué)目標(biāo)

依據(jù)教材分析和課標(biāo)分析，綜合兩門(mén)學(xué)科的特點(diǎn)，制定如下的教學(xué)目標(biāo)：

（1）學(xué)習(xí)消毒劑及其發(fā)展歷史、乙醇免洗手消毒凝膠的成分和用途，調(diào)查討論消毒劑的使用情況，感受衛(wèi)生防護(hù)產(chǎn)品在保障人類(lèi)健康和美好生活方面所發(fā)揮的重要作用。

（2）通過(guò)設(shè)計(jì)乙醇免洗手消毒凝膠的制作配方、工藝，了解日化產(chǎn)品的制作流程，書(shū)寫(xiě)產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)，體驗(yàn)日化產(chǎn)品的制作過(guò)程，提高實(shí)驗(yàn)操作和科學(xué)探究的能力。

（3）通過(guò)實(shí)驗(yàn)、現(xiàn)代儀器測(cè)定，進(jìn)行乙醇免洗手消毒凝膠評(píng)價(jià)和評(píng)分，認(rèn)識(shí)產(chǎn)品評(píng)價(jià)中包含的科學(xué)研究方法，形成科學(xué)研究方法解決實(shí)際問(wèn)題的意識(shí)。

（4）通過(guò)小組研究匯報(bào)、合作探究和評(píng)價(jià)反思，發(fā)展合作學(xué)習(xí)的意識(shí)和嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的科學(xué)精神。

3.設(shè)計(jì)思路

圍繞“探究和制作乙醇免洗手消毒凝膠”的主題設(shè)置了三個(gè)子項(xiàng)目，每個(gè)子項(xiàng)目中設(shè)置3個(gè)學(xué)習(xí)目標(biāo)及對(duì)應(yīng)的活動(dòng)內(nèi)容，同時(shí)每個(gè)項(xiàng)目也指向了不同的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)和生物學(xué)科核心素養(yǎng)，設(shè)計(jì)思路如圖1所示。

圖1 “探究和制作乙醇免洗手消毒凝膠”項(xiàng)目的設(shè)計(jì)思路

三、項(xiàng)目實(shí)施

項(xiàng)目設(shè)計(jì)總共四個(gè)課時(shí)，第一課時(shí)為前期準(zhǔn)備，第二課時(shí)為匯報(bào)交流，第三課時(shí)為實(shí)驗(yàn)制作，第四課時(shí)為產(chǎn)品評(píng)價(jià)與交流。前三個(gè)課時(shí)間隔一周，第三、四課時(shí)間隔兩周。

1.聯(lián)系事實(shí)，引出問(wèn)題

第一周第一課時(shí)，教師展示常見(jiàn)的衛(wèi)生防護(hù)產(chǎn)品，拋出“消毒劑有哪些？”“消毒劑是如何產(chǎn)生的？”“乙醇免洗手消毒凝膠是什么？”等問(wèn)題，引發(fā)學(xué)生對(duì)生活中真實(shí)問(wèn)題的思考，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2.成立小組，制定方案

第一周第一課時(shí)，根據(jù)討論總結(jié)出核心問(wèn)題，學(xué)生在教師指導(dǎo)下自由結(jié)成4～6 人的小組，并設(shè)置組長(zhǎng)。各小組明確組內(nèi)成員分工，制定活動(dòng)方案，為后續(xù)開(kāi)展社會(huì)調(diào)查研究、資料查閱等活動(dòng)做好準(zhǔn)備。

3.分析調(diào)查，社會(huì)實(shí)踐

第二周第二課時(shí)，學(xué)生在教師指導(dǎo)下交流匯報(bào)，了解消毒劑及其發(fā)展歷史，認(rèn)識(shí)乙醇免洗手消毒凝膠的主要成分和作用，學(xué)習(xí)乙醇?xì)⒕镜臋C(jī)理，分析討論消毒劑的社會(huì)調(diào)查結(jié)果。

（1）乙醇免洗手消毒凝膠殺菌消毒的機(jī)理：乙醇進(jìn)入細(xì)菌內(nèi)部后，乙醇分子中的乙基會(huì)破壞蛋白質(zhì)內(nèi)部憎水基團(tuán)間的吸引力，水分子會(huì)使蛋白質(zhì)親水基團(tuán)間的吸引力減小，共同作用下細(xì)菌蛋白質(zhì)脫水，變性凝固，從而殺死細(xì)菌。同時(shí)破壞細(xì)菌的細(xì)胞壁使細(xì)胞溶解、抑制細(xì)菌的酶系統(tǒng)阻礙代謝和繁殖。病毒由內(nèi)部的核酸和外部的蛋白質(zhì)外殼組成。乙醇能夠破壞病毒外殼的蛋白質(zhì)成分，使其喪失感染正常細(xì)胞的能力。

（2）體積分?jǐn)?shù)為75%的乙醇消毒效果最佳的原因：此濃度下的乙醇滲透壓與細(xì)菌相似，既不會(huì)因乙醇濃度過(guò)高導(dǎo)致細(xì)菌蛋白脫水過(guò)于迅速，細(xì)菌表面的蛋白質(zhì)先凝固形成堅(jiān)固的包膜，使得乙醇分子難以滲入細(xì)菌內(nèi)部，又不會(huì)因乙醇濃度過(guò)低時(shí)滲透性降低，乙醇分子不易進(jìn)入細(xì)菌內(nèi)部［3］。

4.合作探究，成果共享

第三周第三課時(shí)，教師提前與各小組同學(xué)協(xié)商，提前準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)藥品和器材，確定乙醇免洗手消毒凝膠制作配方［4］，如表2所示。按照制作工藝進(jìn)行乙醇免洗手消毒凝膠的制作，在制作完成后書(shū)寫(xiě)產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)。

表2 乙醇免洗手消毒凝膠制作配方（制作100 mL產(chǎn)品）

（1）乙醇免洗手消毒凝膠制作工藝：用電子天平準(zhǔn)確稱(chēng)取1.4 g的卡波姆940粉末，量取28 mL蒸餾水，倒入50 mL 燒杯中，將卡波姆940 粉末加入盛有蒸餾水的燒杯中，放入磁力攪拌子，用磁力攪拌器在75℃加熱攪拌30 min 左右，使卡波姆940 的粉末完全溶脹成透明凝膠狀；向燒杯中加入19.5 mL 的75%乙醇溶液、0.5 mL 的甘油，適量玫瑰香精，攪拌均勻；滴加適量三乙醇胺調(diào)節(jié)pH，攪拌均勻呈凝膠狀；用注射器轉(zhuǎn)移產(chǎn)品到分裝軟管中，貼好標(biāo)簽。

（2）制作的產(chǎn)品如圖2所示，產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)如表3所示。

圖2 乙醇免洗手消毒凝膠產(chǎn)品展示

表3 乙醇免洗手消毒凝膠產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)

5.交流評(píng)價(jià)，綜合反思

第五周第四課時(shí)，各小組分別進(jìn)行產(chǎn)品的評(píng)價(jià)結(jié)果匯報(bào)，分享實(shí)驗(yàn)過(guò)程，總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論，根據(jù)評(píng)分表進(jìn)行產(chǎn)品評(píng)價(jià)，評(píng)分細(xì)則如表4所示。評(píng)價(jià)過(guò)程中可以利用pH 計(jì)等現(xiàn)代儀器，從體感、觀感、功能和說(shuō)明書(shū)書(shū)寫(xiě)等方面綜合評(píng)價(jià)各小組的產(chǎn)品。

表4 乙醇免洗手消毒凝膠產(chǎn)品評(píng)分表

四、項(xiàng)目評(píng)價(jià)

“制作乙醇免洗手消毒凝膠”是本項(xiàng)目中的重要內(nèi)容，針對(duì)實(shí)驗(yàn)制作環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)表現(xiàn)評(píng)價(jià)的評(píng)價(jià)目標(biāo)及要求，如表5所示。跨學(xué)科主題的學(xué)習(xí)重在培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，各個(gè)項(xiàng)目結(jié)束后，可以采取學(xué)生自評(píng)、學(xué)生互評(píng)和教師評(píng)價(jià)多重維度的表現(xiàn)性評(píng)價(jià)表［5］，評(píng)價(jià)學(xué)生在課堂上的表現(xiàn)來(lái)檢測(cè)教學(xué)成果，具體內(nèi)容如表6所示。

表5 “制作乙醇免洗手消毒凝膠”的評(píng)價(jià)目標(biāo)及要求

表6 “探究和制作乙醇免洗手消毒凝膠”的課堂表現(xiàn)評(píng)價(jià)

五、項(xiàng)目反思

根據(jù)“探究和制作乙醇免洗手消毒凝膠”為主題開(kāi)發(fā)校本課程項(xiàng)目，豐富了傳統(tǒng)課程的應(yīng)用性，促進(jìn)學(xué)生知識(shí)與方法的應(yīng)用，讓學(xué)生在解決實(shí)際問(wèn)題的同時(shí)落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。其次，跨學(xué)科課程能夠有效打破學(xué)科之間的壁壘，促進(jìn)學(xué)生綜合運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)，整合設(shè)計(jì)相關(guān)內(nèi)容能夠充分發(fā)揮校本課程的育人價(jià)值。本項(xiàng)目對(duì)學(xué)生、教師、學(xué)校的能力和水平要求較高，其中微生物培養(yǎng)對(duì)設(shè)備要求時(shí)間跨度較長(zhǎng)，實(shí)際實(shí)施過(guò)程中可以適當(dāng)調(diào)整時(shí)間安排。