雙減背景下基于生活情境的科普實(shí)驗(yàn)
——以小蘇打和白醋的反應(yīng)為例

司二偉，秦玉嬌，趙 晨，陶菲菲**

(1.紹興文理學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，浙江 紹興 312000；2.長(zhǎng)興縣實(shí)驗(yàn)中學(xué)，浙江 湖州 313100)

“雙減”政策的頒布與實(shí)施，是實(shí)現(xiàn)減輕義務(wù)教育階段學(xué)生作業(yè)負(fù)擔(dān)、減少校外培訓(xùn)負(fù)擔(dān)的有效途徑，也是優(yōu)化教育生態(tài)的重要舉措[1]。落實(shí)“雙減”政策[2]，有助于深化義務(wù)教育改革，讓學(xué)生有更多時(shí)間精力轉(zhuǎn)移至提升綜合素質(zhì)的活動(dòng)中。通過優(yōu)化作業(yè)布置，提升課后活動(dòng)質(zhì)量等途徑使得學(xué)生接受高質(zhì)量的教育，從而開拓思維、激發(fā)潛能、提升創(chuàng)新能力。

《關(guān)于新時(shí)代進(jìn)一步加強(qiáng)科學(xué)技術(shù)普及工作的意見》指出科普是國家和社會(huì)普及科學(xué)知識(shí)，弘揚(yáng)科學(xué)精神、傳播科學(xué)思想、實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展的重要基礎(chǔ)性工作。課后科普服務(wù)[3]是“雙減”政策的重要內(nèi)容，承擔(dān)著減負(fù)的重任。從生活教育的角度出發(fā)進(jìn)行科學(xué)知識(shí)的普及，有助于個(gè)體從實(shí)踐與生活經(jīng)驗(yàn)中吸收知識(shí)，養(yǎng)成良好的思考方式。日常生活情景式導(dǎo)入將科學(xué)與生活建立起密切聯(lián)系，讓科普實(shí)驗(yàn)更容易被接受、更具有親和力。本次科普實(shí)驗(yàn)從生活出發(fā)，利用小蘇打和白醋進(jìn)行實(shí)驗(yàn)進(jìn)而了解“廚房中發(fā)面的秘密”，從而引導(dǎo)學(xué)生多重感官協(xié)同作用，使學(xué)生掌握知識(shí)的同時(shí)發(fā)現(xiàn)科學(xué)的樂趣。

1 問題提出

酵母是一種純生物的蓬松劑，自身新陳代謝產(chǎn)生二氧化碳，在制作饅頭、面包等食物的過程中添加酵母可以達(dá)到比較蓬松的狀態(tài)。發(fā)酵粉和酵母一樣，都有發(fā)酵的功能，可以用作面制品和膨化食品的生產(chǎn)。發(fā)酵粉的主要成分是碳酸氫鈉和酒石酸，當(dāng)與水接觸時(shí)會(huì)產(chǎn)生氣體，會(huì)起到膨松劑的作用。小蘇打和食醋是生活中常見的物質(zhì)，同樣會(huì)發(fā)生反應(yīng)生成二氧化碳，因此也會(huì)用來發(fā)面。那么小蘇打和食醋的濃度、溫度等條件對(duì)發(fā)面有何影響呢？基于此問題，將科學(xué)知識(shí)融入到生活當(dāng)中，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)質(zhì)疑，發(fā)現(xiàn)并解決生活中的問題。

教育科學(xué)出版社《科學(xué)(六年級(jí)下冊(cè))》中“物質(zhì)的變化”第二節(jié)“產(chǎn)生氣體的變化”涉及到小蘇打和白醋的實(shí)驗(yàn)，見圖1。學(xué)生課內(nèi)通過小蘇打和白醋反應(yīng)生成氣體的實(shí)驗(yàn)了解到物質(zhì)在發(fā)生變化時(shí)常常會(huì)伴隨一些現(xiàn)象，進(jìn)而區(qū)分物理變化和化學(xué)變化，該實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的作用沒有充分挖掘。通過深入解讀教材，從學(xué)生的認(rèn)知角度出發(fā)，基于生活情境設(shè)計(jì)小蘇打和白醋反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，在活動(dòng)探究中解決問題，使學(xué)生獲得啟發(fā)和收獲并掌握到新知識(shí)。

圖1 教育科學(xué)出版社《科學(xué)(六年級(jí)下冊(cè))》小蘇打和食醋的反應(yīng)

2 文獻(xiàn)案例概述

針對(duì)小蘇打和白醋的實(shí)驗(yàn)，不少學(xué)者進(jìn)行過研究[4-8]。陳西霞等[4]以小蘇打代替氫氧化鈉和碳酸鈉作為隱形墨水，以天然色素酒精浸取液為顯色劑，以白醋替代鹽酸作為消色劑，進(jìn)行隱形墨水實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)課外活動(dòng)實(shí)驗(yàn)。陳強(qiáng)等[5]從實(shí)驗(yàn)觀察、實(shí)驗(yàn)猜測(cè)、實(shí)驗(yàn)討論、實(shí)驗(yàn)實(shí)施等環(huán)節(jié)對(duì)小蘇打和白醋的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式進(jìn)行改進(jìn)，使學(xué)生形成系統(tǒng)性認(rèn)知。張路敏[6]通過自制小蘇打和白醋的實(shí)驗(yàn)裝置，使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯、實(shí)驗(yàn)效果突出。羅新月等[7]以“小蘇打和白醋的反應(yīng)”的核心概念為主線，依據(jù)學(xué)習(xí)進(jìn)階理念探尋合理的暑期托管營(yíng)科學(xué)課程，重視科學(xué)實(shí)踐，推動(dòng)科學(xué)教育的發(fā)展。徐歆茹[8]開展“廚房里的科學(xué)”課程為兒童演示白醋與小蘇打混合實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、動(dòng)手能力、獨(dú)立思考能力。

研究發(fā)現(xiàn)，眾多學(xué)者對(duì)小蘇打和白醋的實(shí)驗(yàn)主要是從裝置改進(jìn)、優(yōu)化教學(xué)模式的角度進(jìn)行研究，最終落實(shí)到改善教學(xué)效果、提高教學(xué)質(zhì)量。而對(duì)小蘇打和白醋的實(shí)驗(yàn)，沒有從生活角度挖掘其中蘊(yùn)含的科學(xué)知識(shí)，小蘇打和食醋的反應(yīng)與“發(fā)面”原理息息相關(guān)，可以將探尋“廚房中發(fā)面的秘密”作為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)小蘇打與白醋的實(shí)驗(yàn)再設(shè)計(jì)，使學(xué)生在掌握反應(yīng)原理的同時(shí)，認(rèn)識(shí)到“生活處處有學(xué)問”，激發(fā)學(xué)習(xí)的樂趣。

3 設(shè)計(jì)思路

本次科普實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)象是六年級(jí)學(xué)生，這一階段的學(xué)生已經(jīng)能初步使用簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)器材，具備一定的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，能夠讀取簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)用具數(shù)據(jù)并做好記錄，同時(shí)具備一定的總結(jié)歸納能力和生活經(jīng)驗(yàn)，但此時(shí)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握不夠成熟，趨向于形象思維?？破諏?shí)驗(yàn)教學(xué)要符合學(xué)生身心發(fā)展規(guī)律，要結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的探究能力，學(xué)生在認(rèn)識(shí)生活規(guī)律的過程中，可以感受到學(xué)習(xí)科學(xué)的價(jià)值和意義。因此，從學(xué)生的生活情景出發(fā)，充分點(diǎn)燃學(xué)習(xí)熱情，教師通過任務(wù)驅(qū)動(dòng)學(xué)生嘗試解決實(shí)際問題，教師提問適度留白，層層遞進(jìn)，根據(jù)具體的生活情境搭建學(xué)生核心素養(yǎng)形成和發(fā)展的平臺(tái)，從而設(shè)計(jì)本次科普實(shí)驗(yàn)，見圖2。

圖2 設(shè)計(jì)思路

4 小蘇打和白醋反應(yīng)的科普實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

4.1 創(chuàng)設(shè)生活情景，煥發(fā)科學(xué)的魅力

【資料卡】“金華饅頭”“酵頭”

金華饅頭號(hào)稱中國饅頭的活化石?！洱R民要術(shù)》書中“作白餅法”說：“面一石，白米七八升，作粥，以白酒(即甜酒釀)六七升酵中。著火上。酒魚眼沸，絞去滓，以和面?！泵褚允碁樘?，饅頭是飯桌上的主食。做饅頭“惟做酵最難，請(qǐng)其庖人來教，學(xué)之，卒不能松散”，因此做饅頭，發(fā)面是關(guān)鍵；“酵頭”是上一次發(fā)面蒸饅頭時(shí)留下的一小團(tuán)面。

1)情境1：“發(fā)酸的饅頭”——味酸、發(fā)軟、口感欠佳

【廚房中探索】酵頭發(fā)面蒸饅頭。

【教師提問】為什么用酵頭發(fā)面時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致饅頭發(fā)酸？

【學(xué)生活動(dòng)任務(wù)】

①交流生活中發(fā)酸的食物。

②討論饅頭發(fā)酸的原因。

③尋找資料求證。

【教師介紹】我國傳統(tǒng)的饅頭制作方法是酵頭發(fā)酵，酵頭發(fā)酵原理是面團(tuán)在酵母菌以及一定種類和數(shù)量的其他微生物的共同作用下發(fā)生反應(yīng)，生成二氧化碳、乳酸、醋酸、乙醇等物質(zhì)，影響?zhàn)z頭的色澤和口感。

【學(xué)生思考】清楚酵頭發(fā)面時(shí)間過長(zhǎng)導(dǎo)致饅頭發(fā)酸。

【教師提問】既然饅頭發(fā)酸是因?yàn)榘l(fā)酵過程產(chǎn)生了酸，采取什么措施可以改良饅頭的口感？

【學(xué)生】小組交流，尋找資料，相互求證。

【總結(jié)】依據(jù)生物、化學(xué)的原理，了解到只用酵頭發(fā)面且發(fā)面時(shí)間過長(zhǎng)，饅頭會(huì)發(fā)酸。

【課外知識(shí)延伸】“金華饅頭”的由來、“酵頭發(fā)面原理”

2)情境2：“偏硬的饅頭”——開花、發(fā)黃、堿味、色澤偏暗

【資料卡】酸能與堿反應(yīng)；食物中原材料要有安全保證。

【廚房中再探索】

①發(fā)面的時(shí)候加入一種白色粉末，可以減輕酸味，改善口感。

②不小心加入的粉末過多，蒸出的饅頭開花，發(fā)黃，帶有堿味。

【活動(dòng)任務(wù)】

①尋找廚房中的堿性食品和調(diào)味品。

②交流饅頭發(fā)黃的原因，討論如何中和過多的堿性物質(zhì)。

③查找資料求證。

【教師提問】1)加入的白色粉末是什么？2)發(fā)面時(shí)加什么可以中和酸？

【學(xué)生討論】白色粉末是小蘇打，小蘇打是堿性的，可以中和酸。

【教師總結(jié)歸納】小蘇打主要成分是碳酸氫鈉，碳酸氫鈉加熱分解生成碳酸鈉，從而使面粉中的淀粉降解，并生成羥基等有色基團(tuán)，饅頭會(huì)發(fā)黃。蒸饅頭的時(shí)間過長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致面粉中的淀粉和空氣中的氧氣反應(yīng)，也會(huì)發(fā)黃。

【知識(shí)拓展】堿性物質(zhì)可以中和酸性物質(zhì)。

【課外知識(shí)延伸】依據(jù)科學(xué)原理，清楚酵頭發(fā)面時(shí)加入的小蘇打過量、蒸饅頭時(shí)間過長(zhǎng)，饅頭會(huì)發(fā)黃，開花，口感欠佳。

3)情境3：“改良的饅頭”——微甜、松軟、色澤明亮

【廚房中的進(jìn)一步探索】酵頭發(fā)面時(shí)加入小蘇打和食用白醋，饅頭的口感、外觀得到明顯改善?；诖松钋榫常瑢W(xué)生提出幾個(gè)問題：

①小蘇打是直接加入面粉中還是溶解在水中再和面？

②冬天和夏天發(fā)面時(shí)間為什么不一樣？

③發(fā)面時(shí)為什么蓋上保鮮膜？

【活動(dòng)任務(wù)】基于以上三個(gè)問題，結(jié)合真實(shí)生活情景，分小組交流討論，推測(cè)小蘇打和白醋在制作饅頭過程中所發(fā)揮的作用，嘗試寫出推測(cè)的具體依據(jù)和作用原理。

4.2 設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)，解決實(shí)際問題

根據(jù)學(xué)生提出的三個(gè)問題，總結(jié)得出水、溫度、密閉環(huán)境是影響發(fā)面的主要因素。根據(jù)此三個(gè)因素設(shè)計(jì)三組探究實(shí)驗(yàn)，學(xué)生四人一組，教師提供記錄表格和實(shí)驗(yàn)材料，探究小蘇打和白醋的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)材料：食用小蘇打、白醋、食用紅色素、洗潔精、塑料量杯、小勺子、燒杯、玻璃管、塑料滴管、針筒、熱水、冰水、泡沫塞、氣球。

1)探究一：水對(duì)小蘇打和醋反應(yīng)的影響

發(fā)面時(shí)通常會(huì)先將小蘇打溶解在水中再和面，探究水的加入對(duì)食用小蘇打和白醋反應(yīng)產(chǎn)生的氣體的量和產(chǎn)生氣體的時(shí)間的影響。

實(shí)驗(yàn)過程：

①用勺子取5份食用小蘇打分別放入玻璃管中(每份2平勺約 0.2 g)，再向其中依次滴加1滴食用紅色素(便于觀察現(xiàn)象)和1滴洗潔精(洗潔精包裹住二氧化碳，產(chǎn)生泡沫，便于有效測(cè)量產(chǎn)生氣體的量，實(shí)驗(yàn)探究二、三作用相同)

②使用滴管向玻璃管中依次加入 1 mL、2 mL、3 mL、4 mL 和 5 mL 白醋。

③觀察泡沫在玻璃管中達(dá)到最高點(diǎn)的高度和所用時(shí)間，將結(jié)果記錄在表1中。

表1 不加入水時(shí)，食用小蘇打和白醋反應(yīng)的結(jié)果

④按照步驟①和②中描述的方法，在加入食用小蘇打之后向每個(gè)玻璃管中加入 2 mL 常溫水，其他步驟相同；觀察泡沫達(dá)到最高點(diǎn)的的高度和所用時(shí)間，將結(jié)果記錄在表2中。

表2 加入 2 mL 水時(shí)，食用小蘇打和白醋反應(yīng)的結(jié)果

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：

①無論是否加入水，食用小蘇打和白醋反應(yīng)都有氣泡產(chǎn)生，產(chǎn)生氣泡的數(shù)量和所用時(shí)間都是隨著白醋加入量的增加而增加。

②相同條件下，加入水之后，產(chǎn)生氣泡的數(shù)量相對(duì)增加，所用時(shí)間相對(duì)減少。

③當(dāng)食用小蘇打的量固定時(shí)，白醋加入量由少增多，再到過量，產(chǎn)生的氣體量增加變緩再到增加不明顯。

④白醋的加入量超過 4 mL 時(shí)，氣泡數(shù)量增加的速度變慢，需要的時(shí)間增多。

知識(shí)延伸：食用小蘇打分散在水中更容易產(chǎn)生氣體，這是由于增大小蘇打和白醋的接觸面積，有利于二氧化碳的產(chǎn)生，所以在發(fā)面時(shí)通常將小蘇打粉末溶解在水中使發(fā)面效果更好。

2)探究二：溫度對(duì)小蘇打和醋反應(yīng)的影響

實(shí)驗(yàn)過程：

①用勺子取5份食用小蘇打分別放入玻璃管中(每份2平勺約 0.2 g)，再向其中依次滴加 2 mL 水(冰水或熱水)，1滴食用紅色素和1滴洗潔精。

②使用滴管向玻璃管中加入 2 mL 白醋。

③觀察泡沫達(dá)到最高點(diǎn)的高度和所用時(shí)間，將結(jié)果記錄在表3(冰水)和表4(熱水)中。

表3 加入冰水時(shí)，食用小蘇打和白醋反應(yīng)結(jié)果

表4 加入熱水，食用小蘇打和白醋反應(yīng)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：

①其他條件相同，與加入冷水相比，加入熱水的玻璃管中產(chǎn)生氣泡所用的時(shí)間更少。

②加入冰水和熱水，食用小蘇打和白醋反應(yīng)產(chǎn)生氣泡的量和時(shí)間都是隨著小蘇打加入量的增加而增加，且當(dāng)白醋加入量超過 4 mL 時(shí)，產(chǎn)生氣體的量增加變慢，需要的時(shí)間增多。

③在相同實(shí)驗(yàn)條件下，對(duì)比表1、3和4，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著水溫的升高，反應(yīng)產(chǎn)生的氣體量減少。

知識(shí)延伸：食用小蘇打與醋反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度低更有利于反應(yīng)的進(jìn)行；隨著水溫的升高，反應(yīng)所需要的時(shí)間變少，這是由于反應(yīng)溫度高，反應(yīng)速度加快，所以反應(yīng)時(shí)間變短。因此，冬天發(fā)面需要時(shí)間長(zhǎng)，夏天發(fā)面需要時(shí)間短。

3)探究三：封閉條件對(duì)小蘇打和醋反應(yīng)的影響

實(shí)驗(yàn)過程：

①用勺子取5份食用小蘇打分別放入玻璃管中(每份2平勺約 0.2 g)，再向其中依次滴加 2 mL 常溫水、1滴食用紅色素和1滴洗潔精。

②用泡沫塞封閉玻璃管管口，再使用針筒向玻璃管中注入 2 mL 白醋。

③觀察泡沫達(dá)到最高點(diǎn)的高度和時(shí)間，將結(jié)果記錄在表5中。

表5 封閉條件下，食用小蘇打和白醋反應(yīng)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：

①觀察到食用小蘇打和白醋反應(yīng)產(chǎn)生的氣體速度很慢，幾乎不使洗滌劑產(chǎn)生大量氣泡，所以無法知道產(chǎn)生氣體的量的多少。

②反應(yīng)過程中，能觀察到小氣泡一個(gè)個(gè)地從固體表面產(chǎn)生跑到溶液表面，隨后消失，整個(gè)反應(yīng)的過程比較慢。

③所需要的時(shí)間隨著白醋加入量的增加而增加，時(shí)間大大延長(zhǎng)。用泡沫塞封閉試管，生成的氣體彌漫在試管中。

知識(shí)延伸：封閉條件可以大大降低食用小蘇打與醋的反應(yīng)速率，使產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w緩慢釋放出，從而在發(fā)面過程中產(chǎn)生均勻、大量的氣孔，使做出的面食更加蓬松、松軟。

5 總結(jié)

想要面發(fā)好，注意這幾點(diǎn)：

1)用水溶解食用小蘇打，使小蘇打和白醋充分接觸，產(chǎn)生更多的二氧化碳?xì)怏w。

2)可以根據(jù)季節(jié)、根據(jù)需求，選擇常溫水或者熱水溶解食用小蘇打，控制發(fā)面的時(shí)間。

3)發(fā)面的時(shí)候需要蓋上蓋子或者保鮮膜，制造一個(gè)相對(duì)封閉的環(huán)境，從而使二氧化碳?xì)怏w緩慢溢出，使面中孔又多又均勻。

6 教后反思

“雙減政策”的落實(shí)與實(shí)施，將時(shí)間、課堂還給學(xué)生，對(duì)教師和學(xué)生而言利大于弊，因此越來越多的教育工作者進(jìn)入中小學(xué)參與科普服務(wù)活動(dòng)。通過本次小蘇打和白醋的探究實(shí)驗(yàn)科普活動(dòng)，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備遠(yuǎn)超預(yù)期，能在教師引導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?？梢?，給予學(xué)生自主發(fā)揮的空間，可以給我們教育工作者帶來無限的驚喜。從生活情境入手，學(xué)習(xí)內(nèi)容不脫離實(shí)際、不局限教材，真正地做到知識(shí)生活化、情景化，在提升教師提升專業(yè)素質(zhì)的同時(shí)，能夠有效地促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展。