第 12 頁 – 臺灣化學教育

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

星期六 , 10, 12 月 2022 編輯助理本期專題, 第五十期 / 2022年12月留言功能已關閉

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。

我的實驗觀察

文字敘述

電熱瓶的變化：

NH3檢測玻璃管的變化：

吸收瓶的變化：

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。

E（小蘇打）

O（食鹽）

B（檸檬酸）

蝶豆花試液

薑黃試液

2.新鮮配置尿素溶液的性質調查

外觀顏色

氣味

蝶豆花液顏色變化

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。

生豆漿

熟豆漿

對照組

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。

黃豆

綠豆仁

皇帝豆

顏色

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

星期五 , 9, 12 月 2022 編輯助理本期專題, 第五十期 / 2022年12月留言功能已關閉

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

週次

具體目標

教學內容

第一週

課程設計說明

1.教師說明課程設計目標及成果展現格式介紹（元素方塊格式、六個面必須呈現的內容摘要、相關示範實驗或語音講述要點）。

2.人員分組（分為六組）及選定分組組長，同學有問題時可以先小組線上討論。

3.建立LINE群組，大家有問題時可以隨時提問及回答。

第二週

建立學習目標所需的相對應知識，並針對所討論的主題進行設計。

1.教師先讓同學討論抽籤或自己選定想要研究的三到四個元素。

2.同學自己先上網搜尋該元素所對應的相關資料。

3.學生找到的資料來源必須是可信度高的網站來源，若是對於找到的內容有所疑慮或者出現任何問題可以跟大家討論。

4.學生針對自己選定的元素查閱的資料，分類出哪幾個元素是可以進行相關實驗，哪些元素是無法進行實驗，必須採取何種方式讓觀賞者可以理解。

第三週

元素方塊大小要如何設計：發現問題

1.老師跟同學考量所陳設的場地，一起規劃元素方塊大小。大家一定要統一方塊規格，否則大小不一，很難陳列。

2.分小組討論及發表每位同學元素的六個面所陳述的內容、字體大小及相關實驗內容是否合適。

3.若找不到合適的元素相關實驗（例如放射性元素）可能的處理方式（由學生自己錄音或錄影陳述元素發現過程、相關物理及化學性質）

第四週

該怎麼在家裡做元素相關實驗：規畫與研究

1.學生分組進行開放式探究，在探究活動中學生運用所建構的科學知識，設計簡易實驗流程，選用適合的實驗器材藥品及注意事項。

2.列出操縱變因、應變變因及控制變因。

3.設計實驗過程中可以請家人一起協助完成，並且須注意安全事項。

第五週

如何進行實驗分析：論證與建模

1.各組學生將所做的實驗流程於小組討論中分享。

2.發表自己所設計的實驗流程、所選用的材料、設備及數據資料紀錄等。

3.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。

第六週

實驗結果分析是否正確－表達與分享

1.教師開啟全班線上討論會議，每組推出一至兩個元素相關實驗實作，並將實驗數據分析及可能的推論與大家分享。.

2.前一組對後一組之報告提出5分鐘回饋與建議(或疑問)。
3.報告組別針對回饋與建議提出5分鐘回應與省思。

第七週

元素方塊成果展現－表達與分享

1.師生合力將可以118個元素方塊在合適的場地（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影片說明。

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。

4.學生完成元素方塊製作心得分享1200字至1500字。

（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。 $D:\user\Desktop\IMG_9500.JPG$ $D:\user\Desktop\IMG_9506.JPG$
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（℃）

29.4

34.0

37.0

50.2

59.1

96.3

100.2

100.3

100.5

100.6

100.8

101.0

101.3

101.6

101.7

101.2

100.8

100.1

99.2

98.0

96.9

95.9

94.7

93.6

91.2

89.9

88.8

87.5

86.4

85.1

84.0

83.0

81.9

81.0

79.9

78.8

77.9

77.0

76.0

75.1

74.3

73.5

72.7

71.9

71.1

70.4

69.7

69.0

68.2

67.5

67.0

66.3

65.7

65.1

64.5

63.9

63.5

62.7

62.4

61.8

61.3

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（℃）

29.4

33.1

34.7

39.5

42.3

46.9

52.7

60.5

71.4

86.3

100.0

100.7

100.8

100.5

100.3

100.1

100.0

99.8

99.6

99.2

98.7

98.1

97.5

96.8

96.0

95.1

94.4

93.5

92.6

91.8

91.1

90.2

89.5

88.5

87.8

87.1

86.4

85.7

85.1

84.3

83.7

83.1

82.5

81.9

81.3

79.5

79.0

78.4

77.9

77.4

76.9

76.4

75.9

75.4

74.9

74.5

74.0

73.6

73.2

72.7

72.3

71.9

71.5

71.1

70.7

70.3

69.9

69.5

69.1

68.8

68.4

68.1

67.7

67.4

67.1

66.7

66.3

66.0

65.7

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。

$D:\user\Desktop\2021年閱讀科學找樂子\IMG_6669.JPG$

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？）。

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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

紙碗1個

溫度計1支

鋁箔紙27cm×27cm

白色生雞蛋1顆

量筒50mL 1支

燒杯100mL1個

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。 $D:\user\Desktop\IMG_9510.JPG$

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

星期四 , 8, 12 月 2022 編輯助理本期專題, 第五十期 / 2022年12月留言功能已關閉

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

星期三 , 7, 12 月 2022 編輯助理本期專題, 第五十期 / 2022年12月留言功能已關閉

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

紅莧菜&煮過原汁液

加入糯米醋

加入小蘇打粉

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

氫氧化鈉

檸檬酸

玻璃試管及木製試管架

家中有自製肥皂

家中要除鍋垢

家長的收藏品

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&a=6829&fld=&key=&isd=1&icop=10&p=1&lsid=7038&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

星期二 , 6, 12 月 2022 編輯助理本期專題, 第五十期 / 2022年12月留言功能已關閉

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

$C:\Users\user\Desktop\109-2多元選修課程照片\1627100207991.jpg$	$C:\Users\user\Desktop\109-2多元選修課程照片\1627100206595.jpg$
發現問題	研究與規劃
1.教師教導文獻蒐集暨學術倫理 2.訓練學生閱讀理解	1.教師引導後學生自由選擇相關主題。 2.擬定本學期的研究計畫並滾動修正。
$C:\Users\user\Desktop\109-2多元選修課程照片\Screenshot_20210724-120531_LINE.jpg$	$C:\Users\user\Desktop\109-2多元選修課程照片\Screenshot_20210724-120552_LINE.jpg$
論證與建模	表達與分享
1.分析生活常見天然化學物質。 2.實際操作基礎實驗技能。	1.同學分組設計實驗關卡。 2.闖關海報解說科學原理。
$C:\Users\user\Desktop\109-2多元選修課程照片\1627099795208.jpg$
成果發表海報製作(個人)	成果發表海報製作(團體)
(實驗數據、研究流程)	(期末線上課程發表)

高市科學展覽(團體)	高市科學展覽(個人)
(多元適性發展:應用科學類)	(多元適性發展:資訊科學類)

■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)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

課程名稱：

中文名稱： 3C白袍魔法科學家

英文名稱： magic scientist of white robes

授課年段：

高一

學分總數： 2

課程屬性：

專題探究、跨領域／科目專題、實作（實驗）

師資來源：

校內化學科師資(主要)+跨科諮詢(物理、地科、生物)

核心素養：

A自主行動： A2.系統思考與問題解決

B溝通互動： B1.符號運用與溝通表達　B2.科技資訊與媒體素養　

C社會參與： C2.人際關係與團隊合作

學生圖像：

團隊合作、解決問題、科學素養

學習目標：

(一)透過主題式教學，引導學生認識及了自然科學的相關議題的相互關聯及影響。

(二)期末成果發表會:學生上台報告，給予評分展現整體學習成果與學生創意。

(三)教師與學生能從課程參與中，共同學習成長並獲得更多相關知識技能。

(四)同學藉由課程各項活動與實作，獲得更多人生經驗，得以探索自我定位。

學習評量

(成績比例)：

▓學生個人/分組行為評量:10% ▓課堂參與:10% ▓學習單:20%

▓上臺報告(小論文):30% ▓書面報告(小論文):30%

對應學群：

數理化、醫療衛生、生命科學、生物資源

備註：

(雲端)隨身碟一個(必備):每人、平板(手機)或筆電(非必備):各組一台

個人或分組作業線上繳交:google classroom或任課老師e-mail

週次

單元/主題

內容綱要

第一週

課程介紹

授課內容與評分方式

第二週

基礎科學知識(I)

教授基礎科學知識

第三週

基礎科學知識(II)

教授基礎科學知識

第四週

基礎科學方法(I)

基本電腦技能

第五週

基礎科學方法(II)

數據分析處理

第六週

基礎實驗技能(I)

實驗或儀器操作

第七週

第 1 次定期考週

教師彈性時間

第八週

基礎實驗技能(II)

實驗或儀器操作

第九週

基礎實驗技能(III)

實驗或儀器操作

第十週

小論文撰寫(I)

分組活動並選定主題

第十一週

小論文撰寫(II)

分組活動並選定主題

第十二週

參考文獻apa格式

中學生網站(小論文專區)

第十三週

小論文修正

中學生網站(小論文專區)

第十四週

第 2 次定期考週

教師彈性時間

第十五週

分組發表與回饋(I)

第一組~第四組

第十六週

分組發表與回饋(II)

第五組~第八組

第十七週

分組發表與回饋(III)

第九組~第十二組

第十八週

成果發表會

書面資料整理及專題海報製作

第十九週

期末報告

每位同學撰寫一份心得報告

第二十週

第 3 次定期考週

教師彈性時間

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

百分制分數區間（95）內的值為中間值	等第 (Grade)	教學與學習目標的定義
90~100（95）	A+	所有目標皆達成且超越期望
85~89（87）	A	所有目標皆達成
80~84（82）	A-	所有目標皆達成，但需一些精進
77~79（78）	B+	達成部分目標，且品質佳
73~76（75）	B	達成部分目標，但品質普通
70~72（71）	B-	達成部分目標，但有些缺失
67~69（68）	C+	達成最低目標
63~66（65）	C	達成最低目標，但有些缺失
60~62（61）	C- (及格標準)	達成最低目標但有重大缺失
40~59 (50)	F	所有目標皆未達成
X	X	因故不核予成績

資料來源:國立台灣大學等第制成績定義與等第績分表.pdf (ntu.edu.tw)

疫情下線上化學實驗和探究與實作課程：模擬化學實驗與遠距化學實驗課程／周金城

星期一 , 5, 12 月 2022 編輯助理本期專題, 第五十期 / 2022年12月留言功能已關閉

疫情下線上化學實驗和探究與實作課程：

模擬化學實驗與遠距化學實驗課程

周金城

國立臺北教育大學自然科學教育學系

[email protected]

　n 前言

我從來沒有思考過大一普通化學實驗課程，如果學生沒有到化學實驗室做實驗要如何上課？2021年9月時，因為疫情再度爆發，大學開學延後而且開學前三周全面遠距教學，而我要上大一普通化學實驗課程，我才開始思考要如何讓大學生遠距做化學實驗的問題。

科學實驗模擬軟體在小學科學教學上的使用，我很早關注這樣的教學方式。我自己先前的科技部專題計畫，曾採購一套全校授權的Yenka科學實驗模擬軟體，放在本校電算中心網站上，開放全校學生使用，師培生與在職教師的回應都很良好，也有不少師培生變成正式教師後都繼續在課堂上使用。但我卻沒有在大學的普通化學實驗課程使用過，因為我仍不確定是否可行，而且覺得複雜的大學普化實驗應該不能使用模擬軟體來進行，應該只適合中小學。

　n 大一普化實驗遠距實驗初步嘗試

前面提到大學開學延後而且開學前三周全面遠距教學，學生無法到學校做普通化學實驗，因此我利用手邊的Yenka科學實驗模擬軟體，設計酸鹼滴定實驗給學生模擬操作，透過google meet同時開設16間討論室讓學生三人一組在線上做化學實驗，並透過google 表單收集學生實驗結果，如下圖1所示。由於每一位學生操作化學實驗模擬軟體的步驟不同，學生的答案也會有不同的實驗結果，甚至還會有實驗誤差，我對這樣的結果感到很意外，因為這就像真的做實驗一下，許多學生的答案都是不一樣的(如圖2)，因此我認為YENKA化學實驗模擬軟體是一個停課不停學下取代實際動手做實驗的替代方案。


$F:\03 1101教材\1101普通化學實驗\20210930上課資料\777.JPG$
圖1 透過google meet同時開設多間討論室讓學生小組線上做實驗

圖2 利用google 表單收集學生實驗結果

　n 化學模擬實驗與化學實驗課程結合讓學生進行探究

要如何讓學生自由地進行科學實驗探究呢?我們以化學實驗探究為例。要讓學生進行化學實驗，教師通常有下列考量:1.準備適當的器材(可以提供多種的器材嗎?)；2.準備適量的藥品(可以提供多種的藥品嗎?)；3.準備適量的設備(電子溫度計、pH計等)；4.準備適合的實驗場地(實驗室、抽風設備、實驗桌與水槽)；5.準備適當的防護工具(實驗衣、手套與護目鏡等)；6.準備廢液回收；7.其他(安全性、費用、時間等)。由小學到大學的實驗課，一般而言都是依照實驗手冊來準備實驗藥品與器材，因此實驗課不會準備多餘的藥品與實驗器材讓學生自由的進行科學探索。做實驗時，每一項藥品與器材都是教師所準備好的，而且每一項都是實驗過程中需要用到的，數量也都是剛好。因為藥品是與器材室並不會開放給學生任意拿取，尤其是化學藥品，有些需具有危險性或是較昂貴，因此無法自行取用，想要自行設計或改變實驗的過程幾乎是不可能。利用科學實驗模擬軟體，是有機會讓學生進行科學探索，設計變因來進行實驗操作，並收集資料(周金城，2018)。

化學模擬實驗與化學實驗課程結合，可以有兩個面向上的探討。第一、設計可以在普通化學實驗課程中使用的化學模擬實驗：由於疫情下的遠距化學實驗課程是一個需要被解決的問題，因此化學模擬實驗的設計有其必要性。另一方面，化學模擬實驗如何在真實的動手做普通化學實驗課程中前後如何被融入使用，也需要進行討論。第二、提供給學生設計與修改化學實驗的探究與實作機會：因為普通化學實驗課程時間有限，而且化學實驗具有一定的危險性，加上化學實驗廢液與藥品的處理繁複，因此學校很難有機會讓學生在普通化學實驗課程自行修改與設計實驗。透過化學模擬實驗軟體，可以提供給學生設計化學實驗的機會，如此可以提升學生化學探究與實作的機會。

　n 科學探究是要培養學生的科學過程技能而非實驗操作技能

108自然科學領域課綱的探究能力區分成思考智能和問題解決。思考智能包含想像創造、推理論證、批判思辨、建立模型。問題解決包含觀察與定題、計劃與執行、分析與發現、討論與傳達。依據108自然科學領域課綱課綱，描述高中生的自然科學學習特性，在加廣課程中，「可較大幅放入微觀、抽象思考、基本運算與理論推導的層次，並建立科學模型與理論的系統性思考方式。」因此可以透過科學實驗來幫助學生建立科學模型。

一般科學過程技能，包含八項基本過程技能與五項統整過程技能。八項基本的過程技能包括：(1)觀察(Observing)；(2)測量(Measuring)；(3)應用空間／時間的關係(Using space time relationships)；(4)傳達(Communicating)；(5)分類(Classifying)；(6)預測(Predicting)；(7)應用數字(Using numbers)；(8)推論(Inferring)。五項統整過程技能包括：(1)控制變因(Contorlling variables)；(2)下操作型定義(Defining operationally)；(3)解釋資料(Interpreting data)；(4)形成假設(Formulating　hypotheses)；(5)設計並執行實驗(Experimenting) (魏明通，2006）。上述的這些科學過程技能，是在解決生活中各種問題的通用能力，選擇何種指示劑來判斷酸鹼滴定，是一個化學實驗技能，雖然化學實驗技能也是我們要培養學生的能力之一，但科學過程技能會是更重要培養學生學會的通用能力。因此普通化學實驗課的重點除了是「實驗操作技能」，還有「科學過程技能」。而數位化科學實驗模擬軟體，其軟體設計可以聚焦在「科學過程技能」，讓學生多一些時間思考操作變因與控制變因來自行設計模擬化學實驗，而非只是精熟「實驗操作技能」上。

　n 提供給學生測試自己化學實驗假說的做實驗空間

利用科學實驗模擬軟體，來設計探究取向實驗融入課程中，讓學生也可以利用科學實驗模擬軟體學習科學探究能力。108自然領域課綱高中部分強調「學生能從一系列的觀察、實驗中取得自然科學數據，並依據科學理論及方法進行比較與判斷資料，進而以批判的論點來檢核資料的可信性，並提出創新與前瞻的思維來解決問題。學生能運用較為複雜的科學模型、理論與儀器等，獨立規劃完整的實作探究活動，進而根據實驗結果，反思實驗過程的優、缺點，以修正實驗模型或創新突破。」因此，模擬化學實驗室軟體是可以給大一普通化學生進行前述「獨立規劃完整的實作探究活動」的機會，並且「根據實驗結果，反思實驗過程的優、缺點，以修正實驗模型或創新突破。」

Fukami (2013)有一篇發表在最頂尖期刊之一的Science文章，就是強調史丹佛大學針對大學生物實驗教學設計探究取向課程。課程結構是每週有一個小時的講述課程與四個小時實作課程，讓學生大量數據進行假說測試(hypothesis testing)。我認為利用科學實驗模擬軟體，是可以讓學生進行假說的測試，透過科學模擬實驗是可以輸入資料，並且產生數據，再讓學生依此數據建立模型，相信能提升學生的探究能力，並且透過科學模擬實驗也大大縮短學生做實驗等待的時間。

Yenka化學實驗模擬軟體，能提供給學生測試假說實驗的機會，但不會造成化學教師帶實驗準備上的麻煩。當然在設計的過程中仍有很多需要克服的地方，例如模擬化學實驗室的藥品櫃沒有我們所需的藥品，所以需要在模擬實驗事先反應出我們所需的藥品後才能進行實驗，我也是需要花費很久時間才完成實驗模擬設計。這部分其實也可以給學生挑戰，讓學生來設計出項真實實驗一樣的模擬實驗，這對學生化學實驗訓練將會是高層次的練習與挑戰。

大一學生利用我所設計雙氧水加二氧化錳催化分解生成氧氣的模擬實驗（見圖3），可以操作後得出數據，並計算出反應速率定律式、反應級數與反應速率常數。當然，我要特別說明的是這個實驗結果不一定會和真實的實驗結果一致，但是真實實驗要操作與計算的過程，是和這個模擬實驗一模一樣的。因此，學生透過這個模擬實驗，就可以學習到如何計算出反應速率定律式、反應級數與反應速率常數的方法。

圖3 模擬實驗擷取畫面

　n 結語

化學模擬實驗可以提升學生的高層次科學過程技能: 一般科學過程技能，包含八項基本過程技能與五項統整過程技能。這些能力都有機會透過開放式的實驗課程來達到但是受限時間、安全性與經費等各種因素，無法提供給學生任意使用藥品的開放式實驗。透過YENKA虛擬化學實驗室軟體，可以讓學生任意的取用藥品、器材、加熱裝置與電子天平等儀器設備。

化學模擬實驗能部份解決疫情下線上動手做化學實驗，因為新冠肺炎疫情的停課，觸發了我想要嘗試設計模擬化學實驗給大一普通化學學生實驗的可能性。如前述，我也真的實際進行過遠距的化學模擬實驗，初步看來算是有還不錯的結果。當然，模擬化學實軟體不會真的能取代真實的動手做實驗，但是如疫情停課不停學特殊情況，化學模擬軟體實驗還是會比完全沒有實驗動手做實驗更好。

我從來沒有想過要利用化學模擬軟體實驗在大學普通化學實驗課上，真的是因為COVID-19疫情改變了我們對於很多事物既定的觀點，也讓我有機會驗證在大學普通化學實驗課上，讓化學實驗實際動手做與模擬軟體兩者結合的可能性。

　n 參考文獻

周金城（2018）。軟體與平台在中小學化學教學上的應用。臺灣化學教育，24期。http://chemed.chemistry.org.tw/?p=27197

魏明通（2006）。科學教育。台北市:五南圖書公司。

Fukami, T. (2013). Integrating inquiry-based teaching with faculty research. Science, 339(6127), 1536-1537.

n 附註

1.Yenka軟體連結位置https://yenka.com/，教師可以寫信到[email protected]聯繫下載試用版。

2.若您有下載試用版，就能開啟我所設計的雙氧水加二氧化錳催化分解生成氧氣的模擬實驗，下載位置:https://drive.google.com/file/d/1oHsXtryt6ZH9dN236O5COmY96arUG5I4/view?usp=share_lin

3.Yenka軟體的國內代理商聯繫https://www.kyst.com.tw/，提供給讀者參考。

淺談TIMSS(Trends in International Mathematics and Science Study) 國際數學與科學成就調查之參與經驗／張美玉、李哲迪

星期六 , 3, 12 月 2022 編輯助理國內外化學交流, 國內外化學教育交流, 本期專題, 第五十期 / 2022年12月留言功能已關閉

淺談TIMSS(Trends in International Mathematics and Science Study)

國際數學與科學成就調查之參與經驗

張美玉1、李哲迪2

國立清華大學教育與學習科技學系1

國立臺灣師範大學科學教育中心2

[email protected]1

[email protected]2

臺灣在1999年第一次參加教育成就評鑑國際協會（International Association for the Evaluation of Educational Achievement ，簡稱IEA）所主辦的國際調查──第三次國際數學與科學教育成就研究後續調查（Repeat of the Third International Mathematics and Science Study，簡稱TIMSS-R）（曹博盛，2005）。該次只有調查八年級學生。2000年，在教育部與國科會的支持下，臺灣師範大學負責籌組TIMSS 2003的研究工作。以當時臺灣師大理學院院長物理系張秋男教授為研究計劃的主持人。研究團隊的共同主持人有臺灣師大科學教育研究所：邱美虹、李田英、楊文金、譚克平；臺師大數學系：洪有情、曹博盛；臺師大化學系：方泰山、洪志明；臺師大生命科學系：林陳涌、張永達；臺師大地球科學系：張俊彥、傅學海；臺師大環境教育研究所：張子超；國立新竹教育大學應用數學系：林碧珍、蔡文煥；國立新竹教育大學教育系：張美玉；臺北市立教育大學數學資訊教育學系：林保平；臺灣師大科學教育中心：張殷榮、羅珮華等教授及研究員。自 TIMSS 2003 以後，TIMSS 所代表的意義改變為 Trends in International Mathematics and Science Study，有別於 TIMSS-R 的 TIMSS 所代表的意義。TIMSS研究的主要目的在提供各國長期追蹤學生數學和科學成就的趨勢，蒐集課程、教學、學習環境、家庭背景、以及教師等與學習成就有關之因素的資料，藉以了解各國的課程規劃與實施結果，並作為後續改進的參考。

TIMSS調查每四年舉行一次，至TIMSS 2019，臺灣已連續參加六次調查。為了感念當年台灣師範理學院張秋男院長率先整合TIMSS研究團隊，建立良好的工作模式。而且，2003年TIMSS測驗主題涵蓋較多面向，之後的測驗，就有所調整。因此本文特別以TIMSS 2003的成就測驗為基礎做介紹。

TIMSS 調查的對象是以國中二年級（即八年級）和國小四年級學生為母群。在TIMSS 2003，參加四和八年級的國家和地區共有51個（部份國家僅參加單一年級），到 TIMSS 2019，參與數則增加至 64。臺灣TIMSS研究團隊的主要工作內容為提供命題架構的意見、數學和科學試題的命題、題本的翻譯、翻譯的確認，學校聯絡人講習、監試人員講習、試測（field test）資料收集、實測（main survey）資料收集、測驗實施的訪視、辦理閱卷、參加國家研究協調人會議、國際資料分析會議等。整個施測過程，在IEA的監督，以及TIMSS主持單位（位於美國波士頓學院的國際研究中心，International Study Center， Boston College，簡稱ISC）的主導下進行。

試測與實測的抽樣是依照TIMSS的規定，先由我國提供全國國中與國小學校的編碼、各校受測年級之人數和班級數，送至加拿大統計局（Statistics Canada）抽取受測學校；再由臺灣師大科教中心使用軟體WinW3S 抽取受測班級。至於參與的規模，以 TIMSS 2003 為例，臺灣的實測（main survey）在 2003年5月19日至6月6日舉行，國中和國小各抽測150校，每校一班，共有5379位八年級學生和4661位四年級學生受測（張秋男，2005）。

TIMSS試題形式除了選擇題，還有非選擇題，稱為自由反應試題（Free Response Test Item），自由反應試題須由人工閱卷。為確保閱卷品質，ISC非常重視閱卷的信度，包括：重複閱卷信度、趨勢題閱卷信度（Trend Scoring reliability）以及跨國閱卷信度（Cross Country Scoring reliability）（張秋男，2005）。

前面已提及TIMSS施測目的主要在提供各國長期追蹤四年級和八年級學生數學和科學成就的趨勢，以及是否與課程、教學、學習環境、家庭背景、教師因素等有某種程度的相關性。這些資料可提供各國教育行政機構推動課程與教學變革時，做為規劃的參考依據。臺灣參與TIMSS的目的，除了暸解我國四年級及八年級學生數學與科學學習成就之外，更在藉著國際比較的結果，掌握我國在規劃二十一世紀國中小數學及科學課程的發展方向。此外，學者專家亦可利用TIMSS資料庫，了解我國學生數學與科學學習成就與家庭背景（張芳全，2011）、學習環境、教師教學等因素的關係（魏瑞汶、張美玉、陳義隆，2020），並進一步做國際比較分析。藉由參與國際合作的調查研究，也能讓學者專家及研究人員進一步了解評量學生學習成就的新方法（曾建銘、吳慧珉、趙珮晴，2019），提升研究人員資料分析的能力（張秋男，2003）。TIMSS調查分成數學和科學兩個學科，而且分別在四年級和八年級進行調查。以下主要以TIMSS 2003的評量架構為例，簡單說明各科各年級的施測內容。

四年級數學所涵蓋的主題包括：數（number）、測量（measurement）、幾何（geometry）、數型和關係（patterns and relations）、資料（data）。數的主題又分為自然數（whole number）、分數和小數、整數（比、比值、比例）等。測量主題又分為屬性、單位、工具、方法和公式。幾何則包含邊和角、二維和三維形體、全等與相似、位置和空間關係、對稱與交換。數型和關係包含數型、方程式、和公式及關係。資料則含蓋蒐集及組織資料、呈現資料及解釋資料等（林碧珍、蔡文煥，2005）。

八年級數學所涵蓋的主題和四年級略有差異。八年級的主題有數（number）、代數（algebra）、測量（measurement）、幾何Times New Roman及統計（data）。各主題涵蓋的內容，數方面包括自然數（whole numbers）、分數、小數、正數、比、比例，以及百分比等；在代數方面包含樣式（patterns）、代數式、公式以及關係（relationships）等；在幾何方面，包括線、角、二維與三維的圖形、全等與相似、位置（location）與空間關係、對稱與變換（transformation）；統計方面則包含資料蒐集與組織、資料呈現、資料解讀、不確定性（uncertainty）與機率等（曹博盛，2005）。

在科學領域，四年級有生命科學、物質科學與地球科學等三個學科。物質科學包含化學和物理，生命科學與地球科學也包含一些自然資源保育和環境變遷的議題。生命科學的主題含生物的類型、特徵和分類法；生物體的結構、功能和生長過程；生物的生長和生命循環；生殖作用和遺傳；自然法則的多樣化和適應性；生態系統和人體健康。物質科學的主題含物質的分類和成份；水的特性和使用；化學變化；物質的物理形態和改變；能量的類型、來源和轉換；熱和溫度；光；電和磁力；力與運動等。地球科學的主題含地球的結構和物理面貌；地球的形成、運行軌道和歷史；地球與太陽系和宇宙的關係（張美玉、羅珮華，2005）。

八年級科學分為生物、化學、物理和地球科學四科。生物的主題有特徵、分類、與有機體的生命進程；細胞與其功能；生命週期、繁殖與遺傳；多樣性、適應性與自然天擇；生態系統；人類健康等。化學的主題有化學的分類與分子組成；化學分子的屬性；化學變化等。物理的主題有物理的狀態與變化；能量轉換；熱能與溫度；光；聲音；電與磁；力與運動等。地球科學的主題含地球的構造與其物理特徵；地球的運行、週期與歷史；地球的資源、使用與保護；地球與太陽系及宇宙等（張俊彥，2007）。

這些主題好比是十二年國教課程綱要裡的學習內容。TIMSS的評量架構另有認知領域，包含認識、應用和推理三個向度，這好比是十二年國教課綱的學習表現。以TIMSS 2003四年級科學試題所佔的配分比例來看，生命科學佔43%，物質科學佔35%，地球科學佔22％；而TIMSS 2003四年級科學認知領域的配分比例則是認識能力佔35%，應用能力佔42%，推理能力佔23%，科學探究佔17%。

TIMSS 2003的評量架構將科學探究和科學本質融入各學科，且認為須包含知識內容和技能兩方面，所以調查時，用較長的問題解決試題或探究的任務來測驗學生，包含要學生找出問題、形成假設、設計探究方法、收集資料、分析和解釋、下結論或根據證據說明等；在四年級科學中，涵蓋了約10%的科學探究評量。這些試題的形式不只是選擇題，有些需要學生繪圖，有些必須用自己的話來回答問題。這些非選擇題的評量包含簡短回答和申論說明，也是IEA發展多年的表現評量（Performance Assessment）的一部分（Wolf，1994）。到了TIMSS 2019，測驗改為電腦施測。非選擇題的測驗方式更多元化，包含與電腦互動的實驗設計試題（Cotter, Centurino & Mullis, 2020）。

TIMSS 2003四年級科學以選擇題佔最主要部分，其次是簡短回答，申論說明只有5題，而國中二年級學生的測驗，有21題申論說明，這應該和小四學生對較長文字的論述能力較有困難有關（張美玉、羅珮華，2005）。

TIMSS國際研究中心使用定錨法來描述「成就基準點」；這是一種訂定標準點的方式，用以描述學生的成就表現。國際研究中心為四和八年級的數學和科學訂出四個等級的基準點：優級基準點是625分，高級基準點是550分，中級基準點是475分，初級基準點是400分。針對四個基準點，研究中心將試題的難度參數接近每個基準點的試題挑選出來，然後針對每個基準點，綜合地描述答對對應的這些試題所需的知識和認知能力。如此，這四個基準點就能將分數轉化成為有意義的描述（張美玉、羅珮華，2003）。在分析四年級科學或成就基準點時，發現學生是否能正確回答問題以及其成就表現，可能受到許多因素影響。（一）知識內容的深度和廣度；（二）問題內容的抽象程度；（三）科學探究的技能；（四）能否了解圖示和圖表；（五）回答的完整性。根據基準點與成就表現，可以知道學生的科學認知情形，例如四年級科學成就達到優級基準點的學生，能夠應用科學知識，並開始進行科學探究；而達到初級基準點的學生只能初步的了解一些地球生命和自然科學的知識（張美玉、羅珮華，2005）。

在TIMSS 2003，四年級科學前五名平均成就: 新加坡學生的平均分數（565分）最高，臺灣（551分）排名第二，日本（543分）、香港（542分）和英國（540分）排名第三，美國（536分）排名第四。從各國學生的科學平均分數多重比較可以看出，我國四年級學生的平均科學成就顯著低於新加坡學生，而顯著高於日本、香港和英國學生。八年級科學國際平均是474分。我國八年級學生科學平均（571分）顯著高於國際平均，在各參與國中，排名第二，與排名第一的新加坡並無顯著差異。第三名為韓國，平均得分為558分。香港排名第四，平均得分556分。愛沙尼亞552分，日本也是552分，分別排名第五及第六（邱美虹，2005）。有關四和八年級各國科學分科表現可參閱我國國際數學與科學教育成就趨勢調查2003報告（張秋男，2005）。

TIMSS 2003 四年級學生的數學成就表現，第一名為新加坡，平均分數為594分，第二名為香港，平均分數為575分，第三名為日本，平均分數565分，臺灣第四名，平均分數564分，第五名比利時，平均分數551分。至於八年級數學，第一名新加坡，平均分數為605分，第二名韓國，589分，第三名香港，568分，第四名臺灣，585分，第五名日本，570分。總之，與他國比較，臺灣學生的數學和科學成就表現優秀，男女生差異小（張秋男，2005）。

從TIMSS 1999到2019，我國四和八年級學生數學與科學平均成就優異。數學成就有持續進步的趨勢。表 1為我國歷屆數學與科學平均成就排名。此外，值得一提的是:我國四和八年級數學與科學學習落後學生百分比逐漸下降；我國四和八年級學生數學和科學成就在性別差異上不顯著（李哲迪，2021）。

表 1 歷屆TIMSS我國排名與平均學科成就

屆別

四年級

八年級

數學

科學

數學

科學

排名

平均成就

排名

平均成就

排名

平均成就

排名

平均成就

TIMSS 1999

–

585(4.0)

569(4.4)

TIMSS 2003

564(1.8)

551(1.7)

585(4.6)

571(3.5)

TIMSS 2007

576(1.7)*

557(2.0)*

598(4.5)*

561(3.7)*

TIMSS 2011

591(2.0)*

552(2.2)

609(3.2)*

564(2.3)

TIMSS 2015

597(1.9)*

555(1.8)

599(2.4)*

569(2.1)

TIMSS 2019

599(1.9)

558(1.8)

612(2.7)*

574(1.9)

註：TIMSS 1999年僅調查八年級。
括號內的數值為標準誤。

*：與前一次調查相比，具有顯著差異（p <.05）。

在內容領域和認知領域的成就表現上，以最近一次實測TIMSS 2019為例，我國學生表現如下（李哲迪，2021）：

一、內容領域的成就表現

（一）我國四年級學生在數學「測驗與幾何」表現最好，在「資料」表現最差。

（二）我國四年級學生在科學「物質科學」、「地球科學」表現最佳，在「生命科學」表現最差。

（三）我國八年級學生在數學「幾何」和「代數」表現最佳。

（四）我國八年級學生在科學「化學」表現最佳，在「物理」表現最差。

二、認知領域的教育成就

（一）我國四年級學生在數學「認知」領域表現最佳，「推理」領域表現最差。

（二）我國四年級學生在科學「應用」和「認識」領域表現最佳，在「推理」領域表現最差。

（三）我國八年級學生在數學三個認知領域的平均成就，沒有顯著差異。

（四）我國八年級學生在科學「認識」領域表現最佳，在「推理」領域表現最差。

在學習興趣、學習自信與學科評價方面，以TIMSS 2019為例，我國四年級學生不喜歡學習科學，對科學學習沒有自信的百分比與國際平均沒有差異（張美玉，2021）；而不喜歡數學、對數學學習沒有自信的百分比遠高於國際平均（林碧珍，2021）。八年級學生不喜歡數學和科學，對數學和科學學習沒有自信，也不重視數學和科學的百分比，也遠高於國際平均（曹博盛，2021；楊文金、謝易伸， 2021）。如何提升學生對學習數學和科學的興趣和自信心，是我們可以繼續努力的地方（李哲迪，2021）。

其他和數學與科學學習的相關因素中，僅就較為明顯的部分說明如下。我國四年級和八年級的數學與科學成就，仍然有城鄉教育差距存在（黃敏雄，2015），但至2019，城鄉教育差距有改善跡象（李哲迪，2021）；教學因素中，顯示我國數學與科學師資優秀；我國四年級和八年級學生的數學與科學成就，沒有因為學校資源匱乏程度而有差異（張瑋寧，2021）；在課程安排方面，我國四年級數學與八年級科學的教學總時數，與國際平均相當，四年級科學和八年級數學的教學總時數高於國際平均。我國四年級數學、四年級科學、八年級數學、及八年級科學的教學總時數為: 147小時、86小時、157小時、136小時；國際平均則分別為：154小時、73小時、137小時、137小時。

建議：

1.針對我國學生對數學和科學學習的疏離問題，建議落實108課程綱要，強調數學和科學素養能力的培養，落實素養導向的數學教學與科學探究與實作活動，積極提升學生的學習興趣與自信。

2.有關我國四年級學生生命科學領域呈現退步現象，建議於中、低年級科學課程調整相關主題內容及比重，並且與體育和健康課程領域共同研議，將人體健康與生命週期的學習內容落實於健康與體育，以及生命科學中關於國中與國小數學和科學成就城鄉差異的問題，建議持續關注，並且長期追蹤資源的挹注與師資程度的掌握。

■參考資料

李哲迪（2021）。第十章：結論與建議。在張俊彥（主編），TIMSS國際數學與科學教育成就趨勢調查2019國家報告。臺北市：國立臺灣師範大學科學教育中心。

邱美虹（2005）。TIMSS 2003臺灣國中二年級學生的科學成就及其相關因素之探討。在張秋男（主編），國際數學與科學教育成就趨勢調查2003國家報告。臺北市：國立臺灣師範大學科學教育中心。

林碧珍（2021）。第四章：TIMSS 2019 臺灣四年級學生數學成就及相關因素探討。在張俊彥（主編），TIMSS國際數學與科學教育成就趨勢調查2019國家報告。臺北市：國立臺灣師範大學科學教育中心。

林碧珍、蔡文煥（2005）TIMSS 2003臺灣國小四年級學生的數學成就及其相關因素之探討。在張秋男（主編），國際數學與科學教育成就趨勢調查2003國家報告。臺北市：國立臺灣師範大學科學教育中心。

張芳全（2011）。家長教育程度，文化資本，自我抱負，學習興趣與數學成就之關係研究。台中教育大學學報，25(1)，29-56。

張秋男（2003）國際數學與科學教育成就趨勢調查2003期中報告（第三年）行政院國家科學委員會補助專題研究計畫成果報告。臺北市：國立臺灣師範大學科學教育中心。

張秋男（2005）TIMSS 2003緒論。張秋男主編，國際數學與科學教育成就趨勢調查2003國家報告。臺北市：國立臺灣師範大學科學教育中心。

張俊彥（2007）TIMSS 2007國際數學與科學教育成就趨勢調查。在張俊彥（主編），國際數學與科學教育成就趨勢調查2007國家報告。臺北市：國立臺灣師範大學科學教育中心。

張美玉、羅珮華（2005）TIMSS 2003臺灣國小四年級學生的科學成就及其相關因素之探討。張秋男主編，國際數學與科學教育成就趨勢調查2003國家報告。臺北市：國立臺灣師範大學科學教育中心。

張瑋寧（2021）。第九章：TIMSS 2019臺灣國中小數學與科學學習之學習環境。在張俊彥（主編），TIMSS國際數學與科學教育成就趨勢調查2019國家報告。臺北市：國立臺灣師範大學科學教育中心。

曾建銘、吳慧珉、趙珮晴（2019）。臺灣學生數學學習內容表現之探討: 來自 TASA 和 TIMSS 的跨資料庫比較。測驗學刊， 66(1)， 27-50。

曹博盛（2021）。第六章：TIMSS 2019 臺灣八年級學生數學成就及相關因素探討。在張俊彥（主編），TIMSS國際數學與科學教育成就趨勢調查2019國家報告。臺北市：國立臺灣師範大學科學教育中心。

曹博盛（2005）TIMSS 2003臺灣國中二年級學生的教學成就及其相關因素之探討。張秋男主編，國際數學與科學教育成就趨勢調查2003國家報告。臺北市：國立臺灣師範大學科學教育中心。

楊文金、謝易伸（2021）。第八章：TIMSS 2019 臺灣八年級學生科學成就及相關因素探討。在張俊彥（主編），TIMSS國際數學與科學教育成就趨勢調查2019國家報告。臺北市：國立臺灣師範大學科學教育中心。

黃敏雄（2015）。學生數學表現的城鄉差異。教育研究集刊，61（4），33-61。

魏瑞汶、張美玉、陳義隆（2020）。臺灣四年級學生在 TIMSS 2011 和 TIMSS 2015 科學答題表現分析。科學教育學刊， 28(2)， 119-141。

Cotter, K. E., Centurino, V. A. S., & Mullis, I. V. S. (2020). Developing the TIMSS 2019 achievement items. In M. O. Martin, M. von Davier & I. V. S. Mullis (Eds), Methods and Procedures: TIMSS 2019 Technical Report (pp. 1-36). Chestnut Hill, MA: TIMSS & PIRLS International Study Center, Boston College.

Wolf, R. M. (1994). Performance assessment in IEA studies. International Journal of Educational Research, 21(3), 239-245.

「柏林圍牆倒塌 (Falling Walls) 」科學高峰會議- 打破學科藩籬共創人類美好的未來／邱美虹

星期五 , 2, 12 月 2022 編輯助理國內外化學交流, 國內外化學教育交流, 本期專題, 第五十期 / 2022年12月留言功能已關閉

「柏林圍牆倒塌 (Falling Walls) 」科學高峰會議-

打破學科藩籬共創人類美好的未來

邱美虹

國立臺灣師範大學科學教育研究所特聘教授
[email protected]

n 前言

「圍牆倒塌」(Falling Walls)基金會是一個連結科學、企業和社會的全球性非營利組織。該基金會主要是促進研究並討論具有創新性和影響力的想法和發現，以共同致力於打破學科之間的藩籬來塑造人類的未來。這個目標驅動該基金會努力不懈去尋找繼1989年柏林圍牆倒塌後「下一個會倒塌的牆是什麼的? 」，這是跨領域也是全球性的問題(Falling Walls, 2022)。該基金會獲得德國聯邦教育及研究部、Robert Bosch基金會、Helmholtz Association以及其他知名學術機構、基金會和公司的資助與支持，並於每年11月9日柏林圍牆倒下紀念日舉辦Falling Walls Conference國際科學會議(Deutscher Akademischer Austauschdienst [DAAD], 2022)。

n 活動簡介

「柏林圍牆倒塌科學高峰會議(Falling Walls Science Summit in Berlin)」是一個國際性、跨學科和跨政府部門的論壇，由「圍牆倒塌」基金會所辦理的。該活動旨在促進全球科學領袖與社會之間的對話，並肯定具突破性的科學研究(Break Through)。該活動於每年11月7日至9日在柏林舉行，以紀念柏林圍牆在1989年11月9日倒塌事件。這項高峰會議共頒發出十個獎項，分別是生命科學、理化、工程與科技、社會科學與人文、藝術與科學、未來學習、科學和創新管理、新銳人才 (主辦小組:Falling Walls Lab)、科學啟蒙(主辦小組:Falling Walls Venture)和科學投入(Falling Walls Engage)。

在三天之中演講和競賽活動是平行辦理的，首先是11月7日由「圍牆倒塌實驗室(Falling Walls Lab)」所負責的新銳人才（Emerging Talents）「圍牆倒塌專案 (Falling Walls Pitches) 」的競賽，目的是在挑選出具潛力的年輕學者或創業家，參賽資格是只要年滿18歲，各學科領域的學士/碩士/博士學生、博士後、青年研究人員、企業家、學者，均可報名參加（請注意已取得學位者，學士應為10年內、碩士7年內、博士5年內。其次是11月8日的「圍牆倒塌圈(Falling Walls Circle)」，主要是各領域的頂尖研究人員分享與對話科研成果與全球科學性議題，並說明如何獲得創新的想法與做法。最後一天11月9日的重點活動「圍牆倒塌年度科學突破獎(Falling Walls Science Breakthroughs of the Year)」。這項科學高峰會議集合來自學術界、政界、業界、媒體和民間社會的全球科學領袖討論科學突破性研究在解決全球重大議題、面對挑戰和塑造永續未來的活動，同時也希望打破科學和社會之間的隔閡，讓大家更可以有跨領域的對話與成果。

n 「突破」是為了給下一代更美好的未來

筆者這次出席「柏林圍牆倒塌科學高峰會議」的任務主要是擔任「圍牆倒塌實驗室(Falling Walls Lab)」所負責的新銳人才（Emerging Talents）競賽的評審，第一次參加這個會議，也是第一次在一天之內評審來自54個國家80位年輕學者和學生口頭報告他們且具突破性的研究或創意想法，每位參賽者只能在3分鐘內以3張投影片說明自己的研究，頗具挑戰性。 20221107_081732 今年參賽者的主題大都與永續相關，圍繞在氫燃料電池、淨化水質、碳捕捉、疫苗公平性、全球暖化和處理空間的殘餘物等議題。参賽者皆是已在各自的國家/城市參賽後脫穎而出的佼佼者，再聚集到柏林參加總決賽，這不僅對參賽者是自我挑戰的難得機會外，對評審團而言，要從80人中評選出前三名，更是著實不易，評選的準則主要有三項: 突破性(breakthrough)、關聯性和影響力(relevance & impact)以及結構和表現(structure & performance)，同時在評選過程中，委員們也相當重視參賽者是否提出可信賴的資料佐證其想法或作法是可行的，評審團針對參賽者的表現進行相當激烈的討論，尤其是出現歧異度大的評審結果時，評審委員必須提出具體的論點來支持或是反對其成為可能的最終候選名單。由於參賽者提出的主題相當多元，因此評審委員也來自不同領域，如諾貝爾基金會委員會主席Carl-Henrik Heldin、工程企業家Raj B Apte(比爾蓋茲基金會X計畫支持的Malta Inc負責人)、電腦工程師Marco Lohse(曾在德國馬克斯與普朗克中心Max-Planck Institute服務，現職在 Google’s University Relations工作)、永續化學學者Dr. Dr. Zuin Zeidle、自然(Nature)期刊編輯部主任Swati Meherishi、生物科技專家Sven Wagner、德國國家研究基金會國際關係處主任Kathrin Kohs等審查委員，評審團因有頗具執行力和經驗的主席－牛津大學聖希爾達學院院長Dame Sarah Springman, 還有頗富經驗與博學的委員們和強大的工作團隊，使評審得以在有限的時間內完成任務。

今年在這一項類別中，獲得「圍牆倒塌實驗室年度突破獎(BreakThrough) 」首獎是由來自南非比勒托利亞(Pretoria)的塔姆林-莎夏-奈杜（Tamlyn Sasha Naidu）獲得，她的研究主要是因為看到家鄉的水受到採礦而造成汙染和土地流失的問題，於是利用來自煉油和農業部門的廢棄物來處理採礦的廢水， 20221107_192321 並產生富含養分的污泥，可用於水耕種植。第二名是頒給來自南非開普敦的艾瑪-霍恩(Emma Horn)，她是利用一台3D列印機器製作精美的磁磚，而這磁磚的特色是利用生物細菌與碳酸鈣反應製成的，其中所需的能量非常低，且具環保性。第三名則是頒給在印度Indian Institute of Science就讀博士班的阿尤絲-周漢(Ayushi Chauhan)。有鑑於印度每年死於結核病的人數居高不下，且約有56%的病人未接受檢測。周漢設計一個廉價且有效的可攜帶式檢測DR-TB (Drug-resistant Tuberculosis)的工具，使病人所需負擔的費用甚低，且可以較為普遍的推廣使用。今年三位得獎人皆是女性，令人振奮。誠如評審團主席莎拉-斯普林曼所言：聆聽來自世界各地的80位年輕企業家/學者/學生的演講真的很棒，讓年輕人有舞臺展示他們的想法，對年輕人而言是非常重要的教育。同時藉由這樣的活動，還可以讓年輕人看到資深研究員或成功企業家所做的事，也是一種典範學習的機會 (Falling Walls Science Summit, 2022)。

大會手冊大會評審團現場

大會演講廳大會演講台

三組評審團團長第一名 Tamlyn Sasha Naidu

第二名 Emma Hora 第三名 Ayush Chauhan

除「圍牆倒塌實驗室(Falling Walls Lab)」頒發的新秀獎（Emerging Talents）以外，大會還頒發生命科學、理化、工程和科技、社會科學和人文、藝術和科學、未來學習、科學和創新管理、科學創業、科學參與（Falling Walls Engage）、包容性科學獎、和科學先驅者獎等類別的項目。在科學研究領域是以突破性的研究為主；”科學參與”類，主要是表彰那些促進科學知識移轉、加強科學交流以及將社會納入科學進程的專案。今年的獎項由Anna Berti Suman和她的項目Sensing for Justice (Breaking the wall to Civic Evidence of Environmental Harms)團隊獲得。該項目研究了由基層推動的環境監測作為環境正義訴訟的證據來源以及作為環境調解工具的潛力。此次參加各項競賽的合計有66個國家的193個項目。其中包容性科學參與特別獎由來自加拿大Carrie Boyce的《科學是一種拖累》(Science is a Drag)項目獲得。這是第一個完全以科學為主題的變裝秀，旨在挑戰科學家的異性戀刻板印象，為同性戀科學家和科學傳播者提供一個安全的平臺。

最後一天，由20位來自17個國家的獲獎者介紹他們的獲獎項目，包括針對兒童和資源缺乏社區的科學和STEM計畫、水監測、獲取知識和科學變裝秀。在科學冒險創業（Falling Walls Venture）類中，主要獎項頒給Ribbon Biolabs生物科技公司的執行長Harold de Vladar，肯定其最能結合研究專長(DNA合成)和卓越創業的創新想法。至於年度科學突破獎則頒給來自荷蘭的初創公司QPhox，該公司致力於開發第一個量子數據機，該設計有助於擴展量子電腦並將其連接到未來的量子互聯網網路中。該組評審委員會主席Stefan von Holtzbrinck指出，”只有科學加上創業精神才能確保我們星球上的永續繁榮。正說明這項競賽的意義。另外，今年有25家初創企業在科學峰會上現場展示他們的成果，主題包括疾病的快速和早期診斷、未來營養、肉類和蛋白質生產的新方法以及加速研究和開發的軟體解決方案，特別是在製藥方面 (https://falling-walls.com/science-summit/)。在工程和科技獎是由柏克萊大學的Ting Xu教授獲得科學研究獎，她主要的研究主題是發展出嵌入酶的聚合物的，使其在製程、使用和丟棄時可以修正或降解(degradation)，雖然利用生物降解塑膠品部是新鮮的研究題目，但通常過程相當緩慢，通常需要2-3年才可以分解掉。但是Xu教授的團隊發現一種酶可以讓塑膠再5-6週分解 (詳見大會網站https://falling-walls.com/people/ting-xu，以及其在柏克萊大學的個人網站https://xugroup.berkeley.edu/)。還有一個藝術和科學獎也甚有創意，是由Monika Seyfried, Cyrus Clarke, Jeff Nivala的生物體中心(Organism-Based Data Centers)的「數據花園」(Data Garden)獲獎，「數據花園」是一個負碳資料(carbon negative data)基礎設施的互動裝置平台，其特點是以文本、圖像和音效檔將煙草植物和阿拉伯芥的DNA儲存起來，目的是在做綠化數據以及即時測量所吸收的二氧化碳量(https://growyourown.cloud/data-garden/)。科學與創新管理獎則是頒給知名影星小勞勃道尼(Robert Downey Jr.)和瑞吉兒-克羅帕(Rachel Kropa)，他們最主要的貢獻就是以創新且快速的撥款模式資助有潛力的科學家良好的研究環境，並使科學家們能夠透過平臺直接與大眾接觸，分享他們對氣候和生物多樣性危機的研究成果。其審查的過程大約在一個月左右即可知道審查結果，讓有想法的科學家即時擁有資源可以進行創業與研究，不似一般贊助單位的審查既耗時又金額不大難以發揮。

n 總結

Falling Walls Science Summit (圍牆倒塌科學高峰會議）在11/9柏林圍牆倒塌的紀念日落幕。

短短三天除看到年輕研究者對基礎科學的熱情與成果外，也聽到學界跨領域專家和企業家對基礎科學、工程、科技、醫學、社會人文、藝術和天文等的研究和創新產業。每場都在短短的3-20分鐘左右完成，讓與會者可以在有限的時間內有寬廣的視野但又聚焦的演講中捕捉當代在地與全球的問題。大會有兩個大會場分在不同地點，每一個會場又都有許多平行場次，實在無法都顧及，難免有遺珠之憾，甚是可惜，若國內有更多人認識這樣的活動帶來的影響力，並與各界專家學者有更多的互動機會，將可更加強化國內基礎科學研究和國際接軌的交流與互動。能參加這樣大型的全球性活動，聆聽獲選專家學者的研究，瞭解研究主題的脈動，實在是很幸運，更何況可以擔任評審委員，聆聽來自世界各地青年學子的創新想法，真的是項殊榮。基本上個人認為，這些活動有三項值得一提的觀點，1.鼓勵跳出思考框架(Thinking Outside of the Box)的研究與創業，並讓年輕人有可以展示他們才華的舞台，2. 傳承的價值，與會的有老中青三代的研究與創業家，建立學習典範是很重要的，3.鼓勵並資助有創新想法的研究或企業，讓他們可以在穩定中發展，對人類永續發展有所貢獻。希望這些經驗可以作為明年臺灣辦理第四屆Falling Walls Lab Taipei的參考。

n 後記

德國學術交流資訊中心(DAAD, Deutscher Akademischer Austauschdienst, 英文為German Academic Exchange Service)在臺灣辦理Falling Walls Lab 2023年即將邁入第四年，期待有更多年輕學者和創業家可以共襄盛舉。本人因為執行國科會推動聯合國「基礎科學促進永續發展國際年(International Year of Basic Sciences for Sustainable Development, IYBSSD)」，有幸能參加這次的活動，見識到此項活動的大格局與企圖心，甚是佩服。IYBSSD這項臺灣系列活動團隊，明年將與DAAD合作，並由化學會合作辦理初賽選出臺灣代表出席柏林的總決賽，除可藉此機會讓年輕人有展現創新想法與作為的舞台外，也提供獲獎的年輕學者或創業家到國外與他人交流和學習。歡迎18歲以上的年輕人明年踴躍報名，屆時也希望教授或教師們多多鼓勵學生或年輕學者/創業家參與，讓自我挑戰不受限。這種經驗將是一場知識與行動的饗宴!

「歷史不會被遺忘只是換另一種形式」。這次的活動雖然是由非營利組織「柏林圍牆倒塌基金會(Falling Walls Foundation) 」，但仍有政府的補助、諾貝爾獎基金會的支持以及學界和業界的贊助，除讓資深研究人員能分享研究成果鼓勵年輕學者或創業家，同時對德國整體科學的提升以及國際互動的影響有極深遠的影響，值得我們的政府借鏡。

n 致謝

感謝國科會自然處經費補助(STC 111-2627-M-003-001)以及德國學術交流資訊中心(DAAD – Deutscher Akademischer Austauschdienst , German Academic Exchange Service)金郁夫主任(Dr. Josef Goldberger)的協助，使此行順利。

n 參考資料

DAAD (2022). https://www.daad.org.tw/zh/2022/03/14/2022-falling-walls-lab, 2022 Falling Walls Lab德國創新挑戰賽在臺灣： 3分鐘改變世界

Falling Walls (2022). https://falling-walls.com/

Falling Walls Science Summit (2022). https://falling-walls.com/science-summit/science-summit-winners-2022/

化學與物理：理一分殊／洪文東

星期四 , 1, 12 月 2022 編輯助理化學小故事, 第五十期 / 2022年12月留言功能已關閉

化學與物理：理一分殊

洪文東

華夏科際整合聯合總會監事

前國立屏東教育大學化學與生物學系教授

前美和科技大學護理系教授

前國家科學委員會副研究員

[email protected]

　n 前言

自然科學中主要研究非生命系統的科學稱之為物質科學(Physical Science)，而研究生命系統的科學則謂之生命科學(Life Science)。物質科學的主要分支又分物理、化學、地球科學等。其中化學是一門探討研究物質變化的科學，而物理是探討研究自然界萬物現象的科學。

　n 自然規律即一理

先從宇宙自然來看，地球是太陽系中第三個行星，其繞太陽運轉軌道有自然一理，德國天文學家刻卜勒(Johannes Kepler )發現此一理而提出行星運動三大定律。地球依此【一理】而產生一年四季春、夏、秋、冬，地球環境中自然萬物因季節更替而【分殊】出萬象變化。地球環境有大氣圈、生物圈、水圈、岩石圈等。大氣圈即大氣層內各種氣體:氧氣、氮氣、水蒸氣、二氧化碳等。生物圈包括各種動物、植物。水圈則包括海洋、河流、湖泊等，岩石圈則有高山、盆地、峽谷、丘陵、平原、台地等各種地貌，在自然環境中產生水、火、土、氣等事物，在自然現象中產生聲、光、熱、電等現象，自然萬物、自然萬象各【分殊】出各種不同的變化，然而這些變化總結而歸納出自然規律，換言之，此自然規律即【一理】。

　n 化學與物理:理一分殊

再由自然界物質科學觀之，英國化學家道爾頓(John Dalton )探究物質的變化，以一理:【質量不滅定律】，歸納總結物質變化的道理，亦即化學反應前後反應物的質量總和與生成物的質量總和是相等的。依此【一理】將各種物質材料分析與合成，而推理【分殊】出各種新的物質產品。另一方面，物理學家牛頓(Isaac Newton) 探究自然現象，以一理:【運動定律】，歸納總結自然萬物運動彼此間受交互作用力的影響，作用力(F)乃物體質量(M)與其加速度(A)的乘積，寫成數學方程式: F=MA。並依此【一理】說明自然萬物各種力與運動、作用力、反作用力等【分殊】現象。

　n 水的化學:理一分殊

水對自然界各種生命形式都是不可或缺的物質，它是兩個氫原子與一個氧原子鍵結組成的化合物。水是純物質，此乃【一理】，但它有各種不同性質，而【分殊】出物理性質、化學性質。就物理性質而言，諸如:它有一定的沸點:攝氏100度，也有一定的凝固點:攝氏0度。就其物理變化而言，水由液態冷卻凝固結冰，或由液態加熱氣化為水蒸氣，所【分殊】出固態、液態、氣態的變化，仍然不改變水的本質，此種水的本質即其【一理】。就化學性質而言，水是極性分子，水分子間的氫鍵作用使水分子彼此之間有較高的內聚力。也因其極性與氫鍵作用，水是重要的溶劑。水也是常見的緩衝溶液，水的pH值固定為7。再者，就其化學變化而言，水參與很多化學反應，諸如:酸鹼中和、氧化還原反應、光合作用、生化反應、沈澱反應、水合作用、水解作用等，在這些反應前後水還是水，水即是【一理】，水所參與的各種化學反應，而【分殊】出各種不同的生成物。

　n 結語

【理一分殊】乃宋明理學所論述的一理與萬物分殊關係。其思想源自唐朝【華嚴宗】與【禪宗】。華嚴宗認為自然界唯有一理，此一理能在萬事萬物所分殊的萬象中得到體會。宋朝儒家朱熹首先以【太極】觀點來論述此【理一分殊】命題。朱熹並舉出【月印萬川】與【隨器取量】兩個例子加以印證。【月印萬川】說明:天上只有一個月亮，但在地面上所有江河湖泊所倒映的月亮，有成千上萬個。其實，月亮只有一個，此月亮就是【一理】，晚上因月光照射在萬川上，而【分殊】出成千上萬的月亮。另一例子【隨器取量】說明: 以杯子取水，隨杯子大小而取水量有多寡，隨杯子形狀方圓而取水成方形、圓形。此水乃是【一理】，杯子就是器，因器的大小、形狀差別，而【分殊】出所取水量的多少與水的不同形狀。朱熹可說是宋明理學思想之集大成者，尤其【理一分殊】哲理貫穿其整個哲學體系。