臺灣化學教育

素養導向評量：化學科素養導向命題之我見

楊吉水

國立台灣大學化學系
[email protected]

n  摘要

配合民國107年教育部發布之十二年國民基本教育課程綱要之實施，大學入學考試中心（以下簡稱大考中心）也針對111學年度大學入學考試提出試題精進方案，於是「素養導向命題」一時成為眾所矚目的焦點，而各方對「素養」一詞的不同解讀，造成不少的疑慮與困惑。儘管大考中心已召開多次說明會與工作坊，試圖讓第一線的高中老師們明白何謂素養導向命題，但受限於時空因素，無法擴及每一位教師。因此，我以參與大考中心試題研發者的身分，針對化學科素養導向命題的一些重要面向與觀點，以本文與大家分享。

n  素養定義

首先，要釐清「素養」是什麼？國家教育研究院的核心素養發展手冊的定義：「素養是一種能夠成功回應個人或社會的生活需求，包括使用知識、認知與技能的能力，以及態度、情意、價值與動機等。」站在教師和學生的立場，簡單的說：素養 ≡ 能活用知識。學習的本質和目的就是要獲得知識並能活用，亦即讓學到的知識成為有用的工具。工具可解決問題（生活上與專業上），工具也可開創新的工具（舉一反三並自我學習）。其相反就是死記死背的知識，存放在腦中，只在考試時才知道使用。學習的本質和目的想必人人皆知，只是大考當前，追求高分成績儼然成為首要目標，學習的樂趣與素養發展漸被遺忘，新課綱中核心素養的呼籲只是要喚回學習的本質和目的罷了。既然大家重視大考，若大考試題植入素養的精神，不啻可達到選才（能活用在校所學者）的目的，亦有助於教學端與學習端重回學習的本質。

明白素養的精神後，如何將試題素養化是下一個挑戰。一般「直問直答型」的題目，無論是僅含一個概念的簡單問題，或是綜合多個概念而成的較高難度問題，出題的困難度並不高。如何將同樣的問題轉化成具有素養成分的問題，則是過去一段時間大家在討論與探究的議題。一個常見的誤解是將「素養題」解讀成「閱讀測驗題」！會有這樣的誤解，與「試題素養化必會伴隨題幹變長」和「考題內容必須是課外知識」的錯誤認知有關。其實，題幹字數增加不是要將選項中的答案藏在題幹中讓考生擷取出來（閱讀測驗題型的概念），而是提供問題本身的情境（課本中未出現過的生活情境或專業情境）和課外的專業資訊（事實上，這些資訊有時會以圖式或表格方式呈現），而且內容不必然是課外知識。換言之，素養題的形成需要建構一座「舞台」─一座情境的舞台或一座新樣貌的舞台，舞台的建構自然需要文字，題幹字數自然會增加。考生必須能夠無懼這些課堂上從未接觸過的情境或新資訊，並能以課內所學為基礎，加以消化理解，便可正確答題，這是素養導向命題的主要原則與方向。

n  素養題設計

如何選擇合適的課外的情境與專業課題來建構一道素養題？化學與相關之自然科學雜誌是最佳的取材來源，畢竟其內容較一般報章雜誌的報導嚴謹與完整。然而，並非所有的科學論文都適合被轉化成素養題，關鍵在於內容與高中化學知識的連結是否能達到上述素養命題的原則。若學術論文部分內容是高中程度可理解的，便可直接轉成試題提問，此時考生若（1）具備相關課本基本知識，同時（2）能理解題幹提供之新資訊，即可作答。此二要件，缺一不可，方達素養精神。若是試題本身僅利用第（2）點而不必結合第（1）點之先備知識便可答題，便偏向一個閱讀測驗題，失去了考化學專業的目標。若論文題材有趣，但內容對高中程度稍嫌艱澀，可用於情境題型─題目不問論文本身的內容，而是問與該論文題材相關的課本基本知識。換言之，是否具備相關課本基本知識才是考題的核心，是否具備素養精神（能否活用知識）則是得分關鍵。素養導向命題可跳脫課內題材之束縛，使題目更活潑多樣，以達到測試知識是否靈活掌握之目的。以下各舉一例說明：

n  示例

例一（大考中心研發試題）：

二氧化碳被公認是造成全球暖化的主要溫室氣體，科學家正在開發能大量吸收二氧化碳的化合物。科學家測量甲、乙、丙、丁四種液態化合物對二氧化碳的吸收量，其化學式、結構式與代號如表1所示。在50℃時，一大氣壓的二氧化碳氣體中，此四種液體對二氧化碳吸收的重量百分比與時間的關係如圖1所示。

表1

 依據上述實驗結果，試判斷下列敘述哪些正確？

(A) 此四種液態化合物屬於離子化合物

(B) 此四種化合物吸收二氧化碳的能力是甲＞乙＞丙＝丁

(C) 陰離子是吸收二氧化碳的主要成分

(D) 當固定陰離子為時，發現不同的陽離子對二氧化碳的吸收具有影響力

(E) 當固定陰離子為時，發現不同的陽離子對二氧化碳的吸收不具有影響力

本例算是短題幹的素養題，不計圖表，題幹僅136字，此乃因為大多資訊已由圖表顯示。本題希望利用氣候暖化的議題（生活情境），讓考生從吸收溫室氣體二氧化碳的化合物之結構以及吸收實驗的數據變化來判讀化學反應的影響變因（分析化學資料的能力）。其所涉及的基本知識，包括離子化合物、重量百分比和有機分子結構等，均是考生可理解範圍，考生經圖表判讀和推理，即可得正確答案(A)(D)(E)。

例二（107年指考試題）：

榮獲2018年諾貝爾化學獎的創新研究，是運用定向演化的方式，製造出新穎的酵素，現已被用來生產藥物和生質燃料等。化學家將一個天然的「枯草桿菌蛋白酶」酵素，改變為能在有機溶劑中進行化學反應。其策略是刻意的在酵素的基因密碼中，製造隨機的突變，然後將這些突變的基因引入細菌，因此產出數千種變體的枯草桿菌蛋白酶。再從這些眾多的不同變體中，挑出在有機溶劑：二甲基甲醯胺（簡稱DMF）中運作效率最高的那些酵素。重複進行，在第三代的枯草桿菌蛋白酶中，就找到了一個變體，在DMF 中的運作效率，比原始的酵素要高256 倍之多。根據這些敘述，回答下列問題：

1. 在枯草桿菌蛋白酶參與進行的化學反應中，此蛋白酶的作用是什麼？

2. 枯草桿菌蛋白酶是由某些單體聚合而成，這些單體的化學名稱為何？以通用取代基（ R– ）的形式，畫出單體的化學結構。

3. 枯草桿菌蛋白酶由這些單體聚合而成時，新生成的化學鍵名稱為何？畫出此化學鍵的化學結構。

本例以諾貝爾獎獲獎內容為學術情境來測驗考生有關胺基酸、蛋白質和酶（酵素）等之基本知識，獲獎內容的專業已超出考生可理解的範圍，故未出現在問題中。情境的建構使用243字，屬可接受範圍。

雖然字數增加是試題素養化不可避免之處，如何控制字數而不致浮濫是出題者須重視的原則。簡言之，在不損情境與答題的前提下，文字應盡量刪減，沒必要的資訊也不應出現在題幹中。儘管哪些文字「可刪」或「不該刪」在判斷上有許多主觀成分（如例二），命題老師可與同仁間彼此交流討論，當可達到較客觀的判斷。此外，有時一張圖或一個表可代替千言萬語（如例一），何不善用圖表？使用圖表亦可進一步考查學生閱讀非連續文本的能力。

「探究與實作試題」是另一類素養題型，其命題困難度更高，畢竟探究是一種態度，實作是一種操作過程，很難在短時間內以紙筆測驗方式評量。此外，非選題的閱卷有其侷限性，過於開放性的論述不易客觀公平給分，這類試題在大考中將會以「限縮答案的可能範圍」方式呈現。一般而言，這類題型是由實驗題型轉化而成，除上述情境導向與專業延伸之素養精神外，亦可著重於邏輯思考或訓練、圖表運用和繪製等面向。以下以例三之混合題型（含選擇題與非選題）說明之：

例三（大考中心研發試題）：

小明看到網路流行利用混合透明膠水、隱形眼鏡保養液、小蘇打來製作俗稱「史萊姆」的凝膠，想要研究看看形成史萊姆的化學原理。他先確認了膠水、隱形眼鏡保養液、小蘇打的主要成份分別為聚乙烯醇（PVA）、硼酸（）、與碳酸氫鈉（），便在實驗室製備了4%重量百分比PVA、0.01 M硼酸、0.01 M小蘇打等三種水溶液，接著他將三種溶液用不同比例充分混合均勻，果然在某些比例的配方中成功製成史萊姆。

為了測試史萊姆的黏滯性，小明將成功合成史萊姆的燒杯倒置，測量膠體在十秒內移動的距離，如圖2。實驗進行中，小明也發現只要有充分混合讓反應達到平衡，配方中溶液加入的快慢或順序並不影響生成史萊姆的性質，因此可以將硼酸水溶液先與小蘇打水混合反應後，再加入PVA水溶液中。最後小明將實驗結果整理成下方所示的表格（表2）：

1. 小明依據此一實驗的結果，作出以下推論，哪些選項是正確的？

(A)硼酸可以與膠水反應形成史萊姆凝膠

(B)小蘇打的用量並不影響生成史萊姆凝膠之性質

(C)水量的多寡會影響生成史萊姆凝膠之性質

(D)溶液體積固定下，當加入硼酸與小蘇打的莫耳數相同時，所得的凝膠黏滯性最高

(E)要形成凝膠，硼酸與小蘇打兩者缺一不可

2. 小明進行實驗時，第1組0.01 M硼酸水溶液的體積為0毫升，試問其實驗目的為何？請填入下表。

3. 小明根據表2與以下實驗的結果，做出的推論是「要形成凝膠，PVA、硼酸與小蘇打三者缺一不可」。試完成下列所需體積。

4. 綜合以上實驗的結果，小明推論史萊姆生成的原理是：在加入小蘇打的鹼性條件下，硼的化合物與PVA形成氫鍵。氫鍵的形成，可以讓分子間產生作用力，讓兩個分子產生緊密之結合。小明再設計以下的實驗，分別將小蘇打水溶液改成蘇打水溶液（組別8）以及將小蘇打水溶液改成醋酸水溶液（組別9）。假設小明的推論正確，試評估是否生成凝膠？請填入下表。

本例含4小題，主題幹計332字，第4小題之延伸題幹計134字，總計近500字，對一題組且為探究與實作題型而言，乃在可接受範圍。本題測驗考生由實驗結果驗證假說、控制實驗變因，並推論化學原理解決問題之能力。第2小題是有限度的開放性問題，第3小題告知三種成分之一的體積則是為了限縮答案的可能範圍。

n  結語

總之，素養導向命題的立意是健康良善的，但需要合適的題目方可彰顯其價值，而合適題目的建構需要比一般命題更費心費力，身為教育者，似乎責無旁貸，共勉之。

n  致謝

感謝大考中心吳國良研究員的邀稿和台北市中山女高化學科陸仲文老師的校閱，使本文得以付梓。文稿若有不足之處，尚祈各界指教是感。

n  參考資料

111學年度起適用之大學入學考試「考試說明」公告 https://www.ceec.edu.tw/

素養導向評量：大學的社會責任：素養題

焦傳金

清華大學生命科學系
[email protected]

n  摘要

108新課綱在去年正式啟動，素養導向的教學模式成為主流，素養題也成為大家關注的焦點。大學老師的研究成果通常都發表在國內外專業的科學期刊上，一般學生受限於背景的不足與文句的艱澀，很難理解大學老師的研究發現。若是能鼓勵大學老師與研究生將研究成果改寫成素養題，免費提供給高中生練習，不但能讓素養題內容接地氣，更能發揮大學的社會責任，將研究成果分享給社會大眾知道。因為素養題已成為學測與指考的新趨勢，高中生有極高的動機練習這些題目，因此以大學老師研究成果為主的素養題將成為最有效的科學傳播。

n  簡介

兩年前有位朋友將一份北區指考模擬考生物科考題寄給我，其中的41-43題的內容是根據我們實驗室在2016年發表的一篇有關烏賊數感的文章改寫的。仔細閱讀後，發現作者用心的將研究內容，以素養題的形式，來評量學生對實驗設計的理解能力與對實驗結果的推理能力，這個過程其實就是我們當初在研究這個主題的思考過程。當下就覺得這樣的題目形式對學生的科學訓練真的很棒，也能讓更多的高中生認識我們實驗室的研究發現。

去年初在清大校內的招生策略討論時，有一位校外學輔專家提醒我們，素養題是一個重要的趨勢，若是清大老師能主動提供素養題讓高中生練習，這對學生認識清大將有非常正面的幫助。當下我立刻想到北區指考模擬考生物科考題的事，也認為這將是一個對各方面都有益的事。進一步思考後，我發現這個作法不僅對高中生有幫助，也是一個大學社會責任的展現，更是一個有效的科學傳播，因此毫不猶豫，立刻就採取行動，邀請生科院的老師們一起共襄盛舉。

當然一開始沒有太多老師回應，畢竟多數大學老師不知道什麼是素養題，也不太想花時間去設計這些題目，但我找了一些大考中心所提供的素養題範例，也請生物科學科中心的執行秘書新竹高中陳慕璇老師提供一些素養題的核心概念，並告訴我的同事們這件事的意義，也建議他們其實不用自己出題，最好由實際參與實驗的研究生主筆，因為他們不但對實驗設計與結果分析最熟悉，他們也跟高中生的年齡較接近，因此在用詞用語與觀念理解上較能接近高中生的觀點。同時我也向大學老師們保證，研究生所撰寫的素養題一定會經過高中老師的編修與校正，因此可以確保素養題的核心概念會被完整呈現。就在這樣的氛圍下，多數的生科院老師都樂意參與，也才能在去年九月與今年二月順利推出兩波的生科領域素養題。

n  讓素養飛：19位生科院老師響應出題

第一波的素養題呈現了來自生科院19位老師30題的生科領域題目，其中涵蓋了細胞與神經研究、藥物開發、動物行為、生物醫學等領域，多數都來自老師們自己的研究。為了驗證題目設計是符合高中生的生物程度，在素養題正式上線時，我們特別請50位參加清大生科院的青少年科學人才培育計畫的高中生試答，多數試答同學反應，這份試題能充分測驗出學生在實驗上的邏輯思考與分析判斷的能力。

我以我自己實驗室所提供的一題素養題「烏賊的數感」為例，在題幹會先介紹「數感」是衡量數量的概念，再談到為證實烏賊是否也有分數概念的實驗設計，在水箱內放入1隻對1.5隻(一大一小)、1.5隻對2隻蝦子等4組實驗對照，測試烏賊的捕食選擇及所需時間，並附上相關實驗數據圖表，要求學生理解訊息後，據以分析推論，來回答4個問題。

另一個有趣的題目「果蠅的社交與壽命」是由郭崇涵老師實驗室所提供，他也利用題幹介紹果蠅的社交行為，並搭配4組實驗數據以測試果蠅在獨居與群居、行動力強與弱等不同條件下，對其壽命長短的影響，要學生回答哪些變動因子會影響果蠅的壽命長短。陳令儀老師實驗室則是出了一題「大腦神經再生」，以3組實驗來測試4種化合物促進老鼠大腦神經再生的功效，學生必須讀懂實驗結果圖表中的神經細胞癒合率及存活率，才能推論出正確的答案。

參與編修的新竹高中陳慕璇老師表示，高中老師們的責任也重大，她們會先確認題幹是否易於閱讀，控制字數不要太長，並確定出題者想得到的答案是否與選項一致，檢核題目設計邏輯。這些工作其實也花費了相當多的時間，但是這是一個好的素養題不可或缺的要件。

n  擴大參與：加入化學與物理素養題

在第一波生物素養題推出後，收到許多迴響，不僅來自高中生物科老師，也收到高中化學與物理老師的回應，他們紛紛表示希望能將素養題的範圍從生物擴大至其他自然科領域，我也覺得若是能邀請化學系與物理系的老師一起來共襄盛舉，那一定是更棒的。在這樣的期待之下，我積極聯繫化學系與物理系的主任，他們也都承諾會予以協助，並指派一位老師負責收集試題。不過也許兩系的老師真的太忙，又或是化學與物理領域老師們的研究成果比較難用淺顯的文字說明清楚，成為素養考題，因此迴響並不熱烈。所幸清大化學系長期舉辦清華盃化學能力競賽，因此過去十幾年來已累積非常多的試題，有些題型剛好較符合素養題的精神，因此我們除了邀請5位清大化學系老師以自身的研究成果撰寫素養題外，也包含的24題的清華盃化學能力競賽試題，這些素養題提供了高中生自行練習的機會，也讓他們對清大化學系的研究領域與師資更加認識。

五位清大化學系老師的素養題都非常棒，包括了王素蘭老師的「晶型無機孔洞材料的大躍進」、江昀緯老師的「宏觀平衡與微觀分子世界的連結」、黃暄益老師的「半導體的晶面效應」、帕偉鄂本老師的「質譜法」、洪嘉程老師的「膠原蛋白」，其中專研胜肽化學、蛋白質摺疊與設計的洪嘉呈老師，他的素養題發想就是因為大家常聽到膠原蛋白，但不知道它的化學特性，因此他希望能利用這個耳熟能詳的名詞來測驗學生對分子間作用力、氫鍵的理解。

在新增的物理題庫中，有兩題是清大物理系王立邦老師提供的，包括「離子阱與質量的測量」與「宇宙中的暗物質」，另一題「無所不在的揉皺現象」則是由清大物理系洪在明老師出題，他的實驗室曾研究過紙張的揉皺現象，這是很生活化的題目，若是你將一張A4大小的紙張對折再對折，折了7次以後，再用力也折不下去，就算再換更大的紙，也折不過7摺，這是為什麼呢？另外，若是將鋁箔紙也用力揉成團拋在水中，僅管鋁箔比重遠大於水，但仍可浮在水面，裡面有多少空氣呢？要解釋揉皺現象，學生必須要活用高中所學的物理知識，這樣的題目也能激發學生的研究精神，將身邊習以為常的物理現象了解得更透徹。

n  培養學生的科學力

108新課綱的實施是臺灣科學教育的轉捩點，自然科探究與實作課程的現場充滿了老師們各種教學創意，學生不再只是學習課本上所呈現的知識，而是透過設計實驗、親手操作、分析數據、討論結果等過程，將科學內化成生活的一部份。學測與指考中的素養題就是這一波教育改革的主要推手，它不但測驗學生的閱讀能力，更藉由真實的實驗數據，評量學生的科學能力。素養題沒有公式可循，無法反覆練習，學生必須在探究與實作的課程中培養這樣的能力。好的素養題確實不容易出，大學老師的研究題目剛好提供了一個絕佳的機會，將研究設計的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大學內各個實驗室的研究發現，也是培養學生科學力的有效方法！

n  參考資料

清華大學 素養題平台http://elte-nthu.hct.tw/

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

財團法人技專校院入學測驗中心基金會副研究員
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n  前言

因應108課綱實施，技專校院招生策略委員會已於108年7月公告新課綱考試範圍及調整內容，雖多數科目考試範圍未變動，然仍須針對各科的學習內容進行比較及分析，並研發試題示例，以符應新課綱的課程調整。而十二年國教技術型高級中學課程綱要強調核心素養的能力，以培養具備務實致用及終身學習能力之人才，在因應新課綱實施之技專校院考試及招生制度整體方案中提及：統測考科於111學年度實習科目命題朝實務導向、能力統整及術科筆試化為原則進行。(技專校院招生策略委員會，2019)

n   核心素養的主要內涵

國家教育研究院依據研發「臺灣學生學習成就評量資料庫」試題經驗，針對素養導向「紙筆測驗」評量，已提供簡易書面說明及題型示例，供各界參酌。《十二年國民基本教育課程發展指引》定義「核心素養是指一個人為適應現在生活及未來挑戰，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」。（國家教育研究院，2014）

國家教育研究院在《十二年國民基本教育課程發展建議書》亦指出「核心素養是指知識、能力和態度的綜合表現。…素養的培養應該適當的結合情境學習、專題導向、生活實踐等教學」。且「核心素養的培養有賴課程、教學與評量的有效連結」。素養導向評量旨用以評估、回饋與引導素養導向課程與教學之實施。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。（國家教育研究院，2014）

n   素養試題應有的基本要素

依據國教院對於核心素養的定義及建議，財團法人技專校院入學測驗中心基金會整理出統一入學測驗素養考題應具備的特性為:

一、測驗目標：具備學科主體性，亦含跨領域能力。素養導向重點之一在強調跨領域/學科的能力，期使學生能運用各領域習得的能力解決情境中的問題。試題設計含跨領域連結、統整能力時，測驗目標應掌握學科的主體性。

二、題幹設計：在適當的情境中解決問題。主要在題幹設計中提供適切的資訊、適當的情境，評量學生轉換、應用該學習階段所具備解決問題的能力。

三、題材選擇多元：以課綱訂定之學習內容為基礎，試題取材及文本類型多元化，強調評量學生對於基本知識的理解、應用、統整能力。

n   養導向題型示例規劃

經由文獻探討與相關資料之收集、分析，先研擬素養導向題型發展方向，然後遴聘化工群相關領域之技專端及技高端教師籌組命審題團隊，召開共識會議說明題型發展方向與確認評量架構及題型特徵。接下來由技專端委員開發試題示例，透過專家座談諮詢會議的方式由命審題團隊委員共同修審試題，再委由技高端學校進行小規模施測，同時進行技高端教師及學生問卷調查，以蒐集素養導向題型之意見回饋，然後彙整問卷調查結果，召開施測後之檢討會議，獲致初步素養導向題型雛形。

n   初步成果

在符合化工群新課綱的架構下，依據111學年度統一入學測驗化工群專業及實習科目考科之命題範圍，發展素養導向之試題示例，共有標準題型5題；題組題型7大題，每大題含有子題目2至5小題不等，總題數共計27題。為了解這些題型是否合宜，需進行小規模施測及問卷調查。

透過小規模施測主要目在蒐集學生對於素養導向題型作答過程中，是否暸解題意，及檢測學生對於閱讀理解及綜合應用學科知識的能力，施測對象為中南部三所公立技術型高級中等學校高三學生共計40名學生。同時透過施測的三所學校各5位現任技高教師填寫問卷，以提供對於素養導向題型之相關意見，做為回饋命題團隊參酌修正。

茲試舉其中一題題型作為說明：

對於此題例技高端的教師認為本題設計含跨領域且取材多元，能把知識、能力和態度整合運用在情境化、脈絡化的學習。對教學端的影響為：會更改教學方式，引入更多產業實力或生活情境使學生可以更加熟悉與生活或產業連結。同時因題目敘述偏長，會加強學生閱讀能力。

n   其他建議

技高教師普遍認為，學生需提升其閱讀能力，才足以應付多元情境之題目。也建議可以在題目敘述中，提供更多線索，讓學生可以從題目敘述中找資訊，並能結合所學知識去解題。同時能讓學生成為了解、應用統整資訊並結合自身看法將資訊轉化為內在知識，適時靈活的運用在這變遷超速的時代，使自我能結合經歷、資訊解決困難，而身為教師需各方向引導學生適應時代的腳步並培養學生素養的核心，使學生在未來面臨社會時能足夠多元、會使用資訊、有統整力及正確的判斷力。也需提升教師自我事業實務與議題融合能力。

n   結語

本文僅為踏出開發素養導向題型的一小步，四技二專統一入學測驗在專業科目部分，試題內容須含括基礎學科理論以及實作相關知識能力，以反映出技職教育與普通高等教育的不同，而針對素養導向試題系統化思考及評量統整能力之特色，需發展專業科目新題型，目前發展出的題型尚未進行大規模測試及意見調查，需進一步分析其可行性後，再對外公告，並納入未來統一入學測驗正式施測，期能提升評量層次，以呼應技職教育務實致用之精神，並作為日後試題設計與命題人才培育之參酌。

n   參考資料

1.教育部 (2019)。技術及職業教育法。取自https://law.moj.gov.tw/LawClass/LawAll.aspx?pcode=H0040028。

2. 國家教育研究院(2014)。十二年國民基本教育課程綱要總綱。取自https://www.naer.edu.tw/ezfiles/0/1000/attach/87/pta_18543_581357_62438.pdf。

3. 技專校院招生策略委員會(2019)。因應108學年度新課綱實施之技專校院考試及招生制度整體方案公聽會手冊。取自http://web.nihs.tp.edu.tw/ezfiles/1/1001/attach/66/pta_13926_3964963_55962.pdf

4. 國家教育研究院 (2014)。十二年國民基本教育課程發展指引。取自http://www.hses.tyc.edu.tw/12curriculum.pdf。

5. 國家教育研究院 (2014)。十二年國民基本教育課程發展建議書。取自https://www.naer.edu.tw/files/15-1000-5619,c551-1.php。

6. 教育部(2018)。十二年國民基本教育技術型高級中等學校群科課程綱要–化工群。取自https://www.naer.edu.tw/ezfiles/0/1000/img/67/159301101.pdf。

7. 教育部(2019)。十二年國民基本教育技術型高級中等學校群科課程手冊–化工群。取自https://www.naer.edu.tw/ezfiles/0/1000/img/67/360140431.pdf。

素養導向評量：素養導向試題−以國中教育會考為例

田鎧豪

臺灣師範大學心理與教育測驗研究發展中心自然科研究員

[email protected]

n  前言

十二年國民基本教育課程綱要(以下簡稱課綱)於108學年度開始實施，希望能解決過去國中小九年一貫與高中課綱的銜接落差，以助於國小、國中及高級中等學校課程連貫發展，以及各領域/科目間的統整。為配合以核心素養為主軸之課綱，發展素養導向評量勢在必行。參酌國家教育研究院對研發素養導向試題的建議，未來國中教育會考(以下簡稱教育會考)除了維持「學科基本素養題」，評量學科重要的核心概念，也會持續精進「生活實踐題」之設計，以強調應用核心知識與技能，解決真實情境脈絡中的問題，逐漸改變學生的學習和思考習慣、培養學習策略。

n  核心素養的試題

所謂「生活實踐題」，其題幹設計應盡可能符合日常生活或學術探究的真實情境，而提問也應該是在此情境脈絡下會問的真實問題，此外，適時選用跨領域素材或課綱所列相關議題作為題幹情境將更能反映課綱精神。透過這類試題的引導，有助培養學生思考、探究課堂所學與生活的關聯性，這也正是發展素養導向評量的目的。

檢視歷年教育會考的試題，符合課綱核心素養的試題，主要有幾項特點：

1.試題情境主要以解決真實生活問題為主，不僅有學科知識，也包含學習概念延伸的判斷與應用。

2.為了能清楚描述問題情境，有些試題的閱讀量高，也常需配合圖表或數據資料，或是以題組的方式呈現。

例如過去的教育會考數學科試題，就曾把生活常見的通訊軟體情境，融入數學素養後，拿來評量學生是否具備理解溝通的能力，並能應用直角坐標系的概念找出兩地點位置的關係。

以下列舉教育會考自然科數題符合課綱核心素養的試題，作為第一線國中老師教學的參考，期望能達到拋磚引玉之效，呼應課綱素養導向之精神。

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，取自http://www.naer.edu.tw/ezfiles/0/1000/img/67/159548289.pdf

2.      111年國中教育會考各科等級表現描述與參考試題本公告，取自https://cap.rcpet.edu.tw/PressRelease10808.html

3.      109年國中教育會考自然科試題本，取自https://cap.rcpet.edu.tw/exam/109/109P_Nature150DPI.pdf

4.      109年國中教育會考(補考)自然科試題本，取自https://cap.rcpet.edu.tw/exam/109/109S.zip

中學化學示範

楊水平

國立彰化師範大學化學系
[email protected]

在「中學化學探究教學」的教學實務過程，作者會親自教學2-3個探究學習單元，都是以化學示範實驗作為科學探究教學的開始，例如：作為5E學習環的參與階段。在「中學化學示範教學」的教學實務過程，作者也會親自教學數個學習單元，以化學示範作為教學方法或教學策略，例如：使用以師生互動討論方式的三面向（介紹面向、演示面向及結論面向）教學，又如：POE╱POEC教學策略。在多次的科普推廣活動上，作者曾指導學生以化學示範教學的方式，展現驚嘆號（！）和問號（？），示範者需考慮化學示範的娛樂性和教育性的功能，有別於魔術師的表演。有效的化學示範能夠聚焦學生的注意力，在課程或單元中激發學習的動機和興趣，解說重要的概念和原理，以及起始科學探究和問題解決。

《臺灣化學教育》第37期的專題為〈中學化學示範〉，邀請中學和大學教師開發適用於中學教師在教室或實驗室的化學示範教學、教法及評量，或適用於科普推廣活動的化學示範實驗。這一期的專題文章接到十一篇的稿件，由於有些稿件延遲投遞、內容需要多次討論或編審時程沒控制得宜，因此無法在文章發佈截止日前順利出刊。經本刊主編邱美虹教授的建議，預定在11月（第40期）新增專題主題，為這些未順利出刊的稿件在六個月後出刊。作者將繼續邀稿以充實第40期的專題內容，歡迎有興趣「化學示範」專題的教師和專家投遞稿件，內容可涵蓋發展歷史、理論與實務、課程與教材、教法與策略、評量與測驗、以及科普活動等。此外，值得提起之事，是在十一篇化學示範的稿件中，大部分符合十二年國民基本教育國民中小學暨普通型高級中等學校自然科學領域課程綱要，這些符合新課綱規範的文章都在其前言的部分有具體的描述，期望這些文章能立即可用於中學的現場教學。

本文首先介紹化學示範教學的理論；然後，提出示範教學的教學和評量；接著，整理十二年國教自然科學領域課剛中的化學示範；最後，概述本期專題的文章導讀。

n  化學示範教學的理論

Liem (1987) 提到：藉由引人注意的示範和歧異事件，教師精心規劃教學策略來喚起學生的學習。Kibler (2019) 提到：歧異事件使學生產生興趣和好奇心為了探究有關特別的現象。歧異事件（discrepant event）創造認知失調（cognitive dissonance），因為歧異事件的觀察與學生先前經驗是直覺相反的，使得學生迅速地產生疑問。Cini (2018) 提到：歧異事件是藉由呈現非期望的結果而無視我們對世界理解的事件。這些現象經常被用於科學示範，以吸引觀眾的注意力並吸引視覺學習者。

Shakhashiri (1989) 提到：課堂示範能夠幫助學生在化學反應和化學性質上的注意力，並且增進學生的化學知識和體認。課堂示範應該是一個過程，而不是一個單一的事件（作者按：歧異事件）。

化學反應千變萬化，聲光色俱全而且多彩多姿。化學示範（Chemical demonstrations）是透過驚奇有趣的化學實驗來展示化學的奧妙和魅力，在教學中常創造歧異事件以互動方式來引起學生對化學的興趣，進而促進學生對化學知識的理解。因此，化學示範強調娛樂性和教育性，它是一種非常有勁道的教學策略。

n  示範教學的教學和評量

在化學示範教學前應該事先規劃向學生詢問的問題，作為學習單學生寫作評量之用：(一)事先規劃由低階思考到高階思考的四項問題（Bybee et al. 2014），和(二)透過POE或POEC策略設計問題，POE教學策略的三階段：Prediction（預測）‒Observation（觀察）‒Explanation（解釋）（Gunstone & White, 1981）；POEC教學策略的四階段：Prediction（預測）‒Observation（觀察）‒Explanation（解釋）‒比較（Comparison）（邱美虹等，2005；鍾曉蘭，2014）。這二項的學習單寫作皆可當作學生透過化學示範學習的評量方式。

(一)      事先規劃由低階思考到高階思考的問題

1.    描述化學示範步驟的問題（低階思考）：詳細地描述示範步驟，包含使用的器材和藥品。儘可能以裝置圖說明之。

2.    觀察變化現象和紀錄實驗數據的問題（低階思考）：詳細地描述學生觀察到的示範實驗之變化現象。

3.    說明變化現象和實驗結果的問題（高階思考）：就變化現象，運用合適的科學字彙進行準確地推論。以微觀的分子或原子層次進行巨觀現象變化的解釋。引用證據，儘可能以化學反應式表示，以及以化學原理、定理和概念說明。

4.    連結新學到的概念和原理到日常生活和新情境的問題（高階思考）：連結示範實驗所涉及的原理、定理和概念與日常生活和新情境，並且敘述兩者之間的關連性。

(二)      透過POE╱POEC策略設計問題

1.    示範前進行預測（Prediction）：(1)觀察教師示範前所準備的器材、藥品及裝置；(2)寫出預測示範實驗即將發生什麼現象；以及(3)解釋你的預測即將發生現象的可能理由。

2.    變化現象的觀察（Observation）：(1)詳細地觀察變化現象並描述之；以及(2)就實驗的變化現象，比較你的預測與觀察的相同和相異之處。

3.    變化現象的解釋（Explanation）：(1)解釋你觀察到實驗變化現象的理由。

4.    與預測的比較（Comparison）：(1)觀察的現象與之前的預測作比較。(2)針對你在預測階段的可能解釋，做出修改或補充。(3)當學生撰寫完成後，一起討論自己的想法或教師引導學生討論，做出合理解釋，必要時修改或補充之前的解釋。

n  十二年國教自然科學領域課剛中的化學示範

根據「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–自然科學領域」，其實施要點提到「教材編選時應依十二年國民基本教育自然科學領域課程綱要精神與內容，鼓勵學生動手實作體驗，合適安排各年段的實作課程，以達到規定的時數，其中國民中學教育階段應有三分之一節數為實作體驗課。為提高學生學習興趣，增進學習效果，得適時設計示範實驗、戶外教學等活動。」。因此，化學教師設計化學示範實驗是有其需要性。自然科學領域課程綱要在「學習內容說明」有明確地提到教學實施的方式以「示範」來進行，在第四學習階和第五學習階段的綱要描述中，有關化學示範方面整理如下。

(一)      在國中自然科學方面

表一：第四學習階段涉及化學示範的學習內容

(一)      在高中化學方面

表二：第五學習階段涉及化學示範的學習內容

n  本期文章導讀

本刊第三十七期的專題以〈中學化學示範〉為主題，除領頭文章外，還有7篇文章。這些文章的簡介如下：

1.        〈綠色化學的示範實驗和實作活動〉：此文章由周芳妃、詹莉芬、陳祖望、許名智、許文綺（臺北市立第一女子高級中學）撰寫。本文提到：介紹綠色化學思維的「化學貼貼樂」範例，透過包膜與紙張剪裁設計，易於準備的可攜式與半乾式的化學材料包，適合教師在演講時的示範教學並提供每位學生在大會議室的現場實作化學實驗，又可讓學生留著作品，加以時日觀察後續的化學變化。「化學貼貼樂」研發與製作過程中，不僅是教師版的探究與實作的發展歷程，而學生在進行「化學貼貼樂」的教學活動中，同時可應證化學課本內容所提知識、實踐綠色化學精神。

2.        〈葉肉消蝕術的化學示範與探究實驗設計〉：此文章由吉佛慈（國立臺灣師範大學附屬高級中學）撰寫。本文提到：為了解開學生對食譜式實驗所受的禁錮，同時消除超前學習者對部定課程已提早掌握之優勢，本活動是以不同於部定化學課程內容的「葉肉消蝕術」為主題，在八年級彈性課程的先導課程，採取POEC教學策略，藉以檢視學生的先備知識和概念基礎。

3.        〈高分子塑型的教師示範和學生實作〉：此文章由林韋彤、高湘琪、張佳智（國立交通大學應用化學系）撰寫。本文提到：本示範實驗和實作活動採用隨手可得的高分子材料作為實驗用素材，探討高分子變型程度與溫度的關係，適合讓國中和高中學生能開始思考實驗結果背後的科學原理，並利用這個機會探討塑膠與日常生活的關係。

4.        〈自製簡易蒸餾裝置進行示範教學〉：此文章由李俊穎（新北市立光復高級中學）撰寫。本文提到：筆者規劃約15分鐘的演示教學，分為三個部分：第一部分由生活常見的米酒、高粱酒切入，並且透過點火說明米酒的酒精濃度不足以直接點燃；第二部分利用自製的簡易蒸餾裝置展示蒸餾的過程並藉此說明其原理；第三個部分以食鹽的溶解度粗略地判斷酒精的濃度，並以咻聲瓶的點火作為結尾。

5.          〈氯化亞鈷的可逆反應和化學平衡〉：此文章由蔡欣展（彰化縣立鹿江國際中小學）、陳芷誼（彰化縣私立精誠中學）、楊水平（國立彰化師範大學化學系）撰寫。本文提到：作者規劃以「以學生為中心」的教學，以互動討論方式進行化學示範。學生主動地參與化學示範教學有三個面向：介紹面向、演示面向和結論面向。在介紹面向中，教師提出問題；在演示面向中，學生觀察變化現象，以及教師與學生互動討論且解釋變化現象的科學原理和概念；在結論面向中，學生連結新學到的概念和原理到日常生活和新的情境中。

6.          〈濾紙色層分析的示範實驗和教室活動〉：此文章由彭郁惠、謝佶霖（國立彰化高級中學）、陳宜玫、陳昱璇、楊水平（國立彰化師範大學化學系）撰寫。本文提到：在示範實驗方面，使用自製簡易的濾紙色層分析裝置，黏貼在黑板上，使學生清楚地觀察教師示範實驗的過程。在教室活動設計方面，作者規劃四個活動：(1)鼎鼎大名、(2)神來之筆、(3)神乎其技、以及(4)別出心裁，化學結合藝術領域，教學活動採用POEC教學策略。

7.          〈氣體三大定律的定性示範實驗〉：此文章由施麗姍、賴愉方、楊水平（國立彰化師範大學化學系）撰寫。本文提到：利用家用物品和廢棄物使用家用工具製作零件，設計簡易的氣體三大定律定性示範實驗，以符合十二年國教自然科學領域課程綱要，提供給高中化學教師的教學參考。

n  參考資料

1.      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–自然科學領域，國家教育研究院，107年。取自：https://bit.ly/2WPsz6I。

2.      邱美虹、林世洲、湯偉君、周金城、張榮耀、王靜璇（2005）。科學創意實驗書。台北市：洪葉文化。

3.      鍾曉蘭（2014）。差異化教學化學科示例─POEC。臺灣化學教育，第2期，2015年7月。取自：http://chemed.chemistry.org.tw/?p=2055。

4.      《臺灣化學教育》，http://chemed.chemistry.org.tw/。

5.      Bybee, R. W., Powell, J. C., & Trowbridge, L. W. (2014). Teaching Secondary School Science: Strategies for Developing Scientific Literacy. Upper Saddle River, N.J.: Pearson Education.

6.      Cini, S. (2018). A List of Discrepant Event Science Activities. https://bit.ly/37kW9Gl.

7.      Kibler, J. (2019). Cognitive Disequilibrium. Retrieved from https://bit.ly/2MkJQzH.

8.      Liem, T. L. (1987). Invitations to Science Inquiry. Massachusetts: Ginn Press.

9.      Shakhashiri, B. Z. (1989). Chemical Demonstrations: A Handbook for Teachers of Chemistry. Univ of Wisconsin Press.

中學化學示範：
綠色化學的示範實驗和實作活動

周芳妃*、詹莉芬**、陳祖望、許名智、許文綺

臺北市立第一女子高級中學
*[email protected]  **[email protected]

n  前言

傳統的教室是一個以教師為中心的教室，上課時間幾乎都是由教師主導。如果整節課教學模式是講演方式，學生常常失去專注力與興趣。在化學科的教學中，若教學過程中適當地插入化學示範實驗，並安排學生參與示範實驗的討論與分享，可引發學生的好奇心與專注力，大大提升學生的學習成效。在辦理科學研習活動時，不少學校常規劃學生進入演講廳的聽講。在傳統教室或演講廳中進行化學示範實驗教學，一般人先浮現腦海中的講堂中示範實驗場景的畫面可能如下：講堂前方有長桌；講者站在長桌前操作實驗；講者使用大型容器與劑量頗多的化學試劑；觀眾用眼睛和耳朵體驗講者操作實驗所出現的聲光色或儀器量測數據的變化。

通常，若教師想在教室或演講廳中進行化學示範實驗，這些場地往往是遠離水源，甚至舖有地毯的演講廳是嚴禁有水有火的化學實驗示範活動。如果教師希望在演講廳環境也安排示範實驗時，就要考慮如何讓遠處學生也可清楚看到講台上的的化學實驗變化。目前常見的作法，除了現場加上多媒體數位轉播的輔助之外，是否也有另類思維以增強示範實驗的教學效能呢？如果講師使用100 mL的化學試劑，可否減廢減量變成總量20 mL給現場100位學生只各用5滴的操作方式呢？在遠離水源或是禁水禁火的教學場地中，是否可改用不滴液和不漏液的紙上實驗呢？本篇將介紹綠色化學思維的「化學貼貼樂」範例，透過包膜與紙張剪裁設計，易於準備的「可攜式」與「半乾式」化學材料包，適合教師在演講時的示範教學並提供每位學生在大會議室的現場實作化學實驗（見圖1），又可讓學生留著作品，加以時日觀察後續的化學變化。

在「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—自科學領域課程綱要」中，有提到主題「物質的反應、平衡及製造 （J）和副主題「氧化還原反應（Jc）」，以及相關的學習內容「CJc-Va-3 氧化還原反應與均衡。」；另一涉及主題為「科學、科技、社會及人文（M）和副標題「科學在生活中的應用（Mc）」，以及相關的學習內容「CMc-Va-2 常見金屬及重要的化合物之製備、性質及用途、CMc-Va-4 常見非金屬與重要的化合物之製備、性質及用途」。「化學貼貼樂」的化學內涵符合上述的描述。

圖1：新北市國中生數理資優營「化學貼貼樂」講師在演講廳演講（左）；以及講師正在示範教學（中）；每位學生在現場實作化學實驗（右）。

n  化學示範與活動實例—「化學貼貼樂」

今（2020）年3月時，筆者們帶著代表綠色化學12原則的12位北一女中學生擔任環保署化學局活動，大家在「防疫森呼吸嘉年華」活動中與老老小小的民眾操作「化學貼貼樂」實驗並推廣綠色化學知識（見圖2）。

圖2：「防疫森呼吸嘉年華」學生志工示範教學（左、中）；現場民眾實作化學實驗（右）。

一、  事先準備

在這次的大安森林公園活動中，教師和志工在示範教學和現場活動前，事先準備所使用的藥品和材料，如圖3所示。（一）配製每套器材包所需四種試劑：1 M硫酸銅0.5 mL、1 M醋酸鈉3滴、1 M硫代硫酸鈉3滴及0.1 M碘化鉀3滴。依據人數準備所需總量，例如100人次的1 M硫酸銅總量為50 mL，1 M醋酸鈉總量為300滴（約15 mL）。（二）「化學貼貼樂」材料包：先剪裁一個較長的塑膠袋成為四個內夾袋，作為包住各試劑之用。再分別滴入四種試劑在吸水性高的圓濾紙（硫酸銅）、濾紙條（醋酸鈉）、棉花（硫代硫酸鈉）、和紗布（碘化鉀）之上，分別裝入四個內夾袋，各試劑之間不可相互接觸，如圖3的上圖所示；然後放入較短的外套袋中，即成為實驗用材料包，如圖3的下圖所示。教師和學生志工利用社團課的時間事先製作，完成後可整批用用牛皮紙袋遮光收藏，可分批陸續使用。目前筆者的經驗收藏達兩個月的材料包套件，取出時仍可以使用。

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圖3：四種試劑滴加在吸水性高的材料上（上）；「化學貼貼樂」材料包的組裝（下）。

二、  教師示範和民眾動手實作

「化學貼貼樂」的教師示範和民眾動手實作方面，如圖4所示。（一）操作步驟：先取得一個材料包，移去外套袋，先翻開最大的內有圓濾紙的內夾袋，並把這張最大的內夾袋塑膠膜當作防水底板。再打開其他三個小內夾袋，取出濾紙條（醋酸鈉）、棉花（硫代硫酸鈉）、和紗布（碘化鉀），分別放在圓濾紙（硫酸銅）的上面不同位置，蓋好最大的內夾袋。然後放回外套袋，如圖四的上圖所示。（二）觀察化學反應：10分鐘內的變化，以及數日到數週的變化，如圖4的上圖所示。「化學貼貼樂」的實驗結果有如：棉花—青天白雲、濾紙條—綠茂森林、紗布—肥沃土壤。

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圖4：教師示範和民眾實作「化學貼貼樂」的過程（上）；10分鐘內觀察化學反應的濾紙正面（左下）和濾紙反面（中下），長時間（右下）觀察結果。

在「防疫森呼吸嘉年華」活動中，有安排「化學貼貼樂」的教學，其課程開場PPT，如圖5的上圖所示。先說明這次活動的課程內容，包括：化學貼貼樂、化學猜猜樂和化學選選樂；接著發放「化學貼貼樂」材料包給民眾，教師示範如何打開材料包的內夾袋與貼貼樂的做法，民眾放置內夾袋沾有不同試劑的棉花、紗布與條狀濾紙貼到圓濾紙上，其解說的PPT，如圖5的下圖所示。民眾觀察在手掌上的「化學貼貼樂」圓濾紙上逐漸地擴開的顏色變化。

圖5：「防疫森呼吸嘉年華」活動教學開場PPT(上)，教師示範與民眾觀察的PPT(下)。

「化學猜猜樂」是請民眾舉手回答材料上沾有的試劑是什麼藥品，如圖6左所示。提示觀眾四種化學試劑的外觀與反應特性，此時可提供現場獎品給熱烈回應的觀眾。其實一般觀眾未必具有足夠的中學化學基礎知識，或是在場的小朋友年紀太小，但是先鼓勵觀眾用力猜猜，啟發一般民眾對於認識化學品的興趣。

圖6：提示觀眾四種化學試劑的外觀與反應特性，進行「化學猜猜樂」的PPT。

公布「化學猜猜樂」答案，由於非常多的化學品是不可以誤用於食品加工，在介紹化學瓶之後，並接著介紹四種化學試劑的物質安全資料表，讓觀眾知道隨時可以上網查詢化學品知識，如圖7所示。說明LD₅₀的意義，以及四種試劑常見的用途，如圖7所示。

圖7：介紹四種化學試劑的物質安全資料表的PPT

進行「化學選選樂」活動，依據示範與實作實驗的設計內容，列出符合綠色化學十二原則的項目有哪些？最後致謝大家。進行「化學選選樂」活動，依據示範與實作實驗的設計內容，列出符合綠色化學十二原則的項目有哪些？此時又可提供現場獎品給熱烈回應的觀眾。「化學貼貼樂」的實驗設計可符合綠色化學十二原則的項目包含有：減廢、物盡、低毒、保安、降輔、節能、簡潔、可解、思危。

n  從觀察顏色變化推知化學反應

一、  銅離子和銀離子對碘離子的競爭反應

碘離子（I^‒）與銅離子（Cu²⁺）可發生氧化還原反應，其初期產物為亞銅離子（Cu⁺）與碘分子（I₂），亞銅離子又繼續與碘離子發生沉澱反應，生成灰白色的碘化亞銅（CuI）固體。碘分子（I₂）也繼續與碘離子發生與錯合反應，生成黃褐色的三碘錯離子（I₃^‒），其化學反應如式[1]所示。

2Cu²⁺(aq) + 3I^‒(aq) à 2CuI(s) + I₃^‒(aq)    [1]

若加入銀離子（Ag⁺），則發生碘化銀（AgI）的沉澱反應，其化學反應如式[2]所示。消耗碘離子而造成式[1]的反應向左移動，以致黃褐色的三碘錯離子（I₃^‒）逐漸減少。

Ag⁺(aq) + I^‒(aq) à AgI(s)    [2]

在圖8的所有照片，左方（甲條件）：在大圓濾紙上滴加10滴的0.1 M碘化鉀，在小方濾紙上滴加2滴的1 M硫酸銅。右方（乙條件）：在大圓濾紙上滴加10滴的0.1 M碘化鉀，2滴方形濾紙上滴加2滴的1 M硝酸銀。中間為（甲+乙條件）：在大圓濾紙上滴加10滴的0.1M碘化鉀，在左上方的方形濾紙上滴加2滴的1 M硝酸銀，在右下方的方形濾紙滴加2滴的1 M硫酸銅。在圖10的照片是經過多日觀察的實驗結果。

圖8：觀察日期先後：一開始、第一日、第二日、第三日、第七日、第十日（由上而下）。

左方（甲條件）的反應產物為白色的AgI，如式[1]所示。右方（乙條件）的反應產物為的黃褐色三碘錯離子（I₃^‒），如式[2]所示。中間（甲+乙條件）從第三日起黃褐色的三碘錯離子（I₃^‒）產物逐漸消失，這是由於過量的銀離子（Ag⁺）與三碘錯離子（I₃^‒）中的碘離子（I^‒）反應，生成白色的AgI，如式[2]所示，而造成反應式[2]的反應逐漸向左變動，可以觀察到黃褐色逐漸消失。這實驗每次以三張濾紙進行，可以從甲、乙對照組看到明顯的差異結果。

二、  銅離子的多重化學反應

碘離子（I^‒）與銅離子（Cu²⁺）的化學反應非常多元，包含氧化還原反應和沉澱反應，可以觀察到明顯的顏色變化，再加入其他試劑，也可以看到不同的反應現象與多樣的化學平衡移動。圖9為化學平衡移動的顏色變化，試管原先含有0.1 M CuSO₄，然後添加數滴的反應試劑（由左而右）依序為0.1 M KI、去漬油（含烷類有機物）、0.5 M NaOH、2~12 M NH₃、2~12 M HNO₃、3.0 M NaOH。

圖9：在試管中陸續加入銅離子（Cu²⁺）、碘離子（I^‒）、去漬油與各種酸鹼試劑發生反應，混和溶液有攪拌與未攪拌的操作，變化出多元多層的色彩。

由觀察的試管中陸續出現的顏色變化，推知生成的產物，自圖11試管內容物加以說明：

試管[A]：內容物為0.1 M CuSO₄。

試管[B]：內容物（混合溶液未攪拌）為加入KI後的現象，下層出現黃褐色的三碘錯離子（I₃^‒），其反應如式[1]所示。

試管[C]：內容物（混合溶液有攪拌）整體變成黃褐色，不透明膠狀物是由於生成碘化亞銅固體（CuI），其反應如式[1]所示。

試管[D]：內容物（混合溶液有攪拌）為加入去漬油（含烷類有機物）後的現象，去漬油萃取碘分子（I₂），其顏色變化為碘分子在有機層呈現紫色。

試管[E]：內容物（混合溶液未攪拌）為加入微量氫氧化鈉（NaOH）後的現象，下方水層已經生成淡藍色產物為氫氧化銅（Cu(OH)₂），上層有機層仍有碘分子的紫色。其反應如式[3]所示。

Cu²⁺(aq) + 2NaOH(aq) à Cu(OH)₂(s) + 2Na⁺    [3]

試管[F]：內容物（混合溶液有攪拌）上層為有機層碘在鹼性中自身氧化還原反應而使碘（I₂）的紫色完全消退，其反應如式[4]所示。接著再加入氨水（NH₃ŸH₂O）（混合溶液未攪拌），其下層有些氫氧化銅（Cu(OH)₂）轉變成為四氨銅錯離子（[Cu(NH₃)₄]²⁺），而使中層呈現深藍色，其反應如式[5]所示。

Cu(OH)₂(s) + 4NH₃(aq) à [Cu(NH₃)]₄²⁺(aq) + 2OH^‒(aq)    [4]

3I₂(s) + 6 OH^‒ (aq) à 5I^‒ (aq) + IO₃^‒ (aq) + 3H₂O(l)    [5]

試管[G]：內容物（混合溶液未攪拌）為加入硝酸（HNO₃）後的現象，靜置出現彩虹色層。由於HNO₃與試管內已有的鹼性物質發生中和反應，氨分子也消失，因此使反應式[1]、[3]~[5]皆發生逆反應。

試管[H]~[J]：內容物（混合溶液漸漸攪拌）的現象，一些硝酸分解反應產生了二氧化氮（NO₂）或亞硝酸根（NO₂^‒）此類配位基，造成銅離子形成複雜且顏色藍藍綠綠的各式錯合物。

三、  「化學貼貼樂」的化學反應

「化學貼貼樂」的化學反應有硫酸銅與其他三種試劑（醋酸鈉、硫代硫酸鈉、碘化鉀）的反應。除了當場10分鐘之內的反應，還有長時間的反應。前述反應式[1]以說明硫酸銅與碘化鉀的反應；硫酸銅也可與醋酸鈉產生藍綠色的醋酸銅（Cu(CH₃COO)₂），濾紙上的水分逐漸乾燥後，可觀察到藍綠色的醋酸銅晶體，如圖10左所示。硫酸銅與硫代硫酸鈉的反應途徑變化較多，具有還原力的硫代硫酸根離子（S₂O₃^2‒）與具有氧化力的銅離子（Cu²⁺）發生反應，一開始藍色銅離子會變成無色的亞銅離子（Cu⁺），反應如式[6]所示。隨之濾紙上的液體顏色從淡藍色變成綠色，此可能是銅離子與亞銅離子錯合物混合後的顏色。大約1~48小時，綠色物質轉變成明顯的黃色，有文獻提到此黃色物質是亞銅離子與硫代硫酸根形成的錯合物（[Cu(S₂O₃)₃]^5‒），反應如式[7]所示。如果硫代硫酸鈉濃度更高，也可觀察到暗紅色的氧化亞銅（Cu₂O）固體，如圖10右所示。

Cu²⁺(aq) + S₂O₃^2-(aq) à Cu⁺(aq) + SO₄^2-(aq)       [6]

Cu⁺(aq) + 3S₂O₃^2-(aq) à [Cu(S₂O₃)₃]^5-(aq)       [7]

圖10：「化學貼貼樂」放置數天後的現象：在圓濾紙與條狀濾紙上可觀察到藍綠色的醋酸銅晶體（左）；條狀濾紙上有亞銅離子與硫代硫酸根形成的黃色錯合物，以及暗紅色的氧化亞銅（右）。

n  「化學貼貼樂」納入社團活動

高中化學實驗教學進行減廢減量低毒的研發設計，由於方便性大增，因此可以換取到很多時間讓學生進行探究活動。本校化學科教師協助學生設立化學實驗社，一批熱愛做實驗的學生就可以利用社團時間進行很多示範實驗的研發工作，進而學生完成探究活動，教師也經由指導學生而快速找到設計示範實驗的最佳條件。

教師指導社團學生進行探究活動過程，可安排教學幹部先查詢資料並推測可能發生的化學反應。可利用多孔盤讓學生以不同滴數的方式驗證反應的現象，我們稱呼它為「化學滴滴樂」，可在短時間內觀察到反應現象。而將實驗設計成「化學貼貼樂」時，就以不同時日觀察結果作為紀錄與比較。「化學滴滴樂」與「化學貼貼樂」兩者教學活動的時間順序顛倒了，也沒有關係，學生可以區別出溶液中的反應與在濾紙上「半乾式」的反應速率大有不同。觀察時日較久的「化學貼貼樂」現象，也要考量空氣中氧氣、二氧化碳與水氣的參與反應情形。圖11是化學貼貼樂課程納入社團課的情形。

圖11：「化學貼貼樂」課程納入社團課，學生幹部推測可能發生的化學反應（左）；在實驗室中的「化學貼貼樂」研發與製作（右）。

n  結語

十二年國民教育基本精神以「學生為終生學習者」為願景發展108課綱，在自然科學探究與實作的課程中，希望能培養學生「發現問題、規劃與研究、論證與建模及表達與分享」等關鍵能力。在本文之「化學貼貼樂」研發與製作過程中，不僅是教師版的探究與實作的發展歷程，而學生在進行「化學貼貼樂」的教學活動中，同時可應證化學課本內容所提知識、實踐綠色化學精神，尤其在實作的過程中，每位同學可因實驗操作、觀察時間之不同，有不一樣的化學變化與實驗結果，刺激學生從比較差異開始，發現問題，規劃與研究……，把探究思考力融入學習科學的過程中，實為一個可以培養學生多元能力的示範實驗或教學活動。

n  參考資料

1.   行政院環境保護署毒物及化學物質局全球資訊網。取自：https://www.tcsb.gov.tw/mp-1.html。

2.  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–自然科學領域，國家教育研究院，107年。取自：https://bit.ly/2WPsz6I。

3.  色化學創意競賽網，教育部。取自：https://chem.moe.edu.tw/green。

4.  專校院綠色化學創意競賽，行政院環境保護署毒物及化學物質局。取自：https://topic.epa.gov.tw/greenchem/np-307-1.html。

5.  黃暴風雪反應：The “Yellow nowstorm” Reaction。取自：http://www.crscientific.com/article-redox3.html。