“创皂生活”

2019-05-24赵洋洋闫春更冯肖肖周宝石周青

中国教育信息化·基础教育 2019年4期

赵洋洋闫春更冯肖肖周宝石周青

摘要：文章基于STEAM理念，以“手工皂的制作与应用”为主题创设真实情境，围绕“皂化反应”这一科学概念，设计了“创皂生活”特色STEAM课程，对STEAM理念应用于实际课堂教学的策略进行了探索，对教学设计与实施过程中课堂的主体性、课程的组织与管理、教学评价的适切性进行了反思。

关键词：STEAM;教学设计;皂化反应;手工皂;化学

中图分类号：G420 文献标志码：B 文章编号：1673-8454（2019）08-0038-05

进入21世纪以来，以数学为基础，通过工程和艺术理解科学与技术的跨学科整合的STEAM教育在不断完善和发展当中。基于核心概念，整合学科知识，实现对重要原理的深入探索，发展学生科学思维，促进学生参与工程实践并提升学生的科学素养，已经成为国际STEAM教育的共识，这也是STEAM教育研究和课程开发的发展方向[1]。

对于一线教师来说，将STEAM教育的理念与实际学科教学结合起来进行课程开发和教学设计尤为重要，如何基于STEAM教育理念融合跨学科内容，将工程设计嵌入课堂中是当前教师面临的难题之一。

在實际教学中，各种学科知识和技能是在解决真实世界问题时相互连接和交叉的。以手工皂为例，生活中不同造型、不同功能（洗护、空气清新、装饰）的手工皂中蕴含丰富的化学及其他相关学科知识，其制作过程能够考察学生的动手能力，其设计过程能培养学生的独创性[2]。

本研究基于STEAM理念，以“手工皂的制作与应用”为主题创设真实情境，围绕“皂化反应”这一科学概念，设计了“创皂生活”特色课程，旨在探索将STEAM理念应用于实际课堂教学中的方法及意义。

一、设计需求分析

1.课标分析

《普通高中化学课程标准（2017年版）》中对于本节内容提倡以真实的化工生产过程为研究对象，借助相关资料对化工生产原理、流程进行复原和模拟，这要求教师在课程设计时应关注真实情境，模拟生产过程，培养学生的实践精神和动手能力。

2.教材分析

人教版高中化学《有机化学基础（选修5）》中关于本节内容主要以实践活动的形式呈现，包括工业制皂工艺、设计实验比较肥皂和洗涤剂的不同两部分内容，要求学生能够进行自主实践，将所学知识用于解决实际工业生产和生活问题。

3.学情分析

（1）知识层面

学生已经掌握生活中的皂类相关知识、油脂碱性水解的相关知识和基本的实验操作知识，但同时缺乏与制皂相关的产品成分及皂化反应等化学知识;与皂基成型相关的压力、湿度等物理知识;与产品设计相关的调研、方案设计优化、产品外观设计等工程领域知识;与产品制作相关的测量、计算等数学知识;与产品外观造型设计相关的艺术设计知识等。

（2）能力层面

学生已有基本的知识及交流能力、思维抽象能力和基本实验操作能力，有待提升的能力包括：从实际出发分析解决问题的能力、工程设计和产品制作的能力以及提炼解决某一类问题的思维方法和能力。

二、设计理念与思路

1.设计理念

STEAM是科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、艺术（Arts）和数学（Mathematics）英语首字母的缩写。STEAM教育强调综合各学科特点，将知识的获取、方法与工具的应用、创新生产的过程进行有机的统一[3]。其中，科学重在发现探索，技术侧重发明革新，工程强调集成建造，艺术突出创造思维，数学强调逻辑推理。总的来说，STEAM教育的核心理念包括：知识整合、情境学习、问题驱动、社会交互、实践应用。

（1）知识整合

STEAM课程作为跨学科课程，需要教师围绕某个涉及不同领域的核心概念，将不同学科知识按照一定的课程逻辑进行整合，从而将分散的学科知识结构化。

“创皂生活”课程内容中涉及化学、物理、工程、数学、设计学等知识，彼此不可或缺、互相联系，课程设计不能只拘泥于某个特定学科或者过于关注学科界限，而应将重心放在特定问题上，强调利用多学科相互关联的知识来解决问题，实现跨越学科界限，从多学科知识综合应用的角度提高学生解决实际问题的能力[4]。

比如，在进行皂类产品的设计制作过程中，学生利用测量、计算等数学知识准备原料，在了解皂类相关制备原理的基础上进行皂类制备，结合压力、湿度等物理知识进行皂基成型，最后结合美术设计原理实现对皂类产品外观的设计。这一过程中，学生能够综合利用跨学科知识来解决实际问题，真正实现知识的整合运用。

（2）情境学习

知识、学习是与情境化的活动联系在一起的，只有投入到真实的、有意义的任务和问题中，即模拟专家在真实世界的情境中做的事情时，学生才能真正对学习材料产生自己的理解。本次课程主要以生活情境和问题情境两种方式进行呈现，比如通过为学生呈现“生活中常见皂类产品”具有一定的趣味性，能够激发学生的学习欲望，引导学生思考如何制备皂类产品，让学生在情境中发现问题，寻找解决问题的方法。

（3）问题驱动

问题驱动是指以教学内容中某一知识为线索，创设真实生动的教学情境，精心设计出环环相扣、层层递进的问题，使问题贯穿整个教学过程，让学生围绕提出的问题，分析和解决问题，以达到掌握基础、启发思维、培养分析和解决问题的能力。

在工程设计中，经过测试后经常会遇到新的问题，这也体现了工程设计的迭代性，需要再次经过分析处理解决问题。问题驱动不仅能提高课堂参与度，还能调动学生思维，把控整个课堂节奏[5]。

本次课程从生活中的皂类产品这一真实情境出发，从制皂机理深入到如何制备皂类产品等问题，学生再经过方案设计、方案实施、方案评价等一系列过程，达到对问题的步步深入。

（4）社会交互

建构主义认为，学习是一个文化参与的过程，学习者通过参与到某个共同体的实践活动中来建构有关的知识。学习不仅是个体对学习内容的主动加工，而且需要学习者进行合作互助。学生通过讨论、交流、观点争论，相互补充和修改，共享集体思维成果，完成对所学内容的意义建构。这种社会交互通常以学习共同体为形式来达成教学目标。

本次课程依据该理念，采取小组合作学习的组织形式，小组成员首先围绕皂类产品的制备进行系统的讨论，明确问题解决的思路、方法和成员分工;然后学生借助网上搜索工具进行资料的收集，了解与制皂相关的知识与信息，小组交流设计出合适的产品设计方案;进而进行小组实验，展开产品的设计制作过程;最后通过小组展评的形式进行成果展示。

（5）实践应用

STEAM教育的教学过程强调实践性，注重课程内容与社会实践的紧密联系，旨在让学生在实践中学习，从而获取知识和技能，并应用于真实情境的问题解决。学生在实践过程中经过获取数据信息、分享呈现结果、支持协作共享、设计建造测试模型、多媒体展示等一系列活动促进思维发展和能力提升。

本次课程设计了“情境引入，提出问题”“调查研究，合作交流”“设计方案，对比创新”“设计建造，测试改进”“分享交流，总结强化”五个阶段的实践活动，整个过程以学生为主体，学生通过小组调查、实践探究、合作交流等形式发现问题、解决问题，教师发挥协调、指导、检查、监督、计时的作用，让学生主动参与到活动中去，体验整个实践过程，更好地将抽象知识和实际生活相联系。

2.设计思路

按照本课程所包含的STEAM教育的具体内容给出设计思路，如图1所示。

3.教学过程

依据教学设计思路，设计“创皂生活”课程的教学流程，具体教学过程如下：

（1）情境引入，提出问题

活动1：看——皂类世界

教师活动：引导学生从生活中用肥皂去污的思路出发，延伸皂类的其他用途，注意让学生学会分析配方，回忆皂类的主要成分及制备原理，并提出问题：如何制备皂类产品？皂类产品都有哪些？制作方法一样吗？

学生活動：观看不同类型的皂类及不同品牌的产品介绍;回答教师问题，手工皂的主要成分是高级脂肪酸钠，且高级脂肪酸钠是由油脂和氢氧化钠反应所制得;思考问题：有学生认为工业上制皂可能是在大锅里熬制定型;有学生认为直接利用皂化反应将油和碱混合即可。

设计意图：从生活情境出发，让学生从基本的生活用品自然地进入到课堂主题，激发学生的学习兴趣。通过提问让学生对手工皂的成分进行分析、思考，联系已有的化学知识和生活常识来对皂类制作进行更深入的认识，从问题出发步步深入。

（2）调查研究，合作交流

活动2：找——制皂工艺

教师活动：布置调研任务，引导学生了解一件产品的制造必须掌握其加工方式、种类及外观造型;提醒学生注意收集信息过程中有效性的筛选;指引学生依据各自特点选取合适的分类方式;指导学生从调查研究中总结、分析不同皂类产品的设计意图和用途;设置问题评价，如工业制造皂基中为何要盐析？制皂方法的选择需要考虑哪些因素？

学生活动：明确调研目的，选择调研方法，选取合适的检索工具;合理安排分工、学生分组交流讨论，采取上网检索的方式收集数据;整理调查结果，撰写调研报告（见表1）;比较现有肥皂的种类，合理规划自己制皂的用途和目的，在此基础上选取合适的皂类的加工方式，设计自己独特的皂类外观造型;思考教师提出的问题，加深对皂类的认识。

设计意图：通过分组合作，构建学习共同体，让学生在合作中真正认识皂化反应的过程及其应用，以问题思考的形式让学生自己通过查找资料来构思设计自己的实验方案。

（3）设计方案，对比创新

活动3：变——自主设计

教师活动：提示学生思考，在方案设计中考虑可行性因素及经济性因素，注意工程设计的可操作性;引导学生从制作工艺、外观造型、产品功能等方面进行创新。

学生活动：通过调研报告先独自设计产品制作方案，选取自己认为合适的制皂方法;小组讨论交流设计方案，修改汇总后形成组内设计方案，包括产品名称、设计要求、制作工艺、外观造型设计、创新点总结等，完成产品设计方案表（见表2）。

设计意图：学生对自己的设计方案进行优化改进，不仅只是设计，更要学会对过程进行分析，学会总结和思考、优化和改进，进一步培养学生解决实际问题的能力。

（4）设计建造，测试改进

活动4：动——实施方案

教师活动：提醒学生操作的规范性及安全性。针对实验中遇到的问题，引导学生学会再次从调研结果中分析，学会反思。

学生活动：学生按照实验方案分组展开产品制作，第一小组制作工艺如表3所示，产品造型采用硅胶模具高脚杯造型。

设计意图：在真实制作过程中锻炼学生的动手能力，在实际操作中发现问题、改进学案，体会工程设计的迭代性，增强学生实验操作的熟练程度。

（5）分享交流，总结强化

活动5：说——你讲我评

教师活动：组织学生展示及评价产品，总结关于肥皂的创新设计，除了配方设计以外有两类，一类是对造型的设计改变，更方便使用;另一类通过改变使用方式，改变皂类产品的一些使用问题，给人们带来使用感受上的新体验。

学生活动：各个小组选出代表，展示自己的设计产品，并对其设计理念和创意进行介绍，学生自评互评。

第一组：红酒手工皂，面向白领青年人群。外形采用高脚杯设计，高雅时尚。并且红酒中的葡萄多酚含量丰富，对于缓解肌肤暗沉有不错的效果，长久使用能够起到收敛毛孔、美白肌肤的作用。大部分红酒中都含有SOD素，能够起到精致毛孔及美白的效果。

第二组：水晶手工皂，面向少女群体。颜色主打粉色，透明水晶中封有干花，皂型为方形和圆形，满满的少女心。整个设计造型精美，采用不同花系列，不仅可以用来洁面护肤，也可用作装饰品或者空气清新皂。

第三组：卡通手工皂，面向儿童。外形采用小鸭子造型，可爱灵动，并且皂两面带有齿痕，增大起泡量。

设计意图：在产品展示过程中不仅让学生看到生活之美，更学会发现美、制作美、创造美，并通过展示过程锻炼了学生的语言表达能力和思维能力。通过回顾皂化反应的一些知识，让学生自己动手、自主开发、自我评价，拓展了学生知识，开阔了学生思维，提高了学生解决问题的能力，真正实现学科融合。

三、教学反思

按照新课标要求，基于STEAM理念的“创皂生活”课程的设计，融合了化学、物理、数学等学科知识，运用多媒体技术、实验操作技术等相关技术手段，综合考虑工程问题中的全局意识、成本意识、创新意识等，对学科课程内容与STEAM理念的有效融合进行了积极探索。

从要素解构的视角审视，该设计体现的教育内涵如下：

1.科学知识层面

重点突出化学知识又兼顾其他学科知识的跨学科整合。其中，化学知识涉及到皂类中的化学成分、皂化反应等重要反应，以及与制皂相关的化学知识;物理知识涉及到压力、湿度对皂基成型的影响，体现跨学科的理念。

2.科学技术层面

通过查找资料学习皂类产品的配方更新以及制皂工艺的优化，学生主要进行化学实验的操作技术，真实体验“科技创造生活之美”。在活动中，每个小组都扮演了独立的手工皂制作工厂的角色，更能体现情境学习的理念。

3.工程问题层面

利用不同类型的皂类图片生活情境激发学生的学习兴趣，让学生解决的第一个问题是“皂类产品是怎样制备的”，从而让学生通过查阅相关资料来对皂类知识进行了解，设计出自己的制造方案，经过学生讨论、教师评价，学生再进行具体的实验操作。制皂工艺不仅仅包括准备原料、流水生产，还包括产品外形设计、外包装设计等环节。这种进阶式的过程体现了工程学中从明确问题到制订方案，再到最后实验和优化改进的系统性步骤。此外，学生还有可能面临这些问题：实验药品的用量各为多少？要用到哪些实验器材？先做哪一步？以上问题均能体现问题驱动的理念。

4.艺术层面

皂类外观造型的设计是本课程的重点，皂类如今也用于装饰生活，通过设计造型，让学生体会生活之美;同时，课堂上的语言表达和讲评体现了STEAM社会互动的理念。数学在本课程中主要作为一种辅助工具，涉及药品称量时的读数、计数，制订药品配比以及产品外观造型的测量知识，不仅培养了学生的数学素养，还加深了学生对科学探究和科学概念的理解，促进了工程问题的解决。

本次课程提高了学生对于化学学习的学习兴趣，让学生真实参与一系列的工程产品设计流程，制造出属于自己的产品，满足了学生的学习欲望。

在课程实施过程中还发现了值得进一步思考和探索的问题：

（1）课堂的主体性

本次课程以学生为主体，强调学生积极参与活动，但也存在着一部分学生抱着看热闹的心态，只是在行为层面参与活动，却并未在思维层面参与思考，使得课堂的主体性打了折扣。

（2）课程的组织与管理

本次教学过程相比传统教学更加要求发挥学生的自主性，教师应根据课堂进度灵活设置环节时间，关注学生整体参与度。

（3）教學评价的适切性

基于STEAM理念的课程设计，突出了对学生在认知建构、能力形成、智慧启迪、情感体验、价值塑造等全方位的发展，其评价方式应比传统教学评价更加多元而有针对性。

参考文献：

[1]胡卫平，首新，陈勇刚.中小学STEAM教育体系的建构与实践[J].华东师范大学学报（教育科学版），2017，35（4）：31-39+134.

[2]龚瑞云.家庭护肤皂设计及加工工艺研究[D].杭州：浙江理工大学，2015.

[3]蔡海云. STEM教学模式的设计与实践研究[D].上海：华东师范大学，2017.