費嘉融

摘要：? 以“柴胡抗菌洗手液的研制”為例，介紹在綜合實踐活動（選修）課程的教學中，基于項目學習的特點和形式，從校情學情出發(fā)，采用精心設計、提供支架、創(chuàng)設充裕的自主及合作學習時空等方法，引導、鼓勵學生肩負任務，不斷學習、歷練，嘗試用自己的智慧和能力去

挑戰(zhàn)和解決真實情境中的問題，在跨學科綜合實踐活動中獲得核心素養(yǎng)的進一步提升。

關鍵詞： 項目學習; 綜合實踐活動; 創(chuàng)新實驗課程; 柴胡抗菌洗手液

文章編號： 10056629（2024）04005507

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

1? 項目學習背景

《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》設置了必修、選擇性必修和選修三類課程，其中選修課程有“實驗化學”“化學與社會”“發(fā)展中的化學科學”三個系列［1］。課程方案指出，選修課程可由學校根據學生的多樣化需求、當地社會經濟文化發(fā)展的需要、學科課程標準的建議以及學校辦學特色等開發(fā)設置［2］；可與校本選修課程、綜合實踐活動課程等統(tǒng)籌安排，開展學科內綜合和跨學科綜合的實踐活動，提倡使用實驗探究等方式開展主題性實踐活動和項目式學習活動［3］。

基于校情和學情，我們選擇“實驗化學”作為化學選修課程開發(fā)的突破口，從上海中小學前沿科學前沿技術創(chuàng)新課程平臺（簡稱“雙前沿”平臺）采集課程資源，將“中藥功能化妝品的研制”引入高一化學實驗選修課程，將化妝品的研制與傳承中華文明及綠色化學的理念相結合，開發(fā)了校本化綜合實踐活動課程——“天然植物原料化妝品的研制”。借鑒高?？萍紕?chuàng)新人才的培養(yǎng)模式，采用項目式學習，創(chuàng)設盡可能充裕的學習與實踐的時空，引導、鼓勵學生用他們的智慧和知識去應對和解決真實情境中的挑戰(zhàn)和問題，通過自主學習、合作完成項目獲得知識和能力的提升。“柴胡抗菌洗手液的研制”就是該課程中的一個學習項目。經過六輪次的教學實踐，取得了較好的學習效果。

2? 項目學習規(guī)劃

2.1? 項目學習主題選擇

香皂是學生熟知的洗滌用品，屬于化妝品行列。但其使用因“香皂頭”常被丟棄、遇水會溶化，浪費較多。為了提高香皂使用的便利性和利用率，液體香皂應運而生。

液體香皂主要用于洗手洗臉等，除了需要有好聞的氣味和顏色，最好還能增加殺菌功能。我國的中醫(yī)藥學博大精深，不少中藥具有抑菌功效。大家很快達成共識：研制一款具有中藥殺菌功效的液體香皂（洗手液）不僅涉及大量的化學知識與技能，而且涉及微生物檢測等生物學知識與技能等，綜合實踐特點凸顯，不失為是一個有價值、適合高中生開展研究性學習的好項目。于是我們把創(chuàng)新項目學習的主題定為“柴胡抗菌洗手液的研制”。

該項目在高一下學期實施，此時學生已經歷了基礎課程的培訓，學習了化妝品知識、制作原理，能進行簡單的工藝流程設計，使用相關儀器設備開展實驗，有較豐富的小組合作學習經驗，迫切希望能夠嘗試研制各種類型的日化產品，經歷更完整的綜合實踐活動課題項目。

“柴胡抗菌洗手液的研制”是一個真實情境下的復雜任務，需通過提煉若干味具有殺菌作用中藥的有效成分，成功研制一款適宜的中藥殺菌液體香皂并進行功效探究。為了完成該任務，學生需要經歷拆解任務、查閱資料、市場調研、信息整合、實驗探究、配方改進、操作流程設計、實施優(yōu)化、產品檢測、交流反思等一系列活動。在逐層遞進的項目學習任務中，以問題為驅動，以活動為載體，模擬真實的化工生產過程，開展綜合實驗項目。發(fā)展學生的思考、表達、創(chuàng)造能力，切實提升學生的創(chuàng)新思維、調查研究能力、動手操作能力和豐富實踐體驗經歷等。

基于項目學習的特點和形式，教師采用精心設計、提供支架、創(chuàng)設充裕的自主及合作學習時空等方法，引導學生始終肩負任務，不斷學習、歷練，在跨學科綜合實踐活動中掌握基本的化學實驗方法和技能，體驗實驗探究的基本過程，進一步發(fā)展解決綜合實驗問題的能力，對發(fā)展學生化學學科核心素養(yǎng)有獨特的價值。

2.2? 項目學習目標制定

該項目主題下的學習內容涉及選修課程系列1“實驗化學”中“主題3化工生產過程模擬實驗”“主題4STSE綜合實驗”的相關內容。根據課標相關主題的內容要求及學業(yè)要求，結合學生已有知識及能力水平，制定如下項目學習目標：

（1） 通過“抑菌圈”實驗檢測柴胡提取液及其洗手液的抑菌效果，運用對照實驗研究的方法開展跨學科融合實踐，認識宏觀辨識與微觀探析的分析問題的方法。

（2） 掌握先進實驗儀器的操作技能，掌握柴胡有效成分的提取方法，勤于實踐、善于合作，發(fā)展運用化學知識和實驗方法開展綜合項目研究的能力。

（3） 開展資料查閱和自主學習，知道化妝品的配方體系，能進行洗手液配方的分析和改進，認識科學探究的過程。

（4） 設計并優(yōu)化工藝流程，掌握柴胡抗菌洗手液的制取方法，經歷多輪證據推理，發(fā)展思維能力，敢于質疑、勇于創(chuàng)新。

（5） 通過理化指標檢測、感官體驗活動，進行實驗反思、成果交流與評價，形成嚴謹求實的科學態(tài)度，增強社會責任感，初步形成開展綜合實踐活動的基本模型。

2.3? 項目學習活動過程設計

該項目拆解成四個逐層遞進的任務。結合真實情境，布置具體學習活動如表1所示。

3? 項目學習活動實踐過程

3.1? 引入課題，拆解任務

在項目啟動階段，讓學生了解該項目研究的意義和價值，喚起內心解決相關問題的積極性，明確肩負的研究任務是至關重要的。

［創(chuàng)設情境，問題引導］提供學生熟悉的家用肥皂、藍月亮液體香皂、白貓洗衣粉配制的樣品（按1∶10稀釋），學生分組實驗，測得樣品液的pH分別為：肥皂8～9，液體香皂6～7，洗衣粉溶液11～12。

提出問題：請說說平時洗手喜歡用肥皂還是洗手液？誰的去污效果更好？為什么？

學生答案五花八門，所述理由也缺乏科學依據。

［教師支持］提供資料：洗衣粉的去污效果最好，但堿性大，易傷手。去污能力除了跟酸堿性有關，還與表面活性劑有關，乳化劑就是一種表面活性劑。

［實驗演示］演示油、水發(fā)生乳化過程的實驗。結合生活常識，剖析化妝品的乳化體系，介紹洗滌劑中表面活性劑的去污原理。

［師生交流，拆解任務］該項目學習要達到的預期成果是：（1）提煉若干具有殺菌作用中藥的有效成分；（2）試制一款適宜的中藥殺菌液體香皂（洗手液）。

為了達到上述預期的項目成果，該從哪些角度進行研究？如何規(guī)劃研究過程？

學生經討論后一致認為，本項目可以拆解為柴胡是否真的具有抗菌能力、怎樣提取柴胡有效成分、如何制取柴胡抗菌洗手液、如何進行產品功效檢測等四個逐層遞進的項目任務。接著進入以問題為驅動，以活動為載體的真實情境下的問題解決過程。

3.2? 探究柴胡的抑菌能力

這一階段，教師先行積累資源，著力于教給學生做相關對照實驗的方法，指導他們開展有效的跨學科小組合作學習。

3.2.1? 活動1：資料查閱、市場調研，了解柴胡的抗菌作用

［問題引導］柴胡的主要功效有哪些？你常用的洗手液中哪些成分具有抗菌功效？選用柴胡作為抗菌成分的優(yōu)勢是什么？

［學生匯報交流］洗手液中的滅菌有效成分，通常采用化學合成試劑。經市場調研，發(fā)現市售產品主要都以酚類產品或芐基類（如苯扎氯銨）為主。例如：舒膚佳、威露士洗手液的主要有效成分是對氯間二甲苯酚，滴露、藍月亮、蘆薈洗手液的有效成分是水楊酸。

［教師支持］介紹舒膚佳的產品迭代。告知學生有報道指出：長期頻繁接觸抗菌產品中的某些活性成分，比如抗菌皂中的三氯生（圖1）、三氯卡班（圖2），會使細菌產生抗藥性并擾亂人體內激素的分泌水平，可能會培育出難以殺滅的超級細菌。

而柴胡皂苷A（圖3）是具有與上述兩類物質類似功效的安全型植物提取物，柴胡具有解熱抗炎、鎮(zhèn)痛、抗菌、抗病毒等作用。本項目利用成熟的柴胡提取工藝，將柴胡有效成分添加到洗手液中用以制備抗菌洗手液。

3.2.2? 活動2：“抑菌圈”對照實驗研究，檢測柴胡的抑菌能力

［問題引導］柴胡是否真的有抑菌能力？與其他有抑菌效果的中藥對比，效果如何？怎樣驗證？

［教師支持］提供用化學方法（有機溶劑萃取法）提取的柴胡液。

介紹微生物檢測技術——“抑菌圈”實驗。操作方法：在超凈工作臺上，將柴胡提取液和細菌混合后涂在培植好的細菌固體培養(yǎng)基上，接種好放在恒溫箱（30℃）中培養(yǎng)，保持一定濕度。3天可以出培養(yǎng)結果。

［跨學科協(xié)作，分組實驗］學生查閱資料，選取部分具有抑菌效果的中藥（黃連、魚腥草、金銀花和柴胡），各稱取100克，并熬制成藥液。與生物興趣小組合作，通過“抑菌圈”實驗分別檢測不同種類的熬制中藥、化學方法提取的柴胡液對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌的抑菌能力。

［學生匯報交流］一組對金黃色葡萄球菌的實驗現象如圖4、圖5所示。

［檢測結果］菌落的生長情況表明，金銀花、柴胡液對金黃色葡萄球菌都有一定的抑菌效果。用化學方法提取的柴胡液抑菌效果明顯更好，按1∶10濃度稀釋后依然有效。

3.3? 提取柴胡的有效成分

結合現代先進化學實驗儀器和手段的學習，本階段聚焦學生實驗研究能力的培養(yǎng)。

3.3.1? 活動1：學習植物有效成分的提取方法、儀器操作和使用

［問題引導］怎樣提取柴胡的有效成分？需要哪些相關儀器？

［方法指導］植物有效成分的提取方法有水蒸氣蒸餾、壓榨法和有機溶劑萃取三種。根據植物原料的特點，柴胡有效成分的提取采用有機溶劑萃取法，利用有機溶劑（酒精）溶解其中的有效成分。

［師生共同設計提取過程］稱量→粉碎→煮泡（回流）→抽濾（減壓過濾）→濃縮（減壓蒸餾）→定容備用。

［培訓學習］主要儀器設備的操作使用：回流系統(tǒng)（集熱式恒溫加熱磁力攪拌器和回流冷凝裝置）、減壓過濾系統(tǒng)（抽濾瓶、布氏漏斗和循環(huán)水式真空泵）、減壓蒸餾系統(tǒng)（真空泵和旋轉蒸發(fā)儀）［4］。

3.3.2? 活動2：觀看實驗操作視頻，完成學案

［教師支持］教師拍攝制作實驗操作視頻“柴胡有效成分的提取”，用以示范，使學生充分了解整個實驗過程、儀器操作方法，為后續(xù)學生實驗做準備。

［觀看視頻，討論問題］為何要減壓過濾？（加速過濾）；為何要減壓蒸發(fā)？（在低壓環(huán)境下，降低酒精沸點，使之在50℃水浴條件下蒸出，極大提高了蒸餾效率）；為何要使用旋轉蒸發(fā)？（旋轉能阻止其形成氣化中心，防止暴沸）。

［完成學案］（1）舉例說明提取植物有效成分的常見方法；（2）用到哪些相關儀器？（3）用框圖寫出中藥有效成分的提取流程。

3.3.3? 活動3：學生自主提取柴胡的有效成分，相互交流

［學生實驗］詳細記錄實驗活動（組內分工、實驗步驟）；實驗活動反思。

［展示交流］分小組展示產品，分析交流實驗過程中產生的問題、處理方法。

3.4? 制取柴胡抗菌洗手液

基于柴胡抗菌洗手液制備的配方以及工藝流程的設計與優(yōu)化，進一步培養(yǎng)學生的科學探究與創(chuàng)新意識學科核心素養(yǎng)。

3.4.1? 活動1：洗手液的配方分析與改進

［配方分析］通過文獻查閱，找出“體驗創(chuàng)新階段實驗（實踐）指南”的洗手液配方（原配方）。運用已學化妝品知識，對配方進行“體系化”分析。師生經反復交流討論，認為甘油能與水互溶，兩者都應屬于水相，且用柴胡提取液替代水，可提升洗手液的抗菌效果。

［改進］經多次實驗研究，學生對原配方做了改進，如表2所示。

［完成學案］（1） 化妝品配方體系（學習主題一：乳化體系，學習主題二：增稠體系）；

（2） 柴胡抗菌洗手液的制?。ㄅ浞降摹绑w系化”分析）。

3.4.2? 活動2：洗手液制取工藝流程設計

［設計交流展示］學生分組完成設計。運用西沃授

課助手現場將學生小組的討論過程、方案設計等實時投屏到大屏幕上，自由質疑，深化討論，氣氛達到了高潮。

［討論優(yōu)化］針對問題從理論和實踐層面展開爭辯，協(xié)作完成大家頗感滿意的柴胡抗菌洗手液制取工藝流程的設計，如圖6所示。

3.4.3? 活動3：動手完成“柴胡抗菌洗手液的制取”

［學生實驗］分組完成實驗。詳細記錄實驗過程中的現象、問題與困難以及解決辦法，完成活動反思。

3.5? 產品的功效檢測

對自制產品的功效檢測，是對學生研究成果的主、客觀評價，也是學生非常感興趣的活動環(huán)節(jié)。教師要注重發(fā)現學生在活動中表現出來的種種創(chuàng)新火花，并在學生中發(fā)揚光大。

3.5.1? 活動1：體驗活動——產品的初步測評

［問題引導］通過哪些方法評估自己制作的產品？

［學生討論］現場體驗自制的柴胡洗手液樣品。分組討論后填寫“感官評價表”［5］，主要從顏色、氣味、細膩感、粘稠度、酸堿性（pH）等方面進行評級（5分制，5分最好，1分最差），并提出改進意見。

［教師支持］給出更科學的產品質檢方法：“理化指標及穩(wěn)定性檢測”，如表3所示。

3.5.2? 活動2：檢測柴胡提取液的最低有效濃度

［問題引導］如何檢測自制柴胡提取液的滅菌效果？能否知道濃度對其滅菌效果的影響？

［跨學科協(xié)作，分組實驗］通過“抑菌圈”實驗進行檢測。先稱取柴胡100克，通過有機溶劑萃取法提取柴胡濃縮液25mL，稀釋成不同濃度后，檢驗其對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌的抑菌能力。

［匯報交流］實驗現象如圖7所示：

［探究結果］1∶20濃度以內的柴胡提取液對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌都有一定的抑制作用，再稀釋抑菌效果就變差。

3.5.3? 活動3：各種洗手液的抑菌效果對比研究

［問題引導］對比其他品牌洗手液，我們自制的柴胡抗菌洗手液抗菌效果究竟怎樣？

［跨學科協(xié)作，分組實驗］有學生進行了方法創(chuàng)新：用自己的五根手指按壓接種進行對照實驗（見圖8）。洗手前在培養(yǎng)基上按手印，

用不同品牌洗手液洗手后在培養(yǎng)基相應區(qū)域再按一次手印，3天后比較菌落的生長情況。

［探究結果］與其他品牌洗手液相比較，柴胡洗手液有較好的抑菌能力。但是加了柴胡和不加柴胡的洗手液相比，未見特別顯著的差異。

［學生猜想］可能是洗手液中的柴胡濃度太低，或者是自制洗手液本身就有較強的抑菌作用，掩蓋了柴胡的抑菌效果。

［教師點評］雖然結果與預期不完全相同，但重在體驗實驗探究的過程?？稍诤罄m(xù)實驗中提高柴胡的濃度，還能用所學方法開展如“金銀花提取液抑菌能力檢測”等課題研究。

3.6? 項目學習成果交流

該階段學生要反思自己的實踐活動經歷，總結優(yōu)勢和不足，調整實驗（實踐）活動步驟，尋找改進的方法，優(yōu)化研究成果。

活動：匯報交流研究成果，反思及改進

［小組匯報交流］自制洗手液經多方體驗，大家覺得去污效果明顯，手感細膩，很容易沖洗干凈，擦干后皮膚不緊繃，不必擦護手霜，氣味清香宜人，具有良好的抗菌功效。但也提出了一些問題。

［反思1］學生提出，市售洗手液通常是中性偏弱酸性的，我們自制的柴胡洗手液，測得pH為7～8。

［分析］在配方中加過KOH固體。堿性偏大易傷手，但不加又無法與三種酸生成表面活性劑，達到去污的目的。

［改進］學生查閱配方資料，發(fā)現可通過加適量檸檬酸來控制pH。

［反思2］學生提出，為何在工藝流程設計環(huán)節(jié)，不能先加入B2相？

［教師支持］若先加B2相會發(fā)生團聚現象。由于B2相中的KOH先與表面脂肪酸反應，與內部脂肪酸并沒有反應。先加B1相是為了能乳化完全，讓脂肪酸均勻分散形成一個亞穩(wěn)定的乳化體系。然后加KOH與酸中和，可生成更多的表面活性劑（乳化劑）膠束，從而得到了穩(wěn)定的乳化體系。

［反思3］學生提出，自制洗手液比較稀薄，不像市售洗手液那么稠，消耗起來較快。

［分析］眾所周知，牙膏擠出時需要保持一定的形狀，護膚霜要有一定的黏稠性，在皮膚上才會有附著力。在化妝品中添加增稠劑會對產品的外觀形態(tài)產生重要影響，起到提高黏度、改善穩(wěn)定性、穩(wěn)固流變形態(tài)的作用。

［改進］查閱資料，發(fā)現有一種增稠的機理是改變膠束狀態(tài)，如在O/W型乳化體系中加入氯化鈉，可以促使含油膠束由棒狀膠束轉化為條狀膠束，從而增大分子運動的摩擦力，達到提高粘稠度的效果［6］。

［學生實驗］增稠實驗：取自制洗手液（1∶10稀釋）各20mL于兩個燒杯中。分別加入約0.5克和1.0克NaCl固體，用玻璃棒迅速攪拌。

實驗結論：都有增稠效果；加入1.0克NaCl固體的效果更顯著。

4? 項目學習效果與反思

4.1? 項目達到的效果

學生在與生物學科等跨學科的融合實踐中，通過文獻查閱和實踐，不斷改進配方和工藝流程，通過自主與合作研究、實驗探究，以及課堂的交流與反思，了解柴胡的抗菌功能和洗手液的制備方法，并掌握了基本的化學實驗方法和技能，體驗了化學創(chuàng)新實驗研究的樂趣，提高了解決綜合實驗問題的能力，在跨學科綜合實踐活動中獲得核心素養(yǎng)的進一步提升。

本項目完善了校本化項目學習、綜合實踐活動的評價體系。在實施過程中引入了理化指標及穩(wěn)定性檢測，學生可以通過各種性能檢測，形成對產品的客觀評價。在社會化評價中，學生與專家面對面交流，優(yōu)秀率超過35%。已有多篇學生論文被《上海“雙新”課程學生研究報告選編》收錄。

在課后的問卷調查中，90%以上的學生能夠理解該項目學習的內容，喜歡這種教學方式，認為難度適中，課時安排合理；超過80%的學生通過項目學習對真實的科學工作及前沿科技信息有所了解，增強了創(chuàng)新意識；100%學生感到有收獲，主要集中在獲取了新知識、提高了團隊合作與動手能力，能解決真實的問題，收獲項目成果，并對下一階段的學習表示了期待?？梢哉J為，該項目學習對學生科學創(chuàng)新素養(yǎng)的發(fā)展是有效的。

4.2? 存在問題及對策

由于項目涉及較多化妝品及其配方體系、微生物檢測等知識，高一學生的知識儲備尚不夠，更缺乏實驗操作技能訓練。我們便通過先培訓學習必備的專業(yè)知識、實驗方法、操作規(guī)范之后，再進入項目學習活動。另外，教師及時提供支持，開展團隊協(xié)作、小組展示與交流活動，以及與生物興趣小組師生之間的互助合作也起到很大作用。

在創(chuàng)新綜合實踐活動課教學中，教師也常常遇到“專業(yè)瓶頸”。以真實情境與科技創(chuàng)新任務為教學內容的課程項目，往往會超出教師的經驗領域，很多先進的儀器設備教師也不太會用。因此組織教師參加“雙前沿”平臺的課程培訓，邀請專家進行專題講座與技術指導，通過平臺途經，獲得相關的專業(yè)文獻、書籍及資料。還借助高效資源開展項目研究，到大學實驗室開展實驗與教學活動。

對于常規(guī)化學實驗室不適合實踐（實驗）活動課的開放性要求，信息網絡不配套，影響信息查詢與交流，缺少理化檢測儀器等問題，則需要爭取學校支持，加快實驗室基建改造工程，盡可能配齊配足軟硬件設施設備，建立真正先進的科創(chuàng)實驗室。

參考文獻：

［1］［3］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： 8～9， 53～57.

［2］中華人民共和國教育部制定. 普通高中課程方案（2017年版2020年修訂）［S］. 北京： 人民教育出版社， 2020： 4.

［4］［5］［6］范麗巖， 劉萌霞， 項喆源. 高中拓展型課程教材/中小學新科學新技術創(chuàng)新課程/動手學做化妝品（試驗本）［M］. 上海： 上?？茖W技術出版社， 2017： 36～46， 66～74.