基于學科素養的高中化學跨學科校本課程項目設計與實施
——以“探究和制作乙醇免洗手消毒凝膠”為例

蔣慧文 宋倩雯 張 凱*

（1.黃岡師范學院化學化工學院 湖北黃岡 438000；2.陜西師范大學教育學部 陜西西安 710062；3.湖北省黃岡中學 湖北黃岡 438000）

一、研究背景

《普通高中化學課程標準（2017 年版2020 年修訂）》明確指出要加強選修課程建設，開設豐富多樣的選修課程，為學生提供選擇性，使普通高中課程方案落到實處［1］。開設化學校本課程能夠滿足學生個性化發展的需要，落實化學學科核心素養的培養，為學生將來從事化學研究工作打下基礎。校本課程內容的選擇，要引導學生從化學角度認識世界，關注化學、技術、社會、環境之間的聯系，培養學生資源節約和環境保護的意識［2］。高中化學學科核心素養的5 個方面，各有側重，相輔相成，要求學生掌握化學思想與方法后勇于創新，進一步形成高層次的價值追求。為落實立德樹人根本任務，促進學生的全面發展，拓展高中化學課程廣度，基于高中化學、生物學科核心素養設計校本課程，引導學生運用多門學科知識分析解決實際問題，使學科知識在解決生活中真實情境問題的過程中得到延伸與融合。

消毒劑是生活中常見的衛生防護產品，常見的消毒劑有84 消毒液、75%酒精、含碘消毒劑等［3］。在乙醇消毒產品中，乙醇消毒濕巾和液體酒精等存在隨身攜帶的危險性和使用后污染性等問題。乙醇免洗手消毒凝膠具有安全性好、便于攜帶的特點，使用中不需要水沖洗，就能抑制和清除手部細菌，達到節約資源、保護環境的效果，從而廣泛應用于手部的衛生清潔。設置消毒產品相關內容的跨學科校本課程讓生活中的實際問題和多學科知識相聯系，能夠體現科學教育的生活性和普遍性。

二、項目設計

乙醇免洗手消毒凝膠作為一款手部殺菌消毒產品，在日常生活中有廣泛的應用，選取“探究和制作乙醇免洗手消毒凝膠”為主題，幫助學生在認識和了解消毒產品的基礎上進行簡單的動手制作，帶領學生感受日化產品的制作過程，引導其用科學的研究方法評價和改進產品，綜合發展學生的個人能力。

1.教材分析和學情分析

本項目內容包含化學與生物兩個學科，涉及各學科必修和選擇性必修部分，適用于知識體系相對完善、課業負擔相對較小的高二年級學生。結合高中化學課程標準和高中生物課程標準中的內容要求和學業要求，項目內容對應的教材分析和課標分析如表1所示。

表1 “探究和制作乙醇免洗手消毒凝膠”項目的教材分析和課標分析

針對高二年級學生做學情分析：①知識層面：掌握乙醇等有機化合物的相關化學知識，細菌、病毒和蛋白質的相關生物知識，但對日化產品中課本上未涉及的物質相對陌生。②能力層面：具有一定分析推理和實驗探究的能力，有合作學習的意識，但在實驗設計、實驗分析上還需要教師的引導。③心理層面：好奇心強，求知欲強，具有探究意識，但實驗探究容易流于形式，思維深度不夠。

2.教學目標

依據教材分析和課標分析，綜合兩門學科的特點，制定如下的教學目標：

（1）學習消毒劑及其發展歷史、乙醇免洗手消毒凝膠的成分和用途，調查討論消毒劑的使用情況，感受衛生防護產品在保障人類健康和美好生活方面所發揮的重要作用。

（2）通過設計乙醇免洗手消毒凝膠的制作配方、工藝，了解日化產品的制作流程，書寫產品說明書，體驗日化產品的制作過程，提高實驗操作和科學探究的能力。

（3）通過實驗、現代儀器測定，進行乙醇免洗手消毒凝膠評價和評分，認識產品評價中包含的科學研究方法，形成科學研究方法解決實際問題的意識。

（4）通過小組研究匯報、合作探究和評價反思，發展合作學習的意識和嚴謹務實的科學精神。

3.設計思路

圍繞“探究和制作乙醇免洗手消毒凝膠”的主題設置了三個子項目，每個子項目中設置3個學習目標及對應的活動內容，同時每個項目也指向了不同的化學學科核心素養和生物學科核心素養，設計思路如圖1所示。

圖1 “探究和制作乙醇免洗手消毒凝膠”項目的設計思路

三、項目實施

項目設計總共四個課時，第一課時為前期準備，第二課時為匯報交流，第三課時為實驗制作，第四課時為產品評價與交流。前三個課時間隔一周，第三、四課時間隔兩周。

1.聯系事實，引出問題

第一周第一課時，教師展示常見的衛生防護產品，拋出“消毒劑有哪些？”“消毒劑是如何產生的？”“乙醇免洗手消毒凝膠是什么？”等問題，引發學生對生活中真實問題的思考，激發學生的學習興趣。

2.成立小組，制定方案

第一周第一課時，根據討論總結出核心問題，學生在教師指導下自由結成4～6 人的小組，并設置組長。各小組明確組內成員分工，制定活動方案，為后續開展社會調查研究、資料查閱等活動做好準備。

3.分析調查，社會實踐

第二周第二課時，學生在教師指導下交流匯報，了解消毒劑及其發展歷史，認識乙醇免洗手消毒凝膠的主要成分和作用，學習乙醇殺菌消毒的機理，分析討論消毒劑的社會調查結果。

（1）乙醇免洗手消毒凝膠殺菌消毒的機理：乙醇進入細菌內部后，乙醇分子中的乙基會破壞蛋白質內部憎水基團間的吸引力，水分子會使蛋白質親水基團間的吸引力減小，共同作用下細菌蛋白質脫水，變性凝固，從而殺死細菌。同時破壞細菌的細胞壁使細胞溶解、抑制細菌的酶系統阻礙代謝和繁殖。病毒由內部的核酸和外部的蛋白質外殼組成。乙醇能夠破壞病毒外殼的蛋白質成分，使其喪失感染正常細胞的能力。

（2）體積分數為75%的乙醇消毒效果最佳的原因：此濃度下的乙醇滲透壓與細菌相似，既不會因乙醇濃度過高導致細菌蛋白脫水過于迅速，細菌表面的蛋白質先凝固形成堅固的包膜，使得乙醇分子難以滲入細菌內部，又不會因乙醇濃度過低時滲透性降低，乙醇分子不易進入細菌內部［3］。

4.合作探究，成果共享

第三周第三課時，教師提前與各小組同學協商，提前準備實驗藥品和器材，確定乙醇免洗手消毒凝膠制作配方［4］，如表2所示。按照制作工藝進行乙醇免洗手消毒凝膠的制作，在制作完成后書寫產品說明書。

表2 乙醇免洗手消毒凝膠制作配方（制作100 mL產品）

（1）乙醇免洗手消毒凝膠制作工藝：用電子天平準確稱取1.4 g的卡波姆940粉末，量取28 mL蒸餾水，倒入50 mL 燒杯中，將卡波姆940 粉末加入盛有蒸餾水的燒杯中，放入磁力攪拌子，用磁力攪拌器在75℃加熱攪拌30 min 左右，使卡波姆940 的粉末完全溶脹成透明凝膠狀；向燒杯中加入19.5 mL 的75%乙醇溶液、0.5 mL 的甘油，適量玫瑰香精，攪拌均勻；滴加適量三乙醇胺調節pH，攪拌均勻呈凝膠狀；用注射器轉移產品到分裝軟管中，貼好標簽。

（2）制作的產品如圖2所示，產品說明書如表3所示。

圖2 乙醇免洗手消毒凝膠產品展示

表3 乙醇免洗手消毒凝膠產品說明書

5.交流評價，綜合反思

第五周第四課時，各小組分別進行產品的評價結果匯報，分享實驗過程，總結實驗結論，根據評分表進行產品評價，評分細則如表4所示。評價過程中可以利用pH 計等現代儀器，從體感、觀感、功能和說明書書寫等方面綜合評價各小組的產品。

表4 乙醇免洗手消毒凝膠產品評分表

四、項目評價

“制作乙醇免洗手消毒凝膠”是本項目中的重要內容，針對實驗制作環節設計表現評價的評價目標及要求，如表5所示?？鐚W科主題的學習重在培養學生綜合運用多學科知識解決實際問題的能力，各個項目結束后，可以采取學生自評、學生互評和教師評價多重維度的表現性評價表［5］，評價學生在課堂上的表現來檢測教學成果，具體內容如表6所示。

表5 “制作乙醇免洗手消毒凝膠”的評價目標及要求

表6 “探究和制作乙醇免洗手消毒凝膠”的課堂表現評價

五、項目反思

根據“探究和制作乙醇免洗手消毒凝膠”為主題開發校本課程項目，豐富了傳統課程的應用性，促進學生知識與方法的應用，讓學生在解決實際問題的同時落實學科核心素養的發展。其次，跨學科課程能夠有效打破學科之間的壁壘，促進學生綜合運用多學科知識，整合設計相關內容能夠充分發揮校本課程的育人價值。本項目對學生、教師、學校的能力和水平要求較高，其中微生物培養對設備要求時間跨度較長，實際實施過程中可以適當調整時間安排。