馬聲秀 閆春更 秦璐 周寶石 周青
摘要:創(chuàng)設(shè)“甜酒制作”活動(dòng)的真實(shí)情境,設(shè)計(jì)了以啟動(dòng)、計(jì)劃、實(shí)施、評(píng)價(jià)四環(huán)節(jié)為主線的活動(dòng)體系,以問(wèn)題為學(xué)習(xí)的起點(diǎn),使學(xué)生在問(wèn)題驅(qū)動(dòng)下通過(guò)團(tuán)隊(duì)合作解決問(wèn)題,融問(wèn)題解決、知識(shí)運(yùn)用、新知建構(gòu)于一體,將有機(jī)化學(xué)為主的科學(xué)知識(shí)、技術(shù)知識(shí)、工程知識(shí)和數(shù)學(xué)知識(shí)跨學(xué)科多元融合,發(fā)揮了PBL教學(xué)模式的優(yōu)勢(shì),彰顯了STEM教育的價(jià)值和意義。
關(guān)鍵詞:新課標(biāo);甜酒;情境;STEM;PBL
文章編號(hào):1008-0546( 2019)08-0072-05
中圖分類(lèi)號(hào):G633.8
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B
doi: 10.3969/j .issn.1008-0546.2019.08.023
一、前言
《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》[1](以下簡(jiǎn)稱(chēng)“新課標(biāo)”)在課程性質(zhì)與基本理念中明確提出,“倡導(dǎo)真實(shí)問(wèn)題情境的創(chuàng)設(shè),開(kāi)展以化學(xué)實(shí)驗(yàn)為主的多種探究活動(dòng),重視教學(xué)內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì),激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣,促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變,培養(yǎng)創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力”。情境教學(xué),特別是以真實(shí)生產(chǎn)生活問(wèn)題情境創(chuàng)設(shè)為載體的化學(xué)學(xué)科教學(xué)活動(dòng),能夠讓學(xué)生經(jīng)歷從復(fù)雜情境中提取關(guān)鍵信息.提出問(wèn)題、形成研究方法或解決方案、實(shí)施系統(tǒng)化實(shí)踐探索的體驗(yàn)過(guò)程,不僅有助于改善學(xué)生實(shí)際問(wèn)題解決能力不強(qiáng)、學(xué)科知識(shí)結(jié)構(gòu)的可利用性較差等問(wèn)題,還有助于學(xué)生在問(wèn)題解決的過(guò)程中更好地建構(gòu)化學(xué)知識(shí),最終形成從化學(xué)視角認(rèn)識(shí)世界、改造世界的基本意識(shí)和能力。
在有機(jī)化學(xué)教學(xué)中,如何聯(lián)系學(xué)生已有經(jīng)驗(yàn)降低學(xué)習(xí)難度,讓學(xué)生在生動(dòng)有趣的教學(xué)活動(dòng)中實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)化學(xué)重難點(diǎn)知識(shí)的突破,一直是化學(xué)教學(xué)實(shí)踐與研究的重要方向。本研究以“甜酒制作”作為主題情境素材,充分挖掘該素材所具有的STEM(Science.Technolo-gy,Engineering,Mathematics)教育價(jià)值,并以PBL(Prob-lem-Based Leaming)理念為指導(dǎo)思想創(chuàng)設(shè)真實(shí)的探究問(wèn)題序列,引導(dǎo)學(xué)生從生活經(jīng)驗(yàn)出發(fā),發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,運(yùn)用有機(jī)化學(xué)知識(shí),整合相關(guān)的科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)知識(shí),提出實(shí)踐和研究的方案,通過(guò)團(tuán)隊(duì)合作解決實(shí)際問(wèn)題,促進(jìn)對(duì)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培育。
二、情境素材分析
教師挖掘優(yōu)秀傳統(tǒng)文化作為化學(xué)學(xué)習(xí)的源頭活水,可以促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展[2]。我國(guó)釀酒歷史源遠(yuǎn)而流長(zhǎng),《齊民要術(shù)》中系統(tǒng)記載了44例釀酒工藝,對(duì)現(xiàn)代釀酒仍具有指導(dǎo)意義[3][4]。甜酒也稱(chēng)醪糟、甜酒釀,是釀酒技術(shù)生活化的產(chǎn)物。它以糯米為主原料,其家庭制作工藝簡(jiǎn)便[5],而工廠釀造工藝分為大罐和小罐兩種[6]。
“甜酒制作”蘊(yùn)含豐富的有機(jī)化學(xué)知識(shí),涉及高中化學(xué)課程必修課程、選擇性必修模塊和選修課程的多處內(nèi)容(見(jiàn)表1),與新課標(biāo)中“釀酒技術(shù)”“官能團(tuán)檢驗(yàn)”“糧食釀酒”等建議不謀而合。它既來(lái)源于生活經(jīng)驗(yàn),又涉及釀酒技術(shù)與釀酒工程。另外,創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)合作能力、解決問(wèn)題的能力是從研究性學(xué)習(xí)和實(shí)踐學(xué)習(xí)中來(lái)的,在高中課程中有計(jì)劃地、科學(xué)地安排研究性學(xué)習(xí)活動(dòng)是必要的[7]。
三、學(xué)生分析
“甜酒制作”活動(dòng)在學(xué)習(xí)《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》之后開(kāi)展。學(xué)生對(duì)醇、醛、酸、酯等重要有機(jī)物有了一定的了解,掌握了基本的化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作技能,具備了一定的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí),但基于實(shí)際問(wèn)題情境進(jìn)行問(wèn)題表征、自主探究、數(shù)據(jù)分析以及拓展創(chuàng)新的能力還有待提高。
四、活動(dòng)目標(biāo)
《教育信息化“十三五”規(guī)劃》中倡導(dǎo)積極探索信息技術(shù)在跨學(xué)科學(xué)習(xí)中的應(yīng)用[8];新課標(biāo)在選修課程系列1學(xué)業(yè)要求中提出,學(xué)生要“能設(shè)計(jì)有效記錄實(shí)驗(yàn)過(guò)程、現(xiàn)象和結(jié)果的記錄單”“知道如何規(guī)范地撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告”“學(xué)習(xí)如何進(jìn)行實(shí)驗(yàn)匯報(bào)展示”;合理設(shè)計(jì)寫(xiě)作任務(wù)也有助于學(xué)生達(dá)成既定的、清晰的學(xué)習(xí)目標(biāo)[9],。據(jù)此,本活動(dòng)目標(biāo)設(shè)計(jì)如下:
(1)了解酒在日常生活中的應(yīng)用以及與人類(lèi)健康的關(guān)系,了解我國(guó)傳統(tǒng)的釀酒技術(shù)和現(xiàn)代釀酒工藝,激發(fā)化學(xué)學(xué)習(xí)興趣。能制定活動(dòng)計(jì)劃并設(shè)計(jì)記錄單,熟練進(jìn)行基本化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作,通過(guò)團(tuán)隊(duì)合作制作甜酒,分析比較常用的酒精度和酸度測(cè)定方法,優(yōu)選方法測(cè)定酒精度和酸度。
(2)通過(guò)回顧烴的衍生物性質(zhì),預(yù)測(cè)“香味”的可能成分,并進(jìn)行常見(jiàn)官能團(tuán)的檢驗(yàn);能透過(guò)甜酒釀造時(shí)的變化、甜酒變質(zhì)的現(xiàn)象,推測(cè)該化學(xué)變化本質(zhì)是淀粉糖化、葡萄糖轉(zhuǎn)化為乙醇、醇氧化得醛最后變成酸的過(guò)程。
(3)能準(zhǔn)確測(cè)量、計(jì)算,對(duì)酒精度進(jìn)行溫度校正;會(huì)借助信息技術(shù)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),制作表格,繪制酒精度、酸度與時(shí)間的關(guān)系曲線圖;分別探究酒精度、酸度與時(shí)間的關(guān)系,得出食用甜酒的最佳時(shí)間段,解決生活實(shí)際問(wèn)題;通過(guò)撰寫(xiě)活動(dòng)報(bào)告與匯報(bào),增強(qiáng)科學(xué)表達(dá)的能力。
五、活動(dòng)過(guò)程
1.發(fā)布任務(wù),搜集資料
發(fā)布任務(wù):如何制作一壇美味的甜酒?學(xué)生帶著“如何制作甜酒”“釀酒技術(shù)有哪些”“工藝路線有哪些”等問(wèn)題展開(kāi)活動(dòng)。全班分為5個(gè)小組,分別負(fù)責(zé)查閱5個(gè)方面的資料:釀酒技術(shù)、傳統(tǒng)釀酒工藝、甜酒家庭制作工藝、甜酒工廠制作工藝和甜酒創(chuàng)新工藝。各組選定組長(zhǎng)并分工搜集資料.一周后匯報(bào)。
學(xué)生以與生活相關(guān)的問(wèn)題作為學(xué)習(xí)的起點(diǎn),通過(guò)研讀資料獨(dú)立思考如何制作甜酒。涉及的知識(shí)有:酒餅是釀甜酒常用的酒曲,主要含根霉、酵母等微生物,具有酒化酶活性,可以分解有機(jī)物質(zhì);在發(fā)酵過(guò)程中不斷加進(jìn)熟的、浸泡過(guò)的谷物,可以提高酒的酒精濃度[10];酒精度測(cè)定方法有密度瓶法、酒精計(jì)法、氣相色譜法和數(shù)字密度計(jì)法[11](見(jiàn)表2),酸度測(cè)定方法有酚酞指示劑法、pH計(jì)法和電位滴定法[12],糖度測(cè)定方法有DNS法和糖度計(jì)法等(見(jiàn)表3);普通甜酒最佳工藝參數(shù)為:加曲量0.25%、發(fā)酵溫度300C、發(fā)酵時(shí)間60 h[13];各種甜酒釀造工藝[14-16](見(jiàn)表4)是前期儲(chǔ)備知識(shí)的重點(diǎn),學(xué)生整合生活經(jīng)驗(yàn)、科學(xué)和技術(shù)知識(shí)以理解工藝路線的步驟和原理,為制定活動(dòng)方案奠定基礎(chǔ)。可能出現(xiàn)的問(wèn)題:資料不足,分工不明確。任務(wù)發(fā)布的第二天,組長(zhǎng)向教師簡(jiǎn)單匯報(bào)組內(nèi)分工和查資料進(jìn)展,教師給予建議。教師提供《食品安全標(biāo)準(zhǔn)》、《齊民要術(shù)》相關(guān)文獻(xiàn),以及香菇甜酒[17]、靈芝甜酒[18]、莜麥糯米酒[19]、板栗糯米甜酒[20]、綠豆糯米甜酒[21]釀造工藝的文獻(xiàn)。
2.小組匯報(bào),研討方案
全班聽(tīng)取各小組匯報(bào):教師引導(dǎo)學(xué)生凝練出“甜酒制作”的基本步驟——蒸糯米飯、拌酒曲、密封發(fā)酵,明確其中的化學(xué)變化本質(zhì),推測(cè)甜酒香味來(lái)源于哪幾類(lèi)物質(zhì)并提出鑒定方法,思考什么樣的甜酒才是品質(zhì)優(yōu)良的,研討后得出基本的“工作思路及要求”。學(xué)生結(jié)合實(shí)際條件選擇原料、器材和藥品,優(yōu)選酒精度、酸度測(cè)定方法,借鑒釀酒技術(shù)、釀酒工藝和甜酒制作工藝,以工程的思維制定活動(dòng)計(jì)劃,設(shè)計(jì)合理的活動(dòng)記錄單,最終形成活動(dòng)方案。明確比賽的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn):除了得到美味的甜酒之外,還要盡可能詳細(xì)地梳理出甜酒制作過(guò)程中每個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)所對(duì)應(yīng)的原理,同時(shí)對(duì)甜酒制作過(guò)程中所運(yùn)用到和所形成的化學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)等知識(shí)盡可能多地歸納總結(jié)。
設(shè)計(jì)方案并優(yōu)化,涉及的知識(shí)有:釀造過(guò)程中淀粉糖化,葡萄糖轉(zhuǎn)化為乙醇,同時(shí)還生成乙酸;甜酒變質(zhì)的過(guò)程中,大量的乙醇連續(xù)氧化得乙酸;乙醇與乙酸發(fā)生酯化反應(yīng)得到乙酸乙酯,散發(fā)出香味,可能還有其它有機(jī)物散發(fā)的香味,如亞油酸乙酯(奶香味)、十六酸乙酯(奶香味)、丁酸丁酯(蘋(píng)果香)、苯乙醇(玫瑰花香)[22];官能團(tuán)的鑒別方法,如用銀氨溶液或新制氫氧化銅鑒定醛基、三氯化鐵鑒定酚;選定酒精計(jì)法測(cè)定酒精度、酚酞指示劑法測(cè)定酸度(糖度測(cè)定的設(shè)備要求較高,較難實(shí)踐);參考多種釀造工藝,如借鑒傳統(tǒng)釀酒技術(shù)“多次投料”的辦法提高酒精度。以板栗糯米甜酒為例,呈現(xiàn)活動(dòng)計(jì)劃和活動(dòng)記錄單(見(jiàn)表5、表6)??赡艹霈F(xiàn)的問(wèn)題:過(guò)于追求創(chuàng)新,步驟表述含糊。若學(xué)生計(jì)劃添加其它原料,教師認(rèn)定為合理方案后再著手準(zhǔn)備材料;引導(dǎo)學(xué)生使活動(dòng)計(jì)劃具體化,步驟簡(jiǎn)潔化,把官能團(tuán)檢驗(yàn)和酒精度、酸度測(cè)定納入活動(dòng)過(guò)程中。
3.分組比賽,制作甜酒
學(xué)生分小組平行開(kāi)展比賽,觀察并詳細(xì)記錄甜酒的變化,記錄過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題和產(chǎn)生的困惑,組內(nèi)、組間討論,尋求解決方案。教師是學(xué)生學(xué)習(xí)的促進(jìn)者、監(jiān)督者和評(píng)價(jià)者[23],協(xié)助學(xué)生整合化學(xué)知識(shí)、數(shù)學(xué)知識(shí)、實(shí)驗(yàn)操作技術(shù)、釀酒技術(shù)、信息技術(shù)、釀酒工程完成活動(dòng);確保學(xué)生準(zhǔn)確完成活動(dòng)過(guò)程中的比例控制、測(cè)量、讀數(shù)、計(jì)算、溫度校正;引導(dǎo)學(xué)生梳理各環(huán)節(jié)的原理,完成活動(dòng)報(bào)告;講授Microsoft Excel處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方法,開(kāi)放化學(xué)實(shí)驗(yàn)室,提供實(shí)驗(yàn)室器材、糯米飯和酒餅。
在發(fā)酵過(guò)程中,學(xué)生發(fā)現(xiàn)甜酒中有氣泡冒出,起初速度較緩慢,然后變快,后來(lái)又變慢了,第5天之后就看不到氣泡冒出了(原料不同時(shí)長(zhǎng)可能不同);糯米米粒的顏色逐漸變得光亮透明,酒香漸濃,口感漸佳、酸甜美味,每天持續(xù)測(cè)定酒精度、酸度,發(fā)現(xiàn)酒精度增大,且速度先慢后快然后又變慢,酸度略有增大。發(fā)酵結(jié)束后,甜酒變渾濁、變酸,測(cè)定酒精度和酸度后發(fā)現(xiàn)酒精度逐漸降低,酸度明顯增大。學(xué)生繪制酒精度與時(shí)間關(guān)系的曲線圖、酸度與時(shí)間關(guān)系的曲線圖,分析數(shù)據(jù),解釋曲線圖,推出甜酒最佳食用時(shí)間段。
4.匯報(bào)結(jié)果,總結(jié)評(píng)價(jià)
匯報(bào)階段,各組代表匯報(bào)甜酒制作的成果,全班研討后形成最終的甜酒制作問(wèn)題與知識(shí)結(jié)構(gòu)圖。評(píng)價(jià)既重視過(guò)程性評(píng)價(jià),也重視總結(jié)性評(píng)價(jià):對(duì)學(xué)生在制作甜酒過(guò)程中的表現(xiàn)、甜酒的品質(zhì)、活動(dòng)報(bào)告情況(科學(xué)性、準(zhǔn)確性、條理性、完整性)、匯報(bào)情況,首先由學(xué)生進(jìn)行自評(píng),再由組內(nèi)互評(píng)、組間互評(píng),最后由教師進(jìn)行評(píng)價(jià)。綜合考慮三方面的評(píng)價(jià),選出最佳活動(dòng)小組。“活動(dòng)報(bào)告”示例見(jiàn)表7。
六、結(jié)語(yǔ)
活動(dòng)過(guò)程中,教師給予學(xué)生適當(dāng)?shù)膸椭ㄔ?、儀器設(shè)備、場(chǎng)所、小組研討與分工、資料查閱與方案優(yōu)選、行動(dòng)計(jì)劃、活動(dòng)記錄等,為學(xué)生提供一些問(wèn)題解決的工具,以保障整體活動(dòng)的質(zhì)量和效率。學(xué)生合力制定計(jì)劃,在真實(shí)情景中就遇到的問(wèn)題及時(shí)交流和討論,學(xué)習(xí)活動(dòng)背后蘊(yùn)含的知識(shí),解決生活實(shí)際問(wèn)題,形成一定的獨(dú)立思考能力、團(tuán)隊(duì)合作能力、解決問(wèn)題能力和創(chuàng)新能力?;顒?dòng)結(jié)束后,學(xué)生在科學(xué)知識(shí)上鞏固舊知(有機(jī)化學(xué))、拓展新知(酒精度、酸度的測(cè)定),釀酒技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)知識(shí)得到深化,數(shù)學(xué)思維和工程思維得到訓(xùn)練。
采用新課標(biāo)的建議將“甜酒制作”引入高中課堂,以問(wèn)題為學(xué)習(xí)的起點(diǎn),活動(dòng)包括啟動(dòng)、計(jì)劃、實(shí)施和評(píng)價(jià)四個(gè)環(huán)節(jié)(見(jiàn)圖1),打破學(xué)科知識(shí)與生活經(jīng)驗(yàn)、生活實(shí)踐之間的“藩籬”,融問(wèn)題解決、知識(shí)運(yùn)用、新知建構(gòu)于一體,充分發(fā)揮了PBL教學(xué)模式的功能價(jià)值;創(chuàng)設(shè)“甜酒制作”的真實(shí)情境,體現(xiàn)了“做中學(xué)”的教育思想,使學(xué)生在問(wèn)題的驅(qū)動(dòng)下通過(guò)團(tuán)隊(duì)合作解決問(wèn)題,將有機(jī)化學(xué)為主的科學(xué)知識(shí)、技術(shù)知識(shí)、工程知識(shí)和數(shù)學(xué)知識(shí)跨學(xué)科多元融合,彰顯了STEM教育的價(jià)值和意義[24]。
參考文獻(xiàn)
[1]中華人民共和國(guó)教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)[M].北京:人民教育出版社,2018
[2]李莉,“srrEM”“PBL”與“傳統(tǒng)文化”的共存教育模式[J].教育科學(xué)論壇,2018(32):27-30
[3][10]趙燾.帶你走進(jìn)最古老的釀酒寶典[N].華夏酒報(bào),2018-10-23( B29)
[4]彭越,淺議《齊民要術(shù)》與釀酒[J].管子學(xué)刊,2014(3):98-99,109
[5][15]黃字韜.甜酒釀的制作[J].食品安全導(dǎo)刊,2018 (11):70-73
[6][16]曾榮妹.甜酒小罐及大罐發(fā)酵的工業(yè)化生產(chǎn)及機(jī)械設(shè)備[J].釀酒科技,2017(12):41-44
[7]許竹萍,原寶華.“互聯(lián)網(wǎng)教育”生態(tài)下“泛在PBL'教學(xué)模式研究[J]中國(guó)醫(yī)學(xué)教育技術(shù),2018,32(6):601-603,606
[8]中華人民共和國(guó)教育部,教育部關(guān)于印發(fā)《教育信息化“十三五”規(guī)劃》的通知[EB/OL].2016-06-07
[9]Alena Moon.Writing in the STEM classroom: Faculty concep-tions of writing and its role in the undergraduate classroom[J].Science Education, 2018( 102): 1007-1028
[11] CB 5009.225-2016,食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)酒中乙醇濃度的測(cè)定[S],
[12] CB 5009.239-2016,食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品酸度的測(cè)定[s].
[13]蔡柳,熊興耀.甜酒釀的發(fā)酵工藝及其穩(wěn)定性研究[J].現(xiàn)代食品科技,2012,28(5):527-529,520
[14]汪建國(guó).解讀《齊民要求》的制曲和釀酒工藝[J].中國(guó)釀造.2008(16):106-108
[17]李湘麗,閆吉美,香菇糯米甜酒的制作工藝[J].食品安全導(dǎo)刊,2016(12):127
[18]張帥,王娟.發(fā)酵型靈芝糯米酒的研制[J].食品工業(yè),2018,39(12):92-95
[19]蘇暢,胡詩(shī)蔚,莜麥糯米酒的研制[J].食品工業(yè),2018,39(7):175-177
[20][22]王琳,夏禹.板栗糯米甜酒的發(fā)酵和揮發(fā)性香氣成分分析[J].食品工業(yè)科技,2015,36(15):284-288
[21]鄧桂蘭綠豆糯米保健型甜酒的釀制工藝研究[J].釀酒科技,2016(4):35-38
[23]廖潔丹,丹麥奧爾堡大學(xué)PBL教學(xué)模式中教師角色反恩[J].教育現(xiàn)代化,2018,5(46):14-15
[24]周禮.基于STEM理念的校本課程——以制作“天氣瓶”為例[J].化學(xué)教學(xué),2016(10):12-15