“基于STEAM理念制作桂花精油手工皂”科技教育活動方案

顧濤

活動目的

科學(xué)：學(xué)會提取植物芳香油的3種基本方法（萃取、蒸餾、壓榨）、皂化反應(yīng)的原理、無水硫酸鈉吸水、分液等操作過程。

數(shù)學(xué)：學(xué)習(xí)市場標(biāo)準(zhǔn)香皂原料的質(zhì)量與體積相關(guān)知識，能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)、出油率計(jì)算。

技術(shù)：學(xué)生掌握3D打印、精油提取、香皂制作，以及精油提取器、純水器等儀器操作。

工程：完成精油提取流程設(shè)計(jì)、香皂制作流程設(shè)計(jì)。

藝術(shù)：完成香皂造型及模具設(shè)計(jì)、外包裝設(shè)計(jì)、義賣海報(bào)設(shè)計(jì)、平面廣告設(shè)計(jì)、10分鐘宣傳片設(shè)計(jì)。

活動創(chuàng)新點(diǎn)

實(shí)驗(yàn)理念創(chuàng)新選擇高中《生物》（選修一）“植物芳香油的提取”

內(nèi)容進(jìn)行活動設(shè)計(jì)，以E（工程學(xué)）為主線，在方案中將S（科學(xué)）、T（技術(shù)）、A（藝術(shù)）和M（數(shù)學(xué)）有效結(jié)合起來，充分體現(xiàn)STEAM理念，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容創(chuàng)新在芳香油的提取過程中，通過比較玫瑰花、桂花、薄荷葉、橘子皮等實(shí)驗(yàn)材料，最終選擇了取材方便、香味濃郁、出油率高的桂花。原高中《生物》（選修一）教材中只涉及“植物芳香油的提取”，本課題還開發(fā)出了“設(shè)計(jì)精油香皂造型及外包裝”“設(shè)計(jì)并制作手工精油香皂”“組織大型義賣活動”等內(nèi)容，將提取到的精油封存于香皂中，既解決了芳香油不易保存的問題，又拓展了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，“組織大型義賣活動”則把課堂延伸到了社會生活中，實(shí)現(xiàn)了課堂教學(xué)與社會實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合。

技術(shù)手段創(chuàng)新STEAM課程的優(yōu)勢在于多學(xué)科的有效整合，植物芳香油提取使用了精油提取器，設(shè)計(jì)精油香皂模具使用了3D打印機(jī)，香皂外包裝設(shè)計(jì)使用了Photoshop軟件、3Dmax三維動畫渲染和制作軟件等，同時(shí)還有微課、網(wǎng)絡(luò)資源的利用，真正實(shí)現(xiàn)了多種新技術(shù)手段跨界融合創(chuàng)新。

活動步驟

階段1：準(zhǔn)備

查閱資料學(xué)生以“桂花”“玫瑰”“精油”“精油提取”“香皂制作”“義賣活動”等詞語為關(guān)鍵詞，查閱相關(guān)資料。并在收集、整理和閱讀與本活動任務(wù)相關(guān)資料后，寫一份小結(jié)，展示關(guān)于桂花精油、手工香皂已有的研究成果。

班級分工①精油提取組：使用各種方法提取多種植物芳香油，從成本、出油率、原料、來源等多方面進(jìn)行比較，確定植物種類并大量提取芳香油，同香皂制作組一起確訂香皂配方。②香皂制作組：設(shè)計(jì)并比較多種香皂模具設(shè)計(jì)方案，從成本、美學(xué)、校園文化等多方面比較確定方案及3D打印模具;完善皂化反應(yīng)步驟，完成預(yù)實(shí)驗(yàn)，嘗試添加成分種類及不同比例;確定香皂配方，并大量制作手工香皂。

③宣傳設(shè)計(jì)組：以精油提取組和香皂制作組數(shù)據(jù)為依據(jù)，設(shè)計(jì)產(chǎn)品外包裝;制作義賣海報(bào);拍攝20張平面廣告;拍攝10分鐘微電影《附中香誕生記》;校園網(wǎng)活動連載報(bào)道;組織義賣活動。

組織頭腦風(fēng)暴討論提取植物芳香油并制作手工香皂的實(shí)驗(yàn)方案;討論產(chǎn)品外包裝設(shè)計(jì);討論香皂外形模具設(shè)計(jì);學(xué)生按照“頭腦風(fēng)暴活動參考”進(jìn)行小組活動，并根據(jù)自我評價(jià)量表對小組成員作出評價(jià)，并提出相關(guān)建議。

教師指導(dǎo)要點(diǎn)①盡可能激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造力，引導(dǎo)產(chǎn)生新觀念或新設(shè)想。②小組人數(shù)一般為10～15人，其中主持人1名、記錄員1人、發(fā)言代表1～2人，記錄員要將小組成員的每一個(gè)設(shè)想都完整地記錄下來。③鼓勵(lì)自由暢談，打破思維定式，歡迎各種具有創(chuàng)新性的奇思妙想，禁止批評，要相互傾聽、尊重和權(quán)衡，不要隨意評價(jià)和質(zhì)疑其他人的想法;追求數(shù)量，盡可能多地提出觀點(diǎn);延遲評判。④確保方案具有創(chuàng)新性，能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成，設(shè)備或材料易得，產(chǎn)品要符合預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)。⑤教師要綜合精簡多方觀點(diǎn)以形成最佳的可行方案。

階段2：制訂方案

學(xué)生討論并完成如下任務(wù)：精油提取、手工香皂制作步驟，分步設(shè)計(jì)流程圖并用文字闡述制作過程;確定3D模具設(shè)計(jì)圖;確定外包裝設(shè)計(jì)圖;開始3D打印香皂模具，完成外包裝成品。學(xué)生設(shè)計(jì)的“蟾宮折桂圖”見圖1。

階段3：實(shí)施

活動任務(wù)提取植物精油，討論并確定香皂成分配比，制作手工精油香皂，完成產(chǎn)品批量生產(chǎn)。

活動準(zhǔn)備場地：生物創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室。材料及儀器：精油提取器、3D打印機(jī)、微量可調(diào)移液器、恒溫水浴鍋、純水、純水器、桂花、玫瑰花、薄荷葉、食鹽、無水硫酸鈉、燒杯、天平、錐形瓶、長頸漏斗、分液漏斗等。

活動過程①學(xué)生嘗試提取多種植物芳香油并制作手工香皂，嚴(yán)格按照小組合作準(zhǔn)則進(jìn)行工作，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神和語言表達(dá)能力。鼓勵(lì)學(xué)生不怕失敗，勇于嘗試多種植物材料（玫瑰花、桂花、薄荷葉、橘子皮等）、多種提取方法（蒸餾法、萃取法、壓榨法等）。②檢驗(yàn)提取桂花精油及制作手工香皂步驟的準(zhǔn)確性，學(xué)生在小組討論中設(shè)計(jì)表格，并記錄、處理相關(guān)數(shù)據(jù)。③評估精油提取是否合格，手工香皂是否合格，在小組內(nèi)部檢測的基礎(chǔ)上，邀請教師或?qū)I(yè)人士參與評價(jià)，請他們給出意見，小組做好筆記。④優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定最終方案。學(xué)生分小組討論，從多個(gè)方面分析、比較各種精油優(yōu)缺點(diǎn)，并最終確定提取材料易得、成本較低、操作較易、出油率高的桂花精油。⑤批量生產(chǎn)的過程中，可以繼續(xù)探索植物芳香油、橄欖油、起泡劑等成分加入的最適比例。⑥精心打造3款3D打印模具，并定制外包裝，三代產(chǎn)品見圖2。

階段4：總結(jié)

活動任務(wù)組織校園義賣活動，通過校園網(wǎng)連載報(bào)道，拍攝平面廣告，拍攝10分鐘微電影《附中香誕生記》。

活動準(zhǔn)備場地：校園內(nèi)。材料：單反相機(jī)、DV、課桌、義賣宣傳頁、海報(bào)。

活動過程①反思與評價(jià)。學(xué)生對照評價(jià)表反思自己在小組中的行為表現(xiàn)，完成STEAM課程反思小結(jié)，教師引導(dǎo)學(xué)生盤點(diǎn)課程中的成功經(jīng)驗(yàn)及存在的問題。②多種形式的成果展示。教師要注意通過多種形式的成果展示，全面提高學(xué)生的技術(shù)、交流、溝通等多方面素養(yǎng)。

評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

學(xué)生在STEAM理念教學(xué)的學(xué)習(xí)中，通過解決真實(shí)世界的實(shí)際問題，逐漸掌握和拓展了生物、物理、化學(xué)、信息學(xué)等多學(xué)科知識、實(shí)現(xiàn)了跨學(xué)科的綜合發(fā)展，全面提高了學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力。因此，在評價(jià)方式上也是多樣的，可嘗試從4個(gè)維度（價(jià)值體認(rèn)、責(zé)任擔(dān)當(dāng)、問題解決、創(chuàng)意物化）、3個(gè)主體（學(xué)生、小組、教師）對學(xué)生進(jìn)行評價(jià)。