臺灣化學教育

探究活動融入學校本位課程之學習效益（上）

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  研究背景

由於一般傳統的教學中所強調的「智力」僅僅是該學科的專門知識的表現，對於探究與解決問題的能力、批判性思考的培養幫助不多。在國中與高中的課程中均安排不少的實驗課程，期望藉由實驗課程培養學生科學探究與解決問題的能力，然而在實際的課程實施與學生的學習情況來看，現行食譜式的實驗課程僅讓學生遵照「驗證」結果，對於提出假設及設計實驗等較須批判思考的能力，缺乏訓練與發展的機會。如何將這些能力的培養融入課程及教學之中，是極待解決的問題。如何提升學生的自我建構知識的能力，培養學生解決問題得能力？如何藉由營造社會建構的學習環境，讓師生、生生之間的互動達到最大的教與學的效應？如何能有效提升學生科學探究的興趣並培養其設計實驗、創意與批判思考的能力呢？

筆者幾年前所執行的教育部專案就是將一系列的探究實驗融入高二寒假科學營的活動，從食譜式的實驗→引導式的探究→開放式的探究，並在開放式的探究活動讓學生練習—提出假設、進行預測、找尋與收集資料、計畫與設計研究步驟、設計工具及進行探究分析數據及作結論，並以小組發表的方式與他人分享探究的成果。研究初步結果發現，經過科學營後學生的科學概念雖然有增加，但並未達到顯著進步，初步推論若學生沒有充足的科學知識背景，即使經過一系列的探究活動，學生也難以在短時間內理解蘊藏在實驗或現象中的科學知識或理論。此外學生雖然在探究過程中逐漸學會如何測量、觀察、操作實驗過程與分析數據，但在找尋變因之間的關係、討論實驗結果、下結論、連結實驗結果與科學理論等較高階的科學能力方面仍顯不足。結果顯示要培養學生開放或獨立探究的能力需要較長時間的課程，並且要在探究前或探究過程中補足學生的科學知識，方能提升學生的探究能力。不過學生在學習問卷中，表達了對科學小競賽，自行設計實驗、小組發表等活動的正面評價，例如：認為「小組發表最能夠提升解釋能力，因為面對艱澀的問題時會盡力解惑」。

筆者反思之前研究中的不足，在本次實驗教學中結合探究教學與精進班課程（學校本位課程），讓探究活動時間設計成多次活動，在一學期中逐步進行，先教授學生相關科學知識，再以食譜式的實驗讓學生學習基本科學技能（使用正確器材、配藥、找尋應變變因、分析數據，找尋變因之間的質性關係等），進一步以引導式的探究讓學生學習進階的科學技能（討論／推論出變因之間的量化關係、下結論、連結現象與科學理論等），以提升學生科學知識、科學技能與解決問題的能力。

n  理論背景

學生參與探究教學可以追溯到杜威（John Dewey），杜威認為有一種「探究」的過程，這是有機體與它的環境之間的調節作用，並將探究的模式發表在《我們如何思考》（1910）一書中，學生在探究的歷程中習「做中學」的精神、科學方法與技能。杜威（1916，引自薛絢譯，2006）所謂的科學方法的五個步驟—發現問題、瞭解問題、提出假說、演繹假說、驗證假說，然而在現行國中與高中課程的實驗活動中，並未強調此五個步驟，僅僅培養學生部分的科學過程技能（如測量、觀察、收集資料、分析資料、討論與下結論等），實際上學生在食譜式的實驗活動中連討論與下結論都無法獨立完成，因此探究能力也無法提升。

隨著科學教育改革演進，探究（inquiry）的概念已成為科學教育的本質（Keys & Bryan, 2001），探究能力的培養成為重要的國民科學教育素養，美國科學教育標準（National Science Education Standards）（National Research Council, NRC, 1996）指出，探究活動是科學教學的中心策略，探究為基礎（inquiry-base）的教學將是學生學習科學知識的有力的手段（powerful vehicle），因此教師在與學生互動（interacting）時，應聚焦（focus）和支持（support）探究活動。此外關於中學與探究相關的科學活動研究指出，探究式實驗教學對學生在科學成就、認知發展、實驗技巧、科學過程技能以及對於科學知識的整體性理解，遠較傳統上著重於記憶教學為佳（Ertepinar & Geban, 1996; Gibson& Chase, 2002, 引自蔡執仲、段曉林和靳知勤, 2007）。

Windschitl（2003）指出，科學教育者將探究式教學依層次的不同分為：實証的經驗（confirmation experiences）、結構性的探究（structured inquiry）、引導式的探究（guided inquiry）及開放或獨立探究（open or independent inquiry），而其中引導式探究是教師提供學生一個問題去研究，但是解決問題的方法仍留給學生。

根據以上的想法，課程的設計除了融入探究活動，在研究方法方面，聚焦在幫助學生發展三個面向（如圖1）：科學知識、科學技能與解決問題能力，並探討學生在學習過程中三個面向的發展情形。本計劃藉由探究活動融入學校本位的課程中，引導學生進行一系列的探究活動。先從食譜式的實驗開始，培養學生基礎的科學技能；再進階至引導式的探究實驗，培養並提升學生觀察、分析、推論與解釋能力；最後進展至開放式的探究活動，學生藉由小組活動腦力激盪，自行發現問題、確認問題、提出假設、進行預測、找尋與收集資料、計畫與設計研究步驟、設計工具及進行探究分析數據及作結論，目的是培養學生設計實驗與解決問題的能力。在探究過程中，學生也能理解蘊含在實驗現象中的科學知識與理論。

圖1：本研究預計幫助學生發展三個面向

n  研究方法

(一)      課程設計

本研究藉由探究活動融入學校本位的課程中，引導學生進行一系列的探究活動。先從食譜式的實驗開始，培養學生基礎的科學技能；再進階至引導式的探究實驗，培養並提升學生觀察、分析、推論與解釋能力；最後進展至開放式的探究活動，學生藉由小組活動腦力激盪，自行發現問題、確認問題、提出假設、進行預測、找尋與收集資料、計畫與設計研究步驟、設計工具及進行探究分析數據及作結論，目的是培養學生設計實驗與解決問題的能力。在探究過程中，學生也能理解蘊含在實驗現象中的科學知識與理論，初步設計課程如表1所示。

表1：高一、二自然科精進班化學課程設計表

(二)      研究對象

上學期（節次1-3）：研究對象為本校高一學生（年齡在15-16歲）學生22位與高二自然組學生9位，學生於國中理化課程已學過反應速率與氧化還原反應等初步概念。下學期（節次4-8）：本校高一學生（年齡在15-16歲）學生13位與高二社會組學生1位與自然組學生4位。兩學期均參加：高一學生5位、高二學生3位。學生於國中理化課程已學過反應速率與氧化還原反應等初步概念。學生入學成績達學校設定標準且是自願參加精進班課程（學校本位課程）。

(三)      評量工具

評量工具分為概念診斷試題、科學技能評量、小組發表評量表、情意問卷四部分，測驗的研究對象則是參與精進班的學生，本文因篇幅所限，僅就科學技能評量與小組發表評量兩項工具的設計重點/內容說明之。

1.      科學技能評量表

科學技能評量表包括一般實驗所需的基本技能（選擇器材、配製溶液），觀察結果、紀錄數據、分析數據、處理數據（將數據轉換成表格、關係圖或關係式）、討論／推論實驗結果、下結論等面向，再依照不同的實驗內容分為不同評量項目（表2）。評量的規準採二分點：完全做到該項技能：2分；部份做到該項技能：1分；未做到該項技能：0分。評分者預計為兩位主要授課老師（評分結果可進行評分者信度計算），被評量的對象以小組為單位（分為4小組，每一小組2-7人）。

表2：科學技能評量的項目與計分方式

2.      小組發表評量表

小組發表活動的評量表共有十個評量項目（表3），分別是理論正確、內容實用、內容有趣、內容創新、內容完整、數據分析、結論正確、表達清晰、ppt製作及小組合作，十個項目評分為0-10分，滿分共計100分，評分者為2位化學教師。

表3：小組發表的評量項目表（單位：分）

【續「探究活動融入學校本位課程之學習效益（下）」】

探究活動融入學校本位課程之學習效益（下）

鍾曉蘭

新北市立新北高級中學
教育部高中化學學科中心
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【承「探究活動融入學校本位課程之學習效益（上）」】

n  研究成果

(一)           學生活動情形

在第一次課程主要是以講述式與師生討論的方式讓同學了解何謂「探究式的教與學」，並區分不同探究式教學的異同與特性，並說明後續七次課程的主題與不同探究式教學的關係。

1.        「走！進實驗室去」是基礎實驗，主要是讓學生認識實驗器材，培養學生使用正確器材、如何配置藥品、簡單的化學計量。

2.        「影響反應速率的因素」是從奈米硫實驗的過程中幫助學生確認控制變因與操縱變因、觀察實驗結果、測量應變變因、紀錄結果、分析數據、進而由實驗結果推論出變因之間的質性或量化關係、下結論等。

3.        「酸鹼相關概念」是從酸鹼滴定實驗的過程中幫助學生觀察實驗結果、測量應變變因、紀錄結果、分析數據、進而由實驗結果推論出變因之間的質性或量化關係等。

4.        「氧化還原與電化學」為探究電池的秘密，電從哪裡來—電化學電池探秘，進而探討影響電壓大小的因素，主要是培養學生由實驗結果推論出變因之間量化關係、下結論等實驗技能。

5.        「氧化還原的應用」以銀鏡反應進行減量的微型實驗，將銀鏡反應的將實驗器材從一般的玻璃試管改成玻片。師生共同找尋實驗中可能潛在的變因，設計簡單的實驗加以驗證。

6.        「自行設計實驗」由小組自行發現問題、確認問題、提出假設、進行預測、找尋與收集資料、計畫與設計研究步驟、設計工具及進行探究分析數據及作結論，教師的角色是提供諮詢與引導學生討論。活動目的是培養學生設計實驗與解決問題的能力、小組合作的能力。

7.        「小組發表與教師回饋」是最後一次課程，小組將探究的成果以多媒體方式與他人分享，活動目的為交換資訊、接受他人的支持及回饋，培養學生小組合作與發表能力。

精進班學生化學探究式課程活動情形，如圖2.1-2.6所示。

圖2.1：老師講解探究式學習的類型   圖2.2：學生進行奈米硫實驗

圖2.3：酸鹼滴定實驗  圖2.4：電解紫色高麗菜汁

圖2.5：銀鏡反應實驗圖   2.6：自製實驗—鋅銅電池

(二)           學生自行設計實驗（科學技能學習情形）

學生自行設計實驗分為四小組：第一組（學生為5位高一學生）設計減量的鋅銅電池，主要探討不同濃度的硫酸銅溶液對電池電壓的影響；第二組（學生為4位高一學生）設計減量的電解實驗，主要探討不同解質對電解產物之影響；第三組（學生為2位高一學生）設計鎂帶在二氧化碳中是否會燃燒；第四組（學生為5位高二學生與2位高一學生）設計減量的黑色噴泉實驗，主要探討雙氧水濃度對氧氣生成速率之影響。

以第一組設計的實驗內容與實驗過程作範例（詳見圖3），此組所設計的實驗主題並不新奇，但為了減少藥品的使用，選用了10 mL量筒做為容器，全部的實驗藥品僅使用100 mL的硫酸銅與硫酸鋅，用量是一般實驗的1/5（達成減量實驗目的）。而在鹽橋的設計上，學生就地取材，將洗滌瓶內的塑膠管裝入硝酸鉀彎成適當的形狀後使用（適時解決問題）。配置藥品也正確選擇容量瓶，取用藥品時則使用吸量管（使用正確器材、配置溶液正確）。在實驗前也確認操作變因與應變變因（確實分辨變因）。實驗的前置工作井然有序，並依序測量出實驗數據（觀察結果），並將數據轉成表格（紀錄數據）與繪製關係圖（分析數據），並利用MS-Excel找出硫酸銅濃度與電壓之間的關係式（處理數據）。學生找尋到相關理論，並以勒沙特列原理解釋實驗結果（討論），並找到本次實驗的結論。更難得的是這組學生有了意外的新發現，在實驗後上網查到科展的相關資料而提出很好的解釋（找尋相關資料與解決問題能力）。學生也在製作報告的過程中提升了小組合作的能力，同時增進對電池相關概念的理解。

筆者以同樣的評分規準分別將其他三組的科學技能評分，分析結果如表4所示。四組學生在基本的實驗技能（減量實驗、選擇適當器材、配置藥品、觀察結果）表現均不錯，但在進階的實驗技能（分辨變因、分析數據與處理數據）僅第一組與第四組有完全做到，第二與第三組僅部分做到或完全未做到。在討論與結論的部分僅第四組能以理論與實驗結果相結合，其他三組多但是質性描述結果或無法下正確的結論。

表4：學生自行設計實驗的科學技能評量結果

註1：完全做到（2分）；部分做到（1分）；未做到（0分）

第一組的實驗主題、藥品、變因、實驗步驟、數據、關係圖、相關理論、結果解釋、意外發現，如圖3所示。

圖3：第一組的科學技能表現照片

(三)           小組發表

小組發表活動由參與下學期教學的兩位老師擔任評審，四組學生在實驗設計上均達成減量的實驗，內容比一般的實驗更具趣味性，也顯示出全組學生的團最合作精神。比較可惜的是其中兩組僅做到質性描述實驗結果，並未做深入的分析與討論，評量結果如表5所示。

第一組鋅銅電池的實驗設計與成果展現最令老師與同學們讚賞，不僅內容完整（包括實驗原理、過程圖片、以表格呈現實驗數據 、以MS-Excel軟體畫出電壓與硫酸銅濃度關係圖、並找出兩者的關係式，進而勒沙特列原理解釋濃度對平衡的影響導致電壓上升等），十個項目的表現均十分出色。第四組黑色噴泉的表現亦佳，僅在數據的收集方面略少，較缺乏理論與實驗討論的結合。

整體而言，學生雖然覺得小組發表的前置準備作業非常辛苦，但覺得發表的過程中學到找尋資料、製作ppt與繪製圖表等相關能力，讓自己上台發表能力更上一層樓。

表5：小組發表的評量結果（單位：分）

註1：A, B表示兩位不同評分老師

註2：(1)表示名次

n  結論

學生參與精進班化學課程的一系列探究活動後，主要教學成效有三點，分別是：有效提升學生的科學技能增進學生設計實驗與解決問題能力與提升了學生的小組合作與發表能力，說明如下：

1.      有效提升學生的科學技能：學生經過一系列實驗的訓練對於一般實驗所需的基本技能（實驗準備、使用天平、選擇器材、配製溶液等）與觀察結果、紀錄數據等科學技能確實能正確完成，然而在分辨變因、分析數據、處理數據（將數據轉換成表格、關係圖或關係式）、討論/推論實驗結果、下結論等進階的科學技能僅12位學生（66.7%，第一組與第四組）表現較佳，另外6位學生（33.3%，第二組與第三組）僅做到質性描述實驗結果。

2.      增進學生設計實驗與解決問題能力：兩組學生設計的減量實驗（鋅銅電池與黑色噴泉）有趣而實用，其實驗設計精巧而內容完整，顯示學生參與開放式探究活動後，增進其設計實驗與解決問題能力。

3.      提升了學生的小組合作與發表能力：學生在情意問卷中表示，經過小組發表活動後，提升了個人小組合作與發表能力。

n  建議與反思

本研究的課程規劃與實施成效可供本校發展本位課程參考，亦可提供其他學校參考。但由於本計畫跨兩學期，參與學生又屬於自願參加，導致上下學期參加的學生不同、參與學生也流失不少，因此在科學概念學習方面無法看出全體學生的進步情形，未來計畫設計成學校本位課程（選修課程）或專注研究其中一學期的學習成效。每次的實驗應設計解決問題的評量項目與規準，以確實釐清學生學習的歷程。

n  致謝

本研究計畫承蒙教育部經費補助，計畫名稱：探討探究活動融入學校本位課程之學習效益，謹此致謝。

n  參考文獻

杜威著，薛絢譯（2006）：民主與教育。台北：網路與書。

蔡執仲、段曉林和靳知勤（2007）：巢狀探究教學模式對國二學生理化學習動機影響之探討。科學教育學刊，15(2)，119-144。

Keys, C. W., & Bryan, L. A. (2001). Co-constructing inquiry-based science with teachers: Essential research for lasting reform. Journal of Research in Science Teaching. 38(6), 631–645.

National Research Council. (1996) National science education standards. Washington, D.C.: National Academy Press.

Windschitl, M. (2003). Inquiry projects in science teacher education: What can investigative experiences reveal about teacher thinking and eventual classroom practice? Science Education, 87(1), 112-143.

漿水麵中有化學，甘酸爽口談秘辛

王海飛、楊林坤*

蘭州大學西北少數民族研究中心

*[email protected]

今（2014）年暑假筆者與來自台灣的傅麗玉教授三人，在蘭州吃了漿水麵（圖1）。傅教授雖然是第一次聽到、看到而且嚐到漿水麵，卻覺得是人間的健康美味。一邊將一大碗漿水麵全部吃得乾乾淨淨，還一邊探究漿水麵的製法、歷史文化背景以及化學原理。

圖1：美味健康的蘭州漿水麵（傅麗玉攝，2014年9月）

n  漿水與漿水麵的歷史

漿水又稱為酸漿，採用新鮮蔬菜與煮麵水發酵而成，無毒、氣味甘酸，性微溫（圖2）。漿水在華夏民族的飲食歷史悠久，可追溯至西周時期。據《呂氏春秋》記載：「文王嗜菖蒲菹，孔子聞而服之。」，「菹」在這裡就是指酸菜，傳說周文王喜歡吃酸菜，孔子聽到後也學著品嚐「菹」。周人的發源地在隴東，因此推斷酸菜漿水最早應該是出現在甘肅東部，只是那時的漿水不是用煮麵水釀造，而是用粟煮熟後的水釀造。

圖2：漿水（傅麗玉攝，2014年9月）

民間傳說陝南漢中的漿水出現在秦末楚漢相爭時期，劉邦和蕭何是最早的食客。無法確定漢高祖劉邦是否有緣品嘗過漿水麵，但肯定的是，隋唐以後，漿水被大量記載在文化典籍中。唐代長安城及周圍地區的居民普遍在夏季飲食漿水，清涼解暑。《全唐文》也有關於施捨漿水進行社會救濟的記載。明代大醫學家李時珍也在《本草綱目》中提到漿水具有「調中益氣，宣和強力，止咳消食，利小便」的功效。清末蘭州進士王煊的作品《漿水麵戲詠》，讚美漿水麵：「消暑憑漿水，炎消胃自和。麵長咀嚼耐，芹美品評多。濺赤酸含透，沁心凍不呵。加餐終日飽，味比秀才何？」非常貼切準確地說明漿水麵的製作材料和鮮明的味道就是「芹美」、「消暑」與「酸」。

n  漿水麵的製作

當今漿水麵流行於中國西北地方，深受陝西關中、安康、漢中、寶雞，甘肅天水、平涼、定西、臨夏、蘭州等地老百姓喜愛，是一道夏天的家常麵食，也是陝、甘、青、寧等許多地區的知名小吃。雖然不同地區的漿水麵存在著一些明顯的差異，但基本的製作原理和過程，卻是大同小異。本文以蘭州漿水麵的製作為例，探究漿水的製作過程中蘊含的化學變化秘辛。

漿水麵要具備清淡甘飴、酸香爽口、清熱解暑、去油化膩的條件，就必須選用新收成小麥所磨製的麵粉擀壓而成的麵條，更重要的關鍵是所釀製的新鮮漿水。首先準備好漿水的容器，陶製品最好，例如陶罐。因為陶器具有一定透氣性，便於發酵。如果沒有陶器，玻璃器皿也可以，儘量避免用金屬器具。漿水的主要原料是用蔬菜漚製。一般用芹菜、蓮花菜（高麗菜）、萵筍為最佳。將蔬菜洗淨後，切成絲或撕成片，放入陶罐中備用。蘭州人製作漿水偏愛用芹菜和蓮花菜，他們喜歡將蓮花菜用刀切成丫字形，整體放入陶罐中。在選菜、洗菜、切菜的過程中，一定要保持乾淨，避免有害細菌的感染。蘭州人特別講究，刀具、砧板都不能染一丁半點油膩。否則，漿水就會起白生花，腐敗壞掉。接下來，往陶罐中澆入煮沸的清麵湯，就是煮麵條後剩下的湯水，或是用麵熬製一點清麵湯。這一步驟的要求是用煮沸的麵湯，仍然是殺菌的目的。

待麵湯和蔬菜的混合液冷卻後，就要加入「引子」。所謂「引子」，就是指酵母，陝西當地稱為「角子」（「酵子」的轉音）。蘭州漿水引子一般的做法是向鄰居家要點舊漿水，作為酵母放入即可。如果手頭沒有現成漿水引子，就要先行製作酵母。酵母製作也很簡單。只要用玉米麵加水，拌一點玉米麵糊糊，然後讓其自行發酵成為酵母，當聞到酸味即可使用。也可以用一小團白麵放酸了，也能充當漿水引子。放入引子後，蓋上陶蓋，不必密封，放置四、五天，漿水即可食用。

製作好的漿水，不需要特別冷藏，常溫下儲藏即可，但是切記不能落入異物和生水。取用漿水時，要用專一專用的器具舀子，不能與其他餐具混用，漿水舀子使用前最好用開水燙一遍，這主要是防止有害細菌侵入，致使發酵好的漿水被污染。如果漿水被污染了，表面就會形成一層白色泡沫狀的東西，顯示漿水已經腐敗，不能食用了。漿水還需要經常性的更新。一般是外界氣溫越高則更新頻率越要快一點，反之，可以半月更新一次即可。所謂更新，就是撈出陶罐內泡了一段時間的蔬菜，放入新鮮蔬菜，重新再加麵湯水泡製。這時就不需要再放引子了，因為陶罐中已經有酵母。撈出來的漿水菜，可直接涼拌或烹炒食用。其口感略呈酸味，加點調料，香味濃郁，味道極佳。

n  蘭州人吃漿水麵

蘭州人吃漿水麵極為講究。先要取出一瓷盆清漿水；然後在鍋內放少許菜籽油，數十粒花椒，小紅辣椒一兩段，生薑一兩片，燒熱炸出香味；再把熱油倒入清漿水中，把漿水炸一炸，既消毒殺菌，又增加香味；最後煮好手擀麵條，出鍋瀝水，在涼開水中漂冷，撈入每人的碗中，隨後倒入炸好的漿水，撒上些許香菜末，如此一道甘酸可口、清香爽滑、解暑降溫的漿水麵就做好了。再搭配各式小鹹菜和小涼菜，佐餐助味，就是一種簡單的人間美味（圖3）。

圖3：搭配漿水麵的小鹹菜和小涼菜—韭菜花和沙蔥（傅麗玉攝，2014年9月）

n  漿水製作過程的化學反應

漿水的製作過程有兩個階段的化學反應，第一階段是酒精發酵反應，化學反應式如式[1]所示：

第二階段反應是醋酸發酵反應，化學反應方程式如式[2]所示：

麵湯所含的麵粉的主要成分是澱粉，澱粉屬於大分子必須先由黴菌分解成小分子的醣類，例如葡萄糖，才能進行酒精發酵。酵母菌適合溫暖的環境，不太熱（攝氏40度以下），不太冷，也不能曬太陽，以免酵母菌死亡。醋酸發酵是一種氧化作用，亦即醋酸菌與氧氣的反應。醋酸菌在有氧的環境下，酒精氧化成為醋酸，因此使用透氣陶製容器做漿水最合適。

n  誌謝

特別感謝傅麗玉教授提供漿水麵的相關化學原理知識並提供本文其所拍攝的照片。

鋰離子標準還原電位異常的探討

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   為何鋰離子的標準還原電位值最負？

問：在標準還原電位表中，鋰離子的標準還原電位最負，亦即鋰金屬的標準氧化電位最正，但常見的鹼金屬活性的順序為K > Na > Li，如何解釋此一現象？

常見的標準還原電位表如表1所示，其中Na, K, Li的標準還原電位分別為 −2.71 V, −2.93 V, −3.05 V。

表1：標準還原電位表（取自翰林選修化學上冊）

n   解答一：以水合能大小說明

一般所謂的金屬「活性」大小，是以該金屬與氧反應的難易程度而定，但測量「標準還原電位」是在水中測定，涉及金屬離子水合能的大小。鋰離子由於水合能甚大，故在金屬陽離子中，標準還原電位最負。以上是高中化學老師回答學生常用的敘述方式，若有學生追根究柢，此一敘述恐怕無法滿足學生的好奇心。

n   解答二：以能量變化說明

在無機元素化學（科學出版社）一書中，有精闢的說明，整理如下，供各位參考：

一、   鹼金屬在水中形成水合離子的能量變化（圖1）

圖1：鹼金屬在水中形成水合離子的能量變化

(1)          Δ_fH°即鹼金屬失去電子形成水合離子所需能量，ΔH_s°為金屬的昇華熱，ΔH_h°為氣態金屬離子的水合能，I₁為鹼金屬的第一游離能。

(2)          Δ_fH° = ΔH_s° + I₁ + ΔH_h°

(3)          鹼金屬元素的熱力學數據（表2）

表2：鹼金屬元素的熱力學數據（單位：kJ mol^-1）

(4)          計算鹼金屬失去電子形成水合離子所需能量：

Δ_fH°(Li) = 161 kJ mol^-1 + 520 kJ mol^-1 + (−522 kJ mol^-1)＝159 kJ mol^-1

Δ_fH°(Na) = 108.7 kJ mol^-1 + 496 kJ mol^-1 + (−406 kJ mol^-1)＝199 kJ mol^-1

由於Li變成Li⁺(aq)的過程所需總能量較小，因此鋰比鈉容易失去電子形成水合離子，故在水中，鋰是鹼金屬中最強的還原劑。

二、   金屬標準還原電位的計算：以Li與Na為例

為了獲得金屬標準還原電位，設計M⁺(aq)得到電子的反應，如圖2所示。

圖2：金屬標準還原電位的計算過程示意圖

(1)          ΔH°即鹼金屬離子與氫氣反應的能量變化，ΔH_h°(M)與ΔH_h°(H)分別為氣態金屬離子與氣態氫離子的水合能，D為氫的鍵解離能，I_M與I_H分別為鹼金屬與氫原子的游離能，ΔH_s°為金屬的昇華熱。

(2)          D = 436 kJ mol^-1，I_H = 1310 kJ mol^-1，ΔH_h°(H) = −1090 kJ mol^-1。

(3)          ΔH° = [ ΔH_h°, _M + (−I_M) + (−ΔH_s°, _M) ] + [ (D/2) + I_H + ΔH_h°, _H ] = ΔH₁° + ΔH₂°

Li         ΔH₁° = 522 kJ mol^-1 + (−520 kJ mol^-1) + (−161 kJ mol^-1) = −159 kJ mol^-1

Na        ΔH₁° = 406 kJ mol^-1 + (−496 kJ mol^-1) + (−108.7 kJ mol^-1) = −199 kJ mol^-1

H₂        ΔH₂° = 218 kJ mol^-1+ 1310 kJ mol^-1 + (−1090 kJ mol^-1) = 438 kJ mol^-1

Li         ΔH° = (−159 kJ mol^-1) + 438 kJ mol^-1 = 279 kJ mol^-1

Na        ΔH° = (−199 kJ mol^-1) + 438 kJ mol^-1 = 239 kJ mol^-1

(4)          從熱力學函數表中可以查出
Li的ΔS° = −50.3 J mol^-1 k^-1與Na的ΔS° = −73.8 J mol^-1 k^-1。

(5)          計算ΔG°( = ΔH° − TΔS°)，如下：

Li         ΔG°= ΔH°−TΔS° = 279 kJ mol^-1 − 298.15 k × (−50.3/1000) kJ mol^-1 = 294 kJ mol^-1

Na        ΔG°= ΔH°−TΔS° = 239 kJ mol^-1 − 298.15 k × (−73.8/1000) kJ mol^-1 = 261 kJ mol^-1

(6)          根據ΔG °= −nFE°，計算得到E°：
Li         E°＝−ΔG°/nF＝−294 kJ mol^-1/(1 × 96 .5 kJ mol^-1 V^-1) = −3.05 V
       = E°(Li⁺/Li) − E°(H⁺/H) = E°(Li⁺/Li) – 0

Li         E°(Li⁺/Li) = −3.05V

同理，

Na        E°(Na⁺/Na) = −2.72V

n   參考資料

1.          無機元素化學（第二版），科學出版社。

國際志工服務—在馬來西亞推廣化學驚奇實驗

李錡峰、李哲宇、許乃月、楊水平*

國立彰化師範大學化學系

*[email protected]

n  緣起

教育部為鼓勵國內大專校院學生參與國際志工服務，培養學生對國際社會人文關懷之使命感、責任感，拓展國際視野履行世界公民之義務，磨練學生所學專業知識與技術能力，並藉以增進臺灣與其他國家人民間相互瞭解及交流，特訂定「教育部補助大專校院學生參與國際志工服務要點」。在其要點的「國際志工服務項目」包括：有關教育輔導、社區營造、醫療衛生、生態保育、人道關懷與救援、協助第三世界友邦國家提升技能服務及其他國際志願服務等項目。

國立彰化師範大學依據教育部規定，特制定「國立彰化師範大學國際志工服務計畫獎補助要點」，並制定「103年度馬來西亞教育志工交流計畫」，其目的有四：（一）鼓勵本校學生踴躍參與本校國際志工服務學習活動。（二）鼓勵本校學生藉服務增進教學知能及專業素養，並經由體驗式學習與國際接軌。（三）鼓勵本校學生拓展國際視野，培養對國際社會人文關懷之使命感。（四）鼓勵本校學生將專業回饋社會，將愛心奉獻給人群，提升「服務學習」的範疇與視野。

在青輔會的支持下，2009年7月國立彰化師範大學首次舉辦「志」在四方海外國際志工「暑期創造思考研習營」，在吉隆坡臺灣學校禮堂舉行。參加此次志工服務有15位準中等學校教師，來自各個不同學系且接受完整的師資培育課程。對滿懷教育服務熱忱的志工們，經由參與此次研習營拓展其國際視野，培養出對國際社會人文關懷的使命感與教育愛心的奉獻精神。

n  交流目標與參與動機

近年來國立彰化師範大學積極推動國際教育志工，計畫旨在推動兩國之間的交流，並以數理科為基礎及課業輔導，推動科學教育，輔以協助學生品德、體能、生活及生涯規劃輔導之課程。此外，本校為師資培育之師範大學，針對具有師資培育資格之學生，能藉此以教育志工為基礎，從做中學，使彼此有所增益。103年彰化師範大學師陪生赴馬來西亞國際志工交流計畫的目標為：（一）培養並精進本校師資培育學生所學專業學科知識以及教學能力。（二）增進多方面教學經驗並增進學生與其他國家人民間交流，發展師資培育之學科能力。（三）培養學生對國際社會人文關懷之使命感、責任感，發揮史懷哲精神，實踐志工服務以及有教無類之理念。

化學是一門與生活非常貼近的學科，生活中處處有化學，把化學這門科目轉變為學生的興趣是我們此行最大的目標。對於馬來西亞的中學生來說，雖然化學是一門較乏味的、艱深的科目，但是中學生通常對於具有震撼性、爆炸性及驚奇性的化學實驗甚感興趣。因此，我們除了教授課本上的知識外，同時也規畫一些有趣的化學驚奇實驗於課程中，以激發學生對於化學的興趣，並期望透過化學活動讓學生獨立思考並探討化學的世界。

對於我們來說，能夠親臨馬來西亞的現場教學是非常難得的機會，而達到教學相長是我們最快樂的事情，希望帶給學生們更多不一樣的課程，讓學生不再害怕化學。本次化學教育推廣活動在馬來西亞的濱華中學（馬來西亞民辦的華文中學之一，也是巴生四獨中之一，位於雪蘭莪州巴生），以下為國際志工服務—在馬來西亞推廣化學教育的企畫流程圖（圖一），為了讓馬國學生有較佳的學習成效，我們根據不同面向去分劃課程，以隨時適應不同的教學環境及學生。化學驚奇實驗的示範教學是本次推廣化學教育的重要項目。

圖一：國際志工服務—在馬來西亞推廣化學教育的企劃流程圖

n  教學現場

化學示範教學不僅能製造令學生產生好奇和驚訝的感覺之外，更能讓學生對於化學發生變化印象留下深刻並激起學習的興趣，使學生更願意對其深入思考並進行深入的討論。

本次活動的授課教師有：國立彰化師範大學化學系學生李哲宇、李錡峰和許乃月，指導教授為楊水平老師。化學示範實驗的規畫以酒精為主軸，包含「燒不破的紙鈔」和「酒精槍」兩個單元，其優點為藥品在當地可以方便取得（化學藥品無法過境到馬來西亞），酒精較無毒性也較安全。

以下是本次活動的示範教學過程和教學說明，以「燒不破的紙鈔」為例。

1.        首先，教師取一張玩具鈔（假鈔），浸泡於95%酒精後，然後點火燃燒，玩具鈔立即燒毀（圖二）。
【教學說明】：學生對於火焰、或是爆炸的實驗感到興奮，當教師燃燒玩具鈔時，可以引起學生的注意。若沒有特別注意紙鈔是假鈔，有些學生會認為教師真的把「紙鈔」燒毀了。

圖二：教師點火燃燒紙鈔（假鈔）

2.        教師再拿出一張真鈔（當地的馬幣），浸泡於事先準備好的酒精溶液（各50 mL的水與酒精混合液、再加約30 g的氯化鈉固體，並攪拌促進溶解），然後點火燃燒，這次鈔票不會燒毀。
【教學說明】：對此階段的示範，學生可能會預期紙鈔（如同紙張一樣）會被燒毀，但是學生對此次「燒不破的紙鈔」的現象感到十分驚奇並產生疑惑（圖三）。

圖三：學生對「燒不破的紙鈔」感到驚奇和疑惑

3.        教師與學生互動討論，為何鈔票不會燒毀？（圖四）。
【教學說明】：透過學生對於示範實驗引起的好奇心，引導學生討論紙鈔為何無法被燒破的原因。利用小組問答的方式作為討論的基礎，讓學生思考與討論，然後讓學生進入動手做的階段。

圖四：教師與學生互動討論

4.        學生親自動手做，人人都可以成為「紙鈔燒不破」的魔法師（圖五）。
【教學說明】：教師向同學徵求真實的紙鈔（馬幣），讓學生親手操作「燒不破的紙燒」的實驗。當燃燒真鈔的幣值越大時（當時使用馬幣50元，相當於台幣約500元），台下的同學也會更加的興奮緊張，如此可以加深同學對於本實驗的印象。

圖五：學生親自動手做「燒不破的紙燒」

n  學生學習回饋

受限於時間和其他因素，以五個選項來分析學生對於我們的教學的滿意度：5表示非常滿意、4表示滿意、3表示普通、2表示不滿意、1表示非常不滿意，本次施測對象為高一理一和高一理二共兩個班，統計結果如表一所示：

表一：學生的學習感受分析結果

以上的分析結果係平日化學課教學的學生回饋，並非只是此次示範教學的結果。大致而言，學生對於本次教學的滿意度呈現高度的滿意，在「教師上課的音量」和「教師教學的方式」的滿意度高於「課堂的理解程度」和「講義簡單明瞭」。對於我們來說，學生的每一筆回饋都是非常重要的，我們特別注重學生對於教學方式的滿意度，結果顯示這方面的滿意度很高。

n  教師教學心得

一、教師A的心得

我的大學生涯規畫有很多的目標，「國際志工服務」是我的目標之一。人生總是不斷地累積自己的經驗值，不論各種任務的投資報酬率高或低，認真努力一定會有收穫。此次遠赴馬來西亞，其實我內心裡充滿著猶豫，離開自己熟悉的家鄉，心理或多或少感到不安和焦慮。然而我常叮嚀自己 "No pain, no gain"，內心的不安和焦慮必須去克服，到馬來西亞接觸不同的人群，拓展自己更寬廣的視野。

相對於其他科目，自然科的教學方式是比較麻煩的且獨特的，我常常思考一堂課35分鐘要如何有效的教學使學生容易理解科學知識，或是對於化學產生興趣。這次國際志工服務，我們特別地規畫化學示範教學，期望馬國的學生對化學產生興趣。從實際的教學現場觀察，我認為化學示範教學是一項很有效益的也很有勁道的教學策略，學生很喜歡這種教學方式。

二、教師B的心得

完成了一件大事之後，來檢視我當初的參與動機，我的答案是有機會的話，我會想當一位不只是教書的老師，而是當學生的朋友，亦師亦友，給他們人生的課程，帶領著他們度過人生的酸甜苦辣，教書的過程很累，但教學完學生懂得，老師會非常非常快樂。

相較於課堂教學，似乎化學示範教學是一筆最划算的生意，同時能買到學生的上課注意力，好奇心、學習心，讓學生們在歡樂中學習，這是我們希望的學生學習過程與結果，並馬國學生的口中得知，當地做實驗的部分，基本上是沒有的，雖然礙於規定每間學校都有實驗室，但是不常使用。因此，我們的教學方式使他們有不一樣的學習方式，我們很開心能從台灣帶入一種不一樣的教學方式，也使枯燥乏味的理化有不一樣的呈現方式，只要學生有收穫，我們老師準備課程就值得了。

三、教師C的心得

我們到馬來西亞之前，為了整整三週的課程精心地做了萬全的準備，一開始面對的困難點是我們並不清楚馬國學生的先備知識，因此在課程設計上十分困擾，除了藉由與對方學校信件溝通外，我們也想辦法在短時間內讓他們學會或複習應具備的先備知識。在編寫完教材後，我們也進行試教讓夥伴在教學上給彼此建議，也希望藉由試教互相學習對方的長處。到馬國後，套用編寫的教材到課堂上，我們發現學生程度落差極大，有少數學生對於化學這個科目十分倦怠。在課堂中，面對各式各樣的學生以及不同的狀況，我們及時解決學生的疑惑，補足學生的先備知識。進入實際的教學後，我們知道自己編寫的教材有些地方需要改進，也知道要如何教學才能夠使學生易於明白，要如何教學才能夠引起學生學習的動機等等，這些都無法在修習教育課程可以學到的經驗。由於我們是志工老師，學生對於我們都很熱情，往往會造成課堂秩序難以控制的情況發生，因此利用小口號的建立以及分組競賽的班級經營手法讓這個情況改善許多。

在化學實驗課中，我們設計了趣味化學實驗希望引起學生的學習動機，面對極少進入實驗室的學生們，我們宣導了實驗室安全守則，期望實驗課程能安全順利進行。我們利用「燒不破的紙鈔」實驗，讓學生複習燃燒三要素，並在示範教學後，安排學生操作實驗讓他們留下更深刻的印象，期望學生明白實驗的原理，並能夠能進一步學習如何設計實驗步驟。

n  結語

不同的國家有不同的文化和不同的教育制度，在不同的環境培育出的孩子有不同的特質，學科的表現能力也有所不同。從此次的教學經驗得知，以臺灣的觀點所編寫的教材並不見得完全適用於馬國的中學生，必須稍加修正。從實際的教學現場觀察，化學示範教學是一項很有效益的也很有勁道的教學策略。作為化學教育的工作者及推廣者，我們很高興見到馬國學生對於我們的教學有正面的回饋，對於學習化學也提高了興趣。同時，我們也與馬國學校教師做交流，瞭解異國風情文化，教學專業互相成長，收穫很多。

n  參考資料

1.          教育部補助大專校院學生參與國際志工服務要點，http://english.moe.gov.tw/content.asp?CuItem=9567。

2.          彰師海外國際志工馬來西亞服務 關懷華人子弟學習志氣可嘉，http://www.ncue.edu.tw/front/bin/ptdetail.phtml?Part=campusnews20090714。

3.          青輔會國際志工_馬來西亞／吉隆坡台灣學校／國立彰化師範大學／090704-0718，https://www.youtube.com/watch?v=KsbPQWqRTPs。

4.          化學示範實驗：燒不破的紙鈔（Non-Burning Paper Bills）〔I〕，http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=40449。

5.          化學示範實驗：燒不破的紙鈔（Non-Burning Paper Bills）〔II〕，http://case.ntu.edu.tw/hs/wordpress/?p=40466。

6.          燒不毀的鈔票—降低酒精的燃燒溫度，中學化學示範實驗，http://blog.ncue.edu.tw/yangsp/doc/26485。