甜秘密-糖漬中的科學

資料來源
科學研習月刊57-10

封面照片為:筆者於糖漬成果發表會與參加試吃評筆的老師及學生解釋每一個學生作品的製作過程。

馬瑪宣 /臺北市私立復興實驗高級中學生物科教師
 

我常在想,什麼樣的科學實驗得以讓學生帶回家做,好玩有趣,又可以融入日常生活呢? 每天看學生在清理吃不完的午餐水果及水果果皮,便突發奇想,利用大家不要的 “剩食”做成糖漬小零食,並將糖漬中的生物、物理、化學知識技能整合,以探究式的學習策略,由學生自行設計實驗方法,為科學融入生活之實踐。在糖漬的過程中檢測糖漬液的物理性質,糖漬結束後,檢測糖漬水果的化學性質,以及糖漬水果的顯微切片,觀察植物細胞型態。學生必須將糖漬過程拍成影片,課程結束時作成果發表,還有糖漬品試吃大會。教學評量有實際的成品評分以及評分規準,可以彈性使用,是一個國、高中皆適用的課程。

 教學目標設定


先設定好總目標,再依序設計糖漬課程。
(一) 給予學生創意發想的空間,自己設計實驗、找材料,做創意。
(二) 利用要丟棄的果皮,或吃不完的盛產水果做成具個人風格的美味糖漬品。
(三) 以食品加工的技術,完成糖漬品製作。
(四) 結合生物、物理、化學跨科技術,完成糖漬品的多項化性分析與細胞觀察。
(五) 結合資訊,以簡易的3C產品App應用軟體,製作實驗操作影片。
(六) 把課本上的知識、實驗室的科學帶入日常生活。


圖1. 甜祕密-糖漬中的科學之教學總目標圖示

  教學活動設計說明

十二年國教精神 - 素養導向的教學設計

圖2. 甜祕密-糖漬中的科學之教學設計藍圖

.融入三大自然科的知識 :
舉凡高一生物與高三選修化學皆會談到的滲透作用概念,生物科的抑菌作用,物理科的沸騰現象與混合物的沸點。

跨領域技能實作 :
 
以用光線折射原理設計之糖度計、鹽度計、酒精度計來檢測糖漬水果在各個糖漬階段的糖度、鹽度、酒精度變化 ; 以化學之滴定方法檢測糖漬水果中的維他命C含量 ; 以顯微切片技術觀察糖漬水果於糖漬前後之變化。

本教案採探究式的學習法設計,給學生開放的思考空間,必須自己決定要做的水果種類與糖漬方法,設計實驗流程,按照自己客製化的實驗流程作出個性化糖漬水果。這樣的開放式學習法對任課教師而言是挑戰的,因為沒有標準的設計,舉凡器材、藥品、糖漬用品、檢測工具、用量等,都是彈性選擇。教師事先作一種或數種糖漬水果,可以依這樣的方法以此類推。但是務必要讓學生有一段時間作參考資料的探索,上網查資料,youtube有許多糖漬方法的影片。唯一不同的是,我們要有精準的糖、鹽用量,固定時間,以及科學的性質、量化的數據。專業科學性質網站上的資料務必不能直接轉貼,必須改寫方法或流程,但是提醒學生作正確的參考資料引用方法以及APA 引用格式寫法,任何參考資料都必須明確標示出處。因為日後作品若有機會發表,要避免侵犯著作權的問題。

先給學生明確的評分規準,包含所有學習單的形成性評量評分表格,以及期末口頭報告的總結性評量評分表格,讓小組學生知道如何在每一個單元有如何的學習表現,會拿到如何的分數。評分規準能有效地促進學習,讓學生注意每個小細節,以及讓團隊順利分工。(如表1連結的評分規準)

以提問的方式,促進學生在實驗過程用心觀察、思考現象背後的科學意義,例如,開始冒泡泡時的糖漬溫度是幾度? 並要求學生用圖示的方法把觀察到的現象畫出來,可以放在口頭報告,或錄製成影片解釋。如此配合課堂情境,小步循進的脈絡化學習,可以訓練學生的耐心,與敏銳的觀察力。

本教案將資訊融入教學,要求學生把糖漬的過程,以及問題與討論的解答,以影片的方式呈現。於日常生活中能夠做影片拍攝,將所觀察、學習過程以影片的方式表達,甚至可以上傳至youtube與大家分享,是一件很生活化又生動的教學與學習方式。現在有很多的科普影片拍攝比賽,例如 “全國科學探究競賽-這樣教我就懂”,也是一個非常好讓學生發表自己作品,融入科學知識背景的科普影片平台,從小學到高中皆可參加,可以鼓勵學生投稿。


  教學歷程分享

糖漬知識背景建立、器材介紹
教師於課前印製學習單一(認識糖漬)。教師於課前將可以用到的器材放置於講桌,方便解說(加熱板、烘箱除外) 。


圖3. 廚房紙巾、保鮮盒、鹽、細砂糖、砧板、水果刀、筷子、玻棒、溫度計、湯勺、研缽套組、秤藥紙、有蓋的鍋子、電子秤、不鏽鋼烤肉架


圖4. 左至右分別為鹽度計、pH meter、酒精度計


圖5. 左至右分別為低、中、高糖度計

用投影片「西班牙市集的糖漬攤位、新光三越地下街糖漬水果」以及試吃糖漬水果活動引起動機。

搭配學習單一,帶領學生依序了解:何謂糖漬水果、滲透壓知識、糖漬可抑制細菌生長的秘密、糖度計、鹽度計、酒精度計使用方法和原理、酸鹼度pH 儀、鹽水去苦味維生素C測定法。若一個班有20 人,則5人一組,分成4組。請學生填寫工作分配表(教師可以自行設計),以利記錄分組名單與工作分配,教師於課中檢查每一組的工作分配狀況,拍照存檔,以利下一次上課前清點,事前準備。最後,教師將多元評量標準寫在黑板上並解釋評量重點。

圖6. 課程一開始,介紹新光三越糖漬品攤位,市售糖漬品介紹,引起動機



  糖漬水果實驗設計

一、事前準備 :
教師於課前印製學習單二(糖漬水果實驗設計)及學習單三(去苦味及糖漬橙皮示範)。教師於課前將會用到的器材放置於講桌,方便解說(烘箱除外)。

二、教學流程 :
1. 發下學習單二,請學生依照學習單上的問題回答,並查網路資料,引導學生寫出專屬的糖漬水果實驗設計心智圖。
2. 引導學生寫出有量化概念的實驗設計,包含實驗所有的器材、藥品、多少量,實驗條件等。
3.依照各組進度,每組學生個別跟老師討論其設計實驗的可行性,需如何調整。

三、小組發表 :
挑選2組學生將其設計的心智圖拍照,投影於螢幕。或是把心智圖畫在黑板,與全班分享。

四、示範教學-橙皮去苦味 :
發下學習單三(去苦味及糖漬橙皮示範),播放影片糖漬果皮去苦味示範,解說需要前處理的果皮去苦味步驟,待下週上課之前,選擇要用水果皮糖漬的組別,必須在家自行操作學習單三的步驟一~四。
糖漬果皮去苦味(影片連結)
注意 : 請學生注意去除苦味時,水要多放才可以完全去除苦味。

  實作-糖漬水果+ 物理性質測量

一、事前準備 :

準備全班共用器材。印製學習單四(數據表格) 。

二、教學流程 : 
1.檢查各組是否有帶去除苦味的果皮或水果。
2.檢查各組的器具是否有帶齊
3.發學習單四,並教導數據表格如何填寫。

三、注意 :
1. 教師可以預備一些去除苦味的橙皮,萬一有學生沒有帶時,可以給少許橙皮試作。
2. 如果沒有香吉士皮,也可以用柳丁皮代替。

四、示範教學- 糖漬DIY(影片連結 :
搭配學習單解說今天上課之糖漬橙皮作法作為示範。學生依照自己設計之糖漬方法為主。


圖7.學生做糖漬水果實驗及紀錄溫度及糖度


圖8.糖漬橙皮完成,教師將橙皮夾出,檢查其透明度

五、糖漬小秘訣 :
必須等到糖水快要燒乾了才能再加下一次糖漬的水和糖,不然煮出來的香橙皮無法呈透明狀。

  實作-化學性質測量

一、課前準備活動 :
1.印製學習單五(化學性質分析)。
2. 準備全班共用之實驗器材。
3.準備每一組需要使用的各別器材,如滴定裝置等。

二、器材與藥品準備 :
清點每一組所需要的實驗器材與藥品是否完備,有一些是全班共用的器材,可以先規定使用順序。

三、示範-化學性質測量 :
針對一些第一次使用的器材,教師可以先示範一次,如糖度計、酒精度計、鹽度計、pH儀等、維他命C滴定方法。

四、分組實際測量 :
叮嚀各組組員分工合作,必須於60分鐘內完成所設計糖漬水果成品的化學性質測量。

圖9.學生共同合作,進行維他命C的滴定實驗


圖10.學生進行糖漬水果糖度、酒精度、鹽度及pH值測量

  實作-生物技術之顯微照相

一、課前準備活動 :
1. 印製學習單六(顯微照相技巧)。
2.準備顯微照相實驗器材。

二、示範實驗 :
1. 對照學習單六的流程,示範糖漬水果成品的切片方法,與如何做顯微照相。
2.與每組討論其糖漬水果的切片位置,例如,糖漬奇異果的切片應該是果肉,糖漬橙皮的切片應該是果皮。
3.示範在同一個視野之下,要拍攝刻劃玻片的標準刻度,如此可以用word在顯微照片畫比例尺。

三、實際操作顯微切片及測量:
各組學生完成顯微切片,及拍攝顯微照片及比例尺。

圖11.教師向學生解釋顯微鏡下的糖漬水果細胞構造變化


圖12.教師示範糖漬橙皮顯微切片的方法

  探究-實驗數據處理與分析

一、準備活動 :
1.印製學習單七(數據處理表格)。
2.準備各組使用的小筆電作數據處理。

二、示範數據處理方式 :
1.示範如何將實驗數據打在Excel及計算平均值、標準差等。
2.示範如何用計算好的數據做圖表。

三、實際做數據處理 :
學生將糖漬水果的物理測量及化學測量的數據處理,並且做成適合的圖表。

四、數據分析 :
依據學習單七的問題,回答可以從數據中獲得那些結論,可以從數據中看到什麼? 要求學生上網查資料,找答案必須上網查資料,附上參考網址。

五、注意 :
提醒學生下週要帶有簡易影片剪輯功能的手機,一組一台即可。

  探究-糖漬影片剪輯

一、課前準備活動 :
1.印製學習單八(影片製作流程)。
2.請學生自備手機,一組一台即可。

二、看示範影片剪輯影片 :
配合學習單播放Youtube 上的簡易以手機剪輯影片法。

三、影片剪輯 :
以手機裡收集的糖漬水果DIY照片及影片,剪輯製作影片。


  成果發表

一、課前準備活動 :
事先邀請學校教師一同來評分各組糖漬水果成品。

二、成果發表 :
1. 已事先完成之投影片,報告本次課程中的實驗設計、流程圖、實驗方法、成品分享,以及心得。
2. 分享製作完成的糖漬水果影片。


圖13.學生共同布置發表會


圖14.學生於成果發表會開心地演說她們的糖漬水果過程

三、糖漬水果試吃大會 :
邀請學校老師與所有學生一同試吃、評比哪一組是糖漬水果人氣王。

四、老師講評 :
由教師總講評本學期的教學成果,與省思,給予學生正面的鼓勵。
糖漬八週學習單連結 : MM科學視界

  教學評量

因為本教案根據12年國教之素養導向原則而設計,因此發展出素養導向的評量,讓學生明確知道自己應該要完成哪些學習過程表現,才可以拿到如何的成績。而教師也可以依據這樣的評量規準而有評分依據,設計原則有三:
(1) 評量學生的知識、技能及態度。
(2) 學生能整合所學並應用於特定情境中 。
(3) 重視學習歷程的形成性的評量,與重視整體學習結果的總結性評量。




  教學省思

完成糖漬的探究與實作課後,我認為:
(1)教師本身要有一些課堂備案,不能讓沒有帶東西的學生只觀摩他組學生做實驗 ;
(2)時間掌控相當重要,因為對於學生和老師而言,都很有可能第一次接觸這一個實驗材料(例如糖漬草莓),在摸索的過程中,時間很難控制,所以要特別留意事先想好,如果來不及做完實驗的處理方法,例如到此為止,用保鮮盒帶回家繼續再做等。
(3) 培養課堂小助教 : 可以找幾個對科學實驗比較有興趣的學生,課前事先訓練其實驗技巧,在老師忙得不可開交時,可以是非常得力的助手。

  學生回饋

於學習單中置入一些可以問出學生省思的題目,收集到的資訊剪輯4個為代表。整體而言,學生相當喜歡有自行設計元素的課堂,也會突發奇想,想要做哈密瓜或西瓜。也認為利用剩下來的水果或果皮具有化腐朽為神奇的功效,也很喜歡自己做影片,相當有成就感。


圖15. 學生回饋

  參考資料

1. 普通化學實驗。 維生素C的定量。民國105年。國立台灣大學化學系。國立台灣大學出版中心。
2. 方義民。1991。椪柑與柳橙果實檸檬苦素類成分之分佈與降低椪柑果汁苦味之研究。國立台灣大學園藝學研究所碩士論文。
3. 中華百科全書
4. 華人健康網

  附錄:學習單參考