臺灣化學教育

國中自然科學探究與實作：吃水果解油膩?油脂的水解反應探究實驗

林芬如*¹、段曉林²

國立彰化高級中學退休教師¹

國立彰化師範大學科學教育研究所²

*[email protected]

n  前言

108年課綱的精神在於重視每一位學生的資質均能得到造就與幫助，使其適才適性，質量並重，並能提升其科學素養。本探究活動依照108課綱所指「由各校依照學生興趣、性向、能力與需求開設」進行探究與實作教學的目標，以108課綱設計國中課程適用的探究教學教案範例，教案中教師以學習單引導，幫助學生完成此探究活動。

本教學活動的目的有二：(一) 利用動手做的探究活動促進國中學生的學習動機，增加學習樂趣。(二) 促使國中生在本活動中，仔細觀察日常生活中油脂化學變化的現象，驗證他們常聽說的”吃水果解油膩 ”的說法是否合理，在動手做的活動中將學校課程所學，融入日常生活中。本教學活動對應到108年新課綱的學習內容是「有機物的性質」為物質間的交互作用，「物質的反應、平衡與製造（J）」和次主題「酸鹼反應（Jd）」，以及第三學習階段的學習內容「INe-Ⅲ-5常用酸鹼物質的特性，水溶液的酸鹼性質及其生活上的運用。」。在學習表現上，希望培養科學探究的興趣（ai）、應用科學思考與探究的習慣（ah）等態度；培養學生問題解決中的觀察與定題（po）、計劃與執行（pe）、分析與發現（pa）、討論與傳達（pc）的能力；思考智能中的想像創造（ti）、推理論證(tr)的能力。

n   需用材料和器材

小試管（15mL-20mL）每人六支；三種不同種類沙拉油如花生油、橄欖油、葵花油等(每種每次3mLX2支）做成6支/人；新鮮檸檬數個擠成檸檬汁（250 mL供全班使用）；新鮮綠葡萄一串打成汁過濾果皮（250 mL供全班使用）；市售黑葡萄汁數瓶；某牌果菜汁數瓶；廚房水果醋250ml；廚房小蘇打粉數包。加熱設備如加熱器或小型瓦斯爐台數台、電子溫度計或玻璃溫度計數支、計時器、廣用試紙與石蕊試紙數盒，數字型電子pH計數支，酸鹼滴定裝置(若無可用乳頭滴管加上小量筒代替)。如圖一所示。

新鮮橘子	新鮮檸檬	新鮮綠葡萄
數字型電子pH計數支	乳頭滴管加上小量筒	數字型電子加熱器

 

n  課程介紹

(一)、本課程設計上盡量使國中學生接觸到的藥品毒性低，危險性低，便利性高，人人在家都可以做實驗，達成安全無毒的考量。(二)、本課程以108課綱所提(p.3)以「主題式探究教學」為課程內容，選取油脂的水解反應為主題，根據5 E教學架構，由教師提供的學習單引導探究的主題與學習內容，使學生在進行探究的過程中具備三種學習表現：思考智能、問題解決、科學態度與本質，符合前言所提的學習表現。

本教學活動採用5E教學法，詳細的教學步驟請參考下文，研究中教師的提問則請每一位學生都必須填寫在學習單(附錄一)。

一、參與(Engagement)

步驟1：教師先拿出一份花生油(A)，與家庭用水果醋3mL(B)及檸檬汁(C)，用廣用試紙單獨測試(A)，(B)與(C)後，將顯色後的試紙標註(A)(B)(C)，請學生運用自然與生活科技所學的基本酸鹼觀念，全體學生觀察何者為酸性；何者為鹼性或中性? 此時邀請一至兩位學生回答引起學生的參與動機：(問題一) 請分別描述酸性與鹼性溶液的性質？(問題二) 請嘗試由老師示範後的廣用試紙(A)的結果，觀察判斷花生油是酸、中性、鹼性？

二、探索(Exploration)

步驟2：待學生回答後，教師適時給予確認答案。此時，教師引入探究主題”吃水果可以解油膩？”，邀請學生分享自己的生活經驗，同意這句話嗎？

步驟3：教師可一邊示範將家庭用水果醋3mL倒入花生油中進行攪拌，此時出現乳化現象，然後靜置數分鐘，一邊以投影片講解油脂是有機物的酯類，而酯類是一種不易溶於水的化合物；它來自酸與醇類脫水化合而成，在人體中可視為維他命A與E的載體，產生的熱量可以維持體溫，衛生署建議國人每日攝取油脂3-5茶匙(約6-12ml)等等，使課程內容貼近生活，學生覺得淺而易懂。如圖二所示。

花生油與水果醋初期的乳化反應

花生油與水果醋靜置後呈現澄清透明

花生油與市售葡萄汁靜置後呈現澄清透明

 

步驟4：油脂為非水溶液，當從沙拉油瓶中倒出時，油的初濃度可視為固定不變 (視為控制變項) 。此時，請學生們先預測甚麼可能是自變項？而甚麼是依變項? 當然，此時教師可以視自己學生程度給予提示。教師可視實際的需要提示學生：自變項是探究中實驗者所操弄的變項，例如：以檸檬汁，綠葡萄汁，市售黑葡萄汁、某牌果菜汁、家用水果醋等，在常溫或高溫與不同種類油脂作用，時間長短快慢等實驗者操弄的變項。依變項是受自變項的變化而改變的變項，本研究中依變項是指：乳化現象後，油脂水解的狀況。教師提出問題三：(問題三)油脂乳化靜置後，各種油脂在不同水果汁作用下，水解的狀況如何？外觀看起來是澄清透明還是不透明？你如何由外觀觀察油脂被水果汁水解的效果是最成功的？

老師可請同學想想，如何有效驗證從自己做的探究實驗”吃水果解油膩” 中看到油脂被哪一種水果汁(新鮮果汁或市售果汁)水解的效果最好？這些油脂水解的產物，每組學生用數字型pH計測出pH讀數是多少？這樣得出水解後pH的效果，進一步該怎麼用老師提供的藥品與器材實驗驗證？接著要求學生先進行研究假設，之後在學習單上設計實驗活動。(詳見附錄一)

步驟5：教師提醒探究時間是40分鐘。之後，請學生利用教師所提供的實驗藥品與器材，完成(問題三)所有的提問。

三、探索(Exploration)與精緻化(Elaboration)：規劃這個探究活動成為具有可信度與再現性的實驗

步驟6：學生將步驟5完成後，紀錄表格資料與觀察結果。經過分組討論後，請學生們試著由自己的表格紀錄進行分析，自己找出最佳實驗條件，在此條件下可快速重做一次實驗，驗證可以獨立建立自己的探究結論。全體學生指派一位組長上台回答(問題四)：

(問題四) 如何由本次探究活動中精確找出讓油脂水解的最佳實驗條件？ 包含(1)水果汁用量最少(2)水解時間最快，或(3)最短加熱時間？

四、解釋(數據與結果的整理)

步驟7：這一步驟重點是讓學生展現他們設計探究實驗的成果，老師邀請各組以小白板展示，並邀請各組組長一起上台將自己組員提出的探究步驟，寫在白板上，回答：

(問題五) 如何使用老師給定的小蘇打粉，將油脂水解產物進行酸鹼中和的分析？

進行到”解釋”這個步驟，是促進各小組上台溝通分享與成果發表的能力。

五、評量：分為第一次評量與第二次評量

第一次評量：在探究活動結束前，各組上台報告後，教師可提點出那些組的實驗技巧很精確，用量少，且水解效果最優。教師最後再快速彙整各組學生，在本活動中找出最解油膩的水果，最有探究的特點的組別做講評。

第二次評量：在探究活動結束後，教師依據：

1) 含小組學習單與小組上台報告錄影帶評量(任課教師與另一名資深探究教師)。

2) 評分方式：實作評量四段式給分。本文建議依照PISA問答題素養分數計算，根據學生的實際完成度考量，從不適切至完全適切止，可能編碼為0、1、2、3四段式給分。本文建議2分為學生對本次主題的基本學習水準。

以下說明評量方式：0分，學生沒有完成任何一項探究活動。1分，學生可以寫出食用油脂加入酸的基本中文化學反應式；或能說出生活中的水果、果汁、水果醋等的酸鹼性（利用試紙檢測說出酸性、中性或鹼性等，其中1項完成)。2分，完成油脂受到水果汁與水果醋水解的完整探究步驟的撰寫，可以對自己水解後的產物的外觀描述或酸鹼試紙的檢測結果描述說明，可以探究出水解反應的最佳條件如使用何種水果的反應時間，加熱時間等等，其中2項完成)。3分，完成完整探究步驟的撰寫，與完成各種水果、果汁、水果醋對水解反應的探究，可以對自己水解後的產物的外觀描述或酸鹼試紙的檢測結果描述說明；可以探究出本反應老師提供的食物中，最有利水解的最好條件如水果種類，反應時間或加熱時間等等。進一步可以提出自己推測使用生活中其它替代的水果(代表酸)或生活中的洗滌鹼 (代表鹼)。上述的成果其中3項或3項以上完成。

n  結語

透過此種生活化與趣味化的方式，將學生日常生活中常常用到的觀念”水果可以解油膩”，轉化成為探究活動，必透過實驗加以驗證，這就是科學素養的精神。此活動不但沒有任何實驗安全的疑慮，所有材料取得方便。同時也幫助學生訓練其觀察力，界定各種變項(自變項，依變項與控制變項)的能力。不但如此，透過設計與執行探究活動得到很好的解答，可以澄清過去生活上的觀念，也同時獲得正確的科學知識。許多化學老師常認為化學領域的活動不易設計出探究的活動。但是本教學活動提出很好的示範，幫助老師們重視生活中的資源，再透過系統化的探究教學步驟，不但幫助學生建構其學習表現的能力以及相關的有機化學知識，也幫助學生喜愛化學。

n  參考資料

1.國中自然與生活科技第四冊。南一書局。民國108年。

2.十二年國民基本教育課程綱要國民中小學暨普通型高中自然科學領域手冊。民國107年。

3.水果食物pH值：www.bbrazini.com

n  附錄一

吃水果解油膩?油脂的水解反應探究實驗

 

n   設計來源根據：國民中學108課綱八年級有機化合物

	學生學習單

 

 

 

組別：   姓名：

一、        組員工作分配表

組員名字	分配工作	組員工作能力互評表(1~5分)
	組長   工作內容：
	組員1
	組員2
	組員3
	組員4

 

二、        探究過程【各組自行設計將探究步驟分項一步一步說明，不足可自行添增行數】

 

1.                                                                                              

 

2.

 

3.

 

4.

 

5.

 

三、探究實驗數據參考表格(以花生油為例)

三種不同種類沙拉油如花生油、橄欖油、葵花油等(每種每次3mLX2支）

花生油   (3mLX2支)	反應時間   紀錄	花生油+3mL檸檬汁之外觀描述	花生油+3mL綠葡萄汁之外觀描述	花生油+3mL市售黑葡萄汁之外觀描述	花生油   +3mL某牌果菜汁之外觀描述	花生油   +3mL廚房水果醋之外觀描述
A.   一支室溫25度	起初:   30秒   1分鐘   1.5分鐘   2分鐘   2.5分鐘….	乳化呈黃褐色
B.     第二支調整隔水加熱溫度為40度	起初:   30秒   1分鐘   1.5分鐘   2分鐘   2.5分鐘…

四、探究任務：學生回答問題

 

(問題一) 請分別描述酸性與鹼性溶液的性質？

學生回答：

問題二)
請嘗試由老師示範後的廣用試紙(A)的結果，觀察判斷花生油是酸、中性、鹼性？

 

學生回答：

 

(問題三) 油脂乳化靜置後，(1)各種油脂在不同水果汁作用下，水解的狀況如何？(2)外觀看起來是澄清透明還是不透明？(3)你如何由外觀觀察油脂被水果汁水解的效果是最成功的？

學生回答(1)：

 

 

學生回答(2)：

 

 

學生回答(3)：

 

(問題四) 由本次探究活動中，你怎麼精確找出讓油脂水解的最佳實驗條件？ 包含(1)水果汁用量最少(2)水解時間最快，或(3)最短加熱時間？

(表二) 最佳實驗條件

油脂種類是mL

 

相對水果汁種類mL

 

 

 

 

 

最佳實驗條件下油脂水解照片(圖二)

 

兩者最佳反應時間，最短為 分鐘

 

 

 

(圖二)

 

最佳反應溫度 度

 

 

 

 

學生回答(1)：

 

學生回答(2)：

 

學生回答(3)：

(問題五) 你如何使用老師給定的小蘇打粉，將油脂水解產物進行酸鹼中和的分析？請試著畫一個實驗設計的表格。(老師可以依照自己學生程度提示：酸+醇→酯+水，酯的水解是這個方程式的逆向反應，產物回到酸加醇。油脂水解後的溶液以數字型pH計測定度數，若低於pH=7，請用0.5M小蘇打水溶液慢慢滴定到pH=7。小蘇打水用的越多，代表油脂水解程度大，產生的酸多，因此可以將探究出來的結果推論，此類果汁它的解油膩效果是好的。)

學生回答：

 

五、小組內部檢討：

1.      實驗結果為成功或失敗，檢討原因可能有哪些？

2.      本次活動測試過程中自認最自豪探究方式是什麼？

3.      若還有機會試驗，下次準備用什麼方法進行探究？