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]。

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