皂化反应实验应用于高职生物学教学的探讨*

刘 京 张晓擎 自应芹 赵保堂 张 继** 陆树林

（1 西北师范大学生命科学学院 甘肃兰州 730070 2 甘肃农业大学食品科学与工程学院 甘肃兰州 730070 3 甘肃龙麒生物科技股份有限公司 甘肃瓜州 736100）

随着职业教育人才培养模式的创新及实践教学改革的进一步深化，以培养学生实践能力和创新能力为目标已成为学校共识［1］。而众多高职院校的教学仍复制普通教育的教学模式，尤其是生物学类专业课，重理论轻实践的培养模式在很大程度上制约了技术型人才的培养［2］。而实验课程是培养专业技术型人才的关键环节［3］，是生物学教学理论知识实现的重要过程，并且近年来手工皂以其原料天然、绿色环保的特点受到越来越多的推崇［4］，因此开展皂化反应实验可提高学生的实践创造能力。

皂化反应是复合油脂在碱性条件下水解生成甘油和高级脂肪酸盐的反应，是一项危险性小、操作较简单的生物学基础类实验，适宜高职学生学习接受。本次教学采用启发式教学模式，学生作为课堂主体，教师作为引导者，将3 种手工皂的制作作为生物学实验内容进行尝试，结果显示学生以小组合作的方式基本都能顺利完成并取得较好的实验结果，证实皂化反应实验教学的安排合理性及可控性，可达到培养学生实践能力和创新能力的教学目标。

1 皂化反应实验教学设计

1.1 教学目标

1）知识目标：理解并掌握皂化反应的实验原理；理解并掌握制备手工皂的条件与方法。

2）能力目标：掌握文献查询的方法，达到小组合作设计实验操作方案的目标；掌握手工皂硬度值的计算方法，通过计算得到手工皂最佳配料比；学会电子天平、恒温水浴锅、电动搅拌器等实验设备的使用及注意事项。

3）情感态度与价值观目标：学生对皂化反应等生物学基础实验课程产生更加浓厚的兴趣。

1.2 教学活动组织

1.2.1 实验分组 为了达到更好的教学效果，将班级成员随机分成4 人一组，一共为7 组；每组4名成员各司其职，组长负责准备实验用品、跟进各组实验总体进程及组织交流与讨论，1 名组员负责计算实验原料用量、记录实验过程主要现象和交流讨论的内容，其余2 名组员负责实验具体操作过程，成员分工可根据实际情况调整，但要求实验过程中全员参与。

1.2.2 小组预习 本次实验教学包括竹炭皂、玫瑰皂、驴奶皂3 种手工皂的制作，组1、组2 制作竹炭皂；组3、组4 制作玫瑰皂；组5、组6、组7 制作驴奶皂。各小组通过查阅资料设计实验操作步骤与方案，完成课前预习，准备课前讨论。

其中复合油脂使用实验室已购买的橄榄油、椰子油、棕榈油、甜杏仁油，附加的功能性物质包括驴奶、玫瑰精油、竹炭粉。

1.3 教学进程与安排

1.3.1 材料与仪器 实验室所用橄榄油、椰子油、棕榈油、甜杏仁油、竹炭粉、驴奶、冰袋均为市售，玫瑰精油为实验室自制，NaOH 为分析纯，实验用水为去离子水。

1 000 mL 玻璃烧杯，500 mL 塑料烧杯，200 mL量筒，玻璃棒，温度计，FA2104 电子天平（上海良平仪器仪表有限公司），HH-S8 电热恒温水浴锅（北京科伟永兴仪器有限公司），JJ-1 精密定时电动搅拌器（江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司）。

1.3.2 实验教学安排

1.3.2.1 课前讨论 实验前教师抽取3 组不同手工皂的选组，学生对实验方案设计情况进行汇报讨论，教师在各组讨论过程中对正确的方案给予肯定，对不正确的及时纠正。课前讨论有利于培养学生学习的自主性，提高学生解决实际问题的能力［5］。

学生通过文献检索、网络查阅等方式基本都能得出很好的实验方案，自主设计能加深学生对皂化反应相关知识的理解，并且为后续实验的顺利开展提供理论基础。

1.3.2.2 实验原理引入 教师提问式引入皂化反应原理并请1 名学生黑板上书写皂化反应过程。

该皂化反应是甘油三酯与NaOH 反应生成钠盐和甘油，钠盐是手工皂的主要成分。

1.3.2.3 计算原料质量 各组通过课前讨论已经确定手工皂所需原料与实验操作方案，原料质量如何确定？皂化反应中各原料的具体质量需计算后确定。

1）计算油脂质量。教师规定以500 g 为复合油脂总质量，各组拟定每种油脂的百分比，依据油脂的硬度值（INS），计算成品皂的硬度（INS）以最终确定各种油脂的质量比，理想的成品皂硬度值在120～170 之间，如果相差太远则需适度调整油脂的比例。

INS 值的计算方法：INS 总值＝各类油脂INS值与各类油脂比例乘积的总和。

表1 4 种油脂皂化价和硬度值［6］

2）计算NaOH质量。NaOH的质量等于各油脂的质量与各油脂皂化价乘积的总和。

3）计算水的质量。水和NaOH的比例:水是NaOH的2.3～2.6 倍。

4）计算附加物的质量。驴奶皂中驴奶与水的质量比为1∶1，竹炭粉为油脂总质量的0.5%，玫瑰精油0.5 mL。

表2 7 组手工皂原料配比

各组计算结果见表2，经教师确定无误后即可开始准备实验。

1.3.2.4 皂化反应操作过程 教师提前准备实验材料，各组组长负责选择本组皂化反应的原料。3 种手工皂所需原料不同，但操作过程相似，本文主要介绍驴奶皂。在制作过程中教师应掌握学生动态，随时指导学生。学生通过动手操作可更加清晰地看到皂化反应的变化过程（第3 步骤）。

1）组员A 用天平准确称取适量NaOH 置于塑料烧杯中，用200 mL 量筒量取适量去离子水，将装有NaOH 的塑料烧杯放置于盛有冰袋的盆中（组长准备），然后将去离子水分3 次缓慢加入NaOH，边加边搅拌，组员C 用温度计随时测量溶液温度并记录，最终搅拌至NaOH 完全溶解；待温度计显示其温度为40℃，将适量驴奶缓慢注入其中，制成乳碱；乳碱凉至35℃，备用（玫瑰皂及竹炭皂不添加驴奶）。

2）常温状态下棕榈油、椰子油呈固体状态，组员B 将固体油脂水浴加热融化为液体油脂，再准确称量适量棕榈油、甜杏仁油、椰子油等，倒入1 000 mL 烧杯中，加热至所有油脂溶解，立即取出，降温至45℃，得复合油脂，备用。

3）组员A 将上述乳碱慢慢加入到复合油脂中，放置电动搅拌器搅拌30～40 min，使其逐渐变浓稠，待浓稠状态为酸奶状时，停止搅拌得皂液（玫瑰皂或竹炭皂此时加入玫瑰精油或竹炭粉，并搅拌片刻）。

4）组员B 将皂液倒入模具，放置24 h 后脱模，切块整皂，通风避光处放置，成熟后即得产品，室温下产品需放置1 个月待皂化反应完全结束后（8＜pH＜10）方可使用［10］。

图1 皂化反应流程图

1.3.3 组织学生进行实验结果分析与讨论 实验结束后，教师组织学生进行皂化反应结果讨论，并书写实验报告。讨论主要集中在4 个方面：1）实验设计在实际操作时是否出现困难，是遗漏哪一步引起的；2）皂化反应的结果如何，反应程度与哪些因素有关；3）汇总实验中的问题并进行成因分析；4）汇总实验过程中的主要易错操作环节及注意事项，每个小组选择对本组实验结果影响最大的2个主题进行讨论分析，其他小组可提出不同建议。通过讨论可帮助学生检查实验设计的合理性，发现实验操作过程的关键点，引发学生主动思考，培养学生自主设计实验的独立思维，为后续开展其他生物学实验奠定基础。

2 实验结果与分析

2.1 实验结果 皂化反应完全结束后手工皂才可使用，所以本次实验结果以成型情况、表面光滑度为标准评定皂化反应是否成功。本次实验中，全班共7 组，其中组1、组3、组5、组6 都得到了较好的实验结果，手工皂成型稳定，硬度适中，表面光滑，无裂痕；组2 竹炭皂表面多处出现裂痕，有轻微掉渣现象；组4 玫瑰皂过软、成型不稳定；组7 驴奶皂颜色偏黄，有轻微油耗味。具体实验结果见表3。

表3 7 组皂化反应实验结果

成因分析：组2 竹炭皂表面多处出现轻微裂痕，有轻微掉渣现象，是因为成品皂硬度值过高。组4 玫瑰皂过软未成型，是因为皂化反应未完全，小组成员搅拌时间不够；也可能是因为成品皂硬度值过低。组7 驴奶皂颜色偏黄，有轻微油耗味，是因为小组成员在油脂加热时未控制好温度，复合油脂中有油脂被过度氧化的结果，也可能是因为驴奶与NaOH 混合时温度过高，驴奶变质。

2.2 实验注意事项分析

1）NaOH 对玻璃有腐蚀性，要用塑料烧杯量取，且溶于水时放出大量热，所以将水分3 次缓慢加入NaOH 中，并在冰浴状态下溶解。

2）加热复合油脂时要随时测量温度，避免因温度过高导致部分油脂被氧化，导致成品皂表面出现斑点。

3）碱液和复合油脂溶解的温度要随时测量，当二者都达到合适温度后立即混合，避免因温度不合适减缓皂化反应速度。

4）搅拌时间约为30～40 min，当混合液变成半固体状态，表面痕迹在10 s 内不会立刻消失，表示皂化反应完全［11］。

5）手工皂倒入模具后，注意用保鲜膜将模具密闭，否则混合物水分风干过快，反应无法继续进行［12］。

3 实验设计的意义与思考

大部分高职学生学习基础差，学习能力不强，缺乏正确的学习方法，没有独立性、自主性和探究性［13］。而且目前高职生物学教学大多数以理论为主，缺少专业实践，因此，设计皂化反应实验应用于高职生物学教学，贴近学生生活，可大幅度提高学生对实验的兴趣，能有效地培养学生创新能力与动手能力，以满足社会对技术型专业人才的需求。

本实验以学生作为课程主体，将传统教师的“教”转变为“导”，充分发挥学生自主创新能力。例如课前以问题导入的形式让学生自己查找资料解决疑惑、原料计算过程由小组独立完成、讨论实验结果时学生自行探究实验结果及问题等，教师在整个实验过程主要充当引导者的角色，引导学生创造、设计，让学生的思维能力得到充分拓展，培养了学生自主学习能力、动手操作能力、创新能力、实践能力，真正达到以学生为主体的新课程改革要求。学生通过亲身实践，提高对皂化反应实验原理及步骤的感性认知，进而提高对生物学专业课程的学习兴趣；学生通过自己动手获得手工皂成品，可极大地提高动手操作带来的满足感，从而增强学习成就感。