基于学科素养的高中化学跨学科校本课程项目设计与实施——以“探究和制作乙醇免洗手消毒凝胶”为例

蒋慧文 宋倩雯 张 凯*

（1.黄冈师范学院化学化工学院 湖北黄冈 438000；2.陕西师范大学教育学部 陕西西安 710062；3.湖北省黄冈中学 湖北黄冈 438000）

一、研究背景

《普通高中化学课程标准（2017 年版2020 年修订）》明确指出要加强选修课程建设，开设丰富多样的选修课程，为学生提供选择性，使普通高中课程方案落到实处［1］。开设化学校本课程能够满足学生个性化发展的需要，落实化学学科核心素养的培养，为学生将来从事化学研究工作打下基础。校本课程内容的选择，要引导学生从化学角度认识世界，关注化学、技术、社会、环境之间的联系，培养学生资源节约和环境保护的意识［2］。高中化学学科核心素养的5 个方面，各有侧重，相辅相成，要求学生掌握化学思想与方法后勇于创新，进一步形成高层次的价值追求。为落实立德树人根本任务，促进学生的全面发展，拓展高中化学课程广度，基于高中化学、生物学科核心素养设计校本课程，引导学生运用多门学科知识分析解决实际问题，使学科知识在解决生活中真实情境问题的过程中得到延伸与融合。

消毒剂是生活中常见的卫生防护产品，常见的消毒剂有84 消毒液、75%酒精、含碘消毒剂等［3］。在乙醇消毒产品中，乙醇消毒湿巾和液体酒精等存在随身携带的危险性和使用后污染性等问题。乙醇免洗手消毒凝胶具有安全性好、便于携带的特点，使用中不需要水冲洗，就能抑制和清除手部细菌，达到节约资源、保护环境的效果，从而广泛应用于手部的卫生清洁。设置消毒产品相关内容的跨学科校本课程让生活中的实际问题和多学科知识相联系，能够体现科学教育的生活性和普遍性。

二、项目设计

乙醇免洗手消毒凝胶作为一款手部杀菌消毒产品，在日常生活中有广泛的应用，选取“探究和制作乙醇免洗手消毒凝胶”为主题，帮助学生在认识和了解消毒产品的基础上进行简单的动手制作，带领学生感受日化产品的制作过程，引导其用科学的研究方法评价和改进产品，综合发展学生的个人能力。

1.教材分析和学情分析

本项目内容包含化学与生物两个学科，涉及各学科必修和选择性必修部分，适用于知识体系相对完善、课业负担相对较小的高二年级学生。结合高中化学课程标准和高中生物课程标准中的内容要求和学业要求，项目内容对应的教材分析和课标分析如表1所示。

表1 “探究和制作乙醇免洗手消毒凝胶”项目的教材分析和课标分析

针对高二年级学生做学情分析：①知识层面：掌握乙醇等有机化合物的相关化学知识，细菌、病毒和蛋白质的相关生物知识，但对日化产品中课本上未涉及的物质相对陌生。②能力层面：具有一定分析推理和实验探究的能力，有合作学习的意识，但在实验设计、实验分析上还需要教师的引导。③心理层面：好奇心强，求知欲强，具有探究意识，但实验探究容易流于形式，思维深度不够。

2.教学目标

依据教材分析和课标分析，综合两门学科的特点，制定如下的教学目标：

（1）学习消毒剂及其发展历史、乙醇免洗手消毒凝胶的成分和用途，调查讨论消毒剂的使用情况，感受卫生防护产品在保障人类健康和美好生活方面所发挥的重要作用。

（2）通过设计乙醇免洗手消毒凝胶的制作配方、工艺，了解日化产品的制作流程，书写产品说明书，体验日化产品的制作过程，提高实验操作和科学探究的能力。

（3）通过实验、现代仪器测定，进行乙醇免洗手消毒凝胶评价和评分，认识产品评价中包含的科学研究方法，形成科学研究方法解决实际问题的意识。

（4）通过小组研究汇报、合作探究和评价反思，发展合作学习的意识和严谨务实的科学精神。

3.设计思路

围绕“探究和制作乙醇免洗手消毒凝胶”的主题设置了三个子项目，每个子项目中设置3个学习目标及对应的活动内容，同时每个项目也指向了不同的化学学科核心素养和生物学科核心素养，设计思路如图1所示。

图1 “探究和制作乙醇免洗手消毒凝胶”项目的设计思路

三、项目实施

项目设计总共四个课时，第一课时为前期准备，第二课时为汇报交流，第三课时为实验制作，第四课时为产品评价与交流。前三个课时间隔一周，第三、四课时间隔两周。

1.联系事实，引出问题

第一周第一课时，教师展示常见的卫生防护产品，抛出“消毒剂有哪些？”“消毒剂是如何产生的？”“乙醇免洗手消毒凝胶是什么？”等问题，引发学生对生活中真实问题的思考，激发学生的学习兴趣。

2.成立小组，制定方案

第一周第一课时，根据讨论总结出核心问题，学生在教师指导下自由结成4～6 人的小组，并设置组长。各小组明确组内成员分工，制定活动方案，为后续开展社会调查研究、资料查阅等活动做好准备。

3.分析调查，社会实践

第二周第二课时，学生在教师指导下交流汇报，了解消毒剂及其发展历史，认识乙醇免洗手消毒凝胶的主要成分和作用，学习乙醇杀菌消毒的机理，分析讨论消毒剂的社会调查结果。

（1）乙醇免洗手消毒凝胶杀菌消毒的机理：乙醇进入细菌内部后，乙醇分子中的乙基会破坏蛋白质内部憎水基团间的吸引力，水分子会使蛋白质亲水基团间的吸引力减小，共同作用下细菌蛋白质脱水，变性凝固，从而杀死细菌。同时破坏细菌的细胞壁使细胞溶解、抑制细菌的酶系统阻碍代谢和繁殖。病毒由内部的核酸和外部的蛋白质外壳组成。乙醇能够破坏病毒外壳的蛋白质成分，使其丧失感染正常细胞的能力。

（2）体积分数为75%的乙醇消毒效果最佳的原因：此浓度下的乙醇渗透压与细菌相似，既不会因乙醇浓度过高导致细菌蛋白脱水过于迅速，细菌表面的蛋白质先凝固形成坚固的包膜，使得乙醇分子难以渗入细菌内部，又不会因乙醇浓度过低时渗透性降低，乙醇分子不易进入细菌内部［3］。

4.合作探究，成果共享

第三周第三课时，教师提前与各小组同学协商，提前准备实验药品和器材，确定乙醇免洗手消毒凝胶制作配方［4］，如表2所示。按照制作工艺进行乙醇免洗手消毒凝胶的制作，在制作完成后书写产品说明书。

表2 乙醇免洗手消毒凝胶制作配方（制作100 mL产品）

（1）乙醇免洗手消毒凝胶制作工艺：用电子天平准确称取1.4 g的卡波姆940粉末，量取28 mL蒸馏水，倒入50 mL 烧杯中，将卡波姆940 粉末加入盛有蒸馏水的烧杯中，放入磁力搅拌子，用磁力搅拌器在75℃加热搅拌30 min 左右，使卡波姆940 的粉末完全溶胀成透明凝胶状；向烧杯中加入19.5 mL 的75%乙醇溶液、0.5 mL 的甘油，适量玫瑰香精，搅拌均匀；滴加适量三乙醇胺调节pH，搅拌均匀呈凝胶状；用注射器转移产品到分装软管中，贴好标签。

（2）制作的产品如图2所示，产品说明书如表3所示。

图2 乙醇免洗手消毒凝胶产品展示

表3 乙醇免洗手消毒凝胶产品说明书

5.交流评价，综合反思

第五周第四课时，各小组分别进行产品的评价结果汇报，分享实验过程，总结实验结论，根据评分表进行产品评价，评分细则如表4所示。评价过程中可以利用pH 计等现代仪器，从体感、观感、功能和说明书书写等方面综合评价各小组的产品。

表4 乙醇免洗手消毒凝胶产品评分表

四、项目评价

“制作乙醇免洗手消毒凝胶”是本项目中的重要内容，针对实验制作环节设计表现评价的评价目标及要求，如表5所示。跨学科主题的学习重在培养学生综合运用多学科知识解决实际问题的能力，各个项目结束后，可以采取学生自评、学生互评和教师评价多重维度的表现性评价表［5］，评价学生在课堂上的表现来检测教学成果，具体内容如表6所示。

表5 “制作乙醇免洗手消毒凝胶”的评价目标及要求

表6 “探究和制作乙醇免洗手消毒凝胶”的课堂表现评价

五、项目反思

根据“探究和制作乙醇免洗手消毒凝胶”为主题开发校本课程项目，丰富了传统课程的应用性，促进学生知识与方法的应用，让学生在解决实际问题的同时落实学科核心素养的发展。其次，跨学科课程能够有效打破学科之间的壁垒，促进学生综合运用多学科知识，整合设计相关内容能够充分发挥校本课程的育人价值。本项目对学生、教师、学校的能力和水平要求较高，其中微生物培养对设备要求时间跨度较长，实际实施过程中可以适当调整时间安排。