高中化學跨學科實踐活動項目式教學

中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1項目主題內容分析

學生所在地昆明斗南花卉市場躋身為亞洲最大的鮮切花交易市場，據報道，2024年一季度鮮切花交易量約29.62億枝，在花卉交易高峰期，單日最高供貨量可達850萬枝，累計自2024年鮮切花交易量突破135.4億枝，交易額達135.7億元，為昆明經濟發展做出了巨大貢獻。而由于鮮切花保質期較短，觀賞期受限，未出售的鮮花被大量丟棄，造成資源浪費，因此干花產業已成為斗南花市中的新興發展力量。但學生缺少對干花工藝及產品的關注，不了解干花的自身優勢及干燥方式，對干燥原理的認識不足，面對真實情境，缺乏聯系不同學科知識解決實際問題的能力，難以根據物質性質及實驗條件選擇合適的干燥方法，無法準確理解干燥在實際生產中的重要作用。

干花工藝是根據新鮮花卉細胞的生理特性與所含物質的結構性質，選取物理或化學方法進行脫水，保留其自然形態和色彩的過程。學習該工藝是落實《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》中“學習研究物質性質，探究反應規律，進行物質分離、檢驗和制備等不同化學實驗及探究活動的核心思路與基本方法”的具體體現。目前，干花工藝正處于傳統與科學技術融合的轉型期，市場競爭的核心聚焦于低成本的高效干燥、環保材料的應用、智能化的生產體系及應用領域的拓展等方面。認識干花工藝及產品的創新發展，能深化對化學、技術、社會的相互關系，有效發展“綠色化學”觀念和可持續發展意識，進一步認識化學對社會發展的重大貢獻[1]

本次“揭秘永生花制作過程”的跨學科項目式選題緊密聯系社會生活和科學技術進步新成果[2]，以云南玫瑰永生花為研究對象，基于植物細胞的結構與特點、細胞中水的作用、物質運輸方式，影響植物生長、代謝、死亡等因素，結合干燥原理、化學試劑的性質、氫鍵作用與正確的實驗操作等學科知識，在對鮮切致瑰進行干燥實驗時發現自然風干出現的花瓣褐變，硅膠干燥出現的花瓣褪色、質脆易碎、易脫落等問題，提出“溶液置換法”制作永生花，從分子間的相互作用到細胞的變化、花瓣質感的提升，解決了系列干燥實驗出現的問題，從而確立干燥方法選取思路，培養交叉學科知識綜合運用的能力[3]。在永生花工藝品加工中，加強藝術與生活的聯系，在云南特色花卉產業發展的建言獻策中，為家鄉永生花產業的宣傳奠定基礎，強化社會責任感。

本項目適宜在完成高中化學選擇性必修“有機化學基礎”的高二學生中開展。該階段的學生已具備與項目相關的知識基礎如圖1所示。

化學 生物 美術人教版高中《化學必修第一冊》 人教版高中《生物學必修1-分子與細胞》 人教版高中《美術必修-美術鑒賞》·干燥氯氣 ·細胞中的水 ·美術作品的創作·溶液的配制 ·蛋白質的分布與功能 ·如何鑒賞美術作品人教版高中《化學必修第二冊》 ·植物細胞的結構 人教版高中《選擇性必修-設計》·干燥氨氣 ·原生質層 ·產品設計人教版高中《化學選擇性必修3- ·小分子的被動運輸方式 ·表達設計理念有機化學基礎》 ·酶的性質·分子極性 ·細胞的無氧呼吸·醇的理化性質 ·細菌、真菌的繁殖·氫鍵 ·細胞壞死·纖維素的水解·蛋白質變性

2 項目教學目標

（1）能基于玫瑰花的細胞特點以及市場需求，遷移運用干燥原理、氫鍵、醇的理化性質、植物細胞的結構與組成、物質運輸等知識，探尋最適宜的玫瑰花干燥方式，認識物質在一定條件下可以相互轉化，構建干燥劑選取思路，體會交叉融合學科知識對解決實際問題的重要性，切實感受不同干燥方法對干花質量的影響。

（2）能從產品的功能、經濟、環保等角度，團隊合作制作永生花工藝品，能對色彩進行合理搭配，在明確分工中提升團隊意識，發展創造美、欣賞美的能力。

（3）能深入交流永生花的商業生產價值，進一步了解永生花產業，感受創新意識對社會發展的重要作用，發展大局觀，培養社會責任感，提升主人翁意識。

3項目任務及教學流程

項目任務及教學流程如圖2所示。

項目任務 學生課前活動 學生課中活動 教師支持 設計意圖了解花卉市場行情；感任務一：斗南花市調研 （1）全班同學分為1、2、 匯報花市調研情況 分組，布置實踐任務清單 受本次教學的必要性以3、4組 及意義（2）花市調研：記錄鮮切

第一課時 自然法， 風干玫瑰干燥實驗 量 2提色 優升， （4） （2及 （1現其質脆易碎 12天完成） （3）量，提出膠化 （2）帶領學生觀察實驗結果 角度思解移施，學

第二課時 新 思考如何維持花瓣質感 （2）色選擇多樣 （4）組生品 （4）織學生進行成匯報展示 中學生表現美、（1）總結歸納三種干燥方式的特

第三課時 點 幫助學生總結每種方式任務五： 小組制作永生花，并再加 （2）梳理干燥選取思路 組織學生開展干花產業發展前景 的利弊，能從不同視角歸納總結，前景分析 工為工藝品 （3）從不同角度分析干花發展優 的討論 分析出最具前景的干燥勢并提出發展建議，完成商 方式，強化社會責任感業價值討論 三三宣傳永生花，強化對永課后活動（分組任務） 查閱文獻了解永生花市場發展現狀，補充其商業價值，根據所學向家人朋友介紹并制作永生花 生花的認識，發揮主人翁意識

4項目實施過程及學生學習成果

4.1任務一：斗南花市調研

［教師]設置課前任務清單，學生進行花市調研。

［學生匯報]市售以鮮切花、干花為主，天然玫瑰花色有紅色、粉色、黃色、白色、黑色，經染料加工后顏色有綠色、藍色、彩色等。干花主要有普通干燥花和“永生花”。相比鮮花，干花花色更豐富，工藝品種類除花束外，還有干花相框、燈罩、首飾等。

[教師總結]近幾年，由于鮮花過剩，商家開始研發干花產品，以此提升自身競爭力，干花較鮮切花觀賞期長，顏色豐富多樣，工藝制品種類多且精致。

4.2任務二：認識傳統——自然風干法，發現花瓣褪色褐變

［學生匯報]介紹玫瑰自然風干法原理：水分的蒸發。在干燥時，合理利用垂直空間，用細線將鮮花倒立懸掛在通風、干燥、無陽光直射的地方，讓花朵受力均勻，增大與空氣的接觸面積[4]。

[學生實驗]實驗成果展示如圖3（a）、（b）所示。

圖3自然風干法玫瑰變化結果

風干花形態：花瓣顏色褪去，多為褐色且質脆易碎。

查閱資料后發現褪色原因有以下幾類[5：氧化酶分解花青素顏色褪去，酶促褐變（如圖4所示）、非酶褐變生成黑色物質。

圖4酶促褐變反應過程

4.3任務三：優化提升 硅膠干燥法，解決 花瓣褪色褐變，發現其質脆易碎

［教師]提供資料：玫瑰花中含有揮發油（含香茅醇、香葉醇、橙花醇等）、黃酮類（含糖苷、花色苷糖）、多糖化合物、氨基酸、有機酸、鐵、鋅等[]。

[學生討論]干燥劑的選取：干燥原理分為化學干燥和物理吸附，化學干燥指干燥劑與水生成水合物并將其除去的過程，試劑有濃硫酸、無水氯化鈣、生石灰等，物理干燥指通過吸附作用吸附水，試劑有硅膠。

（1）玫瑰花成分及植物細胞理化性質分析角度

細胞中酶、蛋白質、黃酮類化合物在強酸或強堿條件下不能穩定存在，濃硫酸會加速纖維素的水解，破壞植物細胞壁：

葡萄糖

（2）干燥劑經濟安全分析角度

中性干燥劑氯化鈣吸濕率較高，但干燥吸水放熱會灼燒花瓣。

硅膠干燥劑因內部為極細的毛孔網狀結構，有較強的吸附性能，理化性質穩定，機械強度高，無毒害作用、無味、無腐蝕、無污染，價格便宜。

[學生結論]因此硅膠是玫瑰花干燥劑的首選。

［教師提問]如何判斷玫瑰花已被充分干燥？

［學生討論］方法一：稱量未干燥前花朵質量 m₁ ，再稱量干燥后質量 m₂ ，計算花朵的失水率。失水率在70%～80% ，質量最佳。

方法二：將硅膠浸泡在 CoCl₂ 溶液中，干燥活化后可得變色硅膠，藍色的無水 CoCl₂ 吸水變為紅色，可根據硅膠變色程度判斷干燥程度。且吸水硅膠經光照或80～100^°C 加熱干燥后可重復使用，既節約又環保[7]

[學生實驗]根據課前實驗，小組匯報展示使用硅膠干燥步驟，如圖5所示。

圖5玫瑰花硅膠干燥法操作流程圖

圖6永生花實際生產工藝流程圖

[小組匯報]整理課前實驗結果，并交流改進措施。

小組3：玫瑰花干燥至硅膠顏色無變化，10天，失水率為 78.15% ，顏色保留較好，但花瓣易脫落，質脆易碎。密閉環境下植物進行無氧呼吸，消耗營養物質，產生酒精，細胞死亡，纖維素、果膠等降解，細胞形態和排列方式發生改變。

小組4：玫瑰花干燥至硅膠顏色無變化，12天，失水率為 78.23% ，花型改變，花瓣褶皺有斑點，置于空氣中的玫瑰顏色慢慢褪去。硅膠中加入質量輕體積小的細沙，避免硅膠與花瓣直接接觸，解決花瓣受力不均勻花型改變的問題。花青素易被氧化，因此保存于干燥、密閉、避免太陽直射的環境中。

總之，用硅膠干燥時較風干短，密閉保存可保持花色，但花瓣易脫落、質脆易碎、有斑點、不平整。

4.4任務四：改進創新——溶液置換法，解決花瓣質脆易碎且顏色選擇多樣

[教師提問]針對硅膠干燥出現的問題，討論需要 攻克的難點有哪些？

[學生]植物細胞的細胞液中含有大量水，充盈的液泡使細胞堅挺，能維持細胞的形態和結構，決定花瓣的質地和韌性。但自由水含量越多，代謝越旺盛，花朵易腐敗。

[教師提問]若除去水后如何維持細胞結構與形態呢？“永生花”的出現解決了這一問題，讓我們一起走進“永生花”生產基地，實際探訪生產過程，揭秘永生花的制作原理。

[小組活動]繪制“永生花”生產工藝流程圖，如圖6所示。

[教師提問]挑選修剪的要求對產品質量有何影響？

[學生]開度為6～7的玫瑰花型完整，花瓣的層次感和立體感較強，避免因花瓣重疊或過于緊密導致處理不均勻；有斑點或破損的花瓣容易產生細菌或霉菌，加速花朵腐敗；花莖剪至2～3厘米有利于產品固定并加快干燥速度。

[教師提問]為什么使用有機醇溶液A液可以干燥

水分且除去色素？

[小組討論]根據氫鍵具有方向性和飽和性的特點，乙醇與水能形成氫鍵，如圖7所示，且氧原子的電負性較大，形成的O一H--O氫鍵較強。隨著乙醇的揮發帶走水分，同時液相干燥劑能與花瓣均勻接觸。同時，乙醇是良好的極性溶劑，玫瑰花中的花青素、山柰酚、葉綠素等色素是極性有機物，根據“相似相溶”原理，玫瑰花中的水溶性、脂溶性色素均可溶解在乙醇中，如圖8所示。

圖9永生花制作過程

[教師提問]玫瑰花經A液浸泡后為什么還需浸泡 在B液中？B液對永生花的制作有何影響？

[學生]乙醇常溫常壓下的沸點為 78.3% ，易揮發，導致花瓣皺縮，且花瓣中的乙醇會吸收空氣中的水分，干燥不充分，花易腐敗，所以A液不能充分干燥鮮花，因此經脫色脫水處理的玫瑰花需在30秒內迅速置于B液中。B液成分主要為聚乙二醇400、無水乙醇、丙三醇。

圖8乙醇浸泡24小時后玫瑰花形態特征

聚乙二醇：由環氧乙烷與水或乙二醇加成聚合而成，沸點 gt;250^°C ，不易揮發，性質穩定，與乙醇互溶，分子量在400 的聚乙二醇為液體，是二次置換液的最優選擇[8]

無水乙醇：干燥水分。

丙三醇：沸點為 180^°C 左右，一個丙三醇分子中含有三個羥基，與聚乙二醇、乙醇形成分子間氫鍵，增加氫鍵數目，分子間作用力增強，醇分子不易揮發。

因此B液成分無毒，不易揮發，不會和空氣中的水、二氧化碳、氧氣反應，能保證產品不易吸水腐敗，保持花型完整。

[教師提問]在脫水脫色以及浸泡上色中，如何判斷兩個過程充分完成？

[學生]在脫水脫色中，當花瓣顏色完全褪去立馬轉移至下一環節，在浸泡上色時，花瓣顏色上色均勻即可進行浮色清洗。植物細胞含有多種酶，細胞壁、細胞膜、細胞核、細胞質、線粒體中均含有蛋白質，若長時間浸泡，乙醇會使蛋白質變性，從而改變細胞形態和結構。

［教師總結]通過學習，我們要意識到在實際生產生活中，要聯系不同學科知識進行問題分析。通過溶液置換法得到的玫瑰花將其稱為“永生花”，寓意永不凋謝的愛，為延長其觀賞期，保存于無陽光直射、干燥的地方。

[學生]梳理永生花制作步驟，如圖9所示。

永生花制作步驟

[小組作品展示]學生成品展示如圖10所示。

圖10學生永生花工藝品成果展示

評價標準及小組互評結果如表1所示。

表1永生花工藝品制作評價標準及組間互評結果

4.5任務五：歸納總結，前景分析

[學生總結]通過學習，我們深入認識了永生花的制作過程，意識到學科知識的交叉融合性、實驗操作的科學嚴謹性對生產生活的重要意義，通過永生花制作的探秘幫助我們清晰構建永生花干燥方法的選取思路，如圖11所示。

圖11干燥劑選取思路框架

［學生活動]角色扮演一分析市場前景

銷售經理：如今，各行各業都需不斷創新，提升自身競爭力，才能緊跟時代發展。對斗南花市來說，在蓬勃發展鮮切花產業的同時，研發適宜的干燥方式，創新干花產業，滿足市場供給需求成為相關人員亟待解決的問題之-[9] 。

花市商家：總結不同的干燥方式原理、環境友好度、制作時間、制作成本及成品質量，如表2所示。

表2學生討論結果

因此，我們認為永生花優勢明顯。永生花顏色豐富，可塑性較強，成本較低，研發永生花生產流水線，減少鮮切花浪費，將其打造為特色產業，增加競爭力。同時迎合市場需求，開創更多永生花工藝制品，設置永生花制作工坊，讓顧客體驗永生花的制作。在增加創收的同時，擴大宣傳永生花的寓意及優勢。

市場研發人員：永生花制作時間較短，操作簡便，置換液易得，對環境友好，無污染，成品無異于鮮切花，保質期長，工藝品可塑性強。

顧客：市場上稀有花色的玫瑰價格昂貴，永生花花色豐富，觀賞價值較高，能長期保存，工藝品種類精致多樣。

人才市場人員：永生花需人工挑選優勢花朵，人工固定干燥花朵，人工把控成品質量及完成包裝，因此可以設置對應的崗位，緩解就業壓力。

國家層面：目前國外永生花生產技術已較為成熟，而我國也在持續研究中，以昆明鄭繼蘭花卉有限公司和云南夢之草柔姿鮮花有限公司為代表的企業不斷進行技術革新，中國現已成為世界上第四個擁有專業花卉保存技術的國家，為我國的永生花發展做出了巨大的貢獻。同時，永生花可以進行出口貿易，加強各國交往，帶動經濟發展。

［教師總結]因此，永生花能推動我國鮮花經濟產業鏈的發展，利用得天獨厚的玫瑰種植環境，堅持自主研發，打造優質永生花品牌，為云南的鮮花產業注入新的活力。

4.6課后活動（自行安排）

查閱文獻了解永生花市場發展現狀，補充其商業價值，根據所學向家人朋友介紹并制作永生花。

5項目教學效果及改進建議

5.1教學效果

為有效評估此次教學效果，設計了項目評價量表，如表3所示。學生自評打分，發放自評表共40份，收回有效評價量表40份，對數據進行整理分析。其中優秀人數為32名，良好人數為8名，各維度評價標準結果用平均分體現，如圖12所示。結果表明，通過本節課的學習，學生系統梳理了干燥體系，深入感受了永生花的開發價值;掌握了永生花制作的學科知識，體悟到了知識間的緊密聯系以及科學性和實用性，能進一步根據實際問題交叉融合學科知識思考并解決問題，提升了審美能力；在永生花的價值分析中，能從多維度看待問題，強化了社會責任感。大家還表示希望能有更多的機會了解云南本土特色產業蘊含的科學知識，有意識地去了解生活中的學科知識。

表3項目評價量表

圖12項目各評價內容平均分結果

5.2教學反思及改進建議

本次教學從云南特色花卉產業入手，分析干花制作工藝的學科知識并進行工藝優劣的討論，教學過程采用項目式教學，在層層遞進的學科交叉融合中引導學生發現問題、分析問題、解決問題，構建干燥劑選取思路，在提升學生學科素養和審美能力的同時，幫助學生了解云南干花產業的發展，進一步了解家鄉特色，為云南花卉產業發展諫言獻策，提升主人翁意識，增強社會責任感。但仍需從以下問題進行改進：（1）該項目需對資料進行整理提取，任務量大，教師可先篩選優質網站或優質論文，為學生提供參考；（2）該項目干燥過程耗時多，教師可提前安排小組同時進行不同干燥方式的實驗，節省時間的同時還能同步觀察各干燥方式下玫瑰花的變化。

參考文獻：

[1］中華人民共和國教育部制定.普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）［S].北京：人民教育出版社，2020.

［2］黃滿霞，秦晉，楊燕，傅志杰.核心素養導向下的“跨學科-項目式\"教學設計—以“我幫稻農選好種”為例［J].化學教學，2020，（10）：50～55.

［3］葉燕珠，沈雪青，吳新建，汪阿戀．STEM視域下初中化學跨學科項目式學習實踐研究一以“探尋火箭發射的奧秘”為例[J].化學教學，2024，（4）：38～45.

［4］陸琳，蘇艷，張顥，王麗花，瞿素萍．干花制作工藝與保存方法綜述[J].中國農學通報，2008，（10）：369～372.［5」武月紅，白艷玲.干花制作過程中色變機理的研究[J].內蒙古農業科技，2010，（6）：53～54.

［6］高嘉寧，張丹，龍偉，黃田鈷.玫瑰花主要化學成分和藥理作用研究進展[J]：化學工程與裝備，2021，（3）：205～206.

［7］季偉偉，杜際更，王志庚，李光躍.硅膠干燥劑適用范圍的探究[J]．化學教學，2023，（8）：73～76.

［8］馬宇航，李萍，徐斌，張源，吳義強，左迎峰．硅酸鈉聚乙二醇浸漬改性楊木工藝及性能研究［J]．包裝工程，2023，44（23）：1～10.

［9］陸繼亮.云南永生花產業漸成規模[J]．中國花卉園藝2022，（11）：24～27.