臺灣化學教育

徐壽與傅蘭雅的元素名詞：

清末中文元素名詞命名沿革

張澔

義守大學通識教育中心

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當我們國中開始學化學的時候，我們就有機會認識化學元素。在課堂上，老師幾乎沒有時間來解釋這些中文元素名詞是如何來的。為了更方便記得元素之間的化學與物理性質變化，我們就開始背元素週期表，如鹼金屬有鋰、鈉、鉀、銣、銫、鍅，鹼土金屬有鈹、鎂、鈣、鍶、鋇、鐳。直到上大學的時候，使用西文化學教科書之後，看到了英文化學元素名詞之後，我們才會突然發現，原來有不少中文化學元素名詞的發音是來自西文(國立編譯館，1933)，如惰性氣體元素名詞，氦(helium)、氖(neon)、氬(argon)、氪(krypton)與氙(xenon)。也許我們會想，是那一位化學家，很佩服他的想法，有如此的遠見，又善解人意，只要記得中文元素名詞，英文名詞也容易連接起來，幾乎是一魚兩吃。甚至我們就會很簡單的認為，這些中文元素名詞之所以能夠沿用至今，就是因為他們翻譯的「好」，能將西文名詞的發音融入在中國形聲字中，完全符合當今的時代潮流。如此的想法自然就是對中文元素名詞發展的誤解。在本篇文章中，除了簡單描述中文元素名詞沿革的歷史外，我們就是要分析為何它們會被沿用至今的原因，這點常常會被誤解，這是我們寫這篇文章的目的。

鋰(lithium)、鎂(magnesium)、鋁(aluminum)與錳(manganese)，這種以一個西文發音再加上能表示元素的性質或形狀的形聲字(徐壽、傅蘭雅，1871)，是由徐壽(1818-1884)與傅蘭雅(John Fryer, 1839-1928) 所發明，他們兩個人是江南製造局翻譯館的同事。徐壽是江蘇無錫人，傅蘭雅則是來自英國，原本到中國來傳教，後來從1868年到1896年之間都在江南製造局擔任翻譯的工作。1896年他到加州柏克萊大學擔任漢學系教授。在清末，傅蘭雅是翻譯最多科學書籍的西方人士，而徐壽筆譯書籍的數量也可以說是名列前茅。他們一塊合作翻譯了《化學鑑原》、《化學鑑原續邊》、《化學鑑原續邊》、《化學考質》、《化學求數》與《寶藏興焉》等書籍。

    這種影響中文化學名詞甚至中文科學名詞一百多年的命名方法，是徐壽與傅蘭雅在1871年江南製造局出版的《化學鑑原》書中提出，當談到中文化學元素名詞如何來命名時：「譯其意義，殊難簡括，全譯其音，苦於繁冗。今取羅馬文之首音，譯一華字。首音不合，則用次音，並加偏旁，以別其類。而讀仍本音。」(徐壽、傅蘭雅，1871，卷一，頁20)。

就如同上述，想要義譯，但是很難找到一個簡易的名詞，但是全部音譯，自然是太繁瑣，所以只好找一個西文的發音，再加上偏旁，創造一個西音的形聲字。然而這種音譯的名詞雖然不能說是下下之策，但是與義譯的方法比較起來，算來是不得已的選擇。我們先看英國傳教士合信(Benjamin
Hobson, 1816-1873) 的名詞，他為中國近代化學拉開了序幕。他在1855年出版的《博物新編》談到已經有62個元素被發現，但在書中只介紹了氧、氫、氮三種氣體的性質，我們今天所使用的氧、氫、氮就是由他的養、輕、淡三個名詞沿革而來（合信，1855）。除此之外，他還簡單介紹了一些硫酸、硝酸與鹽酸的製法與性質。合信在1858年出版的《醫學英華字釋》(Medical Vocabulary in English and Chinese)編譯一些化學術語，如砒霜(arsenic)、礬土 (alum)、硼砂(borax)、硫黃末(sulphur)，這些名詞都與傳統物質名詞有關（Hobson, 1858）。

之後，來自美國長老教會的丁韙良(William Alexander Parsons Martin, 1827-1916)在1868年北京同文館出版的《格物入門》又翻譯了一些元素名詞。他的名詞不僅與中國傳統的名詞有關，如黃金(金)、白銀(銀)、水銀(汞)、銅、鐵、銻、硫磺(硫)、蒙石(錳)、黑鉛(鉛)、白鉛(鋅)、信石(砷)，玻精(矽)、礬精(鋁)、炭精(碳)與硼精(硼)，而且是義譯名詞，如灰精(鉀)、海藍(碘)、白金(鉑)、光藥(燐)、石精(鈣)、鹽氣(氯)和鹼精(鈉) （丁韙良，1868）。

雖然這種音譯名詞比較不容易接受，但是以一個形聲字來翻譯元素名詞馬上就被接受。例如，美國醫學傳教士嘉約翰(John Glasgow Kerr, 1824-1901)在1871年出版的《化學初階》，不僅採用了部分音譯名詞，但也翻譯了一些義譯名詞，如釩(鋁)、鉐(鈣)、玻(矽)與鏀(鈉)（嘉約翰，1871）。當在1869年傅蘭雅寫給嘉約翰協調中文化學元素名詞時，他就表示了這種無奈，江南製造局的負責人與那些被認為懂得一些科學事物的學者一塊修訂以上的翻譯，他們都堅決拒絕看來具有過多外國人氣味的名詞(Bennett, 1867)。

除了合信、丁韙良與嘉約翰的名詞外，在北京同文館擔任化學教習的畢利幹(Anatole Billequin, 1837-1894)，可以說將義譯名詞展現的「淋漓盡致」。畢利幹並不贊成傅蘭雅和徐壽音譯的方法。在當時清末並沒有一種官方的語言，若是音譯的話，究竟是以哪一省語言作為標準？換句話說，為了義譯，他從名詞的意思，元素的性質或顏色。有的時候，將幾個字拼湊在一塊，再冠上偏旁。這些新發明的字，第一眼看有些奇特怪異，但讀者都可以瞭解，畢利幹想要表達的意思，就如同他在《化學指南》中所提到的：「命名尤難。今或達其義；或究其源；或本其性；或辨其色，將數字湊成一字為名。雖字畫似出於造作，然讀者誠能詳其用意之所在。」畢利幹比較簡單的義譯名詞，如鉗(鈹)、鉐(鋰)、錆(鈷)、鐳(釷)。但有幾個名詞，看來特別複雜，甚至有些笨拙，如cesium (銫)，就由藍與影兩字上下排列，再加上金偏旁所形成，rubidium(銣)由金紅影所構成，thallium(鉈)則由金綠影所湊成（畢利幹、聯子振，1873）。

最能反映中國學者對於這種西音形聲字的看法，莫過於1890年李鴻章在上海格致書院出了一題化學元素名詞的考題：「化學六十四原質中，多中國常有之物，譯書者意趨簡捷，創為行聲之字，以名之，轉嫌杜撰。諸生宣究化學有年，能確指化學之某質，即中國之某物，並詳陳其中西之體用歟。」（王韜，1887-1896，頁1）李鴻章認為，六十四個元素大多是中國常用的東西，翻譯者為了方便，以形聲字的方式來翻譯，以避免被認為是「杜撰」的嫌疑，他請求學生來證明，那些元素名詞其實就是中國某一些物質。獲獎同學文章的內容幾乎與丁韙良的元素名詞的相同：「試舉數端以見梗概，即如化學中之鋅，即中國之白鉛也。化學中之錳，即中之粗鐵也。至於鉀，在西國亦無獨成者，然鉀養淡養五，即中國之火硝也。」（王韜，1887-1896，頁1）。

除了中國學者的不滿外，西方傳教士也排斥徐壽與傅蘭雅的元素名詞。為了推廣教務，西方傳教士團體編譯教科書，因而設立科學名詞委員會以便以統一中文科學名詞。1898年「益智書會」公佈《化學元素名詞修訂表》(The Revised List of Chemical Elements) ，這份修訂表只保留了幾個傅蘭雅與徐壽的元素名詞，其他大部分的名詞都被義譯名詞來取代( Mateer, 1898)。事後，傅蘭雅便寫信給主席狄考文 (Calvin W. Mateer, 1836-1908) 抗議，委員會不該修改他的元素譯名，除非它們完全用錯或不可能使用。他憤憤不平的表示，難道只有他的名詞看來有錯誤，混淆或不可以使用，而其他人的名詞難道一點錯誤都沒有嗎？(Bennett, 1867)。

雖然相對義譯名詞，徐壽與傅蘭雅的元素名詞是比較不容易被接受，但當滿清政府廢除科舉制度，採取像西方一樣的教育制度，學部1908年所公佈的《化學語彙》還是採用他們的元素名詞。自此之後，1920年由科學名詞審查會及1932年由國立編譯館所公佈的名詞都是他們的單一形聲字名詞。

n  結論

既然我們在前面一直強調，在西學中源的心態下，使用傳統名詞比較有優勢，在社會大眾幾乎沒有基礎英文能力的狀況下，義譯名詞比較容易被理解接受，而且尚有沒有統一國語的缺點，當時還是儒家文化為主導的社會價值觀，這種看來有些洋氣的名詞就比較容易遭到排擠。既然有如此多不利的因素，為何他們的元素名詞卻能沿用下來？

這當然要歸功於徐壽與傅蘭雅所翻譯的科學書籍。他們的元素名詞不僅出現在他們所翻譯的化學書籍中，而且出現在江南製造局所翻譯的科學書籍中，包括了採礦、冶金、醫學、農業與工業的書籍中，這些書籍的品質與數量遠遠超過同時期的其他翻譯者。換句話說，雖然這些名詞看來有些陌生，但中國學者與讀者只能勉為其難的繼續使用，因為它們能提供遠遠比其他書籍更豐富與完整科學及科技知識的機會。除此之外，清末最具影響力的科學雜誌《格致彙編》的加持，再加上上海《格致書院》科學教育的推廣。如此完整的一套知識資源，而且擁有獨霸清末的科學書籍，讓這些新創造的元素名詞不斷地在不同領域流傳使用，滿足清末社會各領域的需求。這也是為何徐壽與傅蘭雅化學元素名詞能夠沿用下來原因，並非是他們所翻譯的元素名詞比較好。

在十九世紀的時候，中國人不得不讀他們所翻譯的書籍，因為他們的書籍的範圍與品質遠遠超過同時代的作者，只有他們的書籍能滿足中國讀者知識的需求。在二十世紀的時候，當它們被確定為官方名詞的時候，再透過教育的方式來教導，今天是以西文為主導的價值觀，大家自然就覺得這種名詞很好用，也很理所當然。

n  參考文獻

丁韙良（1868）。格物入門。北京：同文館。

王韜 (1887-1896)。格致書院課藝 (庚寅春季特課)。上海：格致書院。

合信（1855）。博物新編。上海：墨海書館。

國立編譯館 (1933)。化學命名原則。上海：正中書局。

畢利幹、聯子振（1873）。化學指南。北京：同文館。

傅蘭雅、徐壽（1871）。化學鑑原。上海：江南製造局。

嘉約翰（1871）。化學初階。廣州：博濟醫局。

Bennett, A. A. (1967). John Fryer: The introduction of Western science and technology into nineteenth-century China. Cambridge, Mass: Harvard University Press.

Hobson, B. (1858). A medical vocabulary in English and Chinese. Shanghai: Shanghai Mission Press.

Mateer, C. (1898). The revised list of the chemical elements. The Chinese Recorder and Missionary Journal, 29, 87-94.

第五十期 主編的話

邱美虹

國立臺灣師範大學科學教育研究所特聘教授
國際純化學暨應用化學聯合會（IUPAC）執行委員會常務委員

國際理事會(International Science Council)治理委員會委員及Fellow

中國化學會（臺灣）教育委員會主任委員
美國國家科學教學研究學會（NARST）前理事長
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        十一月有兩個機會到德國參加會議，一個是出席在法蘭克福舉辦的國際純粹暨應用化學聯盟(International Union of Pure and Applied Chemistry, IUPAC)的理事會議，一個是擔任在柏林舉辦的「圍牆倒塌科學高峰會議(Falling Walls Science Summit) 」 中Falling Wall Lab的總決賽評審。然而在此同時，有一個更重要的全球氣候議題大會正在埃及舉行(2022 年 11 月 6 日至11 月 18 日)，那就是 2022年第27屆「聯合國氣候變化大會」，稱為COP27 (全名為第27屆Conference of the Parties)。主要是每年由參與聯合國氣候變遷綱要公約（UNFCCC）的締約會員國舉辦，集結197個會員共同討論氣候變遷的議題。此次會議針對維持1.5度C的目標要減少化石燃料的使用再度進行討論，眼見2030年即將到來，而距離2050年的淨零排放目標亦不遠，然而成效卻不彰。全球大氣排放數據顯示，中國大陸每年二氧化碳排放量最多，約為125億噸之多，其次依序是美國有48億、歐盟約28億、印度是26億然後是俄羅斯19億噸；但在人均上面最多的卻是美國14.2噸、其次依序是俄羅斯13.5噸、中國大陸8.7噸、歐盟6.3噸、和印度1.9噸(麥克格拉夫，2022)。這些數值的確驚人，在享受新興科技的同時，不得不反思人類為下一代留下什麼樣的世界?!

雖然，此次會議成立「損失與損害」(loss and damage)基金，由已開發國家支付較貧窮國家費用以作為補償氣候變遷所造成的經濟損失，並支持他們因極端氣候而陷入危機的國家所必須採取的氣候行動，但是問題的癥結在於減少化石燃料的使用卻未見與會各國提出具體作為，若無正視問題和改變現狀的勇氣，要期待淨零排放恐怕會是緣木求魚。

        本期專刊由國立臺北教育大學周金城教授擔任客座主編，共邀請六位中學教師分享線上教學的課程設計與教學策略，在面對疫情嚴峻學生無法到校接受課程和進行實驗時，教師必須具有轉化課程和實驗的能力，使學習不中斷。此次專題的六篇文章各提出不同的教學策略以改善學習環境。此外常態性文章有張美玉和李哲迪的「以淺談TIMSS(Trends in International Mathematics and Science Study)成就測驗之參與經驗」介紹其參與多年TIMSS計畫的經驗與洞見，做為科學教育教與學的重要參考與省思的資料。洪文東的「化學與物理一理一合殊」，從物質的合成與分析的角度去探討物質的本質。最後，邱美虹參與德國柏林舉辦的圍牆倒塌(Falling Walls Science Summit)活動的介紹與心得分享，可以作為國內在人才培育上要有所作為時的參考。

一年又到歲末，預祝所有的讀者平安健康，並以喜悅的心迎接2023年!

n  參考文獻

馬特·麥克格拉夫（麥克格拉夫Matt McGrath）(2022). COP27：聯合國氣候變化大會的五個關鍵點。https://www.bbc.com/zhongwen/trad/world-63698710

疫情下線上化學實驗和探究與實作課程

周金城

國立臺北教育大學自然科學教育學系

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    n  前言

這兩年由於新冠肺炎疫情學校反覆停課，讓教師與學生們都被迫需要透過網路來進行教學，也讓大家正視該如設計網路教學課程，也逐步由排斥網路教學到接受網路教學，再到網路教學與實體教學並存等不同階段。若只是概念解說而非實作性課程，透過網路教學應該還能夠應付，但若是需要實驗的課程，該如何設計就變成的一個高度挑戰性的任務。在大學停課時，我們曾經思考讓學生利用家中廚房必備的物品來動手做實驗，但有學生反應是住在學校宿舍，所以要取得家中廚房必備的物品都很困難，這會讓廚房化學實驗都不可能進行，那這樣要如何解決呢?對手邊什麼生活器材都沒有的學生，要如何做實驗的確是一個難題，也需要教師設法來思考解決方法。我們先不討論什麼廚房器材都沒有的學生，若學生手邊有一些器材的學生，要如何來進行遠距動手做探究與實作的實驗。

            

n  本期專題文章簡介

第一篇是大甲高中的廖育茂老師《探究大豆脲酶的催化作用Ⅰ-尿素的分解與檢測》，是透過到家中附近的商店可以買到或家中已有的物品來設計此實驗，透過天然植物蝶豆花或薑黃當作酸鹼指示劑，取不同溫度處理過的生黃豆漿萃取液(含脲酶酵素)，加入現今可在加油站購置加入柴油車的尿素，觀察酸鹼指示劑顏色變化以了解對尿素分解情況的影響，這個實驗真的是一個可以在家中進行，但是背後卻有相當化學深度的實驗。這個能夠在家中讓學生自行操作的實驗，也一定很適合在學校進行，是一個非常值得推廣的化學實驗。

第二篇是彰化高中劉曉倩老師《宅在家也可以探究-停課不停學的自然探究實作》，此文是說明數個可以在家進行的實驗活動，能整合到學生的自主學習的三個活動上。第一個是轉化邱美虹教授在臺灣推動2019年國際化學元素週期表年活動中所設計的元素方塊製作活動（邱美虹，2019），劉老師將之轉變成學生在家動手做的活動。第二個是設計可讓學生在家探究的化學實驗，利用賣場可購得乾燥劑中生石灰加水後產生高溫放熱，觀察不同變因條件下化學反應溫度的變化曲線，並且實際將雞蛋加熱煮熟的實驗，並透過電腦整理數據與製作圖表，找出最佳比例的加熱曲線。第三個是利用光碟片燒錄訊號的細微凹凸面，形成反射光柵來自製光譜儀，來觀察不同光源的可見光譜，這些都是可以在家動手做的化學實驗，很適合推廣。在Journal of Chemical Education期刊上近十幾年來有多篇利用光碟片製作光譜的實驗，有興趣的讀者可以搜尋一下。

第三篇是陳育仁老師《完整的線上探究與實作教學實務分享》一文說明有些實驗材料較複雜，學生在家遠距上課時是難以取得的，因此讓學生線上分組討論實驗變因，整合大家的想法後，討論縮減成幾個可行的實驗變因與實驗流程，由老師在學校線上操作學生所設計的實驗，拍攝實驗過程讓學生記錄數據與分析結果，這的確是一個可行的方法，在疫情下的不得不的遠距實驗課，讓學生動腦而由老師來動手，文末也針對線上課程提出一些改進建議。

第四篇是花蓮高中林于人老師《宅實作—天然酸鹼指示趣探究》一文，則是在停課不停學期間，讓高一學生在家找尋生活中的酸鹼指示劑，並測試生活中的各種溶液的酸鹼性，由學生的心得資料可以看到的在動手做實驗的過程，能提升學生問題解決的能力，在既有的手邊資源與設備下，完成這一個具有挑戰性的任務。酸鹼溶液與指示劑是一個由國小到大學都可以進行的實驗，可以設計得很生活化也可以很學術化，這個實驗的重點會是讓學生思考在有限實驗器材下的實驗步驟的創造，並完成教師指定的實驗結果，是一個簡單有趣的探究實驗設計。

第五篇高雄女中呂雲端老師《探究與實作、實驗與專題研究之設計雄女3C白袍魔法科學家》一文，開始先說明探究與實作課程規劃的流程，先進行基礎能力的教學再進行師生對話討論，並結合時事及生活議題來進行研究。後續面臨停課不停學的問題，則調整教學與評量的方式。評量包含三個部分:一、團隊完成小論文20%:論文包含完整的科展架構，但針對因停課而無法繼續未完成實驗的小論文部分，能以研究計畫或創意說明書的方式撰寫。二、個人作業20%:是針對教師提供的網路影片來撰寫心得。三、團隊或個人期末報告20%:針對居家防疫提出有創意的想法，並錄製3至5分鐘的影片。文章內容涉及較多的面向討論，有興趣的讀者可以再仔細閱讀。

第六篇是由作者所撰寫《模擬化學實驗與遠距化學實驗課程》，本文是針對大一普化實驗在疫情下的遠距實驗出發，來思考模擬化學實驗與普化實驗結合的可能性。這是由於疫情下利用模擬化學實驗來取代普化動手做實驗，所使用的模擬化學實驗是利用Yenka軟體來設計。本文最後還提供一個已設計雙氧水加二氧化錳催化分解生成氧氣的模擬實驗，可以讓學生操作後得出數據，並計算出反應速率定律式、反應級數與反應速率常數。

   n  結語

在新冠肺炎疫情下學校不得不全面採用線上教學，也激發出教師們許多不同的線上教學模式，改變了大家長久以來的實體教學習慣。以前我總覺得實體授課必定優於線上授課，但在實際參與非實作的化學專業課程線上教學後，竟發現線上比實體能和學生有更多的互動，因為線上可以要求每一位學生留言也可以進行投票，教學的互動性提高很多。但是，需要實作的課程例如普通化學實驗，則仍是很難只透過線上教學來完成，未來還有很多需要投入教學研究發展的地方。目前即使疫情已經趨緩，但有許多地方仍辦理線上會議、線上研習或線上研討會，這免去參與者舟車勞頓之苦，而且出席率與參與人數也提高，以節能減碳的觀點，這不啻是一件美事。

    n  參考文獻

邱美虹（2019）。慶祝IUPAC100 &2019國際週期表年在臺灣(IYPT in Taiwan) 活動成果展示： 系列活動介紹(二)。臺灣化學教育，第34期。http://chemed.chemistry.org.tw/?p=35795。

疫情下線上化學實驗和探究與實作課程：

探究大豆脲酶的催化作用Ⅰ-尿素的分解與檢測 

廖旭茂

台中市市立大甲高中

教育部化學學科中心
[email protected]

 

     n  前言

 進入交流道下的加油站加油時，站內常見到寫著『加尿素』三個大字的看板，心裡納悶：為什麼柴油車要添加肥料呢？原來柴油車引擎與一般的汽機車的噴射引擎不同，廢氣排放中，以氮氧化物NOx的占比較高，是空汙主要元兇，因此目前歐洲六期環保多以選擇性催化還原法（SCR, Selective Catalytic Reduction）來減少氮氧化物的排放。然而選擇性催化還原法與一般汽機車所使用的三元觸媒轉化器不同，它需要在排氣管中段進入處，噴入尿素水溶液，尿素在高溫時會分解出NH3，然後NH3與廢氣中的NOX反應生成無害的氮氣與水(”Selective catalytic reduction”, 2021）。近日韓國、日本等多個國家因疫情、貨運塞港等因素，無法從外國進口足夠量的尿素，進而影響到貨、卡車的交通，以及建築業重機械的操作使用，差點癱瘓該國的經濟運作（中央社，2021），尿素的重要性可見一般。下圖為尿素在引擎中的運作示意圖。

圖1：尿素在柴油引擎中的角色與作用 （修改自Moiras et al., 2017）

    尿素除了在空汙的防治上作出貢獻外，其實其主要用途在是農業上的使用，作為主要的氮肥，大幅提供農作物的生產力，解決人類的糧食問題。進入土壤中的尿素，可被其中的酵素-脲酶（urease），所分解，產生氨氣與二氧化碳，高溶解度的氨即可成為植物合成蛋白質的氮源；室溫下，1莫耳的尿素在尿酶的催化下，可分解釋出2莫耳的氨氣與1莫耳的二氧化碳；脲酶是水解酶的一種，除土壤外，廣泛存在於細菌（幽門螺旋桿菌）、真菌、藻類、豆科植物、及哺乳類動物的腸胃道內（Lorenc, 2008）。下圖是來自產氣克雷伯氏菌（Klebsiella aerogenes）尿酶的3D分子結構圖。

圖2：尿酶的3D結構 （”UREASE“, 2021）

完整的教學活動分為初階的定性調察與進階的定量探究兩個部分；初階的活動進行以腦內風暴-演示實驗來引發學生的學習動機作為開始；進入正式課題，首先調查蝶豆花萃取液在不同酸鹼環境中的顏色變化；接著認識尿素溶液的性質、以蝶豆花液驗證尿素受大豆萃取液-尿酶催化作用的發生、對比大豆萃取液煮沸與否對催化反應的不同、比較不同豆類萃取液對催化反應的差異；進階的活動則引導學生正確使用手機結合色彩APP，紀錄調查尿素催化分解反應過程中NH3的釋出，造成溶液鹼性提高，蝶豆花因而變色的過程，進一步探究催化分解的變因與機制（洪宇宸、紀庭芯，2021）。

本探究活動以學生受疫情影響，在家進行實驗探究為前提而設計；多利用家用常見的物品與材料來將探討尿素受尿酶（urease）催化的分解作用，比如利用可分解的蝶豆花、薑黃粉或紫色高麗菜作為指示劑，偵測分解的產物-氨氣的存在；利用小調色盤取代易脆裂的試管、燒杯等容器；以藥妝店可拿到的針筒取代安全吸球、吸量管或量筒，作為定量取樣的實驗工具；使用智慧型手機及色碼APP，取代分光比色的昂貴儀器；實踐在家也可以進行定性又定量的科學探究，在不確定因素瀰漫的疫情時代裡，學生的學習不致中斷。

      n  腦內風暴：教學演示-如何檢驗尿素在高溫分解的產物氨氣？ 

    取一個電熱瓶模組（廖旭茂，2020），安裝固定好後，秤取約5公克的尿素倒入電熱瓶中，接著秤取2公克的氧化銅粉末置入NH3偵測玻璃管中，最後量取澄清石灰水15毫升加入吸收瓶中。模組裝置固定好後。下圖為反應示意圖。

圖3：尿素在高溫柴油引擎中的角色與作用

開始以變壓器的紅、黑鱷魚夾接通加熱瓶兩個扣環，引燃酒精燈，開始加熱、反應。觀察電熱瓶、偵測玻璃管中的氧化銅粉末及吸收瓶是否發生變化？5分鐘後，停止加熱，稍後打開電熱瓶，以廣用試紙靠近瓶口，觀察試紙的顏色是否發生變化？此時以手揮動瓶口，是否嗅聞到特殊的氣味，這氣味像什麼？請將相關現象觀察，以文字填入下表中。

表1：教學演示觀察紀錄表

     n  藥品與器材

1.藥品：生大豆2.0克/組（加入20毫升的水，打成豆漿）、購自加油站的AdBlue尿素30毫升/組（若購買不易，可以蒸餾水、尿素自行調配32.5%的尿素溶液）、蝶豆花試液（乾蝶豆花20克溶於80 毫升熱水中，浸泡1小時，以濾紙過濾。可分裝全班8組使用）、薑黃試液（超市購置薑黃粉10克溶於90 毫升的藥用酒精中，攪拌均勻後，浸泡30分鐘，以濾紙過濾。可分裝全班8組使用）、檸檬酸 （Citric acid, C6H8O7）、碳酸氫鈉 （NaHCO3）、食鹽（NaCl）。

2.器材：咖啡豆打豆機（果菜汁機）、咖啡用濾紙1包、果菜汁機、調色盤2個/組、針筒（1、2.5、10、30毫升各2支）、塑膠滴管（3毫升，僅適用實驗室版本）3支、果醬瓶數個（約30毫升）。

   n  活動步驟

ㄧ、調查不同酸鹼環境下蝶豆花等指示劑的顏色變化：利用酸鹼指示劑來偵測尿素催化分解反應的產物

1.取一個7格花朵型的調色盤甲，以簽字筆順時針標上A、B、C、D、E、F，中心孔為O。在中間一排E, O, B三孔中。隨後以1毫升針筒吸取RO逆滲透水於三孔中各加入1毫升的RO水，接著再以1毫升針筒吸取蝶豆花溶液0.1毫升，分別注入於三孔中。

2.分別於E、O、B孔中各加入1小匙的小蘇打粉、食鹽、檸檬酸，觀察三孔溶液的顏色變化為何？下圖為調色盤編號與指示劑的顏色變化。

圖4：圖左調色盤的編號，圖右為蝶豆花在鹼性、中性、酸性中的顏色

3.承上，將蝶豆花液換成薑黃試液，則盤色盤中E、O、B三孔中，顏色的變化為何？

二、尿素溶液有尿騷味嗎？尿素溶液性質的調查

1.自行配置好的32.5 %尿素（或購自加油站），外觀是甚麼顏色？有尿騷味嗎？

2.尿素溶液是酸性，中性還是鹼性？取花朵型調色盤乙，於中心O孔加入1毫升的尿素溶液，隨後於上述的相鄰兩孔中各加入蝶豆花液0.1毫升，觀察兩孔顏色的差異，並與調色盤甲相比較。

3.跟網路查詢尿素相關資料相比較，市售的尿素溶液的酸鹼性與網路資料有何不同？

4.調色盤洗淨後，備用。

   三、尿素在常溫下可以被分解嗎？利用脲酶催化尿素分解，並以蝶豆花液偵測產物的存在。

1.以小型電子秤秤取事先秤取50克的大豆，以咖啡打豆機打成粉末，再加入500毫升的溫水浸泡30分鐘，接著以濾布過濾，備用。取出一半的豆漿，分成八組，每組30 毫升。

2.以一支針筒各吸取1毫升的尿素溶液，分別注入調色盤中心的O孔與中心孔左側的E孔穴中；接著再以另一支針筒需取各0.1毫升的蝶豆花液加入上述O、E兩孔中。使用過的針筒立即以RO水反覆清洗乾淨，備用。

3.隨後以針筒吸取0.1毫升的RO水滴入中心O孔穴中，另一支針筒吸取大豆萃取液（生豆漿）0.1毫升滴入E孔溶液中；另觀察O、E兩孔溶液的顏色變化。下圖為O、E兩孔溶液的顏色的比較。

圖5：添加生豆漿與否，蝶豆花液顏色的比較

四、煮沸會影響催化效果嗎？利用指示劑調查生、熟豆漿的催化效果差異

1.取另一半大豆萃取液（生豆漿），加熱煮滾約5分鐘成（熟豆漿），冷卻後，將熟豆漿分成八組，請同學比較生、熟豆漿的外觀、氣味的差異。

2.以1毫升的針筒各吸取1毫升的中性的尿素溶液，注入調色盤中心O孔右邊的的B孔穴中，再以針筒需取0.1毫升的蝶豆花液作為指示劑；隨後以針筒各吸取熟豆漿0.1毫升滴入B孔中，觀察蝶豆花液的顏色變化。

3.比較生、熟豆漿催化的效果化？並說明高溫煮沸對酵素活動的影響。下圖為實驗結果。

圖6:中心恐為空白實驗，左孔為生豆漿，右孔為煮熟豆漿。

五、只有黃豆含有脲酶酵素可以催化尿素分解嗎？

1.以另1毫升的針筒分別吸取1毫升的中性的尿素溶液，注入調色盤乙的O、A、C、E四孔穴中；再以針筒需取各0.1毫升的蝶豆花液加入上述O、A、C、E四孔中。

2.隨後以1毫升的針筒分別吸取綠豆、皇帝豆、黃豆三種的萃取液0.1毫升加入A、C、E三孔中。靜置三分鐘觀察這兩種豆類是否可以分解尿素。下圖為實驗結果。

圖7：中心孔為空白實驗，A、C、E順時針分別為黃豆、綠豆、以及皇帝豆

    n  紀錄與觀察

1.利用蝶豆花等指示劑製備酸鹼指示劑，調查不同酸鹼環境下蝶豆花指示劑的顏色，請根據E, O, B三孔溶液的顏色，說明蝶豆花等指示劑在不同酸鹼值下溶液的顏色。並將結果填入下表中。

2.新鮮配置尿素溶液的性質調查

根據實驗結果顯示：尿素溶液的酸鹼值________7 （填入>, =, <）

3.調查比較生豆漿與煮熟豆漿的催化效果：大豆萃取液煮沸與否，溶液的顏色。

       根據實驗結果顯示：兩者的酵素活性大小：_______________ >  _____________

4.調查不同豆類對尿素水解反應催化速率的差異

靜置3分鐘後，比較三種溶液的顏色是否有所差異，並將結果填入下表中。

   根據實驗結果顯示：哪一種豆類的催化最好？______________________

    n  問題與討論

一、請寫出尿素催化分解的反應方程式

二、觀察指示劑的變色，蝶豆花液與薑黃液，哪一種較適合？

三、用目視來判斷反應速率的快慢，有何優缺點？說說您的觀察。有沒有更好的方法？

四、請同學利用老師提供的關鍵字「脲酶」（urease）進行網路搜尋，其分子結構、性質，以及在生物體內主要作用的對象，以及產物、相關用途。

五、生物體內的酵素百百種，酵素的催化作用與溫度、酸鹼值、主基質的量有很大的關連。請同學針對其中一變因規劃實驗步驟，探討變因對脲酶催化尿素速率的影響？

   n  原理與概念

  尿素經加熱達152℃時，會分解產生氨氣NH3與異氰酸HN=C=O，異氰酸與水蒸氣會繼續反應成氨氣NH3與二氧化碳CO2。其反應式如下（Bernhard et al., 2013）：

(NH2 )2CO ∆→  NH3+ HNCO   —-式1

HNCO+ H2O ∆→ NH3+CO2    —-式2

  而氨氣會還原引擎燃燒排放的氮氧化物廢氣NOx反應生成氮氣N2。其反應式如下：

2NH3+3NO ∆→ 52N2+3H2O    —-式3

4NH3+3NO2 ∆→ 72N2+6H2O   —-式4

在教學演示實驗中，尿素受熱分解產生氨氣，氨氣與NH3偵測玻璃管中黑色的氧化銅CuO發生氧化還原反應，生成紅棕色的銅Cu與氮氣N2，其反應式如下：

2NH3+3CuO  ∆→ N2+3H2O+3Cu   —-式5

而尿素在常溫下，受脲酶催化反解的反應生成氨氣NH3與二氧化碳CO2，其反應式如下：

(NH2 )2CO+H2O  UREASE→  2NH3+ CO2

  n  安全注意及廢棄物處理

1.塑膠針筒，針頭會有刺傷安全問題，要提醒學生妥善保

2.所有實驗後的廢液，依規定回收處理。

3.示範實驗利用小酒精燈來加熱，有翻覆發生火災的風險，可利用雙面膠帶黏著在穩固的墊板或桌面上，以策安全。

   n  教師教學提示與建議

1.塑膠針筒、調色盤、大豆等器材可購自藥局、連鎖五金行與超市等。

2.教學演示實驗時，銅棒可預先塗佈一層耐熱矽膠薄層，然後插入盛有氧化銅粉末的樣本罐讓黑色的氧化銅粉附著於銅棒上。實驗後取出可重複使用。

3.教學演示實驗時，所有的玻璃管、電熱瓶必須事先烘乾，避免管壁的水滴吸收氨氣，而影響氧化銅的還原變色效果。玻璃管可以鋁箔紙包覆保溫。

4.生豆漿需要完全煮沸煮滾5~10分鐘，酵素的活性才會消失。否則一段時間後，蝶豆花液亦可變色。

   n  參考資料

1.Selective catalytic reduction. (2021). In Wikipedia. Retrieved Dec 25, 2021, from https://en.wikipedia.org/wiki/Selective_catalytic_reduction

2.中國加強管制尿素出口 衝擊韓國物流業（2021）。中央社網站。民國110年1月30日，取自：https://www.cna.com.tw/news/firstnews/202111050349.aspx

3.Moiras, S., Papapostolou, C., Ktenidis, P., & Kaldellis, J. (2017). NOx emission reduction in marine diesel engines. 2nd International Conference on Energy, Environment and Economics. At: Edinburgh, Scotland.

4.Lorenc, A. (2008). Investigating the action of urease. Science in School, 9, 39–44. Retrieved from https://www.scienceinschool.org/article/2008/urease/

5.Urease. (2021). In Wikipedia. Retrieved Dec 28, 2021, from https://en.wikipedia.org/wiki/Urease

6.洪宇宸、紀庭芯（2021）。微酵行動。教育部綠色化學教育網。取自2021得獎作品‧https://chem.moe.edu.tw/green/AwardsDetail/6036343c-e1e6-488d-80ef-c7cc45979168

7.廖旭茂（2020）。綠色創客-3：微型電熱式蒸餾器的設計與製作。台灣化學教育電子期刊，期40，2021年11月參考http://chemed.chemistry.org.tw/?p=39263

8.Bernhard, A. M., Peitz, D., Elsener, M., Schildhauer, T., & Kröcher. O. (2013). Catalytic urea hydrolysis in the selective catalytic reduction of NOx: catalyst screening and kinetics on anatase TiO2 and ZrO2. Catalysis Science & Technology, 3(4), 821–1152. Retrieved Dec 20, 2021 from https://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2013/cy/c2cy20668d

疫情下線上化學實驗和探究與實作課程：

宅在家也可以探究

停課不停學的自然探究實作

劉曉倩

國立彰化高級中學

[email protected]

      n  前言

2021年五月萬惡的新型冠狀病毒最終還是沒有放過台灣，一陣疫情風暴後台灣國高中的孩子瞬間被進化成遠距教學的生活，原本以為只有兩週宅在家上課，孩子、家長及老師可能有些苟且想法，認為只是十四天而已，忍一下就過了，沒想到隨著衛福部公布的每日確診人數居高不下，最後不僅整個學期都必須遠距上課，連暑期所有的營隊也被迫取消或線上舉行。雖然有部分都會型學校早在去年就開始規劃師生線上學習，但是多數的學校老師卻因為突然停課需要線上教學而面臨上課步調大亂甚至連平常小考進行方式都需要線上考試的窘境。此外，強調「動手做」的自然探究實作課程該如何遠距教學及線上進行，面臨一大考驗！

然而危機就是轉機，筆者執教多年每年寒暑假都會給學生「宅在家的科學實作」及「科普閱讀心得」作業，並且將課程設計參與全國高中競賽（旺宏科學獎閱讀科學找樂子），提供學生完整的自然探究實作學習成果的規畫。在2021年筆者與學生以「翻滾元素週期樂」及「眼見為憑的光譜世界」閱讀及實作專案，榮獲「旺宏科學獎全國最佳閱讀計畫」的殊榮！也是網路票選最佳閱讀專案第一名！此外因應108新課綱自然探究實作課程即使未能進行在校實體實驗，我們在課程設計上調整成線上授課及設計成「宅在家也可進行探究實驗」的方式進行，再運用ICT（information communicational technology；資通訊科技）利用聲音、影像或網際網路等資訊科技作為學習媒介，促進學習成效，相信可以開啟學生學習的另一扇窗，同時透過建立線上討論平台（Google Meet 最陽春，簡單易學！），我們也可以視實際教學情況跟學生一起測試要用的網路軟體一一建立上課模式與風格，原先學習的教學資源、線上互動方式及評量也不會消失。最重要的是培養學生自主學習的能力，我們老師規劃主題課程，學生自行分析他們需要什麼，透過線上討論將問題解決。

      n  課程設計理念

一、翻滾元素週期樂

學生藉由週期表「元素方塊實作」，將該元素相關的性質及相關實驗實作，簡述在元素方塊的六個面，其中一個面必須有QRcode掃描實驗影片及元素說明。此外同學必須完成元素簡報說明至少6張作成果發表分享使用及電腦打字心得報告1200字至1500字左右。

二、眼見為憑的光譜世界

學生自主閱讀原子發展史、電子軌域、建立能階概念、元素放射光譜及近代電子組態的建立等，並且藉由自製反射及入射光柵實作，學會探究實作的過程。此外學生必須完成自製反射及入射光譜實作簡報說明至少6張成果發表及提供分享使用。

三、遠距教學事半功倍

遠距教學成功的重要關鍵是需要家長、老師、學生三方配合，其實遠距教學最難克服的點，是老師們的視訊教學要怎麼跟課程做整合，另外還需要訓練學生在沒有老師監督的情況下進行「自主學習」，並自然而然養成「自主學習」的習慣。除了要教導學生如何使用線上平台，有些老師會建議家長在家從旁協助，因為老師們會發現，學生自己在家中上課時，除了會開著跟老師視訊的畫面，還會自行另外開視窗作別的事情，使得遠距教學的學習效率降低。

但是最重要的還是課程設計本身最好是可以讓學生自己探索，可以自己動手做的安全性高的實驗，再請家人從旁協助拍攝影片，如此一來，遠距教學成功率較高且全家一起動手做也是一種情感謀合。

      n  課程設計範例

一、翻滾元素週期樂

（一）教學流程分享

筆者除了列出教學計畫表提供教師參考外，下面會將實際進行的活動細節與大家分享，每位老師可以依照開課需求與學生程度稍加調整。

1.元素方塊大小規格

元素方塊大小規格及紙張材質很重要，紙張太厚在裁切及折成正立方體時很難處理，紙張太薄在粘貼時容易破。

2.元素相關實驗（以元素鈣為例）

（1）學生上網搜尋有關元素鈣所做過的相關實驗，評估在家裡可以完成的實驗主題，透過小組討論，設計實驗流程，列出操縱變因、應變變因及控制變因。

（2）新聞源起：日本人神奇發明「一條棉線」就可以讓火車便當瞬間加熱變成電鍋？

a.簡單的化學反應讓便當熱起來？！加熱式便當的外包裝上都會附上一條長長的棉線以及使用說明，只要輕輕將棉線由便當底部抽出，便當內部就會自動產生蒸氣，大約五至十分鐘就能享用美味的熱便當了！

b.棉線加熱的原理到底是什麼呢？原來秘密就是在便當下方的發熱機關。當棉線抽出時，便當底部的水袋會被撕開，水接觸裡面的生石灰（CaO）便會產生大量熱能，讓整個便當瞬間變成小型電鍋！

反應式為 CaO + H2O → Ca(OH)2 + 熱

（3）學生在家裡改良實驗進行方式

a.實驗器材的準備：直徑約15公分的紙碗、塑膠湯匙、白色生雞蛋一盒、生石灰（CaO）、鋁箔紙、小型電子秤、量杯、電子溫度計（紙碗、塑膠湯匙是外賣便當回收使用，也可以在大賣場購得；生石灰可以在大賣場或蝦皮購買；電子秤可以使用烘焙用或在蝦皮購得。），如圖2所示。

b.實驗步驟：生石灰與水重量比2：1

   （a）各秤取生石灰（CaO）112克及水56克

（b）取鋁箔紙邊長約27公分正方形，放入紙碗中。

（c）將整盒10顆雞蛋重量都秤一次找出重量相近的2~3顆當作實驗使用，可以降低實驗變因。

（d）將雞蛋放到鋪上鋁箔紙的紙碗中，緩慢將生石灰倒入，避免揚起生石灰粉末，如圖3所示。

（e）將秤好的水56克迅速倒入紙碗中，快速將鋁箔紙包住，並將電子式溫度計插入（小心不要插破鋁箔紙造成實驗失敗！），如圖4所示。

（f）紀錄溫度變化，持續至溫度緩慢下降為止，過程約35分鐘。
圖2：實驗所需材料                 圖3：將生雞蛋放至鋪有鋁箔

圖4（左圖）：水倒入後迅速用鋁箔紙包好，紀錄溫度變化

圖5（中圖）：經過約35分鐘後即可將鋁箔紙打開，小心燙手

圖6（右圖）：將煮好的蛋用清水洗淨蛋殼，剝開蛋殼後，將雞蛋對切檢視

（g）調整生石灰與水的比例為1：1（生石灰112克，水112克），重複步驟（a）至（f）。

（4）實驗紀錄

a.生石灰與水重量比2：1，雞蛋重67.3克，每30秒紀錄一次溫度（℃）

b.生石灰與水重量比1：1，雞蛋重67.4克，每30秒紀錄一次溫度（℃）

3.、實驗數據分析與討論

（1）學生多半對於實驗數據缺乏分析技巧，也不知如何處理，此時老師可以鼓勵學生自己上網搜尋實驗處理方式，透過線上相互討論數據分析技巧及以所得數據為證據推論提出結論，並嘗試建立模型，提升自己的探究能力。

（2）教師也可以透過線上教學的方式，一步一步引導學生（也有學習網站Excel基礎教學 01：Excel入門https://youtu.be/8tQKmKHU-NQ ），或者邀請學校中對於電腦軟體熟悉度高的老師透過google meet的方式進行線上教學。

圖7：學校老師透過線上教學指導學生實驗數據分析的基本技巧，例如如何作出散布圖以及圖中的座標、圖例如何調整

（3）在引導實驗數據作圖中，教師儘量引導學生思考甚麼數值要放在x軸？甚麼數值要放在Y軸？他們分別代表甚麼意義，並且發想思考還有哪些因素可能會影響實驗中溫度的變化。

（4）在實驗分析數據時，基本數據處理技巧為散布圖回歸直線、如何插入函數計算或標準差…等若是時間允許的話也可以一起分享讓學生了解。

圖8：學校老師透過線上教學指導學生如何插入函數計算加總、平均或標準差

（5）學生常出現的提問

a.對excel不熟悉，找不到函數在哪裡，或是不知道該如何找合適的函數，以及函數內需要打哪些數值，需要老師多次重覆講解與操作。

b.對於探討溫度與時間關係其意義並不是很明白，作圖出來呈現的結果也不太會解釋。

圖9：老師透過線上教學指導學生如何將所得實驗數據畫圖

圖10：老師透過線上教學指導學生將數據做圖並比較與圖9的差異

圖11：學生將圖9及圖10合在一起，比較兩者實驗結果的差異

c.學生相互討論數據分析技巧及以自己所得數據為證據做出推論並嘗試建立模型，提升自己的探究能力。

（a）氧化鈣與水的比例不同會造成溫度上升速率及下降速率不同？

（b）氧化鈣溶於水後會生成氫氧化鈣，氫氧化鈣在水中溶解度隨著溫度上升而下降，所以水量多寡對於上升的溫度有影響？

（c）加入的水量太多時，水的汽化熱大，會造成上升的最高溫度只能到達100℃？

（d）是否可以由修正實驗，算出氫氧化鈣的莫耳溶解熱？

4、學生完成元素方塊所交辦的所有項目（元素性質、語音錄影、元素相關實驗Qrcode及元素方塊製作心得1200字）進行表達與分享

（1）師生合力將118個元素方塊放在合適的場地（圖書館、會議廳或學校川堂）堆疊呈現 。

（2）邀請全校師生一起來參觀，透過每個元素方塊QRcode掃描，可以聽到元素語音檔講解及相關實驗說明。

（3）學生可以利用彈性自主學習時間或課餘時間與參觀的師生進行成果分享及交流。

圖12：學生透過交流分享可以訓練自己的表達技巧，同時在被提問的同時，學習角度的轉換，學生不再是單純的聽講與操作，而需要更多的時間思考、討論以及嘗試。

5、疫情時期，學生完成所有交辦項目（元素性質、語音錄影、元素相關實驗QRcode及元素方塊製作心得1200字）進行線上表達與分享

（1）老師從所有作品中挑選出完成度高的作品（元素方塊中除了元素的基本性質外，有做到「自己完成相關實驗」，自己親自錄製語音檔而不只是從網路擷取資訊而已！），進行線上會議交流分享。

（2）線上會議實施要點及：

a.首先大家在google meet 通訊訊息中完成報到手續！除了講述者須要開啟麥克風及影像以外，其他人員關閉麥克風及影像。

b.由老師線上講評評選重點及規則。請被評選「優異」的同學講述閱讀元素心得，實驗解說影片，簡報製作及製作元素立方體過程中印象最深刻的事。

生1：做元素立方體比想像中難，選用紙張材質及大小裁切，需要實作才能了解！而且有些元素（例如原子序109Mt）很難找到資料，必須到國外網站上尋找，然後再將資料翻譯成中文。

生2：當初選用太厚的紙張，結果在摺成正立方體時做很久！印象最深刻的元素是76Os（鋨），因為資料不多，需要在各個網站上尋找！

生3：要將所得的資料濃縮成word檔，印出貼在立方體，並不容易！還好有家人一起幫忙，其中印象最深刻的元素是71Lu（鎦），因為資料很少，需要找很久。

生4：挑選立方體的紙張材質找很久！印象最深刻的是S（硫），硫化合物在生活中應用普遍，還可以用來做火藥及煙火，實在很特別！

生5：做簡報說明時，花了不少的時間，但是簡報可以直接就貼在厚紙板上，也很方便！印象最深刻的是101Md（鍆）！

  生6：印象最深的元素是B（硼），我特別製作實驗影片，可以使用QR code 掃描，是有關於史萊姆化學黏土的影片，影片當中使用硼砂製作成化學黏土，給有興趣的朋友欣賞，覺得很有成就感！

二、眼見為憑的光譜世界（進階學習使用）

（一）教學流程分享

1.從閱讀原子發展科學史到動手做光譜儀

教師引導學生自主閱讀原子發展史，電子軌域及能階概念的建立、元素放射光譜的獨特性及近代電子組態的建立等，並且藉由自製反射及入射光柵實作，學會探究實作的過程。很久以前，牛頓就利用三稜鏡的色散作用，將白光的組成色光分散開來，可以說是光譜學的萌芽，只是當時牛頓並未觀察到光譜的譜線。十九世紀初，夫朗和斐（Joseph von Fraunhofer）設計了光譜儀用於分析和測量光譜線的波長，由此開啟了光譜學的研究。1859年，德國人克希何夫（Gustav Robert Kirchhoff）和本生（Robert Wilhelm Bunsen）研究各種火焰的光譜。他們發現每一個元素在氣體狀態時，都有其特定的明線光譜結構，即在光譜中的亮線各有其特定的波長，因此光譜可用於精密分析物質的組成成分，對於鑑定化合物的化學成分有重大意義。

光譜學是研究原子、分子等不同粒子結構的方式之一，主要分為三種：

(a)連續光譜：指太陽光或白熾燈泡光源透過三稜鏡排列出一連串連續的光。

(b)發射光譜：電子由高能階躍遷至低能階放出光後產生的明線光譜。

(c)吸收光譜：光源通過原子後，電子由低能階躍遷至高能階時，某些特定波長的光被吸收後產生暗線。

學生了解原子的構造與光譜的意義後，必須完成自製反射及入射光譜實作簡報說明，至少6張成果發表及提供分享使用。

2.自製反射光柵實驗成品並進行實驗實作

（1）實驗目的：利用光碟片自製光譜儀，並使用完成的光譜儀觀察不同光源的光譜差異。

（2）實驗原理：光碟片表面有突起處與凹陷處，當入射光打到凹凸的表面，便會形成波程差，而發生干涉。

（3）實驗材料：

a.光碟片 : DVD-RW，一片
b.牙膏紙盒 : 一個
c.黑色絕緣膠帶（不要使用亮面材質）
d.剪刀、透明膠帶、美工刀、量角器

（4）實驗步驟:

a.將牙膏紙盒一端用美工刀割出約1mm寬度的小縫，並在紙盒上方割出觀測窗，側面割出光碟置縫，光碟置入縫角度與水平面夾約30度。
                    

 

b.置入光碟片，並將紙盒縫隙及光碟片邊緣用黑色絕緣膠帶封住，防止漏光。
                          

 

c.光譜儀完成參考圖如下圖：

（5）實驗記錄與討論（學生可以自行設計或相互討論）

 

a.用自製的光譜儀觀察日光燈管與白熾燈泡，兩者的光譜有何不同？

b.將入光狹縫的寬度用黑膠帶貼小，光譜會更清晰嗎？

3、自製入射光柵光譜儀成品並進行實驗實作

（1）實驗目的：自己動手做光譜，了解光柵如何應用在光譜之中。

（2）實驗原理：光柵是基本上是在一塊平面玻璃或是金屬薄板上，刻出許多平行等兼具的密集直線溝槽，通常在一公分寬的平面上會刻有數百至數千條溝槽，光柵可以分為反射式光柵或是入射式光柵，入射式光柵原理上屬於多狹縫繞射，以此產生色散效果

（3）實驗所需材料

a.光柵片1片（寬1公分，長3公分）（教師提供，蝦皮或ebay購入）

b.黑紙板（請自行購買，建議使用黑色美國卡紙，不要使用反光材料）

c.膠帶少許（建議使用黑色絕緣膠帶）

d.相關文具自備

（4）自行購買製作之紙張，至少需做出一單狹縫紙卡，將光柵片黏於單狹縫紙卡上。

a.其餘部件可自行設計，能讓光線通過單狹縫到光柵再到屏幕即可。

b.老師提供參考比例圖：(整體製作紙用一張A4大小的黑色美國卡紙即可完成！)

【注意】

光柵片黏於6號紙板上的單狹縫（光柵圖片參考資料為中央大學楊仲準教授提供）

c.參考圖片

d.實驗紀錄與討論（學生可以自行設計或相互討論）

（a）試解釋光柵如何產生色散現象？

（b）使用單一光源雷射筆（紅色及綠色）從4號紙板外側射入6號紙板光柵狹縫處，是否會在3號紙板上呈現明顯的分光光點（三個點）？

（c）比較雷射光源不同，在3號紙板上呈現的分光點是否有差異？

4、實作成品報告繳交方式

    除了必須將實驗成品繳交之外，同時須完成：

（1）以6~10頁PPT簡報說明：實驗目的、實驗原理、實驗步驟、實驗數據分析、討論與結論。

（2）請寫下你製作光柵光譜儀的心路歷程（列如：製作訣竅在哪？哪個部分製作最困難？自己如何設計光譜儀？）。

圖13：學生將反射光柵及入射光柵成品繳交的盛況！教師可以用雷射筆進行實測，作為實驗成品評分的依據

5、疫情時期，學生所有交辦項目，進行線上表達與分享

（1）老師從所有作品中挑選出完成度高的作品（簡報及製作光柵光譜儀的心路歷程）進行線上會議交流分享。

（2）線上會議實施要點及心得分享：

a.首先大家在google meet 通訊訊息中完成報到手續！除了講述者須要開啟麥克風及影像以外，其他人員關閉麥克風及影像。

b.由老師線上講評評選重點及規則，請被評選「優異」的同學講述。

  生1：因為我的手作不是很強，所以在做入射光柵時，做得不是很順利！所以做了很多次才成功！有不會的地方就請教老師跟同學，因為是自己動手做，所以印象特別深刻！

  生2：覺得入射光柵比較難做，而且調整很久，對於影像看不太清楚

  生3：因為沒有牙膏盒，所以只好自己做長型黑色盒子。做入射光柵時，光線一直看不太清楚，成功的時候，覺得很有成就感

  生4：入射光柵比較不好做，在反射光柵的時候，有看到彩虹！ 至於簡報製作心得，因為自己不太會抓重點，簡報有6頁限制，實在很難取捨。

     n  結語

學生是自然探究實作課程的主角，教師的功能在於引導、鼓勵及陪伴。教師如何引導學生規劃出一個有意義的主題，掌握分析、論證的邏輯相關性，讓學生在經歷幾個探究問題的思考實作歷程，並且最後能做總體整合發表，甚至進一步思考未來的探究方向，真的是件不容易的事。有些老師因為108新課綱的「學習歷程檔案」中的自然探究的「成果作品集」不知該如何為學生規劃，而傷透腦筋，有些老師甚至設計出「一條龍」的套裝課程撰寫方式，讓同學可以容易「打造」！？但是過於重視課程設計與評量結果的學習歷程，反而流於形式設計而忽略了課程本身設計的深度還有獨特性，「自然探究成果作品集」是學習歷程檔案的一部分，除了四大要點（發現問題、規劃研究、論證建模及表達分享）以外，還需要寫出自己的創意、心得，還有與眾不同的部份，否則並沒有太大的加分作用。

從5月17日開始防疫時期實體上課改成遠距教學，這段時間學生如何運用網路資源、彈性自主學習及善用日常生活材料作「自然探究實作課程」，想必也是大學端教授很感興趣的部分。學習歷程檔案是學生對於自己高中生活中的紀錄與反思，當然也包括自己在該科目學習時真實的感受與收穫，雖然內容不是「作文比賽」，但是清楚且完整的敘述，甚至可以像「小論文」般完整的呈現，讓教授「看得到你的成長」，還是有其必要性！所以在自然探究學習過程中不應只有學習單、實驗報告及評量而已，而是透過課程設計讓學生展現自己的學習能力及看到更好的自己，所以實在不應該只用「評量表現及標準」來框架學生，甚至限制學生在課堂上許多天馬行空的的想像！適當的課堂評量固然對於學習成績提供客觀的標準，但是課程主題明確、內容多元，甚至吸引學生願意主動探究才是整個探究實作課程成功的關鍵！有些學生在教師的啟發及引導下還可以發展成科展作品，得到十分優異的成績，更是始料未及！未來學生在看到新聞議題或科學迷思概念時，知道該如何聚焦探究主題、設計實驗及推理論證，這正是一零八課綱中期待學生成為終身學習者的終極目標！

     n  致謝

感謝彰化高中化學科蔡孟祐老師協同指導學生元素方塊的製作及學生實驗規劃；謝宗棠老師協同指導學生做入射光譜儀設計及提供線上教學照片（圖7及圖8）；國立臺東大學附屬體育高級中學化學科謝佶霖老師指導實驗圖形繪製技巧。

參考資料

1.曾國輝（2001）。化學觀念叢書。建宏出版社

2.齊藤勝裕（2013）.很漫畫的化學元素118（MANGA DE WAKARU GENSO 118；高詹燦、龔智良譯）。臺北市：瑞昇文化。（原著出版於2011）

3. Theodore Gray（2010）.看得到的化學 （The element：A Visual Exploration of Every Known Atom in the Universe；吳瑤玲譯）。臺北市：大是文化。（原著出版於2009）

      n  附錄

元素相關實驗「鈣」－自己的便當自己熱！

班級：           姓名：        座號：

一、摘要

從旅遊中的體驗「日本自動加熱便當盒」，觀察餐盒下層的化學反應，探討主動加熱的原因可能是什麼化學物質，並藉由實際實作進一步了解溫度上升的原因。

二、實驗目的

1.使用定量的氧化鈣加入適量的水，將白色生雞蛋煮熟。

2.使用定量的氧化鈣加入適量的水混合攪拌並記錄溫度變化，溫度超過80℃即為成功。接著比賽哪一組維持80℃以上高溫最久，以及哪組可以達到溫度最高。

三、實驗器材（1組用量，每組3人）

1.器材

2.藥品

    無水氧化鈣

四、實驗步驟

1.使用氧化鈣加水，將白色生雞蛋煮熟

（1）各秤取生石灰（CaO）90克及水45克。

（2）取鋁箔紙邊長約27公分正方形，放入紙碗中。

（3）將雞蛋重量，可以了解實驗可能的變因。

（4）將生雞蛋放到鋪好鋁箔紙的紙碗中，緩慢將生石灰倒入，避免揚起粉末。

（5）將秤好的水迅速倒入紙碗中，快速將鋁箔紙包住，並將電子式溫度計插入（小心不要插破鋁箔紙造成實驗失敗！）。

（6）紀錄溫度變化（每30秒紀錄1次），持續至溫度緩慢下降為止，過程約35分鐘，如圖所示。

2.看誰設計的自動加熱最給力！？

使用定量氧化鈣（建議每次用量20克）加入適量的水，混合攪拌並記錄溫度變化，溫度超過80℃即為成功。接著比賽哪一組維持80℃以上高溫最久，以及哪組可以達到溫度最高。

五、實驗紀錄

1.使用氧化鈣加水，將白雞蛋煮熟，每30秒記錄溫度變化。

2. 使用定量氧化鈣（建議每次用量20克）加入適量的水，混合攪拌並記錄溫度變化，溫度超過80℃即為成功。

（1）氧化鈣與水的用量：

（2）是否溫度有超過80℃？若是有超過80℃，請問維持多久？

3.實驗討論與反思

※建議思考方向：

1.氧化鈣與水的比例不同會造成溫度上升速率及下降速率不同？

2.氧化鈣溶於水後會生成氫氧化鈣，氫氧化鈣在水中溶解度隨著溫度上升而下降，所以水量多寡對於上升的溫度有影響？

3.如何修正實驗操作變因，探討加入水量對溫度的影響？

疫情下線上化學實驗和探究與實作課程：

完整的線上探究與實作教學實務分享

陳育仁

新北市立明德高級中學

[email protected]

    n  緣起

 110年3月份開始，隨著國內新冠肺炎疫情的擴散，同年5月17日高中職以下意外的停課了，這也馬上打亂了我們自然探究與實作課程原來的進行步調。在停課前學生已對水火箭模組進行了兩週的課程，對現象的觀察、初步的實驗規劃構想，以及實驗器材(水火箭)的製作等已有一些進展。

停課馬上帶來了如何在線上遠距進行，這種以實作為主的課程之挑戰。我們幾位合作協同的老師，馬上召開了一場線上會議，研究設定了新的線上課程的進度與規範。為了不中斷學生過去兩週的學習，我們決定延續原來的主題，但對原先排定的課程流程及規劃稍做調整。並且保持邊做邊修正的機動與彈性，開始進行這場遠距教學的新挑戰。

     n  線上課程馬上面對困難

在準備線上課程之初，我們幾位老師就梳理出了五項馬上會面對的挑戰，同時為了能順利有效授課，也都全力與時間賽跑，找出解方，茲分述如下：

一、建立線上教室確保所有學生都能順利「到課」

在線上課程開始時面對的首要困難，就是如何確保所有學生都能夠順利到課。這次停課來得突然，我們沒有時間好慢慢去教學生，或確保學生能掌握各類不同的線上教學軟體，所以決定要選用一個他們馬上可以上手，各科目皆統一使用的方式來進行。以確保所有學生能夠順利到課。

學校的資訊組在這項困難上幫了很大的忙，他們為每個班設立了一個Google classroom，其上建置好一個各科目通用的meet會議室連結，再以班上師生們的校務帳號來建立參與成員。這項設定的好處就是同一班的學生全部都直接到這個線上教室上課，由老師跑到不同班的線上教室授課，因為老師相對來說比較能掌握資訊的技巧，也避免學生需因不同的老師，就要使用不同的軟體、跑不同的線上教室上課，反而會讓資訊能力較弱的學生因而缺課了。這一策略有效的解決了我們的第一個困擾，除個別課堂請者之外，學生到課率是100%。

二、線上會議室可滿足小組討論不干擾他人和不受他人干擾的討論空間

「討論」是自然探究與實作課程中一個相當重要的元素，所以我們幾位協同合作的老師希望小組能有一個不受干擾，也不干擾他組的線上討論空間，確保他們可以討論，同時不因為討論而破壞線上教室的發言秩序。

經討論後，我們最後決定以成立小組的meet會議室來解決。這是立基在因為學生上課都是用meet會議室，所以這個軟體是不用另外教學，馬上可以保證所有學生都會用的線上教學系統，而且也可以有效避免學生因不知道怎麼用新的軟體，可能導致落掉課程中的討論環節的困擾。

在執行討論教學的過程中，我個人是在學校以大電視同步開啟10組(我們上課分10組)討論室的視窗、開啟電視喇叭，但不接麥克風。所以可以在同一時間聽到各組討論的情況，其教學效果遠比實體課好太多，實體授課時當老師靠近哪一桌時，其他桌的組別之討論我們是聽不太到的，但經大電視觀察時，10組的聲音基本上是同步的，所以老師可以同時間非常清楚的觀察到各組的討論情況(如圖1)。而且從學生的聲音及視窗的發言標示，就可以分辨是哪一組的討論內容。同時可以用另外一台電腦來點入到特定組別的討論室裡，去提供學生必要的引導或提示。

圖1 以大電視同步觀察各組討論

由圖1中可知，雖經要求學生把攝影機都打開，但許多學生還是因沒有攝影機或網路頻寬不夠等因素而沒有畫面。這凸顯資訊資源在家庭上差距，而且也多少會影響到授課的順利與否。另外，這種小組討論室學生只能夠進到自己所屬的討論室，他並無法如實體授課時，可以參考其他組別的討論情況。這一點上明顯減少了學生間可以跨組向討論較佳進行組別學習的機會。

三、雲端硬碟能即時取得學生作業並可即時回饋

能夠即時針對學生的作業給予回饋，方便學生隨時修正、精進是自然探究與實作課執行上一個很重要的環節。我們決定把實體課程時用來收取學生作業的雲端硬碟，延伸建置了不同的子目錄，讓學生能上傳他們隨堂的所做的東西，即便是小組的記錄把大家討論所得手寫了，再拍照上傳亦可。接著由老師在全體的大教室裡去做分享與回饋，學生只做說明及回應。這做法一來可以有效解決了即時回饋的需求，此外，可以避免學生因個別資訊設備或資訊能力的限制而影響畫面分享的流暢及上課的節奏。最重要的還是因為學生原已熟悉雲端硬碟的操作，不需要另外花時間做操作教學，學生也不會因為不會操作而導致缺漏課。

四、解決停課後學生無法在家進行實驗測試來修正計畫的問題

停課後導致學生無法在家裡做水火箭的實驗測試，也使得他們無法依測試結果來做其實驗規劃的修正，如調整控制變因的量值(如水量)，或操縱變因的測量範圍(如氣壓的改變範圍)等。

為了解決學生沒辦法操作測試實驗的困難，我們決定由老師來代為操作實驗的方式克服這項挑戰(圖2)。我們同步收集了所任教的五個班級，所有組別學生希望測試的所有問題後，由老師在學校代為操作這些測試實驗，拍成影片後放在線上讓學生下載來看，學生再依影片中的測試實驗結果，來檢視其實驗規劃是不是要做修正。

這做法能有效的改善學生不能做測試實驗的困擾，而且學生經由老師代為操作的測試實驗所得結果，也確實能提供足夠讓他們精修其實驗規劃的資訊。

圖2 各代操之測試實驗影片截圖

五、解決學生無法在家實驗取得數據問題

這次線上教學所面對更艱困的挑戰，是學生沒辦法在家裡做水火箭實驗取得數據。我們使用的解決方法是提供學生，前一學期上課的學生所測試的原始數據做選擇使用，當成他們的測量結果。在這一個做法上確實有一些不理想的地方，學生在數據的選擇上，有一定程度的實驗誤差，他們未經精確實驗測量，也無從知道實驗的哪個環節會出現什麼問題。所以學生可能單由數據量的多寡等因素來挑選數據，甚至有些組別所挑選的數據與他們想要探究的內容並不那麼一致。特別是在測量的過程中會面對什麼樣的挑戰、是什麼樣的錯誤導致數據的不可靠等等，在測試錯誤(try and error)的學習體會方面較欠缺。

但是學生還是可以從過去的原始數據中，在數據的分析、建模等素養上，達到一定程度的學習效果。

  n  線上課程進行不易評估學生的課程參與度

當線上課程開始進行，一些原來未預想到的挑戰馬開始一一浮現。馬上引起我們幾位老師注意的是：如何去正確的評量？

在實體課程中，我們容易同時觀察所有學生的參與狀況，但在線上課程中反而不容易同步觀察到全部學生的課堂參與度，特別是當我們發現有些學生是因其資訊設備的限制，導致較不易即時回應教師提問、參與討論或提供上傳分享的畫面，我們沒有辦法知道他是不是正在專心聽講、努力幫忙記錄，或者他真的沒在用心參與。因為看不到學生的完整參與過程，故無法100%的了解學生的參與程度，所以會擔心提高課堂參與度評估的誤差，我們只能以「從寬認定」來盡可能降低評估的差異性。

圖3 線上課程學生的自評與他評較極端，更多被評為無貢獻

進行線上課程而浮現的科技貧富差距現象，也同步引出了在實體課程與線上課程間，學生的自評與他評結果產生明顯差異的問題(如圖3)。一些在實體課中較活躍、積極的學生，會因為他的資訊能力，或是資訊設備，導致他在線上課程中無法表現自己，比如有同學因家中資訊設備不允許而無法參與小組的線上共同編輯等。這問題間接影響了他的自評與他評結果。依本次課程執行的結果看來，電腦網路設備落差確實會引起另類的不公平，這問題值得我們認真思考克服策略。

   n  線上課程進行後的反思與建議

有了這次的線上教學實務經驗，我們幾位合作的老師也做了以下的四點反思：

一、遠距教學所突顯的，電腦網路設備落差造成的不公平必須注意及尋找對策。在線上課程施行前先確保學生能取得最基本、足夠課程需求的設備，以盡可能減少這項不公平。

二、線上實驗(探究與實作)課程還是應該改為居家可以取得材料、一個人可以完成的實驗來取代比較理想。讓學生更能理解測量上的限制及各項測量上應注意的細節。

三、線上課程中學生會減少跟同儕間互相學習的機會，若讓學生把自己的實驗錄影上傳到網路分享可以稍微改善這問題，但同時也帶來了增加約生額外的錄製負擔、增加網路頻寬或流量不足的學生不能下載觀看的問題。

四、應該可以確定一個線上教學更有效架構跟流程，當任一模組在執行的時候，應該要有某些遠距教學架構與流程，讓資訊或教育的傳遞上是比較有效的。

希望這次線上探究與實作教學完整的實務分享，能給未來欲開發線上探究與實作或實驗課程的老師，提供有價值的參考。

疫情下線上化學實驗和探究與實作課程：

宅實作—天然酸鹼指示趣探究

林于人

國立花蓮高級中學
[email protected]

 

n  緣起

 2021年5月19日全台進入疫情三級警戒開始，接踵而來的學校實體停課讓教學場域一夕間全線上化，原本對線上教學仍有滿多疑問的老師們無暇思考太多，只能立即化身直播主，學習如何透由網路影像與學生們互動。當時我的高三班級皆已期末考結束了，因此我只有每週兩節的高一課程要進行線上教學，讓我可以從容備課之外也能慢慢熟悉Google Meet 及Classroom的操作介面，開始架構我想要呈現的線上化學課程模式，並努力構思如何讓學生們仍能體驗『做中學』才有趣的化學實作！

那時我在線上教學內容已介紹「酸鹼指示劑」（張煥宗，2021），高一的學生可以舉例說出他們曾學過的酸鹼指示劑，如石蕊試紙、酚酞，並說出會如何變色來判斷溶液的酸鹼性，因此我以「自製酸鹼指示劑」為主題（蕭次融，2009)，開始引導學生進行他們的「宅實作」。在線上能給學生「陽春式」教學資源：除了提供主題相關的實驗影片，教師親自示範一些簡易測試來引發學生提問；讓學生自己開始搜索文獻資料、選擇在家中能取得的天然材料、嘗試如何製得指示劑並測試其酸鹼型顏色，再以自製的酸鹼指示劑來測試家中有的酸鹼物質。

   n  教師宅實作的教學歷程

一、在Google Classroom建立『作業』及『課程資料』

（一）『自製酸鹼指示劑』 作業的簡易說明

      選用可取得的『植物』來測試日常生活中的酸鹼物質！拍照上傳你的測試結果(圖1)。

圖1 Google Classroom『自製酸鹼指示劑』作業說明

 

(二) 酸鹼指示劑有趣實驗影片

      我所選用的影片資料主要是來自LIS ( Learning in Science )情境科學教材，這個團隊成立於2013年7月，是一個非營利組織，致力於為國中小自然教師及學生，設計有別於填鴨教育的科學教材，協助教師進行STEAM和科學素養導向的教學，讓教師更簡單地進行教學創新，幫助更多學生找回對科學的學習動機，並培養解決問題的能力。

圖2 YouTube【自然系列-化學 | 酸鹼01】拉瓦節の酸鹼變色大作戰【下】

(三)教師示範「簡易且不完美」測試記錄

     如表1所示，列出的圖片記錄是以家中喝水的一般玻璃杯進行實作，材料也都是廚房現有可選用的，測試結果拍照看起來變化並不明顯，仍如此呈現給學生當作教材，其實是希望學生覺得『宅實作』可以很家常，也可能會看到不怎麼完美的實驗結果，但重點是願意嘗試！

表1：紅莧菜汁與廚房中酸、鹼物質的顏色紀錄

二、師生留言區的互動問答

    首次施行「宅實作」的我在作業說明的內容不多，學生似乎也不明白如何運用所給的課程資料，所以他們在作業留言區提出許多疑問（見圖3），有學生提出擔心防疫期間無法準備「專業的」的器材和藥品，所以無法完成這項作業。也有學生不確定自己要如何選擇用哪種材料來製作酸鹼指示劑才合適，看到老師用的是「紅莧菜」，但不一定能和老師一樣用某種蔬菜，所以我回應說：「不一定要用菜菜呀~也可以用花花草草果果皮！」

    這樣的留言互動讓教師可以明白學生對課程的疑慮有哪些方面，也可適時協助學生面對問題如何解決，讓學生體驗到不是食譜式實驗課程，而是108課綱推動『科學探究與實作』的重要精神（段曉林，2021）。

圖3：Classroom師生留言區

   n  學生宅實作的學習記錄

從5月24日在Google Classroom發佈這份作業，到6月28日繳交截止後看到學生們上傳的報告，我著實感動他們願意突破自身限制！原先在留言區擔心專業設備材料不足的學生們皆克服居家環境條件限制並努力完成自己的作品，並回饋表達自己有享受這種探究實作過程，反思學習到能觀察身邊事物，及動手做的行動力，甚至發掘到可繼續研究的主題，並將這份線上作業在整理更完善之後提交為他的學習歷程檔案。

一、學生作業特色

（一） 居家環境、設備&材料，學生推論自己觀察到的實驗結果

     學生作品居家感來自環境背景通常是廚房，設備是飲食器具，蒐集家中各種酸、鹼物質（見圖4），指示劑材料是果皮，如葡萄果皮（見圖5），或火龍果皮（參考附錄：學生作品1）。

圖4：家長側拍學生記錄自己完成酸鹼指示劑的線上作業

圖5：學生用熱水萃取色素，並對實作結果進行推論

（二） 重溫國小階段所學的酸鹼實驗

       學生運用紫色高麗菜汁測試家中各種酸、鹼物質的結果（見圖6）

圖6：實驗材料（左起：馬桶通劑（濃／稀）、小蘇打水溶液、肥皂水、紫高麗菜汁、檸檬水、白醋加水）

 

（三） 學生準備專業藥品&器具

  表2 作業中出現學生認為專業藥品和器具

二、學生作業心得反思

    以下這位學生在他的報告（附錄：學生作品2）裡寫下的心得與反思（圖7）最令我感動，因這份宅實作讓他已開始朝向培養108課綱所要積極推動的核心素養『三面九項』的能力（教育部，2014），並思考解決生活情境中所面臨的問題。

圖7：學生對這次宅實作的心得與反思

三、學生作業延伸探討問題

    學生由這次的宅實作過程中發掘到可繼續延伸探究的一些研究議題（圖8），代表學生體悟到科學探究過程不會只停留在單一層面的問題，而是由實作過程中會衍生出一連串的跨領域議題（段曉林等，2020， p.15）。學生也將此列入他的高一自主學習計畫當中，以期能解惑！

 

圖8：學生經實作後延伸探討的跨領域議題

   n  結語

   由學生提交作業呈現的不同風貌，讓人發現『宅實作』有著意想不到的科學探究啟發的學習效益，雖然整個過程中學生提出對完成作業的許多疑慮，只要學生自己一旦願意開始嘗試動手做，宅實作的教學實質效果也才能顯著呈現！

   n  參考資料

段曉林（2021）。國中自然科學探究與實作：新課綱的精神。臺灣化學教育，41。取自http://chemed.chemistry.org.tw/?p=39807

段曉林、林淑梤、靳知勤(2020)。中學自然科學領域探究與實作教材教法。台北市：五南圖書出版有限公司。

張煥宗（2021）。普通型高級中等學校 化學(全一冊)。新北市：龍騰文化事業有限公司。

教育部（2014）。十二年國民基本教育課程綱要總綱。臺北市：教育部。

蕭次融（2009 年9 月）。國中理化實驗設計學習模組－酸與鹼。科學研習月刊，48-5。取自https://www.ntsec.edu.tw/LiveSupply-Content.aspx?cat=6838&amp;a=6829&amp;fld=&amp;key=&amp;isd=1&amp;icop=10&amp;p=1&amp;lsid=7038&amp;print=1

   n  附錄

學生作品1

學生作品2

 

疫情下線上化學實驗和探究與實作課程：

探究與實作、實驗與專題研究之設計 

雄女3C白袍魔法科學家 

呂雲瑞

高雄女中化學科

[email protected]

■前言

面對108新課綱規劃的探究實作課程，得知科學的學習成效與學生本身的動機有很大關聯性。如果將日常生活與學科知識相互鏈結，應可大幅提高學生的興趣，進而自發性的閱讀思考，跳脫傳統教科書的窠臼，正呼應了目前教育改革的首要目標—自主學習。

冀望培養聽、說、讀、寫科普基礎人才，使科學、原理及意涵等艱澀知識，藉由影音、圖像或文章寫作等創意方式，變成社會大眾容易閱讀吸收的資訊。提升科普人力素質及科普文章品質，落實科普傳播之推動與發展。以淺顯易懂的文字敘述，將多種化學原理融合在主題事件中，期望啟發學生的好奇心和求知慾，並能將課堂或書本中獲得的化學知識，應用在觀察各種日常現象，養成正確的推理思考習慣。主題的編排方式循序漸進，從學生既有的知識技能，提供符合邏輯並較為多面向的思考模式。在每次的課程裡，開放式的問題設計可讓學生討論，教師從中發現不同學生差異性，一點一滴地體認自然科學的奧秘，培育學生具有正確的科學素養。

當課程進行一定段落後，建議教師可參與學生討論，修正或補強其相關基本概念，利用網路科技搜尋連結相關事件，此種開放式多元化的編寫精神，是本課程較為特別之處，期待這類科普小論文實作課程，可作為E世代學子多元選修之參考範例(如圖1所示)。

圖1 課程主軸概念圖

• 課程說明與規劃

(一)本課程3C精神

Curiosity～永保好奇探索之心；Creativity～具備創新與創造力；Culture～營造喜愛閱讀之文化。藉由高中自然科學各領域的部分重疊性，設計出有效提升學生科學素養、培養學科興趣並能積極參與科學活動的特質。本課程將拓廣潛在課程，奠定學生科學知識的基礎、強化學生實驗操作的能力、加強學生對相關課題探究、執行的能力(見表1)(課程實施規劃請見附錄)。

(二)基本知能為發展目標，強調跨領域交流的學習

以108新課程為基準，學程模式為主的設計概念。藉由教師引導規範，培育學生科學素養與倫理，完成自然科學的實踐觀察與創意研究方法。將合科之課程拓廣，以奠定學生科學知識的基礎、強化學生實驗操作的能力。

（三）以高一必修化學課程為主軸，設計螺旋式合科課程

普及科學教育的精神、培養相關領域之興趣，並積極參與科學性質的活動和服務學習。加強學生對相關課題探究、執行的能力，期望培育出未來具有創新思考與國際視野的台灣本土的科學家。

■課程實行現況

(一)先進行基礎能力的教學，再進入師生相關主題的討論

    教師根據近三到五年內科普時事或新聞議題，自行編製講義教材或是課外讀本。運用教學經驗，設計相關主題或概念，讓學生將問題點提出作討論，藉以提升學生高層次的思考及解決問題的能力。

教授內容如下

1.科學知識：主要偏重於加深、加廣學生們在基礎化學暨自然學科，以補充教材或是課外閱讀來建立學生吸取科普知識的習慣。

2.科普推廣：身處科技生活的現代，每個人都需要具備基本科學常識，教師選取相關報導或文獻導讀，培育學生獲取科普知識的習慣。

(二)結合時事及生活議題的領域研究

    讓學生根據自己的興趣與能力，從發現問題、產生疑問、蒐集資料、設計問題、進行研究，最後再利用科學方法，歸納、推論而得到一個屬於個人或小組獨特新穎的結論、發現或發明的新知識。

執行方式如下：

1.科學小實驗或演示：透過實驗操作，訓練學生們在實作方面的能力及技巧，授予他們對實驗應有的正確態度及觀念。

2.專題探討研究：根據學生的興趣學科，選擇研究之主題，訂定計畫，有效地蒐集相關文獻資料後，須與教師討論出適當的研究方法。後續實驗操作與數據資料分析，進而形成執行研究的能力。

表一 3C課程實施情況

■線上課程設計與評量的調整方式

    由於新冠肺炎的影響，109下學期第二次段考舉行後，全國各級學校大停課，老師需要立即使用網路教學；在沒有空間的限制下，本實作課程需要利用多媒體的影像·圖片·聲音讓學生在自家的環境下學習科學；每週課程開始前，授課教師從網路找尋上合適教材做成簡報，三天前放到雲端硬碟或學校提供的網路空間提供給學生下載預習。課程內容需即時錄製成影片，並後製提供網路連結播放。此外，不定時進行師生互動問答模式，讓她們即時理解主題內容，這樣就能測試學生上課情況，因為他們能明白老師問的是什麼問題，再作出相應的回答；每次下課前，指派簡單的學習單(心得)繳交或下次論流各組小論文進度報告，利用電子郵件或google classroom交作業非常方便，並建立師生的line群組，相關訊息可以直接交流，不至於讓學生有一週就上這次網絡課程而已。

■學期成績計算修改方式：分組成績(60%)+個人成績(20%)+期末報告(20%)

3C課程成績評分表

分組成績以教師成績為主，可搭配同儕互評，評分表由授課教師自行設計。先以等第評分(A~X，相關說明見附錄)，再依據個人貢獻程度與適當比例調整

(一)分組成績(60%):小論文完稿(最多三人，授課教師依據同組學生貢獻比例調整修正)

1.書寫格式規定:

(1)舊制: (110學年度之前)

內容包括：壹、前言，貳、正文，參、結論，肆、引註資料

(2)新制:(110學年度以後)

內容包括：壹、前言，貳、文獻探討，叁、研究方法，肆、研究分析與結果，伍、研究結論與建議，陸、參考文獻

2.這學期若無法完成的小論文，請以研究計畫或創意說明書方式撰寫(參考格式)

內容包括：研究題目、研究動機、研究目的、研究方法、參考資料。

 

表二 小論文完稿格式暨未完成的研究計畫書

(引自全國高級中等學校小論文寫作比賽格式說明暨評審要點)

參考網址: (1)全國高級中等學校小論文寫作比賽格式說明暨評審要點_110.pdf

         (2)pta_14399_1631670_58508.pdf

 

(二)個人成績(20%):教師搜尋網路科普影片，請同學自行觀賞

分享影片連結網址(複製連結):

1. 科學不一樣 – YouTube

2. 流言追追追 (pts.org.tw)
   

(1)寫出600~1200字心得(可包含標點符號/A4單面)

(2)未來想要往哪一學科(類別)的專題研究(數學/物理/化學/生物/工程/人文科學:擇一論述)

其原因或哪位人事物影響了妳?(可包含標點符號/A4單面)

(3)文件格式: 中文:標楷體；英文:Times New Roman

邊界2cm、單行間距、頁碼置中(10ppt 寬度1cm)。

(4)電子檔名: 信件名稱:相關科普主題心得(專題研究類別:學科) 須按照規定格式~請注意唷

班級/座號/姓名(例: 110/01/呂胖胖) e-mail繳交: [email protected]

deadline:06/28/am12:00 (以免信件遺漏~請留下個人寄件備份)

表三 網路科普影片

參考網址: 科學不一樣 – YouTube、流言追追追 (pts.org.tw)

3.期末報告(20%):同學可分組或個人完成

主題:最有效(或方便)的居家防疫方法(可加入自己的創意或改良方法~)

圖四 醫師票選七大防疫方法

圖片來源:https://med-net.com/cmscontent/Content/802

繳交方式:兩者擇一即可

(1)直接錄製3~5分鐘影片(格式:mp4)

(2)5~10張投影片(須加旁白並轉成格式:mp4，請參考投影片轉檔)

  http://aries.dyu.edu.tw/~lhuang/class/Camtasia/ppt_record.htm

    上傳到個人雲端硬碟或youtube或資料庫，將其網址連結(分享)寄到老師e-mail即可

格式如下：

信件名稱: 最有效(或方便)的居家防疫方法

信件內文:

(1)網址連結(分享)

(2)(班級/座號/姓名(例: 110/01/呂胖胖))

e-mail繳交: [email protected]

須按照上述規定~請注意唷

deadline:06/28/am12:00 (以免信件遺漏~請留下個人寄件備份)

• 結語

一、教師主題式教學

    教導學生學習及應用以化學為主軸，融入物理與生物相關議題的探究式課程。根據筆者實際執行經驗，發現高一學生需強化其先備知識，不同學科融入的議題有限。建議授課教師協同融入部分如下: 物理學科:能量學、近代物理。生物學科:分子生物學、生態學 。地球科學:颱風、地震、天文學。

(參考附錄：課程規畫表第二~三週，教師自我評估學校教學環境設備與學生學習狀況，自然科教師協同教學或共同擬定教授主題(每學期一至三個跨(合)科，結合時事議題即可)

二、學生小論文寫作與心得報告

    了解日常生活議題論及的科學概念與相關報導形成的關係，提升學生的批判思考及媒體識讀能力。訓練學生運用證據資料形成科學主張，具有基本的文書處理能力(word編排與excel作圖)。最後以科學概念與科學原理作為依據，進行科學論述與寫作活動。

三、藉由大學參訪或學者演說，獲得更多人生經驗，得以探索自我，自我定位(期末彈性時間)

    與畢業學生或校友(就讀鄰近大學，支付鐘點費或獎助金)，建立專題課程或科普活動的師徒制穩定關係。利用108課綱的彈性或社團時間，回母校協助帶領相關課程活動；本課程與當地大學建立合作關係(中山大學)，藉由學有專精教授的指導或演說，結合大學部分儀器學術資源，誘發學生對自我能力的肯定與發展。

■參考文獻

1.朱延平（1999）。多媒體在教育上的應用。資訊與教育雙月刊，72（8），15-25。
2.李心緻、鍾孰捐（2000）。新世紀的閱讀趨勢。PC WORLD，135。
4.沈慶珩（2004）。資訊科技融入教學之概念、應用與活動設計。教育資料與圖書館學，42（1），139-155。
5.蔡德祿(2003)。淺談 e-Learning 與SCORM標準。2007年3月13日，取自
  http://www.iii.org.tw/ICmagzine/cs276/cs2761.htm
6.吳美美(2004)。數位學習現況與未來發展。圖書館學與資訊科學，30(2)，92-106。
7.許天威(2001)。行為改變之理論與應用。彰化市：復文出版社。

• 附錄

課程規劃表