STEAM理念在“化妝品科學(xué)與鑒賞
——冷法制皂”實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

包瑩玲,馬 志,朱林江,陸躍樂,陳小龍

(浙江工業(yè)大學(xué) 生物工程學(xué)院 發(fā)酵工程研究所,浙江 杭州 310014)

STEAM是科學(xué)(Science)、技術(shù)(Technology)、工程(Engineering)、藝術(shù)(Art)和數(shù)學(xué)(Mathematics)5個(gè)學(xué)科的簡稱。STEAM教育以富有創(chuàng)造性的學(xué)習(xí)過程作為教育核心,倡導(dǎo)基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)方式,強(qiáng)調(diào)了知識(shí)與實(shí)踐的相互聯(lián)系,以實(shí)現(xiàn)上述5個(gè)學(xué)科跨界深度融合[1],旨在鼓勵(lì)學(xué)生自己動(dòng)手探索和解決實(shí)際問題,培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、批判思維和創(chuàng)造力。此外,作為一種新型教育理念,STEAM教育還有利于學(xué)生從更多視角去認(rèn)識(shí)不同學(xué)科之間的聯(lián)系,從而為教育者提供新的教學(xué)模式,并為教育教學(xué)實(shí)踐提供指導(dǎo)[2]。高校通識(shí)選修課是高等教育體系中培養(yǎng)完整的人(又稱“全人”)的重要一環(huán),旨在培養(yǎng)具備遠(yuǎn)大眼光、通融識(shí)見、博雅精神和優(yōu)美情感的人,而非是某一狹窄專業(yè)領(lǐng)域的專精型人才[3]。通識(shí)教育模式不僅有利于發(fā)展學(xué)生全面的人格素質(zhì),開拓學(xué)生廣闊的知識(shí)視野,而且有利于滿足學(xué)生個(gè)性化發(fā)展需求,提升學(xué)生綜合素質(zhì)?！盎瘖y品科學(xué)與鑒賞”是一門以化學(xué)為基礎(chǔ),涉及生命科學(xué)、天然產(chǎn)物化學(xué)、皮膚科學(xué)和精細(xì)化工等多個(gè)專業(yè)領(lǐng)域?qū)W科的科學(xué)素養(yǎng)類通識(shí)選修課,能夠?yàn)閷W(xué)生提供涉及化妝品學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)和技能,使學(xué)生能夠鞏固科學(xué)知識(shí),擴(kuò)大知識(shí)儲(chǔ)備,提升科學(xué)興趣,拓展科學(xué)素質(zhì)。

STEAM教育的教學(xué)方式與課堂形式多樣。為了更好地將STEAM理念融合到“化妝品科學(xué)與鑒賞”課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,筆者開發(fā)了基于STEAM理念的“冷法制皂”校本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,并對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行了綜合評(píng)估,探索在高校通識(shí)課程中融入STEAM理念的可行途徑。

1 課程教學(xué)現(xiàn)狀與學(xué)情分析

冷法制皂,即以脂肪酸/脂肪酸甘油酯、堿及水為原料,通過皂化反應(yīng)制成富含天然甘油且泡沫細(xì)膩豐富的天然手工皂。手工皂的制備實(shí)驗(yàn)原理明確,實(shí)驗(yàn)操作簡便,成品類型多樣,較有利于多樣化實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)[4]。因此,筆者從實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性、可操作性及趣味性出發(fā),將“冷法制皂”項(xiàng)目作為校本課程“化妝品科學(xué)與鑒賞”STEAM教育的實(shí)施對(duì)象。首先,皂化反應(yīng)是清潔類化妝品制備的核心反應(yīng),通過對(duì)該反應(yīng)的學(xué)習(xí),有助于學(xué)生理解化妝品的設(shè)計(jì)、工藝及生產(chǎn)要點(diǎn)[5];其次,皂化反應(yīng)操作較為簡單,適合作為通識(shí)教育實(shí)施對(duì)象;最后,學(xué)生可依據(jù)個(gè)人喜好與目的添加牛乳、精油、香精、花草和中藥藥材等活性成分,可選擇不同的模具,因此親手制備手工皂廣受學(xué)生們的歡迎。

該課程是一門面向全校所有專業(yè)、年級(jí)學(xué)生的通識(shí)選修課。選課學(xué)生包含大一新生及大四畢業(yè)生,涵蓋哲學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、法學(xué)、教育學(xué)、文學(xué)、理學(xué)、工學(xué)、醫(yī)學(xué)、管理學(xué)和藝術(shù)學(xué)等10大門類66個(gè)本科專業(yè)的學(xué)生。學(xué)生已基本具備高中基礎(chǔ)化學(xué)知識(shí),并已初步掌握生活中的皂類、油脂堿性水解相關(guān)知識(shí)和基本的實(shí)驗(yàn)操作技能。此外,學(xué)生不同的專業(yè)背景,也為在STEAM教育中進(jìn)行多學(xué)科交叉奠定了基礎(chǔ)。

2 基于STEAM理念的課程目標(biāo)設(shè)定

科學(xué)可以幫助人們認(rèn)識(shí)世界規(guī)律,工程與技術(shù)可以幫助人們根據(jù)社會(huì)需求改造世界[6],藝術(shù)可以幫助人們以美好的形式豐富世界,數(shù)學(xué)可以為人們發(fā)展與應(yīng)用科學(xué)、工程、藝術(shù)和技術(shù)提供思維方法和分析工具。該實(shí)驗(yàn)采用項(xiàng)目學(xué)習(xí)的方式,以“手工皂”制作為主線,將STEAM教育與大學(xué)通識(shí)選修課“化妝品科學(xué)與鑒賞”相融合,促使學(xué)生在學(xué)習(xí)中通過構(gòu)建知識(shí)、尋求合作來解決問題,幫助學(xué)生建立學(xué)以致用的習(xí)慣,培養(yǎng)學(xué)生的工程思維與創(chuàng)新能力,并形成良好的學(xué)習(xí)成就感[7]。

該課程的內(nèi)容包括:1) 實(shí)驗(yàn)原料、產(chǎn)品的理化特性和皂化反應(yīng)原理等科學(xué)知識(shí);2) 皂化流程、工藝參數(shù)和檢測方法等技術(shù)知識(shí);3) 與最終產(chǎn)品設(shè)計(jì)相關(guān)的原料選擇、比例和工藝確定等工程知識(shí);4) 調(diào)研設(shè)計(jì)及反應(yīng)過程中相關(guān)參數(shù)及對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、測量和計(jì)算等數(shù)學(xué)知識(shí);5) 與產(chǎn)品外觀造型設(shè)計(jì)相關(guān)的藝術(shù)設(shè)計(jì)知識(shí)。具體的課程目標(biāo)和內(nèi)容如表1所示。

表1 STEAM項(xiàng)目教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容

3 方案設(shè)計(jì)及項(xiàng)目實(shí)施

3.1 方案設(shè)計(jì)

3.1.1 分組學(xué)習(xí)

根據(jù)學(xué)生的專業(yè)背景及自由組合原則進(jìn)行分組,并明確各組員分工。將學(xué)習(xí)內(nèi)容設(shè)計(jì)成開放性問題提綱,各組學(xué)生借助于教材、期刊和網(wǎng)絡(luò)尋找問題的答案,完成對(duì)部分科學(xué)知識(shí)的自學(xué)。教師通過學(xué)生提交的回答對(duì)分組學(xué)習(xí)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3.1.2 小組討論制定實(shí)驗(yàn)方案

指導(dǎo)學(xué)生對(duì)手工皂的外觀、氣味、質(zhì)地和包裝等問題設(shè)計(jì)問卷調(diào)查表,通過線上發(fā)放和回收調(diào)查表,對(duì)問卷表進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和分析?；谡{(diào)查結(jié)果進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì),小組討論確定預(yù)實(shí)驗(yàn)方案,并上報(bào)預(yù)實(shí)驗(yàn)原料、實(shí)驗(yàn)器具。通過對(duì)預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析和產(chǎn)品包裝設(shè)計(jì)后,最終確定手工皂的制備方案和相應(yīng)原料、實(shí)驗(yàn)器具和包裝材料等信息。

3.1.3 實(shí) 驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)部分包括預(yù)實(shí)驗(yàn)和制作實(shí)驗(yàn)。冷法制皂流程如圖1所示。根據(jù)設(shè)計(jì)好的預(yù)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行手工皂的原料成分、配比、NaOH添加量、NaOH流加速度和攪拌溫度對(duì)皂硬度、結(jié)團(tuán)、皂化速度、氣味和活性物質(zhì)溶解性等的影響實(shí)驗(yàn),對(duì)不同工藝條件下皂的特性進(jìn)行考察。手工皂制作實(shí)驗(yàn)則以小組為單位,按照設(shè)計(jì)思路進(jìn)行手工皂的制作,包括制皂、皂成型和皂包裝等部分。

圖1 冷法制皂流程圖Fig.1 Flow chart of cold process soap making

3.1.4 匯報(bào)及實(shí)驗(yàn)報(bào)告

實(shí)驗(yàn)完成后,各小組通過多媒體匯報(bào)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告的方式進(jìn)行項(xiàng)目展示和分享。多媒體匯報(bào)內(nèi)容包括設(shè)計(jì)思路、工藝流程和產(chǎn)品展示;實(shí)驗(yàn)報(bào)告冊的內(nèi)容包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)結(jié)果、實(shí)驗(yàn)分析和思考題。

3.1.5 考 核

考核貫穿項(xiàng)目的始終。該項(xiàng)目評(píng)價(jià)主要從學(xué)生的參與度、學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的行為表現(xiàn)以及學(xué)習(xí)成果對(duì)學(xué)生進(jìn)行評(píng)價(jià)。學(xué)生的合作探究過程、工具的規(guī)范使用、設(shè)計(jì)方案的表達(dá)和作品效果的實(shí)現(xiàn)等都將成為評(píng)價(jià)學(xué)生的指標(biāo)。具體包括:1) 分組考勤及分工,考察項(xiàng)目參與度;2) 科學(xué)知識(shí)掌握情況,考察科學(xué)部分掌握程度;3) 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)置和實(shí)驗(yàn)操作技巧,考察工藝掌握程度;4) 產(chǎn)品,考察工程和藝術(shù)性;5) 調(diào)查問卷、預(yù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)合理性和數(shù)據(jù)處理情況,考察數(shù)學(xué)能力。

3.2 項(xiàng)目實(shí)施

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程以教師講授為主,學(xué)生通過教師講解,以實(shí)驗(yàn)報(bào)告冊為參照,在實(shí)驗(yàn)老師的指導(dǎo)下完成實(shí)驗(yàn)。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中通常專注于制得手工皂產(chǎn)品,而忽略對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)操作的理解,不利于學(xué)生的主動(dòng)思考與探索[8]。該項(xiàng)目基于“互聯(lián)網(wǎng)+”線上線下交互式進(jìn)行,將多個(gè)目標(biāo)分段完成:1) 線上部分,主要涉及考勤、學(xué)習(xí)、溝通和報(bào)告提交4項(xiàng)任務(wù)[9];2) 發(fā)放項(xiàng)目任務(wù)書,內(nèi)容包括項(xiàng)目的內(nèi)容、流程、時(shí)間節(jié)點(diǎn)和考核方式等;3) 根據(jù)任務(wù)書完成基礎(chǔ)科學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí),并提交1份學(xué)習(xí)報(bào)告;4) 完成藝術(shù)設(shè)計(jì)部分的問卷,并通過投放鏈接進(jìn)行皂類產(chǎn)品的調(diào)查并回收問卷;5) 線下部分,主要?jiǎng)t涉及討論、實(shí)驗(yàn)和項(xiàng)目匯報(bào)3部分。

4 項(xiàng)目綜合評(píng)析

項(xiàng)目的綜合評(píng)價(jià)主要通過結(jié)合測評(píng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和課程改革后的問卷分析進(jìn)行。

4.1 能力考評(píng)

基于STEAM理念的教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行綜合考核,可以避免一次考試決定學(xué)生成績的片面性。課程基于考勤(5%)、學(xué)習(xí)報(bào)告(20%)、實(shí)驗(yàn)操作能力(20%)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告(30%)和匯報(bào)(25%)5個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行考核,其分項(xiàng)得分分析如圖2所示。通過進(jìn)行多維度的考核分析學(xué)生學(xué)習(xí)成績,其賦分組成是:考勤得分4.8%、學(xué)習(xí)報(bào)告17.5%、實(shí)驗(yàn)操作16.5%、實(shí)驗(yàn)報(bào)告26%、匯報(bào)23%。通過分析可以更好地了解學(xué)生的缺漏,即實(shí)驗(yàn)操作是大多數(shù)學(xué)生的短板,為課程的進(jìn)一步設(shè)置和改革提供了依據(jù)。同時(shí),這樣的考核方式,既可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,提高他們對(duì)實(shí)驗(yàn)的重視程度,又可以保證成績評(píng)定的客觀公平性。

圖2 基于STEAM的“冷法制皂”實(shí)驗(yàn)課程 分項(xiàng)得分分析Fig.2 Analysis of scores of STEAM based “cold process soap making” experiment course

項(xiàng)目改革可以從科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和教學(xué)5個(gè)方面進(jìn)行學(xué)生素質(zhì)的提高,學(xué)生考評(píng)結(jié)果如圖3所示。由圖3可知:科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)的目標(biāo)達(dá)成度分別為96%,93%,92%,94%,98%,目標(biāo)達(dá)成度均高于90%,其中數(shù)學(xué)的最高,工程的最低,說明學(xué)生在各個(gè)目標(biāo)的掌握程度不一致,教師可依據(jù)學(xué)生的特點(diǎn),針對(duì)學(xué)生的薄弱點(diǎn)改進(jìn)教學(xué)方法。

圖3 基于STEAM的“冷法制皂”實(shí)驗(yàn)課程目標(biāo)達(dá)成度Fig.3 Analysis of target acquisition of STEAM based “cold process soap making” experiment

4.2 課程教學(xué)改革后調(diào)查問卷分析

課程結(jié)束后,通過設(shè)計(jì)涉及學(xué)習(xí)興趣、技能提升和接受度3個(gè)方面的調(diào)查問卷對(duì)課程改革后的滿意度進(jìn)行調(diào)查。調(diào)查問卷在課程評(píng)分結(jié)束后發(fā)放給選課學(xué)生,以上屆采用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法的學(xué)生調(diào)查結(jié)果作為對(duì)照進(jìn)行分析,并采用t-檢驗(yàn)進(jìn)行顯著性分析,結(jié)果如圖4所示。由圖4可知:學(xué)生對(duì)課程的學(xué)習(xí)興趣由76%顯著提高至86%(p<0.05),技能提升由80%顯著提高至94%(p<0.05),課程的接受度為90%,說明課程教學(xué)改革成效顯著。

圖4 基于STEAM理念的實(shí)驗(yàn)課程調(diào)查問卷的滿意度分析Fig.4 Satisfaction analysis of experimental course questionnaire based on STEAM concept

5 結(jié) 論

介紹了一種基于STEAM理念的“冷法制皂”實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的全新教學(xué)模式,即通過提出問題、分組查閱資料和討論、學(xué)生反饋和教師引導(dǎo)的教學(xué)模式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)。綜合學(xué)生的能力考評(píng)和滿意度調(diào)查分析,基于STEAM理念的大學(xué)“化妝品科學(xué)與鑒賞——冷法制皂”實(shí)驗(yàn)教學(xué)取得了較好的效果。