“創(chuàng)皂生活”
——STEAM理念下的課程開發(fā)與教學(xué)設(shè)計

趙洋洋，閆春更，馮肖肖，周寶石，周 青①

（1.陜西師范大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，陜西 西安 710062；2.西北工業(yè)大學(xué) 教師教學(xué)發(fā)展中心，陜西 西安710072）

進入21世紀以來，以數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，通過工程和藝術(shù)理解科學(xué)與技術(shù)的跨學(xué)科整合的STEAM教育在不斷完善和發(fā)展當中?；诤诵母拍睿蠈W(xué)科知識，實現(xiàn)對重要原理的深入探索，發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維，促進學(xué)生參與工程實踐并提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，已經(jīng)成為國際STEAM教育的共識，這也是STEAM教育研究和課程開發(fā)的發(fā)展方向[1]。

對于一線教師來說，將STEAM教育的理念與實際學(xué)科教學(xué)結(jié)合起來進行課程開發(fā)和教學(xué)設(shè)計尤為重要，如何基于STEAM教育理念融合跨學(xué)科內(nèi)容，將工程設(shè)計嵌入課堂中是當前教師面臨的難題之一。

在實際教學(xué)中，各種學(xué)科知識和技能是在解決真實世界問題時相互連接和交叉的。以手工皂為例，生活中不同造型、不同功能（洗護、空氣清新、裝飾）的手工皂中蘊含豐富的化學(xué)及其他相關(guān)學(xué)科知識，其制作過程能夠考察學(xué)生的動手能力，其設(shè)計過程能培養(yǎng)學(xué)生的獨創(chuàng)性[2]。

本研究基于STEAM理念，以 “手工皂的制作與應(yīng)用”為主題創(chuàng)設(shè)真實情境，圍繞“皂化反應(yīng)”這一科學(xué)概念，設(shè)計了“創(chuàng)皂生活”特色課程，旨在探索將STEAM理念應(yīng)用于實際課堂教學(xué)中的方法及意義。

一、設(shè)計需求分析

1.課標分析

《普通高中化學(xué)課程標準（2017年版）》中對于本節(jié)內(nèi)容提倡以真實的化工生產(chǎn)過程為研究對象，借助相關(guān)資料對化工生產(chǎn)原理、流程進行復(fù)原和模擬，這要求教師在課程設(shè)計時應(yīng)關(guān)注真實情境，模擬生產(chǎn)過程，培養(yǎng)學(xué)生的實踐精神和動手能力。

2.教材分析

人教版高中化學(xué)《有機化學(xué)基礎(chǔ)（選修5）》中關(guān)于本節(jié)內(nèi)容主要以實踐活動的形式呈現(xiàn)，包括工業(yè)制皂工藝、設(shè)計實驗比較肥皂和洗滌劑的不同兩部分內(nèi)容，要求學(xué)生能夠進行自主實踐，將所學(xué)知識用于解決實際工業(yè)生產(chǎn)和生活問題。

3.學(xué)情分析

（1）知識層面

學(xué)生已經(jīng)掌握生活中的皂類相關(guān)知識、油脂堿性水解的相關(guān)知識和基本的實驗操作知識，但同時缺乏與制皂相關(guān)的產(chǎn)品成分及皂化反應(yīng)等化學(xué)知識；與皂基成型相關(guān)的壓力、濕度等物理知識；與產(chǎn)品設(shè)計相關(guān)的調(diào)研、方案設(shè)計優(yōu)化、產(chǎn)品外觀設(shè)計等工程領(lǐng)域知識；與產(chǎn)品制作相關(guān)的測量、計算等數(shù)學(xué)知識；與產(chǎn)品外觀造型設(shè)計相關(guān)的藝術(shù)設(shè)計知識等。

（2）能力層面

學(xué)生已有基本的知識及交流能力、思維抽象能力和基本實驗操作能力，有待提升的能力包括：從實際出發(fā)分析解決問題的能力、工程設(shè)計和產(chǎn)品制作的能力以及提煉解決某一類問題的思維方法和能力。

二、設(shè)計理念與思路

1.設(shè)計理念

STEAM 是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、藝術(shù)（Arts）和數(shù)學(xué)（Mathematics）英語首字母的縮寫。STEAM教育強調(diào)綜合各學(xué)科特點，將知識的獲取、方法與工具的應(yīng)用、創(chuàng)新生產(chǎn)的過程進行有機的統(tǒng)一[3]。其中，科學(xué)重在發(fā)現(xiàn)探索，技術(shù)側(cè)重發(fā)明革新，工程強調(diào)集成建造，藝術(shù)突出創(chuàng)造思維，數(shù)學(xué)強調(diào)邏輯推理。總的來說，STEAM教育的核心理念包括：知識整合、情境學(xué)習(xí)、問題驅(qū)動、社會交互、實踐應(yīng)用。

（1）知識整合

STEAM課程作為跨學(xué)科課程，需要教師圍繞某個涉及不同領(lǐng)域的核心概念，將不同學(xué)科知識按照一定的課程邏輯進行整合，從而將分散的學(xué)科知識結(jié)構(gòu)化。

“創(chuàng)皂生活”課程內(nèi)容中涉及化學(xué)、物理、工程、數(shù)學(xué)、設(shè)計學(xué)等知識，彼此不可或缺、互相聯(lián)系，課程設(shè)計不能只拘泥于某個特定學(xué)科或者過于關(guān)注學(xué)科界限，而應(yīng)將重心放在特定問題上，強調(diào)利用多學(xué)科相互關(guān)聯(lián)的知識來解決問題，實現(xiàn)跨越學(xué)科界限，從多學(xué)科知識綜合應(yīng)用的角度提高學(xué)生解決實際問題的能力[4]。

比如，在進行皂類產(chǎn)品的設(shè)計制作過程中，學(xué)生利用測量、計算等數(shù)學(xué)知識準備原料，在了解皂類相關(guān)制備原理的基礎(chǔ)上進行皂類制備，結(jié)合壓力、濕度等物理知識進行皂基成型，最后結(jié)合美術(shù)設(shè)計原理實現(xiàn)對皂類產(chǎn)品外觀的設(shè)計。這一過程中，學(xué)生能夠綜合利用跨學(xué)科知識來解決實際問題，真正實現(xiàn)知識的整合運用。

（2）情境學(xué)習(xí)

知識、學(xué)習(xí)是與情境化的活動聯(lián)系在一起的，只有投入到真實的、有意義的任務(wù)和問題中，即模擬專家在真實世界的情境中做的事情時，學(xué)生才能真正對學(xué)習(xí)材料產(chǎn)生自己的理解。本次課程主要以生活情境和問題情境兩種方式進行呈現(xiàn)，比如通過為學(xué)生呈現(xiàn)“生活中常見皂類產(chǎn)品”具有一定的趣味性，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望，引導(dǎo)學(xué)生思考如何制備皂類產(chǎn)品，讓學(xué)生在情境中發(fā)現(xiàn)問題，尋找解決問題的方法。

（3）問題驅(qū)動

問題驅(qū)動是指以教學(xué)內(nèi)容中某一知識為線索，創(chuàng)設(shè)真實生動的教學(xué)情境，精心設(shè)計出環(huán)環(huán)相扣、層層遞進的問題，使問題貫穿整個教學(xué)過程，讓學(xué)生圍繞提出的問題，分析和解決問題，以達到掌握基礎(chǔ)、啟發(fā)思維、培養(yǎng)分析和解決問題的能力。

在工程設(shè)計中，經(jīng)過測試后經(jīng)常會遇到新的問題，這也體現(xiàn)了工程設(shè)計的迭代性，需要再次經(jīng)過分析處理解決問題。問題驅(qū)動不僅能提高課堂參與度，還能調(diào)動學(xué)生思維，把控整個課堂節(jié)奏[5]。

本次課程從生活中的皂類產(chǎn)品這一真實情境出發(fā)，從制皂機理深入到如何制備皂類產(chǎn)品等問題，學(xué)生再經(jīng)過方案設(shè)計、方案實施、方案評價等一系列過程，達到對問題的步步深入。

（4）社會交互

建構(gòu)主義認為，學(xué)習(xí)是一個文化參與的過程，學(xué)習(xí)者通過參與到某個共同體的實踐活動中來建構(gòu)有關(guān)的知識。學(xué)習(xí)不僅是個體對學(xué)習(xí)內(nèi)容的主動加工，而且需要學(xué)習(xí)者進行合作互助。學(xué)生通過討論、交流、觀點爭論，相互補充和修改，共享集體思維成果，完成對所學(xué)內(nèi)容的意義建構(gòu)。這種社會交互通常以學(xué)習(xí)共同體為形式來達成教學(xué)目標。

本次課程依據(jù)該理念，采取小組合作學(xué)習(xí)的組織形式，小組成員首先圍繞皂類產(chǎn)品的制備進行系統(tǒng)的討論，明確問題解決的思路、方法和成員分工；然后學(xué)生借助網(wǎng)上搜索工具進行資料的收集，了解與制皂相關(guān)的知識與信息，小組交流設(shè)計出合適的產(chǎn)品設(shè)計方案；進而進行小組實驗，展開產(chǎn)品的設(shè)計制作過程；最后通過小組展評的形式進行成果展示。

（5）實踐應(yīng)用

STEAM教育的教學(xué)過程強調(diào)實踐性，注重課程內(nèi)容與社會實踐的緊密聯(lián)系，旨在讓學(xué)生在實踐中學(xué)習(xí)，從而獲取知識和技能，并應(yīng)用于真實情境的問題解決。學(xué)生在實踐過程中經(jīng)過獲取數(shù)據(jù)信息、分享呈現(xiàn)結(jié)果、支持協(xié)作共享、設(shè)計建造測試模型、多媒體展示等一系列活動促進思維發(fā)展和能力提升。

本次課程設(shè)計了“情境引入，提出問題”“調(diào)查研究，合作交流”“設(shè)計方案，對比創(chuàng)新”“設(shè)計建造，測試改進”“分享交流，總結(jié)強化”五個階段的實踐活動，整個過程以學(xué)生為主體，學(xué)生通過小組調(diào)查、實踐探究、合作交流等形式發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，教師發(fā)揮協(xié)調(diào)、指導(dǎo)、檢查、監(jiān)督、計時的作用，讓學(xué)生主動參與到活動中去，體驗整個實踐過程，更好地將抽象知識和實際生活相聯(lián)系。

2.設(shè)計思路

按照本課程所包含的STEAM教育的具體內(nèi)容給出設(shè)計思路，如圖1所示。

圖1 “創(chuàng)皂生活”教學(xué)設(shè)計思路

3.教學(xué)過程

依據(jù)教學(xué)設(shè)計思路，設(shè)計“創(chuàng)皂生活”課程的教學(xué)流程，具體教學(xué)過程如下：

（1）情境引入，提出問題

活動1：看——皂類世界

教師活動：引導(dǎo)學(xué)生從生活中用肥皂去污的思路出發(fā)，延伸皂類的其他用途，注意讓學(xué)生學(xué)會分析配方，回憶皂類的主要成分及制備原理，并提出問題：如何制備皂類產(chǎn)品？皂類產(chǎn)品都有哪些？制作方法一樣嗎？

學(xué)生活動：觀看不同類型的皂類及不同品牌的產(chǎn)品介紹；回答教師問題，手工皂的主要成分是高級脂肪酸鈉，且高級脂肪酸鈉是由油脂和氫氧化鈉反應(yīng)所制得；思考問題：有學(xué)生認為工業(yè)上制皂可能是在大鍋里熬制定型；有學(xué)生認為直接利用皂化反應(yīng)將油和堿混合即可。

設(shè)計意圖：從生活情境出發(fā)，讓學(xué)生從基本的生活用品自然地進入到課堂主題，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。通過提問讓學(xué)生對手工皂的成分進行分析、思考，聯(lián)系已有的化學(xué)知識和生活常識來對皂類制作進行更深入的認識，從問題出發(fā)步步深入。

（2）調(diào)查研究，合作交流

活動2：找——制皂工藝

教師活動：布置調(diào)研任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生了解一件產(chǎn)品的制造必須掌握其加工方式、種類及外觀造型；提醒學(xué)生注意收集信息過程中有效性的篩選；指引學(xué)生依據(jù)各自特點選取合適的分類方式；指導(dǎo)學(xué)生從調(diào)查研究中總結(jié)、分析不同皂類產(chǎn)品的設(shè)計意圖和用途；設(shè)置問題評價，如工業(yè)制造皂基中為何要鹽析？制皂方法的選擇需要考慮哪些因素？

學(xué)生活動：明確調(diào)研目的，選擇調(diào)研方法，選取合適的檢索工具；合理安排分工、學(xué)生分組交流討論，采取上網(wǎng)檢索的方式收集數(shù)據(jù)；整理調(diào)查結(jié)果，撰寫調(diào)研報告（見表1）；比較現(xiàn)有肥皂的種類，合理規(guī)劃自己制皂的用途和目的，在此基礎(chǔ)上選取合適的皂類的加工方式，設(shè)計自己獨特的皂類外觀造型；思考教師提出的問題，加深對皂類的認識。

設(shè)計意圖：通過分組合作，構(gòu)建學(xué)習(xí)共同體，讓學(xué)生在合作中真正認識皂化反應(yīng)的過程及其應(yīng)用，以問題思考的形式讓學(xué)生自己通過查找資料來構(gòu)思設(shè)計自己的實驗方案。

（3）設(shè)計方案，對比創(chuàng)新

活動3：變——自主設(shè)計

教師活動：提示學(xué)生思考，在方案設(shè)計中考慮可行性因素及經(jīng)濟性因素，注意工程設(shè)計的可操作性；引導(dǎo)學(xué)生從制作工藝、外觀造型、產(chǎn)品功能等方面進行創(chuàng)新。

表1 調(diào)研報告表

學(xué)生活動：通過調(diào)研報告先獨自設(shè)計產(chǎn)品制作方案，選取自己認為合適的制皂方法；小組討論交流設(shè)計方案，修改匯總后形成組內(nèi)設(shè)計方案，包括產(chǎn)品名稱、設(shè)計要求、制作工藝、外觀造型設(shè)計、創(chuàng)新點總結(jié)等，完成產(chǎn)品設(shè)計方案表（見表2）。

設(shè)計意圖：學(xué)生對自己的設(shè)計方案進行優(yōu)化改進，不僅只是設(shè)計，更要學(xué)會對過程進行分析，學(xué)會總結(jié)和思考、優(yōu)化和改進，進一步培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力。

表2 產(chǎn)品設(shè)計方案表

（4）設(shè)計建造，測試改進

活動4：動——實施方案

教師活動：提醒學(xué)生操作的規(guī)范性及安全性。針對實驗中遇到的問題，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會再次從調(diào)研結(jié)果中分析，學(xué)會反思。

學(xué)生活動：學(xué)生按照實驗方案分組展開產(chǎn)品制作，第一小組制作工藝如表3所示，產(chǎn)品造型采用硅膠模具高腳杯造型。

表3 第一小組制作工藝

設(shè)計意圖：在真實制作過程中鍛煉學(xué)生的動手能力，在實際操作中發(fā)現(xiàn)問題、改進學(xué)案，體會工程設(shè)計的迭代性，增強學(xué)生實驗操作的熟練程度。

（5）分享交流，總結(jié)強化

活動5：說——你講我評

教師活動：組織學(xué)生展示及評價產(chǎn)品，總結(jié)關(guān)于肥皂的創(chuàng)新設(shè)計，除了配方設(shè)計以外有兩類，一類是對造型的設(shè)計改變，更方便使用；另一類通過改變使用方式，改變皂類產(chǎn)品的一些使用問題，給人們帶來使用感受上的新體驗。

學(xué)生活動：各個小組選出代表，展示自己的設(shè)計產(chǎn)品，并對其設(shè)計理念和創(chuàng)意進行介紹，學(xué)生自評互評。

第一組：紅酒手工皂，面向白領(lǐng)青年人群。外形采用高腳杯設(shè)計，高雅時尚。并且紅酒中的葡萄多酚含量豐富，對于緩解肌膚暗沉有不錯的效果，長久使用能夠起到收斂毛孔、美白肌膚的作用。大部分紅酒中都含有SOD素，能夠起到精致毛孔及美白的效果。

第二組：水晶手工皂，面向少女群體。顏色主打粉色，透明水晶中封有干花，皂型為方形和圓形，滿滿的少女心。整個設(shè)計造型精美，采用不同花系列，不僅可以用來潔面護膚，也可用作裝飾品或者空氣清新皂。

第三組：卡通手工皂，面向兒童。外形采用小鴨子造型，可愛靈動，并且皂兩面帶有齒痕，增大起泡量。

設(shè)計意圖：在產(chǎn)品展示過程中不僅讓學(xué)生看到生活之美，更學(xué)會發(fā)現(xiàn)美、制作美、創(chuàng)造美，并通過展示過程鍛煉了學(xué)生的語言表達能力和思維能力。通過回顧皂化反應(yīng)的一些知識，讓學(xué)生自己動手、自主開發(fā)、自我評價，拓展了學(xué)生知識，開闊了學(xué)生思維，提高了學(xué)生解決問題的能力，真正實現(xiàn)學(xué)科融合。

三、教學(xué)反思

按照新課標要求，基于STEAM理念的“創(chuàng)皂生活”課程的設(shè)計，融合了化學(xué)、物理、數(shù)學(xué)等學(xué)科知識，運用多媒體技術(shù)、實驗操作技術(shù)等相關(guān)技術(shù)手段，綜合考慮工程問題中的全局意識、成本意識、創(chuàng)新意識等，對學(xué)科課程內(nèi)容與STEAM理念的有效融合進行了積極探索。

從要素解構(gòu)的視角審視，該設(shè)計體現(xiàn)的教育內(nèi)涵如下：

1.科學(xué)知識層面

重點突出化學(xué)知識又兼顧其他學(xué)科知識的跨學(xué)科整合。其中，化學(xué)知識涉及到皂類中的化學(xué)成分、皂化反應(yīng)等重要反應(yīng)，以及與制皂相關(guān)的化學(xué)知識；物理知識涉及到壓力、濕度對皂基成型的影響，體現(xiàn)跨學(xué)科的理念。

2.科學(xué)技術(shù)層面

通過查找資料學(xué)習(xí)皂類產(chǎn)品的配方更新以及制皂工藝的優(yōu)化，學(xué)生主要進行化學(xué)實驗的操作技術(shù)，真實體驗“科技創(chuàng)造生活之美”。在活動中，每個小組都扮演了獨立的手工皂制作工廠的角色，更能體現(xiàn)情境學(xué)習(xí)的理念。

3.工程問題層面

利用不同類型的皂類圖片生活情境激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生解決的第一個問題是“皂類產(chǎn)品是怎樣制備的”，從而讓學(xué)生通過查閱相關(guān)資料來對皂類知識進行了解，設(shè)計出自己的制造方案，經(jīng)過學(xué)生討論、教師評價，學(xué)生再進行具體的實驗操作。制皂工藝不僅僅包括準備原料、流水生產(chǎn)，還包括產(chǎn)品外形設(shè)計、外包裝設(shè)計等環(huán)節(jié)。這種進階式的過程體現(xiàn)了工程學(xué)中從明確問題到制訂方案，再到最后實驗和優(yōu)化改進的系統(tǒng)性步驟。此外，學(xué)生還有可能面臨這些問題：實驗藥品的用量各為多少？要用到哪些實驗器材？先做哪一步？以上問題均能體現(xiàn)問題驅(qū)動的理念。

4.藝術(shù)層面

皂類外觀造型的設(shè)計是本課程的重點，皂類如今也用于裝飾生活，通過設(shè)計造型，讓學(xué)生體會生活之美；同時，課堂上的語言表達和講評體現(xiàn)了STEAM社會互動的理念。數(shù)學(xué)在本課程中主要作為一種輔助工具，涉及藥品稱量時的讀數(shù)、計數(shù)，制訂藥品配比以及產(chǎn)品外觀造型的測量知識，不僅培養(yǎng)了學(xué)生的數(shù)學(xué)素養(yǎng)，還加深了學(xué)生對科學(xué)探究和科學(xué)概念的理解，促進了工程問題的解決。

本次課程提高了學(xué)生對于化學(xué)學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生真實參與一系列的工程產(chǎn)品設(shè)計流程，制造出屬于自己的產(chǎn)品，滿足了學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望。

在課程實施過程中還發(fā)現(xiàn)了值得進一步思考和探索的問題：

（1）課堂的主體性

本次課程以學(xué)生為主體，強調(diào)學(xué)生積極參與活動，但也存在著一部分學(xué)生抱著看熱鬧的心態(tài)，只是在行為層面參與活動，卻并未在思維層面參與思考，使得課堂的主體性打了折扣。

（2）課程的組織與管理

本次教學(xué)過程相比傳統(tǒng)教學(xué)更加要求發(fā)揮學(xué)生的自主性，教師應(yīng)根據(jù)課堂進度靈活設(shè)置環(huán)節(jié)時間，關(guān)注學(xué)生整體參與度。

（3）教學(xué)評價的適切性

基于STEAM理念的課程設(shè)計，突出了對學(xué)生在認知建構(gòu)、能力形成、智慧啟迪、情感體驗、價值塑造等全方位的發(fā)展，其評價方式應(yīng)比傳統(tǒng)教學(xué)評價更加多元而有針對性。