臺灣化學教育

大學化學實驗課程設計與線上教學：臺大普化實驗線上教學—實驗安全與實驗技能

沈晏平

國立臺灣大學化學系
yenping@ntu.edu.tw

n  前言

2021年9月，因應升溫的新冠肺炎疫情，臺灣大學建議全校課程開學前三週先採用遠距教學，待十月再根據疫情的變化將課程調整為實體授課。因此本系普通化學實驗教學組便開始設計對應的線上同步課程，並檢討實施後之教學改進方向。

n  臺灣大學普通化學實驗課程簡介

臺灣大學化學系110學年上學期需要負責23個學系、共約1200位學生的普通化學實驗課程，修課學生均需要參加第一週的實驗安全講習才能進入實驗室進行實作，大部分的學系（約3/4的學生）只需修習一學期的普通化學實驗（如我負責的醫學系和電機系），需要更多化學實驗訓練的系所如化學、物理、化工、農化、材料等則修習二學期的普通化學實驗。專業領域和化學密切相關的系所，則需要繼續修習有機化學實驗和分析化學實驗。

各班之普通化學實驗課均為3小時1學分，由一位專任助教（如本人）搭配2-3位研究生助理助教來進行教學，實驗的儀器和藥品各由一位專任技術人員負責準備。

n  實驗安全和實驗技能的線上教學

過去本系的實驗教學從未嘗試過線上授課。一般實驗課程安排都是在第一堂課進行普化實驗課程簡介與實驗安全教學；而許多應學習的實驗技能，都是在學生初次使用該技能的那堂課才會進行教導。這次的疫情，讓本系普化教學組開始思考兩個方案：第一個方案是當學校開放可實體授課時再進行教學，9月就暫時不開課。第二個方案是先將能於線上進行教學的內容教完，等到開放實體授課後，就能更有效率地讓學生完成實驗操作。

學生學習的時間是寶貴的，不能因疫情而停滯。雖然過去沒有執行過實驗線上教學的經驗，但在普化教學組全體助教及與負責教師的討論規劃下，我們決定全面實施二週線上同步實驗課，包括：第一堂的實驗安全講習，及首次增設關於實驗技能介紹，作為第二次線上課的內容，主要為講解前三個實體實驗課要用到的實驗技能。而後待恢復為可實體教學時，再帶學生完成本學期的實作實驗。實驗安全和實驗技能均是可以於線上教學的內容，其在線上同步和線下實體教學所對應的特色分析如表1。

表1   實驗安全和實驗技能的線上同步教學與線下實體教學比較

教學模式   分析項目	線上同步教學	線下實體教學
實驗安全   教學優勢	學生能清楚地經視訊螢幕圖片看到各裝置的細節	部分學生可以實際操作相關裝置，如滅火器、沖身洗眼裝置等
實驗技能   教學優勢	學生能清楚地觀看教學影片和助教示範，並能立刻進行文字總結	經由教師課堂親自示範後，學生能立刻進行操作演練
備課   困難點	教師需具備遠距教學硬體裝備、穩定網路及熟悉線上教學工具，隨時能運用所需要的線上功能	教師需要快速地巡堂觀察全班60-80位學生的操作，指正學生的錯誤操作

 

n  針對學生特質制訂線上教學目標

這學期負責的實驗班分別是醫學系和電機系一年級學生。針對學生屬性，首先設定了三個教學目標：第一是要幫助學生在後續進行實驗時可以更快速而正確地掌握實驗。第二是讓學生熟悉各種實驗裝置和操作所對應的英文專有名詞。醫學系學生往後在職場進行醫事紀錄或閱讀案例都必須使用英文；電機系學生在開發裝置時，則需要閱讀國際平台上大量的英文技術文件。兩系的學生都需要快速地融入大學的英語教學模式中。第三是提供學生展現自己、練習表達的機會。由於這些剛入學的大一新生彼此間並不熟悉，也希望能增進他們之間的認識。表2是所設計的二課堂教學流程。

表2   兩堂線上同步實驗課程教學流程

內容   時間	第一堂：實驗安全	第二堂：實驗技能
13：20 -13：40	暖場：教學人員和學生自我介紹	暖場：用英文說出常用化學用語
13：40 -14：30	內容一：普化實驗相關規定和評量   內容二：實驗安全講習	內容一：英文版實驗技能文件7份   內容二：實驗器材操作示範
14：30 -14：45	總結：學生發表第一次線上實驗課心得感想	總結：學生發表閱讀英文文件之心得感想
15：00 -15：05	線上小考複習所學	線上小考複習所學

 

n  線上教學紀實

（一）第一堂課：實驗安全

由於每班實驗學生人數多，故同步教學採用臺大購買的Webex線上會議系統，以與全班同學視訊。開課前一周，便經由臺大NTU COOL教學平台寄發電郵，引導學生進行安裝軟體，並建議學生自行測試。接著就正式來到第一堂課，這堂課的重點是要讓學生了解這學期的實驗課程規劃，並認識教學相關人員。首先我先分享自己的學習經歷，包含曾就讀的高中和大學，還有相關工作經歷，拉近和學生的距離。以面對醫學系的學生為例，分享了在大學時參加過傳統醫學研究社，認識了很多醫學系的朋友，也讀過不少普通生物學和人體生理學的醫學系共同筆記，這些朋友常會和醫學系的學弟妹分享心路歷程。像是他們說醫學系要一直面對讀不完的書，而大一大二的壓力相對較小，要好好善用這段時光探索自我、開發興趣，不要覺得爭取好成績就是生活的一切。雖然往後醫學系在選科別會和成績排名有關，但選科別時最重要的是要找到和自己性格相近的科別。例如我有個選外科的朋友就表示，內科的看診週期很長，要不斷進行追蹤和分析；外科上刀快速利落，比較符合他的性格。而他就是在大學的各種實作課程中，發現他有操刀的天分。而面對電機系的學生，則分享我曾在協助學生完成科展的上海公司工作，一年需要接觸一百多個各種領域的專案，會和很多電機專業的同事合作。他們常說，電機系喜歡精準控制的感覺，濕濕黏黏的化學物質對他們而言會很難掌握，而能將電機專業應用在化學領域的人則是稀缺人才。建議同學們可以在這實作實驗課程中去探索，看看自己會不會對化學相關的應用有興趣。接著再請另外兩位協助課堂的碩一研究生助理助教進行自我介紹，並說明學生在實體課時有哪些流程必須與助理助教確認。

介紹完教學人員後便是介紹Webex會議系統。首先隨機指定一位同學在聊天窗口打出「666」，並請他示範鏡頭和麥克風的控制，讓同學們熟悉平台界面。接著讓同學進行自我介紹，增加學生間的互動，使其專注度能維持在這個線上空間。因此先引入了這段話題：「我在上了大學後，直到出社會，發現需要不斷地和不同的人們進行合作，尤其難度越高的工作越是如此。一個高難度的工作，需要數種尖端的技術，很難找到一個人同時擁有這些技術，因此一定需要合作。在職場上，準確地介紹自己，快速地認識他人的特質，都是你們該具備的能力。等待開課的時間中，我和幾位同學簡單地聊過，聽到你們已經選出班代了，那我們就請班代先自我介紹吧！」班代介紹後，我接著說：「這是很好的示範，尤其林同學說，希望大家不要這四年都只叫他班代，要記住他的名字，這樣大家都會對這段介紹有深刻地印象。我會繼續提供4個名額讓同學有機會展示自己，這樣你們之後在系上活動或分組報告時，其他同學都會對介紹過的同學有印象。那麼就請有意願的同學在聊天窗口中發個聲。」醫學系學生持續有人自願進行介紹，而電機系則有中斷的情形，便請前一位分享的同學指定下一位同學進行介紹。這個自我介紹暖場結束後，再繼續進行下個階段的講解，說明此課程在一學期中的時程規劃，需要自行準備的課本、實驗衣和護目鏡、線上非同步學習資料位置、要繳交的報告數量和撰寫方式等。過程中，每個段落都會隨機指定同學在聊天窗口進行總結。線上課堂的最後，隨機指定三位同學，簡短地分享此次線上課程的心得感想。下線後，學生再進到NTU COOL進行5分鐘的線上測驗，以瞭解大家這次線上課程的學習情形。

（二）第二堂課：實驗技能

第二堂課的開始，我先和學生分享自己就讀研究所時的體認：國際上愈好的研究所，對學生的期待會愈高，他們會期待你是一個獨立的研究者，具備獨立進行實驗的能力，因此會預設你應該熟悉很多基礎的實驗技能，例如藥品秤量、溶液配製和實驗裝置架設與操作等，這些都要能獨立完成。反過來説，當你不會這些基礎技能，你的能力會受到質疑。在後續的各種課程中，化學實驗基礎技能只會在我們這門實驗課進行教授，如果沒有學會，往後在研究室，運氣好的話或許能請教學長姊，運氣不好時就只能找資料自己進行惡補。另外又鋪墊了一個常見的情境：「日後如果需要和國外的研究團隊進行交流，要討論實驗怎麼做，你能用英文進行溝通嗎？像是『稱取藥品』的英文應該怎麼說？『隔水加熱』的英文又該怎樣講？為了讓大家具備上述的能力，這堂課我們要學習閱讀英文版的化學實驗基礎技能，這些技能會在後續三個實驗中使用到。各位等下需要從NTU COOL下載指定的文件，會給大家一段時間進行閱讀，接著抽點同學開啟鏡頭和麥克風，口頭總結說明文件中的指定段落。同學在總結前都需要簡短地介紹自己的姓名、就讀高中和興趣嗜好。要閱讀的文件總共有7份（電子天平、藥品稱量、水銀氣壓計、酒精燈、定量分注器、容量瓶、滴定管和滴定技巧），預計50分鐘內讀完。」。每位同學總結說明後，我均會給予簡短的反饋，如內容的補充，或是給予肯定稱許。遇到英文或實驗觀念特別好的同學，會詢問同學是否願意分享是哪些經歷讓他擁有這些能力。下線前預告了這學期都會使用英文投影片，但以中文講解。遇到專有名詞則會直接使用英文詞彙，大家要熟悉實驗中常會用到的英文專有名詞。第二堂課程結束前，請3位同學分享閱讀這7份實驗技能英文版文件的心得感想。最後同樣用NTU COOL進行線上測驗，作為平時成績的評分依據。

n  結語

當整學期的普化實驗課程結束後，與其他屆沒經歷過線上同步課的學生相比，這屆學生的實驗完成度和報告品質並沒有顯著的差異。從另一個角度思考，經歷過線上課的暖場交流設計，得以看到學生們許多不同的面向，也確實提高了我對這屆學生的熟悉程度。

化學實驗是一門實作課程，當受疫情發展限制，必須暫停實體授課但不停學的情勢下，實施線上遠距教學，仍是有可取之處，如：

1.       教師示範實驗時，學生在線上觀看會比在線下來得清晰。

2.       當學生需要依序在全班面前進行交流對談時，線上空間會更適合學生們進行表達。

3.       教師可以隨時進行線上考試，檢測學生的學習成效。

以這二堂實驗安全和實驗技能課程為例，主要是實驗安全講解和實驗技能示範，實施線上同步教學似乎可行。但當進入後續的實作實驗，需要學生實際學習安排實驗流程、架設裝置、操作儀器設備、進行反應、觀察與記錄時，線上教學是無法取代學生在線下的實際操作訓練。然而使用線上教學，確實是能創造大量師生間和同學間的交流機會，營造出一種互助共學的文化。當學生的學習動機被點燃，學生們便會自行去學習各種放在網路上的資源。每個特定時空的教師和學生都有他們要面對的問題，因此當教師設定好適合那個時空的教學目標，不論是線上遠距還是線下實體教學，只要能達成學習目標就是好的教學模式。當未來有教師需要開發實驗線上課時，希望本文分享的線上教學經驗能提供一些幫助。