臺灣化學教育

創意微型實驗—可自動歸零的微型滴定裝置

方金祥^{1, *}、黃琴扉²

¹創意微型科學工作室
² 國立高雄師範大學科學教育暨環境教育研究所
^*[email protected]

傳統式之酸鹼滴定裝置中所使用之滴定管皆是以玻璃材質製成的，在操作時一不小心很可能會被弄斷或弄破。一般滴定管可分為透明滴定管與棕色滴定管，前者適用於一般酸鹼滴定，而後者則適用於滴定劑見光易被分解者如過錳酸鉀之氧化還原滴定。滴定管之容積有50 mL，25 mL，10 mL等規格，其價格較為昂貴。為了克服傳統式之酸鹼滴定裝置在進行酸鹼滴定時添加滴定劑時不易歸零及滴定管易破之缺點，在本文中將以更安全更經濟的丟棄式塑膠移液管（每支價格約為10元左右）設計成「改良型塑膠滴定管」，以代替傳統式的玻璃製滴定管，並配合儲存或承接滴定劑的容器設計成兩套耗用藥品更少，手完全不會碰到任何一滴滴定劑（如鹽酸或氫氧化鈉），而且滴定劑之量取也可任意設定後自動定其量（自動歸零），而在滴定後剩餘在滴定管中之滴定劑（鹽酸或氫氧化鈉）又可自動使其回收再多次使用，此一「可自動歸零的微型滴定裝置」每套成本約為五十元至一百元左右。

用來盛裝滴定劑容器之材質分為軟式（可擠壓）及硬式（不可擠壓）而設計成兩套可自動歸零的微型滴定裝置，其詳細製作過程如微型滴定裝置（一）及（二）所述。

n  可自動歸零的微型滴定裝置（一）之設計與製作

(一) 材料與藥品

丟棄式塑膠移液管（Disposable transfer pipette, 10 mL） 1支、塑膠三通活栓（Top 3-way stopcock） 1個、單孔小塑膠塞 1粒、透明塑膠軟管（內徑2 mm、長60 cm） 1條、稀鹽酸（1 M） 600 mL、熱熔膠（槍） 1組、血壓球 1個、小型電動打氣機 1組、塑膠滴管（3 mL） 1支、透明塑膠軟管（內徑3mm，長20cm） 1條

(二) 設計與製作過程

1.        改良型微型滴定管之設計與製作

為了克服傳統式之酸鹼滴定裝置在進行酸鹼滴定時之缺點，因此本文中兩套微型滴定裝置中之滴定管將以比較安全的10 mL塑膠材質之吸量管設計成改良型微型滴定管，其設計與製作方法如下：

(1)     將一支10 mL丟棄式塑膠移液管之上面切掉3 cm，如相片一所示。

相片一：將丟棄式塑膠移液管之上面切掉3 cm

(2)     用熱熔膠將一粒塑膠三通活栓固定在塑膠移液管之下端，如相片二所示。

 

相片二：塑膠移液管下端接上塑膠三通活栓

(3)     另取一支3 mL塑膠滴管，用剪刀自滴管頭下方6 cm處剪掉，然後將其前端2 cm處在酒精燈小火上旋轉加熱之。

(4)     待塑膠滴管前端稍微自然彎曲時，迅將其自火焰上移開，經冷卻後向下彎曲而成「彎曲小滴管」，如相片三所示。

相片三：彎曲小滴管

(5)     在彎曲滴管的另一端接上一段2 cm長的塑膠小吸管，而成自製「彎曲滴管頭」，如相片四所示。

 

相片四：自製「彎曲滴管頭」

(6)     然後再將自製「彎曲滴管頭」直的一端接在塑膠三通活栓之側管，便組成一支「改良型微型滴定管」，如相片五所示。

 

相片五：改良型微型滴定管

2.        滴定劑承接容器之組裝

(1)     準備1個密封塑膠罐，如相片六所示。

相片六：密封塑膠罐

(2)     在密封塑膠罐的蓋子中央處挖1個小孔，另在其旁邊挖2個小孔，如相片七所示。

相片七：挖了3個小孔的密封塑膠罐蓋子

(3)     用紅熱之迴紋針將一粒硬質塑膠塞（取自三通塑膠活栓之附件）鑽一小孔而成單孔塑膠塞。然後再熱熔膠將此單孔塑膠塞固定在密封塑膠罐的蓋子中央之小孔上，如相片八所示。

 

相片八：單孔小塑膠塞（左）固定在密封塑膠罐的蓋子中央

(4)     取一條長約60 cm的透明塑膠軟管之一端，由塑膠蓋子上的1個小孔插入，並使其末端深入塑膠密封罐子的底部，並用熱熔膠將其固定之。然後再用熱熔膠將1根長約4 cm之硬質塑膠管固定在塑膠蓋子上的另1個小孔上，如相片九所示。

 

相片九：塑膠蓋子分別插入透明塑膠軟管與硬質塑膠管

(5)     將塑膠蓋子與罐子組合起來，然後再將相片五之「改良型微型滴定管」下方之塑膠三通活栓插在塑膠蓋子中央之單孔塑膠塞上。並把塑膠蓋子上方之塑膠軟管的末端由改良型的微型滴定管的上方插入，使其末端位在刻度「0」處，如相片十所示。

相片十：塑膠軟管的末端位在刻度「0」處

(6)     用一條長約20 cm的透明塑膠軟管，接一個血壓球或小型電動打氣機上，而透明塑膠軟管的另一端則接在塑膠蓋子上方之硬質塑膠管上，即組成第一套的「可自動歸零的微型滴定裝置（一）」，如相片十一所示。

  

相片十一：組裝完成之「可自動歸零的微型滴定裝置一）」

三、微型滴定裝置（一）之操作方法

1.        滴定劑（鹽酸）之定量量取

(1)     先將滴定管下方之塑膠三通活栓關閉成三不通的位置，如相片十一所示。

相片十一：關閉塑膠三通活栓成三不通的位置

(2)     打開密封罐的蓋子，將200 mL的1 M HCl溶液倒入密封罐中，然後再將密封罐的蓋子蓋起來（注意：蓋子需鎖緊一點）。

(3)     壓縮血壓球或打開小型空氣壓縮器電源開關，將存放在密封罐中之滴定劑，使其經由透明塑膠軟管至微型滴定管上方而進入滴定管中。

(4)     當流入滴定管中之滴定劑之量超過插在滴定管上方透明塑膠軟管之末端刻度「0」處上方時，便停止血壓球之壓縮動作或關掉小型打氣機之電源開關。

(5)     鬆開血壓球之控制扭或關掉小型打氣機之電源開關後，在滴定管中操過刻度零上方之過量滴定劑便會自動地經由透明塑膠軟管流回密封罐中儲存之，留在微型滴定管內之定量滴定劑便可自動歸零，以供酸鹼中和滴定之用，而儲存在密封罐內之滴定劑可以供下次實驗之用。

2.        酸鹼中和滴定之操作

(1)     打開滴定管下方之三通塑膠活栓成滴定管與彎曲滴管頭相通的位置，使滴定劑緩緩經由接在側管之彎曲小滴管，並先將彎曲小滴管充滿滴定劑，之後再將三通塑膠活栓關住，然後再重新歸零。

(2)     控制滴定管下方之塑膠三通活栓使滴定管與其下之滴定彎管頭相通之位置（相片十二），使滴定劑緩緩地經由接在側管之自製彎曲滴管頭逐滴滴入其下之加有指示劑（酚酞）之氫氧化鈉溶液中（注意：需不斷地搖動裝待測溶液之容器）。

相片十二：滴定管下方之塑膠三通活栓轉至滴定管與其下之滴定彎管頭相通之位置

(3)     當氫氧化鈉溶液之顏色發生變化（由紅色變成無色）後，便終止滴加，再由滴定管上方刻度讀出滴定劑之用量並加以記錄。

(4)     當實驗完了之後，剩餘在滴定管中之滴定劑（鹽酸）又可經由控制滴定管下方之塑膠三通活栓之開關至使滴定管與其下之滴定劑承接容器（塑膠密封罐）互通之位置，此時滴定劑變會自動地流回密封罐中，可將其儲存之以供下次使用，如相片十三所示。

相片十三：滴定管下方之塑膠三通活栓轉至滴定管與其下之塑膠密封罐相通之位置

n   可自動歸零的微型滴定裝置（二）之設計與製作

(一)材料與藥品

丟棄式塑膠移液管（Disposable transfer pipette, 10 mL） 1支三通塑膠活栓（Top 3-way stopcock） 1個、透明塑膠瓶（100 mL） 1個、透明塑膠軟管（內徑2 mm，長60 cm） 1條、廢棄光碟片（CD） 1片、塑膠移液管（3 mL） 1支、鹽酸（1 M） 100 mL、熱熔膠（槍） 1組

(二)設計、製作過程與操作方法

1. 設計、製作過程

(1)     取一個約100 mL的有蓋塑膠瓶子，並將其上之塑膠蓋子上突出之部分切掉1 cm，如相片十四所示。

  

相片十四：塑膠瓶（左）、蓋子（中）、尖端切掉1 cm（右）

(2)     用紅熱的迴紋針將一粒硬質塑膠塞（取自三通塑膠活栓之附件）的中央穿刺使其成為單孔塑膠塞，然後再用熱熔膠將此單孔塑膠塞固定在其蓋子上突出部分的正中央，如相片十五所示。

相片十五：單孔塑膠塞固定在其蓋子上

(3)     用熱熔膠將一片廢棄光碟片（CD）黏在塑膠瓶底部作為滴定裝置之底座（相片十六），使微型滴定裝置能很平穩地置於桌面上。

相片十六：供作底座用之廢棄光碟片

(4)     另在塑膠瓶靠近瓶口旁挖一直徑約5 mm之小孔，如相片十七所示。

相片十七：塑膠瓶靠近瓶口旁挖一小孔

(5)     取一條長約60 cm的透明塑膠軟管，將其一端穿入蓋子旁的小孔，並使其末端深入塑膠瓶子的底部，然後用熱熔膠將其固定之，如相片十八所示。

  

相片十八：塑膠瓶右上側挖一小孔後接一條透明塑膠軟管

(6)     將改良型微型滴定管（相片五）插在塑膠瓶上方蓋子上之單孔塑膠塞上，如相片十九所示。

相片十九：改良型微型滴定管插在塑膠瓶上方蓋子上之單孔塑膠塞上

(7)     將透明塑膠軟管的另一端由改良型微型滴定管之上方管口內插入，使其末端在刻度零的位置上。

(8)     依此步驟便可組合成第二套「可自動歸零的微型滴定裝置（二）」，如相片二十所示。

 

相片二十：可自動歸零的微型滴定裝置（二）

2. 操作方法

A. 滴定劑（如鹽酸）之定量量取

(1)     先將滴定管下方之三通塑膠活栓關閉之。

(2)     打開塑膠瓶子的蓋子，將 100 mL的1M HCl 溶液倒入塑膠瓶子中，然後再將塑膠瓶子的蓋子蓋起來。

(3)     將連接在塑膠瓶子上之透明塑膠軟管之末端由滴定管之上方插入，並使透明塑膠軟管之末端位於滴定管「0」刻度處。

(4)     利用手慢慢壓縮塑膠瓶子，使存放在塑膠瓶中之滴定劑經由透明塑膠軟管進入滴定管中。

(5)     當流入滴定管中的滴定劑之量超過插在滴定管上方之透明塑膠軟管之下端時，應即刻鬆手停止壓縮。

(6)     此時過量之滴定劑便會自動地經由透明塑膠軟管流回塑膠瓶子中儲存之。而留在滴定管內之定量滴定劑便會剛好位於滴定管「0」刻度處，如此便可供作酸鹼中和滴定之用，而儲存在塑膠瓶子內之滴定劑也可以供下次實驗之用。

B. 酸鹼中和滴定之操作

(1)     打開滴定管下方之三通塑膠活栓成滴定管與彎曲滴管頭相通的位置，使滴定劑緩緩經由接在側管之彎曲小滴管，並先將彎曲小塑膠管充滿滴定劑，之後再將三通塑膠活栓關住，然後再用手壓縮塑膠瓶子重新歸零。

(2)     再打開滴定管下方之三通塑膠活栓，控制滴定劑逐滴地由彎曲的注射針頭滴入其下加有適當指示劑之未知濃度的氫氧化鈉溶液（溶液呈現粉紅色）中，並加以搖盪使其混合均勻。

(3)     當氫氧化鈉溶液之顏色發生變化（溶液的顏色由粉紅色消失而變成無色透明）後，便終止滴定，由滴定管上方讀出滴定劑之用量並加以記錄。

(4)     當實驗完了之後，剩餘在滴定管中之滴定劑（鹽酸），可經由控制滴定管下方之三通塑膠活栓之開關，此時滴定劑會自動流回塑膠瓶子中，可將其儲存之以供下次滴定時使用。

n  微型滴定裝置之特點

本文中所設計的兩套可自動歸零的微型滴定裝置，皆具有微型實驗之特點：「體積小、時間省、反應快、效果好、易操作、很安全、動手多、趣味高、用藥少、污染低」等十大特點。

1.          器材簡單，成本低廉，每套成本約只需30～40元。

2.          製作容易，完成一套約需15分鐘時間。

3.          操作簡便、安全又節省時間。

4.          結果正確，耗用藥少、污染低。

5.          滴定劑可簡易地定量添加，方便、準確又安全。

6.          剩餘之滴定劑可直接將滴定管下方之三通塑膠活栓打開，使其僅上下相通而與其側管不通後，便可自動流回塑膠密封罐中儲存備用。

7.          實驗裝置為可拆卸，組合與整理存放都很容易又方便。

8.          裝置皆為耐酸鹼之塑膠材質組成，不易破損，質輕攜帶方便，在實驗室、教室或家裡甚至戶外皆可進行滴定實驗。

n  結語

由於微型化學實驗的推行，將能使每一位學生都各自擁有一套實驗裝置，在實驗課程中，每位學生在教師講解與演示之後，便可親自動手做實驗，以觀察化學反應的現象與實驗的結果，並加以思考、推理及分析，以便能得到最合理的結論。課後學生亦可利用時間，在家裡或戶外在多作幾次實驗，使其印象更為深刻如此更能激發學生學習化學或理化的興趣，也讓學生能充分發揮其思考和創造力。

另從環境保護及環境教育的角度去思考，由於我國的中、小學就有一萬多所，若再加上高中職校和大學院校那就更多了。如果各校都能依照化學或理化課程教材編寫的精神，勢必在每一單元都需要以實驗活動為主，配合理論的介紹，才能收到相輔相成的效果。而若每一實驗都得按照課本原先傳統（常規）設計的實驗來做，則因其所需耗用的藥品數量很多，實驗時所排放出來的廢氣或實驗後所產生的廢液、廢棄物等，必然會對實驗室及環境造成污染，進而導致實驗室內、室外空氣污染及甚而污染地下水等，為了保護環境是必須要將化學實驗從減量、減廢及減毒著手，在爾後的化學或理化實驗教學上，能多加使用微型化學實驗來配合，不僅對師生在上實驗課時健康有所保障，也能提高學習興趣和教學成效，亦正是對學生進行環保教育的一個很好的課題。

上述兩套「可自動歸零之微型滴定裝置」，皆係由便宜、簡單且容易取得的塑膠器材，再配合一些小零件，經設計後組合成實驗裝置，近幾年來在校外辦理多次的高中化學教師研習實做的結果，皆一致認為這些由利用塑膠材質組合成微型化學實驗教具在化學實驗教學上都非常實用、有趣。而且具有「小而省、快而好、易而安、多而高、少而低」等十大特點，實不失為以活動取向為主的創意化學實驗中不可或缺的實驗教具。國中自然與生活科技領域之教師或高中職化學教師在指導學生進行滴定實驗時，若採用可自動歸零的微型滴定裝置，必將使化學實驗教學更為生動、活潑且有趣，使教師更能樂於帶學生做實驗，也更能引起學生的操作實驗興趣及提升教學品質與成效。

 

跨學科科學課程設計—
「淡水河左岸」專題研究課程

鍾曉蘭

新北市立新北高級中學
教育部高中化學學科中心
[email protected]

n  前言

高中新課程99綱實施以後，越來越多的學校積極想要發展學校本位的課程，以突顯各校的特色，吸引更多的優秀學生進入學校。筆者結合學校所引以為傲的學校所在地－淡水河左岸（三重蘆洲交界地區、重陽橋附近，鄰近五股溼地），自然環境豐富而具多樣性生態，設計出以淡水河自然資源為主題的專題研究課程，統整跨學科（化學、地科、生物）所涵蓋與水資源與生態相關的概念、科學過程技能與活動，並考慮學生的特質，以學校每週二節的空白課程，以發現及探究式的教學方式，並部分融入多元智慧的教與學的觀點，帶領並鼓勵學生們以小組合作的學習方法去觀察、檢視、瞭解與分析環繞他們的自然環境，讓學生們應用已有的知識背景，進行一系列的試驗、探索和尋求問題解決的方法，期望提升學生對科學探索的興趣與科學技能，在小組互動學習中培養科學態度與正確的社會態度與價值觀，並進一步整合所學習到的科學概念與科學過程技能，規劃出解決當今社會環保議題中水污染的防治方法。

n  課程設計的理念

（一）   課程目標

根據需求評估後，訂定出四大課程目標，詳述如下：

1.        從活動中，瞭解學校附近的自然環境—淡水河左岸與五股溼地，培養學生愛護自然資源的觀念，並應用所學，設計出解決淡水河污染的可行方案。

2.        從探索活動中，引起學生學習科學的興趣，培養學生科學過程技能。

3.        培養學生批判性思考及解決問題等能力。

4.        藉著小組合作的學習模式，發展學生正確的社會態度與價值觀。

（二）   選擇教材

配合高一學生認知發展，選取下列相關教材及活動：

1.        自基礎化學選取與水資源相關的水的特性（如物性、化性），水溶液的性質以及水污染的種類與防治等科學概念。

2.        自基礎地科中選取水循環的相關概念，探討水循環的影響，藉以探討淡水河的自然資源的影響。

3.        自基礎生物中選取水圈的概念，探討淡水河左岸生態的改變

4.        自水污染防治法規中選取水污染種類與檢測方法，探討淡水河的污染情形。

5.        設計一系列參觀與實地的調查活動、探索式實驗，讓學生藉由「做中學」以及小組合作的互動中，獲得學習經驗，幫助學生瞭解淡水河左岸的變遷、生態變化及水污染對自然環境的影響，有助於發展學生的思考技巧、社會態度及提升學習興趣，亦有助於學生獲得資訊，將學習經驗應用於淡水河水污染的問題解決。

（三）   組織教材

以淡水河左岸的自然資源為主題，統整相關科學概念、科學過程技能、科學方法、科學現象等，以培養學生解決日常生活問題的能力、正確的科學態度與社會價值觀為訴求，課程架構如圖1所示。

圖1：課程架構

活動設計則納入多元智慧的教與學的觀點，以多元的方式設計並呈現教材與活動，如圖2所示。

圖2：將多元智慧觀點納入課程的活動設計

（四）    課程活動內容說明

第一週的二小時為預備週，說明本學期課程的主要活動內容，以及小組分組情形及任務分配，學習評量方式等事項。

1.        單元一：淡水河巡禮以四小時進行，認識淡水河左岸、探討淡水河左岸的變遷的活動各兩小時。

(1)     認識淡水河左岸：帶領同學乘坐遊船，從大稻程的小碼頭出發，從船上欣賞淡水河兩岸的風光，記錄並比較所觀察的兩岸自然景觀有何異同，進一步瞭解學校所在地－淡水河左岸自然環境與自然資源的特色。在行程中特別介紹學校附近的淡水河左岸原本是垃圾掩埋場，為學校帶來惡臭及河岸附近的髒亂。後來進行垃圾掩埋場搬遷後，近年來景觀變化非常大，空氣中的惡臭味與環境衛生、整潔及景觀問題改善不少。請同學思考並自省以下的問題：人們在河岸設置垃圾掩埋場帶給淡水河什麼影響？垃圾掩埋場搬遷後對自然環境真的沒有後續影響嗎？

(2)     探討淡水河左岸的變遷：請同學們事先蒐集淡水河左岸的相關資料（可以遊船之旅實地拍攝的相片、個人的心情、想法、素描等；訪問親友對淡水河的回憶、老舊的淡水河相片、相關書籍及網站等資料），以簡報的方式來介紹淡水河左岸的歷史與自然環境的變遷，並配合相關淡水河的歌曲、風景畫、小故事等，比較與表現出淡水河左岸今昔的異同，並請同學思考並自省以下的問題：人們的活動帶給淡水河左岸什麼影響？學生在活動後，繳交一份報告，對上述所提出的問題，根據自己的觀察，蒐集的資料、同組的討論後，提出自我反思後的想法並附上活動中所蒐集的圖片、相片等。

2.        單元二：探究五股溼地，分為六個小活動，總計以十二小時進行。

(1)     風華再現—五股溼地簡介（2 hrs）：利用五股溼樂園網站，http://share.tpc.edu.tw/wetland/。之”人文生態”內容進行五股濕地的人文、生態介紹（用PowerPoint介紹）

(2)     水筆仔大冒險（2 hrs）：至五股溼地進行實地調查之旅，用手摸水筆仔的胎生苗並觀察水筆仔的根、莖、葉、花，至塭仔圳旁灘地觀察螃蟹的情形，大生態池觀察鳥類（用望遠鏡）。

(3)     溼地生物知多少（2 hrs）：各小隊劃定一塊長寬各三公尺的面積，找出不同種類的生物把他畫下來，並且畫記他們的數量，再請老師統整各組調查到的生物，完成一張全班的生物多樣性圖表。（活動(2)與活動(3)可合併同一天進行五股溼地實地調查，節省往返時間。並在調查活動中，同步進行五股溼地水質探測，包括：濁度、酸鹼度、溶氧度、導電度，以數據瞭解溼地是否具有淨水的功能）

(4)     疏洪及淨水的功能（2 hrs）：設計一個小活動，讓同學藉著肢體的活動，讓同學身臨其境感受到溼地疏洪的功能及其重要性。另外讓學生就課前所蒐集的資料中，設計出簡易的實驗說明溼地具可沉積、淡化、過濾與分解部分污染物，淨化與改善水質等功能。

(5)     生態變遷的探討（2 hrs）：設計一個小活動—白鷺鷥求生記，讓同學藉著肢體的活動，讓同學身臨其境感受到當自然環境變遷時，會改變生物的棲息地，而讓物種的數目、種類產生變化，而引起生態的變遷。接著請同學就蒐集的資料來探討「當溼地的水污染增加或人為的過度開發時，會對溼地生態產生的影響為何？」

(6)     探究五股溼地的報告與討論（2 hrs）：請同學們將前五週所蒐集五股溼地的生態與疏洪淨水的相關資料（實地拍攝的相片、學習單的整理、個人的心情、想法、數據、圖表、實驗數據等），以簡報的方式配合海報，說明小組探訪之旅與探究實驗的過程與結果，並將小組與個人心得與其他同學分享。

3.        單元三：探究淡水河左岸，分為四個小活動，總計以十小時進行。

(1)     淡水河左岸生態之旅（2 hrs）：在學校附近（重陽橋附近）的淡水河左岸進行生態調查與水質現場檢測（包括：濁度、酸鹼度、溶氧度、導電度），將調查結果與數據整理成各式圖表。

(2)     探究生態改變的因素（2 hrs）：就生態調查與水污染現場檢測的結果，與先前對五股溼地的結果進行比較，探討淡水河左岸的生態的變遷與造成改變的主要因素。

(3)     探究水污染對生態的影響（4 hrs）：進行採樣河水的COD值及重金屬污染的檢驗，設計優養化對水中生物的影響的探討實驗。分別探討優養化、熱污染、濁度、酸鹼度、導電度及溶氧度下降的成因，進一步討論各種污染對生態的影響。

(4)     探究淡水河左岸的報告與討論（2 hrs）：請同學們將前四週所蒐集淡水河左岸生態與水污染的相關資料（實地拍攝的相片、個人的心情、想法、數據、圖表、實驗數據等），以簡報的方式配合海報，說明小組探究過程與結果，並將小組與個人心得與其他同學分享。

4.        單元四：還淡水河清淨之美，以四小時進行。主要就之前所蒐集的五股溼地的報告、淡水河左岸的生態變遷與水污染的相關資料及探究實驗的結果中，從資料分析出淡水河左岸水污染可能的來源，並進一步組織資料找出水污染防治的良方，並藉由小組合作方式製作書面報告及電腦簡報。

最後二週（合計四小時），進行水污染防治計畫的總成果發表會，並進行一學期的學習歷程檔案的展示，以及師生之間就一學期的課程內容與活動進行分享與回饋。

（五）   執行

依據實施時間、實施對象、小組合作模式、師資與教學評量等五方面說明。

1.          實施時間：在高一上學期實施每週兩小時的專題研究，一學期十八週，共計36小時。

2.        實施對象：高一數理實驗班的學生

3.        小組合作：採入學成績依S型異質分組，每一小組4人，任務分別為小組長、副組長、記錄員、設備員，隨著每一單元的進行，學生輪流擔任一項任務。

4.        師資：化學、地科、生物三門學科教師依據課程需要進行協同教學。

5.        教學評量：實作評量、成果發表、活動報告、檔案評量等。

n  化學課程概述和教學活動

一、   部分課程概述

以「水汙染與防治」、「水質檢驗」兩次課程為例，說明其課程目標、課程大綱、評量與相關參考資料，此兩次課程分別如表一和表二所述：

表一：「水汙染與防制」課程概述

表二：「水質檢測」課程概述

二、   本課程相關教學活動照片

本課程教學活動照片和說明如圖3～圖8所示：

圖3：單車遊新北—認識淡水河左岸

圖4：同學藉著肢體活動，感受到溼地疏洪的功能

圖5：學生進行網路資料查詢與製作報告

圖6：學生進行化學實驗—測量物質酸鹼性

 

圖7：學生與其製作的簡易淨水器

圖8：學生進行化學實驗—水質檢測

n  結語

我國十二年國教則倡導：有教無類、因材施教並落實「適性輔導」與「品質提升」，筆者期望藉由本文提供跨學科科學課程設計的範例，在制式的課程中提供教師們另一種不同的課程與教學的選擇，不僅讓課程的設計與學校的特色結合，也提供跨科教師協同教學的機會。

n  參考資料

1.          黃正傑（民80）：《課程設計》。台北：東華。

2.          黃光雄、蔡清田（民88）：《課程設計－理論與實際》。台北：五南。

3.          五股溼地樂園網站，http://share.tpc.edu.tw/wetland/。

4.          疏洪道生態保育聯盟，http://bsd.wkjh.tpc.edu.tw/~wetland/index.htm。

 

思源科學創意大賽：過去與傳承

蘇朝琴^{1, 2,*}、周吉人^2,**、黃淑滿²

¹國立交通大學電機工程學系
²財團法人交大思源基金會
*[email protected], **[email protected]

 

n  緣起

舉辦超過十年，每年吸引近千位高中學子參賽的「思源科學創意大賽」，因贊助企業被併購，原主辦單位「思源科技教育基金會」思考轉型不再舉辦此活動。「財團法人交大思源基金會」基於認同本競賽活動，能培養高中階段學子喜歡自然科學、愛好思考、並激發其創意潛力，對科技教育往下紮根的重要意義，故於2014年時接棒辦理本活動，讓此深具意義的比賽得以延續。

「財團法人交大思源基金會」是一個由交大校友捐款成立的基金會，以工商管理與科技研發推動產業升級為主要任務，結合交大校友及社會資源推動辦理有關經濟發展、文化及教育之學術合作與交流等相關活動，網址：http://www.spring.org.tw。此次本著「飲水思源」的創會宗旨，承接此一比賽，並更名為「思源科學創意大賽^Plus」（網址：http://exam.nctu.edu.tw/spring/），除了延續比賽原有的精神外，並藉由引進交大傑出的理工電資專長，將比賽帶往更高的一個層次。競賽特別重視團隊精神培養，藉由活動設計，鼓勵參賽團隊藉由分工合作解決問題以達成任務。本競賽每年3月中開放網路初賽報名，8月初複賽，8月下旬舉辦全國總決賽。除最大獎—金牌獎可獲最高獎金10萬元外，另設置多達10多種獎項，歡迎學子勇敢來挑戰。

n  決賽現場活動照片

「思源科學創意大賽^Plus」2014年決賽現場，如圖1～圖5所示：

圖1：參賽隊伍佈置關卡之一

圖2：參賽隊伍佈置關卡之二

圖3：參賽學生專心佈置關卡之三

圖4：參賽學生專心佈置關卡之四

圖5：決賽現場，各隊全力以赴

n  宗旨與業務

「財團法人交大思源基金會」之宗旨任務在促進產業之升級、工商管理之現代化，以及產業之科技研發與服務。

本會之業務範圍如下：

1.接受委託與委託他人辦理前條相關科技之研究發展與提供諮詢服務。

2.獎勵有關產業之學術研究。

3.推動從事亞太地區科技與工商管理之研究發展。

4.工商管理之服務與諮詢。

5.主辦及支援產業升級相關之人才培訓、學術講座及研討會。

6.建立工商業有關資訊之交流管道。

7.工商業現況及市場之調查與分析。

8.前條科技產品及方法之研究發展與其成果之推廣。

9.前條相關技術之調查引進審查與可行性研究，及工業研究計畫之經濟評估。

10.前各款有關業務之服務、諮詢、技術服務、研究發展、人才培訓、合作交流。

11.研究並辦理有關經濟發展、文化及教育之學術合作與交流等相關活動。

12.與本會業務有關之投資。

n  傳承記者會

2014思源科學創意大賽^Plus記者會以推倒兩階段骨牌象徵傳承，骨牌是由「思源科技教育基金會」連接到「交大思源基金會」，象徵活動的傳承意義，如圖6所示。

圖6：2014思源科學創意大賽^Plus記者會之一

圖7的相片前方為原主辦單位出席人員，左為財團法人思源科技教育基金會董事長蘇朝琴先生（交大電機系教授），右為思源科技教育基金會長期志工施建輝老師。前方骨牌圖案為思源科技教育基金會logo，後方骨牌圖案為交大思源基金會logo。相片後方是交大思源基金會執行長周吉人先生（中）、董事黃種智先生（左）與蘇冠暐教授（右）。思源科技教育基金會執行秘書邱燕君小姐擔任司儀。

歷屆參賽學生也獲邀出席記者會，也具有傳承的意義，如圖7所示。

圖7：2014思源科學創意大賽^Plus記者會之二

圖8的相片後排站立者由左至右依次為交大教務處同仁、黃種智先生、周吉人先生、蘇朝琴教授、蘇冠暐教授、施建輝老師、教務處同仁。相片前方半蹲者為獲邀出席記者會之歷屆參賽學生。

n  2011董事長的話

用科學創意，拾起童心的記憶

為激發青少年展現創意，培養科學思考與實踐夢想，並從中學習團隊合作能力，思源科技教育基金會長期透過舉辦「思源科學創意大賽」，吸引無數高中職生體驗科學實作的樂趣，而對於如何成為一流的科技人才？思源科技教育基金會董事長蘇朝琴認為，必須兼具「科學力、創意力、統合力、實踐力、表達力」這五大關鍵能力才能在未來勝出。

勝出未來的關鍵五力

蘇董事長認為科學力是研究的基礎，是能看到問題並解決問題的能力，也是支撐研究創造發明的重要能力；創意力則指的一定程度的創新，一種能夠領導趨勢的新作法、新思維的能力。至於統合力，指的是整合不同領域，將不同技術結合起來的能力，他指出，當前的科學，不單要結合人文應用，更要能與藝術、商業概念相結合，配合實踐力，才有辦法將腦中的創新構思確實執行與實現。另外他也強調，表達力也很重要；當初交大學生創立無名小站，影響力不輸當今的臉書，最後無名小站雖被以七億高價併購，但卻未能推廣到國際，這就與學生外語能力不足有關，表達力不理想，往往讓科學創意的影響力也打折，因此他認為科學研究者同樣需具備良好的表達力。

思源科學創意競賽—從做中學 培養未來人脈與能力

至於如何培養這些關鍵能力？蘇董事長說，必須即思即行，知行合一，就是從做中學、邊做邊學；如參加全國科展、思源科學創意大賽等，就是最佳途徑！尤其學生與一群人參與競賽共同努力的過程，期間培養出來的革命情感對日後人脈發展有著重要影響。此外，學生的科學實作能力，長期在準備科展或競賽過程中被培養訓練，這種自發性的學習，以及對研究的積極與熱誠，比起升學考試的被動式學習還要來的珍貴。

今年思源科學創意競賽的主題訂為「童心」，他認為是個創意十足的題目，因為孩提時代是創意力最旺盛的時代，就像一根竹竿，你想像它是什麼，它就能成為什麼，相對於當前多數學生，科學力愈高但創意力卻愈稀少，因此希望藉由「童心」這個題目，激發學生找回最初熱愛實驗創意的童心，並運用科學原理及才藝涵養展現特色。

思源宅急便 向下扎根延伸競賽效益

思源科技教育基金會除努力推廣競賽優秀作品外，未來也會擴大延伸其影響力，不但持續以「思源宅急便」送到各地學校展出，供學生參觀，激發學生創新應用，未來更計畫能向下扎根至國小學生。

蘇董事長強調，科學研究最重要的三大步驟為「觀察、定性、定量」，基金會希望未來國小生能做到「觀察」，國中生能做到「定性」，而高中生能做到「定量」的發揮，啟發孩子從小學會思考，領略實際動手操作的樂趣，進而了解科學。

n  2012董事長的話—在地思考 全球觀察

打造屬於你的「明日世界」！

透過層層骨牌關卡的設計，在遊戲中激發出青少年的無限想像與青春活力，一直是思源科學創意大賽的主要任務，財團法人思源科技教育基金會董事長蘇朝琴表示，今年競賽選定「明日世界」為主題，目的在過往迎來，鼓勵高中生多了解以前的生活，再思考明日的可能性，從在地出發，並以全球的角度觀察，下一個世代的明日世界，究竟是什麼樣的多元風貌，令人期待。

從人性化出發 預測科技未來

蘇董事長認為，未來科技發展的趨勢，最明顯的就是愈來愈走向人性化，科技不單只是提供人類生活的便利或服務，甚至有可能與人類合而為一。想預測科技的未來，必須從人性出發，高中生必須要努力想像10年、20年後的自己將會過著什麼樣的生活，然後經過歸納、整理之後，再建構出未來科技的樣貌。

蘇董事長指出，有很多未來科學的想法並非全來自科學家，其它像是小說、卡通、電影等，也曾創造出許多不可思議的想像；幼年時，他曾看過「聯合縮小軍」這部電影，其中將人類縮小放入太空船，再送進大腦去治療腦血管，當時覺得既有趣又震撼，認為只是科幻片，未來不可能發生在真實生活裡，然而40年後的今天，醫學給合了科技微米，成功利用顯微鏡或操控工具，在人體外做手術的例子很多，我們不能忽略今日的想像，也許正是明日的生活。

培養跨界整合軟實力 成就科技創新人才

蘇董事長強調，未來科技創新所需要人才，必須要能具有跨界整合的軟實力，除了要做好自己的專業外，更要能與其他文化交流，就像韓流明星在表演中不斷融入各國文化，開拓各種創新的做法，就是一個很成功的例子。科技創新的跨界整合也一樣，保有自己的特色、吸納別人的優點，得靠團體的力量，當前部份大學的推甄改採團體口試，其目的也是在觀察學生的團體合作表現。

基金會影響力東移 計劃為國中生打造全新競賽

基金會為擴大影響力，去年起將成果移往台東、花蓮展出，並邀國中生參與，未來也計劃為國中生打造全新競賽。同時基金會發現，近兩年中南部學生表現愈來愈好，決賽隊伍不再只是傳統明星高中，而參與的女生人數也變多了，作品關卡開始變得細膩、有趣、深刻、精緻，為此，基金會決定於決賽中全面以彩色骨牌取代傳統單色骨牌，希望高中生能盡情發揮創意，畫出一幅幅漂亮美好的七彩明日世界！

蘇董事長也期待，高中生能透過參加思源科學創意大賽的過程，表現出自己良好的溝通能力和完美的團隊合作，並以確實的執行力、鍥而不捨的堅持力和流暢的表達力，為自己的高中生涯創造一個美好的回憶。