高中化學教學經驗分享

曹淇峰

台北市立建國中學
[email protected] 

  前言

    教書已進入第30年的我，很幸運在今年(2022年)獲得教育部師鐸獎的肯定，容我來分享一些高中化學教育的經驗，希望對年輕的高中化學教師擘劃人生藍圖，有一點點幫助。

  回顧自我成長與學習，感念師恩

    我來自彰化果農家庭。國二時，母親中風讓原本貧困的家庭更加雪上加霜！幸運的是，老師伸出援手，讓我的學習不中斷；從到處打工的果農之子，幸運考上臺灣師範大學化學系，在公費資助下完成學業，成為站在講台的化學教師，是教育與老師的愛翻轉我的生命！

    化學的英文是Chemistry，拆解出來就是Chem is try，化學在不斷探究的過程中，保持小心求證，求真的精神，和杜威的「做中學」教育理論不謀而合。我們化學系畢業的學生，有一雙會做實驗靈巧的手，如果再加上溫暖的心、創新的腦，會是成就他人的最佳利器。

    我曾經帶領台北市建國中學學生舉辦基隆山區小校的科學營，教導學生團隊合作，設計趣味的科學實驗，帶著小朋友一起做實驗，這些高中生們發現扶弱助困，奉獻愛心，原來不是遙不可及的事。回到學校，我請學生做些回饋反思，學生說「這是一趟給予的旅程，然而我們卻得到了更多」、「從孩子天真與好奇的眼神中，彷彿看到以前的自己。」學生們在合作服務學習中，找到人生的價值；在自己所服務的孩童身上，得到滿滿的回饋；感受到「豐盛的生命來自付出，幸福的滋味來自感恩」的喜樂。在班會課的時候，大家居然決議再辦一場，於是台北市中正區弱勢學童科學營誕生了。

    在教育這方面，我的座右銘是「大合作，大成就！」同科教師合作教學，可建構完善的教學模式，多元的教學評量。不同科別教師合作教學，可建構學校的特色課程，提升學生學習層次。大學端若與高中教師合作教學，可以追求臺灣卓越，和世界並駕齊驅！

    陪伴、感恩、合作是教學的日常，我們陪伴需要溫暖的學生，鼓勵學生做個施比受更有福的人，常懷感恩心，相信教育能翻轉生命，一同合作創造生命奇蹟，擔任教師可以是一生最大的志業。

  國際化學奧林匹亞競賽讓世界看見臺灣莘莘學子的出類拔萃！

    國際化學奧林匹亞(IChO)競賽已經是高中化學競賽的最高殿堂，是我國頂尖化學人才挑戰自我的國際舞台，美國、歐洲的名校更提供優厚獎學金供獲得金牌的各國學生就讀。這項活動從早期的交流為主，到目前已是各國科學教育角力的場合，近年來前幾名幾乎由美國、中國與俄羅斯包辦，臺灣表現優異，經常維持在前5名。

    國際化學奧林匹亞競賽每年只能選拔四位國手參賽，競爭非常激烈，化學實作在國際化學奧林匹亞競賽中占分達到 40%，相當關鍵。基於安全考量，學生必須有教師陪伴，才能在化學實驗室進行實驗。二十多年實驗室的陪伴與指導，師徒一步一腳印傳承不只是技術，還有教育的愛。從優秀到卓越，學生們在獲得國際化學奧林匹亞競賽金牌的過程中，豐厚科學素養，開展自己潛能，未來能成為卓越的科學家，甚至改變世界。

    負責訓練的國家教練團由大學教授們和一名高中教師組成，高中教師主要擔負學生輔導與試題翻譯打字工作，感謝歷屆主辦教授方泰山教授、姚清發教授、張一知教授的肯定與信任，讓我擔任國家教練團高中教師6次，指導學生榮獲國際化學奧林匹亞競賽6金1銀，同事說我是金牌教師，但我總覺得每次比賽都有一種使命感，大家一起讓臺灣囝仔站上國際頒獎台，讓世界看見臺灣莘莘學子的出類拔萃！如履薄冰的完成任務回國後，我也利用期刊發表（曹淇峰2015，2016）分享參賽經驗，期待更多後進加入國家教練團的行列。

  教師專業精進，深植高中科學教育的根基
    我建議高中化學教師要有自己的一套自編教材，集合各版本的優點，建立自己的教學脈絡，教學專業才能累積。我也認同閱讀的重要，閱讀是孩子帶的走的能力，新課綱的多元選修給了教師很大的開課空間，我曾經開了一門「科普寫作與表達」課程，現在建中則提升層次，將「專題寫作與表達」列為校定必修。這幾年，我開了一門選修課程「化學讀書會」，帶領學生經營讀書會，也頗有意思。現在的學生學習管道與方式都非常多元，我們老師們也要不斷的精進自己，多參加研習，多吸收新的教學方法，才不會被時代淘汰。

    幾年前，我擔任國科會高瞻計畫子計畫二主持人 3 年，與邱美虹教授一起帶領建中師生研發探索式化學實驗課程，順應教育新趨勢，將食譜式的化學實驗變成探究式的化學實驗，首先開設選修課程，更在日本靜岡、台日雙邊科學教育(2014)與日本SSH高校進行二次國際課程交流。探究式實驗課程成為現在科學實驗課程的新思潮，108課綱也新增了必修課程自然探究與實作。

  「六步一條龍教學法」發現問題，提升教學效果

    教學方法琳瑯滿目，我最常用的是「六步一條龍教學法」（見圖1），也提供給新進教師參考，希望能幫他們快速上手應用在教育現場。首先「觀察」學生的表情或行為，聽學生提出的「問題」，「覺知」自己教學的不足與學生的困頓所在，再度對「同儕」旁敲側擊，確認問題所在，提出解決問題的「策略」，再藉由「學習環境」的力量輔助，因材施教，提高自己的教學成效。

1六步一條龍教學法

    有一個學生Nathan雖然在校內化學競賽中筆試獨佔鰲頭，但實作成績卻墊底，「觀察」到這樣的現象，學生告訴我他的問題，他不會做實驗，但我們要「覺知」問題的所在。有一次做滴定實驗，我發現他眼睛看到指示劑變色，手卻沒辦法馬上關閉活栓，透過同學與媽媽的說法，才知Nathan是個安胎兒，先天感覺統合失調，手眼不協調讓他在實驗時感到無比挫折。我鼓勵Nathan：「實作能力可以透過練習來改善，老師可以陪你一起練。」我的改進「策略」是多做實驗，而「學習環境」是化學實驗室與管理員。基於安全考量，一定要有教師在場，學生才能做化學實驗，我與實驗室阿姨，陪著Nathan度過無數次的午休、放學時間，有時只為了修正一個動作，Nathan反覆練習10 次以上，苦不堪言。Nathan的堅毅加上篤信基督教，讓曾經失落的他，慢慢走出低谷。感謝上帝，一年後Nathan真的成為國際化學奧林匹亞國手，榮獲金牌為國爭光。Nathan深信「你手若有行善的力量，不可推辭，就當向那應得的人施行」，他目前已是臺大醫院主治醫師，造福社會。

    成功不必在我！成功的制度比成功的人更重要！我們在教育現場，要注重長遠可行制度的建立，例如建中化學科教師團隊合作，共備同年級的課程計畫、共同編製化學實作教材計畫、教學評量聯合命題審題計畫、校隊培訓計畫、擔任特殊班任課教師輪替制度、課程研發計畫…，讓每個學生進來這個學校就讀，遇到的不只是好老師，更是好團隊。除了努力之外，我鼓勵老師們選擇一個值得你投入的團隊，更容易成功。

  偏鄉服務，提升中小學學生科學實驗操作能力

    「提升學生實驗操作能力」是一個難度很高的計畫，該計畫主持人臺灣師範大學(簡稱台師大)姚清發教授，也是中央輔導團自然領域召集人，用心規劃面面俱到，從教師、大學生與中小學學生三方面同時展開（見圖2）。自108年迄今，利用周末在臺灣各縣市辦理提升實驗操作能力計畫教師研習營超過30場，參與化學研習教師超過400人。大學生研習營部分，每年培訓一百多位大學生暑假至全台各地中小學辦理科學營隊，每年受惠的中小學生超過千人。中央輔導團自然領域團隊也直接辦理中小學生的提升實驗操作能力研習營，主要對象是學習或經濟弱勢的學生，在台師大辦理超過 6場，偏鄉5 場，離島5 場，參與研習的優先關懷、偏鄉、離島學生超過4000人（姚清發2019-2022）。計畫目前持續進行中。正所謂「大合作，大成就！」我在裡面雖然只是一個小小的講師，但是每每看到計劃能有這麼多人受益，看到參加研習的教師、大學生們即使犧牲周末、暑假假期，研習後學員們滿滿的肯定和感謝的神情，心靈上真的是莫大的成就。在此特別感謝長期投入提升中小學科學教育的姚清發教授，邀請我加入偏鄉服務的團隊，讓我有機會貢獻己力。我曾是苦孩子，我希望臺灣的苦孩子有機會像我一樣，走出困頓。

 

圖2（左）周末教師研習營 （右）中小學生營隊

  杏壇深耕三十載，一步一腳印的美好歷程

    我非常感謝學校的行政團隊，堅持「行政支援教學」理念，全力奧援老師們精進教學，化學實驗室謝小姐20幾年來的盡心協助，讓我得以盡情發揮所長，協助學生們得以全心投入為國爭光。

    行政支援教學，我也曾擔任支援教學的行政團隊，設備組長、科學班班主任、資優班召集人，在化學課堂以外，支援其他為校為國爭光的教練與選手們。教師會研發組長、自然科召集人、教學輔導教師，聯絡教師感情與年輕教師夥伴一同成長。北市科展評審、教師甄選委員、國中基測推動委員、大考中心試題分析教師、高中輔導團教師、受邀國中講座等，一同為教育奉獻心力。

    年少的困苦環境讓我不得不讀公費的師範體系，想不到教師工作一做就是30年，春風化雨的滋味人人感受不同，我鼓勵年輕的教師們，相信現在遇見的，都是上天最好的安排。今年獲學校推薦參與評選，回想教育翻轉生命，創造生命奇蹟的歷程，深深感受教師可以是一生的志業，一生的責任與榮譽。

    身為高中化學教師的我，只有教材是我自己編的，學生是我陪伴的，而所有的榮譽都是團隊的成果，扶弱與拔尖是「大合作，大成就」的印證，教師可以鼓勵學生做個施比受更有福的人，因為「奉獻的生活，是最富足的生活」！

  誌謝

    感謝臺灣化學教育主編邱美虹教授的邀請，非常榮幸在本刊與教育界生力軍們分享高中化學教育經驗，希望大家持續保持對教育的熱情與初衷。

    林肯總統說過「我不一定會成功，但我定不會辜負我所擁有的」，我很幸運，擁有紅樓才子、擁有建中化學教學團隊、扶助提攜我的貴人們，感謝教育部與國際化學奧林匹亞國家教練團成員們，讓世界看到臺灣學生的卓越，讓國際看到臺灣教師的優秀。

    感謝臺北市政府教育局評審委員推薦與肯定，得到教育界最高榮譽「師鐸獎」的鼓勵，讓我們的團隊努力受肯定。

    謝謝30年來與我相遇的所有學生，你們都是我生命中美好回憶的一部份，希望我在你們的心中一直是那個「和藹可親，有您就安心」的CFT（見圖3）。

圖3 畢業學生致贈的「好讚」講座，將我的英文名字CFT翻成Considerate Friendly Teacher 。

    「你來自哪裡不重要，重要的是你要往哪裡去？」，年輕教師的熱情是教育的活力泉源，期待你們一起帶領學生們成就他人，創造生命的奇蹟。

  參考資料

曹淇峰(2015)。國際化學奧林匹亞對高中化學教育的影響。臺灣化學教育。第10期。2015年11月。

曹淇峰(2016)。青蒿素。科學研習。APR 2016。NO55-04。

姚清發(2019-2022)。提升國民中小學自然領域實驗操作能力計畫成果報告。教育部國教署。

透過遠距教學推廣科普活動

李俊穎

[email protected]

n  前言

筆者服務於新北市立光復高中，多年來皆有申請競爭型計畫，以維持科普推廣活動的經費開支。在109學年度，因遭受全球新冠肺炎流行的影響，導致全台防疫升級，而使得原先規劃的偏鄉營隊活動和社區科普推廣活動無法順利如期舉辦。在去年（2021年）下半年，筆者向新北市教育局申請變更計畫，變更為以「多媒體呈現」和「遠距教學」兩大主軸辦理相關推廣活動，因而催生這次遠距教學，得以延續多年的科普推廣活動。在這遠距教學中，規劃兩項趣味科學實驗單元作為活動教材，利用線上表單報名，在教學開始前一週寄送實驗材料包至學員家中，透過Google Meet視訊平台進行同步遠距教學。我們也預先錄製教學影片，上傳至YouTube平台，提供非同步的遠距教學。圖一是在遠距視訊中教師示範操作實驗的情形。

圖一：透過遠距視訊平台，教師示範實驗步驟的操作

n  活動構思與課程設計

本次遠距教學推廣科普活動本著以實際操作實驗為目的，挑選兩則平易近人且安全無虞的實驗單元，分別為「天氣瓶與防疫酒精」和「磁吸史萊姆鼻涕蟲」。

由於在進行遠距教學時，無法如同在實驗室的實驗操作，教師無法隨時留意學員的操作情形並且為學員的安全把關，因此實驗設計的「安全性」為首要考量。其次考量為實驗設計的「趣味性」與「科普性」，最初在構思可行的課程主題時，必須能夠吸引一般社會大眾，且能輕易上手操作，也期望能讓家長陪同學童按部就班完成實驗操作，達到親子同樂和親子共學的目的。在選定實驗單元之後，開始準備以下工作：

  編製教學指引與學習單

。「天氣瓶與防疫酒精」和「磁吸史萊姆鼻涕蟲」學習單，如附錄一所示。

  配置材料包的內容

由於學員必須在家中進行實驗操作，因此實驗材料包必須包含完整的器材、藥品，而且需要考量整體經費的支出才能規劃每份材料包的單價及數量；為了確保學員操作實驗的安全，以塑膠製的燒杯和量筒取代玻璃器材，使用木片冰棒棍代替玻璃攪拌棒；使用到的固體藥品粉末，必須事先秤量特定的質量，分別裝入小夾鏈袋中，並以標籤紙標示清楚。

  建構遠距教學的設備

遠距教學的進行有賴於網路與資訊設備等媒介，事先確認學校實驗室的網路狀況、拍攝器材、收音器材、燈光搭配…等，確保在遠距教學時能有效地引導學員進行實驗操作。圖二為在化學實驗室建構遠距教學設備。

圖二：在化學實驗室建構遠距教學設備

  安排報名流程與課程進行方式

為確保學員能確實收到實驗材料包，事前需要設計完善的報名表單及相關流程，在收到報名表單後，依報名時間先後排定錄取名單和備取名單，接著透過電話確認後，決定最後的錄取名單，並利用報名表單蒐集學員聯絡方式，於教學開始前一週便寄送材料包至學員家中。兩個實驗單元的材料包的內容物，如圖三所示。

圖三：材料包的內容物，天氣瓶與防疫酒精（左），磁吸史萊姆鼻涕蟲（右）

n  遠距教學方式與實際執行情形

  規劃階段

(一) 決定活動屬性與受眾

本次線上遠距趣味科普活動，希望受眾不受到年齡限制，國小中年級以上即可，因為年紀太小無法進行精細的操作而有一定的危險性。這次活動決定設定試驗屬性往較為平易近人且可以動手製作紀念品的方向思考，因此決定以「天氣瓶與防疫酒精」和「磁吸史萊姆鼻涕蟲」作為本次活動的主題。

(二) 擬定進行方式與媒介

經團隊共同討論後，考量並非所有學員都有良好的遠距視訊設備，且時間上可能會無法配合共同時間，因此設計之初便往提供「線上同步教學」與「非同步教學」的方向安排。線上同步教學係透過Google Classroom線上會議空間，由教師帶領學員依據材料包中的學習單，動手逐步操作實驗，並解透過視訊解說實驗原理和生活應用。非同步的課程則是預先錄製課程的操作教學影片，經妥善的安排、剪輯之後，上傳到YouTube平台上。待學員收到材料包之後，可以依照學習單上的學習指引，自行安排合適的時間，依教學影片自行逐步完成實驗操作。非同步教學的影片，如附錄二所示。

(三) 工作分配與時程規劃

依筆者與社團幹部分工為例，此次遠距科普活動團隊的工作分配，如表一所述。此次遠距教學的時程規劃，如圖四所示。

表一：遠距科普活動團隊的工作分配

  教學前準備階段

       教學測試選定實驗的可行性，並確定使用的器材和藥品的用量。

       教師與社團學生討論課程內容並確定學習單的架構。

       教師確定實驗材料包中內容物的品項及其數量，如圖五所示。

       請購材料和藥品，如圖五所示。

       藥品分裝並貼妥標籤，其餘器材預先準備所需份量，如圖五所示。

       拍攝教學影片並後製，上傳到YouTube平台。

       印製教學指引和學習單。

       公告網路報名資訊。

       完成材料包裝箱並確認，如圖六和七所示。

    整理報名的學員名單與聯絡資訊。

    寄送材料包到學員家中，如圖八所示。

    進行網路環境測試，測試遠距實驗教學，再次確認當日工作人員分工，如圖八所示。

圖五：材料包的內容物，器材藥品和學習單（左），學習單、科普紀念品及學校與社團DM（右）

圖六：活動限定科普推廣吸水陶瓷杯墊（右），確認分裝藥品和材料份數（左）

圖七：社團幹部進行材料包裝箱作業（左），確認與檢核材料包的內容物（右）

圖八：完成140箱材料包待裝箱並寄送（左），網路環境測試與課程進行測試（右）

  教學中實施階段

       再次確認網路環境是否得以負荷遠距課程，並確認學員上線。

       引導學員核對材料包中的器材、藥品及活動紀念品。

       逐步引導學員操作步驟，並透過視訊會議與訊息確認學員是否有跟上步驟，如圖九所示。

       提示學習學習單中的紀錄欄位，引導學員適時紀錄實驗結果。

       透過視訊鏡頭讓學員展示自己的實驗成果，如圖十所示。

       時間，並進行原理及生活應用的說明。

       提醒網路平台的互動資訊。

圖九：在遠距教學過程中，教師逐步帶領學員操作實驗（左），工作人員透過電腦監控視訊會議訊息欄（右）

圖十：教師向學員示範製作成品（左），學員透過視訊鏡頭分享自己的實驗成果（右）

  教學後互動階段

       整理回饋單。

       於粉絲專頁上公布課程小挑戰的答案。

       辦理參與回答的學員後續抽獎活動。

       於粉絲專頁上回覆學員後續的提問。

n  實驗單元的教與學內容

【實驗單元一】：天氣瓶與防疫酒精

  學習目標

本科普活動的實驗操作分成兩部分進行，第一部分逐步引導學員依正確步驟與比例混合氯化銨、硝酸鉀配製成水溶液，配製天然樟腦的酒精溶液，兩者於玻璃瓶中混合成天氣瓶。第二部分則是利用剩餘的95%酒精，按照正確的比例稀釋成75%的防疫消毒酒精。

依照認知、技能及情意領域，天氣瓶與防疫酒精的學習目標，如表二所示。

表二：天氣瓶與防疫酒精的學習目標

  實驗操作與數據紀錄的引導

     實驗操作的指導

由於天氣瓶的製作力求溶液配製的正確比例，因此指導學員操作時需要不斷地提醒並強調溶劑量取時的精確性。由於參與活動的學員大多是小學中、高年級的學生，在原本的學習階段較無使用實驗器材的經驗，即便有經驗的學員也不清楚量取體積之重點為何，因此在指導時需要特別強調量取的方式，例如眼睛平視液面以判讀刻度、刻度讀取須對齊液面凹陷處、可以使用滴管輔助滴入少量液體…等，在此過程中也會麻煩家長進行必要的協助。

由於學員多半沒有實驗操作的經驗，因此在完成每個步驟後，教師必須強調完成後的狀態為何，例如溶質倒入固定體積的水中溶解，以木棒攪拌至溶液完全澄清才算是攪拌均勻，又如混合水溶液和酒精溶液後會在交界處產生白色雲朵狀的沉澱物…等。

由於學員的年齡層普遍年幼，因此在操作過程中的解說應該適時降低難度或找尋更適切的比喻，筆者在本次教學經驗中，原理力求簡單化，簡略帶過即可，只要讓學員對核心概念有印象即可，例如天氣瓶中的成分在溶液中的溶解度會受到溫度影響，溫度越高溶解度越大，產生的沉澱物或結晶越少。利用此簡單的概念透過觀察瓶中的結晶量來推估大致的氣溫，其他深入的知識內容或進階原理，則放入學習單中的補充資料以供學員或其家長自由選擇閱讀。

     實驗觀察與紀錄的引導

學習單中的數據記錄區分成三個部分，如下所述：

第一部分：在天氣瓶製作時需要事先配製水溶液與酒精溶液，由於水溶液中溶有氯化銨和硝酸鉀，這兩種藥品都是易溶於水的鹽類，因此溶液攪拌均勻後為澄清透明的溶液。而酒精溶液中溶有樟腦，當混合均勻時亦為澄清透明的溶液。在上述兩種溶液混合後在兩者接觸的界面會產生白色沉澱，可以讓學員仔細觀察並記錄之。

第二部分：在上述溶液混合之後，以熱水浴隔水加熱，由於溶解度隨溫度上升而增加，可提醒學員記錄沉澱物逐漸消失，觀察溶解度隨溫度而改變。

第三部分：利用酒精稀釋成防疫酒精，當水和95%酒精混合時，因折射率改變而產生擾動現象不太容易觀察，可以事先提醒學員仔細觀察瓶內光影的變化，並且藉此說明生活中溶液濃度改變時，其折射率亦會隨之改變的情形。

  問題與討論

在學習單的最後，設計五則簡單的問題作為小挑戰，並在臉書粉絲專頁上公布答案以提供與學員進行後續互動的機會。五則問題與其簡要答案，如附錄三所示。

       天氣瓶含有三種主要材料，硝酸鉀、氯化銨以及天然樟腦，哪些是屬於水溶性？哪些是屬於脂溶性呢？

       在完成天氣瓶製作後，瓶內的溶質隨著外界氣溫越高，溶解度會有什麼變化？

       當天氣變冷時，我們可以從天氣瓶內看到什麼樣子的結晶？

       我們可以用95%的市售酒精用水稀釋作為防疫消毒酒精，大約依照怎麼樣的比例混合就可以了呢？

       水與酒精不具備「體積的加成性」，請問當兩者混合時，體積會比預期的多還是少？

【實驗單元二】：磁吸史萊姆鼻涕蟲

  學習目標

本科普活動的實驗操作係利用透明膠水（含聚乙烯醇）、白膠（內含聚醋酸乙烯等），經由適當稀釋後，逐滴加入飽和硼砂水溶液，進行交聯作用而產生半固態的化學黏土或是具有彈性的彈性球，並提供磁鐵粉讓學員可以自由滲入混合溶液中，使得最後的史萊姆鼻涕蟲可以被強力磁鐵吸引，提供另一層次的玩法與實驗體驗。

依認知、技能、情意領域，磁吸史萊姆鼻涕蟲的學習目標，如表三所示。

表三：磁吸史萊姆鼻涕蟲的學習目標

  實驗操作與實驗數據紀錄的引導

     實驗操作的指導

史萊姆鼻涕蟲的實驗操作著重在膠水或白膠逐漸固化過程的實驗觀察，透過飽和硼砂水溶液的滴加，逐滴攪拌並感受黏稠度的增加是很重要的體驗，因此在指導過程中需要提醒學員切勿心急，要耐心操作。

製作史萊姆鼻涕蟲時，磁鐵粉的添加與否並不會影響交聯作用的觀察，但會影響最後的成品是否具有磁性而被強力磁鐵吸引，因此可以在教學之初給予學員自行選擇是否需要添加，沒有添加磁鐵粉的成品顏色較為透明清澈，反之有添加磁鐵粉的成品則呈黑色，有些學生會因為外觀是否好看而影響他們操作的選擇。

本實驗隨著滴入的硼砂水溶液多寡，而決定最後成品的流動性，適當添加少量的硼砂水溶液時，成品會呈現半固態、具些良好延伸性的化學黏土，可以讓學員挑戰拉長而不斷裂。若這個實驗應用在實體實驗課時，可以讓學員分組挑戰如何讓自己的史萊姆鼻涕蟲可以拉到最長；若添加的硼砂水溶液較多，則成品會呈現具有彈性的固態球狀物，可以讓學員挑戰測量從固定高度釋放至桌面彈起的高度，並且進行數據的紀錄與測量。

由於史萊姆鼻涕蟲為具極性官能基聚合物的交聯產物，因此對紙張、織物有很強的黏著力。在操作過程中，教師應適時提醒學員盡量避免接觸衣物、頭髮，並且在實驗結束後提醒學員實驗成品裝到材料包裡的夾鏈袋中保存，如此可以延長把玩化學黏土的時間。

     實驗觀察和數據紀錄的引導

在學習單中的數據記錄區分成三個部分，如下所述：

第一部分：希望學員在製作史萊姆鼻涕蟲之時，能夠培養細心的觀察能力，因此希望學員記錄滴加多少滴的飽和硼砂水溶液之後，膠水交聯的程度足以直接取出用手揉捏。

第二部分：針對製作完成的成品，進行測量之練習，例如小心拉伸史萊姆鼻涕蟲，設法測得最長可以延伸至多少公分，或是水平延展成膜狀測量其直徑或是長寬。

第三部分：滴加較多的硼砂水溶液到膠水或白膠中，使其交聯形成彈性球，可以測量其彈跳的高度；或是以強力磁鐵吸引史萊姆鼻涕蟲，測量其受到磁力吸引而延展的長度。

  問題與討論

在學習單的最後，設計5則簡單的問題作為小挑戰，並在臉書粉絲專頁上公布答案以提供與學員進行後續互動的機會。五則問題與其簡要答案，如附錄三所示。

       當添加硼砂水溶液到膠水之中，會改變其中聚合物的結構，這樣的改變會傾向變成鏈狀的還是網狀的呢？

       在製作磁吸史萊姆的過程，使用到磁鐵粉是一種鐵的氧化物，它的化學式是什麼？

       在添加較多的硼砂水溶液到膠水中後，變硬的膠水會變成有彈性的彈力球，若加入硼砂水溶液太多時，彈力球在彈跳時可能會破損，破損的狀況是怎麼樣呢？

       如果你有嘗試製作不添加磁鐵粉的鼻涕蟲，要注意什麼才可以讓你的鼻涕蟲保持透明又透光呢？

       使用白膠製作史萊姆時，要達到相同程度的狀態，白膠版本所需要加入的硼砂水溶液會比較多還是比較少？

n  遠距課程與傳統實作課程的分析比較

筆者曾於疫情爆發之前，辦理過多年的實體科普實作推廣活動，參考過往經驗，分析並比較傳統實體實作教學與網路遠距實作教學的差異，如表四所示。

表四：傳統實體實作教學與網路遠距實作教學的差異

n  結語

現在全球的學習環境逐漸邁入後疫情時代，在居家隔離或在家工作的生活型態來臨之際，人們開始透過科技的力量克服許多困難。拜科技之賜，距離與地域的限制已逐漸消失在地球村，新的學習方式也逐漸成形，這一切的改變當然也適用於科學教育之中。

危機即為轉機，雖然原先規劃的推廣活動遭受疫情影響而導致無法如期進行，但是開始嘗試透過網路進行遠距教學推廣科普活動，意外地發現我們可以擁有更廣泛的受眾、並且增強即時回饋和居家環境的親子共學的益處，這些都是在嘗試過後才發現的美好事物。

由於科學實驗操作有其危險性，因此遠距教學依然有其限制，在課程的規劃方面應該避免使用有毒性的、強酸鹼的或刺激性的化學藥品。在螢幕的後方有很多不確定的因素，我們很難及時掌握學員的動向與安全，教師有責任在規劃實驗課程時為學員做第一線的安全把關。傳統上，實體的操作示範實驗有無法取代的優勢，在建立完整且正確的實驗方法與實驗安全倫理，還是有賴於實體課程的操作。

希望藉由本文的分享，期望見到各位科學教育同好和先進有更多元的想法，在後疫情時代創造更多的可能性，以提升學子的科學探索知能並且強化他們的學習興趣。

n  誌謝

感謝新北市教育局提供經費並同意變更計畫；感謝光復高級中學行政團隊的支持與配合；感謝本校學生科學魔法社成員辛苦的服務與付出。為表達感謝之意，分享這次科普活動新聞媒體的報導，如附錄四所示。

n  附錄

一、遠距教學指引手冊和學習單

圖十一：天氣瓶與防疫酒精（左），磁吸史萊姆鼻涕蟲（右）的QR code
（透過網址下載學習單：天氣瓶與防疫酒精，磁吸史萊姆鼻涕蟲）

二、非同步教學影片

圖十二：天氣瓶與防疫酒精（左），磁吸史萊姆鼻涕蟲（右）
（影片超連結：天氣瓶與防疫酒精；磁吸史萊姆鼻涕蟲）

三、教學後問題與討論

下載教學後問題與其簡要答案：天氣瓶與防疫酒精和磁吸史萊姆鼻涕蟲。

四、新聞媒體報導

       大豐新聞 用直播教化學實驗 光復高中創新授課，http://youtu.be/ts0QfkwFP3c

       新北光復高中推出趣味科學課程 帶民眾線上遠距做實驗，https://bit.ly/3NcRzOw

翻轉教室在基礎化學課程實施的經驗談

翁榮源

靜宜大學應用化學系
[email protected]

n  前言

所有的事情全部得回歸到去年教授休假回來說起，有一陣子沒上課了，多少有點興奮感，但從開學第一天開始，逐步的發覺，現在的大學生和以前已經有極大的不同。最主要的是科技工具的進步，大學生人手一部iPad/iPhone不定時的上網和同學Line，已經是每一位年輕同學生活的一部分。至於本人個人從有機金屬化學合成研究跳到化學教育研究領域已經二十多年，幾乎每年都在從事化學教育的改進，不管是學校和科技部的計畫，好像每年不做一點進步，就跟不上時代與科技的浪潮。縱使個人做任何的努力，總是會有一部分的同學睡覺╱打手機╱聊天/寫報告，在大學的化學教育課堂上，似乎只能放棄跟不上的學生群，精英教學的魔咒永遠無法脫離一般大學化學教師的教學困境。

n  臺灣的翻轉教室

臺灣的教育界從2015年開始，中山女高的張輝誠老師與臺灣大學的葉丙成教授登高一呼，似乎有一股翻轉教室的旋風開始在臺灣的教育界捲起教與學的翻轉，到處都有一些新學校與新教師投入翻轉教室的行列。尤其是在Youtube上有一大堆教學影片，自己也開始思考，化學教育能否也能進行教室還給學生的翻轉教室模式？花了許多的時間經過縝密的設計，終於進行了臺灣第一個大學化學翻轉教室。

臺灣大學葉丙成教授提到翻轉教室有兩種：一種是廣義的翻轉，只要教師與學生的角色互換，從傳統的集中授課以教師為中心變成新式的以學生為主體的學生為中心方式就是廣義翻轉。由於各種不同的執行模式，教師不再像過去一樣的在課堂授課，因此造成一些同學與家長的指責，成效不如預期，許多教師翻轉半天，最後還是回到較為簡單也沒有爭議的傳統教學法，尤其是不使用任何科技的黑板粉筆教學。另一種為狹義的翻轉，透過精密的規劃，也就是中山女高張輝誠老師的「學思達」模式：最重要的執行要點有三：(一)、把教室講台還給同學，教師不再授課，學生在家看影片章節內容自學。(二)、到學校做作業並討論答案，透過預先安排好的小組在同儕間討論建構知識。(三)、所有的知識由同學解釋完成，教師只能設計引導讓同學自行講出答案。因為規畫明確，執行起來較無爭議，成效較為明顯，目前廣泛的被大多數教師採用。

n  靜宜大學基礎化學翻轉教學

下面是本人在靜宜大學大一基礎化學翻轉教學，兩年來執行的過程：

一、  上課前

靜宜大學基礎化學課程是3個學分，每個禮拜有3節課，本人的翻轉教室執行模式主要是以問題引導為主軸，除了一定的課本內容以外，系上也有要求一定的英文教科書與化學基礎知識內容必須完全的照顧到。因此找到美國ACS大學化學測驗題做為核心[1]，每一個章節找出15題核心知識內容單選題，一節課以5題為重心，一般而言是本人先設計好，再透過E-Mail給化學教育專家修正建議，定案後公告給學生預先搜尋答案及其原因。接下來就是把過去上課的PPT投影片做大幅修正，每一章濃縮成15個投影片，一個投影片就是一個核心概念，盡量地不說出問題的真正答案，讓學生自己思考出答案。影片是使用Microsoft的免費OfficeMix軟體進行錄影，將影片內容放在Youtube平台上，透過FaceBook粉絲團發布訊息，學生在上課前會有題目和影片，先預習完再到課堂上課。

所有學生在第一節課時就被要求要上FB粉絲團按讚（見圖一），並依照化學程度自行找好組員，分配不同角色，隊長統籌一切，教練╱師兄╱徒弟╱跟班，各個角色互相協助互動，教師則從旁鼓勵引導。本人在成績設計上給予隊長學期總分90分起跳之優惠（沒有缺課請假），事後發覺非常有用。由於學生在家已經進行學習活動，因此真正上課時本人會將時間濃縮，變成每節課只有30分鐘左右，上課一開始就是小組討論，互相討論答案和原因（為什麼很重要），10分鐘以後再進行抽籤問答，討論期間教師遊走於小組間，督促隊長盡到領導工作，跟同學討論答案，找出沒有準備課程內容同學，督促與追蹤其下一次之預習行為。所有修課同學必須到FB粉絲團按讚，所有課程相關訊息都在FB粉絲團公告，當然每次下課後之平時考試連結與時間截止日期都會在這裡提醒。任課教師當然也必須立即在FB粉絲團中公告所有上課各組加分情形和缺課同學扣分名單以及未及時提交平時測驗同學名單等等訊息。也就是FB粉絲團就是老師與同學的交流平台，同學與老師都可以在這個平台上互相交流，任何課程內容觀念不了解的地方也可以透過這個平台與找到正確解答，或者溝通澄清。

圖一：靜宜大學大一基礎化學課程FB粉絲團

 

二、  上課了

本來是準備兩個籤筒，一個是組別籤，一個是角色籤，但想到科技進步到這個程度，總可以有更進步的方法。找到程式碼設計本翻轉教室的抽籤網頁[2]，可以掛在任何伺服器上使用，當然也可以直接連結網址，直接更改姓名使用。剛開始上課，所有同學按照小組坐在一起，每一節課（50分鐘）花10分鐘時間討論5題關鍵單選題（預先公告在FB粉絲團）[3]，重要的是不只要知道答案，要了解與說明為什麼是這個答案，只知道答案沒有用。教師則到處遊走，鼓勵同學討論，抓出沒準備同學，引導隊長主導討論流程。

停止討論後，逐題抽籤問答，答錯立刻由其他各組舉手搶答，只要是正確答案，立刻問〝為什麼？〞，把原來要教的內容，靠教師預先準備的引導流程，透過個人的主持功力，想辦法從同學口中說出來（見圖二）。原則上依照排定的角色，隊長答對時整組+1分╱教練答對時整組+2╱師兄答對時整組+3╱徒弟答對時整組+4╱跟班答對時整組+5，搶答時不照角色限制，任何人搶答答對整組+5，第二次補充答對整組+4，第三次補充答對整組+3，第四次補充答對整組+2，第五次補充答對整組+1。原則上答案會在第三次就補充答題完成，教師則盡量控制自己千萬不要講出答案，所有知識內容一定要透過學生口中完成。所有題目以及答案內容完全依照之前傳統教學時之內容修正而成，預先寫清楚〝關鍵話句〞會最好。

 

 

圖二：實際上課時同學互相分組討論以及抽籤搶答情形

在此舉兩個例題：原子結構和物質三態，如下所述。

第一個範例：原子結構

(a)西瓜  (b)投手  (c)汽車  (d)螞蟻  (e)房子

答案是(d)螞蟻，為什麼？原子核的體積只占原子體積的幾千億分之一。然而，在這極小的原子核裡卻集中了約99.95％的原子質量。原子核極其渺小，如果將原子比喻為操場的中間有一個顆棒球，這就是大致的原子與原子核比例大小。電子則是幾乎不占任何體積，並且繞著原子核不斷旋轉，永生不息。為什麼不會正負電中和，離心力與吸引力互相抵銷，所以電子運動速率要非常快，幾乎跟光速一樣。

第二個範例：物質三態

(a)鉛  (b)汞  (c)鈦  (d)矽  (e)硫 

答案是(b)汞，為什麼？需要拿出市售的魔術骰子給同學參考，另外也讓同學看一下破解的魔術骰子結構。6點的那一面是個蓋子裡面有兩種液體（汞和油）。液態的水銀的比重非常大，但是要如何丟出來所有你要的號碼？骰子的中心為空心，灌入一半的水銀和一半的沙拉油。丟骰子時，需要讓骰子中的液體略為沉澱在底部，由於液態汞的比重非常大，丟出去時一下子無法變動，就會丟出你所呈現的號碼。氣體立即充滿容器，固體形狀不會變動，「液體會隨容器變動形狀」是關鍵語句，這就是教師所要傳遞的關鍵化學知識訊息，只要同學講出這一段關鍵話語，這一題討論題就結束了。

三、  下課後

1.        透過Google表單，設計平時考試繳交機制，所有學生必須在12個小時內提交答案（所有題目和答案都已經在課堂上充分討論，尤其是為什麼是這個答案的原因與關連，記憶猶新）。所有學生提交資料再透過Flubaroo外掛程式自動更改考卷，並且將所有成績匯入Excel檔案，教師將所有成績資料轉入Access學生資料庫中管理。

2.        原則上每個禮拜進行一個章節之進度，也就是15個該章的核心概念（討論題目）之內容，讓學生透過翻轉教室的機制，直接由學生個人自己建構完成化學知識。

3.        透過FB粉絲團，即時地溝通所有學生的成績進度，讓學生自己控制每一個同學的學習狀況。

4.        嚴格地管控課程時間，既然要求學生上課前必須預習觀看學習內容影片，實際上課時間就必須比平常上課時間縮短（本人的教學模式約70%），否則會引起學生反彈和抱怨，認為花太多時間在這門課上。

透過相關的數據比較分析，本人有兩項較為明顯的發現，如下所述：

1.        女性學生比較適合化學課程的翻轉教室學習模式。

分析其原因大致是一般而言女性比較喜歡合作學習模式，而且女生比較喜歡教導別人功
課，喜歡在群組中發表意見，因此翻轉教室的合作與討論方式較適合女生學習。

2.        一些平常較低成就的學生，在翻轉教室學習模式中，比較能突破傳統圍籬，在成績表現上比傳統模式要好很多。

分析其主要原因可能是一些低成就學生，在小組討論中透過聽講/參與/表達等等學習環境，較能夠自行建構知識，進而瞭解化學原理。

n  結語

化學是一門實驗科學，非常重視做中學和學中做，相關的實驗與生活化展示在學習過程中非常重要，如何設計一些生活化展示內容在課程的進行過程中，是十分重要的，否則化學課容易淪為填鴨與背誦的無聊課程。翻轉教室在化學教育上只是教學模式的改變，教學的好壞最後還是回歸到最原始的本質：〝教學內容的設計〞，如何透過有趣的生活化學展示與課程設計，將所要傳達的化學知識內容透過有趣的搶答與引導建構出有效的學習模式，應該是所有化學教師不斷在追求的目標。

目前有許多的大學化學教師用傳統的教學法，既直接又簡單，省很多時間，教的內容又多。綜觀本人在化學教育研究領域度過那麼多年，從最早的DVD輔助教學 → 網路教學 → 手機簡訊教學 → FB臉書教學 → 平板APP教學 → 到現在最熱門的翻轉教室。學生在一開始都有極大的好奇心，但不管哪一種教學法最後還是回歸到做教師的教學內容。只會教學生背誦知識的壞教師，不管用哪一種教學法，永遠是一個不適任的壞教師。能夠把教學內容用最有趣最明顯的教學工具呈現給同學，縱使使用最原始的粉筆黑板，還是學生心目中最敬重的好教師。翻轉教室是目前最能夠將學生做為學習中心的教學模式，做起來不難，但所有課堂設計，關鍵教學內容如何透過影片預習和問題引導傳達給學生，若沒有精密的設計和教師引導，則學生在學習過程中很容易走到岔路去。因此翻轉教室中最重要的門檻，還是在於教師如何扮演一個最佳主持人的角色，在適當的時機說出最關鍵的話語，透過精彩的教室互動過程誘導同學說出最正確的知識，是化學教育翻轉教室成功與否的關鍵，自己仍不斷在進步當中，願與所有熱心化學教育先進們共勉之。

n   參考資料

1.          美國ACS化學學會的大學化學各章節關鍵知識測驗題目，https://goo.gl/yFJXy9。（可以直接連結下載pdf檔，也可以直接與作者聯繫。)

2.        本翻轉教室的抽籤網頁，http://adm2.chemistry.pu.edu.tw/pick_number.htm。（可以直接下載網頁程式碼，修改後放在自己網站中使用，也可以直接在網頁開啟時直接輸入同學姓名使用，若仍有任何問題請直接與作者聯繫。）

 

武陵高中跨科選修課程：科學生活家

^{[email protected]}

n緣起

為因應教育部107課綱，武陵高中開設〈跨科選修的課程：科學生活家〉，此課程的開設源自104年10月1、2日的「健康與護理學科中心、家政學科中心暨化學學科中心」辦理的策略聯盟研習；在這次的研習中三個學科中心的種子教師一同激盪出開設跨領域的課程，在當時的研習中發現：家政與化學有相當多的適合協同教學之處，例如：在食品部分，家政科著重於做出美味的佳餚，但是在食品安全檢驗方面，其化學原理就可由化學科補其不足。在研習後，筆者與本校的家政種子教師李嘉芳老師便研擬開設跨科合作課程，我們將這個想法在武陵高中的五育五感教師社群分享，在這個跨科的教師社群中國文科張美慧老師也願意與我們共同開發跨科課程，於是〈科學生活家〉的跨科選修課程就誕生了！

n合作開設跨科課程

我們以三次段考作為分界，研發出三大主題的課程：手工豆腐、手工肥皂、食用油的應用與檢驗。在這時，本校課程發展委員會早已將全年度的課程開設完畢，無法在104學年度下學期開設這門選修課程，恰好筆者擔任科學班主任，可以將這門課在科學班一年級的專題研究課程時間抽出兩次作為嘗試開設此跨科課程，而班級人數30人也剛好符合我們的需求，就這樣開始了我們的跨科課程〈科學生活家〉的合作開設。

以下介紹家政科、化學科及國文科的「手工豆腐」和「手工肥皂」課程規劃和實施情形：

一、手工豆腐

(一) 家政科方面

先由家政科李嘉芳老師直接帶學生到烹飪教室，進行手工豆腐的製作，其需要器材、製作流程及上課PPT分述如下：

需要器材

支，如圖一所示。

圖一：手工板豆腐所需器材

B.製作流程

2000 mL濃豆漿放入鍋中，煮至大滾。

大滾後，降溫至85℃，倒入鹽鹵水（5g鹽鹵+100 mL冷水）。

攪拌後，靜置10分鐘。

撈起豆花到製作豆腐的模型中。

加壓，完成豆腐的製作。

上課PPT

家政科李嘉芳老師上課使用的PPT，如圖二所示。

 

 

 

 

圖二：家政科老師上課使用的PPT

(二) 化學科方面

在豆腐的製作原理方面

膠體溶液（豆漿）加入少許電解質或插入兩電極並通電，則膠質粒子所帶的電荷，立即被電性相反的離子或電荷中和而凝聚析出，例如：加石膏（CaSO₄）於豆漿中，則其中的蛋白質即凝聚成豆腐。

在豆腐的檢驗方面

在2015年10月19日的新聞事件中，位於屏東市大溪路的豆干工廠「立成商行」，涉嫌在黃豆干的製作過程中，違規添加「非食品級添加物的過氧化氫」（俗稱雙氧水），以漂白、改變豆干外觀顏色。有關食品級加物法規，低濃度的過氧化氫可用來當作食品的殺菌劑，不可用來當作漂白劑。在豆腐的非法食品添加物雙氧水的檢驗方法中，衛生福利部食品藥物管理署採用硫酸鈦溶液，作為檢驗豆腐中雙氧水含量的試劑，其原理是利用四價鈦（Ti⁴⁺）於酸性環境下與過氧化氫反應而生成黃色的次鈦酸（H₂TiO₄）化合物，且其顏色的改變會隨過氧化氫存在的濃度增加而加深，其反應如式[1]所示：

[1]

用硫酸鈦溶液偵測雙氧水含量的極限為30 ppm，如圖二所示。

圖二：用硫酸鈦溶液偵測雙氧水含量

由於高中實驗室並沒有硫酸鈦溶液，因此筆者就將檢驗試劑改為碘化鉀硫酸水溶液，一樣可作為雙氧水的檢驗試劑，其反應如式[2]所示：

[2]

用碘化鉀硫酸水溶液偵測雙氧水含量的極限為＜30ppm，如圖三所示。

圖三：碘化鉀硫酸水溶液偵測雙氧水含量

在高中實驗室容易取得的碘化鉀澱粉試紙，就可拿來當作檢驗豆類製品中是否有添加雙氧水的試紙，其檢驗的結果如圖四所示。

 

圖四：用碘化鉀澱粉試紙偵測雙氧水含量

二、手工肥皂

家政科李嘉芳老師利用兩節課帶領學生製作「清爽綠石泥皂」、「護膚渲染皂」；化學科張明娟老師則利用兩節課帶領學生進行油脂的簡介與乳液的製作；國文科張美慧老師利用兩節課進行「手工肥皀製作和檢驗的電子報」的教學。

下面僅簡述此電子報的課程教學和學生的電子報作品。

一、電子報的課程教學

在此課程操作前，張美慧老師利用20分鐘的時間説明電子報的涵蓋內容、排版方式、注意事項，並進行選組、安排工作。

(一)製作電子報的範例

運用Word或Pages中的文件樣板，填入文字並貼上照片即可，亦可運用PPT中的直式海報製作，圖五為電子報的製作範例。

圖五：電子報的製作範例

(二)學生分組

學生分組分五組，每組六人，分擔工作如下。

主編：電子報標題統整、風格確立。

美編：電子報格式安排設計。

攝影記者：活動拍照紀錄。

講座編輯（第一大節）。

過氧化氫檢驗编輯（第二大節）。

手工肥皀製作編輯（第三大節）。

(三) 學生的電子報作品

n結語

教育部修訂107課綱高中必修課程降為118學分，選修有54到58學分，開放更多探索課程。為因應107課綱，相信每個學校都正在摩拳擦掌，預備開設各種新的選修課程。對高中教師來說，一開始就要獨力完成18週的選修課程的確壓力不小，合力協同開課分擔工作是良策，教師不該再單打獨鬥了！本文提供跨科合作的開課模式，先開設六週課程開始，開課的壓力減輕為原本的三分之一，讓教師不再害怕開設選修課程，以實現107課綱中的｢一生一課表｣目標！

n參考資料

基礎化學課程綱要，教育部高中化學學科中心，http://chem.kshs.kh.edu.tw/。

食品中過氧化氫之檢驗方法，http://www.fda.gov.tw/upload/133/Content/2013091016532032261.pdf。

屏東豆干工廠添加雙氧水 5年銷售近10萬公斤，http://www.storm.mg/article/69640。

107課綱上路倒數計時，台灣高校準備好了嗎？天下雜誌，http://www.cw.com.tw/article/article.action?id=5072686。