臺灣化學教育

社會性科學議題導向的化學教學：應用社會性科學議題於科學教學中的理論和實踐

林樹聲

國立嘉義大學教育系數理教育碩士班

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n  前言

    將社會性科學議題(socioscientific issue, [SSI])納入科學教學和學習是充實學生科學素養的進向之一，已有許多科學教育研究證實了此點。本文的主旨在介紹應用SSI於中等教育科學教學中的理論和實踐方法，文章首先說明「科學/技學/社會」(science/technology/society,[STS])和SSI之間的關係和差異；其次闡述SSI之於科學教學或學習的成效，包括能建構出相關於議題的知識和概念、提升對科學本質的了解、學會高層次的思考能力、增進道德思考和推理、察覺環境問題……等；接著，提及科學學科中實踐SSI可選擇的議題、SSI的教學模式和策略、評量，最後論述科學教師的準備和實踐、可能遇到的問題和困難，文末提出相關的建議。

n  引介

    繼一九八零年代科學教育界提出「科學/社會/技學」(science/technology/society,[STS])作為課程改革的一大方向後，一九九零年代末期，科學教育界興起另一波的呼籲——將「社會性科學議題」融入科學課程，繼續藉此促進學生建構與議題相關的概念和知識，同時也培育學生各種高層次思考能力。這一個趨勢和力量，直到今天仍方興未艾。到底STS、SSI二者有何關聯和異同？SSI的應用有何理論基礎？又如何將SSI應用到中等教育中的科學課室呢？而教師利用SSI又應該具備什麼樣的知識和能力？本文將針對上述問題一一提出說明和論述。

n  從STS到SSI

    1980年代科學教育的改革走向「培育全民科學素養」為目標(AAAS, 1989)，不再只是養成「科學從業人員」(科學家或工程師)為主。此一變革意味著科學的課程和教學也必須做出相對應的調整，才能克盡其成，達成這樣新設定的目標。

過去以來的傳統科學課程(教科書)之組織和編排，基本上都是以學科的「概念」為主軸，由淺而深、由基礎到應用的方向，再配合螺旋式課程的理念做加廣和加深(Bruner, 1960)，因此一個單元裡，往往涵蓋相關於主概念的事實、知識、原理和原則、範例，同時搭配相關的實驗。

而在全民科學素養的願景下，STS教育或課程理念的倡導，即是對傳統以「概念為主」的課程做出省思——過度重視科學概念和知識的學習，忽略了科學與生活的連結、科學在社會中的應用，以及其所引發的問題(Yager, 1993)。所以從STS出發的科學教學或學習，目的即在促進學生學習科學的興趣和動機，培育學生從日常生活中去解決問題、提升學生做決定的能力，並促進學生了解「科學、技學、社會三者既是相互關聯的，也會相互影響」(Ratcliff, 2001)。同時，STS的教學取向一方面拉近科學學習與學生的距離，另一方面也期望學生能將校內所學的科學，應用於校外的生活之中，更期待學生能在未來負起公民的社會責任(Keeves & Aikenhead, 1995)，特別是參與一些與科技和社會有關的爭議問題之討論(Ramsey, 1993)。

    只是STS教學和課程理念，也受到外界的一些挑戰，尤其是來自家長、社會普遍要求檢視學生的「科學學習成效」的情況。所以，許多STS的教育研究都致力於證明即使使用不同於概念結構出發的教材，學生的科學學習成就依然可以保持在一定的水準之上，尤其是知識建構的成果(eg. Yager, Tamir, & Huang, 1992; Yager, Choi & Akcay, 2009)。也因此，STS出發的教育研究反而較少聚焦在「討論科技爭議的問題」，到底如何影響到學生的學習成效、以及為學生帶來什麼樣有別於知識以外的收穫。

    就在STS理念和教育漸漸走向平淡之際，科技應用所引發的社會問題越來越多，科學教育的研究風潮也跟著轉向探討這類議題帶給科學教育的意義和功能。這些議題包括核能使用、生物複製、基因改造、奈米科技……等。而討論這些問題的面向則涉及了倫理、道德、法律、經濟、社會、政治、生態保育……等，是一跨學科、跨領域的思考。如眾所皆知的，面對此類問題，不同的利益團體會從不同的立場出發，提出不同的解決方法，而每一種解決方法都反映著支持者的價值選擇(Oulton, Dillon, & Grace, 2004)。由於不同利益團體對於問題的解決方法之間缺乏相當的共識，在公說公有理，婆說婆有理，價值觀無法協調的情況下，爭議因而形成，問題解決就成了懸而未決的狀態。而有關這類由科技引起、具備爭議、做決定上的兩難、非良好結構(ill-structured)的問題，即被稱為「社會性科學議題」(Stradling, 1984; Levinson, 2006)。

至於為什麼科技應用或發展會形成社會爭議和公共討論的焦點呢？Kolstø (2001)指出：正因為這項科技處在發展當中(science-in-the-making)，在證據不足的前提之下，它帶給人類自身、人類社會的負面影響，至今仍然屬於未定的結論，科學家只能從機率出發，談論此項技術帶給社會可能的風險(Christensen, 2009)；這也表示議題本身涵蓋的狀況與條件是複雜的，無法像實驗室內的實驗，在充分控制變因之下取得肯定且確切的結果(Millar, 1997)。

由此可知，不論是STS或SSI，在概念上的共通處都是強調學生必須知道科學、技學與社會並非獨立的三個領域，而是相互影響的；且在彼此的互動之下，對人類社會產生正面的效應，也會帶來負面的衝擊，只是目前證據不足，無法給出肯定的答案。因此，科技鑲嵌或融滲(embeded)在社會中發展的「科學本質」就不脛而走。同時，二者也強調學習者必須了解相關於議題的知識，當一個人具備議題所涵蓋的相關科學知識，他對此議題下的爭議討論，更能言之有物和成理，而不會流於空泛或純粹的猜測(Sadler & Zeidler, 2005)。

那麼到底STS和SSI二者之間在科學教育中的差異是什麼呢？Zeidler等人(2005)明確的指出SSI與STS較大的差異在於：SSI涵蓋(subsume)了STS的教育理念，有較多來自心理學、社會學和認識論的論述基礎與支持；SSI既作為教學的一種情境，也作為教學的策略之一。而且，除了符應學生的認知能力之外，SSI更重視學生在倫理、道德層面上的推理、發展學生的品格、美德，以及促進學生省思運用科技、審慎做決定的適切與否，由此強化學生對社會的責任感(Zeidler et al, 2002)。換言之，在重視討論科技爭議的前提之下，除了顧及培育學生的理性思考、能參與討論的能力之外，更多價值傾向、情感層面的因素，被納入討論SSI的過程之中，同時也回過頭來評量這個過程對學生智識上的影響、達成「功能性科學素養(functional science literacy)」的程度如何。這些都是過去STS理念和教育較未著墨，或者曾提及但未突顯出來的內涵。

n  SSI之於科學教育

事實上，Zeidler等學者大力倡導於科學課室中實踐SSI的教與學，加上後續眾多科學教育學者的相繼投入，確實將SSI的科學教育研究推上了「顯學」的地位。而以SSI為教材、情境的研究延續至今，仍舊是許多科學教育或環境教育研究的焦點。與其說SSI作為STS的「舊瓶新裝」，不如說SSI是把STS提及但未徹底實踐的目標彰顯和落實出來。即便「品格、美德、負起社會的公民責任」等SSI重視的「具體目標」(Objectives)不易達成或評量，但利用SSI具備「爭議的」特性，確實能在科學教學和學習上，創造出許多的可能(Zeidler, Herman & Sadle, 2019)，這是向來強調具有正確答案、遵循嚴謹邏輯推理的科學解題訓練，無法做到的部分。

經過科學教育學者二十多年來的努力，運用SSI於科學教學中，確實為不同教育層級的學生帶來許多正面的學習成效。這些學習成效分別反映在：建構出主題或議題相關的科學知識與概念(e.g. Kiryak & Çalik, 2018; Sadler, Romine, & Topcu, 2016;
Sadler & Zeidler, 2005)、提升對科學的態度(eg. Pelch, & McConnell, 2017)、對科學本質的了解(eg. Khishfe, 2013; Lederman, Antink & Bartos, 2014; Khishfe et al, 2017; Zeidler et al, 2002)、增進反思判斷(e.g. Zeidler et al, 2009)、道德思考和推理(例如盧俊達、林樹聲，2019; Fowler, Zeidler, & Sadler, 2009)、促進非制式推理(e.g. Karpudewan & Roth, 2018)、探究能力(e.g. Lee & Brown, 2018; Eastwood et al, 2013)、論證能力(例如蘇衍丞、林樹聲，2012；Evagorou & Osborne, 2013; Lin & Mintzes, 2010)、做決定的品質(e.g. Gresch, Hasselhorn, & Bögeholz, 2013; Hsu & Lin, 2018)、察覺環境問題 (Mueller & Zeidler, 2010)、溝通技能(Chung et al, 2016)……等。

   儘管上述的研究在取樣上多數非隨機，再加上實踐情境的差異、學生素質的不同，這些前提都代表著若要將研究的結果做出推論，都會受到相當的限制。但不可否認的，眾多實徵研究的結果都證實將SSI引入科學課堂進行教與學，確實能為學生帶來許多不同的正面效益。

n  中等教育中科學學科裡的社會性科學議題

   Schenk等人(2021)調查近三百篇SSI教學的實徵研究對象後，發現在中等教育中實踐SSI教學研究的佔多數——其中以高中最多，其次是國中。這代表進行SSI教學除了考量學生的成熟度之外，學生的學科背景裡若能具備一些科學知識作為基礎，也會讓SSI的教學或討論進行得較為順利。

至於選擇議題上，正因為SSI是跨學科的議題(既跨科學學科，也跨人文和社會學科)，所以很難以單一學科的概念和知識領域，區分什麼議題屬於什麼學科。而若要在中等教育中的科學課室裡實踐，也許可以以什麼單元教什麼主概念的方式，尋找與此單元和主概念相關的SSI。例如談論輻射、電磁波、放射性元素、能源的使用，我們可連結到「手機輻射會對人體健康造成影響嗎？為什麼？」(可參考Albe, 2008a, 2008b; Cajas, 1999; Daylot et al, 2019)、「台灣情境下的電力供應，你會支持繼續使用核能(或太陽能、風力)嗎？為什麼？」再例如，講到「大氣的組成、溫室氣體、氣候變遷」等概念時，就可討論「全球暖化加劇的成因是人為或是自然的一部分？」(可參考Atabey & Topcu, 2017; Flener-Lovitt, 2014 )再例如，教學教到化合物、酸鹼中和、空氣汙染、懸浮粒子(膠體)、化學的生活應用時，可以討論「農夫以燃燒的方式處理收割後田中留下的稻桿，你支持嗎？為什麼？」其他與生命科學的有關主題，例如優生學、人類基因組解讀、基因改造作物、生物複製技術……等，更是不勝枚舉。

n  社會性科學議題的教學模式和方法、評量

而接著要問的是：有任何教學模式適合老師們教導SSI時採用嗎？答案是肯定的，科學教育學者從研究上，提供了不少模式和方法給老師們使用。例如Amos與Levinson (2019)、Kurup & Levinson(2021)、Levinson(2018)、Powell(2021)、Presley
et. al, (2013)、Sadler, Foulk與Friedrichsen (2017)……等。

    筆者在此推薦使用Ramsey(1993)提出的「議題教學模式」，此一模式的各階段都有清楚的目標，而且具備四個具體的階段，教師只需要在各個階段裡確認目標、採取適當的教學策略或方法即可。此一模式原本只是提醒實踐STS教師需要注意議題教學時必須達成的四個層面的目標——「基本層次、知覺層次、調查和評估層次、公民責任層次」，但將此四個目標視為議題教學需要涵蓋的內容和順序，亦不失為引導教學進行的四個SSI教學的「階段」或「模式。

    Ramsey認為「基本層次」是指議題涵蓋的基本科學概念和知識，這是教師進行議題教學首要幫助學生建立的部分；「覺知層次」則讓學生從不同觀點出發，例如倫理、道德、經濟、生態和環境、宗教、政治……等，去了解議題中涉及的問題，以及各個利益團體對此一議題解決方案的論述；「調查和評估層次」是希望學生能找出證據，支持或否決在覺知層次中不同利益團體的各個論點；最後一個層次則是「公民責任」，旨在讓學生採取行動，發揮行動的力量影響社會，也為社會做出一定的貢獻。

    以進行「全球暖化」議題為例(詳見林樹聲，2005)，教師必須先建立學生對全球暖化加劇、氣候變遷、二者的關聯、成因和影響、減緩和調適、格拉斯哥協議(更早的京都協議、巴黎協議)等基本概念與知識的了解，以符合「基本層次」的要求，此階段可使用的教學策略會以講述和提問為主。接著，讓學生了解此一議題涵蓋的爭議問題是什麼？(全球暖化加劇的成因是人為或是自然的一部分？)列出涉及此問題的利益團體(例如支持不同解釋的科學家、政治人物、經濟學者、一般民眾……等)有哪些？他們各自持有的觀點(立場)和論點是什麼？從分組查閱、收尋和解讀資料開始，再到各小組口頭或書面報告統整資料的結果，「覺知問題」的所在。再來，教師引導小組進入「調查和評估」層次，小組必須進一步找出背後支持或否決各個論點的證據，判讀證據的可信和強弱程度，甚至發表各團體還可以補強什麼證據來支持自我的論點。最後一個層次則是「公民責任」，教師可以模擬公民投票，讓學生以投票的方式表達支持或反對減緩全球暖化加劇的政策或法規；或者發起一人一信，寫信給立法委員，期待他們加快立法或審核有關減緩和調適全球暖化加劇的法案；亦或是在校園中擺設攤位，鼓吹大家加入減碳行動或強化減碳的行為。原則上，就是帶領學生化認知為行動，真正踏出教室一步，為公民責任做準備或落實公民責任。

    至於評量上，除了概念和知識的部分有標準答案之外，筆者建議可藉由SSI教學評量學生「高層次思考能力」，這些能力包括論證(提出論點、反論點、反駁、證據的能力)(林樹聲、黃柏鴻，2009)、批判思考(Lin, 2014)、做決定(Hsu & Lin, 2018)，或者使用證據的能力(Manz, 2016)……等。事實上，若教師決定評量學生高層次思考能力，基本上學生在回答問題時，就連帶地使用到已學過的知識或概念，畢竟高層次思考能力是情境相依於議題的，不可能不用到與議題有關的知識或概念。所以，只要教師善用或修正學者發展的評分架構(或稱「評分規準」)，或者根據學生填答的結果，教師自行發展和建構出評分架構也是可行的，此一過程也等於教師嘗試實踐素養導向的評量。

n  科學教師的準備和實踐上的問題與困難

    至於中等教育中的科學教師若要在課堂中納入SSI，自己需要準備什麼呢？充實自己教授SSI的PCK實屬必然。針對SSI的PCK一樣包括兩大核心知識——內容知識(content knowledge[CK] )和教學知識(pedagogical knowledge [PK])(Shulman, 1986)，其中內容知識在此是指與議題有關的「議題知識」，意即教師選擇的議題涵蓋哪些必須了解的知識(包括科學知識)；PK則是指進行SSI教學時會使用到的「教學模式、方法或策略」。這意味著教師在考量課程主題、學生的興趣和程度後，必須對選擇的SSI建構起相關的背景知識、涉及此一議題的利益團體的觀點、解決問題的論點，及其背後支持與否的證據。也就是說，教師需要確認自己利用SSI，到底想培育學生達成什麼目標，然後針對目標，做目標導向的教學設計。

    而過去研究探討教師實踐SSI時，會遇到哪些挑戰或困難呢？Chen與Xiao(2021)指出這些問題可以分成「教師、學生、學校和社會」三個層面來談。就教師層面來說，教師具備SSI的知識、實施和引導學生討論的能力、信念、信心等皆會影響教師實踐的意願。學生層面則包括學生具備的科學知識、學習的經驗和習慣(不習慣沒有標準答案的結果)、找尋和判讀資料，以及論述的能力等，都是一些阻礙具體實踐的因素。學校方面則包括進度壓力、教學時間有限、教科書中沒有涵蓋、缺乏可直接利用的教材、來自家長的意見等。

    筆者在此當然無法一一幫助教師解決上述的問題或困難，但若有心，在利用機會或與同儕合作(協作)的情況下，做出一些教學上的改變和調整仍屬可能。萬事起頭難，只要教師願意跨出第一步、打破自己向來的教學習慣，給自己、也給學生機會做改變，相信很多問題和困難都能水到渠成，一一被化解。而透過不斷的充實自我、實踐和反思，教師都能越教越上手，越有心得和想法，學生的學習亦然。

n  結語

    繼STS之後，SSI的興起為跨領域的科學教學或學習，開啟了另一個可嘗試的途徑。而許多科學教育研究，也都支持和倡議科學教學裡，應該納入這類議題。再者，SSI的教學也讓學生的學習，跳出了只是追求標準答案的過程和結果的框架，變成如何做出合理論述，並找尋證據支持或反駁的過程。基於上述這些理由，中等教育裡的科學老師都應該勇於嘗試SSI教學，為自己的教學注入另一種可能。

筆者在指導一些研究生從事SSI教學時，最常遇到的情況是：教師首次實踐SSI教學的當下，幾乎都會懷疑自己實踐的到底對不對，因而需要有人從旁指導或給予意見。若有專家、學者做諮詢，當然會讓教師更有信心實踐SSI教學；但若沒有，教師們也不要忘了自己的專業、同儕的力量，透過觀摩、討論和反思，都能讓自己對SSI教學掌握的更透徹、更熟悉。一些教師在實踐SSI教學後的分享如下：

「有耐心地鼓勵後，學生都能提出自己的想法。看到這些學生能發言，即使他們不是主動的，感覺還是很棒。」

「雖然我知道討論一次SSI的效果很有限，但若每學期都能實施個一到兩個議題，讓學生習慣全班這樣的討論，相信慢慢的，學生一定能表現得更好。」

「對我自己來說，以前總覺得照著課本教就好，現在則覺得自己也有設計課程的能力，未來可以根據課本的主題和內容做相關SSI延伸，SSI的教學並沒有當初想像的那樣難。」

「坐而言，不如起而行。」科學教師們，一起嘗試實踐SSI的教學吧！

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社會性科學議題導向的化學教學：食安議題的化學教學

李  暉
 

國立東華大學 教育與潛能開發學系
 

[email protected]

       學校科學教育中常忽略偽科學這部分，以致學生普遍存在偽科學信念。因此學校科學應教導學生認識偽科學，並教他們如何以批判思考的方式評鑑偽科學的宣稱。                      (Martin, 1994)

n  前言

食安議題關乎每位國民的健康，而媒體中卻偽科學充斥，影響至鉅(鄭怡卉，2013)，相關報導為求點閱率常流於嘩眾取寵，引起大眾的食物驚恐(food scare)，民眾缺乏相關知識，往往理盲而濫情，基於對「化學」的恐懼和對公務機關的不信賴，造成驚恐而莫知所從。本文介紹之課程與教學就是為改善此一現象，而以食安議題為主軸的化學教學。

n  食安、媒體與化學

媒體是社會大眾得知時事與獲取新知的重要資訊來源，有關科學議題的報導更可能是一般人在離開校園後少數可以接觸到科學資訊的管道(Norris, Phillips & Korpan, 2003；引自鄭怡卉，2013)。

黃俊儒和簡妙如(2008)也指出，科學新聞中「醫藥∕健康∕食品」類(佔22.7%)屬於高頻次的科學知識領域類型。此一類型議題是由來已久的民生問題，其中的食品健康新聞又多半是一件件食安事件所累積而成。民眾從媒體(而非教科書)中接觸到「三聚氰胺」、「順丁烯二酸」、「銅葉綠素」、「塑化劑」……等詞彙時，伴隨的都是「毒害」、「污染」、「致癌」、「慢性自殺」……。無怪乎只要談到「化學」，一般民眾直覺產生「有毒的」、「害人的」印象，甚至「恐懼」而希望生活中不會出現任何化學品。

資深化學家Mark Lorch在2014年5月在The Conversation網站發文指出，在新聞、廣告和常見的用法中，「化學的」這個詞彙常常被暗示它們是有害的。由於情感性的語言往往與「化學品”結合使用，導致一系列的迷思出現。他列舉了其中五個最嚴重的迷思。包括：

1. 你可以擁有一個不含化學品的生活

2. 人工製造的化學品都是有害的

3. 人工合成的化學品會導致癌症

4. 化學物質像是定時炸彈

5. 我們是不受管控的實驗中的白老鼠

無獨有偶，2016年3月，專欄作家David Robson在BBC上發表一篇文章《讓我們忽視真正危險的「化學恐懼症」》，指出：

大約從20世紀60年代開始，一種古怪的恐懼氛圍開始在發達國家蔓延開來—有人認為，有一種有毒物質正在對我們構成威脅，入侵我們的身體。它不僅改變了我們食用的食物和呼吸的空氣，甚至改變了我們給孩子購買的玩具。這個「眼中釘」究竟是什麼？「化學製品」。或者更確切地說，是人工化學製品。即便已經有大量證據證明合成物質是安全的，但還是有很多人一定要選擇天然替代物，認為天然植物提取物肯定比工廠裏生產出來的東西更加安全。科學家給這種恐懼症起了一個名字—「化學恐懼症」。

上述的化學恐懼症又與媒體的推波助瀾息息相關。食安事件透過新聞媒體的傳播，已經成為一般民眾生活中的夢魘，究竟什麼能吃？什麼不能吃？影響民眾的資訊幾乎全都來自媒體。另一方面，近年來智慧型手機與社交媒體的誕生，資訊傳播網絡之廣，傳遞速度之快，更是甚於以往。每日被灌入之訊息數以百計，更別提主動瀏覽社群活動時廣告與內容農場的轟炸。這些訊息往往以聳動的標題，未經證實的內容，基於民眾對「化學」與「疾病」的恐懼，不僅誇大其詞，甚至無中生有。在民眾恐慌之餘，遂行其廣告之實，或騙取點閱。許多民眾亦基於善意提醒，不經查證(也不知如何查證)就全數分享，以致於相關單位或學者一再澄清，卻實效有限(李暉，2016)。

科學訊息原本就背負「不確定性」的沉重包袱。就邏輯上來說，要證明一個否定命題是非常困難的。基於每個人的體質差異，要承諾大眾群體「吃XX是絕對安全的」確實存在邏輯命題上的困難。人們要求肯定，但他們只是得到了概率，說 「XX物也許有毒」，簡單幾個字，就遠遠抵得過說 「據我們所知，XX物迄今並未發現有危害」。事實上在社會性科學議題(Socio-Scientific Issue, SSI)中，對食物安全的質疑，少數科學家(或醫師)的言論，往往抵銷了官方機構的權威性影響，少數具有科學身份的人會比贊成食用XX物的全部同行産生更大的影響。哪怕這些人即使是無名之輩，平庸之才，沒有聲譽，甚至在科學界只是極少數，這都無妨。只要和食物恐慌連在一起，就會在社會中產生不對稱的作用。

另一方面，在已開發國家無溫飽問題時，對於健康問題日益重視，社會大眾在飲食議題上，多採小心原則，寧信其有，即便看似無害，也先採觀望態度。對於飲食小心的程度或嚴或寬原本是個人抉擇，但現況卻是因為對相關知識與邏輯的欠缺，導致在某一方面小心翼翼，另一方面卻門戶大開，這種情況屢見不鮮。例如民眾對於癌症的恐懼，只要提到「致癌」或「致癌物」就容易引起恐慌。事實上在WHO公布的致癌物分類中，除了第1類和2A類，其餘儘管有風險(沒有絕對的零風險)，可能性卻極低，或並無發現任何案例。常見有人堅決拒用第3類的「三聚氰胺」，卻不排斥危險性更高2B類的「手機輻射」，甚至已確定危害性第1類的「酒精飲料」和「香煙」。

n  課程背景

十二年國教重視素養之培養，成敗關鍵在教師，因此教師科學媒體素養與教學能力之培養至關重要。然而Ching (2014)指出，師培機構課堂生活的複雜現實與師培課程中所教的理論原則存在著差距。

東華大學教育系科學教育碩博士班教育目標之一即為培養中小學科學師資，在課程設計上為符合教育部國小教師加註自然領域專長，在科學專業科目上共開授物理特論、化學特論、生物特論以及地球科學特論四科各3學分課程，以增進國小師資之科學學科知識(content knowledge)。本人科學專業背景為化學，故化學特論一科多年來一直是本人擔綱，課程內容以普通化學和生活化學為主。近年來許多修課學生大學非自然科背景，對於化學一科甚感恐懼與誤解，因此在課程設計上即以食安、美食為主題，期望吸引學生學習興趣，並增加食安議題之專業知識。

n  課程規畫

以最近一次(110-1)開課之為例，教學計畫如下：

一、教學目標：

化學係科學教育之基礎學科之一，是學習科學內容知識不可或缺的一環。本課程著重於認識與精研中小學化學教材，普通化學基本概念、科學媒體識讀、自然領域化學相關教材與實驗，以培養及增強學生的化學學科內容知識(chemical content knowledge)。

二、課程內容：

1.     普通化學基本概念

2.     美食中的科學與食安議題

3.     化學相關之生活事例

4.     基於證據的化學探究與實作

三、實施方式：

講述、實作、討論

四、評量方式：

1.     參與(出席與討論)     25%

2.     口頭報告            25%

3.     實作                25%

4.     期末報告            25%

五、課程參考書目(見附錄一)

六、課程綱要及教學進度(見附錄二)

n  課程實施

本課程之實施如附錄二課程綱要及教學進度，但在實施面向上可分以下四項

一、以生活相關事例解說化學基本概念

許多學生對於化學概念的學習常感枯燥，但融入生活議題就常能吸引學生注意與參與。例如：

•     在氣體方程式的討論中，以瞬間氣化引發之體積變化，在限制體積不變的情況下將導致壓力驟增而引發爆炸，說明爆裂物原理以及密閉系加熱的危險，再導入實驗室安全守則。

•     以市面實售之濾水器說明各種淨水原理與選購考量。

•     以不同材質的塑膠解說合成聚合物的性質與用途，再以實物體驗其區別。

二、以簡單實驗增進學習印象

化學原本就是實驗科學，讓學生親自操作會有極佳的效果，未能在各級學校廣為運用主要在於教師擔心進度、教室經營與準備工作繁重。但是以簡易的操作讓學生親為，會有很好的效果，對進度亦影響不大。例如：

•     在討論將溶液混合體積與熱效應時，直接以酒精與水混合實測體積變化及溫度變化。

•     將油與水混合攪拌，再以果汁機攪拌以及加入少許界面活性劑攪拌，說明溶液不互溶時的界面效應與乳化效應。

•     以簡易的花青素(紫色高麗菜)在不同酸鹼值溶液中的呈色變化體驗酸鹼指示劑的實驗。

•     以水果電池及實際拆解乾電池認識化學電池的作用與結構原理。

三、美食議題與體驗帶入化學概念以吸引學生興趣

美食是吸引人的。這樣的主題主要是貼近生活，而且吸引學生，繼而從中學習科學原理。例如：

•     以酒類為題，討論發酵原理、蒸餾原理與設備。並以數種不同酒類介紹生活中的飲酒文化與禮節，在實際微量試飲後，更能留下印象。

•     以乳酪為題，討論乳類發酵、酪清分離現象，並藉以學習膠體溶液的性質(膠體粒子之凝聚、廷得耳效應、布朗運動等)。再實際品嚐市售乳酪約10種，感受其中因製程不同而產生之差異。

四、SSI(食安議題)之討論與查證

Hobbs (2010)在一項關於《民主社會信息需求的數位與媒體素養建議白皮書》中指出，當代媒體素養的教學實踐通常包括記錄媒體使用日記，使用信息搜索和評估策略，閱讀/查看/收聽和討論，縝密分析，跨媒體比較，遊戲/模擬/角色扮演，以及多媒體的組成成分。本課程參考其建議，在教學設計上採用以下策略：

•     閱讀或觀看媒體中的科學報導

•     通過識別報導者、目的和觀點，評估內容的可信度

•     查找科學訊息來源與提供者

•     查找相關科學內容之學術報告

而在主題內容上，主要討論「基因改造食品」與「食品添加物」，從化學學科的角度討論容許量(tolerance)與毒性的關係，介紹毒理學之父巴拉塞爾士(Paracelsus, 1493-1541)的名言「所有物質都是毒物，沒有一種不是毒物。只要劑量正確，就可以把毒物變成仙丹。」，以及政府安全標準的訂定。

此外，在上述課程中，特別向學生推薦林慶順教授的facebook「科學的養生保健」網站。林慶順教授是微生物學/分子生物學博士，在加州大學舊金山分校（UCSF）醫學院擔任教授22年(現已退休)，擁有40年的醫學研究經驗，在世界知名醫學期刊發表近200篇研究論文，擔任60多家醫學期刊的reviewer。他在2020年榮登首屆台灣生物科技與醫學名人錄。「科學的養生保健」網是以evidence-based的論述，以國際著名期刊之學術著作駁斥許多媒體傳言。介紹學生知道此一網站，期望他們從中學習查找可信的證據的方法，與相關食安知識，並藉此瞭解社會媒體的特質與影響。

n  結語

本課程之實施並非一成不變，事實上自2002年至今已授課近20年，從早期的完全的普通化學概念講授，逐漸增多實驗活動，再因應學生非理科背景增多而趨向教材生活化，近年則因媒體傳播社會事件而導入食安議題的媒體識讀內容與SSI的討論，期望修課者在擔任教師面對學生時，於化學議題上能引導學生探究與實作，釐清社會議題的本質，培養出媒體識讀的理性思維。

以上僅係個人工作分享，雖然在逐年授課中不斷改進以求教學效果，也能從畢業學生在教職上傳達正確的觀念，但不可否認其缺失仍多，尚祈諸方賢達不吝賜教。

n  參考文獻

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n  附錄

附錄一  課程參考書

(一)基礎化學

1.   陳偉民譯(C. Cobb & M. Fetterolf原著)。(2009)。打造化學力(上)(下)。天下文化。

2.   方嘉德等編譯(Chang原著)。(2003)。普通化學。普林斯頓國際公司。

3.   師明睿譯(J. Schwarcz原著)(2004)。蘇老師掰化學。天下文化。

4.   葉偉文譯(J. Schwarcz原著)(2004)。蘇老師化學黑白講。天下文化。

5.   葉偉文譯(J. Schwarcz原著)(2004)。蘇老師化學五四三。天下文化。

6.   莊勝雄譯(J. Emsley原著)(2000)。分子博覽會―輕鬆瞭解生活中的化學物質。商周文化。

7.   呂慧娟譯(R. Hoffmann原著)(1998)。迴盪化學兩極間。天下文化。

8.   蔡信行譯(P. Ball原著)(2003)。現代化學(I)―改變中的傳統觀念。天下文化。

9.    周業仁、李千毅譯(P. Ball原著)(2003)。現代化學(II)―跨領域的先進思維。天下文化。

10.   林秀麗譯(D. Bodanis原著)(1999)。我和我的秘密家庭―24小時的生活科學。新新聞文化。

(二)食安議題

1.   林慶順(2018)。餐桌上的偽科學：加州大學醫學院教授破解上百種健康謠言和深入人心的醫學迷思。一心文化。

2.   林慶順(2019)。餐桌上的偽科學2：頂尖醫學期刊評審用科學證據解答50個最流行的健康迷思。一心文化。

3.   林慶順(2021)。偽科學檢驗站：從食安、病毒到保健食品，頂尖醫學期刊評審的50個有問必答。一心文化。

(三)美食化學

1.   陳維真、張簡守展(譯)(2015)。料理的科學The Science of Good Cooking(原作者：The Editors at America’s Test Kitchen & Guy Crosby, Ph D.)。大寫出版。(原著出版年：2012)

2.   邱文寶、林慧珍、蔡承志(譯)(2009)。食物與廚藝On Food and Cooking: The Science and Lore of the Kitchen(原作者：Harold McGee)。大家出版社。(原著出版年：2004)

3.   McGee, H. (2004). On Food and Cooking: The Science and Lore of the Kitchen. New York: Scribner.

4.   潘昱均(譯)(2015)。廚藝好好玩：探究真正飲食科學，破解廚房秘技，料理好食物Cooking for Geeks: Real Science, Great Hacks, and Good Food(原作者：Jeff Potter)。奇光出版。(原著出版年：2010)

5.   陳正益、鄭初英(譯)(2013)。廚藝解構聖經The 4-Hour Chef: The Simple Path to Cooking Like a Pro, Learning Anything, and Living the Good Life(原作者：Timothy Ferriss)。三采文化事業。(原著出版年：2012)

6.   莊靖（譯）（2014）。味覺獵人：舌尖上的科學與美食癡迷症指南Taste What You’re Missing: The Passionate Eater’s Guide to Why Good Food Tastes Good（原作者：Barb Stuckey）。漫遊者文化出版。（原著出版年：2012）

7.   梁曼嫻、蒲欣珍(譯)(2010)。認識分子廚藝：顛覆傳統美食體驗的料理革命Traité élémentaire de cuisine(原作者：Hervé This)。積木文化出版。(原著出版年：2002)

8.   蒲欣珍(譯)(2010)。創新前衛的分子料理Petit Précis de Cuisine Moléculaire(原作者：Anne Cazor & Chirstine Liénard)。積目文化出版。(原著出版年：2008)

附錄二  課程綱要及教學進度

社會性科學議題導向的化學教學：社會性科學議題(socio-scientific issues)的化學教學

李啟讓^1 *、洪振方²、柯承亨³

¹國立屏東女子高級中學
²國立高雄師範大學科學教育暨環境教育研究所
³國立高雄師範大學科學教育暨環境教育研究所

*[email protected]

n  前言

一0八課綱希望教育現場思考，學生未來要面對的挑戰更多、更難，教師要怎樣激發學生的自主學習能力，讓學生成為能夠解決問題的終生學習者。臺灣2021年12月18日的公投題目有兩項屬於能源社會性議題，一為你是否同意核四啟封商轉發電？二為您是否同意中油第三天然氣接收站遷離桃園大潭藻礁海岸及海域？(即北起觀音溪出海口，南至新屋溪出海口之海岸，及由上述海岸最低潮線往外平行延伸五公里之海域)。從能源角度分析，此兩項公投涉及三個問題；一為核四安全，二為電力供應，三為碳排空汙。科技的進步將使我們面臨社會性科學議題(socio-scientific issues, 縮寫「SSI」)的困境，因為在科技時代，我們已經開始跨越了一個重要，但卻很少受到檢視的門檻；將來我們勢必在SSI這方面做出選擇 (Wilson，2021)。將社會性科學議題真實性情境的學習素材納入教學中，除可強化學生科學知識與生活實例相關的認識外， 亦能培養學生運用所學擴及到社會性科學議題，並能更深入的思考與批判，進而發展問題解決和探究之科學素養(邱美虹，2018)。

n  社會性科學議題

社會性的科學議題，其內容從環境化學、食品安全、水質純化、空氣汙染、碳循環，到氣候變遷與永續發展，在於探討水、大氣、 食品、綠色化學等議題，可使學生認識化學、生物科技、或化工對人類生活與環境的影響（United Nations, 2015）。社會性科學議題的特徵是具爭議性、做決定上兩難；Betsch & Haberstron
(2005)認為「做決定」包含了「確認問題、列出可行的方案、蒐集資訊、評估與選擇、行為實踐」等五種能力。「做決定」其實是一個複合、複雜的能力，並非想像中的簡單；正因為如此，過去的研究顯示，學生在做決定時出現了許多缺失； 例如：對問題缺乏全面性的檢視、依直覺判斷(Betsch & Haberstroh, 2005)、只仰賴個人的價值觀(Bell & Lederman, 2003)
、容易受限於偏見、被當時的情緒影響、 無法使用一致性的方法，甚至只會依循先前經驗，做出品質不佳的決定(Betsch & Haberstroh, 2005)。依據上述學者的發現，我們得知學生｢做決定｣的能力仍不足，而這些缺點則必須藉由教學加以導正。學生若能接受與做決定技巧有關的教學，通常較能做出品質較佳的決定(Eggert & Bögeholz, 2010)。在做決定時，學生若能重新思考與反省自己所做的決定，那麼所做出的決定將更謹慎與成熟。而反省和評估是一種後設認知的能力，若能善用後設認知的技巧，將會協助學生選用最適當的策略，進而提高做決定的品質(Gresch & Bögeholz, 2013)。

■社會性科學議題融入化學教學—結合GRR四階段教學模式與TAP論證模式

陳聖謨(2021)認為責任漸進移轉(gradual release of responsibility, GRR)的結構化四階段教學模式，讓學生承擔愈來愈多的學習責任，有助於培養學生成為獨立自主的終身學習者，如圖1所示。圖1漸進式責任移轉架構 (引自陳聖謨，2021)

GRR四階段教學模式 ，一、課堂目標的掌握：教師於教學中闡述以傳達自己對科學議題的認知與對教學目標的期待。二、學習歷程指導：經由師生互動的交流，協同學生在學習情境中，有效尋找資料、判斷相關的資訊、何者是正確的訊息、或何種是合理的解釋等。三，協作學習：透過學生群組互動、同儕合作的方式進行問題解決的任務，幫助學生相互學習或發展溝通與學習以科學語言表達其觀點。四、獨立學習：重視學生個別實作，著重如何思考自己的思維，發展後設認知能力，以及依據自己的學習如何採取行動(自我調解)(陳聖謨，2021)。

Toulmin(1958)的論證模式(Toulmin Argumatation Parttern, TAP)，已透過驗證在自然科教學有正面的學習成效(邱美虹，2018)，如圖2所示。

 圖2  TAP論證模式 (引自邱美虹，2018)

TAP論證模式六個主要概念，一、資料(Data)：用以支持主張的證據。二、主張(Claim)：依據證據提出合理的說法。三、理由(Warrant)：解釋資料與主張之間的因果關係。四、條件(Qualifiers)：使主張成立的特定要求。五、佐證(Backing)：支持理由存在的假設。六、反駁(Rebuttal)：與證據、理由、條件或佐證相互牴觸的論點(邱美虹，2018)。TAP論證模式在小組論證架構的建立歷程中，組內需取得足夠的資料，進一步將資料轉換成理由，設立特定條件來弱化反方的衝擊，重視多元資料數據及數據解讀的重要性。而在組間論證例時，經由小組合作提出實用的結論，可增強說服力，培養學生發展｢有一分證據，說一分話｣的科學態度。      

本文結合GRR四階段教學模式與TAP論證模式，以臺灣的再生能源、核能與火力發電方式對生活與環境之影響的社會性科學議題，設計教學流程如附錄1所示。臺灣的再生能源、核能與火力發電方式對生活與環境之影響的社會性科學議題的教學，需要兩節課時間。第一節課﹔第一階段課堂目標的掌握，進行學生分組、挑選正方與反方主題、授課說明(附錄2)、課程評量規準說明(附錄3)、以投影片講解台灣不同能源發電方式、以投影片講解空氣汙染、以投影片講解水汙染的防治與再利用。第二階段學習歷程指導，學生閱讀課本及自行查找與整理資料、完成學習單(附錄4)，教師以問問題、提示、指引或直接說明指導學生。第二節課﹔第三階段協作學習，首先進行組內相互教學、小組論證架構的建立、製作科學海報(附錄5)；再進入同儕交流學習、不同主題的正方與反方小組將各自製作的小組科學海報張貼於黑板進行組間TAP論證活動。第四階段獨立學習，老師在黑板上書寫激發學生發展後設認知的問題、鼓勵學生自我對話、學生修正學習單或科學海報、並填寫教學回饋問卷 (附錄6)、教師鼓勵學生利用課餘時間獨立完成小論文寫作。

n  結語

素養導向的學習是108新課綱的核心元素，教師調整傳統講述教學方法，可以培育學生具備核心素養、成為自主獨立學習者 (陳聖謨，2021)。社會性科學議題是現象式學習與跨領域學習，學習課程素材強調學習主題取自真實世界的社會現象，藉由真實情境中問題的引導，多元識讀、資料蒐集、分析、表述與論證，提升學生之資料整合能力、閱讀能力、口語表達能力與自主學習的科學素養。GRR教學模式的第四階段獨立學習，大部分學生較難完成教師要求，建議教師提供適當的獎勵，利於達成教學目標。

n  參考文獻

邱美虹(2018)。臺灣教育評論月刊，7(10)，1-7。

Wilson, E. O. (2021)。人類存在的意義：一個生物學家對生命的思索。(陳玉苹譯)。臺北市：大雁文化。(原著出版於2015)

陳聖謨(2021)。素養導向學習的實踐很近或很遠？以GRR架構為例。在洪如玉(主編)教學藝術–素養、創新、多元、議題(頁47-68)。台北市：五南圖書。

Bell, R. L., & Lederman, N. G. (2002). Understandings of the nature of Adobe Acrobat Pro DC
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Betsch, T., & Haberstroh, S. (2005). Current research on routine decision-making: Advances and prospects. In T. Betsch & S. Haberstroh (Eds.), The routines of decision-making (pp.359-376). Adobe Acrobat Pro DC Mahwah: Lawrence Erlbaum Associates.

Eggert, S., & Bögeholz, S. (2010). Students’ use of decision-making strategies with regard to socioscientific issues: An application of the rasch partial credit model. Science Education, 94(2), 230-258.

Gresch, H., Hasselhorn, M., & Bögeholz, S. (2013). Training in decision-making strategies: An approach to enhance students’ competence to deal with socioscientific issues. International Journal of Science Education, 35(15), 2587-2607.

United Nations (2015). 17 Goals to Transform Our World。取自 https://www.un.org/sustainabledevelopment/

n  附錄1

台灣的再生能源、核能與火力發電方式對生活與環境之影響教學流程

n  附錄2

授課說明

一、評分: 依據課程評量規準、針對課程的發問表現(只加分、不扣分)

二、授課方式:

1.以2週完成一個社會性科學議題學習活動，每個社會性科學議題都有一個科學影片或投影片，由老師導讀說明。

2.以五人為一組討論完成學習單與科學海報內容，小論文寫作個人獨力完成(有意願者)。

3.老師會提供與社會性科學議題相關的文章或網站給同學參考，以利深入討論主題，各小組口頭發表挑選主題的想法，最好能結合學習單內容之討論心得。

4.每個社會性科學議題最後一週是小組補充或修正學習單內容時間，並加入對於其他組想法之評論。

5.每個單元結束當天收小組學習單，遲交1天扣5分(該組成員)

 

n  附錄3

課程評量規準

n  附錄4

學習單

組別：            

一、自評與同組互評

說明:根據提問、回答、資料收集及解讀、討論發言次數、協助小組互助合作等表現，給予自己和組員評分。

 

二、問題與討論

1.請說明再生能源(太陽能、風力及水力)、核能與火力發電原理？

 

2.比較分析台灣近五年發購電在再生能源、核能與火力發電的發購電比有何趨勢？建議上台電網站(https://www.taipower.com.tw)  查詢。

 

3.台灣能源局統計，二0二0年電力排碳係數0點五0二，也就是每度發電產生0點五0二公斤二氧化碳排放，比法定目標0點四九二高，也比IEA(國際能源署)訂出的目標值還要高。為推動二0五0年淨零排碳目標，你認為台灣能源配比應如何規劃？

 

4.空氣品質指標為依據監測資料，將當日空氣中臭氧 (O₃)、細懸浮微粒 (PM2.5)、懸浮微粒 (PM10)、一氧化碳 (CO)、二氧化硫 (SO₂) 及二氧化氮 (NO₂) 濃度等數值，以其對人體健康的影響程度，分別換算出不同污染物之副指標值，再以當日各副指標之最大值為該測站當日之空氣品質指標值 (AQI)。不同汙染物的付指標值換算表，請參閱環保署網站(https://airtw.epa.gov.tw/cht/Information/Standard/AirQualityIndicator.aspx)

紀錄屏東居住地前一週的空氣品質指標值 (AQI)？建議上行政院環境保護署網站(https://airtw.epa.gov.tw/cht/Information/Standard/AirQualityIndicator.aspx)查詢。

 

5.舉例說明化學知識的應用，能為空氣汙染、水污染的防治與再利用，帶來了那些改變？

 

n  附錄5

科學海報

      組別：             

      科學海報你們的主題是：

      預定報告重點請以條列式寫在以下空白處

 

 

 

n  附錄6

教學回饋問卷