毛用三化学工作室——市级教育信息技术课题《高中化学校本数字化资源开发与应用实践研究》中期验收成果3

在《普通高中化学课程标准》（2017年版2025年修订）提出：化学是自然科学的重要组成部分，与物理学共同构成物质科学的基础，是揭示元素到生命奥秘的核心力量，是材料科学、环境科学、能源科学、信息科学和航空航天工程等现代科学技术的重要基础^【1】。

本次活动是根据油脂的皂化反应原理，模拟工业制皂并加以改善至适用于学生的手工皂制作实验。学生通过小组合作的形式，分别就肥皂制取的工艺流程、肥皂去污作用的原理、表面活性剂的种类和应用等方面收集资料；交流讨论后，各小组通过探究“反应条件和不同试剂”对皂化反应的反应速率和产率的影响实验，确定选择不同原料和操作方案制取肥皂；最后，学生以纸质报告、口头报告、电脑视频等多种形式呈现小组实验结果和心得。

相关的教材内容如下：

在课本中讲解了皂化反应，也在实践活动栏目里提及到，并在课标中学业要求栏中提出了要能举例说明油脂在生产生活中的应用。本次活动围绕“肥皂的制作”，将学生的学习置于有意义的探究情境中，使学生通过分析真实问题、结合所学知识完成项目任务，以提高学生解决综合问题的能力^【2】。

1.核心概念与原理

皂化反应本质：油脂（高级脂肪酸甘油酯）在碱性条件下的水解反应，生成高级脂肪酸盐（肥皂主要成分）和甘油，化学方程式如下：

2.从热力学与动力学角度分析温度对反应自发性和反应速率的影响：

已知硬脂酸甘油酯的皂化反应ΔH=-45kJ/mol,ΔS=+30J/(mol·K）^【3】；

用吉布斯自由能公式ΔG=ΔH-TΔS分析：

常温（298K）下，ΔG=-45kJ/mol-298K×0.03KJ/(mol·K）

≈-54kJ/mol

温度越高，ΔG越负（越小），则反应自发性越强，但需注意温度过高可能引发副反应发生；同时，温度升高也会提高皂化反应的反应速率。

3.关键试剂作用

乙醇：油脂与NaOH的共同溶剂，促进反应物均匀混合；

饱和NaCl溶液：降低高级脂肪酸钠溶解度，使其从溶液中析出（盐析作用）。

4.溶解平衡的移动:盐析

 硬脂酸钠的溶解平衡：

C₁₇H₃₅COONa(s)⇌C₁₇H₃₅COO^-(aq)+Na⁺(aq)

加入饱和NaCl溶液后，溶液中Na⁺浓度骤增，根据勒夏特列原理，平衡向左移动，硬脂酸钠溶解度降低而析出。

5.实验安全与操作规范

氢氧化钠安全：强腐蚀性，需佩戴护目镜和手套，称量时避免粉尘吸入，若接触皮肤立即用大量水冲洗，并提前备好硼酸溶液；

加热控制：水浴加热（60-70℃）防止局部过热，搅拌时避免液体溅出。

6.肥皂中表面活性剂的分子结构与分子间作用力：以硬脂酸钠为例

疏水基是长链烷基，与油脂等有机物结构相似，可通过范德华力吸附油污，深入油污内部，形成“锚定”效果；亲水基带负电荷，能与水分子形成氢键，与水分子结合使整个分子具备水溶性，提供“拉力”。

1.基础知识： 学生在肥皂的制作实验前已经对有机化学基础知识有了一定的了解，并能通过分子结构和性质，分析皂化反应原理；初步认识酯类物质，知道酯能发生水解反应；对判断反应自发性的学习，基本可迁移到分析皂化反应的自发性。

2.实验方面：学生具备配制溶液、过滤、称量等实验基本操作技能，也具有对实验现象的有序观察和描述的能力，能够通过实验现象分析解释原因。

3.存在不足：学生对实验的细节把控与规范意识可能存在不足，对油脂与NaOH的定量关系较为模糊，深入且全面的分析肥皂制备原理和产物的充分利用等可能缺乏综合分析的高阶思维能力。

本次课前学生利用周末时间进行调研工作，再将本次实验分为两个课时，其教学环节、问题驱动及达到的素养水平^【3】如下图所示：

项目活动一：查阅资料，了解肥皂制作

  教师提供制皂任务单，学生利用周末时间依据任务单查阅资料，了解生活中的肥皂，肥皂有哪些不同种制作方法？分组汇报调查结果，小组交流讨论不同制皂方法的优缺点，教师总结并分析制皂原理。

设计意图：以生活中熟悉的物质进行实验教学，创设真实情境；以问题为主线驱动该项目活动的进行，学生在思考肥皂的制作方法的同时，思考制皂的化学反应原理，进而对比讨论不同方法的优缺点。让学生的思维过程从宏观转向微观，激发了学生的对化学实验的探究兴趣，从而使学生能够更好的参与到项目中。

项目活动二：证据推理，皂化反应自发性

学生查找文献资料，从热力学与动力学角度进行理论分析，皂化反应的自发性及其最适宜温度，学生用吉布斯自由能公式ΔG=ΔH-TΔS分析温度对反应自发性的影响，并从反应速率角度提出对温度影响反应的实验探究的必要性。

设计意图：让学生从理论层面理解反应本质，并将热力学的自发性和动力学的速率控制结合起来分析，不仅是知识的迁移应用，也是引导学生用理论预测实验可行性的科学思维培养。

项目活动三：实验探究，深度思考反应原理

教师设问：为何用乙醇而非水作溶剂？以此引导学生设计实验，探究反应条件和不同试剂对皂化反应的反应速率和产率的影响，学生分组探究“温度对反应速率与产物的影响”、“溶剂对反应速率的影响”、“溶剂对产品性能的影响”三个实验，对所做实验的实验现象进行微观分析和解释。

设计意图：学生通过控制溶剂用量、温度、油碱配比等实验探究，也更深入的学习了解了油脂的性质，引导学生从微观角度分析反应现象，培养严谨细致的科学态度，塑造工匠精神。

项目活动四：设计实验，进行肥皂制作

学生通过对皂化反应实验的探究，结合查阅的相关制皂方法，小组合作制定完善的制造方案，然后进行制皂实验活动，并进行成果展示。

设计意图：学生在获取、选择、加工、整理素材资料中的相关制皂实验方法后，进一步的设计实验，充分锻炼了学生的知识迁移能力；并通过最终的实验结果，验证了自己所设计的方案的可行性，从而培养学生将所学知识应用到解决实际问题中去，发展了学生证据推理及科学探究的素养。

项目活动五：工艺优化创新，变废为宝

学生从原料成本、环保效益和产品性能这三个角度用厨房废油替代植物油制皂，并最大化的利用身边的原料，参考市面上的不同种类的肥皂，设计出一款有抗菌、护肤或美观等适合自己的制皂实验方案，小组以视频形式汇报评估实验方案。

设计意图：通过以上问题设计和实验方案，学生能从“被动操作”转变为“主动探究”，在掌握皂化反应原理的同时，提升分析问题、设计方案和创新优化的高阶思维能力；学生也能在掌握实验技能的同时，构建“宏观现象--微观机理--实际应用”的思维链条，真正地实现从“做实验”到“懂实验”再到“创实验”的能力提升。

（一）实验前的调研（学生周末利用互联网查找相关的制皂方法）

“岁暖皂安”制作方案

一、制皂原理

二、制皂方法、原料及各原料配比

1.热制皂法：

2.冷制皂法（本次制皂方法）：

三、所需仪器：

四、绘画冷制皂法流程：

五、具体制皂步骤

1.制作碱水：

需要注意事项：

2.按比例油、碱水混合：

注意事项：

3.充分搅拌至什么程度？

4.放入模具，根据个人喜好加入精油等，充分静置待脱模。

六、评价依据

1.如何使用简便方法鉴定肥皂可以使用？

2.手工皂与工业制皂相比优缺点？（可以从使用原料和肥皂成分、功效等方面考虑）

（二）深入思考分析制皂方案——反应原理深度解构

从热力学与动力学角度分析：皂化反应需要的最适宜温度是多少？请用吉布斯自由能公式ΔG=ΔH-TΔS分析温度对反应自发性的影响（已知硬脂酸甘油酯的皂化反应ΔH=-45kJ/mol,ΔS=+30J/(mol·K)^【4】）。

（三）探究反应条件和不同试剂对皂化反应的反应速率和产率的影响

实验仪器：铁架台（带铁圈）、石棉网、酒精灯、大小烧杯若干、温度计、玻璃棒、托盘天平、量筒；

实验用品：猪油、植物油、NaOH、NaCl、蒸馏水、酒精。

实验一：探究温度对反应速率与产物的影响

实验二：溶剂对反应速率的影响

实验三：溶剂对产品性能的影响

（四）学生实验：食用油制肥皂

（五）工艺优化创新----设计“厨房废油制皂”

请权衡原料成本、环保效益与产品性能这三个角度用厨房废油替代植物油制 皂，并最大化的利用身边的原料，设计出一款适合你自己的制皂实验方案。

适用对象：高二学生

实施方式：学生自评、互评、师评

总分设置：100分（过程性评价60分、终结性评价40分）

肥皂作为一种常见的日用品，在我们的日常生活中起着举足轻重的作用。肥皂的制备实验是化学教育中的一项重要实验，它不仅有助于学生理解化学反应的基本原理，还能让他们通过实践操作，掌握基本的化学实验方法和技能，激发化学学习兴趣，感受化学的应用价值。学生在实验前通过AI工具搜索并优化实验方案的同时，发展学生解决综合问题的能力，从而发展学生的化学学科核心素养。

高中制肥皂实验看似简单，实则蕴含丰富的科学思维培养价值，能帮助学生从“被动接受知识”转向“主动构建认知”，是培养化学核心素养的优质载体：

1.培养模型认知与符号表征能力

微观-宏观结合：学生从油脂的分子结构中官能团酯基出发，理解皂化反应中化学键断裂与重组的微观过程，再通过溶液的粘稠度变化、盐析沉淀等宏观现象进行反推反应的程度，建立“结构→性质→现象”的逻辑链；

符号表征：用硬脂酸甘油酯的碱性条件下水解方程式定量表达反应本质，将文字描述转化为符号语言，提升化学表达的精准性。

2.变量控制与探究思维

实验设计中的变量意识：通过改变油脂种类、NaOH浓度这些递进式的任务，让学生有意识的考虑温度、肥皂硬度和搅拌速率等这些变量，从而科学地、理性地进行化学实验；

异常现象分析能力：若肥皂出现分层或油腻感，引导学生追溯原因（如NaOH用量不足或加热温度不够等），培养“假设-验证-修正”的问题解决思维。

3.证据推理与批判性思维

基于证据的结论推导：盐析时观察到“固体漂浮”现象，高级脂肪酸钠具有两亲性结构（有亲水的羧酸钠基团和疏水的脂肪烃链），在水中易形成胶体，NaCl可破坏胶体稳定性，导致其凝聚析出。因而在饱和NaCl溶液中其溶解度大大降低，从而有“盐析”现象，此过程强化“现象→证据→结论”的逻辑闭环。

传统经验的科学验证：学生会质疑“为何手工肥皂更温和”，通过比较市售肥皂pH值（7-9）与自制肥皂（8-10），破除“天然即无害”的迷思，培养学生理性的批判精神。

4.创新迁移与系统思维

工艺优化创新：添加甘油、维生素E、研磨后的玫瑰花瓣等，甚至根据油脂水解产生甘油，结合搜索的互联网上手工皂制取，大胆尝试不分离水解产物（保留甘油）的实验操作，利用化学原理转化为产品改良的方案；

多学科知识整合：将化学（酯的水解）、生物学（皮肤pH值）串联，理解“肥皂去污”是乳化作用、胶体应用等多原理协同的结果，也是作为手工皂成功与否的一些关键评价标准。

5.情感价值培养

学生通过控制搅拌、温度、油碱配比等细节，培养严谨细致的科学态度，塑造工匠精神；学生通过亲手制作实用产品并可带回家使用，不仅增强化学学习的获得感，还提升自身的成就感。

学生通过制肥皂的实验，不仅能掌握有机化学核心知识，更能在“做科学”的过程中内化“提出问题→设计方案→分析证据→得出结论→实践操作”的科学思维，同时也能培养学生终身学习的品质。

【1】中华人民共和国教育部制定.普通高中化学课程标准（2017年版2025年修订）【M】.人民教育出版社.2020（2）：6-7.

【2】人民教育出版社，课程教材研究所，化学课程教材研究中心.普通高中教科书教师教学用书【M】.北京：人民教育出版社，2020（6）：96-100.

【3】周昱彤，孙晓春，施凤植.核心素养下的项目式教学设计—以“肥皂的制作”为例【J】.云南化工，2021（5）：178-180.

【4】中国日用化学工业研究院.皂化反应热力学参数测定及工业应用【J】.日用化学工业，2023，53（2）：108-113.

【5】中国教育部基础教育课程教材发展中心.中小学生科学素养评价标准（试行）【Z】.教基司函（2022）15号.

【6】北京大学公共卫生学院儿童青少年卫生研究所.初中生健康素养评价量表的初步编制及信效度检验【J】.中国学校卫生，2025,46（6）：812-817.

【7】青少年健康评价与运动干预教育部重点实验室.青少年健康素养测评工具研究进展【J】.中国公共卫生，2025,41（9）：1245-1250.