από τους μαθητές της Β’ τάξης του Γυμνασίου Νέας Κυδωνίας Χανίων

Σεχίδου Ελισάβετ sechidou.elsa@gmail.comΞηράκη Σοφία sxiraki@gmail.com

Καθηγήτριες Γυμνασίου Νέας Κυδωνίας Χανίων

ΠΕΡΙΛΗΨΗ

Σε τρεις πλαστικές φιάλες με αποχλωριωμένο νερό βρύσης βάλαμε ξηρές σταφίδεςως πηγή σακχάρων, μαγιά (ζυμομύκητες), ελάχιστη ζάχαρη και σε τέταρτη φιάλη πουχρησιμοποιήθηκε ως μάρτυρας, υπήρχε μόνο νερό, ξηρές σταφίδες και ζάχαρη.

Στο πάνω μέρος κάθε φιάλης τοποθετήθηκε καπάκι με μικρό άνοιγμα για να φεύγειτο παραγόμενο διοξείδιο του άνθρακα. Το πείραμα εκτελέστηκε σε θερμοκρασίαδωματίου και ακολούθησε απόσταξη και ανίχνευση αιθυλικής αλκοόλης. Ένα μήναμετά έγινε ανίχνευση οξικού οξέος. Στο μάρτυρα δεν ανιχνεύτηκε οινόπνευμα ή ξύδιλόγω απουσίας μικροοργανισμών.

Λέξεις κλειδιά: ζυμομύκητες, αιθυλική αλκοόλη, οινόπνευμα, ξύδι

Α. ΕΙΣΑΓΩΓΗ

ΣΤΟΧΟΙ

Οι μαθητές :

• Παρατήρησαν τους ζυμομύκητες και τον τρόπο πολλαπλασιασμού τους με τηχρήση οπτικού μικροσκοπίου

• Διαπίστωσαν ότι υπάρχουν χρήσιμοι μικροοργανισμοί που βοηθούν στηνπαραγωγή προϊόντων (αιθυλική αλκοόλη, οξικό οξύ)

• Χρησιμοποίησαν μια πειραματική διαδικασία, απέκτησαν εργαστηριακή εμπειρίακαι εκτίμησαν τα αποτελέσματά της

• Επεξήγησαν τις βιοχημικές διεργασίες με απλό και κατανοητό τρόπο

• Συνεργάστηκαν και πρότειναν λύσεις σε πρακτικά θέματα κατά τη διάρκεια τουπειράματος

Β. ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ

Ακολουθήθηκε η εποικοδομητική διδακτική προσέγγιση. Στις Φυσικές Επιστήμες,από τη σκοπιά του γνωστικού/ατομικού εποικοδομητισμού η γνώση θεωρείται ως έναδίκτυο εννοιολογικών δομών το οποίο οικοδομείται από τον κάθε μαθητή και δενμπορεί απλά να μεταφέρεται. Η διαδικασία απόκτησης γνώσεων απαιτεί ενεργόεμπλοκή του ίδιου του ατόμου, το οποίο χρησιμοποιώντας το υπάρχον γνωστικό τουσύστημα και αλληλεπιδρώντας με τον φυσικό κόσμο που το περιβάλλει προσπαθεί νακατασκευάσει νέα νοήματα μέσα στο πλαίσιο που ορίζουν οι κοινωνικές καιπολιτιστικές συνθήκες στις οποίες βρίσκεται. Η αλληλεπίδραση μπορεί να επιφέρειαλλαγές στις αρχικές απόψεις του ή να τις ενισχύσει ή να δημιουργήσει νέες.

Ο μαθητής στην εποικοδομητική διδασκαλία μαθαίνει ακολουθώντας τη δική τουπορεία η οποία καθοδηγείται από τον εκπαιδευτικό και τα εκπαιδευτικά υλικά όπωςτα πειράματα, οι ασκήσεις, τα λογισμικά. Αυτό σημαίνει ότι η εποικοδομητικήδιδασκαλία είναι κατά κύριο λόγο μαθητοκεντρική αλλά και κατευθυνόμενη από τονεκπαιδευτικό. Στο επίκεντρο της εποικοδομητικής διδασκαλίας δεν βρίσκεται μόνο ηνέα γνώση που διδάσκεται αλλά και η μέθοδος με την οποία εποικοδομείται η νέαγνώση.

Ο ρόλος του εκπαιδευτικού είναι σύνθετος, γιατί δεν αρκεί να γνωρίζει μόνο τη«σωστή» γνώση και τις αρχικές απόψεις των μαθητών· χρειάζεται ν' ακολουθήσειδιαδικασίες που θα βοηθήσουν τον μαθητή να συνειδητοποιήσει τις αρχικές απόψειςτου, να δοκιμάσει την αποτελεσματικότητά των απόψεων σε νέες εμπειρίες, να τιςσυγκρίνει με τις απόψεις των συμμαθητών του, ν' αναλογιστεί τη διαφορά μεταξύ τωναρχικών και των νέων απόψεων και να αξιολογήσει τις διεργασίες και τις δυσκολίεςπου συνάντησε κατά τη διάρκεια της διδασκαλίας. (Επιμορφωτικό υλικό για τηνεπιμόρφωση των εκπαιδευτικών στα Κέντρα Στήριξης Επιμόρφωσης Τεύχος 5: ΚλάδοςΠΕ04 Β’ έκδοση) .

Η βιβλιογραφική, θεωρητική προσέγγιση του θέματος έγινε με τη χρήση ΤΠΕ.Ηραγδαία ανάπτυξη των Τεχνολογιών Πληροφορίας και Επικοινωνιών (ΤΠΕ) έχειπροσφέρει τεχνικές και εργαλεία που βοηθούν στην ανάπτυξη εκπαιδευτικώνσυστημάτων τα οποία χαρακτηρίζονται από ιδιαίτερα φιλική διασύνδεση με τονχρήστη. Στο πλαίσιο της εκπαιδευτικής διαδικασίας, οι Η/Υ και το διαδίκτυοαποτελούν πολυδύναμα μέσα επικοινωνίας, αναζήτησης, επεξεργασίας και διάδοσηςτης πληροφορίας. Μπορούν να επιδράσουν καταλυτικά στη διεύρυνση και στονεμπλουτισμό των διδακτικών-μαθησιακών διαδικασιών, συμβάλλοντας στηδημιουργία μαθησιακών περιβαλλόντων τα οποία διευκολύνουν την πρόκληση τουενδιαφέροντος, την ενεργητική συμμετοχή και την εποικοδόμηση της γνώσης απότους μαθητές. Η εισαγωγή των Η/Υ στην εκπαίδευση δημιούργησε ελπίδες για τηνεπίλυση πολλών διδακτικών-μαθησιακών προβλημάτων. Σκοπός δεν είναι απλώς ηκατάκτηση της ύλης από τους μαθητές με ένα στατικό τρόπο και επομένως η

αξιοποίηση ξεπερασμένων και στατικών υπολογιστικών περιβαλλόντων. Η ένταξη τωνΤΠΕ μπορεί να συμβάλει στην ανάπτυξη ενεργών μαθητών, που θα μπορούν να είναιδημιουργικοί και ικανοί να αξιοποιούν κάθε μέσο επικοινωνίας και όλους τουςσυμβολικούς-σημειωτικούς πόρους (λέξεις, εικόνες, κείμενα κ.ά.) και να διαθέτουναυξημένη κριτική ικανότητα, ώστε να αντιλαμβάνονται την πολύπλοκη νέαεπικοινωνιακή πραγματικότητα (Επιμορφωτικό υλικό για την επιμόρφωση τωνεκπαιδευτικών στα Κέντρα Στήριξης Επιμόρφωσης Τεύχος 5: Κλάδος ΠΕ04 Β’ έκδοση).Με την εφαρμογή αυτής της διδακτικής παρέμβασης, στοχεύαμε οι μαθητές νααποκτήσουν εργαστηριακή εμπειρία, να συνδυάσουν τις θεωρητικές γνώσεις με τηνπρακτική εφαρμογή. Είναι σημαντικό να εξοικειωθούν με την ερευνητική εργασία(project) και να δουλέψουν ομαδοσυνεργατικά. Μέσα από τη διαδικασία αυτή θααποκτήσουν αυτοπεποίθηση και υπευθυνότητα και την ευκαιρία να παρατηρήσουνένα βιολογικό φαινόμενο. Πολλοί μαθητές είναι ιδιαίτερα εξοικειωμένοι με τις ΤΠΕοπότε ήταν εύκολο να εφαρμόσουν τις πρακτικές τους δεξιότητες στην τεχνολογία. Οχειρισμός του μικροσκοπίου, της συσκευής απόσταξης και της φωτογραφικής μηχανήςγια τη λήψη φωτογραφιών έδωσε στα παιδιά την ικανοποίηση από τη συμμετοχήστην ομάδα και έμαθαν να παρατηρούν, να αναζητούν και να συσχετίζουνπληροφορίες. Οι διαφορετικοί εναλλακτικοί τρόποι προσέγγισης του θέματοςακολούθησαν την εποικοδομητική προσέγγιση, δίνοντας βαρύτητα στις υπάρχουσεςαντιλήψεις, ιδέες και αναπαραστάσεις των μαθητών. Δόθηκε έμφαση στον ενεργητικόρόλο του μαθητή και έτσι προωθείται η οικοδόμηση της επιστημονικής γνώσης.

Η διδακτική παρέμβαση αναπτύχθηκε σε δύο επίπεδα/πεδία. Το θεωρητικό πεδίοαφορά να γνωρίσουν οι μαθητές τον μελετούμενο οργανισμό καλύτερα σε ότι αφοράτη συστηματική του ταξινόμηση, την αναπαραγωγή και γενικά την οικοφυσιολογίατου. Στο πλαίσιο της ιστοεξερεύνησης, προτάθηκαν στους μαθητές πηγές από τοδιαδίκτυο και αναπτύχθηκε η κριτική τους ικανότητα καθώς ήταν ελεύθεροι ναεπιλέξουν το υλικό που χρειαζόταν για τη σύνθεση της παρουσίασης με PowerPoint.

Το εργαστηριακό πεδίο αφορά τις μεθόδους επιστημονικής έρευνας. H επαφή τωνπαιδιών με υλικά της καθημερινότητας, η παρακολούθηση και καταγραφή τωνπαραμέτρων κατά τη διάρκεια του πειράματος προωθεί την δημιουργικότητα, τηνυπευθυνότητα και το ρόλο του «μικρού επιστήμονα».

Τα Υλικά και οι εργαστηριακές διατάξεις που απαιτήθηκαν ήταν :

3 Πλαστικά μπουκάλια (5 l)Πλαστικό μπουκάλι (250 ml)θερμόμετροπεχαμετρικό χαρτίνερό βρύσης (αποχλωριωμένο)διάλυμα υπερμαγγανικού καλίουμαγειρική σόδαΔιάλυμα πυκνού θειικού οξέοςζάχαρηδοκιμαστικός σωλήναςφωτογραφική μηχανήσυσκευή απόσταξηςζυμομύκητες (μαγιά εμπορίου)ξηρές σταφίδεςοπτικό μικροσκόπιο

Με ξηρή σταφίδα, μαγιά και νερό μαθητές της Β τάξης του Γυμνασίου Νέας Κυδωνίαςέφτιαξαν οινόπνευμα και ξύδι. Οι ζυμομύκητες Sacharomycescerevisae είναι αερόβιοιμονοκύτταροι μικροοργανισμοί που απουσία οξυγόνου κάνουν αναερόβια διάσπασηαπλών σακχάρων της σταφίδας σε αιθανόλη και διοξείδιο του άνθρακα. Ακολουθείοξείδωση της αιθυλικής αλκοόλης (οξική ζύμωση) κατά την οποία το προϊόν είναι ξύδι.Με τη δράση των βακτηρίων του οξικού οξέος η αιθανόλη οξειδώνεται προςακεταλδεΰδη και στη συνέχεια η ακεταλδεΰδη οξειδώνεται προς οξικό οξύ.

Η χημική εξίσωση που περιγράφει την αλκοολική ζύμωση της γλυκόζης είναι η εξής:

C6H12O6 → 2 CH3CH2OH + 2 CO2 ↑C6H12O6 γλυκόζη

CH3CH2OH αιθανόλη (αιθυλική αλκοόλη)

Η χημική εξίσωση που περιγράφει την αλκοολική ζύμωση της ζάχαρης είναι η εξής:

Η παραγωγή CO2διοξειδίου του άνθρακα είναι ένδειξη τηςμεταβολικήςδραστηριότητας.Με την οξική ζύμωση, δηλαδή την οξείδωση τηςαιθυλικής αλκοόλης, παράγεται αιθανικό οξύ. Η οξείδωση αυτή γίνεται με τη βοήθειαορισμένων βακτηρίων ή μυκήτων τα οποία μεταφέρουν το ένζυμο

αιθανολοξειδάσηπου καταλύει την απευθείας αντίδραση της αιθανόλης με διοξυγόνο,που προέρχεται από τον ατμοσφαιρικό αέρα. Η συνολική στοχειομετρική εξίσωση τηςαντίδρασης είναι η εξής:

Η καθαρή αλκοόλη δεν οξειδώνεται σε οξικό οξύ. Αυτό συμβαίνει γιατί δεν περιέχειτους μύκητες που παράγουν την αιθανολοξειδάση. Οι μύκητες για να ζήσουνχρειάζονται κατάλληλες αζωτούχες θρεπτικές ουσίες, τις οποίες δεν έχει η καθαρήαλκοόλη. Επομένως για να γίνει η οξοποίηση, πρέπει να υπάρχει κρασί ή γενικότερααλκοολούχο μίγμα που να περιέχει τις κατάλληλες θρεπτικές ουσίες, μύκητες καιθερμοκρασία (συνήθως 18-35 °C). Επίσης η συγκέντρωση της αιθανόλης δεν πρέπει ναείναι μικρότερη του 2% ούτε ανώτερη του 12%, γιατί τότε οι μύκητεςαδρανοποιούνται.

Απόσταξη ονομάζεται η μέθοδος με την οποία απομονώνεται ένα υγρόσυγκεκριμένουσημείου βρασμού από ένα μείγμα.

Με τη μέθοδο αυτή θερμαίνεται ένα μείγμα που περιέχει υγρό μέχρι το υγρό ναβράσει, οπότε σχηματίζει ατμούς. Οι ατμοί αυτοί οδηγούνται σε σχετική διάταξη ενόςμέσου που λέγεται συμπυκνωτής όπου εκεί ψύχονται και μετατρέπονται σε υγρό. Ηαλκοόλη βράζει στους 80° C περίπου.Στην απόσταξη μπορούμε να πάρουμεοινόπνευμα χαμηλών βαθμών στην αρχή (βαθμός είναι η επί τοις εκατόπεριεκτικότητα σε οινόπνευμα ενός διαλύματος) και τέλος αλκοόλη 95%.

Φυσικoχημικές ιδιότητες :

Σημείο ζέσεως οξικού οξέος: 118,1 °CΣημείο ζέσεως αιθυλικής αλκοόλης : 78,37 °C

Ανίχνευση αιθυλικής αλκοόλης ή αιθανόλης (οινοπνεύματος)

Πραγματοποιήθηκε οξείδωση της αιθανόλης από διάλυμα υπερμαγγανικού καλίουπαρουσία πυκνού θειικού οξέος.Σε ένα δοκιμαστικό σωλήνα βάζουμε 1ml αλκοόληςκαι σε έναν άλλο 5 ml κορεσμένου διαλύματος υπερμαγγανικού καλίου οξινισμένο με5 σταγόνες πυκνού θειικού οξέος (H2SO4). Ανακατεύουμε τα δύο διαλύματα καιπαρατηρούμε χρωματική αλλαγή. Από ιώδες το διάλυμα γίνεται άχρωμο.

Η χημική αντίδραση που πραγματοποιήθηκε είναι:

5CH3CH2OH +4KMnO4 +6H2SO4 → 5CH3CΟOH + 4MnSO4 +2K2SO4 +11H2O

Παρατήρηση στο οπτικό μικροσκόπιο

Οι ζυμομύκητες είναι μονοκύτταροι σφαιρικοί, ελλειψοειδείς ή ραβδόμορφοιμικροοργανισμοί όπως διαπιστώσαμε στην παρατήρηση με οπτικό μικροσκόπιο καιπολλαπλασιάζονται με εκβλάστηση. Υπάρχουν κύτταρα με εκβλαστήσεις ενώ οιαποικίες τους μοιάζουν με των βακτηρίων. Μετά το πέρας της Αλκοολικής Ζύμωσης, οιζύμες θα πεθάνουν λόγω της έλλειψης σακχάρων αλλά και της παρουσίας αλκοόλης.

Ο όρος Saccharomyces αντιπροσωπεύει το γένος, ο όρος cerevisiae το είδος, ενώχρησιμοποιούνται περισσότερα από 1000 διαφορετικά στελέχη της ζύμης S. cerevisiaeως μαγιές ψωμιού, κρασιού ή μπύρας.

Η δραστηριότητα των Ζυμών μπορεί να είναι ενεργή από τους 10 oC έως και τους 40oC,με ιδανικούς τους 30oC . Η Αλκοολική Ζύμωση είναι εξώθερμη αντίδραση οπότε ηθερμοκρασία συνεχώς ανεβαίνει. Αυτό διαπιστώθηκε με τη χρήση θερμομέτρου. Ηφωτογράφηση του παρασκευάσματος έγινε με τη βοήθεια φωτογραφικής μηχανήςενσωματωμένης στο μικροσκόπιο

Ανίχνευση οξικού οξέος

Το οξικό οξύ που περιέχεται στο ξύδι αντιδρά με τη σόδα.Από τη χημική αντίδραση παράγεται ένα αέριο σε μορφή φυσαλίδων, το διοξείδιο τουάνθρακα.

οξύ + μαγειρική σόδα → ..... + διοξείδιο του άνθρακα ↑

Ο υπολογισμός της περιεκτικότητας του διαλύματος σε οξικό οξύ θα μπορούσε ναγίνει με ογκομέτρηση αλλά θα διερευνηθεί στην επόμενη τάξη (αναλυτικόπρόγραμμα χημείας γ’ γυμνασίου)

Μέτρηση του pΗ με πεχαμετρικό χαρτί.

H τιμή βρέθηκε ίση με 3 άρα είναι όξινο διάλυμα λόγω του αραιού οξικού οξέος.Το πεχαμετρικό χαρτί είναι ένα ειδικό απορροφητικό χαρτί εμποτισμένο με μείγμαδεικτών (δείκτης Universal ή γενικός δείκτης), το οποίο αλλάζει χρώμα ανάλογα με τοpH του διαλύματος. Μας επιτρέπει να βρίσκουμε πολύ εύκολα το pH του διαλύματος,αλλά όχι με μεγάλη ακρίβεια.

Γ. ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΕΣ

Ι. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΤΟΥ ΘΕΜΑΤΟΣΙΙ. ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΕΦΑΡΜΟΓΗ

Ευχαριστίες

Ευχαριστούμε τους συναδέλφους στο EKΦΕ Χανίων, τον διευθυντή του ΓυμνασίουΝέας Κυδωνίας κο Βαζιτάρη Βασίλη και τη σχολική σύμβουλο κα Καλαθάκη Μαρία.

Μαθητές Β τάξης του Γυμνασίου Νέας Κυδωνίας που υλοποίησαν το συγκεκριμένοθέμα:

ΡΟΥΚΟΥΝΑΚΗ ΕΥΑΓΓΕΛΙΑΣΑΛΑΩΡΑ ΙΩΑΝΝΑΣΑΜΟΪΛΗΣ ΜΙΧΑΗΛΣΑΡΑΝΤΟΠΟΥΛΟΥ ΕΛΕΥΘΕΡΙΑΣΕΪΜΕΝΗ ΣΤΕΛΛΑΣΚΑΡΑΚΗ ΔΕΣΠΟΙΝΑΣΟΛΙΝΤΑΔΑΚΗ ΑΝΝΑΣΟΥΛΙΟΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣΣΤΑΥΡΟΥΛΑΚΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣΣΤΑΦΥΛΑΡΑΚΗΣ ΣΤΥΛΙΑΝΟΣΣΤΕΦΑΝΟΥΔΑΚΗ ΙΩΑΝΝΑΤΑΝΕΒ ΓΕΩΡΓΙΟΣΤΕΡΕΖΑΚΗ ΕΛΕΝΗΤΖΟΥΓΚΑΡΑΚΗΣ ΑΛΕΞΑΝΔΡΟΣ

ΤΡΙΠΟΔΗ ΕΥΑΓΓΕΛΙΑ

ΤΣΑΜΠΑΛΗΣ ΠΑΝΤΕΛΕΗΜΩΝ- ΤΣΑΜΠΙΚΟΣ

ΤΣΑΠΟΥΝΗΣ ΑΝΔΡΕΑΣ

ΤΣΙΜΙΝΙΚΑΚΗΔΑΝΑΗ -ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ-ΛΙΛΥ

ΤΣΙΡΙΩΤΑΚΗΣ ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ

ΤΣΙΧΛΑΚΗ ΑΙΚΑΤΕΡΙΝΗΦΙΛΙΠΠΑΚΗ ΓΕΩΡΓΙΑ

ΦΙΛΙΠΠΑΚΗ ΜΑΡΙΑ -ΑΝΝΕΛΙΖΕ

ΧΑΤΖΗΑΓΓΕΛΑΚΗΣ ΑΛΕΞΑΝΔΡΟΣΧΙΜΑ ΙΖΑΜΠΕΛΑ

ΧΟΜΠΙΤΑΚΗΣ ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ

ΧΥΣΕΣΑΝΗ ΑΛΕΞΑΝΔΡΑΨΑΡΟΜΗΛΙΓΚΑΣ ΔΙΟΝΥΣΙΟΣΨΥΛΛΑΚΗ ΜΑΡΙΑ

Βιβλιογραφία

Επιμορφωτικό υλικό για την επιμόρφωση των εκπαιδευτικών στα Κέντρα ΣτήριξηςΕπιμόρφωσης Τεύχος 5: Κλάδος ΠΕ04 Β’ έκδοσηΑλεπόρου-Μαρίνου Β., Αργυροκαστρίτης Α., Κομητοπούλου Α., ΠιαλόγλουΠ.,(2000),Εργαστηριακός Οδηγός Βιολογίας Θετικής Κατεύθυνσης Γ΄ Τάξης Ε.Λ., ΒιβλίοΟΕΔΒ, Αθήνα.Αλεπόρου-ΜαρίνουΒ.,ΑργυροκαστρίτηςΑ.,ΚομητοπούλουΑ.,ΠιαλόγλουΠ.,ΣγουρίτσαΒ.,(2002),Βιολογία Θετικής Κατεύθυνσης Γ΄ Τάξης Ε.Λ., Βιβλίο ΟΕΔΒ, Αθήνα.Ανδριώτης Μ., Γεωργούλη-Μαρκάκη Λ., Γκουβρά Μ., Κατσώρχης Θ., ΠαυλίδηςΓ.,(1999),Εργαστηριακός Οδηγός Βιολογίας Γ΄ Γυμνασίου, Βιβλίο ΟΕΔΒ ,Αθήνα.Ανδριώτης Μ., Γεωργούλη-Μαρκάκη Λ., Γκουβρά Μ., Κατσώρχης Θ. , ΠαυλίδηςΓ.,(2000),Βιολογία Γ΄ Γυμνασίου, Βιβλίο ΟΕΔΒ, Αθήνα.Θεοδωρόπουλος Π., Παπαθεοφάνους Π., Σιδέρη Φ.,(2000),Χημεία Γ΄ Γυμνασίου,Βιβλίο ΟΕΔΒ , Αθήνα

https://el.wikipedia.org/wiki/%CE%91%CE%B9%CE%B8%CE%B1%CE%BD%CF%8C%CE%BB%CE%B7

https://el.wikipedia.org/wiki/%CE%91%CE%B9%CE%B8%CE%B1%CE%BD%CE%B9%CE%BA%CF%8C_%CE%BF%CE%BE%CF%8D

https://www.youtube.com/watch?v=sPb5TaFQ4b8