上海化學教學參訪與經驗交流：

化學示範實驗交流與參訪心得

王瓊蘭

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

n  期待已久

籌畫半年，期待許久的上海行，終於在雙十節前一天，自桃園機場集合出發。這是由國立臺灣師範大學科學教育研究所邱美虹教授偕同台灣高中化學學科中心的夥伴們，一行共19人組成的團隊，於10月9日到14日，參訪上海金山中學、大境中學與上海科普協會等處，進行教學交流的活動。

抱著到上海觀摩與玩出化學的心態，我準備了一箱行李與一箱實驗器材，打算放鬆心情與對岸的中學教師們，做化學實驗的交流與聯誼。

n  演示「精油溶爆氣球」

本次交流，作者演示四個化學示範實驗，在此介紹「精油溶爆氣球」和「鐵心淌血」兩單元的示範實驗。

「精油溶爆氣球」的作法很簡單：首先，把氣球吹脹後，將剝開的柚子皮，擠出油來塗抹在氣球上，讓氣球立刻溶爆。但是，在前幾天測試實驗時，採用自上海超市裏購買來的新鮮柚子，卻只能擠出少許的檸檬油精（limonene）；由於那柚子實在不似台灣的品種，一般台灣的柚子皮內，富含有豐厚的精油，與上海的柚子相較，真的是差很大。所以為了節省時間，只好直接改用從台灣帶來的化妝品DIY實驗箱裏的茶樹精油（tea tree essential oil）作為替代用品。精油一般是從植物中，萃取或蒸餾出來的揮發性、具有芳香味道的濃縮液體；其成分包含：烯、酸、酯、醇、酮、醛、酚等多種有機化合物。當時沒想到吹脹的氣球，抹上精油後，等了一會兒，依舊沒有什麼動靜，實驗當場宣告失敗。哇！有夠糗大的，總不能杵在台上，愣在那兒，造成冷場吧？所以只好當機立斷，改弦易轍的拿出備用的殺手鐧—保險套，讓它亮麗登場啦！

這可是一個離經叛道，絶對吸睛的勁爆實驗，大家屏息以待。感謝高雄女中呂雲瑞老師，暫時拋開了尷尬與莫名，不計形象的情義相挺，並於實驗前，先幫忙購買了保險套，臨危不亂的再配合演出；把保險套吹成大氣球後，立刻抹上精油，旋即溶爆，果真震驚全場，令人印象深刻（見圖1）。

圖1：勁爆四座的保險套實驗（照片由台東高中謝耀隆老師提供）

其實依照我原本的規劃，是想改用乳膠手套，吹脹成一個肥大的手掌，來做精油溶爆的實驗；但是在測試時，卻不是每個乳膠手套都能被溶爆。所以再三考慮，還是決定改用類似的材質—保險套，作為備胎吧！而沒有拿保險套，預做測試的原因之一，就是保險套太貴了；另一原因，則仍是希望氣球的溶爆能夠成功。因為我在台灣已經在任教的班級裏，做過四次的示範實驗，全都成功；並且前一晚的測試，也一樣的成功；所以也就不需要使用到保險套了。除非屆時空檔太多，需要殺時間，我才預備再用保險套做實驗，來搞笑一番。總之，保險套太前衛了，在東方保守的觀念裏，拿來做公開的演示實驗，似乎有些太超過了，非到緊急狀態，否則我是打算備而不用的，以免驚世駭俗。不過單就保險套的名稱，可想而知：它一定保險，不會漏氣，安啦！由於它很薄，又很牢靠，所以不費吹灰之力，輕輕一抹上精油，就會被溶爆的。我敢保證萬無一失，結果不出所料，有夠成功的。

n  演示「鐵心淌血」

接著，我拿出一個迴紋針，將兩個大拇指的指甲尖端，互相靠攏，按住迴紋針最長邊的中心點，硬抝出了一顆心來；接著，再拿出一個小的玻璃瓶罐，加入一小匙的硫氰化鉀（KSCN）固體，並灌入八分滿的水，然後很快地將它溶解成無色的水溶液。最後，將製好的鐵心放進玻璃瓶罐中，再滴入在上海當地購買到的醋精（CH₃COOH）兩、三滴後，此時空氣中飄散出濃郁的醋酸味；於是我將玻璃瓶罐，拿到台下給坐在前排座位的上海的老師們看，並問他們：「鐵心有什麼變化嗎？」看大家傳來傳去，聚精會神的，拿著玻璃瓶罐，仔細端詳著；「那當然是看不出變化來呀！」我自說自話地表示：「沒錯，因為這醋精是在上海買的」，逗得大家哈哈大笑。所以此時鐵製的心，在外觀上絲毫沒有任何的改變。因為鐵心被醋酸侵蝕後，釋出的亞鐵離子（Fe^2＋）是淡綠色的，游離進入瓶罐中，不會與溶液裏的硫氰根離子（SCN⁻）鍵結，再被水稀釋後，顏色就變得更淡些，所以根本看不出來它的變化。非要再加把勁，把從台灣寄達的雙氧水（H₂O₂），滴進兩、三滴到瓶罐裏後，哈！這下終於可在心形鐵的凹痕處，看到流出黃褐色的鐵離子（Fe^3＋），並立刻與溶液中的硫氰根離子，鍵結成硫氰化鐵離子[Fe(SCN)]²⁺，顯現出血紅色來。

我把手中的玻璃瓶罐，傳給在座的老師們觀看，罐中的心猶如剛被人刺傷般，鮮血直流，才沒一會兒的功夫，水就被染紅啦！果然還是從台灣寄來的藥品比較厲害，能夠讓鐵製的心，顯現出血流不止的模樣來。

現場好在有北一女周芳妃老師的機智把關，除了在各個老師登場時，簡明扼要的介紹一下上台的老師外，並適時地提醒台上的老師，時間快到了，該要結束啦！以避免佔用到對方上海老師們，登台作秀的時段，而有失作客們的風範。因此在做完「精油溶爆保險套」和「鐵心淌血」的示範實驗後，緊接著亮出原先早已預備好，要到上海做的趣味實驗時，就只能再做兩個小實驗，其中之一為蛋殼彈珠滅火器的製作（見圖2），最後不得不嘎然而止。

也夠了！如此意味深長，令人讚歎的實驗，足以讓人回味再三，與不斷地思考啦！剩下還沒做完的實驗，就等下次有機會時，再登台演示吧！

圖2：兩個小實驗之一—蛋殼彈珠滅火器的製作（照片由台東高中謝耀隆老師提供）

n  同類互溶

保險套是使用乳膠、橡膠或是聚胺酯等材料所製作而成。植物精油，如檸檬皮、柚子皮、橘子皮等擠出的香精油，皆可將氣球或保險套溶爆掉，此乃運用「同類互溶（like dissolves like）」的原理。同類互溶通常是指極性分子與極性分子互溶，非極性分子與非極性分子互溶，但是非極性分子與極性分子、水、無機鹽類等難互溶。

n  零享公費

此次上海行，多虧高中化學學科中心的規劃執行者—張雅雯小姐，為團隊夥伴老師們，所做的服務；舉凡公文往返，以及聯絡台灣與上海的各學校與相關的教育部門等，並且鍥而不捨、不厭其煩的完成各項細鎖的行政業務。在一切食宿與往返機票，都是自費的情況下，不享用公費，在「零負擔」的壓力下，也不會引來特權的質疑；並且名正言順的讓我們可以請公假，能夠於上課期間，低調、自在的前往上海參訪。看到上海金山中學與大境中學兩所中學學生們，上化學課的實際狀況，以及該兩校周圍地區的化學教師們，參與研習的進修情形，直覺十分難得，並且受益匪淺。

n  飛回台灣

自13日在大境中學的演示實驗完成後，心中的一塊石頭落了地，頓時輕鬆了不少；隔天14日又參訪了科普協會，開盡了眼界，並在科普協會附近，昔日上海法租借區內的科學會堂裏，吃了一頓法式料理，並與夥伴們徒步、搭地鐵、閒逛了一下午的上海市區。晚上坐飛機，不到兩個小時，即已飛回台灣。好快呀！

n  與高中化學教材相關的章節

1.          高中基礎化學（一）第四章物質變化。

2.          高中基礎化學（二）第二章有機化合物。

3.          高中基礎化學（三）第三章化學平衡。

n  參考資料

1.      施明智．食物學原理．藝軒圖書出版社，新北市，2009。

2.      Essential oil, http://en.wikipedia.org/wiki/Essential_oil.

上海化學教學參訪與經驗交流：

自製化學實驗裝置經驗分享與參訪心得

謝耀隆

國立臺東高級中學
[email protected]

n  活動簡介

圖1：2014年上海化學實驗及教學交流研討活動會場

2014年上海化學實驗及教學交流活動（圖1），除了高中化學學科中心的教師外，與會的單位教師有來自上海市中學化學實驗研究中心、上海市化學青年教師研修班、黃浦區教育學會理化生專業委員會、上海外國語大學附屬大境中學。

本次兩岸化學教師交流活動，在臺灣師範大學邱美虹教授與上海師範大學吳俊明教授的大力支持與推動下，今年10月終於促成了這場兩岸化學教師聚焦實驗改進教學的研討活動。

高中化學學科中心的教師們把握此次機會，將這幾年來的研發成果與推展化學活動的經驗與對岸教師進行分享交流與研討。本次的研討當中，將近年來和屏東縣立大同高中張志聰老師共同研發的教具—氣體收集裝置及相關實驗操作上的應用，與參與研討活動的教師分享並進行交流。

n  實驗主題規劃與實施過程

圖2：現場操作示範及解說實驗影片

由於分享的時間有限，為在短時間內讓與會的教師感受到，只要我們細心觀察生活中的物品，並發揮巧思與創意，即可組裝自製實驗裝置進行氣體相關的實驗。播放和志聰老師共同拍攝的影片—看見氣體的性質，來介紹我們研發的氣體收集裝置，讓與會的教師看完影片的操作與示範後，亦能嘗試運用巧思，利用生活中的物品自製簡單的實驗裝置，並帶到教室進行化學實驗。

分享的過程中，除了播放拍攝的實驗影片外，也帶了一組氣體收集裝置到會場，讓與會的教師能看到裝置的全貌（圖2），並從現場操作的過程中，對裝置有更進一步的瞭解，以進行面對面的交流與討論。

n  交流實驗介紹

透過實驗影片的觀賞，介紹自行研發的氣體收集裝置（圖3a）。改變反應物即可收集不同的氣體，例如：氫氣、乙炔、氧氣及二氧化碳，並將氣體收集在氣球內，方便進行氣體性質的實驗操作與觀察。另外，針對有毒氣體一氧化氮與二氧化氮，設計了一套密閉的實驗操作裝置（圖5a），可以安全的進行實驗與觀察。

一、  自製實驗裝置說明與介紹

A.        氣體收集裝置

圖3a：氣體收集裝置組裝完成圖

　　　圖3b：藥品添加裝置         圖3c：反應區裝置

　　　圖3d：抽氣裝置              圖3e：收集裝置

l  藥品添加裝置（圖3b）：藉由調整三通閥開關，拉針筒活塞可將液態的反應物吸入針筒內，推針筒活塞可將反應物注入反應區裝置。單向閥用來避免產生的氣體進入藥品添加裝置內。

l  反應區裝置（圖3c）：右邊的羊乳瓶裝入反應物或催化劑，產生氣體的反應在此進行。另一羊乳瓶裝入半滿的水，用橡皮管將氣體導入水中，使產生的氣體降溫。可藉由觀察氣泡冒出的速度來決定是否要再加入更多的液態反應物。

l  抽氣裝置（圖3d）：以珠鏈扣住針筒活塞，避免產生的氣體因壓力太大而將針筒活塞擠出。抽氣裝置為氣體的緩衝區，可藉由針筒活塞的位置來瞭解裝置內氣體壓力的變化。利用兩個單向閥的設置，拉推針筒活塞即可將產生的氣體壓入收集裝置內。

l  收集裝置（圖3e）：將氣體收集在氣球中，藉由氣球的張力可方便將氣體排出使用。快速接頭可接上氣體噴槍，方便氣體的取用。調整三通閥開關，可用針筒來取得所需氣體的量。

本氣體收集裝置（圖3a）的優點：(1) 氣體用量小的實驗，不需花費大筆金錢購買鋼瓶，使用本裝置即可方便的收集氣體備用。(2) 可先將實驗欲使用的氣體收集在氣球中，接上氣體噴槍後即可控制氣體的排出量，方便各種氣體相關實驗的操作。(3) 改變反應物即可收集不同的氣體。固體反應物置於反應區裝置中的羊乳瓶內，液體反應物藉由藥品添加裝置的針筒與三通閥開關的操作，即可將液體反應物加入反應區裝置進行反應。(4) 抽氣裝置可作為氣體的緩衝區，利用拉推針筒活塞的動作即可將產生的氣體壓入收集裝置內，避免反應區內的氣體壓力太大。

B.         氣體混合裝置

調整三通閥開關，拉針筒活塞以取得欲混合氣體的體積（圖4a），拉推抽氣裝置的針筒活塞可將試管內的氣體排出。調整三通閥開關，可將混合氣體裝入試管內（圖4b）。

　　　圖4a：氣體混合裝置      圖4b：混合氣體移入試管裝置圖

本氣體混合裝置的優點：使用本裝置可以方便的進行不同氣體的定量混合，並將混合氣體裝入試管內。

C.        NO與NO₂氣體密閉系統實驗裝置

圖5a：NO與NO₂氣體密閉系統實驗裝置

圖5b：產生氣體裝置

圖5c：排水集氣裝置

圖5d：噴泉效果

l  產生氣體裝置（圖5b）：推針筒活塞使硝酸與銅片接觸使反應開始進行，拉針筒活塞可使溶液與銅片分開使反應停止。

l  排水集氣裝置（圖5c）：調整三通閥開關，使NO進入玻璃瓶，排水導入寶特瓶。

l  噴泉效果（圖5d）：用針筒將氧氣打入玻璃瓶內與NO反應生成紅棕色NO₂，NO₂易溶於水使瓶內壓力降低，將寶特瓶內的水壓回玻璃瓶內。

本氣體密閉系統實驗裝置（圖5a）的優點：(1) 以生活中易取得的物品設計實驗裝置，在密閉系統中進行反應提高實驗操作的安全性。(2) 使用改良式排水集氣法，僅需將水充滿整個玻璃瓶即可進行排水集氣的操作。(3) 將產氣裝置、排水集氣裝置及化學噴泉實驗結合在一起，使NO與NO₂氣體的性質呈現出來。(4) 實驗完成後能將殘留裝置內有毒的NO完全去除，避免造成NO與NO₂氣體外洩。

二、氣體性質實驗示範影片

1.        上飄的氫氣泡泡：將收集到的氫氣氣球接上氣體噴槍，吹向沾有泡泡水的塑膠環，產生大量的氫氣泡泡，即可觀察到泡泡向上飄的現象。

2.        燃燒的氫氣泡泡：將接有氫氣氣球的氣體噴槍沒入泡泡水中，調整氣體噴槍流量，使泡泡水的表面產生氫氣泡泡。以點燃的線香靠近泡泡水表面的氫氣泡泡，即可觀察到氫氣泡泡爆燃的現象。

3.        燃燒的乙炔泡泡：將收集到的乙炔氣球接上氣體噴槍，吹向沾有泡泡水的塑膠環，使產生的乙炔泡泡飄向燃燒中的燭火，即可觀察到乙炔泡泡爆燃的現象。

4.        氧氣的助燃性：將收集到的氧氣氣球接上氣體噴槍，吹向有餘燼的線香，即可觀察到線香復燃的現象。

5.        氫氣槍：將收集到的氫氣氣球接上氣體噴槍，調整氣體噴槍流量，將氫氣充滿整個底片盒，迅速接上點火槍，壓下點火槍開關，可觀察到氫氣槍在無氧氣助燃下無法擊發。取下底片盒輕輕搖晃混以少量空氣，再接上點火槍，壓下點火槍開關，即可將底片盒擊發射出。

6.        乙炔燃燒：利用自製的氣體混合裝置，調整三通閥開關，進行乙炔與氧氣的混合，將混合後的氣體裝入試管內，塞上橡皮塞。(1) 乙炔完全燃燒：取裝有氧氣、乙炔體積比為5：2的試管，打開橡皮塞，以點燃的點火槍靠近試管管口，可觀察到乙炔完全燃燒並產生巨大的爆炸聲響。(2) 乙炔不完全燃燒：取裝有氧氣、乙炔體積比為2：5的試管，打開橡皮塞，以點燃的點火槍靠近試管管口，可觀察到乙炔不完全燃燒產生黑煙的現象。

7.        二氧化碳比空氣重且不可燃：將收集到的二氧化碳氣球接上氣體噴槍，取一空的寶特瓶，調整氣體噴槍流量，將二氧化碳噴入寶特瓶內，把寶特瓶內的二氧化碳倒入置於電子天平上的2000毫升的空燒杯中，可觀察到電子天平的讀數變大。取下電子天平上裝有二氧化碳的燒杯，緩緩將燒杯中的二氧化碳倒至點燃的燭火上，可觀察到點燃的燭火熄滅。

8.        飄浮的空氣泡泡：取一塑膠盆裝入冰塊並灑上食鹽，將玻璃容器置於塑膠盆內，將裝有空氣的氣球接上氣體噴槍，吹向沾有泡泡水的塑膠環，使產生的空氣泡泡落入玻璃容器內，可觀察到空氣泡泡下沉的現象。取接有二氧化碳氣球的氣體噴槍，將二氧化碳吹入玻璃容器內，使玻璃容器內充滿二氧化碳，再取接有空氣氣球的氣體噴槍，吹向沾有泡泡水的塑膠環，使產生的空氣泡泡落入玻璃容器內，可觀察到空氣泡泡飄浮在冷卻的二氧化碳氣體上。

9.        NO與NO₂：使用自製的NO與NO₂氣體密閉系統實驗裝置，操作請看參考文獻中的NO與NO₂影片。其中包括NO氣體的製備，NO與氧氣作用形成紅棕色的NO₂，利用NO₂易溶於水來製作化學噴泉實驗，及實驗完成後如何安全的去除殘留NO氣體。

n  參與成效

圖6：研討活動中和與會教師交流分享討論

透過這次研討活動，把近幾年來的研發成果與參加研習的教師分享。活動中，老師們互相交流，並針對裝置的運作與小配件的取得進行討論（圖6）。讓參與研習的教師也能運用這樣的裝置，更進一步能自行設計適合的實驗裝置，以進行更多的化學實驗。

n  結語

化學教師共同的目標是要充實自我專業職能，並運用在改進課堂教學上，讓學生能夠喜歡化學。樂於分享、相互學習，能讓自己更加進步與成長。我和志聰老師都非常樂於分享研發的成果與經驗，也希望每位教師都能透過生活中易取得的物品，自己設計實驗裝置，進行簡單的化學實驗。有關本次分享的內容與相關實驗操作細節，可參考本文中的參考文獻，也歡迎與我們聯繫，互相研討交流。

感謝邱美虹教授與這次到上海交流的高中化學學科中心的夥伴們，與大家在一起，看到大家無私的分享與交流，讓我對化學的教學的改進有更多前行的推動力，感謝大家共同完成了這次的兩岸化學教師交流活動。

n  參考文獻

1.             張志聰、謝耀隆，“看見”氣體的性質，YouTube，https://www.youtube.com/watch?v=qmYbOpnvV7U。

2.             方金祥、張志聰、謝耀隆（民98）。〈一氧化氮與二氧化氮之簡易安全氣體製備裝置設計與在化學教學演示上之應用研究〉，《化學》，第67卷第4期，421~428頁。

3.             張志聰、謝耀隆，NO與NO₂影片，YouTube，https://www.youtube.com/watch?v=qmM6qnvYBG4。

4.             謝耀隆、張志聰（民102），〈「看見」氣體的性質—利用生活物品DIY組裝實驗裝置〉，《科學研習》，2013，no.52-03期，32~39頁。

上海化學教學參訪與經驗交流：

化學教學交流報導與參訪心得

張威進

新北市立三重高級中學
[email protected]

2014年10月9日一大早就趕九點五分起飛到上海的飛機，這是我第二次出國，也用了第二本護照，第一次出國是結婚時的蜜月旅行，而這次出國是在很趕的情況下準備的，出國前還在趕課、補課及出考題，直到8日下班後才告一段落，因此這次出國沒有很興奮的感覺，但仍舊在前一夜沒有睡好就出發了。

n  參訪金山中學和化學教學交流

一、  參訪金山中學

到了上海，給我的第一印象是大、很大，一望無際的平原，很大的機場，很大的地鐵交匯站，但在上海六天，最後也已習慣搭地鐵了。第二天參訪金山區的金山中學，學校位於上海市的西南方，屬於較偏遠的地區，附近以農業為主，學校發展出配合農業的課程；到金山中學的第一印象是好新、好漂亮（圖一），是2004年才遷到此地，可容納48班，現有38班，其中含有8個新疆內地班，即新疆地區重點培養的人才分至各地就學的政策班。上海市的市實驗性示範性高中共有六十幾所，金山中學是其中之一，也是高標準現代化寄宿制高中。參觀了實驗室及學校特色教室，發現重點學校的硬體設備非常好（圖二、圖三），相當於大學的等級（圖四、圖五）。

圖一：金山中學校門口

圖二：標本準備室

圖三：化學實驗室

圖四：液相層析儀

圖五：分光光度計

二、  參與觀課

本次參訪也參與一般評鑑的觀課（圖六、圖七），比較特別的是新建的觀課教室之使用（圖八、圖九），是上海市第一個使用這種教室的學校，另外，本人也到一般教室參觀（圖十、圖十一），發現與台灣差異不大，但其教室佈置比較單調，每班都是差不多的標語，沒有所謂的教室美化佈置，教師上課是不用麥克風的，學生一樣可以很專心。

圖六：評鑑觀課教室上課

圖七：觀課教室中上課教師指導學生

圖八：新型的觀課教室

圖九：學生使用平板作答

圖十：一般上課教室的前方

圖十一：一般上課教室的後方

三、  化學教學交流

當然也要與金山中學的師生交流（圖十二～圖十五），台灣團準備了豐富的內容，但因內容太多了，聯繫方面沒有很完備，金山中學只給了兩個小時的時間，各個老師好像在打仗一樣連番上陣，還好老師們身經百戰，並且協調能力很好，將課程濃縮後完美演出，完成一次任務。

圖十二：新竹高中林健志老師化學實驗演示

圖十三：北一女中周芳妃老師化學實驗演示

圖十四：新竹實中退休教師施建輝老師及慧燈中學呂子琦老師的化學百寶箱演示

圖十五：新北高中鍾曉蘭老師的化妝品實作演示

另外，本人也感受大陸的學校生活（圖十六～圖十九），發現了學生生活美好的一面。

圖十六：金山中學餐廳一隅

圖十七：金山中學檢查評比告示排

圖十八：金山中學宿舍一隅

圖十九：金山中學走廊佈置

n  參訪大境中學和化學教學交流

一、  參訪大境中學

另一個參訪的學校是位於黃浦區的大境中學，是上海市第一批市實驗性示範性高中，也是全國外語教學實驗學校、全國現代教育技術實驗學校、中國創造協會創造教育優秀實驗基地，是比較都會區的學校（圖二十），土地取得較不易，故校園較小，有棟十八層樓的教學大樓（圖二十一），學生大部分在此活動，同樣參與評鑑觀課一節（圖二十二、圖二十三），由大境高中化學教師—馮晴老師現場教學〝弱電解質的電離〞，經評比在10月22日獲得2014年高中化學優質課觀摩暨教學培訓活動中，榮獲壹等獎，也參觀了”科技天地”，介紹其研發成果及教具展示（圖二十四～圖二十七），其餘時間就是與上海市的化學教師群交流及座談（圖二十八～三十六）。

圖二十：大境中學操場及宿舍樓

圖二十一：大境中學教學大樓

圖二十二：大境中學評鑑觀課，馮晴老師上課的情形

圖二十三：大境中學評鑑觀課，學生做實驗的情形

圖二十四：〝科技天地〞裏的太陽能車

圖二十五：〝科技天地〞裏的各種教具

圖二十六：〝科技天地〞裏的雷射應用

圖二十七：〝科技天地〞裏的主題陳列

二、  化學教學交流

本次參訪也與上海市的化學教師群交流及座談（圖二十八～圖三十六）。由教育制度談到學校課程，在上海，高中可以選擇學生，由入學考試的科目中篩選學生，學生亦可以選擇學校的特色課程，學校課程有 20 種組合，學生可從中選擇有興趣的科目學習，也為升學做準備，但也因此產生了與台灣一樣的情形，在台灣若選擇自然組的學生較多，則自然組的班級數變多，自然科老師需超鐘點，而社會科老師可能無課上，上海的解決方法是找鐘點老師上課，但在台灣是不容易找到代課老師的。上海的課程標準也在修訂中，可能由三類變成兩類，即必修課程與選修課程。上海使用的教科書亦可以選擇版本或自編，但考試只考規定的課程內容，所以會有主要的課程及實驗，其他的則為附屬的教材。

圖二十八：與大境中學特級教師座談會

圖二十九：黃浦區特級教師代表

圖三十：邱美虹教授與黃浦區特級教師互贈禮物

圖三十一：新竹實中退休教師施建輝老師準備展示研發的化學百寶箱

圖三十二：新北高中鍾曉蘭老師展示化妝品百寶箱

圖三十三：大甲高中廖旭茂老師演示行動電化學教具

圖三十四：新店高中王瓊蘭老師演示化學實驗

圖三十五：台東高中謝耀隆老師展示教具

圖三十六：萬芳高中陳怡宏老師展示行動學習

n  參訪心得和感想

此次上海參訪很有感觸，特分為教育制度、教學及政治三方面討論：

教育制度中，上海亦面臨教育改革的課題，也在探討高考（即台灣的大學入學測驗）的改革，是否要考化學科目會影響到現場的教學，例如江蘇的高考中三選一的考試必考物理，而化學科可以不用考，所以學生比較不會選擇唸化學，故江蘇的化學老師就沒飯吃了；考題的方向亦會影響到教學，也是考試領導教學，上海與台灣有很多相似之處，遇到的問題也很類似，故上海也想知道台灣是如何處理問題的，其中也對台灣的化學科特色課程的設計好奇，也做了交流，雙方各在向對方學習中；另外，上海屬於五四三制，只有九年國民義務教育，高中三年並非每人都必須唸的，而高中學校又分為三類：市實驗性示範性高中、區實驗性示範性高中及普通高中，一般讀區實驗性示範性高中很難考上大學，所以市實驗性示範性高中屬於明星高中，學生也會有升學壓力，也會有城鄉差距，但每個區域發展不會相差很大，皆有單位負責區域的發展，教師的養成訓練是很嚴謹的，不論是聘任或是聘任後的職場工作考核，都有一定的流程及標準，這是與台灣比較不一樣的；在學校分級中，市級的資源應是很豐富的，看到了高中的設備及建設媲美大學，這是台灣要努力的。

在教學方面，大陸較偏向理論的鑽研及探討，走向精英教育，每位學生皆專注學習，才能打敗競爭者，也訓練學生的表達能力，能將思想說出且頭頭是道，有能力者即是表達較突出者，所以學生的理論基礎是很紮實的，這樣學任何事物皆很快上手，也因此大陸可以如此迅速發展，且只要這些的精英份子就能支撐全國的發展；教學的理念雖是運用〝杜威〞的做中學，但不同的是大陸是著重傳統實驗教材，讓學生按照實驗的設計找答案，而答案即是教科書中所教授的，只是學生再演示一遍而已，回答問題的答案也是教科書中教授的答案，所以學生只要唸完教科書，便知道結果，所回答的內容不一定是要實驗觀察的結果，故學生不一定要做此實驗；而台灣的教學則是著重於生活的應用面，在日常生活中可能會碰到的事物是運用何原理，使學生由生活中體會所學的知識，較少強調更學術性的探究，此部分會留待到大學有興趣再深入研究，教學也會鼓勵學生多思考、多發掘問題，進而找方法解決問題，這是兩種不一樣的風格。

政治方面並非討論到國家體制，而是對於人民的管理，大陸的學生是無法跨區就讀的，除非政策如此，所以每個區域皆可發展出明星高中，而不會因為想要唸更好的明星高中而跨區就讀，會造成該區域的明星高中消失；在資訊方面的學習很先進，使用平板電腦及電子媒介產品教學，但卻管控網路的使用，資訊只限於大陸內地的傳播，不能對國外的流通；限制人民搬遷，除非是政策或是工作等正當理由，這樣才不會人口過度集中，造成管理上的困難，但也造成各地的升學情形不同，考試重點不同，教學內容及課程安排不同，雖有國家統一標準，但仍是各地各自舉辦中考、高考等升學考試。

大陸地大，人口眾多，也因此生活及管理確與台灣不一樣，分層管理是必要的，所以才會有前面介紹的一些事物發生，如學校分級，教師分級，地域的分級，乃至於人民的分級，想要做的事，一旦高層開會決定後，可以在很短的時間內完成，這種能力是很驚人的；而在人才的養成訓練中，對於〝人〞的感受較薄，在一些事物中可觀察出來，如〝做實驗時較不重視安全〞，雖配有護目鏡也要學生戴上，但沒有很確實要求學生要戴上，接觸酸或鹼液時，學生沒有戴上手套等等；〝實驗室〞的規劃中，設備很新、很高檔，感受了資源的豐富，定性吸取液體使用微量吸量管，使用藥品也很大器，無水酒精當一般酒精使用，也有通風櫉，但在實驗桌上缺少抽氣設備，易揮發性藥品直接擺在一般的櫃子中，櫃子卻沒密閉及接抽氣設備；〝食安問題〞較不重視，雖然大陸也有討論食安問題，但是將其當做一般新聞事件，沒有什麼好驚訝的，但在台灣是件不得了的事，這會影響到本身的健康及經濟的發展，還有與人的信任感，這又是大陸與台灣不同的觀點；大陸在硬體建設方面確實比台灣強很多，這應是台灣望塵莫及的，幸好台灣在軟實力方面還可以勝過大陸，可以靠創意彌補，但誰能保證可以繼續領先，台灣的未來需要靠大家的努力及政府好的對策及走正確的方向，加油吧！

上海化學教學參訪與經驗交流：

即時回饋系統和擴增實境教學交流與參訪心得

陳怡宏

臺北市立萬芳高級中學
[email protected]

n  活動簡介

本次參加上海化學教學參訪，本人與上海化學教師交流三項數位教學和評量：即時回饋系統（Socrative軟體）的功能及在課堂上的應用、Google線上測驗表單功能於評量中的應用、以及3D有機分子模型擴增實境App的使用。

n  主題規劃與實施

一、即時回饋系統

這是一種透過電子載具，讓課堂中學生可以即時回饋資訊給教師的教學應用系統。在此，介紹已發展一段時間的即時回饋系統（Interactive Response System, IRS）軟體：Socrative，此軟體可透過瀏覽器進入網頁平台進行施測，或者是利用智慧型手持行動裝置下載安裝Socrative App進行課堂活動。

題目可以事前先行輸入於網頁平台上，教師端可在Socrative Teacher版App（如圖1）上登入自己的帳號及密碼後，選擇一份試題。學生端可在Socrative Student版APP（如圖1）上進入教師端預先設立的Room Number：chemtest，最後施測結果可以下載進行資料分析。Socrative 基本操作步驟網址：http://goo.gl/EsKvtR 。

圖1：Socrative App教師版及學生版圖示

二、Google線上測驗表單

Google表單是Google文件其中一種功能，可以將試題以線上問卷方式呈現，能夠結合Google試算表自動收集學生填答的答案，加上外掛程式後，學生可以藉由填入的電子信箱，立即收到自己作答的情況，並自動計算學生得到的分數，教師更可以由試算表的圖表解析學生對於試題的回答。Google表單線上測驗，例如：本人設計的「第2章 原子構造與元素週期表」，評量試題的網址：http://goo.gl/3RjCPz（如圖2），學生測驗結果的網址：http://goo.gl/VlYDqo，回應摘要的網址：http://goo.gl/jFs6Id。

圖2：Google表單線上評量試題的實例

Google線上測驗表單除了可以應用於課堂教學活動中，還可以結合教室管理系統軟體，如Emodo、ClassDojo…等，作為學生課後練習試題，更可以在表單中篏入與教學相關的Youtube影片，作為影片學習單，不一定要在課堂上播放影片，可以讓學生在家自主學習。

三、3D有機分子模型擴增實境

擴增實境（Augmented Reality，AR）是將虛擬物與現實環境結合。由於現今智慧型手持行動裝置的普及，對於有機化學而言，剛好可以利用行動裝置的攝影機結合擴增實境的技術來呈現有機分子的立體模型，展示影片連結：http://goo.gl/GaZVLT 。

高中化學所提到的有機化合物相當多，因此製作了三個3D有機分子模型AR的App，總共包含有烴類、芳香族、醇類、醚類、醛類、酮類、酸類、酯類、胺類、醯胺類等的有機化合物，配合三套撲克牌圖卡為目標底圖、共可呈現156個有機分子模型。

目前此三個AR的App為Android系統，安裝方式是進入Google Play：http://goo.gl/W9ai05（如圖3），直接點選安裝即可，每個App的說明都有相對應底圖的文件連結，可以下載列印出使用。

圖3：三套AR的有機分子模型App

n  交流介紹及參與成效

由於大陸方面的網路控管，使得Google相關的應用軟體均不能使用，然而即時回饋系統的App，只要是以Gmail或Facebook方式登入，也不能使用，若以其他非控管的電子信箱登入，雖可以進入軟體介面，但也會因連結至國外的伺服器，延遲嚴重到無法使用。因此無法與上海地區的化學教師們對於即時回饋系統及Google線上測驗表單進行介紹交流。

藉由擴增實境影片（http://goo.gl/GaZVLT）的展現，可以觀察到上海地區化學教師們驚奇的反應，因為Google Play無法使用，只能將App及底圖放置於大陸地區的百度雲上分享。利用QR Code方式呈現，進行下載及安裝App。藉由列印出的底圖，體驗利用擴增實境的技術來呈現3D有機分子模型於手掌之中，如圖4所示。

圖4：3D有機分子模型擴增實境

n  結語

在上海市金山高中觀課時，授課教師也有使用即時回饋系統於課堂活動中，課後詢問才知是請資訊廠商特製定做所寫的App，有別於臺灣的高中端，教師們常透過研習或是上網搜尋資料，得知一些有助於課堂活動進行教學軟體，這些教學軟體有些會有社群討論的網站，如Socrative園地（http://www.socrativetw.com/）的討論園地、Nearpod（http://goo.gl/mLt6hX）內有許多教師分享個人的教學內容教案、Chrome線上應用程式商店（http://goo.gl/BGKp5）內有眾多教學管理方面有關的程式。網路無國界，愈開放的環境才能集思廣益共同討論分享心得。網路資源相當多，只要有興趣，都能找到許多教師分享個人的教學心得及好用的教學軟體應用工具，畢竟大部分教師不是程式設計師，想要創新教學模式，不用自己開發軟體，已經有很好軟體可以使用了。這次上海—臺灣化學實驗及教學交流研討活動之行，由於網路控管因素，無法分享一些實用的教學工具，是一件遺憾的事。

智慧型手持行動裝置現在大多數師生幾乎人手一機，因此製作3個有機分子模型擴增實境的App，不僅在教學上可以使用，學生也可自行下載使用，隨時快速地觀看有機分子的立體結構。在這次交流動成果發表會後，有許多教師詢問是如何製作出App，很高興能引起教師們的興趣，感興趣才會有動機去嘗試使用，進而教導學生使用，引起學生對化學的興趣，引導學生對化學的認知不僅是一門實用的科學，也是一門好玩的科學。

n  參考文獻

1.          擴增實境，Wikipedia, http://zh.wikipedia.org/wiki/擴增實境。

2.          科學人雜誌，擴增實境︰虛擬與實境的無限延伸，http://sa.ylib.com/MagCont.aspx?Unit=featurearticles&id=67。

3.          IRS即時反饋式創新教學，http://www.erdc.tyc.edu.tw/upload/100423-7c2572e2-822.pdf。

4.          評量科技 教室好幫手，http://www.socrativetw.com/。

創意微型實驗—微型化學花園

方金祥

創意微型科學工作室

[email protected]

生物體在良好的環境下會生長，然而在它的生長過程中我們並無法在很短時間內觀察到它的生長與變化。沒有生命的物體（如含有過渡金屬鹽類之化學藥品）在適當的環境中也會生長，有些在一分鐘之內就可看到它長大，而且在1~5分鐘的短時間之內便可以觀察到它的成長過程、變化與生長出來的形狀。

利用化學藥品如過渡金屬鹽類在一裝有水玻璃(Water Glass，矽酸鈉)溶液的透明小玻璃瓶中，過渡金屬鹽類不但不會溶解反而會慢慢地生長成類似海底美麗的珊瑚狀（化學珊瑚），此一化學珊瑚之形狀有如海底之景觀，故稱之為「海底世界（Seabed World）」，又稱為「化學花園（Chemical Garden）」。其製作方法如下：

n  材料與藥品

製作微型化學花園所需的化學藥品與材料有透明的小玻璃瓶、水玻璃（矽酸鈉）、硫酸銅、硫酸鎳、氯化亞鈷及細沙等，如相片一所示。

相片一：製作微型化學花園所需的化學藥品與材料

＊注意：1. 藥品不可用手觸摸，萬一碰到藥品應馬上用水沖洗乾淨。

                2. 為了安全，請戴上塑膠手套來用小刮杓來添加藥品。

                3. 氯化亞鈷晶體在空氣中容易潮解，使用完後要立刻將瓶蓋蓋緊。

n  原理

過渡金屬鹽類在水玻璃溶液中不會被溶解，而當過渡金屬鹽類表面與水玻璃溶液接觸時，過渡金屬鹽類中之銅離子、鎳離子、鈷離子等會與水玻璃溶液中之鈉離子進行陽離子交換，離子交換後便形成銅、鎳、鈷之矽酸鹽類薄膜，此一薄膜具有半透膜之性質，它只容許水玻璃溶液中細小的水分子透過半透膜滲透進入，當水進入半透膜至超過其滲透壓後半透膜便會裂開，致使內部新鮮之過渡金屬鹽類又與水玻璃溶液接觸，此刻過渡金屬離子又即刻與水玻璃中溶液之鈉離子進行陽離子交換，然後再度形成新的薄膜（半透膜），又再度容許水玻璃溶液中之水分子透過此半透膜進入，當水進入半透膜再度超過其滲透壓後，半透膜又會裂開又再度形成新的薄膜，依此類推，一直重複此一過程，就讓在水玻璃溶液中的化學藥品（過渡金屬鹽類）漸漸地長大而成化學珊瑚，不同過渡金屬鹽類之藥品長的速度和形狀都不一樣，看起來就如同海底的珊瑚景觀，因此就稱此化學珊瑚為「微型化學花園」，又可稱做「奇妙的海底世界」。

n  微型化學花園的製作過程

1.          在透明小玻璃瓶內倒入少量的水玻璃，約瓶身的1/5或1~2 c m的高度，如相片二所示。

相片二：玻璃瓶內倒入少量的水玻璃

2.          加水至九分滿，蓋緊瓶蓋後，再搖盪均勻，如相片三所示。

相片三：加水搖盪均勻

3.          分別依序加入上述三種藥品。

(1)     取一小刮杓藍色的硫酸銅晶體加入到水玻璃溶液中，如相片四所示。

相片四：加一小刮杓的硫酸銅晶體到水玻璃溶液中

(2)     取一小刮杓綠色的硫酸鎳晶體加入到水玻璃溶液中，如相片五所示。

相片五：加一小刮杓的硫酸鎳晶體到水玻璃溶液中

(3)     取一小刮杓紅色的氯化亞鈷晶體加入到水玻璃溶液中，如相片六所示。

相片六：加一小刮杓的氯化亞鈷晶體到水玻璃溶液中

4.          待三種藥品完全加入，經約1~2分鐘之後，再加入一小刮杓的細沙到水玻璃溶液中，如相片七所示。

相片七：加一小刮杓的細沙到水玻璃溶液中

(4)     旋緊瓶蓋後，靜置並觀察瓶子內之化學藥品在水玻璃溶液中的變化情形。

n  實驗結果

1.          分別各取一小刮杓藍色的硫酸銅晶體、綠色的硫酸鎳晶體及紅色的氯化亞鈷晶體等三種過渡金屬鹽類，依序加入水玻璃溶液中，然後靜置於桌面，在一分鐘之內所加入之藥品會開始慢慢地成長，經過一至十分鐘後，在瓶子中長出來的化學珊瑚，其形狀很像海底中之珊瑚非常漂亮，其生長情形如相片八所示。

相片八：過渡金屬鹽類在水玻璃溶液中不同時間內之成長情形

2.          經過十分鐘後所加入之藥品大致生長完成，用塑膠滴管加水至玻璃瓶子中到全滿為止，然後再慢慢地旋緊瓶蓋，完全排出瓶中之空氣，避免移動時搖晃致使化學珊瑚斷裂，以方便攜帶及保存，如相片九所示。

相片九：加水至玻璃瓶子中到全滿

3.          不同過渡金屬鹽類在水玻璃溶液（矽酸鈉溶液）中長出來的形狀都不一樣，在不同瓶子內長出來的化學珊瑚之形狀也不太一樣，如相片十所示。 

相片十：三種不同過渡金屬鹽類在水玻璃溶液中生長的形狀

n  實驗注意事項

1.        水玻璃加入水中後，必須上下搖盪之，使其與水混合均勻而形成水玻璃溶液。

2.        藥品請勿加太多，避免長得密密麻麻反而不好看。

3.        三種化學藥品之中，以氯化亞鈷長得最快，它可在加入後一兩秒內開始成長，而且長的速度很快，因此建議先加硫酸銅與硫酸鎳，最後再加氯化亞鈷，才不至於氯化亞鈷在成長過程中被後加入的藥品撞斷。

4.        藥品加入水玻璃溶液中後，請靜置於桌面勿再搖晃，避免長出來的化學珊瑚被弄斷。

5.        約十分鐘後將瓶子加滿水，然後將瓶蓋鎖緊，以方便攜帶，並供作可永久保存與觀賞。

n  結語

學過化學的人，對此一趣味化學實驗都很感興趣與好奇，對作法都覺得很簡單很有趣，但是其生長的原理就比較不熟悉。奇妙的海底世界之形成，是由於含有過渡金屬（如銅、鎳、鈷等）鹽類之化學藥品在水玻璃溶液中，藥品的表面先被水玻璃溶液包圍而形成一層具有半透膜性質之薄膜，此一薄膜就類似生物體內細胞之半透膜，它只容許在半透膜外圍的液體（水分子）滲透進去，隨之慢慢膨脹後而再慢慢地長高，不同的過渡金屬鹽類之藥品顏色不一樣，長出的形狀也不同，真有如海底美麗的珊瑚景觀，若在海底世界或化學花園完成之後，另以一小刮杓之細海砂慢慢地由瓶口加入，使細小海砂慢慢地沈降至瓶底時，看起來更類似海底景觀。若將瓶子置放於LED閃爍燈座上時，會顯得更漂亮，此一奇妙的「微型化學花園」或稱為「微型海底世界」可永久保存作為藝品觀賞之用，如相片十一所示。市面上玩具店亦有出售「魔石珊瑚」，其作法及原理與海底世界（化學花園）實驗相同，其完成之作品也很美麗，如相片十二所示。

相片十一：LED閃爍燈座上的微型化學花園（微型海底世界）

相片十二：由市售魔石珊瑚所做出來的海底世界

創意微型實驗—

微型氯氣製備裝置及在化學教學上之應用

方金祥

創意微型科學工作室

[email protected]

利用一粒塑膠三通活栓及2支塑膠注射筒組合成一套多功能的微型氣體製備裝置，此套裝置可應用在不需要經加熱過程，即可反應製造出氣體的簡易多功能微型氯氣製備裝置，並可兼製備氯氣（Cl₂）及乙炔（C₂H₂）等二種氣體。微型氯氣製備裝置可應用在化學實驗教學及演示趣味化學實驗—水中火泉（或稱水中煙火），以微型實驗教具來教化學原理與認識化學，可提升中學化學之學習動機、興趣與教學成效。

n  材料與藥品

材料：塑膠注射筒（25 mL） 2 支、塑膠三通活栓（Top 3-way stopcock） 1個

藥品：濃鹽酸、漂白水（或次氯酸鈉）、碳化鈣（電石或電土）

n  微型氯氣體製備裝置之設計與製作

一、實驗裝置設計與製作

1.        準備一個塑膠三通活栓，如相片一所示。

相片一：塑膠三通活栓

2.        接1支 25 mL 的塑膠注射筒在塑膠三通活栓的上方。

3.        再接另 1 支 25 mL 的塑膠注射筒在塑膠三通活栓的側方。

4.        接在塑膠三通活栓上之 2 支 25 mL 的塑膠注射筒是互相垂直，而組成一簡易安全之「微型氯氣製備裝置」，如相片二所示。

相片二：微型氯氣製備裝置

二、實驗步驟

此套微型氯氣製備裝置操作非常簡單，每位學生皆可在上課中人手套，可兼製備氯氣（Cl₂）及乙炔（C₂H₂）等二種氣體，本文將介紹利用此兩種氣體在水中之特殊反應來演示與操作趣味化學實驗—水中火泉（或稱水中煙火），實驗過程不一定要在實驗室中進行，在一般教室中自己的座位上或戶外場所皆可讓學生親自動手操作。其詳細製備與演示過程分述如下：

(一)      氯氣（Cl₂）的製備

1.        取 2 支 25 mL 的塑膠注射筒及一個塑膠三通活栓備用。

2.        在其中一支塑膠注射筒中抽取 5 mL 漂白水（NaClO，次氯酸鈉）。

3.        另一支塑膠注射筒抽取濃鹽酸 5 mL 備用。

4.        將2支塑膠注射筒與塑膠三通活栓組合起來，相片三所示。

相片三：塑膠注射筒與塑膠三通活栓組合

5.        打開塑膠三通活栓使 2 支塑膠注射筒互通。

6.        緩慢地將裝有濃鹽酸的塑膠注射筒中之濃鹽酸打入裝有漂白水的塑膠注射筒中，然後迅速將塑膠三通活栓關住，使接在塑膠三通活栓上之 2 支塑膠注射筒互不相通，如相片四所示。

相片四：氯氣之製備

7.        當濃鹽酸與漂白水接觸時，隨即發生反應產生黃綠色的氯氣，其反應式如式[1]所示：

2HCl(aq) + NaClO(aq) → NaCl(aq) + H₂O(l) + Cl₂(g)    [1]

8.        之後產生之氯氣會將活塞往上推，並將氯氣收集在塑膠注射筒中。

9.        再打開塑膠三通活栓使 2 支塑膠注射筒互通。

10.    再將氯氣抽至空的塑膠注射筒中備用。

(二)      乙炔（C₂H₂）的製造

1.        取2支 25 mL 的塑膠注射筒及一個塑膠三通活栓備用。

2.        在其中一支塑膠注射筒中放入 1~2 小粒碳化鈣（CaC₂，電石）碎片。

3.        另一支塑膠注射筒抽取 5 mL自來水備用。

4.        將2支塑膠注射筒與塑膠三通活栓組合起來，如前相片二所示。

5.        打開塑膠三通活栓使 2 支塑膠注射筒互通。

6.        緩慢地將裝有自來水的塑膠注射筒中之自來水打入裝有碳化鈣碎片的塑膠注射筒中，然後迅速將塑膠三通活栓關住，使接在塑膠三通活栓上之 2 支塑膠注射筒互不相通。

7.        當水與碳化鈣接觸時，隨即發生作用產生乙炔氣體而將活塞往上推，並將乙炔收集在塑膠注射筒中，其反應式如式 [2] 所示。

CaC₂(s) + 2H₂O(l) → Ca(OH)₂(aq) + C₂H₂(g)    [2]

8.        再打開塑膠三通活栓使 2 支塑膠注射筒互通。

9.        將乙炔氣體抽至空的塑膠注射筒中備用。

n  微型氯氣體製備裝置之特點

1.        藥品取得容易又便宜，濃鹽酸可用清洗廁所用之濃鹽酸來替代，次氯酸鈉可用市售漂白水來替代。

2.        器材簡單，組裝容易。

3.        教學前、後之整理與存放簡單容易。

4.        可兼作氯氣、乙炔、氧氣、氫氣及二氧化碳等五種氣體之製備。

5.        操作容易又安全，在製備過程中不會有氯氣逸出來。

6.        裝置輕便易於攜帶。

n  微型實驗在化學教學之演示與應用

利用本文所設計之微型實驗裝置，由做中教及玩中學習化學原理與知識，更加能引起中學生化學學習之興趣，進而能提升中學化學之教學成效，茲以水中火泉（或稱水中煙火）為例來介紹微型實驗在化學教學之演示與應用，在演示過程需要先利用微型氯氣製備裝置分別製造出氯氣（Cl₂）與乙炔（C₂H₂）氣體備用，詳細過程說明如下：。

(1)     在著者設計的微型水中火泉（或稱水中煙火）裝置之透明杯中（相片五）加入約九分滿的水。

(2)     分別將裝有 20 mL 的氯氣之塑膠注射筒與裝有 20 mL 的乙炔氣體之塑膠注射筒，分別接在微型水中火泉（或稱水中煙火）裝置下方之塑膠雙通活栓上。

(3)     利用雙手同時以等速度將注射筒中之氯氣與乙炔氣體緩慢地打入微型水中火泉裝置中（特別注意氯氣不可打得過快，以避免有過量未與乙炔氣體作用的氯氣逸出來）。

(4)     打入之氯氣與乙炔氣體等兩種氣體在微型水中火泉裝置中之水中相接觸時，會即刻在水中產生燃燒之火焰，其反應式如式 [3] 所示：

Cl₂(g)＋C₂H₂(g) → 2C(s) + 2HCl(aq)    [3]

(5)     在水中產生燃燒之火焰會由水中下方往上衝，有如在水中冒出帶有火團的噴泉或像在水中施放煙火般，因此將其稱之為「水中火泉」或「水中煙火」，如相片六所示。

相片五：水中火泉裝置

相片六：水中火泉或水中煙火之形成

n  結語

早期國中理化及高中化學實驗單元中皆安排有「氯氣的製備與鹵素活性大小之比較」之相關實驗，而當時在採用傳統式氣體製備裝置來製備氯氣時，無法控制氯氣的量，常會將過多的氯氣逸出來，而將實驗室的空氣污染了。因氯氣是帶黃綠色且有刺鼻性的有毒氣體，因此在實驗教材中都已刪掉此一相關實驗，實覺可惜。如在製備少量氯氣時即可來進行且完成實驗時，可考慮用此微型氯氣製備裝置，在密閉的塑膠注射筒中來製備與收集，不會有氯氣逸出與污染的問題發生了。此套微型氯氣製備裝置可應用在不需加熱即可產生氣體的製備上，除了在本文中製備氯氣與乙炔之外，也可兼製備氧氣（O₂）、氫氣（H₂）、二氧化碳（CO₂）等氣體，此套裝置可稱之為「多功能微型氣體製備裝置」。

趣味化學玩具：神奇合金與彩焰蠟燭

邱姿蓉*、黃維靜

國立大甲高級中學
*[email protected]

n  影片觀賞

本文介紹神奇合金與彩焰蠟燭兩樣趣味的化學玩具，購買於東京科學技術館，適用於年齡10歲以上的對象，本影片提供兩項玩具演示的詳細過程，並在文章中介紹其中成分、使用步驟及其科學原理。

影片網址：趣味化學玩具：神奇合金與彩焰蠟燭，http://youtu.be/CpM58k2DEuk。

n  簡介

神奇合金玩具所採用的合金是屬於一種低熔點合金，生活中常用於熔斷式保險絲的伍德合金（Wood’s alloy or Wood’s metal）就屬於此種合金，熔點為70℃，由於其成分中含有鉛、鎘等有毒重金屬，因此不適合當作玩具的材料。低熔點合金由鉍（Bi）、錫（Sn）、銦（In）三種金屬所組成，熔點只有78.8℃，可藉由溫度高於78.8℃的熱水就能讓合金熔化，利用黏土和準備的模型，創造出自製化獨一無二的金屬別針。焰色玩具是有五種不同顏色的蠟燭，因為蠟燭裡所含的金屬成分不同，所以可產生不同顏色的火焰。這兩樣玩具操作簡易，且富含化學知識，只要注意安全，年齡10歲以上的小孩就可以玩。

n  藥品與器材

神奇合金玩具裡含鉍（Bi）錫（Sn）銦（In）合金一袋、黏土一條、別針一支、說明書一份。焰色玩具裡含5色蠟燭共12支、塑膠插座12個、說明書一份。包裝外觀如圖1所示。

圖1：產品外包裝盒，神奇合金（左），彩焰蠟燭（右）。

n  實驗步驟

一、  神奇合金玩具

A.    合金融化

1.        取些許合金放入一個玻璃瓶中，並蓋緊瓶蓋。

2.        於250 mL燒杯中，裝78.8℃以上的熱水。放此玻璃瓶到燒杯中，隔水加熱使合金熔化。加熱過程如圖2所示。

圖2：合金隔水加熱

B.     金屬別針的製作

1.        壓入欲製作的模型於黏土中，使其形狀固定後拿出。倒入熔化的合金溶液於黏土中，並放置別針於熔化的合金上。灌模製作如圖3所示。

圖3：灌模製作金屬別針

2.        靜置等待合金凝固，就可以將其從黏土中取出，便是一個自製化的金屬別針。

圖4：別針與模型

二、  彩焰蠟燭

A.    觀察不同顏色蠟燭的焰色

1.        取不同顏色的蠟燭各一支，以塑膠插座插在保麗龍上點燃。

2.        根據觀察到的不同火焰顏色，推想不同顏色的蠟燭裡各含有什麼金屬。蠟燭燃燒如圖5

圖5：不同彩焰蠟燭的焰色

n  原理與概念

一、神奇合金玩具

合金是溶液的一種，為具金屬特性的元素混合物，其中至少有一種主要成分為金屬，根據混合的狀況，可區分為均相合金與非均相合金合金。青銅、黃銅為均相合金，成份元素的原子分布均勻；非均相合金例如汞齊，為不同比例晶相組成的混合物。不同的合金依據其成份產生不同的性質，故合金通常為因應適用於特定用途而設計。例如：鎂鋁合金由於其輕巧又具有如鋼鐵般的強度，廣泛應用於3C電子產品的外殼、腳踏車架等各項產業。各種金屬與合金的熔點的比較如圖5所示。

圖5：各種金屬與神奇合金的熔點比較

本次實驗可用熱水熔化的神奇合金，是由鉍（Bi）、錫（Sn）、銦（In）三種金屬按一定比例混合而成，熔點為78.8℃。這三種金屬的熔點分別是鉍（Bi）271.4℃、錫（Sn）231.9℃、銦（In）156.6℃，用熱水是無法單獨熔化。當鉍、錫、銦以特定比例量混合時，由於各成分原子半徑的差異，因此原本各成分獨特有序的晶體排列方式遭受扭曲破壞而使彼此間引力變弱，混合溶液的熔點因此降低。圖6即表示兩固態成分混合溶液的相圖，當兩A、B成分以的特定的比例混合時（又稱共晶組成），低溫下固體成兩固體相，隨著溫度上升至共晶溫度時，固體混合物開始熔化，最後形成均勻的混合物。反之若兩成分非共晶組成時，圖左自高溫冷卻時，均勻混合的溶液會有一段時間經過固液兩相共存的狀態（L+α），最後才轉變成固相（α+β）。

圖6：二種化學混合物的相圖

易熔合金是相對熔點低的金屬，如鉍、鉛、錫、鎘、銦、銻等兩種以上的組合形成。例如伍德合金是由50%鉍（Bi）、26.7%鉛（Pb）、13.3%錫（Sn）、10%鎘（Cd）混合的合金。它的熔點70℃比四個純金屬的熔點都低，常用於電路中的保險絲和防火簾的開關，也適用於消防系統中控制灑水器，當火災發生時，熱度會很快融化合金讓灑水器開始灑水。

還有菲爾德金屬（field's metal），熔點只有62℃，是鉍（Bi）、銦（In）、錫（Sn）的共晶合金。三者在重量上所佔比例分別為32.5%、51%、16.5%。由於菲爾德金屬中的銦（In）能吸附放射性物質碘、銫、中子，防止核輻射外洩，因此在日本福島核災時曾被建議應向反應爐注入此液態金屬，代替直接注入冷卻水，從源頭防止放射物洩漏。表1為神奇合金成分金屬的性質簡介：

表1：神奇合金的性質介紹

二、彩焰蠟燭

為什麼蠟燭火焰顏色會不同？為什麼煙火有紅色、黃色、綠色等各式各樣的顏色？這是因為有些金屬或金屬化合物在燃燒時能使火焰呈特殊顏色，原理是當原子受熱時，其中的電子會被激發到較高能量的狀態，稱電子的激發態（electronic excited state）。處於激發態的外層電子不穩定，會躍遷到能量較低的基態（ground state），這時就會將多餘的能量以光的形式放出。放出的光其波長若在可見光範圍内（波長為380 nm～760 nm），就能使火焰呈現顏色。由於不同元素的外層電子具有不同能量的基態和激發態，所以在這個過程中就會產生不同的波長的光，發出不一樣的焰色。

利用元素的此性質，可以判斷某種元素的存在，這就是物質檢驗中的焰色反應。例如青綠色焰色表示含有銅元素，黄色焰色含有鈉元素，紫色焰色含有鉀元素，磚紅色焰色則含有鈣元素等。當觀看煙火時，想一下含有什麼物質加在裡面，這也是很有趣的。

焰色玩具說明書上所載的焰色與實際觀察到的焰色有所落差，除了鋰、鈉、銅塩的顏色相符外，銫、鉀塩的藍紫色焰色不明顯，應該與蠟燭燃燒的溫度不夠高，蠟燭不完全燃燒產生的黃色火焰蓋過藍紫光有關，此部分與噴霧式酒精式焰色試驗或固態燃料式焰色反應的實驗的結果相仿，如何突破黃光的干擾，是以後很好的研究課題。圖7為銫離子的放射光譜。

圖7：銫離子的放射光譜，是第一個用光譜儀發現的原子（截自http://webmineral.com/）

n  安全注意及廢棄物處理

l  操作過程中要戴手套避免燙傷。

n  參考資料

1.      黃海宴、蔡大翔、謝立身，物理化學，第五版，1988，129-136，台北：科技圖書。

2.      張育唐，合金（Alloys），科技部高瞻自然科學教育資源平台，http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=28118。

3.      Flame tests, http://webmineral.com/. 

4.      Flame test, http://en.wikipedia.org/wiki/Flame_test.

5.      Solid solution, http://en.wikipedia.org/wiki/Solid_solution.

6.      Eutectic system, http://en.wikipedia.org/wiki/Eutectic_system.

超越純粹概念知識的教學—

強調概念與能力的建模教學

鐘建坪

新北市立錦和高級中學

[email protected]

n  前言

對廣泛的學生而言，學習不應該是獨立於生活情境之外的知識背誦，而是能夠在特定情境進行問題解決的能力展現。然而升學主義的影響，教師教學時往往強調考試的重點，而非融貫性地呈現知識結構以及相對應知識使用的情境。久而久之，學生逐漸摒棄課室的學習，造成低成就的負向行為表現。在台灣，少子化的問題亦讓我們體認應該成就每個孩子，找到優勢能力，進而依據特定專長而發光發熱。有鑑於此，本文嘗試從人才培育的角度切入分析單純強調概念知識教學的困境，進而說明以概念為基礎發展相關技能的建模教學，說明在數位化的支持環境中透過雲端工具的輔助作為教學範例的舉隅（註1）。

n  儲備未來發展的人力資源

知識經濟時代，知識與人才是經濟成長的動力來源。知識的內容與訊息廣大，不易讓人在有限的時間內專精。若只有專精在知識的內容，往往只能展現在特定領域，而無法類推遷移因應未來可能轉變的趨勢。概念知識內容廣泛，如何在知識的基礎架構下獲得跨學科的整合而非單純強調瑣碎的知識片段，形成各項以概念知識為基礎的相關能力，對學生個人與國家未來發展極顯重要。歐盟2002年提出8項能力作為終身學習的目標，包括母語溝通、外語溝通、數學和科學與技術、數位、學習如何學習、社會和公民、企業與創新精神以及文化覺醒與表現等能力（European Union, 2011）。從內容觀看可知歐盟不僅說明應該強化個人的精進，亦強調個人在社會文化面向的能力表現。而台灣在人才培育白皮書中亦提及語言與國際視野的全球移動力、學以致用的就業力、獨特創新的創造力、跨專業領域的跨域力、使用資訊工具與行動學習的資訊力以及參與公眾事務與提升福祉的公民力等6項能力（教育部，2013）。這些能力的提出顯示學校教學不應該只是著重在知識的記憶與背誦而是應該轉化成分析、應用與評鑑知識的跨領域能力以解決未來生活與全球化可能面臨的問題與挑戰。

n  純粹概念知識教學的困境

教學方案的施行除了知識的獲得之外應該還有技能與情意二個面向。升學的壓力與考量通常使得教師在實際教學現場多強調以概念為主的教學內容，而忽略相對應的技能與情意之學習。我們若能體認知識的數量是隨著時間不斷地提升，而有生之年絕不可能將所有的知識窮盡，並且絕多數的學生生涯並非成為學科專家，因此針對不同程度學生的教學應是能夠呼應個別差異的相關素養學習的提升。若教師只著重單純概念的教學，學生只獲得片段的知識而無法產生融貫的知識結構，意即將學校知識與生活分離，而不易在特定情境中產生概念的連結進而運用此種知識進行生活情境的問題解決，忽略概念學習相對應的能力學習，造成學習無法致用，對其終身的學習與發展有其阻礙與影響。

n  同時強調概念與能力的建模教學

傳統講述教學多以單向傳輸的方式進行課室教學，往往忽略學生主動建構知識的本質，因此，如何讓學生主動建構學科知識同時獲得相關技能實屬迫切，在此介紹建模教學作為改進的方案之一。

一、模型與建模教學的意涵

模型是指物件與物件之間的關聯，因此概念模型則為概念中組成成分之間的關聯。建構模型（簡稱建模）的歷程則為學生進行概念模型的建構歷程，而學生建構的成果即為學生的心智模型，同時建模歷程中所需要的特定思考與分析技能則為建模能力（Jong, Chiu, & Chung, 2013）。與傳統講述教學不同之處在於建模教學不僅強調如何協助學生進行概念知識的建構，同時著重如何協助學生於過程中進行建模能力的改變。

二、模型本位合作學習教學策略

合作學習是一項強而有力的教學策略，然而教學時若只是強調合作學習的步驟容易忽略學生建構的本質。建模教學強調在情境中整合概念知識，獲得相關技能，藉以提昇問題解決的能力。因此，本文作者（2014）提出以合作學習為基礎的模型本位合作學習教學模式，文中說明如何以合作學習的操作為基礎，並且同時協助學生進行概念與相關能力的建構。架構如圖1所示，萃取合作學習策略中授課、討論以及表揚的步驟，其中授課部分可以是教師授課或是學生自學，均是強調協助學生產生欲學目標的概念模型，著重在如何讓學生掌握概念模型中物件與物件之間的關聯性；討論部分強調當學生獲得初步的概念時，可能產生錯誤的概念模型或是原先即有相關的迷思概念，而此時透過教師提問、同儕討論、學生發表等方式以協助學生進行模型的修正與重建，教師巡視各組並針對需要協助的小組或是個別學生進行個別化指導；表揚部分強調如何協助學生進行反思與概念的強化，即是透過口頭讚美、進步分數、同儕鼓勵等方式逐漸增強對學習的信心，接著著重在協助學生進行概念學習歷程的反思，讓學生能夠獲得完整的建模歷程。

圖1：模型本位合作學習教學模式（修改自本文作者，2014）

n  透過數位環境協助教師進行建模教學的規畫與反思

建模教學強調讓學生主動建構概念模型，並在建構歷程中學習相關建模能力，作為問題解決的基礎。教師教學與學生建模的歷程如圖2所示，經過學習之後學生概念模型的發展會從初始模型逐漸發展到科學模型。學生接觸特定概念之前即存在初始概念，學生的初始概念可能存有錯誤的迷思概念，因此教學前教師應該偵測學生的初始概念或是根據迷思概念的研究設計建模教學的相關歷程。而數位化的學習環境提供建模教學更廣泛地操作與應用，圖2顯示在數位化的環境中教師可使用相關教學軟硬體與教材內容相互搭配，進而透過形成性評量的方式協助教師獲得學生不同階段概念模型的內容，作為教學的反思以改善接續的實際教學與規劃。

圖2：數位化的建模教學環境

n  以Google表單促進教師教學反思與規畫為例

Google表單主要目的是作為問卷的發送與結果收集的工作，依據其特性可以作為教師建模教學時形成性評量的操作工具。因為作為評量工具的使用，需要在一開始建立表單時即設定班級、姓名與座號以辨識答題的學生（見圖3），同時為避免學生隨便回答，可以透過表單要求學生自主性的回答「是否認真作答」，接著插入單元相關的YouTube影片，最後才是單選題或是問答題。表單中每一個試題皆可設定為必須回答，若學生漏了回答，系統會主動告知學生補齊才能繳交（註2）。接著再將做好的表單貼在臉書平台（見圖4），讓授課學生可以點選進入頁面進行表單作答。

圖3：google表單範例（進入作者設定的Google表單）

圖4：張貼google表單在臉書社群

表單會將學生答題的情形依據時間進行彙整（註2），亦可依據不同試題計算出學生答題的情形，例如：圖5中學生對於第4題—化學反應時原子與分子數量變化的情形與第5題—化學反應中原子數量的情形即有不同表現。根據圖2評量學生概念模型、教學反思歷程可知，教學前透過表單的試題分析即獲得學生初始概念的想法與可能具備的迷思概念。教師則再依據學生試題反應的情形設計新的教學以幫助學生進行錯誤模型的修正與轉變，例如：根據圖5學生的答題結果，教學時應該強調化學反應歷程中原子與分子的變化情形，而非只強調反應前後數量不變而已。評量之後可以獲得學生的概念狀態，而學生的概念內容可以協助教師進行教學反思與修正，接著再進行評量找出學生後續的概念狀態，而後續的概念狀態即為接續的教學反思的依據…，如此循環，即可透過表單作為形成性評量的工具，協助教師找出學生特定概念的初始狀態與中介狀態，進而設計教學活動修正學生錯誤模型以期能夠進入科學狀態。而在此過程中搭配模型本位合作學習教學模式，在授課前即進行表單操作，接著依據表單結果修正授課的內容與方向，並且透過不同問題層次讓學生能夠在小組中進行討論與發表，即讓學生在歷程中能夠知悉自己的概念狀態亦能夠與同儕或教師進行討論與溝通培養團隊合作、批判思考與溝通的能力，並且經由資訊數位環境的融入培養資訊素養的能力，進而作為問題解決的基礎。

圖5：表單的試題分析結果

Google表單作為形成性評量的建模工具的SWOT（優勢、劣勢、機會、威脅）分析（見圖6），其優點為可以在試題中安插YouTube影片讓學生作課前預習或課後複習使用，並且文字題部分可以設定學生作答的字數以減少空白內容，系統平台會協助教師統計學生的答題成果，可以作為教師修正教學的參考依據。然而，每進行一樣新的教學方式的改變需要與學生進行溝通，例如：學生補習回家之後時間已經很晚如何進行線上閱讀與作答。同時亦需要思考，若我們將學生答題狀況視為修正教學的依據，則學生的作答即需要具備高的答題效度。因此，除了參考學生作答情形之外，可以結合相關迷思概念的研究，整合之後作為教師教學的參考依歸。

圖6：利用Google表單進行評量的SWOT分析

n  結論

知識創造的速度與數量遠遠超過每個人能夠吸納的數量與速度。因此，真正理解的教學不應該只是單純教導學生概念知識而是應同時強調概念知識與如何運用知識的能力以因應未來全球化的衝擊。建模教學即為強調學生主動建構的教學模式，讓學生經過產生、建立、修正與重建的歷程精緻化概念模型，並從中獲得相關技能。而模型本位合作學習教學模式即為整合建模教學與合作學習策略，同時具備建模教學與合作學習的優勢。在建模部份，學生不僅可以建構正確的概念模型，亦應獲得相關的建模能力，在合作學習部分亦可從討論與表揚歷程中獲得團隊合作與溝通的能力。而教師在教學時若能夠依據學生概念狀態設計不同層次問題，亦可增加批判思考的能力。因此，面對未來教學不應該只是單純概念知識的傳授，而是應該掌握學生迷思概念搭配相關建模工具，同時強調概念知識的理解與應用，意即教學不應該只有概念知識層面，應該以概念為基礎同時發展學生的各項能力。

n  附註

1.          本文作者榮幸隨著邱美虹教授帶領的訪問團到上海金山中學與大境中學實地參訪，經過實際交流過程體認到上海市的軟硬體發展迅速以及台灣在教學上異與同，進而有本文的想法。

2.          本文在此提供google表單作為形成性評量的運用，關於表單細部操作過程，有興趣讀者可以閱讀實質操作的文章，例如：http://b4worker.blogspot.tw/2012/06/google.html。

n  參考文獻

教育部（2013）。人才培育白皮書。台北：教育部。

鐘建坪（2014）。模型本位之合作學習教學模式。臺灣化學教育，2。

European Union (2011, March 3). Key competences for lifelong learning. Retrieved from http://europa.eu/legislation_summaries/education_training_youth/lifelong_learning/c11090_en.htm

Jong, J. P., Chiu, M. H., & Chung, S. L. (2013). The use of modeling-based text to improve students’ modeling competencies. Manuscript submitted for publication.