北京化學教學交流：
教學參訪與師資培育心得分享（上）

廖旭茂

國立大甲高級中學
教育部高中化學學科中心
[email protected]

最近要繳交北京化學教學參訪的心得報告，經過一個月的情緒的沉澱平復，很快地整理出北京化學教育見聞錄及小小心得…

n  京城紀實錄

很高興能夠獲得臺灣師範大學科學教育研究所邱美虹教授的邀請，到中國北京進行化學教育參訪。筆者向來對各地區高校的實驗教學抱著極濃厚的興趣，因為從未到過北京，加上本次七天的行程裡，預計參觀三間高中、兩間大學，行程相當緊湊踏實，故所以出發前一直抱著很高、很濃厚的期待。

第一天（5月22日）抵達北京，入住北京師範大學附屬的京師大廈。北京師大的建校起源於1902年成立的京師大學堂師範館，與北京大學師出同門，目前與北京大學、清華大學、中國人民大學都是北京市重點發展學校，目前北京師大設置一個教育學部、26個學院及2個學系，有教職員工近3000 多人，學生20000餘人，傑出校友遍佈海外，2010諾貝爾和平獎劉曉波、2012年諾貝爾文學獎莫言都曾是北京師大學生，是中國目前最重要的師資培育機構。（註1）

圖1：校園裡矗立的百年紀念雕塑（木鐸金聲一百年）

參訪北京十四中學

第二天（5月23日）第一個參訪的學校是北京十四中學，預計進行分科交流（化學、生物、地科）、觀課（教學單元：原電池）以及由王磊教授指導的高端備課總結會。時間很緊湊，分科交流分享每人時間約15分鐘，筆者首先介紹臺灣的化學學科中心運作狀況，接著是服務學校的特色，最後是自己近年來在教具、教材的深耕發展。分享結束後，北京師大化學院的魏銳教授對微型實驗教具研發很有心得，交換名片後，也交換我們未來進一步交流的可能。圖2、3為分享的內容與過程。

圖2：筆者分享的主題內容

圖3：北京十四中分科交流情形 （劉曉倩老師提供）

當天下午，接下來是兩堂有關原電池的實驗室觀課，一節課40分鐘，兩堂課共80分鐘，分別由孫文艷、何洋兩位老師來授課，上課單元都是化學能與電能，課堂時間分配大概都以講述為主，內容一直繞著電化學的核心概念—電子與離子在兩電極間移動的概念。大陸方面特別要求學生對一個科學定理、定律的形成能夠建立起一套清晰的論述，因此兩位教師不僅臺風穩健、口條清晰、教課的編程條理性、邏輯性更不在話下；透過教師引導式提問，要求學生回答，從中去訓練學生的表述能力。第一堂孫老師的課中，還搭配鋅銅電池，在硫酸溶液中實驗的觀察，可惜的時間太短，學生應該沒有足夠的時間仔細的觀察，不過當實驗時間結束後，老師提問時也都能對答如流。圖4是實驗觀課情形。

圖4：教師教學「原電池」的觀課情形

參訪北京101中學

第三天（5月24日）參訪的學校是位於北京市西北角，圓明園內的101中學，號稱全中國最美麗的校園。參訪交流主要進行元素周期律表複習「同課異構」，「同課異構」這樣的名稱在臺灣很少聽過，進行的方式也很陌生，實際上的作為是兩岸派出兩位教師，輪流在講台上課，而學生、課桌椅以及上課器材全都搬上舞台，而教師和專家都在台下觀課，上完課後再由兩邊專家相互點評，有點像是競賽的意味（賽課）。大陸方面是由白光耀、康永明兩位教師負責。白老師的教學設計首先是透過一張紙卡，內有有關元素週期表相關問題，透過解題，統整先前上課的內容與概念；接著嘗試以不同的氫鹵酸溶解氫氧化鐵，探究製備鐵鹽的可行性。而康老師則以分組「猜元素遊戲」開始，依序給予某個元素性質的相關提示（與信口雌黃有關 → 某些氧化物為兩性氧化物 → 最低價態為-3 → 氫化物的穩定性小於PH₃ → 原子半徑比溴大，比碘小 → 是砒霜中的關鍵元素），每個提示只有3秒鐘的回答時間，學生可將答案寫在白紙上；接下來則是提問，他要學生寫出砷化物的可能化學式，並預測砷化氫的化學性質及其檢測方式。兩位教師對單一化合物的性質介紹相當細節、完整，而且口條、臺風皆屬穩健。圖5為北京教師上課情形。

圖5：北京101中學化學科教師元素週期律「同課異構」情形

本次臺灣參加「賽課」的兩位教師分別是新北高中的鍾曉蘭老師與新店高中的王瓊蘭老師，兩位都是化學學科中心的種子教師。鍾老師介紹元素間的交互作用（化學鍵），透過學生間「牽手」的肢體語言，讓學生體會抽象化學鍵結。牽手的動作讓大陸的學生有點驚訝，但也是化解陌生師生間之間的尷尬的快速解藥，鍾老師臺風穩健，大將風範贏得許多喝采。圖6是鍾曉蘭老師上課的情形。而王瓊蘭老師事前準備充分，從臺灣扛了一堆實驗器材到北京，想介紹與課程相關的特色實驗，惟時間過短（只有半節課20分鐘），未能完整介紹，有點可惜。

圖6：鍾曉蘭老師上課過程情形

參訪北京科技博物館

第四天（5月25日）上午科技博物館的參訪行程，科技博物館類似臺灣高雄的科工館，裡頭也有很多好玩、有趣的科學玩具，也有定時、定點的科學演示活動。每人可視狀況重複進出場，跟臺灣在剪票口蓋章的方式不同，科技館方式以隱型墨水將章蓋在手背上，再次進場時，只要用紫外光燈在手臂一照，螢光圖案出現就可驗證。可惜在科技館的停駐時間只有兩個小時，一層樓都還沒逛完，對一群好奇的我們而言，這個科學樂園的參觀實在不足，為避免耽誤下午在北京師大化學院的行程，大夥只能抱憾離開，相約下次再來。圖7為紫外光燈驗章方式。

圖7：中國科技館紫外光驗章過程

參訪北京師大化學院

第四天（5月25日）下午是觀摩北京師大化學院本科生教學設計與模擬教學訓練課程，我們被分配到各教室，進行四個小時的模擬教學觀摩。今天修課的本科生是大三學生，學生設計的教案單元計有Fe²⁺的化學性質設計實驗、氮的循環、硫的轉化、苯酚的性質等，大家輪流上台上課，其他學生就充當學生在台下聽課。本科生採用教案的設計格式也是採用二維框架，介紹物質的性質的第一個軸向是先從元素可能形成的氧化態開始（物質的分類），第二軸向是可能發生的反應（價數變化），依此兩個維度設計的教案，介紹的內容相當紮實、完整。小組共有8位本科生參與模擬教學，都是屬於公費生，素質水平相當高，台上的教學表現，無論引發動機、實驗探究、分組討論、師生互動，甚至連簡報講義，都有模有樣，絕不含糊。教學觀摩、專家點評結束後，筆者拿出預先準備的書籤蝕刻模組跟中國未來的年輕教師一起實作分享，大家圍成一團，氣氛熱絡，從這群師範生好奇的眼神、驚訝的舉措中，我的內心先是開心、之後卻五味雜陳、糾結，心想這兒是北京，不是臺北！圖8、9是觀課分享情形。

圖8：學生模擬教學的講述（左），演示實驗引發學習動機情形（右）

圖9：學生模擬教學的分組實驗探究（左），作者書籤蝕刻的分享情形（右）

〔續《北京化學教學交流：教學參訪與師資培育心得分享（下）》〕

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北京化學教學交流：
教學參訪與師資培育心得分享（下）

廖旭茂

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〔承《北京化學教學交流：教學參訪與師資培育心得分享（上）》〕

n  京城紀實錄

參訪北京師大第二附屬中學

第五天（5月25日）參訪的學校是北京師大第二附屬中學，參觀二附中帶給了我們極大的心理衝擊。師大二附中是北京市最頂尖的中學之一，屬完全中學，並附設國際部，是中國對外交流最早的學校之一。二附中設有文科實驗班、理科實驗班，及各種特色課程的實驗班，校內實施6+1+1課程，意即每天1~6節，每節40分鐘，上課的內容主要是部定內容；第7節課，每節70分鐘，屬於必選必修的學科拓展課程，學生可根據學科的性向選修；第8節課，每節60分鐘，是屬於綜合活動類的課程，有學術類、文化類、藝術類等。校學軟硬體資源豐富，課程安排相當彈性。圖10為學校屬創客性質的綜合活動空間。

圖10：北師大二附中優質的學生創客空間

實驗室的規劃與實驗教學觀摩是我們最期待的，也是本次行程最大的亮點，校方首先安排實驗場次的參觀，讓我們看看化學教師的「灶腳」，大家無不張大眼睛、深深呼吸，拿起相機猛拍。基本上實驗設備新穎不在話下，實驗桌的設計概念上與臺灣有些不同，師大二附中實驗桌是課桌的延伸，屬於課堂座位的安排方式；至於抽氣設施臺灣是天花板配管由上而下，抽氣吸頭類似半圓型的「燙頭髮罩」，不僅造成視覺上的遮蔽並感到突兀之外，抽氣效果也頗受詬病。師大二附中的抽氣裝置則附在桌面，配管隱藏於實驗桌面下，沒有「燙頭髮罩」的設計，外觀上不易察覺，只是不知抽氣效果如何。其他如電源插座有交直流的切換、變壓設計、實驗椅的擺放安置也都頗具用心。圖11、12為師大二附中化學實驗室的空間配置。

圖11：師大二附中實驗桌的配置，紅圈標記處為抽氣設備（左），抽氣管拉起的狀態（右）

圖12：實驗桌的椅子可懸空掛在抽屜面板上，方便地板清潔（左）；電源插座設計（右）

接下來，讓我們大開眼界的是實驗教學觀摩，是由北京市名師全老師主講，與其說是觀摩，其實教學活動是在很自然、不刻意安排的方式下進行，上課成員是國際班的學生，實驗教學並不是在實驗室中，而是在分組「討論」教室活動，而上課主題是醫用膠單體結構、性質與合成。教學開始，全老師每人先發下一張講義，講義中有一些線索先讓學生練習「算」出醫用膠的實驗式，再求出分子式，接著透過分組的微型實驗包（由北京師大魏銳教授開發），檢測單體分子中特定官能基（硝基、氰基）的存在。圖13是學生利用微型實驗包實驗的過程。

圖13：學生動手實驗的過程（左），用廣用試紙檢測氨氣的存在（右）

在確認分子式、特定官能基後，接下來學生的任務是利用全老師講義上提供的線索（三條反應式），自行設計有機化合物合成的可能途徑，學生可以相互討論，若遇到瓶頸，可以向教師領取新的線索，教師則依學生當下的學習狀況給予適當的資訊。若提供的資訊已足以推測出合成路徑了，教師會拒絕同學的要求。圖14為學生討論過程。

圖14：學生討論合成途徑（左），教師提供的光譜線索（右）

在討論結束後，全老師要求各組同學必須在教室四週的黑板上寫出自己組別設計的合成路徑，只見同學很熟練、很自然的到達小黑板前寫下小組自行設計的答案，反應較慢的組別，教師會趁機關心，掌握各組的學習進度。圖15為同學發表的過程。

圖15：完成討論後小組在小黑板上寫下結果（左）、教師關心進度落後的組別（右）

最後，全老師統整實驗結果，再次說明有機化合物結構式的確認原則與步驟，以及如何利用相關線索，設計醫用膠可能的合成途徑。相關進程如圖16所示。

圖16：全老師最後進行課堂總結

觀課結束，算是開眼界，最讓我感到驚訝的有幾個面向，其一是設計的有機教材內容的難易度超過臺灣教科書內容—透過官能基檢測，模擬有機合成途徑、推測分子結構式，除了要學生程度要很高外，也得要相當足夠的課堂時間學習，才能辦到，後來從大陸教師的口中得知，大陸高一和高二的化學課，基本上每學期各有4學分，兩年四學期共16學分，每周上課節數為臺灣目前的2~3倍；關於課程的難易度，臺灣大部分的學者專家、一線教師倒是有志一同地覺得高中內容不要背太多太艱深的內容，以後大學有興趣再學即可，以免增加學生學習的挫折感與排斥感。其二是透過不同層次的線索，實踐差異化教學的精神—選修小班制的設計、配合深化的實驗內容以及高彈性的課程時間安排三條件完備後，比較容易達成這樣的目標。其三是模組化實驗課程設計，配合課程實施的微型實驗包的完整配套—好的實驗模組配套，可以省卻很多準備時間，大陸專家、教師研發出好的教具如何推廣至全國，這部分同行的教師們都很最感興趣。全老師在中國算是名師，自然不落斧鑿痕跡、不藉助先進資訊工具，不走譁眾取寵的教學模式，卻完全掌握、主導教學脈動，獨特教學風格，真令人印象深刻，讓人折服。這堂觀課，算是北京行CP值高的一次體驗吧。

在觀課之後，引發了熱議，大家對微型實驗包最感興趣，隨行的北師大化學院的博士生冬冬聽到了大家的聲音，為了滿足我們的好奇需求，體貼地撥了電話給魏銳教授，魏銳教授很爽快地邀請有興趣的教師在晚餐後，前往教育創新研究院了解並體驗微型實驗包。在餐後抵達該院時，天色已晚，辦公室工作人員已等候多時，隨即介紹實驗包的研發歷程、使用與推廣，並大方的致贈了大夥ㄧ些微型實驗包，特予致謝。目前微型實驗包已在淘寶網上架。圖17為魏銳教授研發的微型實驗包。

圖17：微型電解實驗包（左），電解溶液盛裝方式（右）

參觀北京大學

第六天（5月27日）今天的行程是參觀北京大學，北大校園揉合古典與現代。有古色古香的庭園景緻與中國特色的建築群，也有現代化先進設備的學院。在北大周前校長的接待下，此行共參觀了校史館、教育學院、化學與分子工程學院、以及畫法學院，行程緊湊充實。圖18是校園一景。

圖18：未名湖（相傳為乾和珅的府邸）（左），校長辦公樓西側的石麒麟（原屬圓明園）（右）

在眾多參觀中，其中化學與分子工程學院的參觀最令人印象深刻，本次參訪由在本科生教學副院長裴堅教授負責簡報和接待，簡報是以如何讓學生成為主動的學習者為主題，旨在說明北大化學院的教授們在大學四年裡，如何培育頂尖人才的種種課程規畫與作為。這些作為應該可以提供得英才而教之的臺灣教育工作者一些啟示。圖19為裴副院長的講演介紹。

圖19：裴教授對化學院的簡介及說明

北京師大化學院還有一項特色，就是週期表，北大的週期表是「鑲」在牆壁裡，分別將各元素的來源（礦物）、重要化合物、及其元素單質分開展示。圖20和21為化學院呈現的週期表。

圖20：週期表全景

圖21：為局部近攝

n  我看我聽我想

經過六天充實的行程裡，不管是刻意擺飾或自然呈現，多多少少有些衝擊。回不去的，也毋庸贅言，我倒是對「人力資源」有幾個個人看法。

一、師資培育的變革

一個公司乃至一個國家最珍貴的是人才，但好的人才都是養成來的，好的教師也是栽培來的，從進入大學的個人成績表現、師資培育機構的教育學分修習，到教師甄選，甚至進入學校教書，以及之後的進修研習，臺灣目前每個環節都有應對策略，但是各行其是，較沒有統一的策略思考；自由寶島，甚麼都可以，拿師資培育為例，原本遍佈全台的師範學院及北中南三所師範大學，已經略顯飽和，但一開放，不管師資設備到不到位，幾乎每個大學都開設，但也因學分營養不傷身，搞到想修的都修了，修教育學分的就像蛋塔熱一樣，造就另一個臺灣奇蹟—滿街的流浪教師。

看看同樣華人社會的新加坡，給於老師非常好的待遇，無形中也設下了門檻，大概只有前5%才有機會當老師，因為他們相信高素質的教師才能教出好的學生；德國人更堅信小學的講台上就決定了國家的未來，要成為教師必須經過層層篩選、重重關卡，正式培訓成為教師時也快30歲了，正式邁入人格的成熟期，比較不會有「小孩子教小孩子」的窘境。當然更不會有聯絡簿上教師的錯別字比學生多的情況出現。再看看對岸的北京師範大學，基本上本科生都是公費生，招收來自內地的學生，由國家負責學雜費，並發放生活津貼，所以師範生的整體素質是很高的，他可以吸引到偏鄉優秀又認命的孩子，這點跟以前臺灣師大公費生，都是中南部來的一樣。當然免費師範生必須先簽訂協定，承諾畢業後從事中小學教育10年以上，而且到城鎮服務之前，必須到偏遠農村至少服務2年，否則必須賠違約金，原師範大學更有取消學籍的權利，要求非常嚴格（註2）。

當然大陸政策也是與時俱進的，不是鐵板一塊，因為規定過於嚴苛，畢業生想反悔的，不願返回農村的比例升高，上海華東師範大學已正式啟動取消公費生制度，往學士後教師教育學院的方向邁進，這一點跟臺中教育大學教師專業碩士班雷同，將公費國小師資培育往碩士班的層級提升。因此在研究所的層級上，成立單一公費師資培育的專責機構（關閉各大學的師培單位吧！臺灣真的很小，真的不用再廣設專責機構，有糖大家吃的結果，到最後又是良莠不齊），每年招生人數須視統籌各縣市國中小教師各科的缺額後而定，公費生畢業優先分發偏鄉學校，依臺灣具碩士學位教師的起薪與工作保障，應該可以吸引相當多的有志青年報考，此舉除了可以有效提升師資水準外，更能解決偏鄉師資問題。

二、硬體思維模式應該放軟

臺灣政府的教育投資長期以來的硬體思維，中小學的計劃經費必須有一半是資本門，另一半才是經常門，這種思維其來有自，硬體是有形資產看得到、摸得到，但是這種思維是有盲點的，盲點在於忽略了硬體是「人」在使用，教師會用，教師願意用，教師有時間用，教師樂意常常用，這樣的硬體設備才有價值。

以最近校園的創客實驗室的如雨後春筍般成立為例，創客實驗室絕對不僅僅買近幾台3D列表機，幾台雷射切割機，佈置掛牌就得了，Maker的重點是人，是教師主導，教師必須擁有創新的思維、跟手做的能力—從教具的研發、到教材的設計，甚至課程的建制，完整的配套才有辦法引導學生學習；創客絕對不是工具，印印公仔、切切壓克力那麼簡單；嘗鮮大家都喜歡，如何完整配套、永續經營，種下創新的種子，培育創客的DNA才是重點中之重點。否則錢灑了，也是枉然。尤其在財政日益惡化的今日，教育資源有限，教育決策者或執行者應摒棄大建設、大拜拜的思維，不用羨慕對岸如何有錢、更不用拿別人設備如何高級、新穎來說嘴，紮紮實實地把錢花在刀口上，讓教師們專心發展出自己的教學特色，靠專業贏得外人的尊重。當然這需要決策者真實地去了解認真的教師們發展特色、發展專業的過程中可能遭遇的困境與需求。比如特色計劃的實施是否造成行政業務過於繁重？！如何增聘人力，分攤工作，提昇行政支援的精緻度與品質，確是當務之急；特色計畫的執行與課程研發工作，是否讓原本課堂數高的教師負荷更加沉重？！加上實驗室缺乏專業人員的協助的老問題，教育決策者是否願意釜底抽薪，從減授鐘點員額編制、技術人員招考上，徹底解決長久以來的問題等，進而協助老師願意、樂意、熱血於教具、教材、課程研發，進行實質的專業發展。百年樹人，教育投資必須永續，不能隨便cost down；老是口惠實不惠，便宜行事的廉價心態，忙死、累死永遠都是認真的好老師；輸掉的，犧牲的正是國家的未來。

n  從下而上，社群揪團，翻轉時局

目前來看，決策者的思維不再是鐵板一塊，但整體社會願意接受變革的訊息仍屬微弱；學生的學習更不能等，與其癡癡地等待所有人的覺醒，很多基層教師迫不及待地透過社群Line、臉書快速集結，創意教學社群的百花齊放；解放禁錮、思維鬆綁，共好、分享的氛圍正逐漸蔓延開來。

化學學科中心今年開始依區域發展北、中、南、東四個社群，開始利用社群進行創課討論，教材研發，為未來107課綱「自然科探究與實作」課程的啟動作好準備，踏踏實實的用教學專業自主拿回變革中的話語權。希望這樣由下而上的集思廣益能為將來做出貢獻。

再次感謝美虹教授，不斷地帶領著我們去見世面、拓視野，做思維的衝撞與探索。芒鞋踏破，笑拈梅花，教學生涯，無憾足矣！

n  參考文獻

1.      北京師範大學，https://zh.wikipedia.org/zh-tw/北京师范大学。

2.      師範學校，https://zh.wikipedia.org/wiki/師範學校。

北京化學教學交流：
高中菁英化學教育交流與參訪心得（上）

劉曉倩

國立彰化高級中學
教育部高中化學學科中心
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n  衝突與混亂下的獨特美感

一百五十多年前的北京，即使有月亮仍舊是漆黑的夜晚，清咸豐皇帝命恭親王奕訢為欽差大臣，與英國使節額爾泰簽訂北京條約，外人勢力由海口深入中國內地，人民開始覺醒…也因為覺醒，才有了一連串自強運動。覺醒後的古都歷經戰火呈現時空下的衝突，混亂，也有了其他大都市所沒有的獨特美感。記憶裡的老北京月色濕暈，像是宣紙上烙下的淚滴，陳舊模糊。然而百多年後的傍晚，佇立北京市街口，微雨乍停，天際出現雙彩虹奇景，路人驚喜道，近五十年罕見（見圖1）！夜幕漸深，月光歡愉而明亮，放眼過去都是高樓大廈，只有路邊的攤販叫賣聲宏亮，櫻桃一斤十元人民幣，買了滿滿一包也不心痛，時空交錯裡模糊的記憶沉澱著深刻的光影，即使再好的月色也帶著淒涼。

參訪團一行十六人第一天晚上就在北京師範大學附屬的京師大廈落腳，此次沒有高中化學學科中心張雅雯隨行，夜晚的都市探究之旅少了歡笑聲多了孤獨，只好對著檯燈練習隔天的教學分享，心裡平靜但是沒有享受的感覺，前年跟著臺灣師範大學邱美虹教授上海教學參訪帶來的強國震撼，已在心裡埋下種子，兩年不斷提醒自己要成長，我不知道北京的教學環境如何，但我相信自己做事一向是「歡喜做，甘願受」，我願意被榨取被燃燒，讓自己飛得更高，至於能產生多少亮度？有多痛、多辛苦，非得要自己去感受才行，這是一條必經的道路，也是邱美虹教授引領我們的道路，這是一種壓力，也是一種動能，平凡的石墨在高溫高壓下才能成為鑽石！

圖1：極少下雨的北京午後出現雙彩紅（霓虹）的奇景

n  空中花園—北京十四中

北京市第十四中學建立於1906年，後更名為燕冀中學。1949年建國後，學校成為公立完全中學，並再次統一命名為北京市第十四中學。學校現分為高中部、初中部與國際部，架構上與臺灣的完全中學相似，十四中也是北京市高中示範學校，是課程改革樣本學校，更是北京市批准國際學生留學的開放學校。

北京市寸土寸金，發展屋頂綠化已經實施多年，屋頂綠化可以提升城市景觀效果，緩解城市雨洪和緩解城市熱島效應等具有重要的生態價值，十四中張琳校長對於空中花園設計十分推崇，數種喬灌木花草混種的屋頂綠化，在遏制北京霧霾及降解大氣飄塵方面都具有明顯成效。園中還開闢了幽靜的小道，巧奪天工的園林景色讓緊湊的交流行程緩解，稍稍放鬆了腳步（見圖2）。

圖2：參訪團於北京十四中空中花園合影

n  教育交流重點與感想

十四中對整個交流過程安排十分細膩，不僅貼心地為來訪貴賓準備繁體字行程簡介、精緻的手工扇見面禮，同時將整個行程分為五個階段進行：學校簡介、分科交流、校園導覽、教學觀摩、十四中化學科高端備課經驗分享。筆者主要是負責中學教師「臺灣化學教育—菁英教育教材教法分享」，重點如下：

一、國家成立資優班和科學班的目的：因為經過檢定的資優生擁有高智商，熱衷於感興趣的學習，有著多元智慧以及高度的創造力，但是普遍資優生對於一般學習容易分心、過度激動、無法完成課業，進而衍生出種種無法適應班級生活的行為，矛盾的是，資優生卻是促進國家進步最重要的因素，因此教育部經由專家學者建議，成立資優班及科學班，提升國家菁英教育。

二、科學班的理念及目的：提升數理能力基礎，並且藉由科技人才優勢，提升國家高科技競爭力，因為國家只需極少比例的教育經費，即可嚴格甄選出資優生，創造經濟效益，並冀望帶動普通教育，回饋普通教育所需。

三、科學班的課程規劃：高中前兩年完成三年基礎科學課程，高二暑假通過資格考，高三進入合作的大學修習大一數理課程及從事專題研究。

四、教師專業成長及潛能激發：任課教師通常是無給職教學及心靈導師，須自行負責高中端專題課程規劃及準備、課餘科展指導及假日競賽培訓，更沉重的是承受社會期待。至於科學班導師須承擔學期服務活動的安排、主題活動的規劃及大學申請入學備審、口試個別指導。

五、國家對科學班的學生未來的期許：如同漫威中「蟻人」角色，是可以跨領域合作、科學及人文素養兼備、有社會責任、非個人英雄主義且承認犯錯、願意改進的國家科技後勤部隊。

六、資優班與科學班不同之處：資優班已在各大高中行之多年，科學班於2011年才開始成立，兩者目標不同，資優班在課程規畫上進度較快，但高三時無法到大學修課，因此在學測準備上時間較充裕；科學班並未有特殊升學管道，仍須參加大學學測，但若是拚學測，如何專注於基礎科研？面對這些複雜的課題，教育部仍在想辦法討論制定中。

七、教育部理想與現實面的衝突：對於科學班的定位及期許，北部與中南部家長不同，北部家長思想較開闊，多數尊重學生升學意願，就讀大學基礎科學科系的人才較多，反觀大多數中南部家長則傾向於讓孩子就讀醫學系，所以每年科學班在招生上多會根據升學現況跟家長說明，同時各校每年都會推動「特色課程」，吸引有志從事基礎科學的學生來就讀。

八、如何擬訂兼具「特色」與「升學」的教學進度表？首先教學設計上減少單向授課模式，穿插基礎實驗訓練，定期舉辦實驗競賽，激發潛能，增進同學間的分工合作，創造不同學習成效。

九、科學班專題課程規劃：「學習共同體」的建立，跳脫食譜式實驗教學，開放實驗主題和實驗步驟，經由實驗結果分析和相互討論，啟發好奇心，創造新的研究主題，達成自主學習的最終目標，做為進入大學實驗室的預備，如下所示。

十、跨領域合作特色課程：在地生態研究（漢寶濕地）建立跨領域學習課程（生物、地理、地科、化學），提早為教育部推動107年課綱「探究與實作」課程做準備。

教學分享過程十分緊湊，十四中因為是完全中學，有些高中課程，例如：電化學在初中階段就已完成，高二完成高中全部課程（所有中國的高中課程設計都是如此），高三則是做升學準備，複習高考內容（相當於臺灣學測，中國考試時間在6月初）。學校社團活動也很多，例如：模擬聯合國、文學社、科技社及中科院社團…等等。

中科社是由一群愛好科研、擅長發明創造的學生組織成的社團，劉通宇同學發明的地溝油變柴油的環保裝置，讓地溝油有效利用，此份研究曾被北京日報北京青年報報導轉載44次之多，此外學校在特色課程上安排十分用心，「食育」課程的設計，旨在研究食物中食品添加劑對美拉德反應（Maillard反應）的影響，化學與生活緊密結合。

此次交流活動最大幕後功臣當屬臺灣師範大學邱美虹教授及北京師範大學化學學院王磊教授（見圖3），由於十四中是第一個參訪學校，雖然筆者有參訪過上海中學的經驗，但對於中國的教學專有名詞及口音仍存在不少障礙，聽講過程十分吃力，腦波調頻好久終於在下午高端備課經驗分享時才漸能整合。

圖3：臺灣師範大學邱美虹教授（左）與北京師範大學化學學院王磊教授（右）合影

透過王磊教授高分貝和鏗鏘有力的音調，對於其近幾年大力堆廣的高端備課有了粗淺的了解，王教授雖貴為北師大化學教育研究所所長，同時主持教育部「國培計畫」初中和高中教學新課程實驗區教師遠距培訓示範項目十餘項，對於教師培訓都親做親為，在座老師私下透露，王教授上課通常從早上八點持續到晚上十點，從課程實施前的學生前測、課程實施計畫如何進行、課程結束後的學生後測和兩次的學生訪談都鉅細靡遺的指導，一整天課程中間幾乎都不休息，因為她認為中學教育是國家進步的根本，學科核心概念學習和關鍵能力的培養十分重要，教師是教育的主體，所以師資培育輕忽不得。再者中國教師有分級制度，由區級骨幹教師、市級骨幹教師、高級教師甚至升級到特級教師都須經過教師評鑑和師培過程，因此再怎麼苦都要咬緊牙關撐下去。

〔續《北京化學教學交流：高中菁英化學教育交流與參訪心得（下）》〕

北京化學教學交流：
高中菁英化學教育交流與參訪心得（下）

劉曉倩

國立彰化高級中學
教育部高中化學學科中心
[email protected]

〔承《北京化學教學交流：高中菁英化學教育交流與參訪心得（上）》〕

n  教育交流重點與感想

反觀臺灣的教育制度，中學教師並未有分級制度，學校實驗設備及耗材經費需以申請計畫方式取得，由高中自行找大學端教授合作撰寫計畫，最後再由科技部審核計畫通過與否，優點是申請的設備及耗材較符合高中課程實驗需求，缺點是一般高中教師平日即有課程壓力，無論是資深教師或新進教師授課鐘點均相同，即使是學校計畫主持人也未獲減授終點，因此造成多數老師不願意分擔申請計畫重任或新課程實施的共備課程推廣。

此外申請過的計畫案在期中及期末尚需書寫繁瑣的實施成果報告，最好有成果亮點呈現，這對於課程繁忙的一線教師真的是一大挑戰！若是在107年課綱實施計畫前，我們教育體制也能有大學教授願意熱心協助，負責課程規劃、教具研發甚至定期駐校參與共備課程，相信對於現行教育改革會有實質幫助。當然教育部應主動積極訂立完善的教師進修規畫，而不是設立一堆生硬的教師發展評鑑線上課程。我們都知道這種套餐式的制式課程對於教學現場的品質提升十分有限，更甚者極有可能造成更多教師忙於課餘參與教師評鑑課程，無暇參與教育部專業課程研發、種子教師培訓等對教學現場實質有幫助的活動，甚至壓縮本科的備課、學生科展指導及學科能力培訓等。更令人不解的是，教育部在審核各級高中均質化、優質化過程時，還將這些透過線上教師專業發展評鑑課程培訓通過率做為學校是否優質化的參考指標，無怪乎每年各學科中心在召集種子教師參與工作計畫時，常出現窘困的情形，因為參與種子教師培訓對於教師專業發展評鑑未有任何幫助。

分享過程休息時間十分短暫，對於十四中實驗室只能走馬看花，但此行臺灣老師都是行家，很快看出他們實驗室是真的有在使用，而且每一個實驗桌都設置了有毒氣體抽濾裝置，實驗藥品及器材也都盡量做到微型微量，十分值得我們學習。

下午化學科教學分享，主題是高一課程「化學能與電能」，十四中孫文艷老師從生活中的知識線索引導入能源探討，版書內容精要，同時引導學生對於氧化還原觀念的再度澄清，並與化電池相互結合，雖然化學方程式書寫與臺灣略有不同，但是「二維」版書的設計模式令人印象十分深刻，此種教學模組的建立主要是由王磊教授教學團隊透過高端共同備課所指導（見圖4）。

圖4：孫文艷老師利用二維圖形解說氧化還原

剛開始聽講時十分吃力，這是全新的教學方式，也是王教授的心血，筆者從一開始內心痛苦抗拒到理性接受學習，發現此種版書設計其實就是圖表的簡化模式，不僅如此「二維圖形」對於元素氧化還原電位的解說特別受用，學習到新的教學模式是此行最大的收穫！

比較可惜的是學生在課程中實驗時間太趕，多數學生未做完實驗卻匆促寫完實驗報告，回答老師問題時，態度趨於保守，不如臺灣學生活潑開朗。

n  胡同老北京，留下許多情

北京是千年古都，新舊交雜的城市混亂風貌，如同街道上充斥的各種款式的電動車和腳踏車一樣，不僅是最大特色也是最有魅力的地方，本來在臺灣準備的口罩一個也沒用上，北京這幾年連空氣品質都進步很多，至少在地鐵的電子看板還可以隨時看到即時空氣品質指數，街道上沒有上海市區充斥的喇叭聲。參訪北京科技館時，發現當地國小學生排隊井然有序，筆者正要對一隻大恐龍拍照時，有一群孩子還會互相提醒，別擋了別人鏡頭….誠如邱美虹教授所言，這是一個有溫度有故事的都市，教育對人民多了一份文質彬彬的期待。

此次參訪北京對於錯綜複雜東西向的老胡同最有感觸，北京城規畫源自元代，胡同直而不彎，此為配合中國四合院建築多坐北朝南所致，小小窄窄的巷道市景氣息十分濃厚，隨著都市不斷更新大量胡同和四合院都被拆除，只剩二環以內的老城區居多。此次有王磊教授的博士班一年級生周冬作陪，穿梭在後海的大小寺廟間，對於人說百花的深處，住著老情人，縫著繡花鞋的舊時氣味格外有感觸。

其實後海是一大片水域，走到盡頭的酒吧街遊客集中最多，走累了想喝杯冷飲得多揣度荷包銀兩，畢竟一罐3元人民幣的酸梅汁，這裡可要賣45塊人民幣！若是想來罐比利時啤酒買醉片刻，索性就當作買這片燈紅酒綠的風景付出的高額代價吧！（見圖5）

胡同的唯一缺點是屋內不設廁所，公廁又沒門，重視隱私的遊客多少有些不便，曾想過帶把傘如廁，但看到公廁內自在滑手機上廁所的現代北京女性，還是無法突破心防，不管你愛不愛，習慣不習慣，這都是北京。

圖5：後海燈紅酒綠呈現老北京的夜晚獨特風情

n  北京大學—一動一靜未名湖

北京大學是此行參訪的一大重點學校，周其鳳校長於北大臨湖軒恭候大家，對於校史發展解說十分詳盡，周校長文學造詣甚高，訪談中不時穿插古詩詞及早期即興創作，讓大夥講話也不禁文謅謅起來，周校長提到蔡元培任北京大學校長時期，推動「循思想自由原則、取兼容並包之義」改革，使北京大學成為新文化運動的中心、五四運動的策源地。1952年北京大學聚集了原北大、清華、燕大三校的自然科學、人文學者，奠定了文理兩科長期領先的地位。

如今北京大學是一所兼具自然科學、人文學科、社會科學、醫學以及新型工科的綜合性大學，而北京大學校區於1952年遷入位於西北郊的原燕京大學校園內（燕園），燕園兼收中國古典韻味和西方規劃理念，主要景觀有未名湖、博雅塔等。圖6為筆者與鐘建坪老師及吳國良博士於未名湖合影。

湖與塔的天作之合成了未名湖的主弦律，北大校友許秋漢曾寫過一首歌「未名湖是個海洋」：

… 詩人都藏在水底  靈魂們都是一條魚  也會從水面躍起  未名湖是個海洋

鳥兒飛來這個地方  這裏是我的胸膛  這裏跳著我心臟 …

…

圖6：筆者與鐘建坪老師（左一）及吳國良博士（右一）於未名湖合影

周校長貼心安排到北京大學就讀大一的臺灣學生校園導覽，中午在學校食堂用餐親自體驗北大師生餐飲狀況（20元人民幣餐卡，任選三主菜加一湯，還搭配冷飲，十分划算！）。下午一點準時抵達化學學院，化學學院副院長裴堅教授說明北大化學系發展概況，他說今年三月才剛與孫聆東副教授、劉小雲助理教授應臺灣大學化學系邀請，帶領十位博士生至臺灣大學化學系進行交流。言談中裴教授透露對臺灣化學教育的隱憂，十年前與十年後的臺灣大學感覺相去不遠，但是北京大學的化學系研究論文十年來已經有了大幅的進展，相信未來十年北大的研究成果絕對可以超越中央研究院，他覺得臺灣的學生在進大一時應把握學習機會，基礎不是問題，重點在於願意下功夫和反覆學習，學生對於化學知識的建立如同「磚工」，肯搬磚下苦功的人才能成為頂尖的化學家。

n  石墨經烈火般地焠煉

教書愈多年，覺得自己要改變，回顧人生中有近一半的歲月雖在教書，但對於板書或僅是為了環保改換成電子白板的教學模式不夠滿足，這種不滿足的恐慌感來自哪裡？自己也說不上來，於是我一直在尋找，尋找的過程是痛苦的，因為你得拿掉自己的名牌，拿掉自己的所有經歷，將自己原有的倒空，謙卑地從頭學習！試想石墨若只是經過烈火的焠鍊並不能成為鑽石，唯有經過一次又一次外在壓力的考驗和琢磨才能蛻變。

此行北京參訪過程感受北京師範大學王磊教授團隊全方位照顧，點滴在心，但內心感受十分沉重，臺灣教育近幾年來學生議題的推動始終擺脫不了爭取自身權利保障，反思對於課業的付出是否也有等值的期許？未來所面臨的就業挑戰及社會議題，這些孩子準備好了嗎？當我們教師面對緊鑼密鼓的教育洪流挑戰，永無止境的教育改革壓力，我們唯有把握機會練就各種能力，在此期許學生未來除了爭取自主權提升外，也應有更高層級的學習領悟與認知，透過雙向溝通協調消弭對立，才能讓教育品質提升，臺灣雖只是地圖的一個小點，但是經過烈火及高壓淬煉，定能發出鑽石般的光芒！

n  參考資料

1.      北京第十四中學，維基百科，https://zh.wikipedia.org/zh-tw/北京市第十四中学。   

2.      北京大學，維基百科，https://zh.wikipedia.org/zh-tw/北京大学。

北京化學教學交流：
資訊融入教學社群分享與參訪心得（上）

鐘建坪

新北市立錦和高級中學國中部
[email protected]

n  教學參訪行程紀實

本次北京教學參訪的行程相當充實。今年（2016年）5月22日下午從臺灣出發抵達北京落腳處已經晚上9:30分，稍作休息立即進行簡短行前會議，接著各自準備未來幾天的報告工作。接著是5天緊密的參訪行程，第一天參訪北京第14中學、第二天為北京101中學、第三天參與北京師範大學化學系師培課程、第四天是訪問北京師大二附中、第五天拜訪北京大學教育學院以及化學系所。每天行程的規劃動靜皆宜，除了校園導覽之外，亦分享與討論課程設計與實際運作的想法，再藉由觀看軟硬體設施與理念的探索，讓我們對中國大陸的師資培育、課程架構與教學施作更加了解。

n  參訪中觀察到的優點

幾天的參訪行程，整理幾點本文作者觀察到值得學習的優點，包含設備環境優良、教師分級制並積極成長、組織引導教師共備、高度邏輯推演教學、學生積極主動學習、以及政策容易貫徹等。

一、設備環境優良

參訪的每間學校的環境設施相當完善（見圖1），每個學科實驗室皆有專屬管理人員負責協助授課教師準備器材與配製藥品，讓教師可以更多時間專心準備課程與上課的內容。學校課程規劃除了國家課程之外，尚有校本課程與研究性的學習課程，而參訪的3所高中學校設備水準皆達到大學四年級的實驗等級，因此學生皆能在校內藉由教師引導自主地完成科學專題研究。

圖1a：北京第14中學創客教室之3D印表機，圖1b：北京101中學校園內氣象觀測站

圖1c：北京師大二附中生物組織培養實驗室，圖1d：北京師大二附中化學實驗室

二、教師分級制並積極成長

教師分級制度與薪水整併，驅使教師積極努力成長並希望被看見。中國大陸中小學教師職級區分為三級、二級、一級、高級以及正高級（吳俊明，2015）。其中，高級教師相當於大學副教授而正高級相當於大學教授層級。三級至二級的時程依不同學歷區分為2或3年，通常為審核制沒有限制人數，從一級、高級、正高級等職稱就有申請時程的年限與通過人數限制。博士學位之初任教師會從職稱一級開始，除了基本國家課程的授課之外，通常擔任指導學生科學研究的工作，作為中學與大學端溝通的橋梁。以北京師大二附中為例（見圖2），全校151位教師，職稱一級以上則有126位（佔83%），而不同職稱之教師雖有不同的工作任務，但中心目標仍共同為學生的學習與身心發展努力。

圖2a：北京師大二附中師資狀況，圖2b：北京師大二附中教師目標

三、引導教師共備

因為中國大陸每位教師需要在職進修的學分與課程，因此學校、教研組織以及大學端可以規劃相關的課程內容。北京師範大學「高端備課」即是教師、教研員、大學教授共同規劃完成之學校培育課程（見圖3）。藉由優秀的一線教師設計教學內容，再經由教研員與大學教授的研修討論，修正出適切的課程架構內容，並提供其他一線教師與師培生使用。流程主要區分為教學設計、試講、教學改進以及正式講四個階段，並且涵蓋教學前測、後測實驗處理，協助第一線教師從證據中反思自身的教學內容。

圖3a：高端備課指導模式，圖3b：高端備課指導流程參與

圖3c：高端備課教師實際講課，圖3d：參與高端備課教師實際講課

四、邏輯推演教學

不管是師培生或是一線教師在教學中強調邏輯推演歷程，藉由引起動機、主題設問、實驗檢測、確認結果，再回應設問主題以完成教學單元內容。過程中教師會不斷提出問題引導學生進行思考，再經由實驗結果確認邏輯推演結果的正確性。

五、學生積極主動

中國大陸地區的家長和臺灣一樣非常重視學生學習的情況，因此教師會要求學生參與課堂的學習。課室觀察學生的學習是積極主動，當教師提出問題之後，學生能夠大方、自信地針對問題進行想法與觀點的表達。

六、政策容易貫徹

由於制度的因素，容易建立起由上而下的政策執行力，當上級領導認為某些課程是完善且對學生有助益，並會開始在校內擴展實施，例如：開設校本課程與專題式科學研究。再加上教師投入這些工作對於級職的評比有助益，因此一線教師也樂意投入教學工作。

n  資訊融入教學與社群共備分享

本文作者榮幸能夠安排在校園景色優美的北京101中學分享任職學校資訊融入教學策略與社群共備模式。本校目前常態性參與共備的國中、高中教師成員共約20位，科目涵蓋數學、英文、生物、化學、理化、國文、歷史、地理、音樂以及美術等。

一、模型本位合作學習教學模組

模型是指物件與物件之間的關聯，例如：玩具車就是模擬車輛之輪胎、車體、外型等關聯之實體物。模型不單指稱具體的實體物亦可泛指概念與想法間的組成關係，例如：腦中對於人體內部器官位置的想法。因此，科學模型則視為科學概念間組成關係的一個體系，作為模擬與預測自然現象或是作為科學家們彼此溝通的工具。協助學生建構完整的概念組織即可視為建模教學，它不僅幫助學生建構組成概念而且協助學生思索概念的組成關係。教師們可以透過逐步建構的歷程幫助學生建構與反思正確╱合理的概念模型，若再納入同儕之間的互動可增加學生反思的機會，形成模型本位合作學習教學策略（model-based collaborative teaching module）。如圖4所示，本模式涵蓋授課、討論與反思等步驟，主要的目的皆是協助學生建構核心的心智模型。授課部分可以是講義自學、線上影片或是教師直接授課，主要協助學生產生模型，即強調模型內部物件與物件間關係的建立。討論部分可以設定任務讓小組成員進行互動，找出學生能的錯誤想法，協助學生修正與重建模型，即透過檢驗學生自身模型的可行性達到修正的目的。反思部分可以讓學生上台講解或發表想法，主要讓學生思索整個學習歷程，觀察自己學習需要改進之處，即透過增強與反思協助學生獲得完整的建模歷程（鐘建坪，2014；Jong, 2016）。

圖4：模型本位合作學習教學模式（修改自Jong, 2016）

二、教學模組在化學計量單元的應用

化學計量（Stoichiometry）是學習計量化學的基礎，它整合化學反應式、粒子數目、質量、原（分）子量以及莫耳的關聯性，目前國家的課程規劃在國中時介紹初步的完全反應，至高一時再納入限量試劑的概念作為非化學計量混合物（stoichiometric mixtures）時的考量。本教學對象為高一班級，並持續1個月的教學時程。其中授課部分選用〈均一教育平台〉之教學影片，讓學生在課室內直接上網觀看約15至20分鐘的教學影片（見圖5a），觀看影片完畢之後再完成相似題，藉以挑戰學生是否真的理解教學影片內容（見圖5b），若有疑問之處亦可重新觀看教學影片或是詢問小組成員進行討論（見圖5c）。待全班理解之後，教師提供概念遷移的小組挑戰題，此時先讓全班作答3至5分鐘之後再進行約莫10分鐘小組互動討論（見圖5d）。接著由志願或是抽到的小組成員進行答題內容的解釋，並說明該堂課的學習內容與自己解題時需要留意之處（見圖5e）。最後由教師協助同學反思課堂的學習內容並進行該堂課的概念歸納整理（見圖5f）。

圖5a：同學觀看教學影片，圖5b：觀看完教學影片立即練習

圖5c：不理解之處再次觀看影片，圖5d：小組成員討論挑戰題

圖5e：上臺解釋與分享解題歷程，圖5f：教師概念統整與小組評分

〔續《北京化學教學交流：資訊融入教學社群分享與參訪心得（下）》〕

北京化學教學交流：
資訊融入教學社群分享與參訪心得（下）

鐘建坪

新北市立錦和高級中學國中部
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〔承《北京化學教學交流：資訊融入教學社群分享與參訪心得（上）》〕

n  資訊融入教學與社群共備分享

三、社群共備模式

參與本校共備的教師成員學科背景廣泛，主要具備教學熱忱、樂於接受新的教學挑戰以及嘗試創新教學的同時願意進行社群共備分享，讓不同成員之間能夠欣賞彼此教學優點，並且反思自身的教學限制，思考出對學生最佳的教學活動。由於模型本位合作學習教學模組涵蓋模型教學與合作學習，因此社群教師共備初期，先由合作學習出發，讓夥伴教師能夠經由實務的研習思考如何在課堂中進行小組互動、如何藉由資訊工具的增加師與生或是生與生之間的互動。接著進行課堂小組討論實作，夥伴教師思考經由實作之後的疑慮與反思，在社群共備之中進行分享與討論解決之道。待合作學習操作完畢之後，再納入模型概念，經由研習分享模型的意義以及思索教學上不同學科欲建構之模型的意涵，透過實際反思與討論，帶領社群教師實際思索如何運用模型本位的教學（見圖6）。最後協助教師整合模型與合作學習形成模型本位合作學習教學模式，並讓教師思索如何藉由授課、討論與反思的歷程協助學生建構正確/合理的概念模型。

圖6a：教師討論欲教概念的模型意義，圖6b：教師分享欲教概念的模型意義

n  參訪過程觀察到可能面臨的挑戰

幾天的參訪行程，整理幾點觀察到中國大陸學生學習可能面臨的挑戰，包含知識引領教學、服從專家建議、缺乏個別差異、缺少創意想法等。

一、知識引領教學

雖然中國大陸的課程標準內容明定認知、技能與情意三個面向，但是教師的教學與師資的培育課程仍多強化在分析知識的結構以利於學生吸收，技能部分著重在實驗技能的培養而忽略高階思考技能與知識內容的關聯，情意面向的延伸似乎不易看見對於科學的賞析以及科學與社會議題之間的關聯性。

二、服從專家建議

可能中國大陸學生從小即開始接觸點評制度，因此接觸的每位學生其口語表達能力皆有一定水平，能針對問題說明自己的想法以及提出具備品質的改進之道。然而，當這些想法與更高職階相互牴觸時，卻比較不會嘗試說服與提出差異想法的理由，而是選擇沉默的方式繼續接受。

三、缺乏個別差異

雖然中國大陸課程標準高中三年設定的學習時程，但是高中端實務面向的操作都會在高一、二的兩年中完成三年的課程內容，高三整年進行複習課程。縮短學習的時程，教師教學速度相當的快，缺少不同階段轉化的輔助鷹架，期望短時間內提供大量的知識內容，因此學生亦必須在短時間內學習。如此強化知識教學導向，容易忽略學生差異表現，造成初中升高中與高中升大學的考試必須篩選相同特質的學生，變相持續增加升學競爭。

四、缺少創意想法

中國大陸在中考與高考高度競爭的情況下，教學的內容比較容易聚焦在知識層面的重複練習。例如：雖然在原電池教學單元中會強調不同電池改良的因素，但忽略讓學生主動腦力激盪的發想與思索可能改進的想法。

n  建議與未來可行之道

中國大陸學生在學習面臨的挑戰其實和臺灣目前現階段相當類似，主要是以考試引導教學，因此身為第一線教育人員應該思索目前可能面臨的困境與挑戰，並思索未來人才培育的方針，落實在實際的教育現場。

一、強調能力與素養本位的學習內容

從九年一貫強調能力本位課程內容，至日前公布的12年國教課綱，臺灣目前嘗試轉化升學競爭成為學生自主學習能力與相關素養的養成。以自然與生活科技為例，學生不僅應該熟悉相關的科學知識，尚應該獲得科學過程技能以及對於科學本質議題的反思探索。教師於教學時應該著重在核心概念的引導與實際手做能力，讓學生從中強化動手操作與心智技能的關聯。

二、區分學習新課內容與複習統整課的差異

新課內容強調如何協助學生進行知識的建構，藉由引導學生的先前概念再進行概念的修正與重建。然而複習課強調是直接協助學生進行知識的統整，缺少概念轉變的歷程。因此，教學時應該強調以學生的起點行為出發進行知識的建構，而非將整理好的知識灌輸給學生，同時讓學生在學習歷程中可以反思、抒發想法，再藉教師的引導逐漸轉變成科學想法。

二、引導式探究納入實際課堂教學

新概念的教學可以嘗試引導式探究，藉由找出學生的起點行為之後，再思索正確性與否而設計相關的實驗，或是改良課本實驗讓學生在有限的資源下進行實驗探索而非驗證理論結果，緊接著和學生討論理論與實際觀察的差異性，讓學生進行科學論證。例如：將課本實驗做為學生預習準備，真正實驗則將課本實驗加以改良，讓學生並非按照課本步驟而是能夠有所思索完成實驗。

三、知識、能力與情意的整合性教學

雖然國內課程進度的壓力亦相當的大，但在特定教學主題單元可藉由科學性社會議題的討論可以增加整合、能力與情意面向。讓學生分析不同立場的觀點想法，思索如何突破目前侷限的架構以開創新局，讓學生從中自我分析未來可行的解決之道。例如：國光石化與六輕工廠設置的討論，可以藉由社會性科學議題讓學生進行主題式探索，並藉由討論的歷程尊重不同立場的想法，以求合宜的解決之道。

四、教師專業發展社群共備

北京約有2/3教研活動使用北京師大高端備課成果教材，透過大學教授、教研組織以及優良教師的參與研修設計出適切的課程內容，目前亦將從化學的發展開始全面擴展。值得借鏡的是異質性的多元組成，藉由課程、學科與教學專家的共同備課研發課程，帶領校內外教師共同研修。例如：任職學校資訊融入教學社群的組成除了各自的學科知識外，尚有課程與教學、資訊工具等專業背景教師參與，作為教師培訓課程與實作活動的共備引導（見圖7）。

圖7a：教師共備社群研習，圖7b：社群教師校外實作分享

五、實習較師在校的教學引導

實習學校可在校內規畫輔導實習教師的組織，藉由行政、課程、學科教師的協助，在實習教師正式上台教學前，先琢磨教學序列，先透過幾次的講演練習同一個單元，產生初步的教學流程，再持續往下精煉其他教學單元。亦可讓同科的實習講師進行「同課異講」，藉由彼此分享教學設計的內容在精緻化彼此的想法。

六、持續進行以學生為中心的教學

為了避免觀摩只是一種表演而非真實課堂的展現，應該持續協助一線教師發展以學生為中心的教學模式。熟悉多種模式並且轉化至每個教學單元，藉由實際操作過全部的課程內容，逐步發展出相對應的教材與評量方式。如此，才不會在觀摩結束之後再度回到教師為中心的教學模式。藉由社群共備模式，國中、高中教師共同發展相關的教學內容以減輕教師單獨發展的壓力與無助。

七、提供機會讓學生在課堂中彼此溝通與自我表達

當學生能夠說明與解釋科學概念的同時，顯示學生能夠將相關內容作為溝通的工具。教師可以從學生間互動與呈現的內容知悉學生理解概念內容的程度，並發覺學生可能存在的迷思概念，學生也逐步藉由課堂中彼此溝通與呈現增進自身的表達能力。

八、強化學生與教師自主學習的能力

知識的進展快速，目前學習到的知識或許很快就會改變。不僅應該培養學生自主學習的習慣，職前與在職教師亦需要專注在自己本質學能的提升。培養自主學習的能力才能應付多元變化的世界，掌握趨勢的脈動自主性的學習。學生的部分可以將大規模網路免費公開課程（Massive Open Online Courses，簡稱MOOCs）納入平時的教學課程中，讓學生知道目前自主學習的趨勢，而教師部分可以藉由除了國內、國外MOOCs之外，尚可利用共備社群的引導介紹教師適切的學習內容作為自我專業提升的教材。

n  結語

目前中國大陸工資上漲，已經開始讓原先強調廉價勞力的產業移向東南亞，造成許多的臺商開始回流，目前任教的班級中已有臺商子弟從中國大陸返臺就讀。這些學生對於兩岸的長時間接觸與觀察可作為教師教學與學生學習更直接的借鏡。參訪結束回到任職學校，自己不僅向任教班級陳述所見所聞，亦和返臺學生商談兩岸教師教學與學生學習的差異性。學生陳述在上海等都市型學校授課模式亦會強調以學習者為中心的分組合作學習，反而回臺後接觸到的教師，其授課方式多以講述為主，缺少生與生以及師與生間的互動交流。因此，反思兩岸教與學的優缺點，自我期許未來能夠更加精緻學生本位學習的教學任務，藉由引導式探究讓學生逐步發展知識概念，帶領校內在職與實習教師進行共同備課學習，將教師社群發展模式推廣至其他周邊學校。

n  參考文獻

吳俊明（2015）。大陸中小學教師職稱制度改革紀要和簡評。臺灣化學教育，2(9)。http://chemed.chemistry.org.tw/?p=9851。

鐘建坪（2014）。模型本位合作學習教學策略。臺灣化學教育，1(2)，203-209。http://chemed.chemistry.org.tw/?p=1960。

Jong, J. P. (2016). The effect of a blended collaborative learning environment in a small private online course (SPOC): A comparison with a lecture course. Journal of Baltic Science Education, 15(2), 194-203. Webpage: http://www.scientiasocialis.lt/jbse/files/pdf/vol15/194-203.Jong_JBSE_Vol.15_No.2.pdf.

有關化學鍵和八隅體法則的問題

施建輝

國立新竹科學園區實驗高級中學
教育部高中化學學科中心
[email protected]

n疑難問題一：硫酸根的S-O鍵是單鍵或雙鍵？

前言

硫酸根（SO₄²⁻）的S-O鍵教科書的附圖以單鍵表示，為何又有雙鍵的說法？首先來看看問題的源頭：「硫酸根的教科書圖示，S-O是單鍵」，如圖1所示。

圖1：高中化學教科書提到硫酸根（SO₄²⁻）的結構

在圖1中，S-O鍵確實可以看出是單鍵，但是為何又有「存在雙鍵」的說法，說明如下。

硫酸根中S-O的鍵結

本人在《臺灣化學教育》第十五期的專欄文章〈高中化學問題集錦一〉提及形式電荷（formal charge），這次這個問題仍需以計算硫酸根中各原子的形式電荷來說明。圖2是經形式電荷計算後，硫酸根中各原子的形式電荷。

圖2：硫酸根（SO₄²⁻）中各原子的形式電荷

在圖2中，每個氧原子的形式電荷皆為−1，這沒有問題，然而在高電負度的非金屬硫原子上存在+2的形式電荷就顯然不妥了！因此，需考慮其他可能的鍵結方式。若將氧原子上的孤電子對與硫原子的3d空軌域進行p_π-d_π鍵結，如圖3之左圖所示，硫原子的形式電荷為零，這顯然是一個較佳的結構。再者，與硫鍵結的四個氧原子條件皆同，以共振結構表示S-O的鍵結更合適，如圖3之右圖所示。實際測得的S-O鍵長為149 pm，比S-O單鍵鍵長176 pm短了27 pm，可以確認S-O鍵不是單鍵，而應該是  鍵。

圖3：硫酸根（SO₄²⁻）存在雙鍵的結構（左），共振結構（右）

延伸推論：磷酸根中P-O與過氯酸根中Cl-O的鍵結

上述解釋可以推及磷酸根（PO₄³⁻）與過氯酸根（ClO₄⁻）。高中教科書都以單鍵表達P-O與Cl-O的鍵結，如圖4所示。

圖4：磷酸根（PO₄³⁻）的結構（左），過氯酸根（ClO₄⁻）的結構（右）

經形式電荷的計算，問題再度出現，磷酸根的中心原子P存在+1的形式電荷，而過氯酸根的中心原子Cl甚至存在+3的形式電荷，如圖5所示，這是絕對不合適的表示。

圖5：磷酸根（PO₄³⁻）的形式電荷（左），過氯酸根（ClO₄⁻）的形式電荷（右）

若以p_π-d_π鍵結處理這個問題，P和Cl帶正電荷的狀況將消失，如圖6所示。

圖6：磷酸根（PO₄³⁻）與過氯酸根（ClO₄⁻）存在雙鍵的結構

同理，以共振結構表示圖6中磷酸根與過氯酸根的結構，更能表示兩者的實際鍵結，如圖7所示。因此P-O應該是  鍵，Cl-O應該是  鍵。

圖7：磷酸根（PO₄³⁻）與過氯酸根（ClO₄⁻）的共振結構

疑難問題一：結語

教師教學時，是以學生既有的先備知識為背景去介紹新的概念，因此教科書的編撰在介紹硫酸根或磷酸根等原子團的鍵結時，皆以單鍵的方式表達，讓學生容易學習。若突然加入p_π-d_π的鍵結概念，會造成多數學生的困惑。當然有部分程度突出的學生會想到或閱讀到雙鍵或分數鍵的內容，此時教師可在班上稱讚提問的學生，強調這是大學化學的內容，並依學生的程度，以合適的方式介紹此一概念，相信學生能接受這個新的概念。

n  疑難問題二：氯化鈹與三氟化硼到底符不符合「八隅體法則」？

前言

在「混成軌域」這個單元中，常以氯化鈹（BeCl₂）介紹sp混成軌域，以三氟化硼（BF₃）介紹sp²混成軌域。然而，氯化鈹（BeCl₂）與三氟化硼（BF₃）都是最常於考題中出現不符八隅體法則（octet rule）的實例，它們似乎不可能穩定存在，為何要以這兩種不穩定的化合物介紹「混成軌域」？以下將針對此問題提出說明。

硼的氫化物與鹵化物

硼之價軌域電子組態為2s²2p¹，當鍵結時，提升1個電子至2p軌域，形成3個半填滿的sp²混成軌域。若與氫鍵結，則形成BH₃，若與鹵素鍵結，則形成BX₃，不管是前者或是後者，都不符合八隅體法則，那兩者是以什麼狀態存在？說明如下：

(一) 硼以sp²混成軌域與氫鍵結形成氫化硼（BH₃），分子形狀為平面三角形，鍵角120°。由於周圍只有6個電子，因此不符八隅體法則，如圖8之左圖所示。在常溫常壓下，以三中心鍵（two-electron, three-center bond）或稱橋鍵（bridge bond）的方式形成B₂H₆以取得安定性。如圖8之中圖和右圖所示。

圖8：BH₃分子形狀（左），B₂H₆的三中心鍵（中），取自維基百科的B₂H₆的分子形狀（右）（右圖圖片來源：http://goo.gl/UakFpB）

(二) 硼與鹵素則形成三鹵化硼（BX₃），分子形狀亦為平面三角形，鍵角亦是120°。三鹵化硼與氫化硼類似，三個σ鍵使硼原子周圍有6個電子，但與氫化硼不同的是與它鍵結的是鹵素原子，而鹵素原子具有孤對電子（lone pair），似乎可以透過p_π-p_π鍵結，使硼原子滿足八隅體法則。這部份有兩個說法，本文內容將兩者並陳，供教師教學的參考。

(A)   鹵素的孤對電子與硼的2p空軌域，經由配位共價鍵的方式形成π鍵以符合八隅體法則。此說法見Holleman-Wiberg所著〈Inorganic Chemistry〉。內容如下：

(a)      以BF₃為例，硼與氟會生成p_π-p_π鍵結，其共振結構如圖9所示。

圖9：BF₃的共振結構

(b)      從共振結構來看，B-F應該是 鍵。

(c)      表1為BX₃的鍵長資料，以BF₃為例，實測鍵長為130 pm；若B-F是單鍵，則鍵長為146 pm；若B-F是雙鍵，則鍵長為126 pm。資料顯示B-F的鍵長介於單鍵與雙鍵之間，可證實前述 鍵。

表1：BX₃的實測鍵長與計算所得鍵長

(B)    對於鹵素的孤對電子與硼是否形成π鍵的結構存疑，認為BX₃不符合八隅體法則。此說法見Huheey所著〈Inorganic Chemistry〉。內容如下：

(a)      以BF₃為例，若F提供孤對電子與硼形成π鍵，則會形成F的形式電荷為+1，而硼的形式電荷為−1，如圖10所示。這對於具有最大電負度的F而言是不恰當的表示。

圖10：BF₃的共振結構及形式電荷

(b)      Huheey認為BF₃應該以結構圖10之(Ⅰ)為主，而結構(Ⅱ)的貢獻是很少的。

(三) 高中化學老師如何面對這個問題：到底BX₃算是符合還是不符合八隅體法則？我個人建議以Huheey的解說為基準，向學生說明硼與氟有可能存在結構(Ⅱ)，但其貢獻甚少，因此在高中階段仍認定其主要結構為結構(Ⅰ)，也就是BF₃被歸類為不符合八隅體法則的例子。

兼論氯化鋁的鍵結

鋁與硼同為第13族元素，其價軌域電子組態為3s²3p¹。當鍵結時，提升1個電子至3p軌域，形成3個半填滿的sp²混成軌域，若與氯鍵結則形成AlCl₃，「表面」看來仍不符合八隅體法則，但是氯化鋁（AlCl₃）確實可以穩定存在，它是以何種方式存在？說明如下：

(1)     氯化鋁在不同溫度下以不同的結合方式存在，如圖11所示。

(2)     低溫時，氯化鋁是以離子晶體(AlCl₃)_x的狀態存在，Cl⁻構成面心立方堆積，Al³⁺則佔有其中  的八面體洞（octahedral hole），因此Al³⁺被6個Cl⁻包圍，其配位數為6。

(3)     當加熱使氯化鋁晶體熔融成液態或昇華為氣態，則氯化鋁皆以二聚體（dimer）Al₂Cl₆存在，此時鋁的配位數為4。注意，此時兩個單體（monomer）AlCl₃結合的方式並非三中心鍵，而是藉由氯的孤電子對與另一個單體的鋁以配位共價鍵結合而成，且此時Al₂Cl₆符合八隅體法則。

(4)     當加熱的溫度超過800℃時，二聚體（dimer）Al₂Cl₆分解，而以單體（monomer）AlCl₃的分子存在，此時鋁的配位數為3。Al不易與Cl形成π鍵，因此氣態單體（monomer）AlCl₃不符合八隅體法則。

圖11：氯化鋁各種不同的結合方式

鈹的氫化物與鹵化物

鈹之價軌域電子組態為2s²，當鍵結時，提升1個電子至2p軌域，形成2個半填滿的sp混成軌域。若與氫鍵結，則形成BeH₂。若與鹵素鍵結，則形成BeX₂，不管是前者或是後者，都不符合八隅體法則，那兩者是以什麼狀態存在？說明如下：

(1)     鈹以sp混成軌域與氫鍵結形成氫化鈹（BeH₂），分子形狀為直線形，如圖12左圖所示，鍵角180°，不符合八隅體法則，是一個不穩定的分子。在常溫常壓下，會以三中心鍵或稱橋鍵的方式形成鏈狀結構以取得穩定性。如圖11右圖所示。

圖12：BeH₂分子形狀（左），(BeH₂)_x的鏈狀結構（右）

(2)     鈹的鹵化物與氫化物類似，在常溫常壓下會以鏈狀結構存在，以BeCl₂為例，這是利用氯原子的孤電子對與鈹的空軌域形成配位共價鍵而獲致的結構，如圖13所示。

圖13：BeCl₂的鏈狀結構示意圖

疑難問題二：結語

高中化學教科書以氯化鈹（BeCl₂）介紹sp混成軌域，以三氯化硼（BCl₃）介紹sp²混成軌域時，都是以兩者氣態時的鍵結方式來談其混成軌域，並不考量其結構是否符合八隅體法則或是否穩定。若教師能清楚此一背景，在進行此一單元「混成軌域」的教學時，就不會發生筆者於「前言」所提到的困惑。

n  參考資料

1.        劉新錦、朱亞先、高飛編著，無機元素化學（第二版，2010），科學出版社。

2.        Nils Wiberg, A. F. Holleman, and Egon Wiberg, Inorganic Chemistry, 34^th Edition, Walter de Gruyter, Berlin, New York, 1995.

3.        James E. Huheey, Inorganic Chemistry: Principles of Structure and Reactivity, 3^rd Edition.