臺灣化學教育

國小學生製作薑黃試紙進行「無字天書」活動

李 萍^1、2,*、張自立³、辛懷梓³

1國立臺北教育大學自然科學教育學系碩士在職專班

2新北市立永和區網溪國民小學

3國立臺北教育大學自然科學教育學系

[email protected]

■前言

在國小自然與生活科技五下課程「水溶液的酸鹼性質」單元中，小朋友認識到很多植物都富含花青素，可以作為天然酸鹼指示劑，檢驗水溶液的酸鹼性質，例如：紫色高麗菜汁、紅鳳菜汁、黑豆水…等。筆者之前曾參加過自然科研習，有講師介紹薑黃試紙，提及薑黃中的薑黃素也是一種很不錯的酸鹼指示劑材料，薑黃素在中性、酸性條件下呈黃色，例如：與鹽水和食用醋作用會呈現黃色；而在鹼性條件下，當pH大於8時，薑黃素會由黃轉紅，呈現紅褐色，例如：與小蘇打水或肥皂水作用會變成紅褐色。因此筆者這學期以薑黃試紙為主題在任教班級內進行延伸課程，希望藉此活動讓六年級學生複習上學期學過的水溶液酸鹼性質單元，並認識另一種不同於花青素的酸鹼指示劑。

■薑黃素是什麼？

薑黃（curcuma）是咖哩粉中常見的香料成分，它是一種從薑科植物的根莖提取得到的黃色色素，薑黃素（curcumin）是最主要的薑黃化學成分，具明亮鮮豔的顏色，它對還原劑穩定，著色力強，不易褪色，可以作為食用色素，嚐起來味辛，帶點土味，常用來作為咖哩等食品添加原料。除了作為食品原料，薑黃素也具有廣泛的藥理作用，在古印度及中國醫學都曾使用薑黃來治療發炎性疾病、皮膚疾病及創傷，近代研究證實薑黃素（curcumin）具有如降血脂、抗氧化、抗發炎等功能。2004年時發現薑黃素能抑制HIV-1整合酶活性而用於愛滋病的臨床試驗，此外，抗癌是薑黃素的主要藥理活性之一，其抑制腫瘤的作用已在許多動物實驗中得到反覆證實，其具體抗癌機制已成為近期研究熱點 (維基百科，2017)。

在化學上，薑黃素天然的酚類在固態和溶液中主要是以烯醇式（enol form）存在，其結構式如下圖所示(維基百科，2017)。由於薑黃素不溶於水和乙醚，但溶於乙醇、丙酮、冰醋酸和丙二醇，因此我們可以利用乙醇(藥用酒精)作為溶劑，將市售薑黃粉與乙醇調合後，做成酸鹼指示劑溶液或製成試紙，讓小朋友試著利用薑黃試劑或試紙檢測不同性質的水溶液。

薑黃素的結構式，圖片來源：維基百科

 

■本課程實驗器材

一、薑黃試劑與試紙製作器材

1.燒杯(50ml)  一個       2.湯匙  1支      3.藥用酒精(濃度95%)  一瓶

4.市售薑黃粉 一罐        5.乳膠手套  12雙

6.圍兜6件               7.晾衣夾  26支   8.A4影印紙  13張

二、無字天書活動每組器材

1.試管、試管架、燒杯

2.酸鹼水溶液6種(鹽水、糖水、醋、檸檬汁、小蘇打水、肥皂水)

3.白色蠟燭

4.水彩筆

 

■教學流程

壹、準備活動(引起動機)

1.教師在課堂上分發薑黃粉讓每組學生觀察，並說明薑黃粉是製造咖哩的主要原料。

2.以簡報介紹薑黃和薑黃素的關係，認識薑黃素（curcumin）是薑黃中存在的天然食用色素。

3.向學生解說薑黃粉中的薑黃素可以製作指示劑，就像五年級學過的紫色高麗菜汁中的花青素，遇到酸鹼水溶液會有不同的顏色變化。

 

貳、發展活動

活動一：當酸鹼水溶液遇到薑黃指示劑

1.取3公克薑黃粉到一個小燒杯中，加入30 ml藥用酒精，用湯匙攪拌促進溶解，形成黃色的薑黃酒精溶液，如圖一所示，即可成為薑黃指示劑。

2.每組準備6種酸鹼不同性質的水溶液：鹽水、糖水、醋、檸檬汁、小蘇打水、肥皂水，倒入試管，學生以滴管將薑黃指示劑分別滴入6種水溶液中，觀察並記錄水溶液在指示劑加入後的顏色變化，如圖二、三。學生會發現薑黃素在鹼性的小蘇打水和肥皂水中呈現紅褐色，在酸性的醋、檸檬汁和中性的鹽水、糖水中則呈現黃色，如圖四所示。

 

 

活動二：製作薑黃試紙

1.傾析100ml薑黃指示劑到一個平底塑膠盆中，固體沉澱物儘可能不要倒入塑膠盆中。

2.放置一張A4空白影印紙到薑黃指示劑中，均勻地沾濕，使整張紙染成黃色，如圖五所示。

3.指導學生取出張紙，以曬衣夾夾住紙張晾乾，即製成黃色的薑黃試紙，如圖六所示。待紙張乾燥後，可剪裁成如石蕊試紙大小般紙張，直接作為檢驗酸鹼性的試紙使用，如圖八。

 

 

活動三：以薑黃試紙製作無字天書

 

1.取一張已晾乾的薑黃試紙，利用白色蠟塊在上面寫字或繪圖（例如：I love U），此時圖畫或訊息是隱藏的，如圖九。提醒學生以蠟塊在薑黃試紙上書寫或畫圖時，蠟塊需要稍微用力的寫，讓線條粗一點，才能使白蠟充分覆蓋字體表面。

2.把寫好字的薑黃試紙平放桌面，用水彩筆沾濕小蘇打水或肥皂水，塗抹在薑黃試紙蠟塊所寫的隱藏字面上，因為蠟不溶於水，所寫的訊息即可呈現而出，如圖十所示。

3.提示學生除了使用蠟塊寫字，亦可拿水彩筆或以戴上手套的手指沾濕小蘇打水或肥皂水之後，直接在薑黃試紙上寫字或畫出圖案，例如：將沾濕小蘇打水或肥皂水的手掌在薑黃試紙上用力拍打，便會留下一個如“血手印”的圖案，如圖十一所示。

 4.教師提問：想一想，如果沾過鹼性水溶液的水彩筆在薑黃試紙上不小心寫錯了字，要怎麼擦掉或修改呢？(解答：可以利用醋或檸檬汁等酸性溶液塗掉，因為文字遇到酸會還原為原先的黃色試紙，如圖十二所示。)

 

參、綜合活動

1.學生將完成的無字天書作品晾乾之後，以透明膠帶黏貼在學習單上。

2.指導學生填寫課程學習單及作品心得分享。

3.填寫課程回饋單。

 

■學生課程回饋單

筆者在學習單背面設計了一份問卷，調查學生對此次實驗與活動的看法及收獲，回答問卷的六年級學生共26人，男女各13人，問題與摘錄如下。

問題1你對這個活動所感受到的喜愛程度如何？(5選1)

表一：學生回答問題的答案統計

選項	非常喜歡	有點喜歡	普通	不太喜歡	非常不喜歡
人數	21	4	1	0	0
比率	80.8%	15.4%	3.8%	0%	0%

由表一可知道，有80.8%的學生在教學活動結束後，對於此課程的感受是「非常喜歡」，15.4%感到「有點喜歡」，只有1位學生回應喜愛程度「普通」，經筆者私下訪查這位回應喜愛程度是「普通」的學生，了解到這位學生是因為畫錯了自己所設計的圖案而感到沮喪，故勾選了這個選項。因此，整體而言，在學生心中這是一個令他們感到喜愛的課程設計，學生對此教學活動接受度頗高。

 

問題2  承上題，為什麼你會勾這個選項？因為…

根據參與學童的問卷回饋，他們之所以會勾選喜歡的原因是對課程活動感到好玩、有趣，認為薑黃素遇到酸鹼水溶液的變化現象很新奇。本次進行實驗的學生班級共有26位學生，以S01～S26為代號，摘錄幾位同學特別的學習感受，分享給大家(如下所示)。

S01：非常喜歡，因為可以玩變色，覺得很酷，我很喜歡這個活動。

S03：非常喜歡，因為可以讓字變不見，又可以變出來，讓我很喜歡這次的課程。

S05：非常喜歡，因為先得很好玩，希望以後也會多做這類實驗，藉由實驗讓我們知道其原理，而不是用死背的方式。

S10：非常喜歡，因為我覺得很新奇有趣，沒想到用不同性質的水溶液，竟然能夠畫畫，這真是太奇妙了！

S15：非常喜歡，因為很好玩、有趣，活動很棒，讓我更喜歡做實驗！

S16：有點喜歡，因為有趣，以前都沒有玩過，而且還複習了之前五下自然的課程。

S17：非常喜歡，因為覺得很新奇，第一次做這種神奇的實驗，原本不知道薑黃會有這種變化，學到很多知識。

S25：有點喜歡，因為滿好玩的，覺得很特別，希望下次還有類似的活動。

  

問題3  在這次的課程中，你學到了什麼？

課程結束後，學生是否學習到課程中的核心概念，是教學者設計課程的主要目標，本次進行課程的學生學到了什麼，根據參與學童的問卷回答，他們在課程活動中的主要學習收穫是了解如何利用薑黃試紙及試劑檢驗及分辨水溶液的性質。筆者摘錄如下：

S01：我學到薑黃試紙可以因為酸鹼溶液不同而變色，也學會了操作的方法。

S05：薑黃試紙遇到中性和酸性水溶液不會變色，遇鹼性水溶液則變成紅褐色。

S09：我學到薑黃也可以做成薑黃試紙，還能測出水溶液的酸鹼性。

S10：我學到了鹼性水溶液碰到薑黃試紙會變紅褐色，而酸性水溶液不會變色。

S15：學到更多有關自然科學的知識，知道有薑黃這個東西，很好玩。

S19：原來薑黃試紙居然可以用小蘇打水和肥皂水來寫字和印手印。

S17：我學到如何製作無字天書，學習到更多關於自然科學的知識。

S25：我學到了用鹼性水溶液可以在薑黃試紙上寫出自己想出的字。

S26：我學到如何運用薑黃試紙來分辨水溶液是酸性還是鹼性，還學到如何製作出無字天書。

 

■教師的教學省思

經由學生的回饋，讓筆者可以更了解孩子們心中對課程活動的想法，亦深感國小自然課程的化學實驗讓孩子藉由「做中學」的重要性。從回饋單中我發覺到，化學課程的學習方式如果能透過實際的操作和活動讓學生親自體會，這種學習方法遠比講敘式的教學，要求學生去強記死背實驗的結果，更容易在學生心中留下深刻的印記，而透過實驗本身的樂趣帶給學生科學知識和方法，這就是化學實驗課最能吸引學生學習的動力來源。教師若能善用國小學童與生俱來的好奇心，經常以「動手玩科學」的方式引導他們探究化學的原理原則，大多數的孩子毋需勉強，大都願意投入科學活動，進入知識的殿堂一窺科學奧妙，並且樂在其中。

 

■課程實施過程及注意事項

一、本次主要課程活動設計大約需兩節課的時間，第一節為複習水溶液的酸鹼性質及五下時學過的酸鹼指示劑及石蕊試紙概念，再取出薑黃粉介紹薑黃及薑黃素，複習時學生大都能回答相關的提問，同時也能明白指示劑的功用。接著製作薑黃試劑檢驗水溶液性質，最後分組做出各組所需的薑黃試紙晾乾，待第二節課進行無字天書活動時使用，第二節活動完成後，再發下學習單討論與習寫。

二、薑黃的顏色著色力強，不易褪色，很不容易洗掉，學生在製作試紙染色時，應避免碰到衣物，所以事前要穿戴圍兜及手套，做好防護，另外桌面及地板也要舖上廢紙，以免浸染。

三、學生對蠟塊作圖寫字的技巧不熟悉，往往用力過小，不易在紙上留下蠟塊痕跡，使無字天書不易顯影，教師可以事先示範操作方式，讓學生在白紙上先行練習後，再寫到薑黃試紙上，比較容易成功。

 

■結語

國小高年級階段的化學課程多安排在五年級，六年級比較沒有機會接觸到化學實驗，此次透過薑黃試紙的製作，讓學生重新複習五下「水溶液的酸鹼性質」單元，也同時完成了一個寓教於樂的化學實驗，學生們都非常的高興，在教學觀察的過程中我看到學生驚奇的表情，發現原來廚房裡的薑黃調味料也可以這麼有趣。此課程讓學童們了解到生活中處處皆科學的道理，學童在課後可以應用自製的薑黃試紙去檢驗日常生活周邊的水溶液，例如：浴廁裡各式清潔劑，其性質是否屬於鹼性，而筆者也希望透過此次教學活動讓國小學童更喜歡自然領域中的化學課程。

 

■謝誌

在此感謝國立臺北教育大學自然科學教育學系105學年度第1學期化學特論周金城教授與全體同學在百忙之中提供許多建議並協助修改本文，讓本文可以更好，在此謹深摯謝忱。

 

■參考資料

1.薑黃素，維基百科，http://zh.wikipedia.org/zh-tw/薑黃素。

2.薑黃素，維基百科，https://en.wikipedia.org/wiki/Curcumin

2.自製酸鹼指示劑，科學Online-科技部高瞻自然科學教學資源平台。取自：http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=4902

 

 

 

■附錄

附錄一：教學活動設計簡案

教學設計簡案

教學主題名稱	無字天書現形記～有趣的薑黃試紙
領域類別	自然與生活科技領域	教案設計	李  萍
教學年段	六年級	教學時間	80分鐘
教學目標	1.了解薑黃素可作為天然酸鹼指示劑。 2.能觀察並了解薑黃試劑及試紙遇到不同性質的水溶液會有不同的顏色變化。 3.製作薑黃試紙，進行無字天書活動。
先備經驗	1.學生在五年級學習過使用石蕊試紙檢測水溶液的酸鹼性質。 2.學生在五年級學習過製作紫色高麗菜汁等天然酸鹼指示劑，並了解指示劑滴入不同酸鹼性質的水溶液，會產生不同顏色的變化。
評量方式	提問、實驗操作、學習單
–教   學   設   計   內   容–
教學活動			教學時間	教學資源
壹.準備活動 一、各組觀察薑黃粉末，以簡報說明其來源和用途。 二、認識薑黃素是薑黃中存在的天然食用色素。 三、說明薑黃粉中的薑黃素可以製作指示劑使用。 貮、發展活動 活動一：當酸鹼水溶液遇到薑黃指示劑 1.以酒精和薑黃粉調製薑黃指示劑。 2.取調製好的薑黃指示劑檢驗6種酸鹼不同性質的水溶液，觀察水溶液的顏色變化。 活動二：製作薑黃試紙 1.以白紙浸潤於薑黃指示劑染色後晾乾，製作薑黃試紙。 2.將試紙剪成小張狀，檢驗酸鹼不同性質的水溶液。 活動三：以薑黃試紙製作無字天書 1.取薑黃試紙，以白色蠟塊在薑黃試紙上寫字或繪圖，再試著以塗上鹼性水溶液，觀察文字或圖案如何顯現而出。 2.以水彩筆沾濕鹼性水溶液，直接在薑黃試紙上寫字或畫出圖案。 3.試著以酸性水溶液擦去已寫好的字或圖案。 參、綜合活動 1.將完成的無字天書作品晾乾之後，黏貼在學習單上。 2.指導學生完成課程學習單及分享作品。 3.填寫課程回饋單。			5分鐘       15分鐘       20分鐘       25分鐘         15分鐘	教學ppt         實驗器材       實驗器材       實驗器材       學習單 課程回饋單

附錄二：課程學習單及教學回饋單

 

六 年 (   )班(   )號      姓名：(           )

一、我的作品

將製作完成的「無字天書」字畫，

以鹼性水溶液現形，最後黏貼在

右邊方框空白處喔！

 

 

 

 

 

 

 

二、薑黃試紙的原理分析

 1.薑黃素可作為酸鹼指示劑，浸泡過薑黃素的薑黃試紙遇到酸性和中性水溶液，會呈現(    )色，薑黃試紙遇到鹼性水溶液，則會呈現(     )色。

2.小蘇打水或肥皂水為(    )性水溶液，這兩種水溶液塗在薑黃試紙上，會使試紙變成(     )色。

3.如果要讓已經變成紅褐色的薑黃試紙再度變回黃色，可以選擇哪些水溶液塗在紙上？請打V

  (     )小蘇打水   (     )食用醋    (     )肥皂水    (     )檸檬汁

 

我對「無字天書現形記~有趣的薑黃試紙」活動心得

問題1.你對這個活動所感受到的喜愛程度如何？(5選1)

□非常喜歡

□有點喜歡

□普通

□不太喜歡

□非常不喜歡

 

問題2.承上題，為什麼你會勾這個選項？

 

因為

 

問題3.在這次的課程中，你學到了什麼？