基于核心素养发展的综合实践活动设计

李法瑞

摘要：介绍在教师指导下学生开展基于“餐饮行业‘厨余垃圾简易除臭抑菌方法探究”的STSE综合实践活动。依次从社会调查研究、垃圾腐败机理及食物垃圾微生物控制途径分析调研、垃圾除臭抑菌控制实验研究及可行性解决方案的提议等不同维度，诠释其核心素养发展的重要作用，以期为有效拓宽化学综合实践活动的渠道提供有益借鉴与参考。

关键词：核心素养，STSE综合实践活动，垃圾无害化存储，简易可行

文章编号：1008—0546（2020）05-0074-04 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.05.019

2019年6月，国务院办公厅颁布了《关于新时代推进普通高中育人方式改革的指导意见》，指出要以“落實立德树人根本任务，发展素质教育”为指导思想，“要完善学校课程管理，改进科学文化教育，统筹课堂学习和课外实践，拓宽综合实践渠道”。因此，为推进拓宽综合实践活动实施路径的探索，促进学生综合素质和核心素养充分发展，《普通高中化学课程标准（2017版）》（以下简称“新课标”）突出了STSE（科学.技术.社会.环境）综合实践活动的重要地位，分别设置了“STSE综合实验”和“STSE综合实践”主题，强调“要围绕资源、能源与环境等与可持续发展密切相关的问题开展综合实践项目”;“要关注与化学有关的社会热点问题，发展综合分析、解决问题的能力。

一、活动实施背景

2019年7月1日零时起，上海作为全国46个重点城市之一率先正式推行垃圾分类，成为全民热点话题。市民要按照《上海市生活垃圾管理条例》的规定，将生活垃圾分成干垃圾、湿垃圾、有害垃圾和可回收垃圾四类加以执行。然而，垃圾分类不是一朝一夕就可以见成效的，其重点在于前端提升居民垃圾分类意识以及后端加强软件和硬件设施的支撑，做到分类投放、收集、运输及处理。

对身边的事物进行探究，有助于学生获得科学知识和真实的情感体验。鉴于此，我们组建课题研究小组开展了以“餐饮行业‘厨余垃圾简易除臭抑菌方法探究”引导学生关心社会热点问题，增强他们的社会责任感和使命感，提升运用科学方法解决实际问题的能力。实践表明，这次活动的选题与实施，不仅有利于达成“保护环境从自身做起”的态度与责任素养目标，对“发现和提出有价值的问题”等科学探究与创新意识素养目标的实现也大有裨益，同时活动中始终贯穿着使用“变化观念与平衡思想”调控化学反应速率问题的创新型策略应用。

二、活动实施方案

1.活动内容

随着涵盖餐饮行业在内的我国第三产业快速发展，湿垃圾产生总量迅速增加。据报道，2018年底全国湿垃圾处理能力达到2.69万吨/日。值得注意的是，餐饮食物垃圾常常采用自然保存的方式临时储存于经营门店附近，臭气熏天，微生物疯狂生长，蚊蝇叮附，在到达最终的垃圾场前，食物垃圾已经严重腐败，产生毒素，失去综合利用价值。为此，教师向课题小组的全体学生提出引领性的活动主题：如何为“餐饮行业的‘厨余垃圾除臭抑菌”？尝试破解湿垃圾对其周围空气二次污染的难题，并提出合理化解决方案。

2.活动方案

为了确保综合实践活动有序实施，师生共同探讨商议出一整套行之有效的活动方案，并明确了各个阶段的研究目标。

第一阶段：实地调研，掌握目前餐饮业餐余垃圾的现状和面临的问题。

选择典型的餐饮企业集中场所为样本，通过市场调查研究的方式，了解餐饮食物垃圾的分类、清理、存放及处理方式，了解不同餐饮场所垃圾房臭味程度差异、导致差异的原因以及需要真正解决的问题等。

第二阶段：通过查阅文献与咨询有关专家，掌握餐余垃圾的腐败机理以及目前商业上常用的微生物控制方法和途径。

通过查阅文献和咨询行业专家，掌握食物垃圾的腐败机理，以及目前在微生物控制方面可能的途径，从而寻找在餐饮食物垃圾处理中具有潜在价值的方案。

第三阶段：根据已经掌握的相关信息及有关知识，提出处理餐余垃圾的方案并通过实验进行研究。

提出了低温法、酸化法及喷香法并进行了实验研究，并通过计算大概成本来探索经济上的可行性。

第四阶段：回应主题，尝试提出破解湿垃圾对其周围空气二次污染的难题的合理化解决方案。

根据实验结果，提出解决餐饮食物垃圾问题的可行性方案。

三、活动实施成果

1.第一阶段一开展调查的成果

我们选取了上海市普陀区、长宁区和虹口区的5个餐饮企业集中场所作为样本进行了市场调查研究;调查研究方式为实地走访、参观、交谈与总结。

通过对五家餐饮企业集中场所的调查研究，课题小组将调查研究结果总结如下：（1）食物湿垃圾在气温较低的季节（如秋天和冬天）臭味相对较淡，但在气温较高的季节（如夏天）臭味异常强烈，污染严重，无法走近;（2）餐饮企业对干湿垃圾分类不严;所有地方的食物干垃圾场所都有不同程度的臭味，尤其是管理较差的地方臭味强烈，原因是干垃圾中混有食物湿垃圾;（3）管理较科学的地方如中山公园龙之梦和虹口龙之梦明显比其它地方气味淡;（4）垃圾房设在地下层的场所明显比垃圾房设在一楼的场所气味淡;（5）五个餐饮企业集中场所的垃圾房卫生都有明显的提升空间;（6）五个餐饮企业集中场所的垃圾房管理人员都希望臭味环境能得到显著改善。

2.第二阶段一进行调研的成果

课题组成员通过查阅大量关于食品微生物的文献及咨询相关行业专家，掌握了食物垃圾腐败的有关机理，了解了当前各行业普遍采用的微生物控制方法及适用性，以寻找对餐饮行业食物腐败控制有用的方案。

（1）关于厨余垃圾腐败机理的调查分析

餐饮行业中每天会被消耗掉大量的食物，这些食物中含有不同比例的水分、碳水化合物、脂肪、蛋白质、维生素、矿物质等，而且食物的pH值一般接近中性，这样的食物是各种微生物可以利用的天然培养基。

据研究，食物中的主要微生物包括细菌、霉菌、酵母、病毒、藻类等，在食物的腐败变质中最重要的是细菌和霉菌。和细菌相比，霉菌的生长速度较慢，对餐饮食物垃圾的腐败基本可以不予考虑，同时，霉菌即使在餐饮垃圾食物上大量繁殖后短时间内也不会产生明显的异味。细菌则不同了，平均每20分钟就可以繁殖一代，在最佳温度条件下，一个细菌经过9个小时后就可以繁殖到1.34亿个细菌。实际的食物垃圾中的微生物含量远远高于这个数值，一般高于100cfu/g（mL），当微生物增殖到106-108cfu/g（mL）时，达到食物腐败的临界点，随后，在大量细菌的作用下，食物快速腐败，并在微生物的作用下释放出含硫和含氮的有毒有味的气体，产生强烈的臭味，对动物就具有很强的毒害作用。

（2）关于食物垃圾的微生物控制途径分析

同时，课题组又分析了影响微生物生长繁殖的各种因素以及商业上常见的微生物控制方法，希望能从中发现一些有用的启示。这些因素有：食物原材料、贮藏与运输环节、温度、水分活度、氧气、渗透压、辐射、pH等。商业上常见的微生物控制方法有：低温冷藏、冷冻、高温杀菌、高渗透压、超高压杀菌、酒精消毒、碘消毒、杀菌剂消毒、酸化、紫外杀菌、辐射杀菌、臭氧杀菌、干燥、微波杀菌、燃烧、脉冲强光杀菌、半导体光催化杀菌、超声波灭菌、农药等。最后，课题组分析认为低温处理、酸化处理等可能在食物垃圾处理上具有前景。

3.第三阶段一实验探究的成果

根据对五个餐饮集中场所的市场调查研究，食物垃圾的腐败机理，食物垃圾腐败微生物的控制途径分析，餐饮企业食物垃圾的实际情况，课题组认为低温处理、酸化处理、喷香处理和碱化处理在食物垃圾“无臭化”“无害化”处理和综合利用中可能具有潜在的实际意义。

实验原料：原料即餐饮食物垃圾：收集自上海市中山公园龙之梦购物中心某餐厅，根据肉眼观察，湿垃圾内已经含有米饭、面条、剩菜、骨头、肉、豆浆残渣等成分。

实验试剂：柠檬酸、碳酸氫钠、薄荷香精

仪器与设备：冰箱、电子天平、烘箱、温度计、一次性塑料碗、一次性塑料手套、金属盆、pH试纸等：

微生物检测：送上海国际香料有限公司检测。

实验前准备：将收集的比较新鲜的食物垃圾（湿垃圾），取回后立即放在干净的大铁盆内。手戴上干净的一次性塑料手套，将食物垃圾充分搅拌均匀，然后将这些食物垃圾平均分配到8个干净的一次性塑料碗内。每碗重量大约为380g。将上述已充分混合均匀并平均分配到八个塑料碗内的食物垃圾随机抽取一碗作为对照，对照碗内不添加任何试剂。

（1）实验1：低温处理实验操作

随机抽取一碗作为低温组，将低温组的碗放人密实袋内（防止食物气味污染冰箱），在密实袋内鼓满空气，然后放入冰箱进行冷藏处理约9小时。

（2）实验2：酸化处理实验操作

随机抽取3碗作为酸化组，分别命名为酸1，酸2，酸3。将已精确称量好的质量分别为0.38g、0.76g、1.14g的柠檬酸（添加量分别为0.1%、0.2%、0.3%）分别在小塑料杯内用少量热水溶解，然后分别倒人编号为酸1、酸2和酸3的处理组内。由于湿垃圾内水分没有淹没表面，在湿垃圾内加入少量水分，至刚好淹没表面，用热水烫过的金属匙将酸搅匀，使食物垃圾被均匀酸化。

（3）实验3：碱化处理实验操作

随机抽取两碗作为碱处理组，分别命名为碱1，碱2。将已精确称量好的质量分别为0.76g、1.52g的碳酸氢钠（添加量分别为0.2%、0.4%）分别在小塑料杯内用少量热水溶解，然后分别倒人编号为碱1、碱2的处理组内。由于湿垃圾内水分没有淹没表面，在湿垃圾内加入少量水分，至刚好淹没表面，用热水烫过的金属匙将碱搅匀，使食物垃圾被均匀碱化。

（4）实验4：喷香处理实验操作

最后一碗作为喷香组。将喷油瓶或洗涤剂喷瓶用热水清洗干净，将食用香精直接倒人喷瓶内，备用。本次实验选用的是薄荷香精，直接用喷瓶在表面均匀地喷酒适量薄荷香精。

（5）结果与讨论

将pH检测结果、微生物检测数据和感官嗅闻结果分别记录于下表中：

从表1可以看出，对照样品已发生严重腐败，产生了强烈的腐败臭味。酸法组处理效果很好，当酸添加量达到0.2%时能够有效抑制微生物的生长繁殖和腐败臭味的产生。酸法2和酸法3之间没有显著的差异。碱法组效果很弱，不能有效控制微生物的生长繁殖和腐败气味的产生，这可能是碱的用量不能将pH值调节得足够高而达到抑制微生物的效果。低温法虽然比酸法2和酸法3的微生物略高，但在抑制微生物的生长繁殖和控制臭味方面也非常有效。喷香法对微生物的生长繁殖基本没有抑制作用，但薄荷香精的气味能够非常有效地掩盖食物垃圾的腐败臭味，感官评价并没有觉察到有任何腐败气味。

4.第四阶段一提出建议和建言

目前的餐饮厨余垃圾都是未经处理，自然贮存后运输到垃圾场，存在腐败严重，臭气冲天，毒素产生等现象，基本都变成无用垃圾。根据本次活动的调查研究结果，采用低温法和酸化法不仅可以抑制微生物的生长繁殖和腐败臭味的产生，而且可以制得“有用食物垃圾”，实现食物垃圾的综合利用，改善人类的生态环境。辅助以喷香法，则可以使食物垃圾具有更加令人愉悦的气味，改善相关垃圾处理人员的工作环境和身心健康。因此，在未来的食物垃圾处理上，课题组提议使用以下简易可行的处理方法：（1）低温法;（2）酸化法;（3）喷香法;（4）以及上述方法的组合使用。

四、活动总结反思

围绕“湿垃圾”主题展开的“餐饮行业‘厨余垃圾简易除臭抑菌方法探究”综合实践活动，自始至终都吸引着课题小组每一位同学的全情投入与积极参与。从生活实际出发，学生们勇于承担起解决餐厨垃圾在临时储存过程中对环境造成二次污染这一社会问题，通过社会调查、文献调研、提出假设、设计方案、统计分析等一系列深度的研究性学习策略，使用简易可行的方式，较好地解决了餐饮行业每天面对的“厨余垃圾”有毒害、有异味的难题。

同时，课题组成员在STSE综合活动中，除了应用化学实验方法之外，还兼顾学习了环境科学、生命科学、社会科学等多领域的学科内容，有效地体验了跨学科研究的思维方式，增强了自身的创新精神和实践能力。而化学学科中所蕴含的“科学态度与社会责任”“科学探究与创新意识”“变化观念与平衡思想”等核心素养目标也有机地融入到课题组成员的合作、质疑、实践、创新的全过程，更为他们今后的科技创新之路，树立了自信心，赋予了使命感。