實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介：

表面活性劑是物理化學(xué)理論課中非常重要的一章，同時(shí)也是江南大學(xué)輕工特色的重要基礎(chǔ)。本實(shí)驗(yàn)以染發(fā)劑的配方為載體，幫助學(xué)生掌握表面活性劑的基本概念和基本性能，了解表面活性劑在配方中應(yīng)用工藝，使學(xué)生更好掌握表面化學(xué)這一章的內(nèi)容。借助染發(fā)劑這一和日常相關(guān)性很強(qiáng)的載體，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。燙發(fā)作為社會(huì)流行的行為，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的建成，不僅可以服務(wù)于教學(xué)，還可以服務(wù)于社會(huì)?；瘖y品作為江南大學(xué)化工學(xué)院的特色專業(yè)，在全國(guó)排名領(lǐng)先，具有很好的科研和教學(xué)基礎(chǔ)，讓大眾了解染發(fā)劑的基本知識(shí)和染發(fā)原理，有利于人民群眾的健康，具有服務(wù)社會(huì)反饋社會(huì)的積極意義。

實(shí)驗(yàn)背景：

1、溫敏性燙發(fā)劑的制備，標(biāo)志著燙發(fā)劑的變革，有利于大眾健康。

現(xiàn)在生活中很多人喜歡燙頭發(fā)，因?yàn)闋C發(fā)可以增加優(yōu)雅和美麗。現(xiàn)在的發(fā)型無(wú)論是長(zhǎng)發(fā)還是短發(fā)，都會(huì)燙個(gè)微卷或者電卷棒做個(gè)自然的卷發(fā)造型，這種卷發(fā)的風(fēng)潮已經(jīng)成為流行的趨勢(shì)。染燙發(fā)行業(yè)近幾年保持每年6%的復(fù)合增長(zhǎng)率，隨著居民消費(fèi)觀念的轉(zhuǎn)變和消費(fèi)需求的提升，我國(guó)染燙行業(yè)未來(lái)會(huì)向高品質(zhì)、高質(zhì)量的方向發(fā)展。燙發(fā)藥水易破壞頭皮表面，導(dǎo)致炎癥反應(yīng)，誘發(fā)脂溢性皮炎等疾病，表現(xiàn)為頭皮屑多、癢等。有些人在使用燙發(fā)藥水后會(huì)誘發(fā)急慢性過(guò)敏，表現(xiàn)為局部紅腫癢、滲出等。

2、表面活性劑在燙發(fā)劑制備中的應(yīng)用。

表面活性劑是物理化學(xué)理論課中非常重要的一章，同時(shí)也是江南大學(xué)輕工特色的重要基礎(chǔ)。本實(shí)驗(yàn)以染發(fā)劑的配方為載體，幫助學(xué)生掌握表面活性劑的基本概念和基本性能，了解表面活性劑在配方中應(yīng)用工藝，使學(xué)生更好掌握表面化學(xué)這一章的內(nèi)容。 當(dāng)配方中需要不溶于水的物質(zhì)時(shí)，通常需要加入表面活性劑使體系混合均勻。燙發(fā)劑中含有燙發(fā)成分和硅油等頭發(fā)保護(hù)物質(zhì)，表面活性劑的選擇起關(guān)鍵作用。

表面活性劑要呈現(xiàn)特有的界面活性，必須使疏水基和親水基之間有一定的平衡。親水親油平衡值（Hyd rophile-Lipophile Balance），簡(jiǎn)稱HLB值，表示表面活性劑的親水疏水性能，如石蠟HLB值=0（無(wú)親水基）聚乙二醇HLB值=20（完全親水）。對(duì)陰離子表面活性劑，可通過(guò)乳化標(biāo)準(zhǔn)油來(lái)確定HLB值。HLB值可作為選用表面活性劑的參考依據(jù)。同時(shí)乳化劑的憎水基團(tuán)與被乳化對(duì)象結(jié)構(gòu)相似或乳化劑在被乳化物中易溶時(shí)，乳化效果一般較好。當(dāng)乳化劑的憎水基團(tuán)與被乳化物親合力較強(qiáng)時(shí)，不但乳化效果好，而且乳化劑用量也減少。

制備乳化體系時(shí)，可以采用轉(zhuǎn)相乳化法，先將加有乳化劑的油類加熱成液體，然后邊攪拌邊加入溫水，開(kāi)始時(shí)加入的水以微滴分散于油中，呈W/O型乳狀液，再繼續(xù)加入水，隨水量的增加乳狀液逐漸變稠，至最后粘度急劇下降，轉(zhuǎn)相為O/W型乳狀液。也可以采用自然乳化法，易于流動(dòng)的油狀物如礦物油，常用自然乳化法，即將乳化劑先溶于礦物油中，然后投入大量水中。油滴在水中逐漸緩慢下沉，表面不斷被乳化，同時(shí)不斷分裂成若干細(xì)小油滴，并進(jìn)一步被乳化，直至最后形成乳狀液。

3、海底觀測(cè)網(wǎng)組網(wǎng)觀測(cè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)無(wú)法開(kāi)展，傳統(tǒng)教學(xué)方式難以理解，急需應(yīng)用虛擬仿真方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

 燙發(fā)劑的制備過(guò)程中，燙發(fā)劑的主要成分巰基乙酸有毒，有強(qiáng)烈刺激性氣味，在空氣中迅速氧化，遇明火、高熱能燃燒并放出有劇毒的硫化氫氣體，是二級(jí)有機(jī)酸性腐蝕物品的危險(xiǎn)性。在工廠模擬生產(chǎn)，具有環(huán)評(píng)和安評(píng)困難。

頭發(fā)在整個(gè)燙發(fā)過(guò)程中，需要經(jīng)過(guò)一下步驟。第一，毛鱗片的打開(kāi)與閉合。因?yàn)楝F(xiàn)有的技術(shù)難以觀測(cè)毛鱗片的打開(kāi)情況，需要?jiǎng)赢?huà)模擬展示。第二，二硫鍵的斷開(kāi)與鏈接，現(xiàn)有的技術(shù)難以觀測(cè)直接觀測(cè)二硫鍵的斷開(kāi)，需要?jiǎng)赢?huà)模擬展示。

燙發(fā)過(guò)程如果控制不好，會(huì)嚴(yán)重?fù)p傷頭皮和頭發(fā)，而且時(shí)不可逆過(guò)程，所以不適合大規(guī)模進(jìn)行線下實(shí)驗(yàn)，需要建成虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。

燙發(fā)作為社會(huì)流行的行為，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的建成，不僅可以服務(wù)于教學(xué)，還可以服務(wù)于社會(huì)?；瘖y品作為江南大學(xué)化工學(xué)院的特色專業(yè)，在全國(guó)排名領(lǐng)先，具有很好的科研和教學(xué)基礎(chǔ)，讓大眾了解染發(fā)劑的基本知識(shí)和染發(fā)原理，有利于人民群眾的健康，具有服務(wù)社會(huì)反饋社會(huì)的積極意義。

設(shè)計(jì)原則：

為形象生動(dòng)地傳授溫敏性燙發(fā)劑制備的新知識(shí)，本項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)遵循“學(xué)生為本-循序漸進(jìn)-容錯(cuò)優(yōu)化-科教融合”的設(shè)計(jì)原則，自主開(kāi)發(fā)了智能溫敏性燙發(fā)劑制備和燙發(fā)工藝虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。

（1）堅(jiān)持以學(xué)生為本、自主學(xué)習(xí)探究的教學(xué)理念。

堅(jiān)持以學(xué)生為中心，以任務(wù)驅(qū)動(dòng)為導(dǎo)向，科學(xué)合理地設(shè)置實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)基于三維虛擬仿真技術(shù)，真實(shí)還原了智能溫敏性燙發(fā)劑的制備過(guò)程實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景和頭發(fā)在燙發(fā)過(guò)程的微觀變化，并提供了內(nèi)容詳實(shí)的知識(shí)點(diǎn)和知識(shí)角，引導(dǎo)學(xué)生圍繞任務(wù)開(kāi)展自主式的學(xué)習(xí)和探究，身臨其境地通過(guò)“沉浸式”交互式操作，高效有序地開(kāi)展實(shí)驗(yàn)。

（2）設(shè)置科學(xué)合理、循序漸進(jìn)的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。

實(shí)驗(yàn)依據(jù)《物理化學(xué)》和《化妝品學(xué)》課程大綱和關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)建立了多層次、多模塊的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，使學(xué)生逐步完成“基礎(chǔ)認(rèn)知、分析設(shè)計(jì)、應(yīng)用探索”三個(gè)層面的實(shí)驗(yàn)，循序漸進(jìn)地開(kāi)展“基本原理知識(shí)學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)分析能力訓(xùn)練、創(chuàng)新工程思維培養(yǎng)”的實(shí)踐學(xué)習(xí)過(guò)程，充分掌握燙發(fā)劑的基本組成和制備原理以及燙發(fā)過(guò)程的頭發(fā)圍觀結(jié)構(gòu)變化，初步構(gòu)建燙發(fā)劑制備和燙發(fā)的基礎(chǔ)知識(shí)體系。

（3）實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)探究、修正優(yōu)化的實(shí)踐操作。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果錯(cuò)誤或不理想時(shí)，學(xué)生可根據(jù)提示和評(píng)估結(jié)果進(jìn)行多次嘗試，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的修正和優(yōu)化，從而使學(xué)生充分感受到探索、解決問(wèn)題的樂(lè)趣，提升求知欲和探索能力，培養(yǎng)學(xué)生建立理論設(shè)計(jì)、仿真驗(yàn)證、反復(fù)優(yōu)化的工程設(shè)計(jì)思維，以及設(shè)計(jì)計(jì)算、實(shí)踐操作和工程應(yīng)用的能力。

（4）堅(jiān)持科教融合、立德樹(shù)人的教育理念。

 關(guān)注人民群眾健康，是化妝品工作者應(yīng)有的責(zé)任。

實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)：

本實(shí)驗(yàn)堅(jiān)持以學(xué)生為中心、以立德樹(shù)人為根本的教學(xué)理念，通過(guò)虛擬仿真所營(yíng)造的情景體驗(yàn)式的教學(xué)環(huán)境，使學(xué)生循序漸進(jìn)地開(kāi)展“基本原理知識(shí)學(xué)習(xí)、分析設(shè)計(jì)基礎(chǔ)構(gòu)筑、創(chuàng)新思維能力提升”的學(xué)習(xí)實(shí)踐過(guò)程，完成“基礎(chǔ)認(rèn)知、分析設(shè)計(jì)、應(yīng)用探索”三個(gè)層次的訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)以下具體教學(xué)目標(biāo)：

1、在燙發(fā)劑制備環(huán)節(jié)：幫助學(xué)生認(rèn)知燙發(fā)劑的組成，溫敏性物質(zhì)的性質(zhì)，表面活性劑的性質(zhì)及功能，使學(xué)生掌握燙發(fā)劑組成和溫敏性物質(zhì)和表面活性劑的知識(shí)。

2、在燙發(fā)工藝環(huán)節(jié)：幫助學(xué)生燙發(fā)過(guò)程頭發(fā)結(jié)構(gòu)的變化，了解pH值，堿的種類，燙發(fā)時(shí)間等因素對(duì)頭發(fā)結(jié)構(gòu)的影響，鍛煉學(xué)生應(yīng)用理論知識(shí)解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力，提升創(chuàng)新思維能力。

3、在頭發(fā)檢測(cè)環(huán)節(jié)：通過(guò)拉曼光譜儀、摩擦力儀、色度儀、強(qiáng)度劑評(píng)價(jià)頭發(fā)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的變化。

4、通過(guò)健康型燙發(fā)劑的制備，培養(yǎng)學(xué)生將所學(xué)知識(shí)服務(wù)社會(huì)，造福群眾的意識(shí)，將思政教育潛移默化地融入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程，激發(fā)學(xué)生的專業(yè)認(rèn)同感以及服務(wù)社會(huì)的情懷和使命感。

實(shí)驗(yàn)要求：

（1）專業(yè)與年級(jí)要求

本實(shí)驗(yàn)屬于江南大學(xué)化工學(xué)院2年級(jí)專業(yè)基礎(chǔ)課《物理化學(xué)》，4年級(jí)專業(yè)課《化妝品學(xué)》課程的授課內(nèi)容。

鑒于本實(shí)驗(yàn)課程中“表面活性劑基本知識(shí)、燙發(fā)劑組成及制備、燙發(fā)工藝及頭發(fā)結(jié)構(gòu)表征”四個(gè)環(huán)節(jié)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容具有相對(duì)獨(dú)立性，全校其它專業(yè)的學(xué)生也可根據(jù)專業(yè)需求和個(gè)人能力選擇不同的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)進(jìn)行選修。

（2） 基本知識(shí)和能力要求

具備一定的物理化學(xué)知識(shí)，具有自主學(xué)習(xí)能力和一定的自主探索能力，能夠在基礎(chǔ)認(rèn)知、分析設(shè)計(jì)、應(yīng)用探索三個(gè)層次的實(shí)驗(yàn)中總結(jié)分析特定實(shí)驗(yàn)結(jié)果背后的原因，將專業(yè)理論知識(shí)活學(xué)活用。

（3）實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

本實(shí)驗(yàn)為綜合設(shè)計(jì)型課程實(shí)驗(yàn)，具有較強(qiáng)的高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度。為確保教學(xué)質(zhì)量，提出以下實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)。

①實(shí)驗(yàn)前，學(xué)生應(yīng)認(rèn)真閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，在教師指導(dǎo)下明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康募案鳝h(huán)節(jié)的知識(shí)點(diǎn)和重難點(diǎn)，奠定實(shí)驗(yàn)理論基礎(chǔ)；

②請(qǐng)選擇符合“實(shí)驗(yàn)教學(xué)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)”條件要求的軟硬件實(shí)驗(yàn)環(huán)境開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，以保證實(shí)驗(yàn)操作的流暢性。

③實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，請(qǐng)仔細(xì)閱讀各環(huán)節(jié)任務(wù)要求，并根據(jù)步驟引導(dǎo)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)。當(dāng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果不理想時(shí)，請(qǐng)根據(jù)系統(tǒng)提示認(rèn)真修改；同時(shí)，還可通過(guò)微信群、論壇、服務(wù)熱線等方式尋求在線指導(dǎo)。

④請(qǐng)充分利用知識(shí)角，通過(guò)知識(shí)點(diǎn)課件庫(kù)開(kāi)展拓展閱讀，擴(kuò)充自己的專業(yè)知識(shí)。

⑤完成實(shí)驗(yàn)后，請(qǐng)務(wù)必點(diǎn)擊“完成并提交”以生成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并在關(guān)閉實(shí)驗(yàn)界面前，點(diǎn)擊界面右下角的“實(shí)驗(yàn)報(bào)告”鏈接進(jìn)入課程平臺(tái)查看，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)報(bào)告認(rèn)真回顧實(shí)驗(yàn)過(guò)程，針對(duì)不足查找原因，并積極開(kāi)展互動(dòng)交流，以進(jìn)一步鞏固理論知識(shí)、提升創(chuàng)新思維能力。