D.S.
以下為適合高中生的「手沖咖啡風味影響因素」探究與實作設計，聚焦明確的操縱變因與科學探究流程：
探究主題 : 「水溫如何影響手沖咖啡的風味？」
▶ 核心科學概念
控制變因法、感官分析、化學物質溶解度
實驗設計
▶ 操縱變因（自變量）
沖泡水溫（設定 85°C、90°C、95°C 三組）▶ 控制變因
- 咖啡豆品種與烘焙度（固定同一款淺中焙豆）
- 咖啡粉量（15g）
- 研磨粗細度（中細砂糖狀，統一使用刻度#20 手搖磨豆機）
- 沖煮時間（總注水 2 分鐘）
- 粉水比例（1:16，即總注水量 240ml）
- 注水手法（固定分 3 次同心圓注水）
材料與工具
- 手沖壺（附溫度計）
- 電子秤、計時器
- 濾杯與濾紙（V60 標準）
- 淺中焙咖啡豆（預先統一研磨）
- 透明品嚐杯（編號 A/B/C）
- 風味評分表（附酸度、苦味、醇厚度指標）
- 溫水桶（用於調節水溫）
實驗步驟
➊ 對照組設定
- 準備 3 組相同咖啡粉（15g/組）
- 分別加熱水至 85°C、90°C、95°C（使用溫度計確認）
➋ 沖煮流程
- 潤濕濾紙後倒掉殘水
- 倒入咖啡粉，輕拍濾杯使表面平整
- 第一次注水：注入 30ml 熱水，悶蒸 30 秒
- 第二次注水：緩慢注水至 120ml（控制 1 分鐘內完成）
- 第三次注水：緩慢注水至 240ml（總時間 2 分鐘）
- 移除濾杯，搖勻咖啡液後倒入編號杯
➌ 數據收集
- 每組學生品嚐 3 杯咖啡（需漱口間隔）
- 填寫評分表（1-5 分量表，範例如下）：
➍ 安全提示
- 熱水操作需戴防燙手套
- 咖啡渣統一回收（可延伸討論環保應用）
分析與討論
▶ 預期現象
- 高水溫（95°C）：苦味明顯（高溫萃出更多油脂與生物鹼）
- 低水溫（85°C）：酸度突出（保留果香但溶解物質較少）
- 90°C：風味較平衡（理論最佳萃取溫度）
▶ 延伸思考
- 若改用「深焙咖啡豆」，結果可能如何變化？
- 主觀品嚐是否受個人偏好影響？如何設計更客觀的評量？
- 討論「溶解度」與「分子動能」的關聯性（連結理化課程）
教學應用
- 跨領域連結：化學（萃取原理）、生物（味覺感知）、數據分析
- 實作時間：2 節課（含準備與分析）
- 進階挑戰：讓學生自選變因（如研磨度）重新設計實驗
此設計透過單一操縱變因（水溫），結合可量化的感官評測，能讓學生直觀理解「沖煮參數」與「風味結果」的因果關係，同時培養控制實驗的科學思維。
G.K.
關鍵要點
- 研究顯示，磨豆粒度是影響手沖咖啡風味的重要變因。
- 實驗設計簡單，適合高中生操作，操縱變因為磨豆粒度（細、中、粗）。
- 預期結果：細磨咖啡可能更濃郁且苦澀，粗磨咖啡可能更淡薄溫和。
實驗概述
這個實驗探討磨豆粒度如何影響手沖咖啡的風味，適合高中生進行。通過改變磨豆粒度，我們可以觀察其對咖啡強度、苦澀度和整體口感的影響。實驗過程簡單，所需材料易於取得，結果直觀易懂。
所需材料
- 手沖咖啡器具（如 Hario V60）
- 同一種類的咖啡豆
- 可調整磨豆粒度的咖啡研磨機
- 熱水（約 200°F，若無溫度計，可用剛煮沸的開水）
- 稱重器（選擇性）或量匙
- 三個品嘗杯和三個濾紙
實驗步驟
- 使用研磨機將咖啡豆磨成三種粒度：細磨（像細砂）、中磨（像海鹽）、粗磨（像麵包屑）。
- 量取每種磨豆 20 克（或約 2 湯匙），放入不同的濾紙中。
- 慢慢將 300 毫升熱水均勻澆在咖啡上，讓其滴下至杯中。
- 品嘗每杯咖啡，記錄強度、苦澀度和風味的差異，可邀請他人一起評估。
預期結果
研究顯示，細磨可能導致更濃郁且苦澀的咖啡，因為水能從更小的顆粒中萃取更多風味；粗磨則可能較淡薄溫和。這個實驗幫助理解磨豆粒度對咖啡風味的影響。
詳細報告：手沖咖啡探究與實作的全面分析
引言與背景
手沖咖啡（也稱為倒濾式咖啡）是一種手動沖泡方法，通過將熱水倒在咖啡粉上，讓咖啡逐滴流出至杯中。這種方法允許我們精確控制多個變數，如水溫、咖啡與水的比例、磨豆粒度以及澆水技巧，因此非常適合用於科學探究。特別是對於高中生，這是一種簡單且直觀的方式來學習實驗設計和變數操縱的科學原理。
在這個實驗中，我們選擇磨豆粒度作為主要的操縱變因，因為它對咖啡風味有顯著影響，且操作簡單易懂。根據相關研究，磨豆粒度影響萃取效率：細磨可能導致過度萃取，產生苦澀味；粗磨則可能導致萃取不足，咖啡風味較淡。這個實驗旨在驗證這些影響，並讓學生親身體驗科學探究的過程。
實驗設計與假設
我們假設：磨豆粒度的不同會顯著改變手沖咖啡的風味，具體來說，細磨會產生更濃郁且可能更苦澀的咖啡，中磨提供平衡的風味，粗磨則會較淡薄溫和。這個假設基於咖啡科學的常識，磨豆粒度影響水與咖啡粉的接觸面積，從而影響萃取的程度。
為了確保實驗結果的可靠性，我們需要控制其他變數，包括使用同一種類的咖啡豆、相同的熱水溫度（約 200°F，若無溫度計，可用剛煮沸的開水冷卻一分鐘）、相同的咖啡與水比例（20 克咖啡對 300 毫升水），以及一致的澆水技巧（採用慢速圓周運動）。
材料與設備
以下是實驗所需的材料，均為高中生易於取得的：
- 手沖咖啡器具：如 Hario V60 或其他常見的倒濾式咖啡器。
- 咖啡豆：確保同一批次，保持一致性，避免不同來源的干擾。
- 咖啡研磨機：需能調整磨豆粒度，建議使用磨盤式（burr grinder）以確保均勻。
- 熱水：理想溫度為 195°F 至 205°F，無溫度計可使用剛煮沸的開水冷卻約一分鐘。
- 稱重器：用於精確測量 20 克咖啡和 300 毫升水，若無，可用量匙約 2 湯匙咖啡。
- 三個品嘗杯：用於收集不同粒度的咖啡。
- 三個濾紙：確保每個試驗使用新的濾紙，避免污染。
實驗步驟詳述
- 磨豆準備
- 使用咖啡研磨機將咖啡豆磨成三種不同的粒度： 細磨：粒度像細砂或粉糖，適合用於觀察過度萃取的效果。 中磨：粒度像海鹽或粗鹽，這是手沖咖啡的標準粒度，提供平衡風味。 粗磨：粒度像麵包屑或小石子，適合觀察萃取不足的情況。 注意：粒度的具體定義可根據研磨機的設定調整，若無明確標準，確保三種粒度有明顯差異即可。 量取每種磨豆 20 克，若無稱重器，可用約 2 湯匙作為替代，但精確度可能稍低。
- 設置手沖咖啡器
- 取一個新的濾紙放入手沖咖啡器中，用熱水沖洗一次，以去除濾紙的紙味，並預熱器具。 倒掉沖洗用的水，確保每個試驗使用新的濾紙，以避免交叉污染。 重複此步驟，為每種磨豆粒度準備一個新的濾紙和器具。
- 咖啡沖泡
- 將細磨、中磨和粗磨的咖啡粉分別放入三個不同的濾紙中。 採用一致的澆水技巧：先緩慢澆約 50 毫升熱水，均勻浸泡咖啡粉，讓其“開花”（bloom）約 30 秒，然後繼續以圓周運動緩慢澆剩餘的 250 毫升水，直到總量達到 300 毫升。 讓咖啡完全滴下至杯中，記錄每個試驗的滴濾時間（若有條件，可用計時器，但非必要）。 重複此過程，為每種磨豆粒度沖泡一杯咖啡，確保澆水速度和技巧一致。
- 品嘗與數據記錄
- 沖泡完成後，品嘗每杯咖啡，記錄以下觀察： 強度：咖啡是否濃郁，是否有足夠的口感。 苦澀度：是否有明顯的苦味，是否過於刺激。 風味：是否有花香、果香或巧克力味等特徵。 為了提高客觀性，可邀請其他同學或家人一起品嘗，並記錄他們的評價，形成共識。 可使用簡單的分數系統（如 1-5 分）評估每杯咖啡的強度、苦澀度和整體滿意度，方便比較。
預期結果與分析
根據相關研究和咖啡科學的知識，我們預期以下結果：
- 細磨咖啡：可能更濃郁且帶有較強的苦澀味，因為細小的顆粒提供更大的表面積，水能萃取更多的風味化合物，包括苦澀的單寧和酸類物質。若滴濾時間過長，可能出現過度萃取，風味變得不平衡。
- 中磨咖啡：應提供平衡的風味，強度適中，苦澀度和酸度協調，這也是手沖咖啡的標準粒度（如 Majesty Coffee 建議的“中細磨，像海鹽”）。
- 粗磨咖啡：可能較淡薄，風味較弱，可能缺乏深度，因為水與咖啡粉的接觸面積減少，萃取不足，適合用於觀察萃取效率的影響。
這些結果將幫助學生理解磨豆粒度如何影響萃取過程，並體會科學實驗中變數操縱的重要性。討論時，可鼓勵學生思考：為什麼細磨會苦澀？粗磨為什麼風味較弱？這與化學萃取的原理有何關係？
討論與延伸
這個實驗不僅展示了磨豆粒度的影響，還能引導學生思考其他變數的潛在作用。例如，水溫過高可能導致過度萃取，澆水技巧不均可能影響萃取均勻性。這些都可以作為未來實驗的延伸主題。此外，學生可嘗試調整咖啡與水的比例，進一步探索最佳風味的組合。
這個實驗也體現了科學探究的精神：提出假設、設計實驗、收集數據並分析結果。通過親手操作，學生能更直觀地理解科學方法，並將其應用於日常生活中的小小科學問題。
數據記錄表建議
為了組織數據，學生可使用以下表格記錄觀察結果：
結論
這個實驗簡單易懂，適合高中生進行，操縱變因為磨豆粒度，結果直觀且與日常生活相關。通過這個過程，學生不僅能學習科學實驗的基本步驟，還能體會咖啡沖泡背後的科學原理，激發對科學的興趣。
關鍵引用
G.N.
實驗主題： 水溫對手沖咖啡風味的影響
探究問題： 不同的沖煮水溫是否會顯著影響手沖咖啡的風味？
科學原理簡述：
咖啡中的風味物質在不同溫度下溶解的效率不同。較高的水溫通常能萃取出更多的物質，包括酸味、甜味、苦味以及一些複雜的香氣。然而，過高的水溫也可能萃取出過多的苦澀物質，導致風味不佳。因此，存在一個理想的水溫範圍，能夠平衡萃取出咖啡豆的最佳風味。
操縱變因： 沖煮水溫（設定三個不同的溫度）
應變變因： 手沖咖啡的風味（透過感官品評描述）
控制變因：
* 咖啡豆的種類、烘焙度、研磨度（使用相同的咖啡豆和研磨粗細）
* 咖啡粉的重量（每次使用相同重量的咖啡粉）
* 沖煮的水量（每次使用相同的水粉比例）
* 沖煮的手法（盡量保持一致的注水速度、方式和時間）
* 沖煮器具（使用相同的濾杯、濾紙和手沖壺）
* 品嚐人員（由相同的品嚐小組進行評測）
實驗材料：
* 相同種類和烘焙度的咖啡豆 * 磨豆機 * 手沖壺（最好有溫度顯示功能）
* 濾杯（例如V60） * 濾紙 * 電子秤 * 溫度計（若手沖壺沒有溫度顯示）
* 燒杯或量杯 * 熱水 * 品嚐杯 * 記錄表格
實驗步驟：
* 準備工作：
* 向學生介紹手沖咖啡的基本原理和影響風味的因素。
* 講解實驗的目的、操縱變因、應變變因和控制變因。
* 將學生分成小組，每組負責進行一次完整的實驗。
* 確保每組都了解實驗步驟和注意事項。
* 研磨咖啡豆：
* 每組使用相同重量的咖啡豆（例如15克）。
* 將咖啡豆研磨至中等粗細，確保每組的研磨度盡可能一致。
* 加熱沖煮用水：
* 每組分別將水加熱至三個不同的目標溫度，例如：
* 低溫組： 85°C * 中溫組： 90°C * 高溫組： 95°C
* 使用有溫度顯示的手沖壺或溫度計精確測量水溫。
* 進行手沖：
* 在濾杯中放入濾紙並用熱水潤濕，倒掉潤濕的水。
* 將研磨好的咖啡粉倒入濾杯中，輕輕搖晃使粉層平整。
* 悶蒸： 用少量略低於目標溫度的熱水（約目標水量的兩倍）均勻濕潤咖啡粉，等待約
30秒。觀察咖啡粉膨脹的情況。
* 注水： 按照一定的注水手法（例如分段注水、環繞注水），緩慢且均勻地將剩餘的熱
水注入濾杯中。控制總沖煮時間在一定範圍內（例如2-3分鐘）。
* 每組針對三個不同的水溫重複上述沖煮步驟，確保其他控制變因保持一致。
* 感官品評：
* 將沖好的咖啡分別倒入標記清楚的品嚐杯中（標示水溫）。
* 由品嚐小組成員進行感官品評，記錄咖啡的香氣（ 例如花香、果香、焦糖香 ）、
風味（例如酸味、甜味、苦味、醇厚度）、以及整體口感。
* 可以使用描述性詞語或建立簡單的評分標準（例如1-5分，1代表極低，5代表極高）來記錄風味特徵。
* 數據記錄與分析：
* 每組整理感官品評的記錄，比較不同水溫沖煮出的咖啡在香氣、風味和口感上的差異。
* 可以將品評結果整理成表格或圖表，更直觀地呈現數據。
* 引導學生討論實驗結果，分析水溫對咖啡風味的影響。
* 撰寫實驗報告：
* 各小組撰寫實驗報告，內容應包括：實驗目的、探究問題、科學原理、操縱變因、應變變因、控制變因、實驗材料、實驗步驟、實驗數據（品評記錄）、數據分析、實驗結論與討論。
實驗注意事項：
* 強調控制變因的重要性，確保實驗的準確性。
* 提醒學生注意操作安全，避免燙傷。
* 鼓勵學生在品評時使用客觀的描述性詞語。
* 引導學生思考實驗的局限性，例如感官品評的個體差異。
* 可以讓學生查閱相關資料，了解不同水溫對咖啡萃取的影響。
預期結果與討論方向：
學生可能會觀察到：
* 低溫沖煮： 咖啡的酸味可能較為明顯，整體風味可能較為清淡，醇厚度可能較低。
* 中溫沖煮： 咖啡的風味可能較為平衡，酸甜苦的表現可能較為協調。
* 高溫沖煮： 咖啡的苦味可能較為突出，醇厚度可能較高，但可能帶有較多的雜味。
透過這個實驗，學生不僅能學習到手沖咖啡的技巧，更能體驗科學探究的過程，理解操縱變因、控制變因和應變變因在實驗設計中的重要性，並學習如何觀察、記錄和分析實驗數據，進而培養科學思維能力。
