基于核心素養(yǎng)發(fā)展的綜合實(shí)踐活動(dòng)設(shè)計(jì)

李法瑞

摘要：介紹在教師指導(dǎo)下學(xué)生開展基于“餐飲行業(yè)‘廚余垃圾簡易除臭抑菌方法探究”的STSE綜合實(shí)踐活動(dòng)。依次從社會(huì)調(diào)查研究、垃圾腐敗機(jī)理及食物垃圾微生物控制途徑分析調(diào)研、垃圾除臭抑菌控制實(shí)驗(yàn)研究及可行性解決方案的提議等不同維度，詮釋其核心素養(yǎng)發(fā)展的重要作用，以期為有效拓寬化學(xué)綜合實(shí)踐活動(dòng)的渠道提供有益借鑒與參考。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng)，STSE綜合實(shí)踐活動(dòng)，垃圾無害化存儲(chǔ)，簡易可行

文章編號(hào)：1008—0546（2020）05-0074-04 中圖分類號(hào)：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.05.019

2019年6月，國務(wù)院辦公廳頒布了《關(guān)于新時(shí)代推進(jìn)普通高中育人方式改革的指導(dǎo)意見》，指出要以“落實(shí)立德樹人根本任務(wù)，發(fā)展素質(zhì)教育”為指導(dǎo)思想，“要完善學(xué)校課程管理，改進(jìn)科學(xué)文化教育，統(tǒng)籌課堂學(xué)習(xí)和課外實(shí)踐，拓寬綜合實(shí)踐渠道”。因此，為推進(jìn)拓寬綜合實(shí)踐活動(dòng)實(shí)施路徑的探索，促進(jìn)學(xué)生綜合素質(zhì)和核心素養(yǎng)充分發(fā)展，《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）》（以下簡稱“新課標(biāo)”）突出了STSE（科學(xué).技術(shù).社會(huì).環(huán)境）綜合實(shí)踐活動(dòng)的重要地位，分別設(shè)置了“STSE綜合實(shí)驗(yàn)”和“STSE綜合實(shí)踐”主題，強(qiáng)調(diào)“要圍繞資源、能源與環(huán)境等與可持續(xù)發(fā)展密切相關(guān)的問題開展綜合實(shí)踐項(xiàng)目”;“要關(guān)注與化學(xué)有關(guān)的社會(huì)熱點(diǎn)問題，發(fā)展綜合分析、解決問題的能力。

一、活動(dòng)實(shí)施背景

2019年7月1日零時(shí)起，上海作為全國46個(gè)重點(diǎn)城市之一率先正式推行垃圾分類，成為全民熱點(diǎn)話題。市民要按照《上海市生活垃圾管理?xiàng)l例》的規(guī)定，將生活垃圾分成干垃圾、濕垃圾、有害垃圾和可回收垃圾四類加以執(zhí)行。然而，垃圾分類不是一朝一夕就可以見成效的，其重點(diǎn)在于前端提升居民垃圾分類意識(shí)以及后端加強(qiáng)軟件和硬件設(shè)施的支撐，做到分類投放、收集、運(yùn)輸及處理。

對身邊的事物進(jìn)行探究，有助于學(xué)生獲得科學(xué)知識(shí)和真實(shí)的情感體驗(yàn)。鑒于此，我們組建課題研究小組開展了以“餐飲行業(yè)‘廚余垃圾簡易除臭抑菌方法探究”引導(dǎo)學(xué)生關(guān)心社會(huì)熱點(diǎn)問題，增強(qiáng)他們的社會(huì)責(zé)任感和使命感，提升運(yùn)用科學(xué)方法解決實(shí)際問題的能力。實(shí)踐表明，這次活動(dòng)的選題與實(shí)施，不僅有利于達(dá)成“保護(hù)環(huán)境從自身做起”的態(tài)度與責(zé)任素養(yǎng)目標(biāo)，對“發(fā)現(xiàn)和提出有價(jià)值的問題”等科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)素養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)也大有裨益，同時(shí)活動(dòng)中始終貫穿著使用“變化觀念與平衡思想”調(diào)控化學(xué)反應(yīng)速率問題的創(chuàng)新型策略應(yīng)用。

二、活動(dòng)實(shí)施方案

1.活動(dòng)內(nèi)容

隨著涵蓋餐飲行業(yè)在內(nèi)的我國第三產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，濕垃圾產(chǎn)生總量迅速增加。據(jù)報(bào)道，2018年底全國濕垃圾處理能力達(dá)到2.69萬噸/日。值得注意的是，餐飲食物垃圾常常采用自然保存的方式臨時(shí)儲(chǔ)存于經(jīng)營門店附近，臭氣熏天，微生物瘋狂生長，蚊蠅叮附，在到達(dá)最終的垃圾場前，食物垃圾已經(jīng)嚴(yán)重腐敗，產(chǎn)生毒素，失去綜合利用價(jià)值。為此，教師向課題小組的全體學(xué)生提出引領(lǐng)性的活動(dòng)主題：如何為“餐飲行業(yè)的‘廚余垃圾除臭抑菌”？嘗試破解濕垃圾對其周圍空氣二次污染的難題，并提出合理化解決方案。

2.活動(dòng)方案

為了確保綜合實(shí)踐活動(dòng)有序?qū)嵤?，師生共同探討商議出一整套行之有效的活動(dòng)方案，并明確了各個(gè)階段的研究目標(biāo)。

第一階段：實(shí)地調(diào)研，掌握目前餐飲業(yè)餐余垃圾的現(xiàn)狀和面臨的問題。

選擇典型的餐飲企業(yè)集中場所為樣本，通過市場調(diào)查研究的方式，了解餐飲食物垃圾的分類、清理、存放及處理方式，了解不同餐飲場所垃圾房臭味程度差異、導(dǎo)致差異的原因以及需要真正解決的問題等。

第二階段：通過查閱文獻(xiàn)與咨詢有關(guān)專家，掌握餐余垃圾的腐敗機(jī)理以及目前商業(yè)上常用的微生物控制方法和途徑。

通過查閱文獻(xiàn)和咨詢行業(yè)專家，掌握食物垃圾的腐敗機(jī)理，以及目前在微生物控制方面可能的途徑，從而尋找在餐飲食物垃圾處理中具有潛在價(jià)值的方案。

第三階段：根據(jù)已經(jīng)掌握的相關(guān)信息及有關(guān)知識(shí)，提出處理餐余垃圾的方案并通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究。

提出了低溫法、酸化法及噴香法并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，并通過計(jì)算大概成本來探索經(jīng)濟(jì)上的可行性。

第四階段：回應(yīng)主題，嘗試提出破解濕垃圾對其周圍空氣二次污染的難題的合理化解決方案。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出解決餐飲食物垃圾問題的可行性方案。

三、活動(dòng)實(shí)施成果

1.第一階段一開展調(diào)查的成果

我們選取了上海市普陀區(qū)、長寧區(qū)和虹口區(qū)的5個(gè)餐飲企業(yè)集中場所作為樣本進(jìn)行了市場調(diào)查研究;調(diào)查研究方式為實(shí)地走訪、參觀、交談與總結(jié)。

通過對五家餐飲企業(yè)集中場所的調(diào)查研究，課題小組將調(diào)查研究結(jié)果總結(jié)如下：（1）食物濕垃圾在氣溫較低的季節(jié)（如秋天和冬天）臭味相對較淡，但在氣溫較高的季節(jié)（如夏天）臭味異常強(qiáng)烈，污染嚴(yán)重，無法走近;（2）餐飲企業(yè)對干濕垃圾分類不嚴(yán);所有地方的食物干垃圾場所都有不同程度的臭味，尤其是管理較差的地方臭味強(qiáng)烈，原因是干垃圾中混有食物濕垃圾;（3）管理較科學(xué)的地方如中山公園龍之夢和虹口龍之夢明顯比其它地方氣味淡;（4）垃圾房設(shè)在地下層的場所明顯比垃圾房設(shè)在一樓的場所氣味淡;（5）五個(gè)餐飲企業(yè)集中場所的垃圾房衛(wèi)生都有明顯的提升空間;（6）五個(gè)餐飲企業(yè)集中場所的垃圾房管理人員都希望臭味環(huán)境能得到顯著改善。

2.第二階段一進(jìn)行調(diào)研的成果

課題組成員通過查閱大量關(guān)于食品微生物的文獻(xiàn)及咨詢相關(guān)行業(yè)專家，掌握了食物垃圾腐敗的有關(guān)機(jī)理，了解了當(dāng)前各行業(yè)普遍采用的微生物控制方法及適用性，以尋找對餐飲行業(yè)食物腐敗控制有用的方案。

（1）關(guān)于廚余垃圾腐敗機(jī)理的調(diào)查分析

餐飲行業(yè)中每天會(huì)被消耗掉大量的食物，這些食物中含有不同比例的水分、碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)、維生素、礦物質(zhì)等，而且食物的pH值一般接近中性，這樣的食物是各種微生物可以利用的天然培養(yǎng)基。

據(jù)研究，食物中的主要微生物包括細(xì)菌、霉菌、酵母、病毒、藻類等，在食物的腐敗變質(zhì)中最重要的是細(xì)菌和霉菌。和細(xì)菌相比，霉菌的生長速度較慢，對餐飲食物垃圾的腐敗基本可以不予考慮，同時(shí)，霉菌即使在餐飲垃圾食物上大量繁殖后短時(shí)間內(nèi)也不會(huì)產(chǎn)生明顯的異味。細(xì)菌則不同了，平均每20分鐘就可以繁殖一代，在最佳溫度條件下，一個(gè)細(xì)菌經(jīng)過9個(gè)小時(shí)后就可以繁殖到1.34億個(gè)細(xì)菌。實(shí)際的食物垃圾中的微生物含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于這個(gè)數(shù)值，一般高于100cfu/g（mL），當(dāng)微生物增殖到106-108cfu/g（mL）時(shí)，達(dá)到食物腐敗的臨界點(diǎn)，隨后，在大量細(xì)菌的作用下，食物快速腐敗，并在微生物的作用下釋放出含硫和含氮的有毒有味的氣體，產(chǎn)生強(qiáng)烈的臭味，對動(dòng)物就具有很強(qiáng)的毒害作用。

（2）關(guān)于食物垃圾的微生物控制途徑分析

同時(shí)，課題組又分析了影響微生物生長繁殖的各種因素以及商業(yè)上常見的微生物控制方法，希望能從中發(fā)現(xiàn)一些有用的啟示。這些因素有：食物原材料、貯藏與運(yùn)輸環(huán)節(jié)、溫度、水分活度、氧氣、滲透壓、輻射、pH等。商業(yè)上常見的微生物控制方法有：低溫冷藏、冷凍、高溫殺菌、高滲透壓、超高壓殺菌、酒精消毒、碘消毒、殺菌劑消毒、酸化、紫外殺菌、輻射殺菌、臭氧殺菌、干燥、微波殺菌、燃燒、脈沖強(qiáng)光殺菌、半導(dǎo)體光催化殺菌、超聲波滅菌、農(nóng)藥等。最后，課題組分析認(rèn)為低溫處理、酸化處理等可能在食物垃圾處理上具有前景。

3.第三階段一實(shí)驗(yàn)探究的成果

根據(jù)對五個(gè)餐飲集中場所的市場調(diào)查研究，食物垃圾的腐敗機(jī)理，食物垃圾腐敗微生物的控制途徑分析，餐飲企業(yè)食物垃圾的實(shí)際情況，課題組認(rèn)為低溫處理、酸化處理、噴香處理和堿化處理在食物垃圾“無臭化”“無害化”處理和綜合利用中可能具有潛在的實(shí)際意義。

實(shí)驗(yàn)原料：原料即餐飲食物垃圾：收集自上海市中山公園龍之夢購物中心某餐廳，根據(jù)肉眼觀察，濕垃圾內(nèi)已經(jīng)含有米飯、面條、剩菜、骨頭、肉、豆?jié){殘?jiān)瘸煞帧?/p>

實(shí)驗(yàn)試劑：檸檬酸、碳酸氫鈉、薄荷香精

儀器與設(shè)備：冰箱、電子天平、烘箱、溫度計(jì)、一次性塑料碗、一次性塑料手套、金屬盆、pH試紙等：

微生物檢測：送上海國際香料有限公司檢測。

實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備：將收集的比較新鮮的食物垃圾（濕垃圾），取回后立即放在干凈的大鐵盆內(nèi)。手戴上干凈的一次性塑料手套，將食物垃圾充分?jǐn)嚢杈鶆?，然后將這些食物垃圾平均分配到8個(gè)干凈的一次性塑料碗內(nèi)。每碗重量大約為380g。將上述已充分混合均勻并平均分配到八個(gè)塑料碗內(nèi)的食物垃圾隨機(jī)抽取一碗作為對照，對照碗內(nèi)不添加任何試劑。

（1）實(shí)驗(yàn)1：低溫處理實(shí)驗(yàn)操作

隨機(jī)抽取一碗作為低溫組，將低溫組的碗放人密實(shí)袋內(nèi)（防止食物氣味污染冰箱），在密實(shí)袋內(nèi)鼓滿空氣，然后放入冰箱進(jìn)行冷藏處理約9小時(shí)。

（2）實(shí)驗(yàn)2：酸化處理實(shí)驗(yàn)操作

隨機(jī)抽取3碗作為酸化組，分別命名為酸1，酸2，酸3。將已精確稱量好的質(zhì)量分別為0.38g、0.76g、1.14g的檸檬酸（添加量分別為0.1%、0.2%、0.3%）分別在小塑料杯內(nèi)用少量熱水溶解，然后分別倒人編號(hào)為酸1、酸2和酸3的處理組內(nèi)。由于濕垃圾內(nèi)水分沒有淹沒表面，在濕垃圾內(nèi)加入少量水分，至剛好淹沒表面，用熱水燙過的金屬匙將酸攪勻，使食物垃圾被均勻酸化。

（3）實(shí)驗(yàn)3：堿化處理實(shí)驗(yàn)操作

隨機(jī)抽取兩碗作為堿處理組，分別命名為堿1，堿2。將已精確稱量好的質(zhì)量分別為0.76g、1.52g的碳酸氫鈉（添加量分別為0.2%、0.4%）分別在小塑料杯內(nèi)用少量熱水溶解，然后分別倒人編號(hào)為堿1、堿2的處理組內(nèi)。由于濕垃圾內(nèi)水分沒有淹沒表面，在濕垃圾內(nèi)加入少量水分，至剛好淹沒表面，用熱水燙過的金屬匙將堿攪勻，使食物垃圾被均勻堿化。

（4）實(shí)驗(yàn)4：噴香處理實(shí)驗(yàn)操作

最后一碗作為噴香組。將噴油瓶或洗滌劑噴瓶用熱水清洗干凈，將食用香精直接倒人噴瓶內(nèi)，備用。本次實(shí)驗(yàn)選用的是薄荷香精，直接用噴瓶在表面均勻地噴酒適量薄荷香精。

（5）結(jié)果與討論

將pH檢測結(jié)果、微生物檢測數(shù)據(jù)和感官嗅聞結(jié)果分別記錄于下表中：

從表1可以看出，對照樣品已發(fā)生嚴(yán)重腐敗，產(chǎn)生了強(qiáng)烈的腐敗臭味。酸法組處理效果很好，當(dāng)酸添加量達(dá)到0.2%時(shí)能夠有效抑制微生物的生長繁殖和腐敗臭味的產(chǎn)生。酸法2和酸法3之間沒有顯著的差異。堿法組效果很弱，不能有效控制微生物的生長繁殖和腐敗氣味的產(chǎn)生，這可能是堿的用量不能將pH值調(diào)節(jié)得足夠高而達(dá)到抑制微生物的效果。低溫法雖然比酸法2和酸法3的微生物略高，但在抑制微生物的生長繁殖和控制臭味方面也非常有效。噴香法對微生物的生長繁殖基本沒有抑制作用，但薄荷香精的氣味能夠非常有效地掩蓋食物垃圾的腐敗臭味，感官評價(jià)并沒有覺察到有任何腐敗氣味。

4.第四階段一提出建議和建言

目前的餐飲廚余垃圾都是未經(jīng)處理，自然貯存后運(yùn)輸?shù)嚼鴪觯嬖诟瘮?yán)重，臭氣沖天，毒素產(chǎn)生等現(xiàn)象，基本都變成無用垃圾。根據(jù)本次活動(dòng)的調(diào)查研究結(jié)果，采用低溫法和酸化法不僅可以抑制微生物的生長繁殖和腐敗臭味的產(chǎn)生，而且可以制得“有用食物垃圾”，實(shí)現(xiàn)食物垃圾的綜合利用，改善人類的生態(tài)環(huán)境。輔助以噴香法，則可以使食物垃圾具有更加令人愉悅的氣味，改善相關(guān)垃圾處理人員的工作環(huán)境和身心健康。因此，在未來的食物垃圾處理上，課題組提議使用以下簡易可行的處理方法：（1）低溫法;（2）酸化法;（3）噴香法;（4）以及上述方法的組合使用。

四、活動(dòng)總結(jié)反思

圍繞“濕垃圾”主題展開的“餐飲行業(yè)‘廚余垃圾簡易除臭抑菌方法探究”綜合實(shí)踐活動(dòng)，自始至終都吸引著課題小組每一位同學(xué)的全情投入與積極參與。從生活實(shí)際出發(fā)，學(xué)生們勇于承擔(dān)起解決餐廚垃圾在臨時(shí)儲(chǔ)存過程中對環(huán)境造成二次污染這一社會(huì)問題，通過社會(huì)調(diào)查、文獻(xiàn)調(diào)研、提出假設(shè)、設(shè)計(jì)方案、統(tǒng)計(jì)分析等一系列深度的研究性學(xué)習(xí)策略，使用簡易可行的方式，較好地解決了餐飲行業(yè)每天面對的“廚余垃圾”有毒害、有異味的難題。

同時(shí)，課題組成員在STSE綜合活動(dòng)中，除了應(yīng)用化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法之外，還兼顧學(xué)習(xí)了環(huán)境科學(xué)、生命科學(xué)、社會(huì)科學(xué)等多領(lǐng)域的學(xué)科內(nèi)容，有效地體驗(yàn)了跨學(xué)科研究的思維方式，增強(qiáng)了自身的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。而化學(xué)學(xué)科中所蘊(yùn)含的“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”“變化觀念與平衡思想”等核心素養(yǎng)目標(biāo)也有機(jī)地融入到課題組成員的合作、質(zhì)疑、實(shí)踐、創(chuàng)新的全過程，更為他們今后的科技創(chuàng)新之路，樹立了自信心，賦予了使命感。