第 24 頁 – 臺灣化學教育

高瞻教師專業社群發展：搭建真實的科學舞台──發展科學閱讀素養課程／莫素娟、羅瑞美

星期日 , 6, 9 月 2020 編輯助理本期專題, 第三十九期/2020年9月留言功能已關閉

高瞻教師專業社群發展：搭建真實的科學舞台──發展科學閱讀素養課程

莫素娟¹、羅瑞美²

國立苗栗高級農工職業學校

[email protected]¹

[email protected]²

n 跨科教師社群組成的源起

觀賽帶來的反思

加入科學閱讀素養課程開發，是許多因緣際會。筆者（莫素娟）為國文教師，時任校刊指導教師，規劃校刊內容時，欣聞本校高瞻團隊成果豐碩，獲天下雜誌採訪。學校有亮點，校刊社怎能輕易放過！筆者立刻與高瞻計畫負責人林孟郁老師約好採訪，請他為全校師生介紹高瞻計畫的內容。

孟郁老師欣然接受筆者的約訪，並邀請筆者擔任「達文西科學專題競賽」的評審。達文西競賽是專為高一學生所設立的科學小論文比賽。本校在高一的校定選修課程中開設了「專題導論」，作為二年級專題製作的前導科目。學生在一年的學習後，可以提出作品參與達文西小論文競賽。競賽分成「紙本投稿」與「簡報演示」兩部分。在達文西競賽的現場，多數的參賽者都能侃侃而談，口說發表的能力令筆者驚豔。

這場比賽讓筆者反思許多，達文西競賽提供成熟的比賽機制，讓高一同學學習小論文的架構，也有同台競演的舞台，學生的能力成長有目共睹。反觀應當培養學生聽、說、讀、寫能力的國文課程，尚是以教師講述的單向教學為多。我自省：是我們的學生真的能力不夠？還是教育者未提供給學生發揮潛力的舞台？一場觀賽，燃起了筆者改良國文課程的念頭，也成為筆者投入高瞻團隊，進一步研究新興教法，並與教師們共同研究科學閱讀素養課程的契機。

尋求跨領域的融合

筆者（羅瑞美）最早是想多了解一些專業科目的內容，尋求英文和專業科目的跨領域火花。我心想，若認識各科的學習內容，就能進一步設計出更貼近學生的英文課程。抱著想了解更多科學課程的初衷，我成為了科學閱讀素養課程的夥伴。

n 科學閱讀素養課程開發歷程

科學閱讀素養課程的開發，起因於高瞻一期生質能課程的反思延伸。

高瞻一期期間，本校在校內推廣生質能新興科技課程，用引導式探究教學改變傳統課室，以學生為中心的學習機會比例增加。教師在教學過程中發現兩個現象：其一，生質能課程首重實驗，而學生對於實驗操作的起點能力不一。其二，課程內容探索新知，學生需收集資料、大量閱讀、過濾資料、對資料進行科學性思考，進而統整發表等科學聽、說、讀、寫能力，而教師發現學生的科學聽、說、讀、寫能力有待提升。若能提升學生的相關能力，則能進一步促進以生質能為主題的科學學習。因此高瞻二期課程發展的方向，除了精修一期的生質能課程、希望能使課程更符合探究式教學、增進學生實驗能力之外，教師們也希望能開發「科學閱讀素養」課程，增進學生的科學聽、說、讀、寫能力，作為生質能課程的基礎。於是，重視科學過程技能的「生質能課程」，與重視科學聽、說、讀、寫能力的「科學閱讀素養課程」便成了苗農高瞻二期的主要發展重點。

發展課程時，團隊在台師大科教中心李哲迪老師、以及當時任職於交通大學的王嘉瑜老師帶領下，參照了國際性的科學素養評量架構及相關研究，決定採用國際學生能力評估計劃（Programme for International Student Assessment,PISA）的科學素養能力指標及評量模式。課程發展的過程則採用了《重理解的課程設計》（賴麗珍譯，2008）所介紹的「逆向設計」。下文將分別就建構課程能力指標、決定評量方式及設計課程內容三大部分敘述。

建構課程能力指標

教師們希望科學閱讀素養課程能作為生質能課程的基礎，培養學生的科學基礎能力。前者預定在高一教授，後者預定在高二教授。我們思考了：重視實驗的生質能課程和重視科學聽、說、讀、寫能力的科學閱讀素養課程，是分開發展呢？還是有可能將兩項課程整併在同一套課程結構中？此外，我們也考慮到：兩個課程參與的教師完全不同，生質能課程以科學教師為主，科學閱讀素養課程則除了科學教師外，還加入語文科教師，教師們對課程設計的理解程度不一。團隊利用工作坊的方式，讓兩項課程的教師們開始了漫長的討論。

建構課程能力指標真是一場大工程。對一個新興課程的內容與教法，教師們各有想像，目標也不盡相同，在工作坊中，我們對課程的目標各抒己見，進行討論。透過討論，逐漸釐清爭論之處，實際聚焦在適合本校學生且可執行的指標上，進而訂出執行的先後順序，也藉此形成團隊共識。

其次，我們參考國際科學評量架構後，認為PISA科學素養的架構十分符合我們的需求。PISA 2009科學素養的定義如下：「能運用科學知識來辨識科學問題、獲得新知、解釋科學現象、並形成證據導向的結論；能理解科學特徵是一種人類知識探索的型態；能覺察科學與科技來形塑周遭物質、知識以及文化的環境；且成為一個具有意願投入科學相關議題、具有科學概念、及具反思性的公民（臺灣 PISA 國家研究中心，2011）。」從敘述中可見PISA鎖定的科學素養是運用科學知識和科學能力獲得新知、進行科學反思。其中科學能力包含辨識科學議題、解釋科學現象、運用科學證據三項。這三項科學能力向度正符合團隊教師們的期待，希望學生能從生活中辨識科學議題，並懂得利用科學方式求證。教師們討論後認為，生質能課程重視透過實驗設計對新興議題進行研究，希望加入「設計科學研究」的能力。又考量學生程度，教師希望能從閱讀著手，提升學生科學閱讀能力。我們另參酌PISA閱讀素養，將「科學閱讀能力」獨立成為一項。取經PISA科學素養評量再加上教學現場的考量，整理修訂成了適合本校學生的能力指標（如表1）。

表1 苗栗農工高瞻計畫科學素養能力指標

本校的科學素養能力指標分為：科學閱讀能力、形成科學議題、設計科學研究、解釋科學現象、溝通與結論推廣共五項。五項指標可歸納為：科學過程技能（包括蒐集資料、形成議題、設計實驗、資料分析、形成結論等）與科學聽、說、讀、寫等能力。在教師的設想中，五項指標可配合高職專題製作系列課程實施，前兩項能力可融入高一的「專題製作導論」（校定必修，一學年2學分），做為基礎課程；後三項能力可融入高二的「專題製作」課（部定必修，一學年6學分），做為進階課程。五項能力指標可依序施行，若教師在評估學生科學能力後，欲針對部分重點能力加強，也可採單項融入課程，提供了教師授課的彈性。本校的高瞻計畫是以社團形式跨科召募學生組成高瞻實驗班，進行授課，每單元融入一項指標共8節課，基礎和進階課程皆以生質能源為主題。

我們認為，科學聽、說、讀、寫能力與科學過程技能相輔相成。科學聽、說、讀、寫不但是科學意識的起源，也是學生自學、進而深入研究的重要能力。聽、說、讀、寫向來被歸類成語文科的教授目標。但在新興科技和探究課程中，聽、說、讀、寫也是學習科學的工具。教學者在發展課程的過程中，若能意識到培養聽、說、讀、寫能力的重要，主動引導學生進行科學閱讀、討論與書寫，可事半功倍，更貼近學習科學的真實情境。

回顧這段歷程，這是團隊形成共識的重要過程。能力指標是以對學生所學能力的描述，教師必須模擬學生的思考和學習歷程，而非教學的進度。討論的過程中，我們不斷以自己對學生能力的理解，來修訂、核實能力指標的撰寫。透過文字化敘述，教師們對各項能力反覆進行討論，以求精準。對教師而言，先訂出課程能力指標有助於確立課程目標、實施順序，在發展課程內容、設計教學及評量時，即能有所依循，且前後一致。對學生而言，了解課程的能力指標，有助於學生理解課程設計，在課程進行時，能察覺自我能力，提升學習效果。透過討論，教師們也發現了群科間的差異，例如工科教師（例如機械群、電機群）發現，工科的課程不一定重視研究而重視改良與研發。發現了差異便能做出改變，我們即著手將課程指標修改成工科適用的版本。透過指標的建立，團隊教師對課程發展有了整體的概念，也讓兩個子課程適用於同一套能力指標，彼此互相關聯、銜接。

決定評量的方式

逆向設計的精神，是在構思課程活動前，先決定能提供學習證據的評量方式。

苗農的科學素養課程（含科學閱讀素養課程及生質能課程）採用的評量方式包含：模擬PISA科學素養評量（後文稱作類PISA科學試題）的量化測驗（包含前、後測)、形成性評量（例如學習單及單元測驗）、綜合評量（例如方案競賽）三種。由於形成性評量較常見，在此不特別為文說明。後文將針對我們設計的類PISA科學試題及方案競賽兩項評量方式加以說明。

高瞻計畫進行時，PISA素養評量正是方興未艾的熱門話題。但苗農的科學素養課程決定以類PISA科學試題作為評量方式有其理由。一、PISA科學素養評量的試題設計著重在應用及情境模擬，其試題反映了受試者面對真實世界挑戰時，解決問題的歷程。受試者需理解資訊、靈活運用科學知識與能力，自行建構答案，得到科學性的結論。二、其試題可以檢視科學知識、科學能力，且可量化評量，教師們認為量化測驗更有利於檢驗科學素養是否形成。三、PISA科學素養評量受測年齡為15歲，介於國三到高一之間，與本校高瞻課程學習者為高一、高二相符合。綜合以上所述，教師們選擇了類PISA科學試題題型，來開發適宜本校科學素養課程的評量工具。

教師選用PISA樣本試題或自選科學文本改編，對照能力指標，修改PISA試題或自編試題組成評量試卷。以科學素養試題為例（圖1），我們改編台灣PISA國家研究中心所公布的PISA科學樣本試題（2006）〈健康風險〉，其試題以「化學工廠附近居民呼吸出問題、舉辦公聽會」為情境，試題中羅列不同立場的科學家聲明，所設定的情境極符合台灣環境。教師們要評量「區分出文本中的不同立場」此一閱讀能力，對應本校科學素養能力指標「1. 科學閱讀能力」中的「1-2. 能使用閱讀技巧判讀文章」，於是將原題本修改成如圖1中的「問題一」。圖1中的問題二，則是選自樣本試題，以對應能力指標「2. 辨識科學議題」中的「2-1. 根據科學文章提出合理的評論和疑問」。試題改編後，尚須訂定評分標準，依照評分標準評分，即可得出科學素養的量化成績。

圖1 根據樣本試題改編的評量試題，列出對應的能力指標

重視情境的概念也影響了綜合評量的設計，教師們設計情境式方案競賽作為綜合評量。以科學閱讀素養課程的情境式方案競賽為例，這是一個在地化的真實情境，也是未來可能實行的方案，競賽內容的情境介紹文稿節錄如下文：

綠的健康城市─苗栗縣再生能源方案競賽

苗栗縣政府正積極推動由世界衛生組織(WHO) 認證的健康城市計畫，打造「健康、環保綠化、福利及人文」的「樂居山城」。

為打造永續經營的健康城市，苗栗縣計畫發展綠色再生能源，將全面檢討縣內各項能源的利用方式、並探討各項再生能源的施行現況，以評估最適合採用的綠能方案。試尋找各項資料與有效的數據加以佐證，研擬出最適合苗栗縣的再生能源方案。

競賽方案中應詳加說明苗栗縣能源使用現況的背景調查、 各組所採再生能源的發展沿革及目前研發實行程度， 苗栗縣若採用該能源的優劣分析(SWOT)， 並勾勒出使用該能源的未來藍圖等。

要求學生熟悉競賽內容，練習以紙本文字配合口語流利表達，進行論文簡報或方案競賽是專題製作課程和科展研究的傳統。校內也早有達文西小論文競賽的模式。苗農科學素養課程皆設計了簡報競賽配合方案競賽模式，來對學生學習成果進行整體的評估。

以「苗栗縣再生能源方案競賽」舉例來說，我們將學生分為五組，每組抽籤選定各自負責的方案和對應的生質能主題。過程中學生需查找資料，尋找多則科學性論點，學習有關生質能源應用的常識，並以解決情境中所設定的問題為目標，提出自己的主張、制定方案及進行SWOT分析，在競賽現場上發表。

評量現場則以方案競賽為情境，請各組進行簡報、接受詰問，評審委員根據方案中的科學論述和簡報流程來評定學生分數、決定競賽成果。綜合性評量使學生體驗並練習應用聽、說、讀、寫的能力展現他所學習的科學內容，解決真實世界的問題。

設計科學閱讀課程內容

而新增的科學閱讀課程呢？怎麼讓科學加上閱讀？本團隊由國文、英文及化工科教師組成。在維持類PISA評量方式與探究教學的原則下，教師們將文本中的科學特性提煉出來，再考量本校學生程度與課堂進度進行篩選，形成了科學閱讀課程的四子單元：科學閱讀與主旨判斷、科學文章類型與特色、科學特性與評價訊息、科學文章摘要撰寫。

「科學閱讀與主旨判斷」單元包含：將閱讀歷程簡化為提取訊息與主旨判斷兩部分，欲協助學生先掌握閱讀的基本重點。

「科學文章類型與特色」單元則以學生常碰見的實驗型、解釋型和論證型三種科學文章作為主軸，協助學生掌握科學文章的特性，例如：辨識假說與變因、解釋科學現象、判斷立場與論點等。

「科學特性與評價訊息」單元則進一步深化文章中的科學特性，學生需學習評價訊息是否可用，考量如：複製性、驗證性、邏輯性、可信度、可行性等判斷依據。

在「科學文章摘要撰寫」單元中，學生須掌握上述科學文章特性並練習科學文章的摘要撰寫，同時作為閱讀理解的成果表現。

過程中化工科王淑璟老師協助團隊掌握學生特性與科學性思考，居功厥偉。教師們對本校學生的學習歷程有更進一步的了解後，更能貼近高職學生的學習特性與閱讀需求，並且配合生質能的主題，考量並規劃科學閱讀活動和教學原則。例如：科學性文本的長度需由淺入深並適當改寫；或可依照前測結果將學生分組，給予不同閱讀鷹架；科學閱讀策略的介紹需簡要清楚勝於繁瑣細碎；配合高職專業課程，歸納三種最常出現的科學文本類型；挑選科學文本時，比起理論應用，更須注重與現實結合的議題等。

教師們對應能力指標並用評量回推教學，以上述圖1試題為例，指標「1-2能使用閱讀技巧判讀文章」其中一項為：「區分出文本中的不同立場」，在發展對應指標的評量試題後，我們進行課程內容設計時即會思考：如何呈現「立場」的重要性？生活中有哪些是學生會遇到的情境？蒐集來的文本適不適合？來發展教學引導與簡報。詳細範例說明請見以下圖2至圖4。

以「科學文章類型與特色」單元為例，本單元的學習重點為「立場與論點」，圖2即顯示教師援引科學樣本試題中的案例，引導學生討論和分辨所讀文本所呈現的不同立場以及支持其立場的論點。圖3所對應的教學和短文則是引導學生思考立場為何重要？並討論遇到科學文本時，是否要進一步思辨立場及論點背後的真實性？圖4對應的單元則是學生閱讀一篇與能源相關的長篇文本〈聚風儲電〉，進一步探討一個政策下的多元立場、多元論述，試著讓學生自選立場並說明理由。三篇文本由淺入深，讓學生熟悉科學文本的形式且訓練思考。

圖2教學簡報1

圖3教學簡報2

圖4 教學簡報3

在課程設計的過程中，教師們需不時核對能力指標、評量試題，以求教學內容切合教學目標。

從能力指標訂定、決定評量方式到教學內容設計，教師們開啟了跨領域課程的模式。團隊中有語文科、自然科、工科、農科各領域的教師，語文教師協助理解閱讀的過程，並與科學教師討論科學閱讀特性；科學教師則是向語文教師學習帶領聽、說、讀、寫的方法，設法融入課程之中，並訂下科學研究的主要流程。教學者開發跨領域課程的過程中，不只是協同，而是互相學習，互相成長。

本著解決教學現場問題的初衷而開始的一趟旅程，在執行計畫的過程中，教師們有高度協調的共識，在跨領域設計的過程中，無形中也經歷了跨領域學習，使所開發之課程也初具了跨領域課程或校本課程的本質。

n 科學閱讀素養課程的特色

本段敘述本校科學閱讀素養課程的特色，包含：呈現科學閱讀歷程、科學文本多元化、探究課程設計、情境式議題討論、跨領域學習等五項。

呈現科學閱讀歷程

科學閱讀素養課程的四個單元中，從提取訊息、確認主旨、分辨科學文章類型、判斷立場與論點、利用科學文章特性評價訊息，到摘要科學文章，完整呈現科學閱讀歷程。將閱讀歷程階段化，透過教師示範在課程上表達出來。前述安排還有助於提升科學文本的閱讀理解，讓學生在閱讀時能敏銳分辨科學訊息的特性，展現各階段閱讀訓練的練習成果，有助於教師評估學生的閱讀能力，也讓學生自我檢測各階段的閱讀能力。

科學文本多元化

科學閱讀素養課程包含的文本形式十分多元，除了常見的紙本文字文本之外，許多科學文本亦重視圖文表達，也常見嵌入科學影片的動態文本。在第三單元「科學特性與評價訊息」我們即引入了網路文本。科學文本多元化，符合現代生活訊息的多樣化，但每單元所選的核心文章一定是紙本文章，且是科學論述可信度較高的科學雜誌與期刊。

探究課程設計

科學閱讀課程要配合探究難度頗高。教師們利用科學影片、真實個案、兩難議題，再輔以小組討論的方式進行教學（如圖5）。不在課程開始時揭露課程目標，而是透過影片討論、角色扮演的過程中，帶出課程的重點。學生在討論的過程中能觀察不同發言內容、不同立場的論點，引出學生真正的想法，並培養學生思考能力。教師在課程上要透過討論機制引導學生從不同觀點思考，活化討論與思考層次，而非「一言堂」。

圖5 王淑璟老師(中)引導學生進行小組討論

情境式議題討論

發展科學閱讀素養課程過程中，筆者發現處處是科學，貼近學生生活的真實情境俯拾即是。我們在課堂上探討塑膠變石油、看電影是否能有效增進婚姻品質、基改食品的研究是否符合消費者立場等議題，也討論有機農業、化學農業、永續農業何者更適合苗栗農業的困境問題。我們更希望學生能利用這樣的能力面對未來，解決兩難情境。「盡信書不如查證」，能科學性思考、能過濾和評價資訊，並在關鍵時刻協助自己做決策，是我們希望學生可以內化的科學素養。

跨領域學習

在傳統的分科學習情況下，閱讀與科學學習是分開的。學生的閱讀課程多不會採用科學文本（例如國文課程中僅有一個單元是科普文章），加上語文教師也未受過科學訓練，不注重閱讀與科學學習的關聯。而自然科或工科專業課程則是知識點太多，學生則常是閱讀教師已經消化的重點內容，缺少自行閱讀和理解科學文本的機會。動手實作的課程則少見閱讀文本的輔助，且自然科或工科教師未受過閱讀教學的訓練，多以自己的閱讀經驗帶領學生。而本校的科學閱讀素養課程，試著以高職本位課程思考，結合語文課程與專業課程，增加學生對科學聽、說、讀、寫的經驗，並真實應用，讓學生在科學閱讀素養課程中進行跨領域的學習。

結語

筆者們跨足科學閱讀素養課程的開發學到了什麼？我們把自己當作了學生，畢竟很久沒上科學課了，這麼走了一遭，才發現看文本不是只是學知識，反而要不斷反思文中的立場，思考各角色說話的目的。用教學者自己的體悟設計課程，引導學生了解這樣的思辨歷程。還要跳脫「標準答案」的模式，因為當文本切入點不同就會有很多思辯。發展和進行探究課程對教師而言，也是使思考變寬闊、時時需確認己他方的立場、和解決現實問題的歷程。

科學閱讀素養課程，讓我們更貼近生活，更貼近真實。

n 參考文獻

賴麗珍（譯）（2008）。重理解的課程設計（原作者：G. Wiggins、J. McTighe）。臺北市：心理出版社。

臺灣 PISA 國家研究中心（2011）。PISA2009應試指南。取自http://pisa.nutn.edu.tw/download/sample_papers/2009/2011_1205_guide_science.pdf

高瞻教師專業社群發展：建立跨校教師課程開發社群／鍾武龍、黃儀婷

星期六 , 5, 9 月 2020 編輯助理本期專題, 第三十九期/2020年9月留言功能已關閉

高瞻教師專業社群發展：建立跨校教師課程開發社群

鍾武龍¹、黃儀婷²

國立苗栗高級農工職業學校

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n 前言

本校高瞻團隊的教師社群，經過計畫第一期的洗禮、蛻變，於教師專業成長與學生有關生質能源的學習表現都令人刮目相看。在高瞻一期計畫結束之際，獲得國科會科教處以及各大雜誌報導的肯定。

第二期高瞻計畫徵求書建議由曾參與過高瞻第一期的計畫團隊，協同未參與過高瞻計畫的學校建立跨校教師專業社群，將前者於第一期的課程發展成果推廣至鄰近各高中、職學校，並由跨校教師社群共同修訂適性課程、交流高瞻計畫的執行與課程開發的實務經驗（高瞻二期計畫簡介，2020）。呼應公告的徵求重點，苗栗農工在第二期高瞻計畫有兩個主軸：（一）尋求合作學校成立跨校教師社群，進行第一期高瞻經驗與教學實務的移轉；（二）精修與推廣高瞻一期的生質能課程，而本篇的主軸聚焦說明高瞻經驗與教學實務移轉的過程。

為了推廣本校所開發的生質能探究課程、科學閱讀素養課程和相關課程執行經驗，我們於校內成立教學資源中心，建構數位資源分享平台及辦理教師研習活動。在計畫第二期的三年執行期間，已主辦、承辦或受邀參與發表多達10場工作坊活動（圖1、2）及巡迴展覽，並辦理超過20場的校際觀摩活動（圖3、4）。


圖1 辦理跨校推廣課程工作		圖2辦理跨校師生科學研習營


圖3各校教師至苗農進行課程觀摩	圖4至各校分享課程教法

互動過程中，由於苗栗農工與東勢高工的地理位置及學校屬性相近，兩校的教師團隊也在各項共同研習及校際推廣活動中發覺彼此理念相近，跨校合作開發課程的想法也逐漸萌芽，經過不斷的討論後終於洽談成功。東勢高工以應用問題解決教學（problem-based learning, PBL）結合醫療照護融入高職跨群科技術創造力課程為主題，2012年獲通過高瞻計畫第二期，開始發展課程。

n 跨校教學專業社群之具體做法

跨校教學專業社群由一個第一期已執行過高瞻計畫的團隊與另一個新加入高瞻計畫的學校團隊組成，利用共同開發課程的方式凝聚成員的向心力，進行合作學習、分享、專業成長和反思，以協助縮短開發新興科技課程的摸索過程。跨校社群運作的過程中，我們蒐集了包括訪談、工作坊記錄、課程開發文件、會議交流紀錄及成果報告書等資料，以了解轉移成效。

此跨校社群經驗移轉過程共計3年，兩校採用｢認知學徒制｣的方式，以3次跨校工作坊，交流與分享課程開發與實施的經驗。從對談過程中了解對方執行高瞻計畫面臨的問題後，召開校內會議（共12次）或跨校合作舉辦專家諮詢會議（共有6次），過程中邀請台師大科教中心張永達教授和李哲迪教授、淡江大學課程與教學所張月霞教授、以及時任職於交通大學教育所的王嘉瑜教授指導、協助解決跨校學習社群的運作或課程與評量工具的發展等問題（如圖5、圖6）。


圖5 教授們指導探究課程的開發	圖6教授們指導科學素養評量的開發

苗栗農工過去於高瞻計畫的執行經驗、新興科技探究課程的教學設計及社群運作三部分，都有令人驚豔的成果。苗栗農工與友校經討論後，延續前述三個部分，提出兩校皆認為最急迫需要、可能解決友校問題的重點，規劃經驗移轉的項目和內容，如表1所呈現。

表1 經驗移轉的項目和內容

計畫執行經驗

教學設計

社群運作

（1）訂定計畫目標：知道計畫執行的方向

（2）規劃計畫運作模式

（3）安排進度：發展時程的訂定與規劃

（4）盤點教具開發的資源與經驗

（5）規劃執行的方式

（6）計畫報告撰寫與申請

（1）訂定教學目標

（2）轉寫教學內容

（3）教案撰寫

（4）教學實驗設計

（5）教具開發

（6）教學評量設計

（7）課程評鑑計畫

（8）課程修正的循環

（9）教材推廣模式

（1）團隊合作

（2）分工的重要

（3）其他

跨校的專業學習社群採取「認知師徒制」的模式進行，強調於發展新興科技探究課程的情境中交流教學經驗，透過有實務經驗的教師團隊示範、講解，而接受移轉的教師團隊主動觀察、思考和反思，提出疑問與困難，後續再由兩校以交流會議的形式形成學習小組，並搭配工作坊提出建議或形成解決問題的策略。跨校社群的經驗移轉內容共可分為三個層次，依順序執行。跨校社群經驗移轉的層次和做法說明如下，並整理於表2。

第一層次進行方式包括示範、指導及鷹架，主要是針對發展新興科技探究課程的示範、指導和提供鷹架，透過兩校共同開發新課程的過程進行教學觀摩、課室觀察與指導，幫助友校教師獲得課程設計及學科內容統整性的認知與後設認知技能。

其中的「示範」，舉例來說，苗栗農工透過示範及例證的交流與分享，協助友校「訂定課程發展目標」及「思考課程與教師定位」，是開發創新課程的第一步也是關鍵的一步。

「指導」則例如苗農教師向友校團隊點出：「教學時數」是規劃「教學目標」及「教學策略選用」的關鍵，不管在教學目標訂定、教學策略選用或課程內容多寡，都與教學時數息息相關，若先確定教學時數，前面提到的幾項工作範圍就能更加明確。透過師徒制的頻繁互動、指導，協助友校體會此點的重要性，並嘗試於自己的實務情境中執行與實踐。

課程開發是繁複的一項工作，每個階段或步驟都是環環相扣，需非常的嚴謹。「鷹架」指的是本團隊教師在共同開發課程的過程中，以提醒、說明、示範或討論等方式，協助友校逐步建立課程開發中所需知識及技能，例如：訂定教學目標、以及分析和考量教學目標、學生能力評量指標與教學活動內涵（教材）三者的關連性等。

第二層次主要強調在跨校學習社群的成員都持有共同的信念、願景或目標的情況下，針對課程開發與執行所遭遇的問題和困難，透過闡明和討論與省思等作法，幫助友校聚焦於觀察經驗轉出團隊於解決問題時的做法，並透過跨校團隊雙方的分析、討論和對話，對問題解決策略形成共識。

其中「闡明」指的是，當友校團隊面臨某問題、嘗試解決但未果，苗農團隊會透過如：交流會議、電子郵件、電話諮詢等各種方式，讓友校團隊教師組織、說明問題解決過程中採用的方案，以及所運用的知識和論據，雙方再透過討論和引導協助其釐清思路並調整、修正方案，及時解決問題。

「討論與省思」指的則是兩校在一連串的互動過程中，由友校團隊反覆的將自己問題解決的過程和使用的策略與苗農同儕的方案相比較，並與苗農團隊就雙方於課程開發領域與教學方法的不同，討論各方案的利弊得失，從比較的過程和結果中形成對問題解決的共識，也協助友校團隊建構出處理複雜課程問題的概念模式。

第三層次是「探索」，強調在接受經驗移轉的學校於第二層次建構出處理複雜課程問題的概念模式，也了解問題解決的程序後，能夠嘗試應用於己校的課程開發情境，經驗移轉團隊則逐步退出指導。目的是使友校團隊能逐漸獨立界定問題，執行問題解決程序，並在課程發展和評鑑各階段對應的報告或檔案中提出系統性的描述。苗農團隊僅在關鍵必要處提出提醒和支持，例如：提醒友校團隊於課程開發過程中亦須聚焦在學生的學習表現。

表2 跨校社群經驗移轉的層次和做法

層次

進行方式

做法

目的

第一層次

示範

工作坊及會議分享新興科技探究課程的開發流程、內涵、例證及經驗

透過課程實施過程中的課室觀察與指導，幫助跨校社群的老師獲得課程設計及學科內容統整性的認知與後設認知技能

指導

藉由交流及課室觀察適時給予提醒與指正以解決困難

鷹架

在課程開發過程中適時給予協助，如課程目標如何設定等

第二層次

闡明

由高瞻一期教師團隊分享過去曾遭遇的問題和經歷，協助友校教師分析、診斷與省思自己的情境，提出問題

幫助跨校社群的老師聚焦於觀察經驗轉出者於專家曾遭遇之困難和做法，並分析自己的情境和特性，提出目前所面臨的問題和解決的策略

討論與省思

藉由比較雙方於課程開發領域與教學方法的不同，進行對話，共同建構出問題解決方案

第三層次

探索

經驗移轉團隊逐步撤出引導，促使友校能獨立完成課程開發的任務

鼓勵跨校社群的老師能執行專家問題解決程序，能夠具有自主性並完整執行

兩校形成跨校專業學習社群，學習社群成員的關係是地位平等的、願意分享的、樂於溝通的及相互支持的。透過共同開發課程、進行真實情境的教與學，由苗農教師示範、講解、適時提醒和支持，有利於友校團隊的教師增進學習動機、主動建構發展新興科技探究課程的知識與技能，並縮短課程開發的摸索期。本校團隊也提供友校諮詢計畫執行的組織與管理層面等困難，提升計畫執行效率。

為了協助友校高瞻團隊解決問題，本校教師會先進行數次校內社群的專業對話、提出數點方案或建議，再移至跨校社群共同討論，對問題解決的策略形成共識。不只合作學校受益，本校教師也從雙方互動討論、交流、回饋與反思的過程獲得專業成長。

n 計畫執行困難與建議

兩校共組跨校專業學習社群，激盪出許多教學火花，對於雙方教師的專業成長助益良多，但是計畫執行時難免遇到困難或限制，我們於省思後也歸納出兩點困難與建議，供讀者參考：

（一）主題與教學方法之差異：苗栗農工的生質能源課程，採用探究教學法；而友校則規劃以問題解決教學法發展醫療照護課程。如何運用PBL一直是友校團隊感到困惑的地方，對方在沒有課程專家協助的情況下，只能靠團隊內部會議討論或諮詢苗栗農工的外部課程專家。苗農教師雖然有實務經驗，但畢竟不是課程專家，在此方面無法給予實質的幫助。課程開發流程是長期且繁複、也需要視教學現場的條件和環境進行調整。我們建議，當教師團隊以課程開發為主要任務作為計畫執行內容，就需要邀請一位課程專家長期投入、並與課程發展團隊緊密互動，才能適時提供所需的協助。

（二）開始合作的時間點：兩校的計畫團隊原先預定於計畫第2年才開始社群運作的工作。但兩校於媒合初期進一步互動後發現，初次執行高瞻計畫的學校可能一開始比較抓不到計畫執行方向，故協議將本文所述的跨校社群經驗移轉交流項目提前開始，以利計畫執行。我們建議，組成跨校教學專業團隊的合作時間點應儘早，對計畫執行會更有效率。

跨校教師團隊經過3年的課程協同開發，形成了相互支援及分享、且溝通良好的運作模式，不僅教師提升教學與研究能力，也有助於提升學生學習成效。藉由我們以上的經驗分享，期待未來能鼓勵成立更多校內跨科別或跨校經驗分享的專業學習社群，串聯合作資源和交流分享，共創教學雙贏。

n 參考資料

高瞻二期計畫簡介（2020）。科學on line。取自https://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=42436

高瞻教師專業社群發展：高瞻經驗的自我省思與蛻變／林孟郁、王淑璟

星期五 , 4, 9 月 2020 編輯助理本期專題, 第三十九期/2020年9月留言功能已關閉

高瞻教師專業社群發展：高瞻經驗的自我省思與蛻變

林孟郁¹、王淑璟²

國立苗栗高級農工職業學校

[email protected]¹

^{[email protected]²}

本教學團隊成員凝聚共同的目標與願景，融合「教學」、「創新」、「研究」和「科技」而發展出課程。我們於發展生質能新興科技課程與科學素養課程的過程中，教師對課程整體架構先訂出五項能力指標，然後設計教學活動。經過課程不斷地實施與修正、縮小課程目標與學生實際經驗的差距，期許學生能體會完整課程的認知、情意與技能面向。在致力於縮短教、學落差的同時，我們體會到教學省思有其必要！而落實創新教學策略的經驗，使我們的教學生涯注入了新生命、新活水，到最後連課程評鑑都是扎扎實實的教師專業成長歷程！回顧高瞻計畫兩期共7年的歷程，本文以下分享苗栗農工教師團隊的教學專業改變、以及學生成長和學校之改變，也反思苗栗農工投入發展生質能源等新興科技探究課程之經驗，對於對提升高中職教學品質的未來展望

一、全方位提升教師專業能力：課程規劃、教材編製、教具開發、教學實驗及課程評鑑

跨領域概念已於本校「專題研究」及特色課程「專題探究導論」推動多年。我們不只在學生的專題探究主題上提倡跨科別整合、學習團體也是由跨群科學生所組成，本校高瞻計畫團隊是由不同背景之教師組成跨領域專業學習社群。執行高瞻計畫期間，團隊成員進行跨領域思考，討論引導式探究課程設計並反思改進之道，我們也重視跨領域與跨界學習，積極營造探究學習環境，並開發相對應的課程能力指標，評估學生能力養成之成效。反思投入高瞻計畫對校內教師專業成長之影響，共可分為三個方面：

(一)跨科別交流—打破教師在傳統校園體制中的孤島文化

在一般傳統校園體制裡，老師們大都是單打獨鬥面對教學與學生，很少有協同教學的經驗。教學團隊成立之後，為了完成預期的目標，教師開始有了交流和互動，例如教師們開始在教學和指導學生競賽方面進行跨科別的合作與交流，甚至不同科別的學生也可以一起進行研究，打破科別建置的藩籬。跨科交流也讓資源如：設備或技術，得以流通、共享。在參與高瞻計畫之前，這些跨科別的合作是未曾發生過的。

(二)專業知能提升—建立社群，結合校內、外資源增進教學知能

開發一套全新的課程，從無到有非常不容易，更何況要完成沒有課程標準、沒有教學設備、沒有人做過的新興科技課程，這對我們算得上是一個「不可能的任務」。回首過去，建立教師專業學習社群是發展學校本位課程得以成功的重要條件，其中的重要關鍵在於教師們能否習得該領域的知識與實驗技術，除了開發新課程相關的教學專業需求必須明確，要導入哪些教師專業發展資源才有具體方向。教師也必須主動參與、投入去尋求、學習和消化所學，才能轉化為學生能夠理解和吸收的內容。

團隊在課程發展初期即發現自己於「生質能源」專業知識的不足，如何將專業的學科知識轉化為學科教學知識，也是另一個難題，但團隊夥伴透過正式的會議、工作坊和專業研習，及非正式的餐敘、閒聊言談進行頻繁的互動，彼此分享設計課程過程所遇到的困難，並討論解決之道。藉由前述的正式和非正式社群互動，交流和共享彼此的專業與知識。校園內、外資源網絡系統的建立是另一項重點。我們也藉由在校內組成各項讀書會、參加校內、外研習以及引入專家學者的資源與建議等方式，建立資源網絡，逐漸擴充、豐富我們於生質能源主題的教學知識與教具開發之能力，也逐漸建立對自己和對團隊開發之課程教材和教具品質的信心。

(三)課程推廣和指導—身份從「教師」轉化為「教材開發和指導者」

引進校外專家協助後，有關生質能源的專業知識已臻完備，課程和教具經過數輪的實施和修改後也已發展成熟，社群成員們已經發展出有關新興科技探究課程的學科教學知識，進而能以課程開發者的身份，進行課程推廣，分享包含：「科學素養」與「生質能源」系列課程的設計與實施經驗、以及創新教材教具開發與能力指標評量發展等經驗。除了有國外教育單位或國內夥伴學校蒞校觀摩交流外（如圖1），計劃期間團隊教師也有機會參與國教院和台師大科教中心之探究與實作課程的開發，亦吸引台大、交大、清大與中興大學等師培團體蒞臨參訪（如圖2）。經過團隊教師教學專業能力的提升和身份轉變，使原本傳統、地區性的苗栗農工，在科技教育領域往前跨了一大步！

圖1團隊教師向印地安那州教育參訪團解說課程教具模組

圖2與中興大學師培生分享科學素養課程研發歷程

二、學生才是學習主角—教學的反思與改變

推動和實施生質能探究教學後，不只團隊成員在教學技巧與學生的學習模式上出現了一些轉變，也進一步影響校內的其他教師，他們開始試著去反思與改進自己的教材設計與教法。不同於以往強調課程進度的教學，教師改以提升學生學習動機與成效為目標來思考教學設計，這些改變例如：課程活動的規劃和安排不再以有趣為主要考量、更清楚地架構出學生的學習進程與能力地圖等，學生真正成了「學習的主角」。

本校的高瞻課程導入引導式探究，透過設計課程引導的方式和選用多元教材，提供學生選擇、討論和做決定的空間，也提供學習者自己規劃、展現學習方式與探究歷程的機會（如圖3）。無疑地，導入探究教學為老師的教學帶來非常大的改變及突破，那是一種無形的影響。教學，不再是拼命趕課，而是調整時間，鼓勵孩子們勇於探索，多方思考，踴躍發表，同時發展出多元的學習活動和評量，包括設計貼合生活與新興科技的學習情境、進行真實評量、辦理各項學習競賽和學習護照，以及指導學生製作學習檔案等等，把學習的主動權交還到學生手上。


圖3 學生繪製流程圖報告實驗過程	圖4對日本名城大學附中學生做專題報告

三、在耕耘與收穫之間，體驗教育的欣喜與感動—展現創新教育的「差異、多元、創意」

「出國比賽？」怎麼可能？更何況是要和都會區明星學校的學生們一較長短，這是苗栗農工師生想都沒想過的問題，但是團隊的努力讓我們把不可能變成可能。學生從沒想過自己有一天也能站在國際的舞台上，於台日科學高中SSH(Super Science High School)的發表會中用流利的英語做簡報（如圖4），還讓日本教授誤以為是大學研究生。還有一位學生因在高瞻課程和團隊教師耳濡目染下，奠定良好的學術研究態度與方法，獲得台灣大學教授的青睞，甄選進入台大就讀，這些都是令人感動的實例故事！團隊教師指導學生參加全國科學展覽、專題製作、小論文競賽皆屢獲佳績。我們發現苗栗農工的學生不乏具有潛力的孩子，只要給他們一個表現的舞台，他們一樣可以發光發熱！

「站在巨人的肩膀上，可以看得更高更遠」。參與高瞻計畫的經驗讓本團隊師生看到了不一樣的學術風景，透過國際交流活動，走進世界，擴大了學習視野。教師可以觀摩其他國家如何將科技融入教學，學生則藉著國際交流競賽與發表，提升科學興趣和知能（如圖5和圖6）。經由不斷的討論和實際操作，老師和學生都看見了生質能源的真實面貌與未來遠景，新興科技不再遙不可及，反而變得更有感、更可親。高瞻經驗為苗栗農工師生打開了一扇窗，科學的世界也因此變得更豐富而多元。

圖5高瞻一期成果評鑑唯一獲四大獎項學校圖6 高瞻二期學生成果競賽最大贏家

四、進化的教育思維與教學質感的提升

檢視苗栗農工參與高瞻計畫所發展的生質能探究課程，結合了「新興科技」與「基礎科學素養」兩大範疇，我們研發的教具與教材，有助於提升學生在未來產業上之競爭力與優勢，也呼應了科技部推動高瞻計畫：以新興科技為主軸，以期提昇高中職教育品質、培育具備新興科技素養國民之先見。高瞻計畫透過直接挹注資源至高中職、鼓勵大學端與高中職攜手合作等方式，提供教學和學習轉變的動能。回顧本校的高瞻經驗以及參與過程中所見於學校和師生的轉變，我們回應高瞻計畫的預期目標，也對推動「生質能探究課程」提出幾點未來展望：

1. 持續推廣既有的生質能探究課程和開發新的課程、評量工具和教具，能豐富目前國內、外高中職較欠缺的基礎科學素養課程。

2. 透過協同開發、執行新興科技課程與教學模式的歷程，以培育更多投入新興科技課程開發與教學的科學教師。

3. 使更多高中職學生接觸生質能探究課程，得以提升國民對生質能的認識，有助於國家推動永續和發展新能源的相關政策。而探究課程的特性則提供學生個人的創意思考空間，亦培養學生科學探究能力，有助於提升高中職科學與科技教育品質，培育具備科學與科技素養的國民。

4. 生質能探究課程的課程發展模式可作為高中職學校發展新興科技課程之參考，而研究結果亦可作為本校類科評鑑調整或轉型之參考。

五、教育的蔚藍天空，繼續展翅飛翔

「追求卓越、要做就做最好的！」本團隊投入高瞻計畫7年期間，從最初的篳路藍縷，一路走來，曾遇烏雲密佈，也曾花團錦簇，但懷抱著夢想和堅持，從最初到現今，未曾改變的是對教育的熱忱。我們期盼藉由教師自身的專業成長，使苗栗偏鄉的孩子接觸新興科技議題，並激發孩子們對知識追求的熱情，且能更有創意、見識更寬廣、更有自信心，將來乘著知識的羽翼，飛得更高、看得更遠、更有前瞻性。這7年來，教學團隊實踐了許多教育理念，師生教學相長，在「教學」、「創新」、「研究」方面展現豐沛的能量。我們感受到：

(一)教育，讓孩子更優秀

我們堅信「在學生的需要上看見自己的使命與成長」。成長的路上，孩子們多半在家長及社會期待下，走在被安排好的相同道路，依著進度，學習相同的知能。本團隊教師近幾年來實施課程模組，透過學生的回饋，讓教學團隊體認到本課程能讓學生「有機會選擇改變」。這是一種教育的理念和價值，有時候很難具體言之，看到讓來自不同群科的學生們接觸到與自身科系大相逕庭的學習資訊，學生們的學習歷程也因此能看見不同的風景，因為他們走進了不一樣的桃花源。

做別人沒有做過的事叫做創新；做別人不敢做的事叫做突破。有別於傳統教學，令人驚豔的教室風景已然在目。我們清楚看見學生學習技能增強了，思考模式提升了，學生的專業能力與競爭力，完全體現在整體的學習表現上，甚或是待人處世的態度上，孩子的改變，超乎我們想像；優秀，更是。

(二)科學，使教師專業再精進

透過參與新興科學課程的研究開發，團隊教師秉持「不教學生自己不能的事」的精神與態度，積極諮詢學術界和業界專家的意見、持續參與進修及研習課程，提升參與教師對新興科技領域的專業知識和實驗操作能力，以及課程研究、教材編製、以及教具和評量工具開發之整體專業能力，擴展教學的廣度與深度，才能符合新興科技課程教學的所需。教師們藉由「知識螺旋」的力量，建置出6套學習教材，供學校師生及各校推廣、使用，實質的影響則更為深遠。

(三)出走，建立跨校的學習網絡

教學團隊秉持「教師扮演課程設計和推廣者」的角色，提升課程發展與教學創新的專業知能，發表學術著作，並與教育現場夥伴們共同學習、一起成長。近年來更建立跨校專業學習社群，與不同學校進行互動、推廣課程，交換彼此教學及課程研發經驗（如圖7和圖8），建立值得信賴的「跨校學習共同體」，交織成一部寧靜又澎湃的學習交響曲。

圖7 與麗山高中高瞻團隊跨校共備

圖8與中科實中高瞻團隊交流教具開發經驗

(四)視野，讓「天下」看見苗栗農工

能源的議題是全球資源議題的焦點，惟國內對生質能源的關注較少。教學團隊近年來致力於生質能源課程開發，經由開發和實施創新實驗課程，逐步轉型為生質能源的前瞻特色學校。師生參與各種國際交流、競賽活動及研討會，擴大國際視野，更提升學生科學興趣與知能。本團隊在科學教育所投注的心力和成果，二度受到天下雜誌教育專刊肯定，專文標題說：「苗栗農工科學教育打敗明星高中。」我們並不期望以勝敗論英雄，我們感到驕傲的是，因為努力，讓「天下」看見了苗栗農工，讓知識和科技的光與熱，映照在師生的臉龐和心田。我們並不因此而滿足，教學團隊將繼續揚起風帆，攜手航向那充滿科學教育美好的彼岸！

以108課綱架構比較八年級自然科學教科書跨科議題內容／鐘建坪

星期四 , 3, 9 月 2020 編輯助理多元教學法, 第三十九期/2020年9月留言功能已關閉

以108課綱架構比較八年級自然科學教科書跨科議題內容

鐘建坪

新北市立錦和高中國中部

[email protected]

12年國民教育已於108學年度正式實施。自然領綱搭配總綱的課程目標期待啟發學生科學探究的熱忱與潛能、建構科學素養、奠定持續學習科學與運用科技的基礎、培養社會關懷與守護自然之價值觀與行動力，以及為生涯發展做準備等項目（國家教育研究院，2018）。雖然國民中學七至九年級同屬於第四學習階段，生物、理化、地球科學可依照特定比例分配教學節數，不必限定在特定年級，然而因為學校排課、教師專長等因素，教科書的內容編排目前國一以生物為主，國二以理化為主，國三則為理化與地球科學搭配。

自然領綱規定自然領域學習時數為每周3節，教科書須依照生物、理化與地球科學不同比例編制，且規定教科書每學期應至少包含1個跨科單元，用以實施跨科主題整合的探究與實作學習。實務上，教科書是許多教師教學參考的重要依據，因此教科書編撰的內容與呈現方式，影響各校教師的選納與採用。本文首先探討探究與實作的內涵，說明四階段13步驟的內容，接著說明自然領綱與美國下一代科學標準（Next Generation Science Standards, NGSS）提及的跨科概念（crosscutting concepts），最後分析最新（2020年9月）國二上學期的不同版本自然教科書跨科主題單元內容，作為教師教學參考與未來單元編修建議。

n 探究與實作

自然領綱認為探究與實作的目的，在於培養學生針對物質與生命世界，發現待解決的問題，提出適切的問題解決策略，進而提出結論與精煉溝通表達的能力。關於探究與實作的實施，領綱在普通型高中增列跨科目之主題式探究與實作課程內容（國家教育研究院，2018），強化高中階段探究能力的培養。雖然其他學習階段未有相同明確的課程內容，然而領綱亦期待各個學習階段應重視並貫徹探究與實作的精神與方法，提供學生統整學習的經驗，強調跨科或跨領域間的整合。領綱同時揭示在國民中學教育階段，每學期應該包含至少一個跨科單元，藉以施行跨科主題的探究與實作學習（國家教育研究院，2018）。

探究與實作區分出探究學習內容與實作學習內容兩部分，其中探究學習內容著重在發現問題、規劃與研究、論證與建模、表達與分享，而實作內容強調對應探究學習內容進行可操作的科學活動，例如：針對觀察所得，提出適合的探究問題（國家教育研究院，2018），摘要探究學習內容如表1。

表1：自然領綱探究學習內容（國家教育研究院，2018）

n 跨科概念

跨科概念是指可以橫跨科學領域應用的概念，用以連結不同的科學領域（NGSS Lead States, 2013）。美國下一代科學標準（NGSS）認為跨科概念具有：模式（Pattern）、因果關係（Cause and Effect）、尺度、比例與數量（Scale, Proportion, and Quantity）、系統與系統模型（Systems and System Models）、能量與物質（Energy and Matter）、結構與功能（Structure and Function）、穩定與改變（Stability and Change）等。NGSS提供不同跨科概念在不同的學習階段須達成的學習內涵，以及跨科概念所含涉特定科目的核心概念。以系統和系統模型為例，NGSS認為6至8年級應該認識模型是作為系統與系統交互作用的表徵，系統可與其他系統產生交互作用，以及模型僅呈現有限度地呈現目前系統的樣態等。而9至12年級，則要求需要界定系統的範圍與邊界，不同的模型可用於模擬系統與其交互作用，以及模型可有限度的預測系統的行為等。

自然領綱認為跨科概念具有物質與能量、構造與功能、系統與尺度、改變與穩定、交互作用、科學與生活與資源與永續等。同時期待能夠藉由探究與實作精神與方法，透過議題或是主題方式進行跨領域或是跨科的統整，讓學生理解與運用相關的跨科概念（國家教育研究院，2018）。領綱提供3個跨科主題作為參考，包括：從原子至宇宙、能量與能源、全球氣候變遷與調適。以全球氣候變遷與調適為例，牽涉的次主題及涵蓋能量的形式與轉換，溫度與熱，生態系中能量的流動與轉換，生物與環境的交互作用，科學技術及社會的互動關係，環境汙染與防治，與氣候變遷之影響與調適（國家教育研究院，2018）。

n 不同版本跨科主題

與先前課程綱要不同之處在於，自然領綱要求新編制的教科書，每學期至少包含1個跨科主題，透過跨科主題的探索，連結不同學科，打破學科知識之間的藩籬。由於今年（2020年）9月是新綱關於國二理化教科書跨科主題的首次呈現，因此本文嘗試分析市售包括：康軒、翰林與南一三個版本教科書的跨科主題（見表2）並進行比較，以下分別簡稱為K版、H版以及N版進行說明：

表2：不同版本跨科主題比較

註：市售三家版本分別以K、H、N代表康軒、翰林與南一。

K版跨科主題為水與空氣的重要性。區分為兩個次主題，包括：水的淨化與再利用，及空氣的組成與空氣汙染（圖1），連結的學科包括化學與地球科學。首先，水的淨化再利用接續混合物分離的概念，於此規劃先讓學生動手自製1個簡易濾水器，蒐集資料了解作為過濾物質的棉花、活性碳、石英砂與麥飯石各有何功用。當學生已有製作經驗之後，再思考如何優化自製濾水器。課本提供假設、變因設定、設計濾水器與觀察紀錄結果的引導，讓學生完成之後，再與班上同學交流分享，並嘗試統合全班實驗結果，重新設計過濾效果最佳的濾水器。藉由提問自製濾水器可否處理家庭廢水，引導出家庭汙水的處理方式，並思索水資源的再利用與珍惜水資源。

第二個內容次主題為空氣的組成與空氣汙染。在此先介紹空氣中主要氣體的成分與性質，再進行氧氣的製備與性質探討的實驗。氧氣的製備實驗是藉由雙氧水與二氧化錳反應，以排水集氣法收集，再用點燃的線香分別置入氧氣瓶與空氣瓶，比較燃燒情況，並說明二氧化碳的製備與性質。接著，說明空氣汙染與空氣品質指標，最後探索活動了解口罩與生命吸管的構造，用以理解過濾原理的應用。

圖1：K版跨科議題概要架構

H版跨科主題為太陽—地球的生命之光，區分為六的次主題，分別是生命的原動力、地球的能源、太陽的畫布、紅外線的發現、光的直進性與日地月相對運動、光傳播速率的測量（圖2），連結的學科包括地球科學與物理。首先，以實作活動模擬靠近太陽與遠離太陽接收到的輻射量，再說明地球位於太陽的適居區。其次，以圖文整合方式呈現太陽與常見的能源的關係，並說明常見的能源名稱。接著，利用實作活動模擬白天與傍晚天空的顏色，並說明天空不同顏色變化的原因。緊接著，透過閱讀方式學習紅外線的發現，以及地表吸收能量與紅外線輻射對於地表氣候的影響。再來是使用竹筷、黏土與手電筒模擬地球與月球相對運動，探討月相的變化。最後次主題是藉由閱讀理解光傳播速率測量的科學史，說明笛卡爾（Rene Descartes）、伽利略（Galileo Galilei）與羅莫（Ole Romer）等人是如何測量光速。除了能源型態之外，每一個次主題都會提供相關的問題，讓同學思考該次主題介紹的內容。

圖2：H版跨科議題概要架構

N版跨科主題為波動與地震，包括3個次主題，依序為認識地震、地震的預警與因應與紀錄地震波（圖3），連結的學科包括物理與地球科學。首先，認識地震單元介紹地震的成因並認識地震測報中心網站。藉由查詢網站資料理解不同項目資料的意義，並由提問的方式讓學生確認網站資料與查詢相關偵測地震科技。接著說明地震產生的S波、P波與地震預警系統，並以遊戲式的探索活動讓學生思索震央如何定位，再說明防震措施，並計算P波與S波時間差，讓學生體會當地震發生時，有多少時間可以因應。最後製作地震儀促進學生對地震儀如何記錄地震資訊的理解，並在完成作品之後思索改進與優化作品，並能和同儕分享學習成果。

圖3：N版跨科議題概要架構

n 不同版本主題差異

本文分析目前三家出版的自然教科書跨科主題內容，差異說明如下：

一、跨科含涉學習內容不同，三家版本跨科主題設置位置不同

K版跨科主題著重在過濾與空氣組成等概念，因此跨科主題設置在第二章之後。N版跨科主題著重在波動、板塊與地震的關係，與第三章介紹波的概念相關，因此跨科主題設置在第三章之後。而H版跨科主題是孕育生命的太陽，與第四章的概念最為接近，H版未將其至於第四章光、影像與顏色之末，而是將跨科議題設置在課本最末。

二、空氣組成的學習內容，H與N版是編排在一般章節內

自然領綱將大氣的組成氣體，包括氮、氧、水氣、二氧化碳等氣體設置在地球科學，因此K版將屬於化學學習重點的混合物分離、家庭廢水、空氣品質與空氣汙染學習內容，結合空氣的組成形成跨科主題。但其他2個版本仍將空氣的組成安排在第二章物質世界中介紹。

三、跨科主題有以輻射發散、有以雙主題連結、有以單一主題連貫呈現

三家版本跨科主題的設計呈現不同方式。H版以太陽為主題輻射出6個次活動，6個次主題內容環繞太陽，但是次主題之間的關聯性較為薄弱，其優點是每個次主題可單獨授課，然而缺點是對於次主題的探索不易深入（見圖2）。K版以水與空氣的重要性為跨科主題，一開始以探究活動設計水質過濾器，認識與珍惜水資源之後說明空氣的組成、空氣品質與空氣汙染，最後再以探索活動連結過濾原理在口罩與生命吸管的應用。K版以雙次主題模式，文末再以過濾原理連結2個次主題（見圖1）。N版的波動與地震主題，則以認識地震為出發點，接著了解地震的預警與因應，再藉由實作活動理解地震儀如何紀錄地震波，屬於以單一主題，次主題連貫呈現（見圖3）。

四、多著重學習重點與實作，較少強調探究歷程

3個版本皆有提供探索活動。H板實作活動偏向食譜式實驗、簡單觀察或是推論，再以想一想問題，提供學生相關的思索。N版實作活動嘗試藉由網站尋找資料、分析資料的內容，計算P波與S波時間差，並嘗試製作、優化與創新簡單的模擬地震儀。眾多的實作活動中，只有K版在自製濾水器中完整呈現探究歷程，強調假設的填寫、變因的設定、依據變因設計實驗、觀察並紀律結果，並與同儕進行討論與發表。

n 結語與建議

自然科學與科技發展迅速，學生無法記憶所有事實性的知識內容。藉由核心概念（discipline core ideas）、跨科概念與跨科主題的學習，可讓學生得知學科的核心知識，學習不同領域間共通的概念，進行跨領域的整合。教科書設計的跨科主題能夠牽涉多種不同的跨科概念，並得以納入多種不同學科的核心概念。因此，跨科主題的學習可以提供機會協助學生整合相關的學科與領域知識。最後，依據領綱跨科議題需要符合探究與實作的精神與方法，提供建議如下：

一、同一跨科主題，可藉由次主題的前後關聯不斷深入

為求主題的深入探討，跨科主題的呈現，可藉由次主題前後脈絡相連。讓前一個次主題的結果形成下一個次主題的因，自然而然形成一個主題探索的發現歷程。

二、同一跨科主題，可藉由探索活動，提供完整探究歷程

雖然期待教科書的正規實驗可以擺脫食譜式實驗，但是因為學生往往第一次接觸特定實驗，且概念較深，使得正規實驗在探究面向的開放性較低。因此，跨科主題即可以一個探索活動，設計完整的探究歷程，讓學生能夠界定問題，設計簡易實驗，進行數據的收集與資料的分析，確定結果並進行分享與發表。

n 參考文獻

南一書局（主編）（2020）。國民中學自然科學課本（初版，第三冊）。臺南市：南一書局企業股份有限公司。

國家教育研究院（2018）。十二年國民基本教育自然科學領域課綱。新北市：國家教育研究院。檢索自網站：https://www.naer.edu.tw/files/16-1000-15486.php?Lang=zh-tw

康軒文教（主編）（2020）。國民中學自然科學課本（初版，第三冊）。新北市：康軒文教事業股份有限公司。

翰林出版（主編）（2020）。國民中學自然科學課本（初版，第三冊）。臺南市：翰林出版事業股份有限公司。

NGSS Lead States (2013). Next generation science standards for states, by states. Washington DC: The National Academies Press.

108課綱-核心素養試題評量：以半導體3D封裝技術為例／張佑祥

星期三 , 2, 9 月 2020 編輯助理化學課程與教材, 第三十九期/2020年9月 3 Comments

108課綱–核心素養試題評量：以半導體3D封裝技術為例

張佑祥

工業技術研究院機械與機電系統研究所研究員

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為符合108課綱強調的「核心素養」^[1]，很多專家學者們認為，若要達到核心素養的目標，不只是要從教學的角度著手，也需要從試題評量上同步進行相關的搭配^[2]，所以核心素養試題評量在最近教育界是一個非常熱門的話題。根據臺灣師範大學教育系陳佩英教授對素養的詮釋：素養結合知識、能力與態度，是一種持續的自我學習改變的能力^[3]。綜合上述詮釋與筆者自身經驗，筆者認為若要達到「素養」的目標，除了需要給予學生足夠的空間與時間進行自我探索，同時要搭配扎實基礎科學知識學習，以及大量閱讀與動腦思考習慣的建立。更重要的是，要如何培養學生能具備國際化的視野，並建立自己的觀點與看法也是同等重要的。筆者多年來從事產業應用的技術研發，為響應素養試題評量的開發，希望透過這次拋磚引玉的素養試題評量設計，讓更多領域的專家學者與產業先進也能一同參與，畢竟教改要成功是需要每一位國民相互的配合與參與，這樣才能真正有效的翻轉教育。因此，以近年來最熱門的高科技話題，透過先進半導體封裝技術中的3D封裝（3D
packaging）技術作為題材，設計以下素養試題評量提供給大家分享與參考。

試題設計緣由與背景

截至目前為止，電子產業在台灣可說是舉足輕重的重要產業，上游從晶片設計（IC design），再到晶片製造（IC foundry）、晶片封裝與測試（Outsourced Semiconductor Assembly and Test, OSAT）、印刷電路板製造（PCB manufacturing），最後到下游的系統整合商（System integrator），可見台灣的電子產業可說是非常完整。雖然，台灣有世界級完整且垂直整合的電子產業供應鏈。但是在基本國民教育中，尤其是在科學教育的領域裡，很少深入探討基礎科學對於電子產業的重要性與關聯性。

其原因很多，很大一部分可能是因為國民教育中的老師與同學，沒有機會接觸到產業界的專家、學者或工程師。也或者是因為許多產業界的知識過於深入與專業，甚至很多知識與科技應用已經超出基本國民教育內的範疇，因此導致學生常常不太清楚基礎科學知識對於科技產業界的重要性與關聯性。所以，筆者認為若能透過適當的素養試題導引，除了使學生更深一層認識產業之外，同時也認知到基礎科學知識的重要性以及和產業之間的關聯性。這樣才更有機會使學生自覺基礎學科的重要，並提升學生的自身的學習動力與動機，以達到核心素養、終身學習的目標。因此，筆者針對高中化學科的範圍，以半導體3D封裝技術為例設計出符合高中程度與當今電子科技產業實務的核心素養評量題組。

素養試題：以半導體3D封裝技術為例

半導體3D封裝（3D packaging）技術中，「Heterogeneous Integration」已是下世代半導體產業最主要的發展方向^[4]。最主要的特色在於，利用中介層的大平台，同時搭配晶片堆疊技術^[5]，將不同功能應用的晶片整合在一起，因此稱為異質整合。並可利用矽穿孔（Through Si Via, TSV)技術，將不同晶片的訊號連結在一起，傳遞到下方的載板，如下圖1所示。然而，為了使晶片的訊號能上下傳遞連結，又要符合輕薄短小的需求以及配合材料性質上的限制，因此需要藉由TSV技術建構一個「深寬比較高的立體導線」。一般而言，TSV中的材料，會以銅為主，因為銅具有極低的電阻率，且銅可以透過電鍍填充的方式（一般電鍍銅溶液沸點：110℃~130℃），將銅由TSV底部向上沉積填入到矽穿孔中，而這種先進的電鍍技術亦稱為填孔電鍍（Via filling）。

圖1：3D封裝技術、TSV結構和填孔電鍍缺陷種類示意圖。

TSV技術是一種在矽晶圓上製作立體導線的技術。在製作流程中需要整合很多尖端的半導體製程技術，如圖2所示。首先，必須先將TSV設計圖形透過黃光微影(Photolithography)製程，將設計好的電路圖案定義在矽晶圓上，再利用深反應性離子蝕刻(Deep Reactive Ion Etching, DRIE)製程，將TSV的結構蝕刻製作出來，後續以化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition, CVD)，將介電材料(SiO₂)沉積在具有TSV結構的晶圓上，接續再以物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition, PVD)，將以鈦(Ti)材料為主的擴散阻擋層和以銅為主的晶種層(導電層)沉積在具有介電材料的TSV結構晶圓上，之後再利用填孔電鍍製程，將銅填充到TSV的結構中，透過化學機械研磨(Chemical Mechanical Polishing, CMP)製程，將多餘的晶圓表面上的金屬材料去除，最後再透過晶圓薄化等相關後續製程技術完成 TSV立體導線的製作。

圖2：TSV製程流程示意圖。

但由於深寬比較高，填孔電鍍容易產生缺陷，如空洞或裂縫，如圖1所示。一般而言，在工程上通常會盡量避免這樣的缺陷產生，若有這些缺陷存在，通常在進行有關溫度衝擊或高溫存放/操作試驗（升溫速率：40℃/min；最高溫度為150℃並持溫1小時）的可靠度測試時，會因為這些缺陷的存在，會導致電子產品可靠度下降的風險。因此如何避免這些缺陷產生，在工程上是一大挑戰。

了解TSV的基本製造流程後，聰明的小平想到一個好方法，他想利用課本有機化學中檢驗醛官能基的方法。透過斐林試劑（Fehling’s reagent)與含醛的有機化合物，在水溶液中產生的銅鏡反應（亦稱為無電鍍銅反應），來製作銅晶種層（導電層），如化學反應方程式(二)所示。來取代目前現有且昂貴的晶種層製程技術。與專家學者討論後，小平發現若想要在具有以鈦（Ti）為主材料（擴散阻擋層）的矽基板上產生銅鏡反應，需要再透過特殊化學表面的改質技術，將催化劑吸附在基板上方，經過強烈水柱清洗乾淨後，將試片放入化學反應槽內以利銅鏡反應的進行，如圖3所示。但是，若沒有催化劑吸附在基板上方，則銅鏡反應無法發生。順帶一提，在進行銅鏡反應時，在TSV的洞口常會有大量的氣體產生。此外，此催化劑為一種奈米金屬的水溶液且照光後會產生廷得耳效應，被稀釋後可呈現布朗運動的現象。而且，若將少量的明礬（KAl(SO₄)₂‧12H₂O）加入到催化劑中，則催化劑會產生凝析沉澱的現象。

圖3：小平與專家討論後的新製程流程示意圖。

一般而言，因電負度差異，使成鍵電子雲在原子鍊上被推向某一方向偏移的效應，稱為誘導效應(Inductive effect)。有趣的是，含醛有機化合物的結構上，其碳鍊(烷基)的長度(R)不同，則使無電鍍銅的銅離子還原反應機制也同樣受到誘導效應的影響，其詳細反應方程式如下所示。[提示：烷基為較弱的推電子(官能)基，如圖4所示]。在一般情況下，無電鍍銅反應算是一種無法停止的反應。換言之，它會不斷地進行化學反應，所以亦稱為自催化反應（Autocatalytic reaction）。

² 化學反應方程式(一)：

² 化學反應方程式(二)：(銅鏡反應)

圖4：推電子基示意圖。

素養評量題組：

1. 試問題幹中，所謂「Heterogeneous」的意思，與下列哪一個選項最接近？

(A) 不勻的物質相態。

(B) 不同的功能應用。

(D) 不同的化學結構。

Ø 試題解析：本試題主要目的在於，希望學生從題目的字裡行間中，歸納、了解並推測出其中Heterogenous的涵義。並同時了解Heterogeneous這個字不同領域所代表的意思不同。在化學領域，Heterogeneous稱為不勻的物質相態，但在半導體領域，Heterogeneous代表的意思異質，也可說是不同功能應用的意思

Ø 參考答案：(B)

2. 試問題幹中，「深寬比較高的立體導線」意思，與下列哪一個選項最接近？

(A) 指立體導線的結構，又高又細。

(B) 指立體導線的結構，又矮又粗。

(D) 指立體導線的結構，又高又粗。

Ø 試題解析：本試題主要目的在於，希望學生透過題幹中的資料，加以推測並圖像化題幹所描述內容，並同時放入工程上無因次群的概念，讓同學了解工程上無因次群所帶來的涵義與方便性。

Ø 參考答案：(A)

3. 試問為何在進行高溫存放/操作的可靠度測試時，填孔電鍍製程中產生的缺陷，會造成電子產品可靠度下降，其可能的原因為何？ (嘗試利用高中化學所學習到的知識進行回答) (簡答題)

Ø 試題解析：本試題主要目的在於，希望學生透過題幹中的資料，利用學會的知識加以融會貫通，並推測出可能的原因。以訓練學生在思考問題時的邏輯性與科學性。

Ø 參考答案：由題幹可知，可靠度測試的升溫速率為40℃/min且最高溫度為150℃且持溫1小時，所以主要原因是因為缺陷中的電鍍殘留的液體被快速汽化(因升溫速率過快且最高溫度>電鍍銅溶液沸點)。同時，根據理想氣體方程式(PV=nRT)，當體積不變的情況下，溫度上升，壓力會隨之變大，因此有可能因TSV內部壓力過大，造成導線破裂的問題，進而導致電路斷路，因此導致電子產品的可靠度下降。

4. 試問此催化劑溶液的狀態，與下列何者較為接近？

(A) 食鹽水。

(B) 酒精。

(D) 糖水。

Ø 試題解析：本試題主要目的在於，希望學生透過題幹中的資料(廷得耳效應、布朗運動以及加入少量的明礬因電荷中和而產生的凝析沉澱的現象)，並判斷出液態催化劑屬於膠體溶液，透過對於膠體溶液的認知選擇較為接近的答案。

Ø 參考答案：(C)

5. 試問此催化劑吸附在基板上，可能是以下列何種方式進行？ (複選題)

(A) 共價鍵

(B) 氫鍵。

(D) 金屬鍵。

(E) 倫敦分散力。

Ø 試題解析：

(1) 關於選項(C)離子鍵：本試題主要目的在於，希望學生透過前一題的答案(帶電荷的膠體溶液)與題幹中的資料(再經過強烈水柱清洗乾淨後)，可進一步由題幹的論述中，推測出催化劑與基板之間有化學鍵的生成，並思考題幹背後的涵義，嘗試猜想可能的反應機制，因此離子鍵是可被推測出來的。

(2) 關於選項(A)共價鍵：若矽基板上最表層具有NH₂的官能基，同時奈米金屬外圍具有COOH的官能基，可脫水產生醯胺鍵，所以共價鍵也是可能的方式之一^[6]。另外，奈米金屬外圍的COOH官能基，經過水解後會產生COO^–，同樣屬於帶電荷的膠體溶液，因此同樣符合題幹描述的內容^[6-7]。

(3) 綜合解析：對於程度中上的學生而言，選出離子鍵應該並不困難。可是對於多數學生而言，能夠共價鍵還是極為困難的。雖然在高中有機化學中有提及醯胺鍵生成的原理與機制，所以嚴格來說共價鍵的選項並無出範圍。因此若學生能選出共價鍵，則必須對於溶液、化學鍵以及有機化學等內容與知識已有充分的理解。換言之，這或許也暗示學生可能在化學領域中，已具備極高的天賦與想像力。

Ø 參考答案：(A)、(C)

6. 小平在進行銅鏡反應時，為了使反應不要太過劇烈，試問以下何種方法比較有機會達成目標？

(A) 加入極少量的氫氧化鉀(KOH)水溶液。

(B) 升高反應槽的溫度。

(D) 加入大量的甲醛(HCHO)水溶液。

Ø 試題解析：本試題主要目的在於，希望學生透過化學反應方程式，訓練學生思辨能力與邏輯思考，判斷出銅鏡反應只有鹼性下才會發生，因此若加入極少量的硫酸（H₂SO₄）水溶液，因酸鹼中和，所以pH值會開始下降，造成反應活性會下降，導致反應速率會變慢，進而使銅鏡反應趨向緩和。

Ø 參考答案：(C)

7. 小平在做銅鏡反應時，他會不斷用手搖晃正在進行銅鏡反應的試片，試問小平做這個動作，最主要原因可能為何？

(A) 增加反應低限能，以利反應進行。

(B) 降低反應活化能，以利反應進行。

(D) 使產生在TSV開口處的氣體快速消失，以增加反應物質在TSV內的傳遞速率，有效進行銅鏡反應，並形成連續的晶種層。

Ø 試題解析：本試題主要目的在於，希望學生透過題幹中的敘述(在進行銅鏡反應時，在TSV的洞口常會有大量的氣體產生)，測試學生是否對於化學反應有足夠的認知以及實驗細節的觀察，並推測出可能的答案。

Ø 參考答案：(D)

8. 試問在化學反應方程式(一)和(二)中，(C₄H₄O₆)₂^4-(aq)扮演何種角色？

(A) 氧化劑。

(B) 錯合劑。

(D) 酸鹼中和劑。

Ø 試題解析：本試題主要目的在於，希望學生透過化學反應方程式的觀察，測驗學生對於斐林試劑的了解與認知，並由化學反應方程式中判斷出酒石酸根((C₄H₄O₆)₂^4-(aq))為錯合劑。

Ø 參考答案：(B)

9. 含醛有機化合物的結構上，因其碳鍊長度(R)不同，則銅鏡反應的機制也有所不同。試問下列哪一項比較接近可能的原因？

(A) 碳鍊長度越長，其還原力越弱，所以氧化數變化量較小。

(B) 碳鍊長度越短，其還原力越強，所以氧化數變化量較大。

(D) 碳鍊長度越短，其還原力越強，但還原力與氧化數變化量沒有直接關係。

Ø 試題解析：本試題主要目的在於，希望學生透過化學反應方程式，觀察出氧化數的變化，並同時測驗學生是否了解氧化還原的能力和氧化數的變化量是沒有直接的關係。藉此判斷學生對於氧化還原的觀念是否清楚熟稔。

Ø 參考答案：(D)

10. 請平衡上述兩個化學反應方程式。 (簡答題)

Ø 試題解析：本試題主要目的在於，希望學生學習平衡化學反應方程式，並同時測驗學生對於斐林試劑的了解與認知，並判斷出酒石酸根((C₄H₄O₆)₂^4-_(aq))為錯合劑並不會參與氧化還原反應。

Ø 參考答案：

(1) 方程式(一)：

(2) 方程式(二)：

11. 若今天你身為無電鍍銅製程(銅鏡反應)的工程師，請問下面哪一項舉動是絕對不可以發生的？並且寫下你認為的主要理由。

(A) 在機台旁調整參數。理由：。

(B) 在機台旁抽菸。理由：。

(D) 在機台旁查詢資料。理由：。

Ø 試題解析：本試題主要目的在於，希望學生透過化學反應方程式的觀察，並測試學生是否了解化學反應的產物和工業安全是息息相關。

Ø 參考答案：(B)。理由：因為銅鏡反應會產生氫氣，若氫氣濃度過高，在機台旁抽菸將有可能爆炸的風險。

12. 若你是無電鍍銅(銅鏡反應)的工程師，經過長時間後，往往會發生一些製程問題，問題如下。 (簡答題)

問題1：經過長時間後，銅鏡反應的化學鍍液，其pH值會上升還是下降？並請說明原因。

問題2：為了增加銅鏡反應槽的槽液壽命，試問可透過何種方式可能可以提升槽液壽命。並請說明原因。

Ø 試題解析：本試題主要目的在於，希望學生透過化學反應方程式，判斷出醛會被氧化成酸，因此pH值會下降。還有反應物銅離子和含醛的有機化合物會不斷被反應。藉此引導學生，推測出可以提升槽液壽命的方式。同時，本試題的次要目的在於，希望透過本題，使學生對於化學學科知識在實際工程應用上留下深刻印象，使學生逐漸了解學科知識要如何學以致用。

Ø 參考答案：

問題1：pH值會下降，由化學方程式可知，醛會被氧化成酸，同時OH^–(aq)會下降，因此在經過長時間後，化學鍍液的pH值會開始下降。

問題2：

(1) 由問題1的答案可知，因為醛會被氧化成酸，同時OH^–(aq)會下降，所以pH值會下降，因此若要提升槽液壽命，應要將pH值往上調整至原始狀態，才能提升槽體壽命。

(2) 除了pH值外，因為反應物銅離子和含醛的有機化合物會不斷被反應（自催化反應Autocatalytic
reaction），因此若適時添加反應物，銅離子與具有醛官能基的有機物質，槽液壽命也可有機會被提升。

結語

本題組的內容包含氣體、化學鍵、溶液、化學反應速率與平衡、氧化還原、有機化學、無電電鍍實驗、工業安全、奈米材料和先進半導體封裝技術等，屬於一份研發中的素養試題，可以再進行試題的優化。透過本題組設計，除可測驗學生對於化學原理和實驗的認知外，同時也帶入科學邏輯與工程思維的實務，並可測驗學生解決問題的能力。雖然本題組題幹約為1400多的字，因融合多種內容並以多層次的方式出題，且題與題之間相關性極高。此外，本題組出題方向乃由基礎的高中化學科知識出發，再到電子特用化學技術實務開發，以及高科技產業的應用，所以字數上乃在可接受範圍。實務使用上可以藉由相關內容教學之後，選擇相關題組內容進行應用。最後，筆者期盼透過這份素養試題評量的導引，連結高科技產業尖端技術與高中化學科，啟發學生學習基礎科學的動力與明白基礎科學的重要性，並給素養試題開發者作為素養試題開發上的參考。

由於筆者才疏學淺、學識淺薄，尚有許多部分待精進與提升，也期盼各位先進、前輩、同行與同學們能給予此題組相關建議與指教，讓素養試題日益茁壯，也讓我們下一代具有更高的視野與競爭力。一起共好，創造同贏！

致謝

感謝國立玉里高中化學科洪敬明老師詳細且用心的校閱與建議。同時，也感謝工研院的同事們以及評審委員給予專業的建議與指導。

參考文獻

[1] 國家教育研究院(2018年11月)。十二年國民基本教育課程綱要–國民中小學暨普通型高級中等學校(自然科領域)。國家教育研究院網站。取自https://is.gd/Mtn4Rc

[2] 楊吉水 (2020年7月)。素養導向評量：化學科素養導向命題之我見。臺灣化學教育，38。取自http://chemed.chemistry.org.tw/?p=38456

[3] 王惠英 (2018年6月)。看懂新課綱關鍵字：素養，是什麼？怎麼學？未來Family 教育特刊。取自https://reurl.cc/odD4yq

[4] Lau, J.H. (2019). Heterogeneous integrations. Springer Singapore.

[5] Hou, S.Y., Chen, W. C., Hu, C., Chiu, C., Ting, K. C., Lin, T. S., … & Wang, C. T. (2017). Wafer-level integration of an advanced logic-memory system through the second-generation CoWoS technology. IEEE Transactions on Electron Devices, 64(10), 4071-4077.

[6] 竇維平、張佑祥（2013）。化學接枝的奈米金屬。中華民國發明專利第I400245號。取自https://reurl.cc/Oq0LG3

[7] 張佑祥（2011）。新穎的奈米銅粒子合成方法及其在矽通孔晶種層催化觸媒上的應用(學位論文)。取自臺灣博碩士論文系統網址：https://hdl.handle.net/11296/5478zk

「化學元素週期表環島之旅」特展借展後記：元素週期表的演進介紹與教學運用／廖酉鎮、夏小雅

星期二 , 1, 9 月 2020 編輯助理化學課程與教材, 第三十九期/2020年9月 1 Comment

「化學元素週期表環島之旅」特展借展後記：

元素週期表的演進介紹與教學運用

廖酉鎮¹、夏小雅²

雲林縣立麥寮高中
¹[email protected]

²[email protected]

n 前言

延續2019年國際元素週期表年（Ineternational Year of the Periodic Table of Chemical Elements, IYPT）之活動，2020年由國立臺灣師範大學科學教育研究所辦理「化學元素週期表環島之旅」特展活動，將「國際化學元素週期表年（IYPT）特展」之教育資源，經由各級學校申請借展途徑，擴大展覽教育功能。本校趁此良機申請借展，並針對此特展規劃導覽解說，希望經由導覽解說，讓觀展師生更進一步了解元素週期表的相關歷史、門得列夫的週期表為何較同時期他種週期表地位更高，知悉元素週期表的多元性以及相關的一些元素知識概述等等，在一節課的導覽解說中，能對週期表與生活中常見的化學元素有更多的認識。

n 導覽解說設計發想

借展之初規劃展品陳列動線時，打算依門得列夫1869年週期表的原型以及其他各類週期表為開端探索元素週期表，緊接著元素大事記、元素命名與翻譯等為導覽主軸，輔以美國化學會（American Chemical Society, ACS）元素海報、稀缺元素週期表、化學元素與女性科學家等延伸說明，最後參觀學生海報競賽得獎作品、IYPT 公益彩繪列車等展品。

導覽解說稿內容部分，在探索元素週期表的部分，筆者認為僅介紹門得列夫的週期表，少了一些元素概念的演進史可惜了些，也希望能說明門得列夫的週期表相較其他同時期週期表更被廣為接受的原因。

對於元素大事記的部分，則針對部分元素提供相關說明以增加趣味性。稀缺元素週期表的解說重點在於落實廢棄電子產品回收，化學元素與女性科學家部分著重於兩性平權、學生海報競賽得獎作品強調自我創意發想等。

n 導覽活動增設展品

導覽時，教師會提供學生學習單，其中包含週期表與元素之最等知識性的問題，以及金字塔型週期表紙模供學生製作，將學習單最後轉變為的擺飾品。

配合解說元素概念的演進與各類週期表，本校自行增加部分海報與金字塔週期表、物理學家週期表實體模型（Stowe’s physicist’s periodic table）（Wikipedia, 2018d）；同時，配合國一學生尚未接觸理化課程中原子模型，利用鋁線製作氫原子、鋰原子以及碳原子模型輔助，以說明Stowe的週期表；再自製現存密度最高的鋨金屬─重量模擬體驗裝置，讓學生感受高密度金屬的重量感與理解密度的概念。

n 週期表的演進導覽：從煉金術到週期表

本展覽重心在化學元素週期表，導覽便由化學（Chemistry）的字源煉金術（Alchemy）與古代的元素概念導入，以下為各項導覽解說概略內容。

1. 四元素說（Empedoclean elements）：由介紹西元前四世紀亞里斯多德所建立的四元素說展開序幕（唐登鋼，2008，頁50），介紹風、火、水、土四元素構成萬物的概念（圖1），煉金術士希冀經由添加其他物質與提煉過程，調整物質中四元素比例，達到將物質轉為黃金的效果。可引入哈利波特電影第一集「哈利波特：神秘的魔法石」，以及冰雪奇緣電影第二集中出現風、火、水、土四元素場景的相關說明，增加學生共鳴。

圖1：四元素說（Wikipedia,2019b）
（圖片來源：https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Four_elements_representation.svg）

圖2：神學與煉金術圖（Alchemical emblem），包含四元素、三原素、與七大金屬（Wikipedia, 2018a）
（圖片來源：https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fotothek_df_tg_0007129_Theosophie_%5E_Alchemie.jpg）

2. 五元素說：一樣由亞里斯多德提出，認為風、火、水、土四元素之外，有稱為乙太（Aether或Ether）的中間性元素（趙匡華，1998，頁51），能藉由提煉提取，並協助物質的轉化（唐登鋼，2008，頁50）。

3. 七大金屬：七大金屬（Seven Planetary Metals）為金、銀、銅、鐵、錫、鉛、汞，並分別對應到當時的七大行星太陽、月球、金星、火星、木星、土星、水星，圖2中以中央發出的七道光芒代表此七大金屬，以及一周的七天，而七大金屬仍由風、火、水、土四元素構成（唐登鋼，2008，頁54）。

4. 三原素說（Tria Prima）：帕拉塞爾蘇斯（Paracelsus）於1530年所提出，帕拉塞爾斯認為汞、硫、鹽三種元素所組成（唐登鋼，2008，頁56），汞、硫、鹽三種元素分別對應到人的精神、靈魂與肉體，而汞、硫、鹽亦由四大元素所組成，並且可在七大金屬中，看到汞、硫、鹽三者在圖2中以月亮、太陽、砝碼三者的形象出現在七大金屬與四大元素中間的三個角落，經由汞、硫、鹽結合，能夠得到可點石成金的魔法石。特別的是帕拉塞爾蘇斯並不熱衷於煉金術，著重在利用礦物入藥作為治療手段（趙匡華，1998，頁102）。

5. 道耳頓元素表（Dalton’s symbols of the elements）：學生初次接觸道耳頓，是國一生物課程針對色盲的介紹，1803年道耳頓的原子論提到化學元素是由不可分割的原子所組成，且同一元素的所有原子具有相同質量和性質，但不同元素的原子，在質量和性質上都不相同，接著道耳頓1806年發表了第一張原子量表，其中表列了20種元素以及原子量，因當時缺乏分子概念，原子量誤差較大（趙匡華，1998，頁187）。

圖3：道耳頓元素表（Dalton’s symbols of the elements）（Wikipedia, 2019a）

（圖片來源：https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Dalton%27s_symbols_of_the_elements._1806_Wellcome_M0004592.jpg）

6. 德貝萊納三元素組（Döbereiner’s triads）：在1829年已知的54種元素中的15個，依化學性質分類，3個元素為一組，例如：鋰、鈉、鉀歸為一組、鈣、鍶、鋇歸為一組，稱為三元素組，三元素組中元素的原子量，會是原子量較小的元素與原子量較大的元素兩者原子量加總後的平均值，呈現約略等於原子量居中元素的原子量的特殊現象，例如：鈣與鋇的原子量平均值，會等與鍶的原子量（林德宏，1997，頁287），但對於原子量非常低或非常高的元素不適用（Simply Science, 2020），三元素組法則雖無法普及到所有元素，但仍有其重要的貢獻，深深影響門得列夫與麥爾（Scerri, 2007, p. 94, p.103）。

7. 尚古多碲螺旋（Chancourtois Telluric Screw）：尚古多是第一位設計元素週期表的科學家，他依據原子量大小，在1862年設計了一個螺旋圖，並將圖繪製於周長為16個單位的圓柱上（圖4），命名為碲螺旋，圖表中將原子量最小的氫排在最高的位置，往右下方依原子量遞增順序填入62個元素，並將相似元素如鋰鈉鉀排列於相同的垂直位置，且鋰、鈉、鉀原子量差值都接近16（Royal Society of Chemistry, 2020），他是第一位發現元素隨著原子量順序排列時，化學性質會出現週期性的科學家（趙匡華，1998，頁415）。

圖4：尚古多碲螺旋（Wikipedia, 2018b）

（圖片來源：https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Telluric_screw_of_De_Chancourtois.gif）

8. 麥爾（Lothar Meyer）六元素表：麥爾於1864年提出的週期表與門得列夫的週期表相當類似，麥爾按原子量遞增的順序表列了28種元素（Scerri , 2007, p.94），且揭示了不同週期間原子量增加的規律性（圖5），隨後在1869年又製作了一張化學元素週期表，表中羅列了52個元素，也留下一些空格給尚未發現的元素（田學賓，2005，頁73）。麥爾1868年繪製出「原子體積周期性圖解」，並進一步發展出化學元素的原子量、原子體積與固態金屬密度三者間的的關係式（公式1），且依此校正了部分金屬的原子量，麥爾的研究偏重歸納元素的物理性質，不強調對未知元素的性質預測（趙匡華，1998，頁422）。雖然對週期表的發展有長足的影響，也成功預測鍺的原子量（Scerri , 2007, p.119），但麥爾始終並未得到應有的關注。公式1：

圖5：麥爾週期表（Venable, 1896, p.85）

9. 紐蘭茲八度律法則（Newland’s Law of Octaves）：紐蘭茲於1865年發表了「八度律法則」（圖6），並指出表中的元素都與其後的第八個元素有類似的性質，且利用此法則排列，能呼應德貝萊納三元素組（Venable, 1896, p. 79）。但是紐蘭茲發表後受到許多嘲笑，且紐蘭茲未考慮可能有未知元素存在，就依原子量逕行編排的方式，也無助發展週期表的規律性（趙匡華，1998，頁419）。紐蘭八度律法則的缺點在於後來發現的元素無法放入八度音階模式，且原子量高於鈣的原子也無法適用。紐蘭茲的週期表重要性被低估，他揭示了元素的化學性質會在一定規律間隔後重複的模式，並跳脫以原子量為主的排序方式，改用化學性質為排序依據，將較重的碘與與較輕的碲的位置做了交換，對於門得列夫與麥爾排列週期表元素的規律性，有重要參考價值（Kaji, Kragh, & Palló, 2015, p.85 ; Scerri, 2007, p.76）。

圖6：紐蘭茲八度律（Venable, 1896, p.85）

10. 門得列夫元素週期表：門得列夫在1869年發表的週期表（圖7），包含了63種元素，與麥爾的六元素族頗為類似，皆使用原子量作為主要歸類依據（趙匡華，1998，頁421-422；Mendeleev, 2005 , p.26），因為當時還沒有過渡金屬的概念，所以同一格會放入兩種元素（趙匡華，1999，頁418-420）。門得列夫的成功與獲得普世認同的原因，是因為賦予了週期表更高的實用性，利用他獨特的見解，大膽的預測有未知元素的存在，並利用既有的各種資料的做未知元素的性質推測，值得一提的是門得列夫於1871年預測了鎵金屬的性質，在1875年鎵被發現時，原子量與門得列夫預測值相當接近，但密度差異頗大，門得列夫預測此金屬密度為5.9g/cm³，但發現者布瓦博多朗（Lecoq de Boisbaudran）所測得的密度值僅有4.7 g/cm³，門得列夫手邊沒有此金屬，仍大膽去函給布瓦博德朗，暗示他對於鎵密度的測定可能錯誤，甚至指出可能是鎵在提純過程中被鈉所污染，布瓦博德朗便重新提煉鎵金屬重新測定，測完後發現幾乎與門得列夫的預測值吻合，布瓦博多朗便開始宣傳門得列夫的元素週期表，後續未知元素發現時也大致吻合門得列夫的預測值，至此可說門得列夫已將週期表的週期性做了相當優異的闡釋，也因此門得列夫週期表大放異彩（田學賓，2005）。

圖7：門得列夫週期表（Wikipedia , 2018c）

（圖片來源：https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Mendeleev%27s_1869_periodic_table.svg）

綜觀週期表的發展，門得列夫歸納整理出各項元素物理與化學上的規律性，賦予預測週期表上未知元素所在位置，以及各未知元素的物理化學特性後，進一步調整銻與碘等元素的位置，並修正銦、釔、鑭、鈾等原子的原子量（趙匡華，1998，頁427）。門得列夫對新元素預測的性質包含原子量、是否為金屬、熔點、沸點、元素密度、氧化物化學式、氧化物密度等等，但對於如何計算出相關預測數值，門得列夫未曾明確說明，推測他對原子量的預測應用了類似三元素組的方式，經由計算該元素在週期表位置的上下左右相鄰的四個元素中的三個或四個的原子量平均值，得到該未知元素原子量（Scerri, 2011）。對於元素的密度須經由公式2的關係式求出，原子體積一樣利用該元素在週期表位置的上下左右四個元素之中三個原子體積平均值（Campbell & Pulkkinen, 2020），以鎵為例，計算如下：

公式2：

以門得列夫的計算式看來，他使用了類似德貝萊納三元素組的概念以及麥爾對於原子體積、原子量、跟原子體積之間的概念進行預測，能參考他人的研究成果並能夠加以修正與使用，門得列夫的成功，可說植基於自身的天分以及妥適運用他人的研究成果所建構出的成就。

n 多元週期表與元素大事記導覽

門得列夫在1869年發表週期表後的100年內，超過700種各式各樣的週期表被發表（Scerri, 2007, p.20），介紹完門得列夫的週期表後，本校增印了由海德（Hyde）於1975年發表的Curled
ribbon periodic table （Wikipedia, 2020a）如圖8、物理學家週期表如圖9等不同種類的週期表如下表，讓學生了解週期表具有相當多的樣貌。

圖8：Curled ribbon periodic table （Wikipedia, 2020a）

（圖片來源：https://commons.wikimedia.org/wiki/File:The_chemical_elements_and_their_periodic_relationships.svg）

圖9：物理學家週期表（Wikipedia, 2018d）

（圖片來源：https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Periodic_system_Stowe_format.svg）

元素大事記導覽部分針對砷的毒性、磷的提煉、惰性氣體的發現、人造元素等進行說明，概述如下：

1. 砷：13世紀被發現的砷，常以名稱砒霜（As₂O₃）、雌黃（As₂S₃）和雄黃（As₄S₄）出現在電影中，砒霜是古代常見的毒藥。砷中毒會造成血管病變，產生血栓、血管炎栓塞和動脈硬化栓塞，因血液無法流通而導致肢體呈現烏青壞死的現象，在臺灣稱為烏腳病（陳建仁，2004）。砷會破壞紅血球，被視為有美白功效，因此會有吃微量砷美白的狀況產生（蘇瓦茲，2004，頁148）。

2. 磷：布蘭德（Hennig Brand）1669年提煉人類尿液所得，提煉出的物質是白磷，高於35度會燃燒，魔術師會使用白磷作為火源。而紅磷即為常見的火柴成分之一，人類的骨骼有20%是磷酸鈣（田曉伍、任金霞，2004），但吸入太多的磷，會造成骨質疏鬆，早期經常火柴工廠工人經常發生下巴頷骨碎裂的病症，稱為Phossy_jaw（Wikipedia, 2020b）。

3. 鈍氣：在瑞利（Rayleigh）的敏銳觀察力與努力下純化出氬氣，再經由拉姆齊（Ramsay）判斷出這是種新元素後，在1894年確認了氬氣的存在，且拉姆齊預言氬應該是個元素新族，根據週期表的概念，也暗示鈍氣應有其他同族元素存在（趙匡華，1998，頁435）。鈍氣發現者拉姆齊利用圖5中不同週期的元素原子量遞增順序規律，認為當時尚未發現的氖，原子量應該比氦多16（Ramsay, 1897），但預測氪原子量為82與氙原子量為129的部分，拉姆齊沒有明確交代，單純以結果看來，似乎利用了同週期前後元素原子量的平均值，幾年內8A族所有成員便一個接著一個被發現，且原子量接近拉姆齊的預測值。

4. 鎝：原子序43的鎝，被門得列夫預測其存在後（Stewart, 2019），一直沒有被找到，因為半衰期僅幾百萬年，在地球上已不存在天然的鎝。鎝是經由中子與氘原子轟擊鉬金屬所產生，也是第一個人造元素（趙匡華，1998，頁514），並開啟了後續利用原子對撞製造人造元素的序幕，經由人造元素進一步拓展週期表的版圖。

n 增設展品說明

針對週期表導覽過程中，自行增加了一些展品，增加展示多樣性，增加展品項目如下：

1. 金字塔型週期表（The Periodic Pyramid）：在1983年由Charles E. Gragg所設計，可做成如圖10的金字塔，解說週期表發展史時，便發給同學觀看，並將模板（圖11）附於學習單上，最後可將學習單折成此金字塔型週期表，做為擺飾外，亦可發揮學習單最大效益。

圖10：金字塔型週期表模型圖11：金字塔型週期表模板（Gragg, 1983）

2. 物理學家週期表（Physicist’s Periodic Table）：由Stowe於1986年所設計的週期表（圖9），以主量子數n作為區分元素區塊的主要依據，將103種元素分成7層，代表7個週期，相當有趣，但平面影像較不易看出其特色，於是便將Stowe的週期表各層印出，並自行組裝成立體的7層週期表如圖12，總高度約150公分。

圖12：物理學家週期表模型

3. 鋁線串珠原子模型：利用鋁線與串珠，建構氫原子、鋰原子、碳原子三種概略模型（圖13），作為輔助教具，讓國一尚未學習原子模型概念的學生，對於原子模型，有初步的認知後，並延伸用以說明物理學家週期表各層的主量子數意義。

圖13：鋁線串珠原子模型，由左而右為氫原子、鋰原子、碳原子

4. 鋨金屬重量模擬裝置：鋨金屬是密度最大的物質，密度高達22.5g/cm³，250立方公分的鋨金屬，重量就高達5.5公斤。鋨金屬密度體驗展品是將250ml鋁箔包飲料，包上銀色的包裝紙，並吊上5公升的水瓶（圖14），讓孩子單手拿取鋁箔包，具體感受密度最高的金屬–鋨的真實存在的重量感。

圖14：鋨金屬重量模擬裝置與學生操作體驗

n 結語

化學元素週期表是國內義務教育中的一環，了解常見元素的性質對於生活很有幫助，教科書中對於週期表的發展史囿於篇幅而相當簡略，學生大多只知道門得列夫所發展出的週期表，以及他利用排列卡牌的方式預測未知元素的位置的故事，對於元素週期表相關的發展脈絡著墨甚少，對於週期表的多元性介紹也不多，導致多數人認為週期表只有一種版本，門得列夫如何預測未知元素的原子量與密度，國內的相關文獻也甚少。

本文針對門得列夫預測未知元素的原子量與密度的著墨較多，介紹週期表時，針對門得列夫利用德貝萊納三元素組的概念進行鎵原子量預測的部分，很適合發展為一個教學活動，讓學生實際試算。門得列夫預測鎵金屬密度，與後續跟去函請發現鎵金屬的科學家重新測定的故事，也饒富趣味，適合授課時融入。

針對元素符號或中文進行造字造詞的腦力激盪活動，可以讓靜態的課程瞬時活絡起來（圖15）。經由簡略介紹週期表發展史，可以讓學生了解發展週期表的過程是累積了多人的努力成果，正如牛頓曾經說過：「如果我能看得更遠，那是因為站在巨人的肩膀上。」，門得列夫成功之處在於懂得善用前人的成果，利用了德貝萊納三元素組、紐蘭茲八度律、麥爾的原子體積–密度–原子量關係式等概念，成功預測未知元素的性質，並建立門得列夫週期表的權威性。

圖15：元素符號造字造詞活動

n 致謝

感謝教育部國民及學前教育署、國立臺灣師範大學、中國化學會、邱美虹教授及其所帶領的工作團隊，使本校學生能夠沉浸在「化學元素週期表環島之旅」特展的精美展品中，獲得許多關於週期表的有趣知識。

組織與成員

星期三 , 5, 8 月 2020 編輯助理未分類留言功能已關閉

《臺灣化學教育》組織與成員

2017.05～2018.04 （第19期～第24期）

發行單位：中國化學會（臺灣）化學教育委員會

發行人：許千樹

顧問：王瑜、王文竹、李賢哲、林煥祥、洪振方、段曉林、連啟瑞、陳竹亭、陶雨台、傅麗玉、彭旭明、黃萬居、葉名倉、趙奕姼、劉陵崗、蕭次融（依姓名筆畫順序排列）

主編：邱美虹／國立臺灣師範大學科學教育研究所

副主編：楊水平／國立彰化師範大學化學系

執行編輯：周金城／國立臺北教育大學自然科學教育系

專欄編輯：方金祥／國立高雄師範大學化學系、祥和園創意微型科學工作室

王瓊蘭／新北市立新店高級中學、教育部高中化學學科中心

林如章／國立臺灣師範大學化學系

林靜雯／國立東華大學課程設計與潛能開發學系

李賢哲／國立屏東大學應用化學系

周金城／國立臺北教育大學自然科學教育系

施建輝／國立新竹科學園區實驗、教育部高中化學學科中心

洪文東／美和科技大學

洪振方／國立高雄師範大學科學教育暨環境教育研究所

翁榮源／靜宜大學應用化學系

張一知／國立臺灣師範大學化學系

許良榮／國立臺中教育大學科學教育與應用學系

傅麗玉／國立清華大學師資培育中心

楊水平／國立彰化師範大學化學系

廖旭茂／臺中市立大甲高級中學、教育部高中化學學科中心

劉曉倩／國立彰化高級中學、教育部高中化學學科中心

鍾曉蘭／新北市立新北高級中學、教育部高中化學學科中心

鐘建坪／新北市立錦和高級中學

（依姓名筆畫順序排列）

網站建置：周金城／國立臺北教育大學自然科學教育系

網站管理：游輝宏／國家高速網路與計算中心

編輯助理：李宜諺／國立臺灣師範大學科學教育研究所

Logo設計：邱美虹／國立臺灣師範大學科學教育研究所

Banner設計：唐尉天／國立臺灣師範大學科學教育研究所

《臺灣化學教育》組織與人員／2014.05～2015.04 （第1期～第6期）

《臺灣化學教育》組織與人員／2015.05～2016.04 （第7期～第12期）

《臺灣化學教育》組織與人員／2016.05～2017.04 （第13期～第18期）

《臺灣化學教育》第三十八期目錄／ 2020年7月

星期四 , 9, 7 月 2020 編輯助理主編的話留言功能已關閉

《臺灣化學教育》第三十八期（2020年7月）

目錄

n 主編的話

u 第三十八期主編的話／邱美虹〔HTML｜PDF〕

n 本期專題【專題編輯／吳國良】

u 素養導向評量專題簡介／吳國良〔HTML｜PDF〕

u 素養導向評量：化學科素養導向命題之我見／楊吉水〔HTML｜PDF〕

u 素養導向評量：大學的社會責任：素養題／焦傳金〔HTML｜PDF〕

u 素養導向評量：技術型高級中等學校化工群108課綱素養導向題型初探／葉瀞月〔HTML｜PDF〕

u 素養導向評量：素養導向試題–以國中教育會考為例／田鎧豪〔HTML｜PDF〕

n 教學教法／化學課程與教學【專欄編輯／鐘建坪】

u 有機物定義與乾餾的探究課程／鄭志鵬〔HTML｜PDF〕

n 化學實驗／化學活動推廣【專欄編輯／鐘建坪】

u 化學元素週期表環島之旅元素實驗動手做設計與活動辦理分享／廖旭茂〔HTML｜PDF〕

第三十八期主編的話／邱美虹

星期三 , 8, 7 月 2020 編輯助理主編的話, 第三十八期/2020年7月留言功能已關閉

第三十八期主編的話

邱美虹

國立臺灣師範大學科學教育研究所特聘教授
國際純粹化學與應用化學聯盟（IUPAC）執行委員會常務委員
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]

108國民基本教育課程綱要即將在2019年8月正式實施，學校教育除了課程內容要符合新課綱的要求外，還必須著重以素養導向為主的教學和評量，凡事起頭難，首要之事便是要釐清何謂「素養導向」的教育。根據2014年公布的「十二年國民基本教育課程綱要總綱」中揭示，「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(教育部國民及學前教育署，無日期)。由前述定義可以得知，單單知識的獲得已不再是學習的核心價值，而是習得的知識與技能可以如何用在問題解決和生活情境應用上，以及發展一種能面對未來瞬息萬變的科技世代之應變能力。經濟合作暨發展組織（The Organisation for Economic Co-operation and Development， OECD）在2015年以評量科學素養為主後，未來在2025年將再次評鑑世界各國學生所發展的科學素養水平，其評量重點除科學外，還有一項對外語的評量。同時，也將評量學生在數位世界中對新興科技的學習能力，亦即自律（self-regulated）學習數位工具的能力（OECD，無日期）。在此原則下，OECD增加兩項新的能力以及拓展兩項之前就已涵蓋的能力，前者是使用科學知識做判斷和採取行動，並能使用機率性的思考(probabilistic thinking)，來進行決策的制定，因為科學議題中是會牽涉機率與風險。而擴充的能力是指科學探究的評鑑與設計，以及科學性的解釋資料和證據(OECD, 2020)。從在地的課程綱要到國際評比的素養期待，可以看出自主性學習與生活連結的目標是相互呼應。俗話說:「給他魚吃，不如教他釣魚的方法」，若學校教育能將教學的重點從知識的灌輸到知識與技能的應用，引領學生發展個人適應環境所需的能力，進而創造提升生活品質之法，即使科技始於人性，不斷影響人類的生活，學生也能適應與調整良好，這也是素養導向與成就導向的教學與評量不同之處。

教育改革的挑戰–素養導向的課程已在發生了，這些變化讓現場教師忙得焦頭爛額，在顧及學科內容外，還必須兼顧學生的學習表現是否能發展出具素養的內涵，這一切不僅是要在教學上有大幅度的調整外，也要能反映在評量的內容和形式上。傳統總結性評量著重於知識的記憶與理解，已不足以滿足新世代課程的要求與社會的期待。故本期特別邀請大考中心吳國良研究員擔任「素養導向的評量」專題客座主編，吳客座主編長期致力於大考中心的業務，相當精熟命題方向與重點，近年並致力於素養試題的研發，此次由吳主編邀請數位專家學者針對該議題進行解析，除針對育四篇專題提出個人總結性的觀點外，其中還包括楊吉水教授精闢的解說與分析，將大學入學中心邀請其命題的經驗，現身說法提出卓見，文中以科學性文章或創新研究結果為主幹去發展適合高中生程度的評量試題為例，不僅可以檢測學生在高中所發展的科學閱讀和解題能力外，也可以透過評量讓學生習得新知識、新研究法、與科學推理論證的過程。其次是焦傳金教授的素養題開發實例經驗分享，焦教授以清大教授們的研究出發來研發素養導向的試題，並與高中教師合作，由上（學理）而下（實踐），再由下（實踐）而上（學理），雖從學理出發，但也能更接地氣。而技職教育在這一波教育改革中也未被邊緣化，葉瀞月副研究員根據技術型高級中學課程綱要強調「核心素養」出發，論及新的評量試題提供技職學校在未來規畫課程與評量時，應從提升學生閱讀能力，到利用題目中的線索進行抽絲剝繭進而達到解題的目的作為教學的重點。最後，田鎧豪研究員以國中教育會考的情境式考題為例，說明如何從核心素養的學習內容和學習表現來設計素養導向的試題。若指標明確，設計出的評量試題較能有效的檢測出學生的能力，此部分可提供教師參考。

此次課程改革讓整個教育系統動起來，將科學活動的真正內涵與學校科學教育更密切的結合，回歸到科學教學的本質上，另人興奮，也令人相當期待。而考試領導教學至今仍是王道，那為何不在評量上多與教育理念結合並落實呢？所以如何教，如何考，都是學問，尚待有智慧的人來開創新局面。

最後，本期常態性文章有鄭志鵬老師以三本教科書中既有的內容進行評析並提出可以精煉其內容的取向，以更符合12年國民基本教育總綱中所著重的探究精神。教科書內容是固定的，因材施教，調整教科書內容，且讓教法可以是更多元，此文可以激發教師們就手邊的教學素材設計更多探究與實作的活動。另一篇文章是繼2019年國際化學週期表年後，本人開始將展品在全臺不同地區的學校進行元素週期表的移展活動，廖旭茂老師針對其搭配展品而辦理的元素相關實驗活動進行分享，讓學生可以對化學元素有更深入的認識，值得參考。

參考文獻

教育部國民及學前教育署(無日期)。108課綱資訊網。網址https://12basic.edu.tw/12about-3-1.php查詢日期：2020年7月30日。

OECD(no date)。https://www.oecd.org/查詢日期：2020年7月30日。

OECD (2020).PISA 2024 Strategic Vision and Direction for Science, March.下載於https://www.oecd.org/pisa/publications/pisa-2024-assessment-analytical-framework-science-strategic-vision-proposal.htm，2020年7月30日。

素養導向評量專題簡介／吳國良

星期二 , 7, 7 月 2020 編輯助理本期專題, 第三十八期/2020年7月留言功能已關閉

素養導向評量專題簡介

吳國良

財團法人大學入學考試中心研究員

[email protected]

n 前言

十二年國民基本教育課程綱要已於108學年度開始實施（以下簡稱108課綱），這套以核心素養為主軸的課綱，與以往的課綱有所不同。就核心素養而言，國家教育研究院於《十二年國民基本教育課程發展指引》的定義為：個人為適應現代生活及未來挑戰，所應具備的知識、能力與態度。核心素養的表述可彰顯學習者的主體性，不再只以學科知識作為學習的唯一範疇，而是關照學習者可整合運用於生活情境，強調其在生活中能夠實踐力行的特質。這段核心素養的陳述，除了點明知識、能力與態度的學習外，更重要的是能夠於生活情境中實踐的特質。

眾所周知，教學與評量是密不可分，故國教院於〈素養導向「紙筆測驗」要素與範例試題（定稿版）〉特別提到「素養導向評量之『導向』二字意味著期望透過適當的評量實務，引導並落實能夠培養學生核心素養和領域／科目核心素養的課程與教學」。也就是說，透過適當的評量方式，達成核心素養的課程與教學目標。

n 專題簡介

本次的專題共計收納四篇文章，基本上，都是以素養導向評量有關，分別為：〈化學科素養導向命題之我見〉（楊吉水）、〈大學的社會責任：素養題〉（焦傳金）、〈技術型高級中等學校化工群108課綱素養導向題型初探〉（葉瀞月）、以及〈素養導向試題－以國中教育會考為例〉（田鎧豪）。四篇文章中，共同的特色就是介紹作者或各測驗中對所謂素養導向試題的定義，以及提供各類型的範例，可供各級學校的教學或學生學習的參考。

細部言之，楊吉水教授的文章是以參與大學入學考試中心（簡稱大考中心）試題研發計畫的研究人員，就大學入學考試中心（大考中心）化學科素養導向的試題範例進行介紹。楊教授文章的重點在於：素養題並不是閱讀題，亦即不要把長篇大論無關作答的訊息包裝在一起，就當成素養題；另外，試題情境的取材可以從期刊雜誌，只要相關的內容是考生可以理解的內容，其中，有一題關於史來姆的探究與實作的試題，是取材於國外的化學教育期刊（J. Chem. Educ., 1986）。無獨有偶，清大焦傳金教授的文章，則是介紹清大讓素養飛的平台，焦教授的文章是以清大幾個科系的教授，包括：生科、化學、物理，他們的研究內容，改寫成高中生可以理解的型式，再加上試題設計而成的素養題的平台，除了可供高中師生參考外，亦有善盡社會責任的味道。

測驗中心也分別提供了文章，技專測驗中心的葉瀞月研究員與心測中心的田鎧豪研究員，分別就兩個測驗中心，對於素養導向的基本要素或特點提供介紹，並就素養導向題型進行簡介。兩個測驗中心所舉的範例，包含試題評量所涵蓋的學習內容與學習表現的課綱內容。除此之外，心測中心的例子，亦涵蓋所評量的核心素養。

整體而言，這四篇文章的表達方式不同，但都涵蓋素養基本定義的知識與能力。雖然，就態度面向而言，一般紙筆測驗較難達成，但就教學而言，此一面向應是不可或缺。除此之外，素養導向評量的情境設計，不論楊教授、焦教授或翁研究員的文章，都提到期刊論文是一個可以嘗試的方向，焦教授的文章中提及：「大學老師的研究題目剛好提供了一個絕佳的機會，將研究設計思考過程轉換成考題形式，讓學生經歷一場虛擬的實驗旅程，除了能讓高中生更加瞭解各個實驗室的研究發現，也是培養學生科學力的有效方法！」總結來說，如何找到高中生可以理解的科學期刊，經由適當的改寫而成為合宜的試題，應可作為素養導向命題的研究方向。

n 結語

本次素養導向評量專題，雖僅有四篇文章，文章內所提供的試題範例，受限於篇幅，也相當有限。但是，就各篇文章的內容，已明確傳達素養導向評量的要義。除此之外，各篇的參考資料中亦提供相關的連結，提供讀者作進一步了解之所需。108課綱已實行一年，希望此次的專題，有助於各級學校的教師與學生，就評量的部分，能夠有更具體的認識，讓108課綱能順利推展，落實培養學生帶得走的能力。

n 參考資料

1. 國家教育研究院。素養導向「紙筆測驗」要素與範例試題（定稿版），取自https://www.naer.edu.tw/ezfiles/0/1000/img/67/159548289.pdf

2.Lagowski, J. J. (1986). The educational continuum: A demographic perspective. Journal of Chemical Education, 63(1), 57-60.

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