飲食文化與化學:創意生活趣味化學 —高職化工科科普社團實作課程模組 / 錢偉鈞、林柏佑、黃文彥、蘇建彰

星期二 , 8, 三月 2016 Leave a comment

飲食文化與化學:創意生活趣味化學
高職化工科科普社團實作課程模組

錢偉鈞*、林柏佑、黃文彥、蘇建彰

朝陽科技大學應用化學系
*
wjchien@cyut.edu.tw

n  緣起

多元化自由選擇的社團活動是學校的幸福圖像的重要項目之一,校園多元化發展,著重以學生為中心的發展模式,成為當前教育改革的趨勢。各級校園中學生社團扮演著讓教學得以多元延伸的功能。學生社團是依學生志趣、能力所組成的團隊,在學校負責督導下,基於共同的理想與理念,透過活動的規畫與參與,擴大生活領域、增廣見聞、豐富學習的內涵與強化學習的效果,促使學生培養多元的興趣與能力[1]。透過社團的活動功能,協助學生在生活中善用學習資源,培養自我探索、自我肯定、自我突破、自我了解以至於自我實現的能力是社團首要的教育目標[2]

2008年一項針對二十所高職學校1200名學生,所進行問卷調查結果顯示:高職學生社團活動參與程度與學習成就成顯著正相關,亦即社團參與程度越高的同學,其學習成就也越高,然而學生社團類型以體育性社團最多,最少者為服務性社團及學術性社團。高中職校學術性社團的主要目標在於透過社團運作可以達到培養研究風氣,提昇專業技能,進而能藉此逐步培養未來就業優勢[3]。如何能發揮高中社團活動活潑有趣的特性,融入專業教學的議題,激勵學習興趣,在不落入正規課程的拘束與框架的同時,又能達到培育專業技能的延伸效果,是值得投助心力規劃的。

n  飲食與化學

我國是米食是文化最為精緻地區,除了作為主食外,更發展出多元且具地方特色的美食,不僅與每個人的生活緊密聯繫,也蘊釀出特有的文化內涵,特有的口感風味締造出每個人專屬的飲食經驗與飲食習慣。食品的口感風味與其中成分(例如澱粉)的性質有密切的關聯,為了追求更精緻的口感(像是〝彈牙),促進品嚐意願(例如顏色、甜度與香味),或是需要延長保存的期限(例如有效的賞味期),通常都需藉助食品添加劑的使用,顯示美食背後與化學密不可分的關聯。

自三聚氰胺事件以來,食安議題已躍上媒體焦點,引發社會高度關注,新聞中的專業名詞,不論是添加劑的本身,或是相關的特性、毒性的介紹,乃至於檢測的方法,都彷彿上了一堂化學課,如能配合實作教學單元系統性的整合規劃,透過食品風味、外觀與口感的經驗,銜接具有創意的趣味實驗,融入以實作為主的研習性社團活動,以飲食為素材拉近化學教學與生活距離,期能進而引導健康的飲食習慣與食安觀念。

n  目的與規劃

以「創意生活,趣味化學」為主題,彙整趣味實驗單元,針對高工化工科學生化學研習社團設計實作型課程模組,結合食物口感與食安議題,從生活體驗的趣味角度,結合時事增進參與感,讓參與同學透過實務操作,在競賽與遊戲的氣氛中,寓教於樂,不落入正規課程的拘束與框架的同時,又能達到培育專業技能的延伸效果。藉此增廣化學與生活銜接的體驗,豐富學習內涵,更為未來生涯探索規劃提供思考與衝擊的機會。

設計三大主題的趣味實作課程模組,每一主題涵蓋兩項單元活動內容,每項單元活動之設計符合二小時的社團活動時間。

主題一:米的滋味 顏色密碼

單元1. 以米中所含的澱粉為主題,呈現米的口感與澱粉型態的關係,以碘與澱粉作用的呈色的差異,作為判斷澱粉型態的指標[4]。延伸至震盪反應中的碘鐘反應的變色時間之掌握,以競賽方式進行[5]

單元2. 介紹修飾澱粉與追求Q口感的省思,引入順丁烯二酸不當添加的議題。

主題二:甜蜜光影 左旋右轉

單元1. 以醣類的光學特性折射與旋光性為主題,以市場與果園中常見的折光式甜度計為應用延伸[6]

單元2. 由變色搖瓶實驗體驗葡萄糖的還原性,並由亞甲基藍與靛藍胭脂紅的氧化還原致變色特性呈現顏色變化[7]

主題三:毒物現形 食安把關

單元1. 以豆乾製品驗出二甲基黃為主題,探討顏色與食物的關聯,測試具有指示劑功能的二甲基黃酸鹼致變色特性[8],並實際體驗二甲基黃的紫外光可見光光譜的操作與光譜判讀。

單元2. 以穀物製品中的黴菌毒素為主題,介紹原本隱而不見的毒素的螢光特性,進而體驗螢光檢測器在毒素檢驗中的應用。

圖一為埔里高工化學創意社團實作模組課程之架構圖,各獨立主題之間皆有相關性相互呼應,銜接印證。醣類是澱粉的延伸,黴菌毒素以穀物食品作為取樣對象;碘鐘反應與變色搖搖瓶均屬震盪反應,設計為趣味實驗,適合作為小組競賽項目;順丁烯二酸與二甲基黃則是為了滿足消費者口感或視覺感官所使用的非法添加劑;不同分子的光學特性,引導學員探觸分析檢驗的基本原理。

實驗器材的設計上,主題一與主題二大都由生活中隨手可取得器材或樣品進行實驗與觀察,主題三則拓展至食品安全把關領域中儀器分析的原理與檢驗流程的體驗。讓課程逐步進階,銜接生活與專業。每單元活動均設計學習單,活動成效於整體活動結束後,透過學員滿意度調查表及活動回饋單進行統計評量。

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圖一:埔里高工化學創意社團實作課程模組架構圖

n  活動成果

10411月至1051月間,「創意生活,趣味化學」實作課程模組由朝陽科技大學應用化學系學生志工科普團隊小種籽志工服務隊」,配合南投埔里高工化工科學生社團「化學創意社」,於週五下午社團活動時間實施,社團成員人數為29人,共舉行六梯次活動,其中五次活動在埔里高工化工科實驗室舉行,為配合黴菌毒素檢測所需器材與設備,該次活動在朝陽科技大學應用化學系亞洲穀物中心實驗室以校外小型專題製方式舉行。本學期活動前,首先舉辦整體課程內容的綜合講解說明,強調學習重點,同時也預告活動有趣可期之處,激勵學習興趣,綜合講解授課實況如圖二所示。結合「化學創意社」活動的實作課程實施紀錄呈現於圖三。圖四呈現活動中藉由分組競賽激勵學習樂趣,同時強調同學分工互助的團隊學習的體驗,活動中同學間的討論與互動也是學習過程中重要的一環。

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圖二: 「創意生活,趣味化學」實作課程綜合簡介課程的教學實況

 

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圖三:創意生活趣味化學活動紀實:變色搖搖瓶實驗前的講解(上);碘鐘反應小組競賽,同學聚精會神秤藥品(中);黃麴毒素分析分組實驗(下)

 

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圖四:「創意生活,趣味化學」實作課程透過小組競賽激勵學習興趣(左);也強調同學透過協同合作,完成實驗的學習過程(右)

埔里高工化工科化學創意社學生參與活動後的滿意度調查結果顯示,喜歡整體活動安排的同學佔84% (非常滿意者佔32%; 認同活動所安排的主題者佔88% (非常滿意者佔40%);喜歡活動中所介紹的化學概念者佔88% (非常滿意者佔48%),喜歡活動中實驗操作技術的同學佔89% (非常滿意者佔46%),認為本次實驗活動有助提升自己學習化學的意願的同學佔88% (非常同意者佔52%),參與本次活動學生中有80%表示未來進大學會選擇化學/化工系為專業主修(非常同意者佔56%)。

對於本次活動的整體安排以及主題內容多數反映〝滿意卻不到〝非常滿意,根據回饋意見顯示,參與同學希望活動內容能夠與所學基礎銜接而不要太進階,但同時也希望能增加實作的時間,特別是對儀器原理及操作的學習。顯示在社團活動設計跳脫框架的同時,多少還是受到正規課程的限束,卻也呈現出本次活動的設計對同學所帶來的衝擊所在。多數學生對於活動中的操作技術及專業概念的安排,都是給予較高的肯定,同時也表示未來有機會想接觸更多關於毒素檢測相關認識,由此可得知本次活動在拓展視野的同時,也有助於激勵學生對學習化學的意願。各單元中黴菌毒素檢測是最能引起學生興趣,且最能吸引參與專注力的一項實驗,不僅讓參與同學印象深刻,在回饋單中紛紛表示未來對黴菌毒素相關主題會更想要進一步了解。由於本項活動是配合校外參訪的方式舉行,實驗之操作過程中使用到比較不熟悉的儀器與設備,程序也相對繁複,因此讓學生特別對此實驗印象深刻。而在高中階段較少機會能接觸到關於黴菌毒素方面的知識與實作,本次活動透過專業檢測實驗室的資源,讓學生近距離的認識毒素特性以並體驗檢測方法,提升參與同學對化學專業知識的理解與認識,相對也激勵了繼續學習動機。其次,讓學生印象深刻且覺得有趣的實驗為變色搖搖瓶,實驗本身的化學概念是由葡萄糖的還原性所導致的溶液顏色變化,同學對於變化明顯的實驗都感覺新奇較有興趣,也適合可以多安排以國小或國中年紀較小的同學作為展示實驗項目。

n  結語

透過埔里高工化工科化學創意社六週之社團活動,由味覺體驗及飲食習慣出發,組合既有教案,應用區域資源,執行三項主題,共計六個單元的實作課模組成果顯示,學生或對較為進階的內容稍有不安,但卻仍能激發嚐試動手操作的學習動機,高職科普推廣性質之學生社團活動可發揮延伸正規教學、豐富實作體驗、活潑學習內涵的功能。

n  附錄

附錄一:創意生活趣味化學實作課程模組各單元實驗簡要內容

主題一:米的滋味 顏色密碼

實作單元

實驗步驟

時間

引導問題

澱粉與碘

1.     取各種樣品(各類米、麥製品或是玉米粉、番薯粉等)切片或搗碎,放置於培養皿上。

2.     均勻混合碘液與和等量的水。

3.     取數滴稀釋過後碘液,滴於培養皿上之食物並觀察碘液的變化情形。

1小時

1.     優碘與澱粉混合會產生何種現象?

2.     可否根據呈色進行分類?並說明原因。

碘鐘反應

1.     配製溶液A:將10 mL 0.10 M之碘酸鉀(KIO3)溶液與5 mL1 % 澱粉水溶液與10 mL蒸餾水混合,置入錐形瓶A中。

2.     配製溶液B:量取2 mL0.25 M亞硫酸氫鈉(NaHSO3)溶液以及13 mL蒸餾水倒入錐形瓶B中。

3.     將溶液A傾入溶液B之錐形瓶中並開始計時紀錄兩次混和至變色所需之時間。

4.     重複此一實驗3次計算變色所需時間之平均值。

5.     透過控制碘酸鉀濃度及反應溫度,嚐試加速或減緩變色時間。

2小時

1.     澱粉在碘鐘反應實驗中的功能為何?

2.     反應溫度及碘酸鉀濃度對變色時間有何影響?

主題二:甜蜜光影 左旋右轉

實作單元

實驗步驟

時間

引導問題

醣類旋光性

1.     自行組裝燈泡組。

2.     配製2 M葡萄糖水溶液:

3.6克葡萄糖置於燒杯並加入10 mL水溶液攪拌至完全溶解。

3.     將溶液移至試管(長度不得小於10 cm)放置於試管架上,並於試管架下方放置白色光源燈泡、試管上下方各放置一片偏光片。

4.     順時針轉動上方偏光片於不同角度會產生不同顏色,紀錄所觀察到顏色於偏光片夾角角度為多少可觀察到此顏色。

1.5小時

1.     葡萄糖水溶液於試管中高度分別為2cm5cm10cm

2.     改變葡萄糖水溶液濃度

3.     光源改變成不同顏色

4.     以上三種變因會產生何種變化?

葡萄糖

還原性

一、雙色搖搖瓶

1.     於寶特瓶中加入200 mL的蒸餾水及4 gNaOH,使其完全溶解。

2.     NaOH固體完全溶於水中後,向其加入5 g葡萄糖以及2~3滴甲基藍溶液。

3.     每當晃動此無色溶液時,都會出現藍色,但當停止晃動時,藍色又馬上消失。

二、三色搖搖瓶

1.     寶特瓶中加入200 mL的蒸餾水及2 gNaOH,使其完全溶解。

2.     秤取0.5 g靛藍胭脂紅,配置成50 mL的溶液。

3.     秤取4 g葡萄糖加入上述1之溶液後,再加入1%的酸性靛藍溶液,

比較兩色與三色搖搖瓶在搖動時呈現什麼顏色,靜置一段時間後是顏色有何變化?

1.5小時

雙色搖搖瓶

1.     亞甲基藍是何種指示劑?

2.     若搖搖瓶停止反應,如何讓其繼續產生反應?

3.     其顏色各自代表何種意義?

三色搖搖瓶

1.     靛藍胭脂紅為何種指示劑?

2.     其各自顏色代表何種意義?

3.     若發現顏色改變由綠色改變至黃色過快,請解釋原因?

主題三:毒物現形 安全把關

實作單元

實驗步驟

時間

引導問題

二甲基黃

1.     以無水酒精(99.5%),配製二甲基黃染料濃度為5 × 105 M,當作紫外光實驗之標準液濃度。

2.     以無水酒精(99.5%)配製二甲基黃染料濃度1.0 × 103 M2.0 × 103 M3.0 × 103 M4.0 × 103 M5.0 × 103 M

3.     以二甲基黃染料濃度為3 x 10 M,配製pH 2pH3pH 4pH 5pH 6等五種不同pH值樣品,作為螢光實驗用。

4.     進行紫外光/可見光光譜儀及螢光光譜儀檢測,操作中紀錄實驗之數據。

5.     將實驗數據填寫至實驗報告表格中,並繪製檢量線。

2小時

1.     二甲基黃為何種指示劑?常用於那些地方?用途為何?

2.     於紫外光可見光光譜儀及螢光光譜儀檢測時期訊號值於波長為何時出現?

黴菌毒素(黃麴毒素)

一.      樣品萃取

1.     秤取NaCl(氯化鈉)後,再秤取穀物樣品至燒杯。

2.     量取100 mL 的甲醇水溶液。

3.     將上述取的樣品加入均質機內進行攪拌。

4.     攪拌完後過濾到250 mL血清瓶內。

二.      稀釋、過濾溶液:取血清瓶內過濾液與40 mL蒸餾水至樣品瓶裡面混和均勻,使用玻璃纖維濾紙過濾雜質至血清瓶。

三.      加入親合管柱:將過濾溶液注入親合管柱。

四.      清洗親合管柱:以10 mL蒸餾水2次。

五.      提取毒素:準備乾淨試管移至管柱下方並加入甲醇至注射筒內蒐集毒素。

六.      儀器偵測(螢光判讀機)

1.     將儀器開啟選擇毒素檢測方法,進行校正。

2.     將樣品檢液加入呈色劑(發展液)均勻混合,至入螢光檢測器,記錄結果。

3小時

1.     國家標準中黃麴毒素的含量限制為何?哪類食品中會較常受到黃菊毒素的汙染?

2.     萃取液流過親和管柱的程序主要目的為何?

3.     飼料樣品中含有黴菌毒素對食品消費者有何影響?

n   參考文獻

1.        蔡立旭、洪英正,「描繪一所學校的幸福圖像:寓教於樂的具體實踐」,大仁學報,46:特刊,頁39-562015

2.        王誕生、林百章,「高中職學校健全學生社團發展之道」,訓育研究,39卷,第3期,頁48~532000

3.        梁滄郎; 張沂浴,高職學生社團活動參與程度與學習成就相關之研究,師說202,頁49-582008

4.        李志雄,教育部顧問室「基礎科學前瞻性人才培計劃」:微量級有機化學實驗之規化與設計直鏈澱粉的定量分析實驗,高雄,國立中山大學化學系,p132003

5.        邱美虹、林世洲、湯偉君、周金城、張榮耀、王靖璇。科學創意實驗書。台北市:洪葉文化事業有限公司,2005

6.        (a) 醣寶寶的「旋光」世界自行組裝旋光度計來探討蔗糖水解的動力學及平衡學理論,中華民國第四十五屆中小學科學展覽會參展作品專輯,高中組化學科編號0402112005http://activity.ntsec.gov.tw/activity/race-1/45/senior/0402_menu.htm(b) 左卷 健男,蕭衍繁、黃瑞金譯,愛上化學實驗課:給討厭化學、不喜歡做實驗的人,世茂出版社,2005

7.        (a) 廖旭茂、陳嬿竹、羅珮綺、林芳瑜,探究「紅綠燈」示範實驗的多彩顏色,臺灣化學教育,第8期,20157月。http://chemed.chemistry.org.tw/p=7857(b) 楊水平、李成康、陳英佳,紅綠燈氧化還原指示劑的變色反應,中學化學示範實驗。http://blog.ncue.edu.tw/yangsp/doc/26609

8.        8. (a) 翁甄憶,二甲基黃,國家環境毒物研究中心。http://nehrc.nhri.org.tw/toxic/ref/1031219.pdf(b) 薛園馨,二甲基黃,科學online,科技部高瞻自然科學教學資源平台。http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/p=64936

 

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