臺灣化學教育
Chemistry Education in Taiwan高中生化學交流：疫情下台日高中生的化學交流 / 許文綺
星期日 , 4, 9 月 2022 本期專題, 第四十九期 / 2022年9月 在〈高中生化學交流：疫情下台日高中生的化學交流 / 許文綺〉中留言功能已關閉高中生化學交流：疫情下台日高中生的化學交流
許文綺
高雄市立新莊高級中學
[email protected]
n 前言
在2021年暑假時，我和學生才剛比完競爭激烈的全國科展競賽後，同學都非常辛苦，想說終於可以鬆一口氣了，已經脫離不斷實驗和報告的可怕煎熬時，沒想到，我們竟然在八月收到了化學推動中心邀請參加台日高中生化學交流活動，這原本是一個日本國內高校化學研究發表競賽，像是我們的科展，2014年起增加了國際觀摩部分，邀請2支台灣隊伍和1支新加坡前往日本參加競賽，2020年受到疫情影響停賽，2021年賽事恢復，改採線上活動，受邀隊伍參加10/23下午海報交流，但因為線上舉辦，所以我們不用準備交流活動，主要是10/24的口頭報告，準備12分鐘英文報告和2分鐘問答，以3分鐘問答，賽事的準備部分，有化學推動中心的藹然老師全力協助。
收到化學推動中心的誠摯邀請，當下的感覺是一種對自己的肯定，能代表台灣參加國際賽事，對於學校和自我是一份難得的經驗和榮譽，但另外一方面，同學們都感到擔心和焦慮，因為深怕英文能力不佳，報告的不好，無法順利完成報告等等，不過最後，同學都順利完成這次的交流活動，並且都表示說這次活動雖然辛苦，但也是一個寶貴的經驗。
n台日高中生化學交流
一、研究簡介
在我還是剛考上高雄市立新莊高中的第一年的新進教師時，我和學校的呂台華物理老師一起合作，帶領三位學生：林威廷、李采澐、陳冠智一起嘗試科展的研究，由於我們做過藍瓶反應實驗，可利用搖晃使空氣中氧氣溶解產生氧化還原反應，於是便有了想要探討搖晃或振動等物理因素來控制化學反應，這個主題令我感到相當好奇，因此我們先去查詢資料，找到一篇很相關的論文（Hwang et al., 2020）作為參考，規劃設計實驗裝置來進行化學研究，讓液體的化學反應有類似像物理一樣產生漂亮的克拉德尼圖形，並找出其圖形的規律。
剛開始實驗時候，面臨到的最大問題是調配藥品，要調到可以掌握反應變色時，轉換變色時間需要調控好，不能太快或太慢變色，才可以觀察到明顯顏色變化，調完濃度後，再來是調整反應條件，像是底部半徑、液面深度、振動頻率等等實驗條件，嘗試過程中，大部分做出的結果都是渦流或亂流的圖案，沒辦法得到一個穩定及整齊的現象，一直到寒假的最後幾個禮拜才做出規律的研究成果。
最後，我們終於試出可以讓溶液內同時存在不同顏色的氧化還原化學平衡態、酸鹼值的非平衡狀態的實驗條件。調整液體振盪頻率可控制氣體（如O2 和CO2）在水中的溶解，在溶液中產生不同的化學模式（如氧化還原態或酸鹼值之差異），藉由向氣液界面持續供應能量來控制溶液中的化學反應，讓溶液的表面呈現特定的圖案，將溶液狀態分離成具特定圖案的反應模態（圖1）。實驗中觀測不同共振模態時，所對應的特定頻率與駐波圖案，找出使溶液達成共振的決定因素和條件，並進一步探討其未來的應用。
圖1：台日交流活動由我們的英文摘要圖片擷取
二、台日高中生化學交流活動
（一） 英文摘要書寫
對於活動來說，以前都是參加國內的活動，全部都是以中文報告書寫，這次我們都是第一次參加需要全部使用英文的活動，對於學生最大的困難可能就是以英文去書寫摘要，以及製作英文報告內容，同學都是英文苦手，所以在中文報告轉換成英文遇到許多麻煩。首先，我們先創立一個雲端硬碟，裡面放有台灣歷屆參賽的小組摘要和報告當作範本參考，並且，我們也把我們的科展作品中文說明書以及參考資料一併放上去，方便資料查詢比對。
我們訂定好時間規劃，開始寫英文摘要，並以信件方式與藹然老師來回修改摘要。後來我才知道，原來摘要的部分要符合國際發表的科學文章書寫方式，老師一直強調說：寫科學文章不是只有寫說我們做了什麼研究？然後把研究數據上去，之後數據分析和歸納結論。而是要有故事性和邏輯性，我們會先放上一張主要的介紹圖片，讓大家第一眼看到圖片之後，就有初步認識我們的內容。開始介紹的部分，在內文中介紹這個研究主題的背景來源，動機目的（如因為氣候變遷，能源缺乏等原因，讓我們想要去做能源有關的研究探討），讓讀者知道來龍去脈，會覺得這個研究很生動有趣，很吸引人。主要內容的部分，要很有架構，有邏輯性去構思好內容，如把相同的實驗設計歸納在一起（像是我們把藍瓶反應一系列實驗設計都放在一起，如不同容器形狀、液體深度、振動頻率，但是都是歸納放在第一部分的藍瓶實驗內容中），並且要讓不同的實驗變因中有連貫性（後續做了酸鹼指示劑部分探討，和第一部分藍瓶實驗分開，但一樣環環相扣主要主題），參考資料須符合國際的書寫方式去引用。透過跟藹然老師互相修改英文摘要過程中，學生表示學到了正式科學文章的書寫格式，這些確實都是同學未來到研究所時，書寫碩博士論文、科學文章時一項重要的能力。
（二） 英文報告投影片
英文報告內容會跟投影片內容相關，製作投影片的同時，也是會符合我們在口頭上的報告的邏輯次序，投影片內容上，要有大綱說明研究內容架構（表1），主要的研究內容會多使用圖片動畫、影片來呈現，因此，我們把很多研究內容都用電腦繪成圖形，介紹實驗流程是做一系列的圖片動畫，甚至我們在於某些地方會穿插實驗影片來讓報告更活潑生動，最後放上幾張投影片介紹高雄和我們學校特色給他們。
在開始報告時，我最擔心的是學生的口頭報告，因為我和學生英文能力有限，口頭表達能不佳，最怕如果日本教授用英文提問時，學生不容易應對。藹然老師表示說：英文提問只能靠學生現場的臨場反應，畢竟提問的問題是不可預測的，但是老師有安排試講，有藹然老師和詹益慈教授線上討論幫我們訓練英文，由於疫情的關係，線上活動可以不用直接面對到台下觀眾，在報告壓力確實小很多。
表1 英文報告投影片內容架構（報告12分鐘 2分鐘QA）
（三） 報告當天
台日交流活動有兩天，第一天禮拜六是海報報告，有很多線上小會議室有日本學生們的研究報告，我們可以各自挑自己有興趣的主題去加入會議室中聽日本學生們報告，也可以在他們報告完後進行Q&A，活動這天也是高三生的英聽大會考，高三的兩位同學去參加考試，直到下午才來參加活動，不過他們都有嘗試在線上跟日本學生們互動，雖然沒辦法實體見面交流，但是透過線上的問答交流也是相當有趣。
當日演講時，我們都相當緊張，重複確認好講稿以及練習口頭報告，沒想到，意外還是發生了，我們在進入視訊分享畫面出了一些問題，所幸有即時解決，耽誤了一兩分鐘克服解決設備上的問題，也順利完成報告（圖2、圖3）。不過最後到了Q&A時，面對教授的英文問答，還是手忙腳亂不知所措，但有努力試著聽懂，找出答案回答，教授有問到一些好玩的問題，像是說：「如果用真正的音樂的話，會發生什麼事？」，不過可惜我們同學沒聽懂英文提問的意思，對於同學來說，以英文溝通對話也是讓人印象深刻的經驗，報告完後，同學都表示自己英文能力需要再加強，之後會努力去增進自己的英文能力。
最後頒獎典禮時，活動主持人在一一頒獎給日本參賽學生後，看到評審念到得獎組別時，每組得獎的同學都相當激動，有些同學高興雀躍，有些則是感動落淚。得到最大獎項的兩個隊伍，一個來台灣參加國際科展，一個去新加坡國際科學青年論壇。最後，主辦方也有致謝海外的同學來參與這次的活動交流，並有再一次請同學發言表達活動參賽心得。
活動結束幾個月後，我們收到日方寄送過來學校的一面獎牌以及每位同學都有活動證明獎狀（圖4），除此之外，更有一些精美的紀念品，如化學資料夾、元素週期表、胸針等，同學收到從日方寄來的禮物後都相當開心，這些禮物都是相當的獨一無二，而且具有紀念的價值性，都是同學辛苦參加活動的證明。
圖2：當天線上活動演講報告狀況
圖3：當天線上活動演講報告狀況
圖4：參加活動的同學（左：林威廷、中：李采澐、右：陳冠智）
收到到由日本主辦方寄來的台日交流的紀念品及獎狀、獎牌
n 結語
一、活動心得
以往的台日交流活動時，可以直接到日本當地參加這場盛大的活動，並有人引導參觀日本的古蹟或博物館，同學們都相當期待能夠出國去日本玩，很可惜疫情的關係都被取消了，改採線上活動，雖然我們對於沒辦法去日本感到婉惜，但這也是難得的經驗，在直播下，以線上報告方式參與這場日本交流會，也看到許多日本方許多有趣的研究。日本有許多參賽的組別都是在學校內社團活動做的，學生基於自己對化學有興趣去做研究，在許多組別得獎時候那種欣喜若狂心情，可以展現他們對於化學研究全心全意付出和投入，實驗的精神態度都值得我們學習。
我們三位學生的部分，他們都很高興能被邀請參加這次的交流，這真是一段令人難忘的回憶，透過這次經驗我了解到自己不管是報告還是英文能力還有很多的不足，準備這場交流賽時，每位學生一直對英文能力不好這件事，感到十分苦惱，寫講稿的時候無從下手，尤其口語能力也是一個大項，可是當他們真的靠自己的努力去完成活動後，他們自己的能力上有所進步，而且當交流賽進行時，觀摩其他學校的學生報告，讓他們開闊了視野，這雖不是一場完美的講演，但他們也因此學到了更多。
這次活動也是我第一次參加國際的科學活動，很榮幸能受邀參加台日交流比賽這項活動，覺得十分開心，在準備的過程中相當辛苦，陪學生們要把投影片跟講稿從中文轉換成英文，是一項十分艱辛的挑戰，幸運的是學生家長和學校方都全力支持這次台日交流活動，學生們也很積極投入，並且有台大的藹然老師陪同下，幫忙我們許多投影片的細節內容，每次跟老師討論細節時，同學和我總是能學到很多，了解到說如果要到國外比賽或參加科學活動交流時，需要注意英文格式及科學論文寫法，如何帶領學生訓練報告方式，在未來從事高中化學教學上，給我了很多收穫和啟發，我和學生是真心喜愛這個科學盛會，提升視野與和樂氣氛都很棒，也因此認識了好老師，日本學生和教授，會讓人有想要積極往前的動力，也絕對是學生一輩子的難忘經歷。
活動之後，我們的研究有被日本報社報導(圖5)，英文摘要被公布於網站上，更引起我們引用的參考資料中韓國論文作者的興趣，作者寫信與我們分享他的在做這個研究內容，詢問我們如何調配溶液的配方和實驗上的一些細節。他也有在化學教育上發表文章，並分享給我們。隔年，我們看到這位韓國作者發表了一篇新的研究論文（Lee et al., 2022），內容有參考我們實驗方法，沒想到這次台日交流，也變成了台日韓交流，更有如此意外美妙的小插曲，也推廣了化學，也讓全世界進一步看到我們的研究。
圖5：讀賣新聞2021年11月24日，台日交流活動的報導。
圖片取自：http://www.gracon.jp/gc/gracon2020/category/news/
n 參考資料
Hwang, I., Mukhopadhyay, R. D., Dhasaiyan, P., Choi, S., Kim, S. Y., Ko, Y. H., Baek K., & Kim, K. (2020). Audible sound-controlled spatiotemporal patterns in out-of-equilibrium systems. Nature Chemistry, 12, 808–813. https://doi.org/10.1038/s41557-020-0516-2
Lee, I., Hwang, I., Mukhopadhyay, R. D., & Kim K. (2022). Journal of Chemistry Education, 99, 1539−1544. https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.1c01146
高中生化學交流：難忘的科學之旅 / 李承典、張簡琦麗
星期六 , 3, 9 月 2022 本期專題, 第四十九期 / 2022年9月 在〈高中生化學交流：難忘的科學之旅 / 李承典、張簡琦麗〉中留言功能已關閉高中生化學交流：難忘的科學之旅
李承典、張簡琦麗
屏東縣立枋寮高級中學
[email protected]
n 紮根枋寮
說到枋寮，或許你會想起余光中「車過枋寮」這首詩，這裡是南迴鐵路的起點，是一個位於屏東南邊的偏遠小鎮，靠山面海，風光明媚，民風純樸，居民大多以農漁為生，在民國90年，政府考量本地學子就學不便，因此將枋寮國中改制為完全中學（即現稱普通型社區高中附設國中部），讓本地學子，能免去舟車勞頓，在枋寮接受六年一貫的高、國中教育。
本校學子組成多元，除了普通生，更有為數不少的新住民子女、原住民學生以及弱勢學生，所占比例超過1/2，因此更加凸顯學校教育的重要性。本校多年來積極爭取外部資源、申請各類計畫、充實校內軟硬體設備、發展多元適性課程、雙語教育及國際教育，持續努力縮小教育資源的城鄉差距。
為鼓勵學生在多元學習上有更多的嘗試與體驗，學校積極與大學端做連接與互動，引入大學資源，協助學生進行深度的學習探索與研究，有機會跨出枋寮，擴展學習視野。真的很感恩，這些一路陪伴著我們成長的大學教授們，無私的奉獻，成就偏鄉學子的科學夢。
n 放眼世界
國際教育是本校發展的重點之一，我們希望枋寮的學子，不因地域限制，侷限了自己的視野，因此，從參加iEARN國際教育專案計畫，與巴基斯坦學生視訊交流開始，邁出了國際交流的第一步。而過去每年德國斯圖佳高中學生來訪，學生從一開始的羞澀，到能夠用簡單英文與外國學生交談、介紹臺灣的生活、文化、美食…等，甚至能帶德國學生逛夜市、逛廟會，融入本地生活。隨著國際教育2.0與雙語教育的教育政策，這幾年與國外的學校互動機會增加了，透過線上姊妹校學生的視訊交流及辦理日本、韓國與東南亞的國際教育旅行，為學生建立起與世界接軌的橋樑。
科學與科技教育也是本校發展的另一個重點項目，科技部高瞻計畫提供我們許多的資源來發展科技教育課程，學生的課程成果，也成功在 [日本科學競賽和論壇] 2017-KISF & Tsukuba Science Edge 2017，進行口頭與海報發表。同時學生在綠色化學領域研究的成果，也受邀參加日本第十四屆高中生化學競賽，與來自日本、新加坡的學生進行科學交流！在此之前，我們從來沒想到能夠有這樣的機會，用科學帶領學生站上國際的舞台！
本文就從此次參加日本第十四屆高中生化學競賽談起，與讀者分享教師及學生的收穫與改變。
n 夢想的起點
高中生從事科學研究一直以來，是許多學校努力的方向，除了給學生從事研究的機會以外，也增加了學生在多元學習與參與競賽的機會，然而對枋寮這樣的偏鄉學校，是非常難能可貴，除了地處偏遠以外，更缺乏的是設備與資源的提供，回首學生一路的研究過程中，無比的艱辛與充滿挑戰，最後能夠從地區競賽一路到全國科展榮獲高中組化學科第一名，就像是在未知的世界裡找到更棒的視野，我們都像是踩在巨人的肩膀上，渴望發現巨人遺漏的美景。
更開心的是，學生的研究成果獲得青睞，收到日本第十四屆高中生化學競賽的邀請，此次我們以材料與綠色化學領域的主題參賽，進行口頭發表，作品主要研究：使用不同型態的鈀金奈米觸媒催化劑，用以提高燃料電池的效率。透過這個實驗，不僅可以觀察不同型態鈀金奈米催化劑的結構，還可以進一步發現哪一種催化劑的比例，擁有最高的催化活性及穩定性，對於減少污染和保護地球的想法可以有實際的作為(陳映沂、陳姿鳳，2016)。
n 豐碩的科學之旅
日本第十四屆高中生化學競賽由名古屋大學主辦，來自海外的團隊，包含臺灣還有新加坡華僑中學的師生，在為期一週的行程中，除了研究發表的重頭戲外，主辦單位也規劃了精緻專業的參訪共學行程及文化體驗活動，包含名古屋市立大學（醫學院）、高科技磁浮列車展示館、鐵道館、名古屋科學館、豐田產業技術紀念館、熱田神社、名古屋城…等參訪體驗行程，並與名古屋市立向陽高校學生進行科學交流。
圖1：向陽高校分享會發表。 圖2：向陽高校學生準備的摺紙體驗。
（照片提供者：李承典） （照片提供者：李承典）
名古屋市立向陽高等學校是日本文部科學省（MEXT）指定的超級科學高中(SSH)，學校規劃了研究成果分享會，進行學術交流，也是我們此次正式發表的前哨站(見圖1)。在分享會中，向陽高校參與發表的學生們，以流利英文說明研究成果，言談中所展現對科學研究的熱忱與專業、自信的態度，令我們留下深刻的印象，過程中臺灣的學生也透過介紹在地家鄉的美食與文化讓向陽高校的師生瞭解臺灣。分享會後，向陽高校學生安排古箏彈奏、摺紙體驗(見圖2)與劍玉比賽，拉近了彼此的距離，也留下聯絡方式，讓彼此都有機會在社群平台中，關心在不同國度裡，生活與學習的點滴。
在名古屋市立大學的參訪行程中，理學研究科田上英明教授，特別安排我們旁聽一堂生命科學的通識課程，教授以全英文授課，搭配精彩的簡報內容及豐富的肢體語言，對老師而言，是一場非常棒的EMI雙語教學觀摩。在名古屋大學醫學院中，我們體驗外科縫合操作(見圖3)，並參訪了醫學院的實驗室(見圖4)，其中包含了抗癌藥物準備室，了解抗癌藥物製劑必須經過精密計算，在這個自動化的時代，科學家們開發出機械手臂去進行試劑的調配，不僅可以節省人力，也可以防止人為的污染問題。
圖3：外科縫合體驗。 圖4：名古屋大學實驗室參訪。
（照片提供者：李承典） （照片提供者：李承典）
來到Grand Contest的海報發表會場(見圖5)，相比於在臺灣科展的經驗，這裡更多的是和日本學生的交流。我們發現日本學生擁有非常豐富的創造力和想像力，也很擅長從生活中尋找研究題材(見圖6)。例如，其中一組研究是手工製作的塑膠食品模型，就像水果、蔬菜或炸雞一樣。他們之所以做這個實驗，是因為他們覺得食物的模型非常可愛和吸引人，所以他們想自己做。就像田上教授所說：「我們不知道答案，所以我們才研究它。」，雖然是從很簡單的一個小模型發想，但透過團隊討論和不斷的研發改良，做出大家心目中理想的作品，這不正是108課綱探究與實作課程的精神！
圖5：Grand Contest海報發表。 圖6：有趣的自製粉筆探討。
（照片提供者：李承典） （照片提供者：李承典）
雖然有了先前所累積包含區賽、全國賽以及臺灣國際科展的報告經驗，但這次為了準備Grand Contest的口頭發表，國立臺灣大學科學教育發展中心陳藹然博士，多次南下枋寮，親自指導學生簡報製作、口語表達及儀態，以多年競賽指導之經驗，讓學生接受完整的培訓，而當天在發表會場的表現，的確也令人感動與刮目相看，來自偏鄉的學子，能夠站上國際舞台，除了以流利的英文、絕佳的默契完成簡報，在會場面對日本教授提問，更能自信穩健地以英文回應，獲得滿堂喝采(見圖7、圖8)。那一刻我們堅信，只要給予充分的資源，不受地區的局限，偏鄉學子的表現，絕對是可以令人超乎想像。回到臺灣後，學校也安排二位同學在週會時，以英文再作一次簡報，並分享海外交流點滴，她們所展現的成果令人驚艷，激勵了校內學生學習英文與科學的興趣，有意願參與科學專題研究的學生，每年參與人數持續增加，而且形成傳承，在校內形成一股良好的科學研究風氣。
圖7：Grand Contest作品口頭發表。 圖8：由主辦單位授獎。
（照片提供者：李承典） （照片提供者：李承典）
n 這只是開始
這二位參與海外交流的學生，畢業後就讀臺灣大學藥學系與清華大學化學系，當初她們提到了一段話：「我們很幸運有這樣的機會，將研究成果分享給日本的同學，我們想告訴大家，我們來自臺灣的偏鄉小鎮，那裡是一個很美的地方，有一個非常支持我們探尋科學夢想的學校，高中生活因為有這些經歷而更加的充實豐富。科學是推動世界進步的原動力，我們希望所有熱愛科學的人，都能在學習的過程中，享受知識帶來無窮的樂趣，以及努力讓地球變得更乾淨，未來變得更美好。」有了這次的經驗與學生努力後帶來的成果，讓我們深切的了解，哪怕只是從枋寮這樣的小角落出發，沒有什麼不可能的事，這也激勵著我們有更大的動力，帶領著學生持續往科學的道路邁進。
n 致謝
幾年後再回憶起這一段過程，仍是滿懷著許多的感動與感謝，在海外交流期間也同時與來自台北和新加坡的同學一起學習，這一週來的點點滴滴，對學生來說是非常特別的經歷，讓她們更堅定未來努力的方向。非常感謝名古屋市立大學教授團隊以及向陽高校的熱情接待，提供這麼棒的舞台，讓學生分享科學研究的成果，最後非常感謝國立臺灣大學科學教育發展中心以及陳藹然博士的協助，在此謹深摯謝忱。
n 參考文獻
1.陳映沂、陳姿鳳(2016)。全國中小學科展作品第56屆高中組化學科。https://www.ntsec.edu.tw/Science-Content.aspx?cat=12947&a=6821&fld=&key=&isd=1&icop=10&p=7&sid=13079&print=1
銀奈米粒子的微量合成和鑑定
楊水平
國立彰化師範大學化學系
n 簡介
本實驗的目的是透過化學還原法來微量合成銀奈米粒子（silver nanoparticles），利用氫硼化鈉（sodium borohydride）當作還原劑，還原銀離子（Ag+）成為金屬銀（Ag）。氫硼離子（borohydride ions）也當作穩定劑用於分散銀奈米粒子，並使用PVP當作穩定劑。本實驗的微量鑑定方式有廷得耳效應、繞射、聚集、穩定和光譜分析等。為節省藥品用量和保護生態環境，本實驗採取微量實驗和一鍋合成法（one-pot synthesis）；為避免用過的器材造成的污染，直接使用未用過的樣品瓶和PE滴管。
n 實驗原理
一、 奈米材料及其特徵
奈米（Nanometer, nm）是表示長度的單位或尺度，1奈米（nm）等於1微米（μm）的1/1000，也等於10‒9 m。通常，奈米用於表示原子或分子等級的粒子大小或電磁波的波長，例如：銀原子的直徑為0.288 nm，能引起尿結石的細菌最想直徑為50nm；病毒的大小範圍為20-250 nm，可見光範圍約為380-750 nm，紫外線的波長為200-380nm。奈米等級的物體肉眼和光學顯微鏡看不到，需要用電子顯微鏡才能觀察到。奈米材料就是指是指在三維度中至少有一維度處於奈米尺度（介於1-100 nm）或由奈米尺度範圍的物質為基本結構單元所構成的材料的總稱。銀的原子半徑為0.28 nm，假設銀奈米顆粒球形的直徑範圍為1-100 nm，銀原子的數量從30至3.0 × 107個原子。
奈米材料出現兩項重要的特徵。其一為表面原子數激增：與相同質量的巨觀材料相比，奈米等級材料的表面積對體積的比例激增。在1947年，第一代電晶體的尺寸在1 cm以上，在iPhone 11的Apple A13擁有85億個電晶體。現今，一個電晶體長度不到5 nm，縮小程度超過第一代約200萬倍。曾經是世界第一高樓的臺北101大樓，相當於其高度509米縮小到0.25 mm。通常較小的奈米粒子具有較高比例的表面金屬原子，導致較高的催化活性和更具化學反應性。其二為量子效應（Quantum effect）：不同於巨觀世界，量化效應中能量是連續的。當材料由巨觀縮小至接近於原子或分子層次大小時，奈米的能量分布由連續轉變為量化的狀態，從而明顯地影響奈米材料的許多性質。量子尺寸效應（Quantum size effect）是由”限制”的現象所引起的，並且在10 nm或更小的奈米粒子中更為普遍發生。在塊狀材料中，電子的移動被視為波狀，並且可以“自由”在原子之間移動。當縮小粒子為奈米大小時，電子波的空間範圍與粒子的大小相當，電子開始“感覺到”粒子邊界的存在並相應地調整它們的能量。透過這種方式，電子被“限制”在量子化的能階中。奈米材料呈現出量子效應有截然不同的特性，例如：鋁等穩定的材料是可燃的，矽等絕緣體則變成導體。
以光學特性為例，當奈米粒子足夠小時，其光譜吸收能量與奈米粒子的表面有很強的耦合，尺寸在2-10 nm的奈米粒子會表現出離子化的共振效應。這是由於奈米粒子的價電子（valence electrons）當照光時激發至能量較高的導帶（conduction band），然後該價電子的能量以光的形式自發性釋放而回到穩定的價帶（valence band）。這種共振效應通常稱為表面電漿子共振（surface plasmon resonace, SPR）或局域表面等離體共振（localized surface plasmon resonace, LSPR），如圖1所示。不同粒徑的奈米粒子具有不同的能隙大小，表面電漿子共振的能量也不同。（註：開啟圖1的圖片來源網址，雙擊綠色圖示，即可觀察到表面電漿子共振現象。）
圖1：表面電漿子共振的示意圖，左上圖為面極化入射光：波長520 nm，極化方向與短軸平行；左下圖為面極化入射光：波長520 nm，極化方向與短軸垂直；右上圖為面極化入射光：波長1000 nm，極化方向與長軸垂直，步伐生共振效應；右下圖為面極化入射光：波長1000 nm，極化方向與長軸平行，發生共振效應。
（圖片來源：圖解表面電漿共振，國立中正大學，https://bit.ly/3R7txGo.）
以銀奈米粒子的光學特性為例，當金屬銀研磨成為奈米級的大小後，用肉眼可見到其顏色由本來的銀白色轉變成黃色。銀奈米粒子變為黃色是因為此奈米粒子吸收可見光（380~750 nm）中的410 nm波長（藍光），而見到其互補色（黃色），並且吸收藍光的能量與銀奈米粒子表面引起耦合而發生共振效應，使得銀奈米粒子表面的自由移動的電子雲（electron cloud）被極化，亦稱表面電漿子（surface plasmon）或稱表面電漿極化子（surface plasmon polariton）被極化，隨著光波的吸收波長而來回震盪，而發生奈米粒子的共振效應。
銀奈米粒子已廣泛應用於家用器具、醫療保健行業以及食品、環境和生物醫學，例如：在生物和生物醫學的應用抗菌、抗病毒、抗發炎、抗癌和抗癌症等。此外，銀奈米粒子有良好抗菌能力，成為使用最廣泛的殺菌奈米材料，例如：紡織品、冰箱表面和個人護理產品。一般而言，銀奈米粒子大多與二氧化鈦一起作為化學反應的催化劑。
二、 銀奈米粒子的合成
銀奈米粒子合成方法有物理和化學方法，化學方法包括：沉澱法、微乳液法、化學還原法、及電化學還原法。其中以化學還原法最為廣泛，此反應是銀離子還原成為金屬銀，例如：硝酸銀（silver nitrate, AgNO3）當作氧化劑，使用適量的硼氫化鈉（sodium borohydride, NaBH4）當作還原劑，並且用過量當作穩定劑。其反應如式[1]所示。
2AgNO3(aq) + 2NaBH4(aq) → 2Ag(s) + H2(g) + B2H6 (aq) + 2NaNO3(aq) [1]
（還原劑） （銀奈米粒子）
為節省藥品用量和保護生態環境，本實驗採取微量實驗和一鍋合成法（one-pot synthesis）；為避免用過的器材造成的污染，直接使用未用過的樣品瓶和PE滴管。此外，裝在小樣品瓶內實驗畢未用完的銀奈米粒子溶液，學生可以帶回家永久保存。
三、 銀奈米粒子的鑑定
(一)廷得耳效應（Tyndall effect）
廷得耳效應（Tyndall effect）是指當一束光線透過膠體（如銀奈米粒子溶液），面相入射光的垂直方向，肉眼可觀察到膠體裡出現一條明亮光束的散射現象。若光束照射到物體的尺寸大於入射光的波長，則光線發生反射，如圖2的「反射」示意圖所示；若照射物體的尺寸小於或等於入射光的波長，則光線發生的散射，如圖2的「散射」示意圖所示。
圖二：光照射到物體的交互作用：穿透、反射、折射、繞射、吸收、散射的示意圖。
（圖片來源：楊水平，2022）
在化學上，膠體的粒子直徑（1-1000 nm）介於溶質粒子（< 1 nm）與懸浮液粒子（1000-10000 nm）之間。當可見光（波長380-750 nm）照射到膠體(或溶膠)時，可觀察到光波環繞微粒而產生明顯散射，如圖2的「散射」示意圖所示。由於真溶液（true solution）的粒子小於1 nm，以致光線的強度隨粒子體積的減小而明顯減弱，而導致對光線的散射作用很微弱，光線幾乎直接穿透，如圖2的「穿透」示意圖所示。懸浮液的粒子較膠體的粒子為大，是一種可以沉降的非均相流體，當可見光照射到懸浮液時，光線大多呈現反射，如圖2的「反射」示意圖所示，只有少部分粒子具有廷得耳效應。使用雷射筆的紅光照射銀奈米粒子溶液和硝酸銀溶液，藉由廷得耳效應可以區分真溶液、膠體或懸浮液。
圖3：銀奈米粒子（左瓶）有廷得耳效應，而硝酸銀溶液（右瓶）則無。
(二)繞射（Diffraction）
繞射（Diffraction）是指光束遇到障礙物（如光碟片）或小開口（如光柵）時發生不同程度的彎散傳播現象，形成幾何陰影區域的干涉或彎曲，如圖2的「繞射」示意圖所示。若一個障礙物的小開口放置在光源和觀察屏之間，則於觀察屏上會出現光亮區域與陰晦區域，形成明暗相間的繞射現象，如圖4所示。
圖4：紅色雷射光束穿過小圓孔後投射到觀察屏上的繞射圖案（左），來自寬度為四個波長的狹縫與入射平面波的繞射圖案（右）
（圖片來源：Diffraction, https://en.wikipedia.org/wiki/Diffraction.）
本實驗滴加銀奈米粒子溶液在透明玻璃上，乾燥後銀奈米粒子形成固體堆積物。利用雷射光照射，在暗室的觀察屏上可觀察到繞射的圓形圖案，如圖5右所示。
圖5：紅色雷射光照射到有銀奈米粒子固體堆積物時呈現較大的圓形圖案（左），而沒有銀奈米粒子堆積物呈現較小圖案（右）。
(三)聚集（Aggregation）
膠體和懸浮液分散在連續介質中，其顆粒大小的範圍在1~1000 nm之間。超過這尺寸的粒子可能從懸浮液中發生沉澱。奈米材料的尺寸範圍（1-100 nm）是在膠體和懸浮液顆粒的尺寸範圍內，這樣的粒子具有極小尺寸而導致高表面能。為降低表面能，此樣的粒子傾向發生聚集（aggregation）現象。科學家應用金奈米粒子與金屬離子混合會發生聚集的現象，透過簡單快速的比色法可檢測重金屬離子的濃度，如Cu2+、Co2+及Pb2+離子的濃度。
本實驗使用實驗當作聚集物，當銀奈米粒子溶液加入食鹽時，食鹽在水中解離的鈉離子與氫硼離子發生作用，進而造成負電荷層遭受破壞，使得溶液中的銀奈米粒子發生聚集現象，顆粒變大而沉澱析出，如圖6所示。
圖6：銀奈米粒子溶液在蠟層上形成兩顆圓球狀的液滴，左側未加顆粒狀食鹽（黃色），右側有加入顆粒狀食鹽（暗黃色）。
(四)穩定（Stabilization）
奈米粒子結構具有高表面能的熱力學不利因素。透過吸附顆粒表面周圍的穩定劑，可以分散並穩定奈米粒子的結構。適當厚度的分散層對於穩定含有高濃度奈米粒子的膠體十分重要。厚的分散劑層(穩定劑層)會導致顆粒周圍過多的排除體積，以致粒子不穩定；而薄的分散劑層，導致顆粒不穩定而發生粒子聚集。這兩種效應都會降低膠體中奈米粒子存在的最大濃度。
本實驗合成銀奈米粒子，使用過量的氫硼化鈉（NaBH4）當作還原劑，過量的氫硼化鈉在水中會解離出氫硼離子（BH4‒）當作穩定劑，導致銀奈米粒子均勻地分散在水溶液中。這分散的可能原因是銀奈米粒子表面的銀原子有空軌域（缺電子），氫硼離子帶負電（有多餘電子），兩者之間在銀奈米粒子的表面以靜電力相互吸引而包覆一層負電荷層；抑或氫硼離子解離成三氫化硼（BH3）和氫負離子（:H‒），:H‒有孤電子對與銀奈米粒子之間以路易斯酸鹼相互吸引而包覆一層負電荷層，形成穩定的銀奈米粒子溶液，如圖7左所示。
圖7：穩定劑與銀奈米粒子表面銀原子之間的作用，穩定劑為氫硼離子（左）和PVP（右），上面兩圖為示意圖，僅表示銀奈米粒子與穩定劑之間的作用，而不表示銀奈米粒子的大小與穩定劑的數量之間的關聯
本實驗也使用聚乙烯吡咯烷酮（Polyvinylpyrrolidone, PVP）當作穩定劑。PVP分散銀奈米粒子的可能原因是銀奈米粒子表面的銀原子有空軌域，PVP的氧原子帶有部分負電荷（有孤電子對），兩者之間在銀奈米粒子的表面以路易斯酸鹼相互吸引而包覆一層負電荷層，形成穩定的銀奈米粒子溶液，如圖7右所示。
(五)可見光光譜分析（Visible Spectroscopic Analysis）
透過紫外‒可見光譜儀（UV-Visible spectrometer），可測得合成銀奈米粒子的可見吸收光譜。進而找到最大吸收度的光譜波長，並且推知合成金奈米粒子直徑大小。可見光照射到銀奈米粒子溶液的吸收光譜，如圖2的「吸收」示意圖所示。
藉由文獻資料(見參考資料3)提供的銀奈米粒子不同粒徑大小的最大吸收度波長的光譜（見參考資料3），可以轉化成為最大吸收度波長與其顆粒大小的關係之趨勢線，如圖8所示。根據圖8的趨勢線，銀奈米粒子的顆粒越小，其最大吸收度的波長越短。若合成銀奈米粒子最大吸收度的波長為410 nm，則可透過趨勢線推知其顆粒大小為23 nm。抑或，藉由趨勢線的二元方程式y = 0.0108x2 + 0.173x + 400.67，若最大吸收度的波長y = 410 nm時，則其顆粒的大小x = 22.5 nm。
圖8：銀奈米粒子的最大吸收波長與顆粒大小的關係
此外，藉由光譜圖的吸收度最大一半的波峰寬度（The peak width at half the absorption maximum, PWHM）可以判定銀奈米粒子大小的均一程度，PWHM越小表示奈米粒子的大小越均一。圖9為銀奈米粒子溶液的吸收光譜圖，其最大吸收度為1.57，其最大吸收度的一半為0.785（1.57/2），此吸收度與波峰有兩個交點，高波長與低波長之差即為PWHM。低波長之處在375 nm，高波長之處在436 nm，此PWHM為436 nm – 375 nm = 61 nm。
圖9：銀奈米粒子的吸收光譜PWHM
(六)電子顯微鏡圖像（Electron Microscope Image）
藉由電子顯微鏡（Electron microscope）的圖像，可觀察到銀奈米粒子的粒徑大小和形狀。圖10左顯示由銀離子在腐殖酸（humic acid）溶液中形成的銀奈米粒子的穿透電子顯微鏡（Transmission Electron Microscope, TEM）圖像（添加顏色是便於清楚觀察），比例尺代表50 nm，此圖像中的銀奈米粒子的大小並非均一，其粒子形狀也非全部圓形。腐殖酸傾向於吸附在奈米顆粒上（此處可見為淡淡的雲），使之分散在膠體中。圖10右顯示銀奈米粒子的掃描電子顯微鏡圖像（Scanning Electron Microscope, SEM），比例尺代表2 μm（有10格，每格200 nm），此圖像中的銀奈米粒子的粒徑大小並非均一，其粒子形狀也有很大的差異。
圖10：銀奈米粒子的穿透電子顯微鏡（左）和掃描電子顯微鏡（右）圖像
（圖片來源：Silver Nanoparticles, https://bit.ly/3B01X8t; Scanning Electron Microscope Image of Silver Nanoparticles, https://bit.ly/3Avct66.）
n 實驗步驟
一、 銀奈米粒子的合成
使用未用過乾淨的PE滴管，滴加1.5 mL（30滴）新鮮製備的0.0020 M NaBH4（硼氫化鈉）到一個3 mL的玻璃樣品瓶中，此瓶無需清潔直接使用未用過。用附特氟龍蓋，緊緊地轉緊瓶蓋。放置此樣品瓶在一個50 mL燒杯的冰水浴中，使其冷卻。取出此樣品瓶，立即打開瓶蓋。使用PE滴管，立即滴加10滴（0.5 mL）0.0010 M AgNO3（硝酸銀）到此樣品瓶中，滴加速率約1秒1滴，並且滴加時需要搖晃。滴加完畢後，緊緊地轉緊瓶蓋，立即放入冰水浴中，直到溶液變成鮮黃色，如圖11所示。（Yang, 2013）【註：(1)硝酸銀溶液不可連續滴加，否則銀奈米粒子溶液會變黑；(2)燒杯的選用不宜過大且冰水浴水位不宜超過樣品瓶的高度，否則樣品瓶難以直立。】
圖11：冷卻樣品瓶並滴加硼氫化鈉溶液直至溶液呈現鮮黃色，右圖為左圖的放大。
二、 銀奈米粒子的鑑定
(一)廷得耳效應（Tyndall effect）
使用紅光雷射筆，直接照在兩個樣品瓶中含有合成銀奈米粒子溶液和硝酸銀溶液，觀察兩種溶液是否出現一道紅光光束。其操作方式，詳見圖3。
(二)繞射（Diffraction）
取一片乾淨的玻璃片或載玻片，在此片上距離1.5 cm處分別滴加2-3滴銀奈米粒子溶液。使用電磁加熱攪拌器，以微熱狀態，放置此片在加熱板的邊緣位置，慢慢地加熱直到溶液乾燥。在暗室中，用紅光雷射筆對準並照射銀奈米粒子形成固體堆積的區域，在屏幕上觀察是否出現紅光圓點放大。同樣地，雷射光照射到沒有銀奈米粒子堆積的區域，觀察是否出現紅光放大。其操作方式，詳見圖5。
(三)聚集（Aggregation）
取1/4張A4大小的白色紙（或影印紙），使用一小塊白蠟用力地塗上一厚厚的蠟（蠟層不可有孔洞而使溶液滲透到紙張）。在蠟層上距離約1-2 cm的兩處，用乾淨的PE滴管，分別滴加2滴的銀奈米粒子溶液，形成兩個圓球狀的液滴。在其中一顆液滴，加入少量的顆粒狀氯化鈉，觀察其顏色變化，並比較與另一顆液滴的顏色。其操作方式，詳見圖6和圖12。【註：進行聚集之前，不可加入PVP穩定劑。否則，聚集不易發生。】
圖12：進行銀奈米粒子聚集試驗的兩顆圓球狀的液滴
(四)穩定（Stabilization）
為了在穩定的條件下以利保存銀奈米粒子溶液，在樣品瓶中加入5滴約3%聚乙烯吡咯烷酮（Polyvinylpyrrolidone, PVP）當作此溶液的穩定劑，蓋緊瓶蓋子並搖動混合均勻。
(五)可見光光譜分析（Visible Spectroscopic Analysis）
取一支1.5 mL乾淨的塑膠比色管，用乾淨的PE滴管，加入10滴（約0.5 mL）銀奈米粒子溶液到該管中，並用蒸餾水進行等量稀釋。利用紫外‒可見光譜儀（UV-Visible spectrometer），測定合成銀奈米粒子的吸收光譜。透過吸收光譜，找到最大吸收度的光譜。然後，藉由最大吸收度的光譜，推知銀奈米粒子的粒徑大小，詳見圖8。再來，透過製作PWHM，推知自己合成的銀奈米粒子的均一程度，並與別人或他組比較是否較佳，詳見圖9。【註：(1)若已加入PVP穩定劑，則不必加入蒸餾水稀釋；(2)測量吸收光譜後，銀奈米粒子溶液可倒入樣品瓶中。】
(六)電子顯微鏡圖像（Electron Microscope Image）
依照穿透或掃描電子顯微鏡的操作手冊，自己實際操作或由熟悉儀器操作者操作電子顯微鏡。取得圖像後，觀察到銀奈米粒子的粒徑大小和形狀。【註：這實驗是可選的，視學校的設備而定。】
n 教學提示
l 教學時間分配：(1)講解實驗原理和實驗步驟：約20-40分鐘；(2)實驗操作時間：合成方面：約5-10分鐘，鑑定方面：約30-50分鐘（不含電子顯微鏡圖譜的鑑定）。合計時間約55-100分鐘，教師可依照學生的程度，安排教學時間的長短。
l 本實驗可與另一實驗由作者編寫的「金奈米粒子的微量合成和鑑定」合併，上課時間約100-150分鐘（不含電子顯微鏡圖譜的鑑定），可在3小時的實驗課完成。
l 教學流程：本實驗的教學流程可為先解說實驗原理再操作實驗，或先操作實驗（包含合成和鑑定步驟說明）再解說實驗原理。前者為傳統實驗室教學，後者為學生先做實驗對實驗變化現象產生好奇，進而激發學生對科學知識的學習興趣和渴望。
l 上課地點與對象：本微量實驗的操作容易，實驗用器材和配製溶液集中在置物箱，可帶到教室或室外讓國高中學生操作實驗。作者曾經指導學生在教室進行實驗，實施方便且順利。針對國中生，鑑定方面只做容易操作的廷得耳效應、繞射、聚集及穩定；針對高中生，鑑定方面可增加一項光譜分析。
l 硝酸銀價格：有一家商家販賣純度99%，1,260元╱25 g；18,375元╱450 g。有一家電商販賣（未標示純度），15,015元╱500 g；另一家電商販賣0.1 M溶液（試藥級），280元╱100 mL，280元╱500 mL。配製100.0 mL 0.0010 M硝酸銀，用0.017 g，以15,015元╱500 g計，其價格約0.5元；每位學生或每組花費0.0026元；以280元╱500 mL計，其價格約0.56元；每位學生或每組花費0.0028元。其實，本微量實驗硝酸銀的花費單價很低。教師可考慮實驗藥品兩倍用量，增加學生攜帶回家成品的用量。
l 樣本瓶價格：容量3 mL，一盒100個，有臺灣商家販賣一盒價格2,500元，每個25元；有一家境外電商販賣3 mL，一盒100個，新台幣500元，每個5元。兩家價格差異很大。若經費短缺且希望學生攜帶自己的實驗作品回家永久保存，教師可選購便宜的樣本瓶。
l 在合成金奈米粒子之後立即加入穩定劑PVP，可穩定期溶液而不易使之聚集而變黑。但是此舉不利於進行銀奈米粒子的聚集實驗。為成功完成實驗，教師指導學生時應該特別注意實驗步驟的附註。
l 實驗操作時，請學生注意安全防護，必須穿實驗衣、戴乳膠手套和安全眼鏡。
n 參考資料
1. Shui-Ping Yang, Microscale Synthesis and Characterization of Silver Nanoparticles in the Teaching Laboratory, 15th ACC (Asian Chemical Congress) Poster, No. 1318, Singapore, Augest 25-27, 2013.
2. Diffraction, https://en.wikipedia.org/wiki/Diffraction.
3. Silver Nanoparticles: Optical Properties, https://bit.ly/3QXDwxv.
4. Silver Nanoparticles, https://bit.ly/3B01X8t.
5. Scanning Electron Microscope Image of Silver Nanoparticles, https://bit.ly/3Avct66.
6. 圖解表面電漿共振，國立中正大學，https://bit.ly/3R7txGo.
7. 楊水平。金奈米粒子的微量合成和鑑定。臺灣化學教育。第48期，8月，2022。http://chemed.chemistry.org.tw/?p=42346。
n 學生實驗講義
下載學生實驗講義PDF檔—「銀奈米粒子的微量合成和鑑定」
高中化學教學經驗分享
曹淇峰
台北市立建國中學
[email protected]
n 前言
教書已進入第30年的我，很幸運在今年(2022年)獲得教育部師鐸獎的肯定，容我來分享一些高中化學教育的經驗，希望對年輕的高中化學教師擘劃人生藍圖，有一點點幫助。
n 回顧自我成長與學習，感念師恩
我來自彰化果農家庭。國二時，母親中風讓原本貧困的家庭更加雪上加霜！幸運的是，老師伸出援手，讓我的學習不中斷；從到處打工的果農之子，幸運考上臺灣師範大學化學系，在公費資助下完成學業，成為站在講台的化學教師，是教育與老師的愛翻轉我的生命！
化學的英文是Chemistry，拆解出來就是Chem is try，化學在不斷探究的過程中，保持小心求證，求真的精神，和杜威的「做中學」教育理論不謀而合。我們化學系畢業的學生，有一雙會做實驗靈巧的手，如果再加上溫暖的心、創新的腦，會是成就他人的最佳利器。
我曾經帶領台北市建國中學學生舉辦基隆山區小校的科學營，教導學生團隊合作，設計趣味的科學實驗，帶著小朋友一起做實驗，這些高中生們發現扶弱助困，奉獻愛心，原來不是遙不可及的事。回到學校，我請學生做些回饋反思，學生說「這是一趟給予的旅程，然而我們卻得到了更多」、「從孩子天真與好奇的眼神中，彷彿看到以前的自己。」學生們在合作服務學習中，找到人生的價值；在自己所服務的孩童身上，得到滿滿的回饋；感受到「豐盛的生命來自付出，幸福的滋味來自感恩」的喜樂。在班會課的時候，大家居然決議再辦一場，於是台北市中正區弱勢學童科學營誕生了。
在教育這方面，我的座右銘是「大合作，大成就！」同科教師合作教學，可建構完善的教學模式，多元的教學評量。不同科別教師合作教學，可建構學校的特色課程，提升學生學習層次。大學端若與高中教師合作教學，可以追求臺灣卓越，和世界並駕齊驅！
陪伴、感恩、合作是教學的日常，我們陪伴需要溫暖的學生，鼓勵學生做個施比受更有福的人，常懷感恩心，相信教育能翻轉生命，一同合作創造生命奇蹟，擔任教師可以是一生最大的志業。
n 國際化學奧林匹亞競賽讓世界看見臺灣莘莘學子的出類拔萃！
國際化學奧林匹亞(IChO)競賽已經是高中化學競賽的最高殿堂，是我國頂尖化學人才挑戰自我的國際舞台，美國、歐洲的名校更提供優厚獎學金供獲得金牌的各國學生就讀。這項活動從早期的交流為主，到目前已是各國科學教育角力的場合，近年來前幾名幾乎由美國、中國與俄羅斯包辦，臺灣表現優異，經常維持在前5名。
國際化學奧林匹亞競賽每年只能選拔四位國手參賽，競爭非常激烈，化學實作在國際化學奧林匹亞競賽中占分達到 40%，相當關鍵。基於安全考量，學生必須有教師陪伴，才能在化學實驗室進行實驗。二十多年實驗室的陪伴與指導，師徒一步一腳印傳承不只是技術，還有教育的愛。從優秀到卓越，學生們在獲得國際化學奧林匹亞競賽金牌的過程中，豐厚科學素養，開展自己潛能，未來能成為卓越的科學家，甚至改變世界。
負責訓練的國家教練團由大學教授們和一名高中教師組成，高中教師主要擔負學生輔導與試題翻譯打字工作，感謝歷屆主辦教授方泰山教授、姚清發教授、張一知教授的肯定與信任，讓我擔任國家教練團高中教師6次，指導學生榮獲國際化學奧林匹亞競賽6金1銀，同事說我是金牌教師，但我總覺得每次比賽都有一種使命感，大家一起讓臺灣囝仔站上國際頒獎台，讓世界看見臺灣莘莘學子的出類拔萃！如履薄冰的完成任務回國後，我也利用期刊發表（曹淇峰2015，2016）分享參賽經驗，期待更多後進加入國家教練團的行列。
n 教師專業精進，深植高中科學教育的根基
我建議高中化學教師要有自己的一套自編教材，集合各版本的優點，建立自己的教學脈絡，教學專業才能累積。我也認同閱讀的重要，閱讀是孩子帶的走的能力，新課綱的多元選修給了教師很大的開課空間，我曾經開了一門「科普寫作與表達」課程，現在建中則提升層次，將「專題寫作與表達」列為校定必修。這幾年，我開了一門選修課程「化學讀書會」，帶領學生經營讀書會，也頗有意思。現在的學生學習管道與方式都非常多元，我們老師們也要不斷的精進自己，多參加研習，多吸收新的教學方法，才不會被時代淘汰。
幾年前，我擔任國科會高瞻計畫子計畫二主持人 3 年，與邱美虹教授一起帶領建中師生研發探索式化學實驗課程，順應教育新趨勢，將食譜式的化學實驗變成探究式的化學實驗，首先開設選修課程，更在日本靜岡、台日雙邊科學教育(2014)與日本SSH高校進行二次國際課程交流。探究式實驗課程成為現在科學實驗課程的新思潮，108課綱也新增了必修課程自然探究與實作。
n 「六步一條龍教學法」發現問題，提升教學效果
教學方法琳瑯滿目，我最常用的是「六步一條龍教學法」（見圖1），也提供給新進教師參考，希望能幫他們快速上手應用在教育現場。首先「觀察」學生的表情或行為，聽學生提出的「問題」，「覺知」自己教學的不足與學生的困頓所在，再度對「同儕」旁敲側擊，確認問題所在，提出解決問題的「策略」，再藉由「學習環境」的力量輔助，因材施教，提高自己的教學成效。
圖1六步一條龍教學法
有一個學生Nathan雖然在校內化學競賽中筆試獨佔鰲頭，但實作成績卻墊底，「觀察」到這樣的現象，學生告訴我他的問題，他不會做實驗，但我們要「覺知」問題的所在。有一次做滴定實驗，我發現他眼睛看到指示劑變色，手卻沒辦法馬上關閉活栓，透過同學與媽媽的說法，才知Nathan是個安胎兒，先天感覺統合失調，手眼不協調讓他在實驗時感到無比挫折。我鼓勵Nathan：「實作能力可以透過練習來改善，老師可以陪你一起練。」我的改進「策略」是多做實驗，而「學習環境」是化學實驗室與管理員。基於安全考量，一定要有教師在場，學生才能做化學實驗，我與實驗室阿姨，陪著Nathan度過無數次的午休、放學時間，有時只為了修正一個動作，Nathan反覆練習10 次以上，苦不堪言。Nathan的堅毅加上篤信基督教，讓曾經失落的他，慢慢走出低谷。感謝上帝，一年後Nathan真的成為國際化學奧林匹亞國手，榮獲金牌為國爭光。Nathan深信「你手若有行善的力量，不可推辭，就當向那應得的人施行」，他目前已是臺大醫院主治醫師，造福社會。
成功不必在我！成功的制度比成功的人更重要！我們在教育現場，要注重長遠可行制度的建立，例如建中化學科教師團隊合作，共備同年級的課程計畫、共同編製化學實作教材計畫、教學評量聯合命題審題計畫、校隊培訓計畫、擔任特殊班任課教師輪替制度、課程研發計畫…，讓每個學生進來這個學校就讀，遇到的不只是好老師，更是好團隊。除了努力之外，我鼓勵老師們選擇一個值得你投入的團隊，更容易成功。
n 偏鄉服務，提升中小學學生科學實驗操作能力
「提升學生實驗操作能力」是一個難度很高的計畫，該計畫主持人臺灣師範大學(簡稱台師大)姚清發教授，也是中央輔導團自然領域召集人，用心規劃面面俱到，從教師、大學生與中小學學生三方面同時展開（見圖2）。自108年迄今，利用周末在臺灣各縣市辦理提升實驗操作能力計畫教師研習營超過30場，參與化學研習教師超過400人。大學生研習營部分，每年培訓一百多位大學生暑假至全台各地中小學辦理科學營隊，每年受惠的中小學生超過千人。中央輔導團自然領域團隊也直接辦理中小學生的提升實驗操作能力研習營，主要對象是學習或經濟弱勢的學生，在台師大辦理超過 6場，偏鄉5 場，離島5 場，參與研習的優先關懷、偏鄉、離島學生超過4000人（姚清發2019-2022）。計畫目前持續進行中。正所謂「大合作，大成就！」我在裡面雖然只是一個小小的講師，但是每每看到計劃能有這麼多人受益，看到參加研習的教師、大學生們即使犧牲周末、暑假假期，研習後學員們滿滿的肯定和感謝的神情，心靈上真的是莫大的成就。在此特別感謝長期投入提升中小學科學教育的姚清發教授，邀請我加入偏鄉服務的團隊，讓我有機會貢獻己力。我曾是苦孩子，我希望臺灣的苦孩子有機會像我一樣，走出困頓。
圖2（左）周末教師研習營 （右）中小學生營隊
n 杏壇深耕三十載，一步一腳印的美好歷程
我非常感謝學校的行政團隊，堅持「行政支援教學」理念，全力奧援老師們精進教學，化學實驗室謝小姐20幾年來的盡心協助，讓我得以盡情發揮所長，協助學生們得以全心投入為國爭光。
行政支援教學，我也曾擔任支援教學的行政團隊，設備組長、科學班班主任、資優班召集人，在化學課堂以外，支援其他為校為國爭光的教練與選手們。教師會研發組長、自然科召集人、教學輔導教師，聯絡教師感情與年輕教師夥伴一同成長。北市科展評審、教師甄選委員、國中基測推動委員、大考中心試題分析教師、高中輔導團教師、受邀國中講座等，一同為教育奉獻心力。
年少的困苦環境讓我不得不讀公費的師範體系，想不到教師工作一做就是30年，春風化雨的滋味人人感受不同，我鼓勵年輕的教師們，相信現在遇見的，都是上天最好的安排。今年獲學校推薦參與評選，回想教育翻轉生命，創造生命奇蹟的歷程，深深感受教師可以是一生的志業，一生的責任與榮譽。
身為高中化學教師的我，只有教材是我自己編的，學生是我陪伴的，而所有的榮譽都是團隊的成果，扶弱與拔尖是「大合作，大成就」的印證，教師可以鼓勵學生做個施比受更有福的人，因為「奉獻的生活，是最富足的生活」！
n 誌謝
感謝臺灣化學教育主編邱美虹教授的邀請，非常榮幸在本刊與教育界生力軍們分享高中化學教育經驗，希望大家持續保持對教育的熱情與初衷。
林肯總統說過「我不一定會成功，但我定不會辜負我所擁有的」，我很幸運，擁有紅樓才子、擁有建中化學教學團隊、扶助提攜我的貴人們，感謝教育部與國際化學奧林匹亞國家教練團成員們，讓世界看到臺灣學生的卓越，讓國際看到臺灣教師的優秀。
感謝臺北市政府教育局評審委員推薦與肯定，得到教育界最高榮譽「師鐸獎」的鼓勵，讓我們的團隊努力受肯定。
謝謝30年來與我相遇的所有學生，你們都是我生命中美好回憶的一部份，希望我在你們的心中一直是那個「和藹可親，有您就安心」的CFT（見圖3）。
圖3 畢業學生致贈的「好讚」講座，將我的英文名字CFT翻成Considerate Friendly Teacher 。
「你來自哪裡不重要，重要的是你要往哪裡去？」，年輕教師的熱情是教育的活力泉源，期待你們一起帶領學生們成就他人，創造生命的奇蹟。
n 參考資料
曹淇峰(2015)。國際化學奧林匹亞對高中化學教育的影響。臺灣化學教育。第10期。2015年11月。
曹淇峰(2016)。青蒿素。科學研習。APR 2016。NO55-04。
姚清發(2019-2022)。提升國民中小學自然領域實驗操作能力計畫成果報告。教育部國教署。
第四十八期 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
[email protected]
為慶祝聯合國宣稱的「基礎科學促進永續發展國際年」(International Year of Basic Sciences for Sustainable Development, IYBSSD)，由國科會自然處指導，國立臺灣師範大學、臺灣大學、成功大學、化學會和物理學會共同主辦的開幕式選擇8月15日在臺灣最大的海洋調查研究船勵進號上舉辦開幕典禮，來自政府單位和學術單位的人員集結在基隆港碼頭一艘由女性擔任船長的勵進船是具有特殊的意義，這是第一次大型活動在勵進船上辦理。一方面彰顯臺灣重視藍色經濟的推動，另一方面，特選於由臺灣首位女性擔任船長的最大科研船進行啟動儀式，凸顯女性亦可在科學領域佔有一席之地。此次透過開幕來宣揚「扎根科學，永續臺灣」的目標以及活動四大核心訴求「科學平權、科學啟蒙、全民參與、國際連結」，並由總統蔡英文女士鳴笛啟航，響應國際以基礎科學提供解決和開創永續的未來。
開幕式中除長官致詞，活動計畫主持人(本人)做報告外，還有一個橋段就是中央大學物理系楊仲準教授的地磁量測，楊教授帶著偏鄉的小學生和來自全台各地的教師進行現場和線上同步量測地磁，這樣收集的資料未來也將和阿根廷的師生合作分享資料，展現科學無國界、科學零距離。會中阿根廷教授也是國際純粹與應用物理學聯合會(IUPAP)委派理事長Silvina Dawson教授亦錄製影片致詞祝賀活動順利圓滿，也期待雙方在地磁活動上的合作。另一項則是由成大材料系李旺龍教授負責的一分鐘城市科學節介紹影片。整個活動令人感到相當溫馨且彰顯IYBSSD強調婦女參與度和能見度的提升及基礎科學作為國際對話與和平的來源。
此次專刊主題有二，一是慶祝中國化學會成立90周年，另一是由臺灣大學化學系佘瑞琳講師擔任特約主編的「大學化學實驗課程設計與線上教學」。前者包括回顧與展望化學教育相關的學術與推廣活動、論述微觀到巨觀世界的互動、從PISA看科學素養、金奈米和銀奈米的實驗設計設計與運用、化學實驗到探究式文本的應用。後者則是以全國第一次的化學實驗課程設計線上交流會的成果報告為主，當日線上參與者有百餘人，能齊聚一堂共同研討大學化學實驗，實在是令人相當振奮。
與勵進號黃久倖船長合影(2022/08/15)
《臺灣化學教育》第四十八期（2022年8月）
目 錄
n 主編的話
- 第四十八期主編的話／邱美虹〔HTML｜PDF〕
n 特別專題【專題主編／邱美虹】
- 中國化學會90周年特刊／邱美虹〔HTML｜PDF〕
- 化學教育之見聞行 / 邱美虹〔HTML｜PDF〕
- 從微觀到巨觀:由DNA來看世界 ／洪文東〔HTML｜PDF〕
- 從PISA看台灣的科學教育／林煥祥〔HTML｜PDF〕
- 金奈米粒子的微量合成和鑑定／楊水平〔HTML｜PDF〕
- 分析主張對立的科學文本─培養社會性科學議題的論證能力／陳品吟、林淑梤〔HTML｜PDF〕
n 本期專題【專欄主編／佘瑞琳】
- 大學化學實驗課程設計與線上教學 / 佘瑞琳〔HTML｜PDF〕
- 大學化學實驗課程設計與線上教學：合成阿司匹靈—跨越高中到大專、化學到醫藥、實體到遠距／羅珮綺、許智能、林雅凡〔HTML｜PDF〕〔教材、營隊學習單1、 2〕
- 大學化學實驗課程設計與線上教學：有機化學實驗與遠距教學課程設計／何桂華〔HTML｜PDF〕
- 大學化學實驗課程設計與線上教學：大學基礎化學實驗後之選修實驗課的設計與實施／黃立心〔HTML｜PDF〕
- 大學化學實驗課程設計與線上教學：新冠疫情之下，有機化學實驗課的省思與創新—高醫大醫化系的例子／林雅凡、李建宏、羅珮綺、高佳麟〔HTML｜PDF〕
- 大學化學實驗課程設計與線上教學：海洋大學普化實驗線上遠距教學及其多元學習評量–因應疫情紀實錄／賴意繡、黃志清〔HTML｜PDF〕
- 大學化學實驗課程設計與線上教學：疫情時代的化學實驗課–室溫磷光之製作／邱秀貞〔HTML｜PDF〕
- 大學化學實驗課程設計與線上教學：COVID-19疫情期間普通化學實驗課程的首次遠距教學調適經驗分享／黃武章〔HTML｜PDF〕
- 大學化學實驗課程設計與線上教學：臺大普化實驗線上教學—實驗安全與實驗技能／沈晏平〔HTML｜PDF〕
中國化學會90周年特刊
邱美虹
國立臺灣師範大學科學教育研究所
中國化學會自1932年8月4日成立以來，雖然歷經幾次歷史上的重大事件，但是學會仍遵循服務會員的宗旨，不僅戰後恢復化學會誌和化學期刊的出版，同時在國際上也積極支取辦理各學術研討會和參與國際事務。相較而言，臺灣化學教育電子期刊是個剛起步的期刊，自2014年出刊至今也才歷經8個年頭，但47期以來所刊登的文章主題無非是以提升教師專業能力、引介化學教育課程改革新理念、改變教學策略、挑戰適性教學、設計創意實驗、重視綠色化學、連結化工產業與發展素養導向的評量以回應108課綱為標的，以期能促進學生對化學學理的認識、培養思考力和創造力、提升學生以科學語言表達所習得的知識與技能、解決課室教學的問題、因應時代變遷所需要的思潮、教學素材與方法。臺灣化學教育其實是扮演一個催化劑的角色，透過期刊論文的發表，希望可以促進更多的交流與蹦出更多的火花。期刊受到全球各地讀者的愛護，這不得不感謝所有作者們的貢獻與支持，使本期刊得以順利成長與茁壯。同時也感謝各專題客座主編的熱誠，熱心邀稿與細心審稿，不厭其煩的修改與審視文章，以提供讀者可信賴的參考資源。
這一期的專刊內容包括邱美虹回顧過去20年所見所聞和所做的事情來勾露出化學教育在學術和推廣活動上的發展輪廓，其次是洪文東的微觀與巨觀視角談DNA的發現和其組成，從可見的外顯自然現象去深究內隱的組織成分和結構，揭露生物和自然界微觀世界之奧妙。接著是主持兩期PISA計劃的林煥祥從多年對PISA架構與試題的瞭解評析108課綱所擬培養的學生素養與PISA之關係，以作為教師教學之參考。楊水平的金奈米的實驗設計與運用廷得耳效應對金奈米粒子進行鑑定，此實驗可以作為學校教學活動之參考。最後是陳品吟和林淑梤所設計的主張對立的探究文本進行社會性科學議題的教學，呼應108課綱探究與實作課程中強調論證能力的培養之目標，文中提出”支持”和”反駁”二氧化碳為全球暖化主因的科學文本，利用正反兩面論述生活議題，可以培養學生溝通表達、推理論證的能力，值得教學或設計教學素材時之參考。此次以這些專文慶祝化學會成立90周年，並期待本期刊能永續發展持續為讀者服務，未來再一起慶祝化學會成立100周年。。
化學教育之見聞行
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
走過漫長的歲月的中國化學會在今年歡慶成立90週年。中國化學會於1932 年 8 月 4 日在國立編譯館於南京召開的「化學家討論會」，會中邀請45 位來自歐美日代表會議中主要是討論化學譯名、國防化學、大學和高中化學課程綱要等議題，在是日晚間召開會議中宣布學會正式成立。彭旭明院士認為這是「歷史的偶然，亦是歷史的必然」 (詳見https://youtu.be/u3JqLgL7C4Y)。
n 化學會的四個時期
為了記錄化學會走過的歲月，化學會將出版專書介紹學會的沿革和學術與推廣的成果，書中將90年分成四個階段:即1932-1950 為學科救國、艱苦創業；1950-1980:在臺復會、篳路藍縷；1980-2000:與時俱進、開創新局；2000-迄今:
永續發展、邁向未來(詳見彭旭明，2022)。在(這期間各階段皆有相當值得讀者瞭解的重大議題與成果，譬如第一階段開始辦理學術研討會和期刊(會誌、化學、化學通訊)；第二階段的期刊復刊，顯示化學人任重道遠的使命感，以及IUPAC大陸與臺灣代表權的協議；第三階段，強調科學紮根與科學教育，(並以學術獎勵肯定化學人對學術和社會的貢獻；第四階段為持續強化國際交流，並多元發展推廣科普、綠色化學、化學安全、教師增能、產學合作與女化學家交流。這些化學會的事跡都值得化學人前仆後繼以接棒的方式追隨前人的腳步，繼續往前邁進，傳承前人的使命感與爭取更多的榮耀。
n 化學教育學術活動
化學教育學術交流一開始以化學家對於教育的熱誠與使命感而進行課程、教學與評量的評介為主，後來逐漸有更多的化學教育專業者和教師參與，使化學家和化學教育家的互動頻繁，也建立大學教育和中學教育的人才培育有對話的平台。譬如2004年作者於臺灣南部和北部各辦理一場為期三日的「高中化學種子教師專業成長教師」研習營，會中邀請彭旭明教授介紹國內外化學課程、牟中原教授針對高中化學教育的過去、現在和未來加以評析、陳竹亭教授引介課程與教學、陳家俊教授的化學新知、余岳川教授科學玩具實驗、吳心楷教授和王文竹教授的媒體教學統整課程以及廖淑芬和何振揚兩位化學教師分享化學評量等等進行研討，當時擔任化學會理事長的吳澄清博士亦到場主持綜合座談，現場討論相當熱絡，並針對大學和中學化學教育所面對的挑戰與可能的機會提出具體的意見。在南部成功大學舉辦的第二場工作坊除專題演講外(包括蕭次融、許桂芳、許鏵芬、蕭世裕、林弘萍等教授和黃得時老師)，則著重在化學新知(如奈米材料、生物製藥光電化學材料)的介紹與到業界參訪，其中包括台灣神隆公司、南科管理局、台鹽公司和聯電公司，對高中教師而言能結合化學理論與化學實務工作對於教學與引導學生面對未來大學選科系有很大的幫助。後來教育部成立化學學科中心，不僅結合一群熱心且專業的種子教師不間斷的研發與分享課程外，也透過這一群種子教師的力量將課程與實驗的核心價值與內容透過辦理不同主題的工作坊(包括化學概念的學習、微型實驗、教學策略、擴增實境等新興科技融入化學課程)
推廣到全台各地，對於推動化學課程改革與教師專業成長影響甚鉅。
除教師工作坊外，中美雙邊化學會學術研討會「化學教育」是在1992年提請國關小組評估並於化學會成立60周年慶中邀請美國化學會會長L.Elierl來台會商。1994年中美雙邊合作國際不對稱合成研討會決議於1996年至加州舉辦化學教育研討會，美方即我方各8名講員，講題包括化學通識、課程、資優教育、大學化學、化學科技與社會、實驗安全、化學教育改革等。主題多元反映兩地化學教育的關心議題與解決問題的策略。只可惜這樣的交流後來有就停擺了。
此外，1996年的第一屆化學教育學術研討會和1999年第二屆化學教育學術研討會會中邀請國內外專家學者就國內外化學教育之現況、問題與危機，以最為規劃對未來化學教育之研究、教學及師資培育之參考。還有海峽兩岸化學教育學術研討會的舉辦，譬如筆者於2002年在國立臺灣師範大學(簡稱臺師大)舉辦，主任委員是當時理學院院長陳昭地教授和清華大學廖俊臣院長(也是當時化學會會長)，負責辦理的是化學系方泰山教授和我本人。會中特別邀請當時中央研究院李遠哲院長和印第安那大學知名化學教育專家Dr.Dorothy Gabel擔任大會主講人。座談兩場分別是大學課程與教學由臺大化學系彭旭明教授主持，和中小學師資培育和課程改進，由臺師大化學系王澄霞教授主持，最後則由李遠哲院長就化學教育的改革進行綜合座談。這些前輩們豐富的經驗與真知灼見，讓後進們深獲啟發。會中同時也邀請9位大陸學者進行專題報告，受邀者有北京大學化學學院的常文保教授、段連運教授和清華大學薛芳渝教授等就大陸高等學校化學教育與人才培育途徑進行深度分析，內容精彩引起許多兩岸化學教育學者的對話；而臺灣的代表則是台大化學系牟中原教授、陳竹亭教授；吳嘉麗教授、周進洋教授、楊定亞教授、傅麗玉和段曉林教授等10人。中方與台方在教育上面臨類似的考試領導教學的問題，但又希望面向以學生為中心的化學教育，因此討論激烈與深入，對教學思維頗有啟發。兩岸的互動持續一段時間，直到後來在2000年之後，化學教育學者與北京師範大學王磊教授、上海華東師範大學王祖浩教授和東北師範大學鄭長龍教授互動與交流更加頻繁，除在兩地舉辦的研討會上給予專題演講外，也相互辦理化學「同題異課」教學觀摩(臺灣曾派代表出席，也曾在臺由新北高中鍾曉蘭化學教師辦理)，以及進行教科書撰寫的經驗交流與分享。這些活動不僅促進大學教授之間學術性的互動外，也提供第一線的中學教師有彼此觀摩學習的機會，拓展彼此對化學教育的視野與對話。
此外在國科會推動的化學概念全國學生調查計畫中(2000-2004)，來自八所大學的教授(黃萬居、蘇育任、周進洋、林煥祥、莊奇勳、許良榮、李賢哲和我)針對國中小及高中生進行概念診斷，當時參與此計畫的還有中學教師和博士後(如梁家祺和周金城教授)，這大型計劃一共持續四年，所研究的學生另有概念包括粒子概念、電化學、有機化合物、酸鹼、氧化還原、化學平衡等概念。研究成果發表在International Journal of Science Education (SSCI)期刊中，成為到目前為止IJSE以單一國家支持的研究成果做為該期刊的專刊，實在不易。
n 化學教育的推廣
1980年代起，國立臺灣師範大學化學系蕭次融教授開始推動化學教育，不僅在各種場合教導不同年齡層的人有趣的化學，同時也在迪斯尼頻道演示化學實驗和傳遞學化學的樂趣。蕭教授被大家尊稱為化學界的頑童，常用有趣且簡單的化學實驗引起學生的好奇心與求知慾，同樣的實驗在蕭老師的演示下總是令人驚豔，百看不膩，無人能出其右。常言道，教學是門學問也是一種藝術，其中充滿專業的素養與溝通的創意表現。蕭教授的沉浮玩偶、七個神奇的杯子、鐵粉自燃、酒精養樂多瓶禮砲等等，無一不是化繁為簡的有趣實驗，學校化學教學若也能如此，相信學子們必定熱愛化學並想一探究竟這奇妙的學科!
2011年是居禮夫人獲得諾貝爾化學獎100周年，同時也是拉塞福發現原子核模型的100周年慶，聯合國宣稱2011年為化學國際年(The International Year of Chemistry，IYC)。在這一年內由國際純化學暨應用化學聯合會(International
Union of Pure and Applied Chemistry, IUPAC)負責推動各項活動並鼓勵世界各國以不同形式的活動來共襄盛舉，讓社會大眾對化學有正確的概念與態度，以及引起社會大眾對化學在人類發展上的貢獻有所認識。其中一項是在全球各地測水質，瞭解生活處處是化學。當年巴西共有八萬多人參與這項活動，可謂空前的盛大。臺灣為與國際大型活動銜接共襄盛舉因而舉辦多項活動，譬如在台北市士林科教館臺師大辦理國際化學教育委員會(Committee on Chemistry Education, IUPAC)所推廣的化學年輕大使(Young Ambassadors for Chemistry)動手做實驗的科學傳播科普活動；還有淡江大學由王伯昌教授啟動的「化學下鄉」活動，將小貨車改成行動化學車，帶動偏鄉化學教育，在2019年就已達到累積造訪500所學校的紀錄，令人欽佩。2019年聯合國為慶祝化學界的圖騰-門得列夫發現週期表150周年慶而訂定為「國際化學元素週期表年」(International Year of the Periodic Table of Chemical Elements, IYPT)，由作者和化學會合作，在科技部和教育部以及其他諸多政府和企業的贊助下，辦理諸多活動，其中包括在五大博物館的化學元素週期表特展、化學元素週期表易拉展環島巡迴展、台北101點燈、彩繪臺北捷運車廂等等，寓教於樂，以輕鬆又不失主題性的方式讓社會大眾和學生能一窺化學面面觀，跨出學校教育的範疇，導入生活就是化學、化學無所不在的觀點。今年到明年六月底聯合國訂為「基礎科學促進永續發展國際年」(International Year of Basic Sciences for Sustainable Development, IYBSSD)，強調基礎科學研究對醫學、能源、農業、水資源、環境、通訊、建築等的永續發展，扮演舉足輕重的角色，在目前環境變遷與數位環境劇變之時，重視基礎研究是刻不容緩之事。在國科會自然處的支持下，由臺師大、台灣大學、成功大學、中央大學和近40所大學、政府單位、化學會、物理學會和五大博物館等等共同辦理各項基礎科學研討會、科學傳播活動和跨國合作計畫等，以響應「科學平權」、「科學啟蒙」、「全民參與」和「國際連結」四大訴求，透過學術專業領域、科學傳播、國際鏈結三大主軸，設計多元系列活動，如「科學零距離–百名科學家說故事」、國際女科學家研討會、IUPAC女性科學家早餐、城市科學節、彩繪「科學」X「永續」列車等等，呼應「全民參與」核心主題，以升民眾對基礎科學和永續發展的關注。企盼政府能重視基礎科學研究的重要性，挹注應有的研發經費、提升民眾科學素養與啟發學童科學興趣以及培育基礎科學人才等要務(邱美虹、鄭原忠、李旺龍、楊仲準、趙奕姼，2019)。
2019年IYPT開幕式
2023年IYBSSD開幕式
(擷取自台師大網頁https://pr.ntnu.edu.tw/ntnunews/index.php?mode=data&id=20974)
圖 1 慶典活動照片
n 化學教育電子期刊
「臺灣化學教育」是由邱美虹、楊水平和周金城共同創立的電子期刊，在2014年5月4日發行創刊號，是日恰為倡議「德先生(Democracy)」和「賽先生」(Science) 的五四運動日。五年後於2019年成為化學會的正式期刊，旨在引介化學化學教育的重要學理和教學策略，以及新興科技的發展和化學新知，並將大學研究和中學的化學教學連結起來，並藉此作為提升化學教師的專業知能與分享教學經驗的平台(http://chemed.chemistry.org.tw/)。創刊以來至今年6月已歷經8 年出版47期，刊登785篇文章，約325萬字，造訪人數超過1600萬人次。發刊至今都未脫稿，深獲國內外大學化學和師培單位的教授、以及中學教師肯定，並作為化學教學的重要參考資料來源。各期專刊主題相當多元，包括有節慶與化學、藝術與化學、競賽成果報導、科學建模、飲食文化與化學、化學探究教學、示範和微量實驗、化工、新興科技與化學、女科技人、永續化學、科學展覽、社會性科學議題和國際重大化學活動推動等等(見圖2)，以期提供讀者多元視野與創新教學策略。
圖 2 「臺灣化學教育」期刊封面
n 化學教育的國際交流與國際化學組織的參與
早期化學界前輩們與亞洲各國辦理各項化學研究領域的研討會，再加上同處亞洲，在文化與價值觀的相互瞭解與尊重也較西方人士為高，因此亞洲化學學者的互動頻繁，且建立良好的關係，為日後亞洲學者之間的網路與合作奠定穩固的基礎。為促進亞洲化學教育的深度與永續交流，由韓國Choon Do教授、日本Ito Masato和作者及其他代表數人(見附件)簽下備忘錄共同發起亞洲化學教育者網絡(Network for Inter-Asian Chemistry Educators，NICE)，以每兩年由臺灣、日本和韓國輪流辦理，為了與IUPAC於偶數年辦理國際化學教育研討會(International Conference on Chemistry Education, ICCE)錯開，第一屆NICE於2006年假韓國舉辦，之後便以奇數年辦理NICE國際研討會(臺灣分別由邱美虹教授、李賢哲教授和周金城教授負責辦理2007、2013, 2019年的國際研討會，請見http://www.chemistryeducator.org/)。馬來西亞於2019年正式參與NICE舉辦國會議，並申請在2021年辦理，惟因新冠疫情嚴峻，遂延至2023年於馬來西亞古晉市辦理第九屆NICE國際研討會。此會議基於促進大學與中學的化學教育交流，一開始即規畫各國代表團成員是三名教授和三名教師，其餘名額是屬於自由報苗。在各國大力鼓吹並積極推動NICE研討會之下，各國大學化學教授和中學教師的參與非常熱絡，除支持國內辦理的活動之外，中學教師甚至自費積極參與國際間的研討會，拓展國際交流的觸角，並與國際人士交換化學實驗設計或教學心得(可參看本期刊有關研討會專刊的報導)。除NICE國際研討會之外，作者也爭取在臺灣辦理2010年IUPAC的化學教育學術研討會(International
Conference on Chemistry Education，ICCE)，會中有來自世界各國的學者和化學會理事長的專題演講和論壇，其中包括李遠哲院長、Richard Zare, Akira Fujishima, Terry Collins, Jorge Ibáñez等知名化學家和Joe Krajcik, John Gilbert, David Treagust, Ilka Parchmann和王磊教授等知名化學教育家進行專題演講和論壇，這些講員都是一時之選，成為後來其他國家辦理ICCE的參考模式，讓臺灣的化學教育能量在亞洲甚至國際間受到重視。
在積極參與這些國際性的學術研討會之際，在國際學術組織中各項職位的參與也是為臺灣爭取在國際舞台有發聲的機會之途徑。而要在學術組織中占一席地位是需要長時間的培養與歷練，才可能培養出應有的視野與信任。當我們的國際正式友邦有限之際，能在國際學術性組織內發生影響力是學者們可以努力的方向，在學術的交流中以學術成果的分享為主不涉及敏感的政治問題，學者之間的交流顯然較為單純，也正因為如此，與國際友人可以更加暢談對化學教育的願景與挑戰。譬如，在化學界最大的組織IUPAC中，早期淡江大學化學系陳幹男教授擔任聚合物委員會委員、清華大學汪炳鈞教授擔任有機化學委員會委員，以及牟中原教授擔任化學教育委員會的國家代表都為臺灣化學界付出許多，在研究之餘能做服務工作提升臺灣的能見度，令人敬佩。在牟教授的推薦下，作者接棒IUPAC化學教育委員會國家代表、持續服務多年後被各國國家代表票選為化學教育委員會主席、IUPAC委員會委員，以及最高指導執行委員會委員(臺灣第一位被票選為此職位者，連選得連任(前後票選分別是以第二高票和第一高票當選)，以另一個職位來為化學教育和臺灣服務。在2022年當選國際科學理事會(International Science Council, ISC)治理委員會委員，成為繼李遠哲院長和廖俊智院長之後臺灣第三位ISC委員(第一位臺灣女性當選委員)，在擁有200多個科學組織的最高層級組織內與其他專家學者共同推動科學是促進全球人類福祉的學科。
2011年NICE在韓國首爾舉辦
2015年NICE在日本東京舉辦
2019年NICE與會者至新北市三重高中參訪與進行教學觀摩 (周金城提供)
圖3 2011, 2015, 2019 年NICE研討會大合照
n 化學教育的永續發展願景
1. 學術活動:研討會或是期刊論文撰寫應該都是學科學術交流的重要命脈，應該持續並積極地參與接受挑戰與研究成果分享。同時可以帶動教師成為研究者(Teachers as Researchers)，目的是希望教師不斷自我反思教學目標與教學成效，根據學生學習表現改進教學策略與評量方式，以提供適性化的學習環境。最後，宜成立化學教師學會，提供相互學習的平台與促進教師的交流與發展。
2. 化學傳播:化學研究需要有轉譯能力的科普人將其深奧難懂的化學以學生或是社會大眾可以理解的方式傳遞出去，譬如演講、表演、演示實驗或是動手做實驗的方式，讓國人可以理解食衣住行育樂都脫不了科學，也和化學息息相關。同時，也要能培養社會大眾以理性的科學態度面對社會性的科學議題(如粉塵暴、空氣汙染、氣候變遷、碳零排放)等等。近年來，科學的普及與傳播特別重視偏鄉弱勢族群和女性的科學教育，充分展現聯合國永續發展的第十項目標(SDGs)是消除不平等，使科學得以平權。
3. 化學人才培育，聯合國永續發展的第四項(SDGs)的目標是優質教育，第五項目標是性別平等。在化學教育之下，除重視資優教育化學奧林匹亞競賽和辦理科學班等的人才培育外，也應向下扎根，以全民科學教育為目標。化學人才的流失往往因為在中學階段升學制度的影響，使教學無法正常化，致使學生失去對化學的學習興趣和動機。若從長遠的人才培育目標來看，考試制度的短線交易，將會造成嚴重的人才流失。而重視女學生在化學的潛力也將是人才培育一環中不可或缺的。甚至是到高等教育後如何支持女性化學家投入化學研究都是刻不容緩的議題。
4. 教師專業成長:有優質的教師方能有優質的學生。國家發展的基礎需有優質的教師去培育有創造力和批判力的國民。因應108課綱新的內容與對學生學習的期待，教師專業素養也需與時俱進，化學新知與創新產業不斷推陳出新，教育主管單位要能提供教師終身學習的機會，以確保國民受教的內容可以與世界並駕齊驅甚至超前具前瞻性。
5. 與國際連結: 當全世界在關心化學教育如何能吸引更多的人才投入化學或化工領域，或是化學與跨學科領域的合作之際，臺灣研究能量與化學/化工的產能都是不容小覷的，從IUPAC對會員影響力的計算方式(包括研究論文、專利數量、化工產量等)即可得知一二，而這樣的優勢讓臺灣在與國際連結上獲得相當高的重視。國內學者可以積極參與國際學術團體的委員會，藉此有位臺灣發聲的機會，讓臺灣被看見。除此之外，在國際化學教育上的重要議題，如系統思考(systems thinking)，除應深入瞭解外，更應積極投入進行不同階段的化學教育改革，配合本土的需求，創造兼具國際趨勢與在地需求特色的化學教育課程與教學，以回應國際上化學教育改革的呼聲與提出值得參考的經驗，
n 結語
化學教育的目的是要啟發孩童對化學的認識與好奇心，激發學生探索化學領域的相關議題，培養化學學習的興趣與正確的態度和技能，同時對於社會大眾也應具有提升全民化學素養的社會責任。教育是需要一群有熱誠的人不斷前仆後繼的努力以及需要長期經營的志業，方可產生教育對社會的影響力，尤其是人才的培育與全體國民素養的提升，當然化學教育也不例外。最後，本文僅介紹在化學教育中作者所參與的一小部分活動，還有許多熱愛化學教育而持續不斷的在臺灣每個角落默默付出的化學家、化學教育家和化學教師，都值得我們敬佩，在此無法一一詳述，還請多多包涵。
附件一 NICE Charter (擷取自http://www.chemistryeducator.org/Charter%20for%20NICE.htm)
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Charter for Network of |
1. Preamble
The original idea of the Network for Inter-Asian Chemistry Educators (NICE) was
initiated by three members of IUPAC Committee of Chemistry Education (CCE),
Prof. Choon H. Do (Korea), Prof. Masato M. Ito (Japan), and Prof. Mei-Hung Chiu (Taiwan) during the International Conference on Chemical Education (ICCE) in Turkey in 2004. In February 2006, the delegates from the three countries had a
preliminary meeting in Korea and decided to establish an organization to promote chemistry education in Asian region. The chemical societies of each country will support NICE. The delegates planned to hold meetings regularly. The first symposium was planned to be held in Seoul in conjunction with the 19th ICCE, 2006.
2. Name
The name of the organization is Network of Inter-Asian Chemistry Educators
(NICE).
3. Purposes
The purposes of the NICE are
(1) To enhance interaction and friendship among chemistry educators in Asian
countries,
(2) To put chemistry education research into practice, and
(3) To exchange and share experiences and ideas on chemistry teaching and learning.
4. Organization
Membership of NICE is open to every country which wishes to join NICE. Chairperson’s terms: The terms of the first three chairpersons will be as follows:
1st – From February to December of 2006 – Prof. Do
2nd -From January to December of 2007 – Prof. Chiu
3rd -From January 2008 to December of 2009 – Prof. Kamata
5. Activities
To accomplish the purposes of NICE, NICE may perform following activities
(1) holding symposiums,
(2) publishing,
(3) providing information through internet, and
(4) other activities
6. Symposium and responsibility of the chair country
NICE will hold a symposium. First symposium was held in Seoul, Korea, in conjunction with the 19th ICCE. Second symposium will be held in Taipei,
R.O.C., in 2007. The third symposium will be held in Japan in 2009.
Thereafter, the symposium will be held biannually. Chair country has
responsibilities to hold a symposium. The host organizer needs to find
resources to cover counterpart delegates’ accommodation and registration fee.
7. Others
Other matters follow procedures and ways agreed by the member countries.
8. Amendment of the charter
The delegates of the member countries discuss to make any necessary amendment.
9. The charter was drafted on February 21, 2006 and approved on July 31, 2007.
10. The names of delegates when the charter was approved.
註: 國內代表依序是邱美虹、周金城、林靜雯、佘瑞琳、鍾曉蘭
n 參考文獻
周金城、鍾曉蘭(2019)。第八屆亞洲化學教育國際研討會之高中參訪活動–讓高中生變成主角，第33期，http://chemed.chemistry.org.tw/?p=35127。
邱美虹、鄭原忠、李旺龍、楊仲準、趙奕姼(2019)。基礎科學促進永續發展國際年 (IYBSSD)活動簡介，第47期。https://reurl.cc/nON5Me
彭旭明(2022)。化學會的九十年會史。https://youtu.be/u3JqLgL7C4Y
劉廣定(2008)。科學教育為永續發展之必要。《科學月刊》，頁4-5
蕭次融(2003)。邁向化學教育的第一步–簡單而有趣的化學演示實驗。科技大觀園，https://scitechvista.nat.gov.tw/Article/c000003/detail?ID=84b7e41a-1eaa-40a8-9b2b-ebfab0de794c
NICE Charter: http://www.chemistryeducator.org/Charter%20for%20NICE.htm
從微觀到巨觀:由DNA來看世界 ／洪文東
星期日 , 14, 8 月 2022 中國化學會90周年特刊, 未分類, 第四十八期/2022年8月 在〈從微觀到巨觀:由DNA來看世界 ／洪文東〉中留言功能已關閉從微觀到巨觀:由DNA來看世界
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
科學知識是一套有組織、有系統的知識，科學家以虛心客觀的態度追求自然界萬事萬物的真理。科學家探究自然界事物、現象，經由觀察、描述、解釋、預測等過程，發現問題、探討問題、解決問題，由已知資訊歸納出定理、定律、原理、原則等規律性，再由所提出的規律性加以演繹，推理預測未知的事物、現象從中獲取資訊，進一步提出理論，以探究未來的可能世界。科學研究有它的極限，以目前科學家所開發的科學儀器觀察，其顯微鏡能夠觀察到最小的維度是10的負18次方米，而天文望遠鏡能觀測到最大的維度是10的28次方米。換言之，從微觀角度而言，比10的負18次方更微小的世界是什麼?
我們不知道;從巨觀角度而言，比10的27次方更巨大的世界是什麼?我們也不知道，這就是科學家探討宇宙世界與自然萬物的限制。
n DNA的發現與其組成結構
西元1952年，James Watson與 Francis Crick 宣佈發現生物學家所稱遺傳物質:去氧核醣核酸(DeoxyribonucleicAcid
簡稱DNA)的雙股螺旋結構。從此之後生物化學的知識進展神速。科學家應用化學原理與方法以確認合理解釋生物功能的分子結構。從事生物化學研究的科學家們是在分子的層次對生命的過程進行描述、解釋、預測，並利用創新技術、精密儀器進一步加以控制。DNA主要是以染色體的形式存在於細胞核中，作為遺傳訊息的儲存物質，負責指揮細胞內組成分子的合成。DNA包含去氧腺嘌呤核苷5′-單磷酸(簡稱DAMP)、去氧鳥糞嘌呤核苷5′-單磷酸(簡稱DGMP)、去氧胸腺咪啶核苷5′-單磷酸(簡稱DTMP)及去氧胞咪啶核苷單磷酸(簡稱DCMP)。DNA是遺傳訊息的化學儲存形式，包含DAMP、DGMP、DTMP、DCMP四種單體。在人體染色體中，每一個DNA分子含有上百萬個核苷酸(Nucleotides)。而參與遺傳訊息傳遞及生物性催化作用的核醣核酸(Ribonucleic Acid簡稱RNA)是一種腺嘌呤核苷5′-單磷酸(AMP)、鳥糞嘌呤核苷5′-單磷酸(GMP)、胞咪啶核苷5′-單磷酸(CMP)及尿咪啶核苷5′-單磷酸(UMP)所組成之單質聚合物。存在於核苷酸中的遺傳訊息主要是由組成的核苷酸序列所解碼(王姿文等7人，2009)。以化學觀點而言，所有物質皆是由原子組合而成，相同的原子組合成元素，不同的原子組合成化合物。例如水，它是兩個氫原子與一個氧原子化合而成。以生物化學角度而言，所有生物體都含有碳、氫、氧、氮、磷、硫等元素，這些元素再以不同結構組成化合物，諸如:醣類、蛋白質、脂質、胺基酸、維生素等巨分子。生物細胞中的DNA主要就是由四種不同的核苷酸A、G、C、T連接形成的異質聚合物。
n 自然界物質的循環
從生物進化論觀之，人是最高等的動物，人類出現在地球約4~5百萬年前，人體內的各種元素同樣是碳、氫、氧、氮、磷、硫等，體內主要化合物也同樣是醣類、蛋白質、脂質等。再從化學角度觀之，自然界的物質皆由原子以不同數量、排列方式、組織結構、組合而成，這些物質皆在自然界中生、生、滅、滅，以各種化學變化方式在循環著，人在自然界中與其他生物一樣，從出生到死亡，其組成的各式化合物，最後回再分解成各種元素、原子等，所謂塵歸塵，土歸途，最終都會回歸自然。化學家所謂的物質循環，例如:【水循環】，地面上的河水、湖水、海水等經陽光照射，這些水遇熱先蒸發成水蒸氣，上升至高空中集結成白雲，白雲遇到冷空氣再冷卻凝結變成小水珠，小水珠浮懸在高空中集結成烏雲，烏雲集結成雨滴，再下雨降落到地面上，形成所謂的【水循環】。又例如【碳循環】，生物不管是動物或植物，皆是由碳、氫、氧等元素組合而成，其燃燒後會產生二氧化碳，然後擴散混合在空氣中，空氣中的二氧化碳，二氧化碳與水分子，經光合作用再合成為葡萄糖，植物吸收後進一步合成為澱粉、纖維素等，提供營養成分，給植物攝取營養素，從種子發芽以成長茁壯。動物也是攝取這些植物或動物養分，形成所謂【食物鏈】。這些植物或動物死亡，都是有機物，會再分解成碳、氫、氧等元素，這就是碳的循環。換言之，現在生存的地球環境，我們所呼吸的空氣中各種分子、原子，同樣都是古代人物所呼吸的各種分子、原子再循環著。以此推論，我們現在所呼吸的分子、原子，其中有可能是春秋時代的孔夫子、或古希臘哲學家蘇格拉底，這些古代人物分解後的分子、原子。從DNA角度觀之，人和動物有著大部份相同基因，它們執行著類似的生化功能，此種相似度起源於約8000萬年前有著共同的祖先。
n 結語
2009年國際科學研究期刊「SCIENCE」上有發表一篇研究報告指出，人和家養牛的基因有80%的相似度。國際另一篇研究報告發現人與黑猩猩的基因相似度高達96%。另外一篇研究論文指出，人與香蕉基因相似度也有60%。這些科學家的研究發現，人類和動物、或植物的基因相似度簡直令人驚訝。人類身體中有著30億的DNA鹼基對，這些DNA基因組合建構了人體各種組織、器官。在這30億DNA基因中，只有極小部份是屬於自己個人所有。換言之，人與人之間，其基因相似度高達99.9%，其餘0.1%的基因決定了不同人的膚色、髮色、各種遺傳疾病等。以DNA看世界，正如禮運大同篇所謂【世界大同】，世界上各民族人民都同樣擁有99.9%的基因相似，所不同的只有那0.1%。從DNA看世界上各民族人民，不同膚色、髮色、遺傳，人類共有30億的DNA基因組合其中有99.9%相似性，所差異的只有0.1%而已。
換句話說30億的DNA基因，有300萬個基因，影響人類各民族的膚色、髮色、遺傳疾病、個人特質等。從99.9%宏觀來看，是世界大同。從0.1%的微觀來看，又有個別差異性。正如明儒理學家王陽明先生格物致知，求同存異，同人大有。
n 參考資料
王姿文、石心怡、林美惠、邱采新、許淑真、楊明華、蔣本慈（2009）。基礎生物化學。Rodney Boyer 原著，Concepts in Biochemistry,3rd Edition。台北：歐亞書局。
從PISA看台灣的科學教育 ／林煥祥
星期六 , 13, 8 月 2022 中國化學會90周年特刊, 本期專題, 第四十八期/2022年8月 在〈從PISA看台灣的科學教育 ／林煥祥〉中留言功能已關閉從PISA看台灣的科學教育
林煥祥
國立中山大學博雅教育中心
[email protected]
n 簡介PISA評量
經濟合作發展組織（Organization for Economic Development and Cooperation, 簡稱OECD）自西元2000年起主辦 Programme for International Student Assessment, 簡稱PISA)。其目的是測試十五歲學生是否具備參與未來社會所必需的基礎知識和基本技能，從而建立定期循環（每三年）的評量指標，為各國制定教育政策提供参考，以此來審視、評估國家以及學校教育的整体成效。PISA評量包括三個方面：閱讀素養、數學素養、和科學素養。每次的評量都以某一項素養作為主項進行深入評測，其它兩項方面則進行綜合評測。PISA2000的主項是閱讀，PISA2003是數學，PISA2006是科學，每9年形成一個大循環。有別於大部分國際評比大型計劃針對學科知識概念的評量，PISA的評量架構著重於素養的評量。藉由生活化情境式（包括個人、地區、國家、及全球性的情境）的題組，評量學生的解決問題能力。
由圖1為PISA 2015的評量架構（OECD, 2017）可以看出素養導向的評量包括科學能力(scientific
competency)測驗卷以及學習者對科學的興趣、價值觀、自我效能、以及環境覺知、科學本質（或是科學認識論）的信念（understanding about the nature of science or epistemological belief of science）等的問卷評量。其中科技能力的評量包括：以科學解釋現象；評估與設計科學探究；以科學詮釋數據及證據等三項科學分項能力。
圖1：PISA 2015科學素養的評量架構 （OECD, 2017）
n 108新課綱內涵與PISA所強調的重點—以「生活化」與「情境式」協助學生建構科學素養
我國於2006年首次參加PISA以科學為主軸的評量。迄今為止已屆滿15年共計5次國際評比，值此新課綱已經實施三年之際，更值得檢視我國新課綱目標與PISA國際評量的走向與趨勢。
108新課綱所強調的重點包括：
『核心素養是指一個人為了適應現在生活及面對未來挑戰，所應具備的知識、能力與態度。核心素養強調學習不局限於學科知識及技能，而應關注學習與生活的結合。核心素養強調培養以人為本的「終身學習者」，回應基本理念（自發、互動、共好），分為三大面向：「自主行動」、「溝通互動」、「社會參與」，此三大面向再細分為九大項目，並強調素養是與生活情境有緊密連結與互動的關係。（教育部，2014, p.3）
• 自主行動：個人是學習的主體，學習者應選擇適當的學習方式，進行系統思考以解決問題，並具備創造力與行動力。』（教育部，2014, p.4）
上述108新課綱重點所提及的「素養是與生活情境有緊密連結與互動的關係」意在鼓勵教學、學習、評量都應著重於「生活化」與「情境式」。此項強調也與PISA的評量架構（contextual assessment）互相呼應。另外九大面向之中的「系統思考與解決問題」以及「規劃執行與創新應變」所強調的「探究與實作能力」與PISA所評量的competency
of evaluating and designing scientific inquiry也彼此契合。回顧一下西元2000年左右的科學教育，可以發現學術研究及教學現場都較為著重學科知識概念的了解（e.g., Chen, Lin & Lin, 2002），鼓勵教學者務必從學生所具備或了解的學科知識概念出發進行教學（Chiu et al., 2007）。因此教學之前診斷學生的另有概念或基本概念有助於學生更高層或更深入的概念建構及應用。108新課綱素養導向的教學以及OECD所主辦的PISA則更進一步鼓勵以「生活化的情境」讓學生運用其「系統思考」等高階認知思考能力，結合其科學概念進行「問題解決」（problem-solving）（Chen et al., 2019）。如果第一線教室教學現場能夠落實新課綱所強調的上述重點，筆者相信將有助於提升學生的科學素養。
另外由下列近年內的學測試題可以看出，生活化情境式的素養導向評量方式已經逐漸出現在我國的大型評量之中。例如：110年學測自然考科試題：
1.寒流來襲，某地發生因熱水器使用不當造成的一氧化碳（CO）中毒案例，幸經施予高壓氧及時救回。依上述說明推測，何者是CO導致死亡的主要原因？
(A)與O2競爭血紅素，造成血氧濃度嚴重不足
(B)與O2競爭電子傳遞鏈釋出的電子，造成有氧呼吸作用停止
(C)阻斷神經通往肌肉的傳導，造成呼吸肌癱瘓而窒息
(D)抑制糖解作用相關酵素功能，造成細胞呼吸作用停止
(E)與CO2競爭血紅素，造成碳酸鹽無法排出體外而產生酸中毒
（引自110年學測自然考科）
2. 利用濾紙層析法分析紫色水性彩色筆的染料時，首先用紫色水性彩色筆在圓形濾紙 圓心部位畫一個實心圓形，如圖2
所示。其次，用滴管在圓心緩慢逐滴加水，此時部分染料隨著水漬在濾紙上呈現同心圓擴散，如圖3
所示。停止加水後，擴散至如圖4所示。 （引自110年學測自然考科）
圖2 圖3 圖4
3.下列哪些敘述， 可由上述實驗結果得知？ （ 應選2項）
(A)藍色與紅色物質均為純物質
(B)藍色物質的分子量大於紅色物質的分子量
(C)紫色染料為混合物，至少含有兩種不同的成分
(D)藍色與紅色物質與濾紙附著力不同，因而造成同心圓的分布
(E)紫色染料為純物質，與水反應後形成藍色與紅色物質（引自110年學測自然考科）
4. 探空氣球的觀測資料，有助於瞭解環境大氣的特徵。若板橋氣象站在某星期一、 星期二量測到的大氣溫度隨高度變化垂直分布如下圖所示， 且兩天的大氣水氣含量相 同， 下列哪些敘述正確？ （ 應選2項） （引自110年學測自然考科）
(A)星期一的大氣較不穩定，容易發生對流
(B)星期二的大氣較容易有垂直發展旺盛的雲層出現
(C)星期一較不容易有垂直發展的雲層出現
(D)星期二的大氣環境，較容易發生空氣汙染
(E)兩天的雲層垂直發展厚度大約相同
n 結語
當上述大型評量逐漸符合新課綱所強調的重點，筆者相信第一線教師的教學實施與學生的學習活動亦將逐漸趨於一致。另外教育部所屬的學科中心每年推動的探究與實作年會等平台，讓中學生分組報告與討論其探究與實作之專題研究成果，也是有助於新課綱目標的落實與推廣。如果第一線的教師與學生積極的投入素養導向的教學與學習，配合適當的師資培訓及教學觀摩等活動，全民科學素養的提升將更值得期待與實現。
n 參考文獻
教育部（2014）。十二年國民基本教育課程綱要。Retrived May4, 2022, from https://www.naer.edu.tw/upload/1/16/doc/288/%E5%8D%81%E4%BA%8C%E5%B9%B4%E5%9C%8B%E6%95%99%E8%AA%B2%E7%A8%8B%E7%B6%B1%E8%A6%81%E7%B8%BD%E7%B6%B1.pdf
Chen, C. C., Lin, H., & Lin, M. L. (2002). Developing a two-tier diagnostic instrument to assess high school students’ understanding- The formation of images by a plane mirror. Proceedings of the National Science Council, R.O.C., Part D: Mathematics, Science, and Technology Education, 12(3), 106-121.
Chen, Y. C., Wilson, K., & Lin, H. S. (2019). Identifying the challenging characteristics of systems thinking encountered by undergraduate students in chemistry problem-solving of gas laws. Chemistry Education Research and Practice, 20(3), 594-605. https://doi.org/10.1039/c9rp00070d
Chiu, M. H., Guo, C. J., & Treagust, D. F. (2007). Assessing students’ conceptual understanding in science: An introduction about a national project in Taiwan. International Journal of Science Education, 29(4), 379-390. https://doi.org/10.1080/09500690601072774
OECD. (2017). PISA 2015 assessment and analytical framework: Science, reading, mathematic, financial literacy and collaborative problem solving. https://www.oecd-ilibrary.org/content/publication/9789264281820-en