2011年11月1日

酵素單元的科學探究活動(2)

這篇是酵素單元的科學探究活動的實施與修正的紀錄。

之前在輔導團的工作坊提出這個作法之後,怡嘉率先就帶學生去實作了,其實後來我自己做的時候也發現一些問題。

我給學生做的時候,其實還是用酸鹼值當操作變因。我只有在黑板上講一下怎麼組合裝置,在第一個班進行的時候,我是用針筒來進行的,不過進行的時候沒跟學生講,要把黏土剝開一角洩氣才有辦法推活塞,結果很多學生就卡在這一步,一直哇哇叫,說活塞推不進去。

我先前擔心學生會被針筒裡的雙氧水噴到的事,果然發生了,還好都沒事。但還是讓我很緊張,我不想做個實驗就上新聞。


因為這個實驗有些問題,所以接下來的一個班,我就換成用糯米紙來做酵素實驗,暫時先不做這個有危險性的實驗。

隔天我拿著實驗材料,不斷地嘗試,想找出一個方便又安全的裝置。

後來想到一個裝置,把針筒和點滴瓶用風管連接在一起,只要點滴瓶內產生氧氣,就可以推動針筒活塞,看到氣體的變化了。這裝置看似完美,不過還是有問題,氣體壓力很難克服活塞的最大靜摩擦力,所以花了好久的時間,活塞都沒有動靜。因此這個裝置,就只好束之高閣。



學生作品的靈感

後來看著連結的風管,想著何不讓風管更長一點,長到可以直接把風管插入水裡,就像排水集氣法那樣,只差上面沒有加量筒


產生的氣泡量,就可以當作實驗的應變變因了嘛


當我完成這個裝置之後,不禁莞爾。我做的不就跟我學生在賢的作品一樣嗎?

去年帶學生做科展的時候,學生在賢苦思不著題目,我就要他從我blog裡挑看看,有沒有值得做研究的,後來他就挑了白蘿蔔加雙氧水的不定時酵素炸彈

他獨立研究白蘿蔔的酵素活性,在不同位置、不同取料時間、不同溫度...各種變因下,酵素活性的變化情形,當時他就是用這樣的裝置來收集氣體。後來我們班主辦科學園遊會時,這位學生也從他的科展作品中延伸出闖關的關卡:闖關者必須使用關主提供的材料(白蘿蔔泥、雙氧水、量筒...)製造出最多的氧氣。我當時會想在教酵素單元時做探究實驗,就是因為看到他的闖關設計。

過去我教學生怎麼做實驗,現在反倒是我從學生身上得到靈感和設計,這就是教學相長啊。

課程的安排
整個酵素課程的安排是這樣的:我先用約10分鐘的時間,講解代謝作用、酵素的特性,然後再花5分鐘講解實驗怎麼進行,而學生進行這個實驗所需的時間,從15分鐘到25分鐘不等,其中有蠻多時間是花在把紅蘿蔔塊拿出來的過程。

明明課本就有安排唾液分解澱粉的實驗,為什麼還要大費周章弄這個實驗呢?這有2個原因,原因1、這是一個定量實驗,其實國中的實驗活動除了芹菜插紅墨水的實驗之外,其他就都沒有定量的實驗了,就連課本原有的唾液分解澱粉的實踐,那也只是定性實驗而已。讓學生做定量實驗之後,才有數據可以去教畫圖。原因2、這是一個真正的實驗型活動,雖然我們都說看顯微鏡、做養分測定、觀察花是在做實驗,不過那些都只有觀察,沒有真正的進行實驗,沒有實驗假設,也沒有控制變因、操縱變因等。

透過這個實驗,我讓他們實際體會哪些是控制變因、哪些是操縱變因,哪些又是應變變因。這些名詞其實在第0章科學方法的時候就已經出現過了,不過我覺得那時候講,學生不會有太多感覺,因為只有聽,沒有做。


做完實驗的時間,我以學生們得到的數據來講怎麼紀錄資料、怎麼繪製圖形,然後再延伸講到酵素活性的操作型定義,還有酵素在不同酸鹼值的活性不同..。

最後再讓給學生三個問題,讓他們討論或是從課本裡找答案:
1.為什麼牛吃草就可以活下來,可是老虎不能只吃草?
2.食物存放在冰箱,會不會腐敗?為什麼?
3.發燒時的生理意義是什麼?

就第1個問題來說,本來我以為學生只會把答案鎖定在課文提到的纖維素酶,不過當我讓各組發言講答案之後,才發現他們居然能提出很多樣的答案。有些會提出兩種動物的牙齒不同,有人提的是腸道長度不同,有人會提到腸道內的微生物,當然也有人會提到纖維素酶的有無造成的差異。我喜歡像這樣從各種不同角度思考的答案,因為現象(草食、肉食)的產生,不會只有一個標準答案。

第2題,有學生提出低溫可以殺菌、有人會提低溫時活性就消失,有人提出辯駁說低溫只是活性降低等

第3題,在看第3題的時候,我突然對這種溫度和活性的關係,開始有些質疑。我們會想當然爾覺得人體的酵素,就是在37度左右的時候,活性最高,所以在做唾液分解澱粉的實驗時,就會特別說要保溫處理。可是後來我看到有人研究鸚哥魚的澱粉酶,發現牠們的活性在50-55度C時最高,這讓我感到很懷疑,鸚哥魚總不會有那麼高的體溫吧?相對地來說,人體是37度C,難道就代表人體的酵素就是在37度左右最高呢?背後似乎有些未解的問題。