基于質(zhì)疑思想的探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)
——食物酸堿性與酸堿體質(zhì)研究

曹 葵 林 靜 楊曉玲 趙 慧

中國人民大學(xué)附屬中學(xué)(100080) 人大附中深圳學(xué)校(518119)

1 問題的提出

在高中課標(biāo)中已經(jīng)明確提出化學(xué)學(xué)科的核心素養(yǎng)包括：宏觀辨識(shí)與微觀探析、證據(jù)推理與模型認(rèn)知、變化觀念與平衡思想、科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)、科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任。其中,在科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)中,特別強(qiáng)調(diào)了“運(yùn)用化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，敢于質(zhì)疑，勇于創(chuàng)新”，在科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任中則強(qiáng)調(diào)“具有探索未知、崇尚真理的意識(shí)，能對(duì)與化學(xué)有關(guān)的社會(huì)熱點(diǎn)問題做出正確的價(jià)值判斷”。

在現(xiàn)實(shí)生活中，有關(guān)化學(xué)的熱點(diǎn)事件不斷出現(xiàn)。最近爆出曾經(jīng)廣為人知的酸堿體質(zhì)理論與癌癥的關(guān)系被否定，2018年11月2日，酸堿體質(zhì)理論創(chuàng)始人Robert. O. Young因欺詐被圣地亞哥陪審團(tuán)判罰1.05億美金(約7億人民幣)。

酸堿食品說存在了很長時(shí)間，并且在中學(xué)課本中也有一定篇幅的表述。酸堿體質(zhì)說是個(gè)熱點(diǎn)問題，很多人將其視作真理。而關(guān)于食品酸堿性與酸堿體質(zhì)的文章一直不斷出現(xiàn)在各類報(bào)刊上，其中不乏觀點(diǎn)相互沖突。

在傳統(tǒng)的教學(xué)環(huán)境中，學(xué)生往往處于被動(dòng)接受唯一正確知識(shí)的環(huán)境中，缺少對(duì)復(fù)雜問題的獨(dú)立分析與判斷訓(xùn)練，因此酸堿食品與酸堿體質(zhì)的問題正是一個(gè)讓學(xué)生學(xué)習(xí)探究、敢于質(zhì)疑、追求真理的好課題。近幾年來，筆者一直將食物酸堿性實(shí)驗(yàn)作為一個(gè)引導(dǎo)學(xué)生敢于質(zhì)疑，勇于實(shí)踐的教學(xué)課題。這個(gè)教學(xué)課題可以綜合多項(xiàng)基本實(shí)驗(yàn)技能。

2 問題引入 引發(fā)思考

課題從人教版選修1“化學(xué)與生活”教材中引入，化學(xué)課本中用了幾頁的篇幅介紹了食物的酸堿性。教師首先問題導(dǎo)入，在飲食方面，我們喜歡酸甜爽口的食物，對(duì)有酸味的食物似乎比較偏愛，如水果、可樂、蘋果醋等，這是因?yàn)樗泻懈鞣N果酸，可樂中含有磷酸，蘋果醋里含有醋酸，而有些食物具有苦澀的味道，多數(shù)人不能接受。那是不是有酸味的物質(zhì)就一定是酸性食物呢？人們區(qū)分酸堿食物的標(biāo)準(zhǔn)是什么？什么才是酸性食物和堿性食物？

學(xué)生可以從課本上很容易地發(fā)現(xiàn)答案——“食物的酸堿性與化學(xué)上說的溶液酸堿性不同，它是按食物在體內(nèi)代謝最終產(chǎn)物的性質(zhì)來區(qū)分的。生理上稱為酸性食品的是指在人體內(nèi)代謝后形成酸根離子的物質(zhì)，而堿性食物是指在人體內(nèi)代謝后形成金屬陽離子的物質(zhì)?！睆亩苋菀着袛喑鏊嵛妒澄锊灰欢ň褪撬嵝允称?。

教師進(jìn)而追問“食品酸堿性為什么和人們最初品嘗的味道有那么大差異？”

食品酸堿性實(shí)際是生理酸堿性，不是簡單的食品化學(xué)酸堿性。食物的生理酸堿性與表觀酸堿性往往不相同，如蘋果、話梅，表觀呈酸性，卻呈生理堿性。大部分動(dòng)物性食物，如雞鴨魚肉類等屬酸性食物，而植物性食品中，除五谷、雜糧、豆類外，多半為堿性食物，不過也有少數(shù)例外，例如：李子因其所含的有機(jī)酸人體不能代謝，所以會(huì)留在體內(nèi)呈現(xiàn)酸性反應(yīng)。中國有句俗語叫做“桃飽人、杏傷人，李子樹下埋死人”，也許就是這個(gè)原因。

而后教師繼續(xù)問：“有誰知道酸堿體質(zhì)的說法？”

還真的有很多學(xué)生知道酸堿體質(zhì)的說法，你一言我一語很快就把酸堿體質(zhì)的一些觀點(diǎn)補(bǔ)充完全。

教師提出了本節(jié)課最終的問題：“能否設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)食品酸堿性是否影響身體的酸堿性？”

3 問題解構(gòu) 創(chuàng)新解決

發(fā)現(xiàn)問題之后就必須要解決問題。教師提出問題后給學(xué)生幾分鐘思考討論時(shí)間。這個(gè)問題實(shí)際需要拆分為幾個(gè)問題，第一個(gè)是如何通過化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)M酸堿食品代謝的結(jié)果。第二個(gè)是如何模擬人體環(huán)境。第三個(gè)才是酸堿食品對(duì)體液的酸堿度影響。

如果要模擬代謝結(jié)果就需要從定義出發(fā)，食品酸堿性是食物經(jīng)過人體代謝之后，各種營養(yǎng)物質(zhì)被吸收之后剩余物質(zhì)的酸堿性，代謝的過程基本就是人體吸收利用有機(jī)能量的過程，而酸堿性就是依靠剩余的無機(jī)鹽來體現(xiàn)出來。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于用什么辦法來模擬代謝。

很多同學(xué)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)會(huì)將重點(diǎn)放在將無機(jī)鹽溶出上，設(shè)計(jì)時(shí)大多會(huì)采用水煮的方法，然而這個(gè)方法存在很大的問題，就是食品中的無機(jī)鹽大多數(shù)并不是直接以無機(jī)鹽形態(tài)存在，而更多地是以有機(jī)酸鹽形式存在，因此水煮溶出的方法是不可行的。

此時(shí)就需要換一個(gè)路徑進(jìn)行思考。既然不能將無機(jī)鹽溶出，那能否將有機(jī)物去除呢？傳統(tǒng)的教學(xué)中，我們給學(xué)生的認(rèn)知是去除雜質(zhì)時(shí)雜質(zhì)是少量的，有用的物質(zhì)是多數(shù)，而現(xiàn)在的情況完全相反，無機(jī)鹽含量非常之少，而有機(jī)物含量非常多，因此大多數(shù)學(xué)生都不敢往這個(gè)方向想。

3.1 如何模擬代謝結(jié)果

創(chuàng)新不是說說就可以，它不僅僅是方法和技術(shù)上的創(chuàng)新，更需要思維上的創(chuàng)新。

從不同角度思考，代謝就是消化有機(jī)物的過程，模擬代謝就應(yīng)該是消耗掉有機(jī)物的過程，而消耗有機(jī)物最簡單的方法就是燃燒。

以家里做飯燒糊的經(jīng)歷為例，燒糊的過程可以理解為一個(gè)燃燒有機(jī)物的過程，只不過燒糊僅僅將有機(jī)物中的氫氧元素脫去，剩下了碳單質(zhì)。如果燒糊的食品繼續(xù)加熱會(huì)怎么樣？會(huì)不會(huì)完全燒到什么都沒有？

當(dāng)然不會(huì)，因?yàn)闊o機(jī)鹽不會(huì)通過灼燒消失，而剩下的這些無機(jī)鹽灰分就相當(dāng)于代謝的最終產(chǎn)物。

而燃燒雖然快速，但是強(qiáng)烈的氣體對(duì)流會(huì)讓燃燒剩余的無機(jī)物隨著氣流而消失，要研究解決這個(gè)難題就要控制燃燒的速度。燃燒有3個(gè)條件：可燃物、助燃的空氣和溫度，而解決的方法就必然從可燃物和空氣上著手。

因此，控制可燃物和空氣的量這兩個(gè)條件是比較可行的方案，也就是讓可燃物數(shù)量盡量少，同時(shí)控制空氣流入量。具體操作就是灼燒樣品的時(shí)候，盛放樣品的坩堝要用坩堝蓋蓋住一半，從而達(dá)到避免劇烈燃燒的結(jié)果。

此時(shí)產(chǎn)生了新的問題，因?yàn)榭刂瓶諝饬魅肓浚紵^程中沒有火焰，燃燒到什么程度才算完成，這是一個(gè)難題。

此時(shí)就需要聯(lián)系到初三化學(xué)教學(xué)中一個(gè)重要概念，什么物質(zhì)燃燒發(fā)光，什么物質(zhì)燃燒有火焰？學(xué)生們就會(huì)想到初三教學(xué)一再強(qiáng)調(diào)氣體燃燒有火焰，固體只能發(fā)光，同時(shí)結(jié)合碳和氧氣反應(yīng)時(shí)的情況：質(zhì)量好的碳就會(huì)發(fā)出白光，而質(zhì)量不好的碳就會(huì)有火焰。由此推斷，只要實(shí)驗(yàn)樣品碳化后，即使有充足氧氣，也不會(huì)有火焰。

為了保證碳化與灰化時(shí)火焰控制能夠滿足實(shí)驗(yàn)要求，對(duì)加熱的條件就需要進(jìn)行必要的控制，而火焰的溫度這個(gè)條件其實(shí)最不易控制，同一個(gè)酒精燈如何控制加熱溫度？雖然酒精燈火焰有外焰內(nèi)焰之分，但是很難完全使用內(nèi)焰加熱，要想控制好加熱溫度，最簡單的方法是控制加熱的部位。如圖1所示，樣品放在坩堝底部，加熱時(shí)只要適當(dāng)偏離樣品放置的位置，就可以使有效溫度下降。如圖1(a)所示的位置，如果正常加熱，則僅僅需要將酒精燈略微移動(dòng)到圖1(b)的位置即可。

實(shí)驗(yàn)中，我們還可以通過控制坩堝蓋的方法調(diào)整空氣量，開始加熱時(shí)坩堝蓋如圖1所示傾斜放置，這樣就可以控制空氣進(jìn)入的量，保證食品第一步碳化時(shí)不會(huì)出現(xiàn)劇烈燃燒，而進(jìn)入到第二步灰化。食品灰化過程示意圖如圖2所示。

圖2 食品樣本灰化過程示意圖

3.2 如何模擬人體環(huán)境

人體血液環(huán)境的pH值基本維持在7.35～7.45之間，是一個(gè)巨大、完整的緩沖體系。要模擬這個(gè)緩沖體系不是簡單地用氫氧化鈉溶解配制一個(gè)pH在7.35～7.45之間的溶液就可以的，需要了解人體環(huán)境的大致情況，而這屬于生物課的范疇，讓學(xué)生自行查找相關(guān)材料，掌握有關(guān)知識(shí)。在了解有關(guān)的知識(shí)后，學(xué)生認(rèn)識(shí)到就是配一份符合人體體液要求的緩沖溶液，而配方也由學(xué)生自己從網(wǎng)絡(luò)上查找。

人體體液大約占體重的60%，一個(gè)學(xué)生體重按照50 kg計(jì)，體液也有30 kg，要想模擬真實(shí)情景，就要按照相同的比例進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。為了符合實(shí)驗(yàn)室條件，配制的緩沖溶液為100 mL，而后用pH計(jì)測(cè)定該溶液的pH值。

在選擇稱取樣品質(zhì)量的問題上，畢竟每個(gè)人的食量不同，為了更有說服力，按照平衡膳食寶塔提供的食物總量，人體一天攝入的食量大約為1.5 kg，為了和模擬體液比例相同，同比例縮減為5 g，同時(shí)為了突出對(duì)比，分別取5 g菠菜和雞肉進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。

3.3 實(shí)際操作，呈現(xiàn)真相

按照前面討論推導(dǎo)出的實(shí)驗(yàn)方法，用菠菜和雞肉兩種樣品分別實(shí)驗(yàn)。

菠菜、雞肉樣品首先用pH計(jì)測(cè)定均為中性?；一倪^程首先是碳化，也就是樣品先脫水，被燒成碳，在這個(gè)過程中會(huì)伴隨較多的煙；碳化后，坩堝中的碳就開始灰化，會(huì)看到黑色的碳發(fā)紅，最后逐漸都變?yōu)榘咨覡a；然后將灰化之后的灰分用少量蒸餾水溶解、過濾，測(cè)定所得濾液的pH值，其中菠菜pH在9～10之間，雞肉pH在4～5之間，符合預(yù)期。最后將得到的濾液加入配好的緩沖溶液中，再用pH計(jì)測(cè)定pH值，發(fā)現(xiàn)模擬體液pH沒有任何變化。

實(shí)驗(yàn)中使用了極端的情況，但是體液環(huán)境依然沒有變化，人體緩沖環(huán)境經(jīng)受住了一次嚴(yán)峻考驗(yàn)。

3.4 課后思考，不忘質(zhì)疑

課后給學(xué)生留了一道思考題，查閱文獻(xiàn)，給出人體攝入酸性食品和堿性食品的大致比例應(yīng)該是多少？

這個(gè)題目看起來很簡單，沒有什么技術(shù)含量。然而在實(shí)際查閱文獻(xiàn)的過程中，學(xué)生就會(huì)發(fā)現(xiàn)，不同的文獻(xiàn)給出的結(jié)果各不相同。酸堿搭配比例有1∶2、1∶3、1∶4，不一而足，而面對(duì)這么多不同答案時(shí)，已經(jīng)習(xí)慣于只有唯一正確答案的學(xué)生就顯得無所適從了。面對(duì)這樣的情況，一些學(xué)生隨意抄上一個(gè)數(shù)據(jù)完成作業(yè)，也有的將不同數(shù)據(jù)羅列出來。

然而問題的本質(zhì)并不是這幾個(gè)數(shù)據(jù)，而是在于數(shù)據(jù)的不一致。一個(gè)嚴(yán)密的科學(xué)理論，必然會(huì)經(jīng)過千百人的研究分析，得出一個(gè)規(guī)律，其表達(dá)方式可能是定律、可能是公式，也可能就是一個(gè)常數(shù)，而如此多不同的答案就不正常了?？赡軙?huì)說，可以認(rèn)為是1∶2～1∶4之間，而3個(gè)文獻(xiàn)分別給出1∶2、1∶3、1∶4，這與1∶2～1∶4之間是兩個(gè)截然不同的概念，也就是1個(gè)答案與3個(gè)答案的差別。這也反映出現(xiàn)在酸堿食品學(xué)說還存在很多問題，遺憾的是沒有一個(gè)學(xué)生能指出這組數(shù)據(jù)之間的差異。

4 反思與總結(jié)

在傳統(tǒng)的教學(xué)過程中，學(xué)生已經(jīng)習(xí)慣于一切正確的知識(shí)，而忽略復(fù)雜信息的處理。面對(duì)一個(gè)學(xué)說，更多的是盲從。我們的教育中一直沒有落實(shí)批判性思維的培養(yǎng)。

批判性思維是面對(duì)相信什么或者做什么而做出合理決定的能力。酸堿食品說，酸堿體質(zhì)說，酸堿食品攝入比例，面對(duì)不同的說法哪個(gè)是合理科學(xué)的？這需要我們具有批判的能力，而判斷的過程就是批判性思維的過程。批判性思維是一種專門的思維方式，其目的無外乎是判斷事物，事情的對(duì)錯(cuò)并做出更好的決策。學(xué)生非常習(xí)慣性地先入為主，而不是利用已有的知識(shí)和技能進(jìn)行分析判斷，在過去的培養(yǎng)過程中，教師過多注重陳述性知識(shí)，忽略程序性知識(shí)和策略性知識(shí)，而只有在策略性知識(shí)的指引下，陳述性知識(shí)和程序性知識(shí)才能被加以有效利用。

教學(xué)的過程往往要設(shè)定一個(gè)預(yù)定目標(biāo)，并按計(jì)劃進(jìn)行。而學(xué)生批判性思維的培養(yǎng)并不是能夠按照計(jì)劃培養(yǎng)的，需要更多地創(chuàng)設(shè)條件，讓學(xué)生在實(shí)踐中體驗(yàn)，逐步發(fā)散批判性思維。教育不是一個(gè)可以被預(yù)見的計(jì)劃，也不是一個(gè)實(shí)體的目標(biāo)，而是在于每個(gè)教育行為生成的過程中。

在研究食品酸堿性是否影響身體的酸堿性的課題中，教師就是引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入一個(gè)真實(shí)情景，從生活中的具體問題出發(fā)，利用已知的知識(shí)技能，通過實(shí)驗(yàn)手段，逐步展開討論，帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入一個(gè)批判性的環(huán)境中。

學(xué)習(xí)過程不是單方面的灌輸而是激發(fā)學(xué)生的質(zhì)疑和思考，活躍思維。用學(xué)生自己的力量解決問題。正如懷特海所講：教育的全部目的在于活躍人的思維。