《基于PBL理念的“甜酒制作”STEM活动设计》-理学论文，化学论文-论文范文参考-科学狗论文网

标题

基于PBL理念的“甜酒制作”STEM活动设计

范文

马声秀　闫春更　秦璐　周宝石　周青

摘要：创设“甜酒制作”活动的真实情境，设计了以启动、计划、实施、评价四环节为主线的活动体系，以问题为学习的起点，使学生在问题驱动下通过团队合作解决问题，融问题解决、知识运用、新知建构于一体，将有机化学为主的科学知识、技术知识、工程知识和数学知识跨学科多元融合，发挥了PBL教学模式的优势，彰显了STEM教育的价值和意义。

关键词：新课标;甜酒;情境;STEM;PBL

文章编号：1008-0546（ 2019）08-0072-05

中图分类号：G633.8

文献标识码：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2019.08.023

一、前言

《普通高中化学课程标准（2017年版）》[1]（以下简称“新课标”）在课程性质与基本理念中明确提出，“倡导真实问题情境的创设，开展以化学实验为主的多种探究活动，重视教学内容的结构化设计，激发学生学习化学的兴趣，促进学生学习方式的转变，培养创新能力和实践能力”。情境教学，特别是以真实生产生活问题情境创设为载体的化学学科教学活动，能够让学生经历从复杂情境中提取关键信息.提出问题、形成研究方法或解决方案、实施系统化实践探索的体验过程，不仅有助于改善学生实际问题解决能力不强、学科知识结构的可利用性较差等问题，还有助于学生在问题解决的过程中更好地建构化学知识，最终形成从化学视角认识世界、改造世界的基本意识和能力。

在有机化学教学中，如何联系学生已有经验降低学习难度，让学生在生动有趣的教学活动中实现对有机化学重难点知识的突破，一直是化学教学实践与研究的重要方向。本研究以“甜酒制作”作为主题情境素材，充分挖掘该素材所具有的STEM（Science.Technolo-gy，Engineering，Mathematics）教育价值，并以PBL（Prob-lem-Based Leaming）理念为指导思想创设真实的探究问题序列，引导学生从生活经验出发，发现问题，运用有机化学知识，整合相关的科学、技术、工程和数学知识，提出实践和研究的方案，通过团队合作解决实际问题，促进对学生化学学科核心素养的培育。

二、情境素材分析

教师挖掘优秀传统文化作为化学学习的源头活水，可以促进学生的全面发展[2]。我国酿酒历史源远而流长，《齐民要术》中系统记载了44例酿酒工艺，对现代酿酒仍具有指导意义[3][4]。甜酒也称醪糟、甜酒酿，是酿酒技术生活化的产物。它以糯米为主原料，其家庭制作工艺简便[5]，而工厂酿造工艺分为大罐和小罐两种[6]。

“甜酒制作”蕴含丰富的有机化学知识，涉及高中化学课程必修课程、选择性必修模块和选修课程的多处内容（见表1），与新课标中“酿酒技术”“官能团检验”“粮食酿酒”等建议不谋而合。它既来源于生活经验，又涉及酿酒技术与酿酒工程。另外，创新能力、团队合作能力、解决问题的能力是从研究性学习和实践学习中来的，在高中课程中有计划地、科学地安排研究性学习活动是必要的[7]。

三、学生分析

“甜酒制作”活动在学习《有机化学基础》之后开展。学生对醇、醛、酸、酯等重要有机物有了一定的了解，掌握了基本的化学实验操作技能，具备了一定的团队合作意识，但基于实际问题情境进行问题表征、自主探究、数据分析以及拓展创新的能力还有待提高。

四、活动目标

《教育信息化“十三五”规划》中倡导积极探索信息技术在跨学科学习中的应用[8];新课标在选修课程系列1学业要求中提出，学生要“能设计有效记录实验过程、现象和结果的记录单”“知道如何规范地撰写实验报告”“学习如何进行实验汇报展示”;合理设计写作任务也有助于学生达成既定的、清晰的学习目标[9]，。据此，本活动目标设计如下：

（1）了解酒在日常生活中的应用以及与人类健康的关系，了解我国传统的酿酒技术和现代酿酒工艺，激发化学学习兴趣。能制定活动计划并设计记录单，熟练进行基本化学实验操作，通过团队合作制作甜酒，分析比较常用的酒精度和酸度测定方法，优选方法测定酒精度和酸度。

（2）通过回顾烃的衍生物性质，预测“香味”的可能成分，并进行常见官能团的检验;能透过甜酒酿造时的变化、甜酒变质的现象，推测该化学变化本质是淀粉糖化、葡萄糖转化为乙醇、醇氧化得醛最后变成酸的过程。

（3）能准确测量、计算，对酒精度进行温度校正;会借助信息技术处理实验数据，制作表格，绘制酒精度、酸度与时间的关系曲线图;分别探究酒精度、酸度与时间的关系，得出食用甜酒的最佳时间段，解决生活实际问题;通过撰写活动报告与汇报，增强科学表达的能力。

五、活动过程

1.发布任务，搜集资料

发布任务：如何制作一坛美味的甜酒？学生带着“如何制作甜酒”“酿酒技术有哪些”“工艺路线有哪些”等问题展开活动。全班分为5个小组，分别负责查阅5个方面的资料：酿酒技术、传统酿酒工艺、甜酒家庭制作工艺、甜酒工厂制作工艺和甜酒创新工艺。各组选定组长并分工搜集资料.一周后汇报。

学生以与生活相关的问题作为学习的起点，通过研读资料独立思考如何制作甜酒。涉及的知识有：酒饼是酿甜酒常用的酒曲，主要含根霉、酵母等微生物，具有酒化酶活性，可以分解有机物质;在发酵过程中不断加进熟的、浸泡过的谷物，可以提高酒的酒精浓度[10];酒精度测定方法有密度瓶法、酒精计法、气相色谱法和数字密度计法[11]（见表2），酸度测定方法有酚酞指示剂法、pH计法和电位滴定法[12]，糖度测定方法有DNS法和糖度计法等（见表3）;普通甜酒最佳工艺参数为：加曲量0.25%、发酵温度300C、发酵时间60 h[13];各种甜酒酿造工艺[14-16]（见表4）是前期储备知识的重点，学生整合生活经验、科学和技术知識以理解工艺路线的步骤和原理，为制定活动方案奠定基础。可能出现的问题：资料不足，分工不明确。任务发布的第二天，组长向教师简单汇报组内分工和查资料进展，教师给予建议。教师提供《食品安全标准》、《齐民要术》相关文献，以及香菇甜酒[17]、灵芝甜酒[18]、莜麦糯米酒[19]、板栗糯米甜酒[20]、绿豆糯米甜酒[21]酿造工艺的文献。

2.小组汇报，研讨方案

全班听取各小组汇报：教师引导学生凝练出“甜酒制作”的基本步骤——蒸糯米饭、拌酒曲、密封发酵，明确其中的化学变化本质，推测甜酒香味来源于哪几类物质并提出鉴定方法，思考什么样的甜酒才是品质优良的，研讨后得出基本的“工作思路及要求”。学生结合实际条件选择原料、器材和药品，优选酒精度、酸度测定方法，借鉴酿酒技术、酿酒工艺和甜酒制作工艺，以工程的思维制定活动计划，设计合理的活动记录单，最终形成活动方案。明确比赛的评判标准：除了得到美味的甜酒之外，还要尽可能详细地梳理出甜酒制作过程中每个关键环节所对应的原理，同时对甜酒制作过程中所运用到和所形成的化学、技术、数学等知识尽可能多地归纳总结。

設计方案并优化，涉及的知识有：酿造过程中淀粉糖化，葡萄糖转化为乙醇，同时还生成乙酸;甜酒变质的过程中，大量的乙醇连续氧化得乙酸;乙醇与乙酸发生酯化反应得到乙酸乙酯，散发出香味，可能还有其它有机物散发的香味，如亚油酸乙酯（奶香味）、十六酸乙酯（奶香味）、丁酸丁酯（苹果香）、苯乙醇（玫瑰花香）[22];官能团的鉴别方法，如用银氨溶液或新制氢氧化铜鉴定醛基、三氯化铁鉴定酚;选定酒精计法测定酒精度、酚酞指示剂法测定酸度（糖度测定的设备要求较高，较难实践）;参考多种酿造工艺，如借鉴传统酿酒技术“多次投料”的办法提高酒精度。以板栗糯米甜酒为例，呈现活动计划和活动记录单（见表5、表6）。可能出现的问题：过于追求创新，步骤表述含糊。若学生计划添加其它原料，教师认定为合理方案后再着手准备材料;引导学生使活动计划具体化，步骤简洁化，把官能团检验和酒精度、酸度测定纳入活动过程中。

3.分组比赛，制作甜酒

学生分小组平行开展比赛，观察并详细记录甜酒的变化，记录过程中发现的问题和产生的困惑，组内、组间讨论，寻求解决方案。教师是学生学习的促进者、监督者和评价者[23]，协助学生整合化学知识、数学知识、实验操作技术、酿酒技术、信息技术、酿酒工程完成活动;确保学生准确完成活动过程中的比例控制、测量、读数、计算、温度校正;引导学生梳理各环节的原理，完成活动报告;讲授Microsoft Excel处理实验数据的方法，开放化学实验室，提供实验室器材、糯米饭和酒饼。

在发酵过程中，学生发现甜酒中有气泡冒出，起初速度较缓慢，然后变快，后来又变慢了，第5天之后就看不到气泡冒出了（原料不同时长可能不同）;糯米米粒的颜色逐渐变得光亮透明，酒香渐浓，口感渐佳、酸甜美味，每天持续测定酒精度、酸度，发现酒精度增大，且速度先慢后快然后又变慢，酸度略有增大。发酵结束后，甜酒变浑浊、变酸，测定酒精度和酸度后发现酒精度逐渐降低，酸度明显增大。学生绘制酒精度与时间关系的曲线图、酸度与时间关系的曲线图，分析数据，解释曲线图，推出甜酒最佳食用时间段。

4.汇报结果，总结评价

汇报阶段，各组代表汇报甜酒制作的成果，全班研讨后形成最终的甜酒制作问题与知识结构图。评价既重视过程性评价，也重视总结性评价：对学生在制作甜酒过程中的表现、甜酒的品质、活动报告情况（科学性、准确性、条理性、完整性）、汇报情况，首先由学生进行自评，再由组内互评、组间互评，最后由教师进行评价。综合考虑三方面的评价，选出最佳活动小组。“活动报告”示例见表7。

六、结语

活动过程中，教师给予学生适当的帮助，包括原料、仪器设备、场所、小组研讨与分工、资料查阅与方案优选、行动计划、活动记录等，为学生提供一些问题解决的工具，以保障整体活动的质量和效率。学生合力制定计划，在真实情景中就遇到的问题及时交流和讨论，学习活动背后蕴含的知识，解决生活实际问题，形成一定的独立思考能力、团队合作能力、解决问题能力和创新能力。活动结束后，学生在科学知识上巩固旧知（有机化学）、拓展新知（酒精度、酸度的测定），酿酒技术、计算机技术知识得到深化，数学思维和工程思维得到训练。

采用新课标的建议将“甜酒制作”引入高中课堂，以问题为学习的起点，活动包括启动、计划、实施和评价四个环节（见图1），打破学科知识与生活经验、生活实践之间的“藩篱”，融问题解决、知识运用、新知建构于一体，充分发挥了PBL教学模式的功能价值;创设“甜酒制作”的真实情境，体现了“做中学”的教育思想，使学生在问题的驱动下通过团队合作解决问题，将有机化学为主的科学知识、技术知识、工程知识和数学知识跨学科多元融合，彰显了STEM教育的价值和意义[24]。

参考文献

[1]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018

[2]李莉，“srrEM”“PBL”与“传统文化”的共存教育模式[J].教育科学论坛，2018（32）：27-30

[3][10]赵焘.带你走进最古老的酿酒宝典[N].华夏酒报，2018-10-23（ B29）

[4]彭越，浅议《齐民要术》与酿酒[J].管子学刊，2014（3）：98-99，109

[5][15]黄字韬.甜酒酿的制作[J].食品安全导刊，2018 （11）：70-73

[6][16]曾荣妹.甜酒小罐及大罐发酵的工业化生产及机械设备[J].酿酒科技，2017（12）：41-44

[7]许竹萍，原宝华.“互联网教育”生态下“泛在PBL'教学模式研究[J]中国医学教育技术，2018，32（6）：601-603，606

[8]中华人民共和国教育部，教育部关于印发《教育信息化“十三五”规划》的通知[EB/OL].2016-06-07

[9]Alena Moon.Writing in the STEM classroom： Faculty concep-tions of writing and its role in the undergraduate classroom[J].Science Education， 2018（ 102）： 1007-1028

[11] CB 5009.225-2016，食品安全国家标准酒中乙醇浓度的测定[S]，

[12] CB 5009.239-2016，食品安全国家标准食品酸度的测定[s].

[13]蔡柳，熊兴耀.甜酒酿的发酵工艺及其稳定性研究[J].现代食品科技，2012，28（5）：527-529，520

[14]汪建国.解读《齐民要求》的制曲和酿酒工艺[J].中国酿造.2008（16）：106-108

[17]李湘丽，闫吉美，香菇糯米甜酒的制作工艺[J].食品安全导刊，2016（12）：127

[18]张帅，王娟.发酵型灵芝糯米酒的研制[J].食品工业，2018，39（12）：92-95

[19]苏畅，胡诗蔚，莜麦糯米酒的研制[J].食品工业，2018，39（7）：175-177

[20][22]王琳，夏禹.板栗糯米甜酒的发酵和挥发性香气成分分析[J].食品工业科技，2015，36（15）：284-288

[21]邓桂兰绿豆糯米保健型甜酒的酿制工艺研究[J].酿酒科技，2016（4）：35-38

[23]廖洁丹，丹麦奥尔堡大学PBL教学模式中教师角色反恩[J].教育现代化，2018，5（46）：14-15

[24]周礼.基于STEM理念的校本课程——以制作“天气瓶”为例[J].化学教学，2016（10）：12-15

随便看

科学优质学术资源、百科知识分享平台，免费提供知识科普、生活经验分享、中外学术论文、各类范文、学术文献、教学资料、学术期刊、会议、报纸、杂志、工具书等各类资源检索、在线阅读和软件app下载服务。