2013年10月10日

酵母菌的科學探究活動

去年的科學方法課程用了酵母菌來作,讓學生回家設計實驗,我們在課堂上再報告、回饋與修正。今年的課程一樣用酵母菌發酵來教科學方法,不過今年改成在學校進行。

以往都是讓學生用寶特瓶套氣球,看酵母菌吹氣球,不過那樣的問題在於很難定量得知到底產生多少二氧化碳。所以今年在設計這課程的時候,我想盡辦法要處理這件事,我希望器材要每個人一套,而且要簡單方便好操作。

試了幾個材料之後,決定用一個點眼瓶和一個可彎吸管來搞定它。
工具



把實驗材料( 酵母菌、糖)放進瓶子裡頭,再把吸管插入水中。如果酵母菌有停止休眠,那麼兩分鐘之後,應該就能看到吸管會有泡泡冒出,學生們只要計算冒泡速率就可以定量酵母的表現了。
組裝



我在試作的時候,還發現原來日正的酵母已經換了。上頭的是之前的,成份就是乾酵母,下面的是最近買到的,名字已經換成速發酵母。
酵母菌1


左邊的就是速發酵母的成份,右邊就是以前的乾酵母
酵母菌2


雖然試了這些酵母,但最後我反而是去食品材料行買90元500g的酵母來用,因為我有四個班,所以就想要買多量一些。


有了工具之後,接下就是處理材料了。基本的一定要有酵母,糖的部份我則是準備葡萄糖和蔗糖,另外還有鹽。這些都放在培養皿裡頭,再附上咖啡攪拌匙當測量粉料的工具。

材料


這次的課程重點有二,一是著重在科學方法技能的實驗設計,二是科學研究過程中的溝通與分享。

每組學生會拿到以下其中一個問題,然後要根據這些問題設計合適的實驗。班上會有二到三組同學會解決同一道問題,藉此讓接續的討論發表時產生火花。


  • 已知酵母菌會分解糖,產生二氧化碳。哪種糖最容易讓酵母菌產生二氧化碳呢?
  • 已知酵母菌會分解糖,產生二氧化碳。做麵包時,常會加入鹽,鹽的量是否會影響酵母菌產生二氧化碳呢?
  • 已知酵母菌會分解葡萄糖產生二氧化碳。葡萄糖和酵母菌的比例應該調成怎樣,才比較容易讓酵母菌產生二氧化碳呢?
  • 已知酵母菌會分解蔗糖產生二氧化碳。葡萄糖和酵母菌的比例應該調成怎樣,才比較容易讓酵母菌產生二氧化碳呢?
  • 已知酵母菌會分解糖,產生二氧化碳。在哪種水溫度,可以讓酵母菌最容易產生二氧化碳呢?


我要求學生設計好實驗材料配方要先給我看過,經過審核之後才可以開始進行實驗(也就是撰寫實驗計畫)。雖然在實作前已經講過實驗組和對照組中,僅有一項操縱變因不同,其他的控制變因都相同。但是不出所料,所有學生在第一輪的實驗設計時,通通沒有解決這個問題。以至於這樣的設計出現之後,完全看不出要解決什麼問題。
設計前



在經過提醒之後,學生也都能設計出合適的配方,只是有些要來回二三次才成功。
設計後


在進行實驗設計時,有時候還真沒料到學生會那樣設計。比方說問題只是問要加多少蔗糖比較好,我預期學生只會設計酵母的量和蔗糖的量,但學生就會想把所有給的材料都加進去,鹽也加,葡萄糖也加。其實本來我還想要再增加小蘇打和檸檬酸的材料,不過後來因為太麻煩就沒加進去了,如果真的列進去,我看他們也會都放進實驗配方裡吧?

後來我就想是不是材料太多,所以就會亂配,所以有個班我就更動材料,只給酵母菌和葡萄糖,讓他們設計找出能產生20個泡的配方。果然他們也和其他班的一樣,兩種材料都是隨便亂配。

也因這樣的問題,我就增加了一項活動-蒐集資料。除了設計、實作與討論之外,我告訴學生,科學家的研究都是必須發表與分享,研究才有價值,所以黑板上我就貼了別班其他少年科學家的研究報告,讓他們在要設計實驗之前,能夠參考設計出合適的比例,其實這樣就好很多了。

觀摩

實作的過程只要20-30分鐘就可以完成,我會讓學生每組上台發表該組的結論,其他組要仔細聽,因為接下來的活動就和別人提供的結論有關。

第二個任務就是每組要設計出一個每分鐘吹20個泡泡的酵母菌罐,每個泡泡5分,吹20各就100分了,但是超過20個就會倒扣。限定3分鐘內裝填完畢,暖身2分鐘後就開始比賽。所以若要成功達成,自己和別人的經驗就很重要了。

除了限時20顆泡泡的任務外,有些班級我是給限時內吹出最多泡泡的任務。遇到這樣的任務,有些人就會想,那就糖加很多很多就好了嘛,不過這適得其反,過多的糖反而讓溶液太濃,酵母菌的表現未必很好。

總結這樣的活動,「科學方法」光是老師講,其實真的是不夠,除了單純的紙上設計外,能有實作評量是最好的。實作當然別是只有實作,最好還能如科學研究過程那樣,有事前的資料搜尋,事後的討論與精緻化。後續加上科學寫作會更好。

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