臺灣化學教育

校本必修與多元選修：新北高中多元選修－科普寫作與傳播

鍾曉蘭

新北市立新北高級中學
教育部高中化學學科中心
[email protected]

n  前言

108課綱強調培養學生自主行動、溝通互動及社會參與，以核心素養作為課程發展之主軸，不僅注重各教育階段之間的連貫(12年一貫)，並發展各領域或科目之間的統整 (跨領域/跨科目的課程)。在化學課綱針對科學、科技與社會的主題下(見圖1)，小學階段的學習內容是「引入科技連結科學與生活，引導學生閱讀、理解並思辨新聞中的科學」，國中階段為「強調不同材料對生活與社會的影響，及探討各種發電方式與新興能源對社會、環境等的影響」，到了高中階段則為「強調化學製造流程對日常生活影、社會、經濟、環境與生態的影響，並探討科學性的社會議題(Socio-scientific issues，簡稱SSI)。」(國家教育研究院，2018)。

圖1  化學課綱中關於科學、科技與社會的主題下，各教育階段的學習內容

筆者根據上述課綱的理念，希望設計一門跨領域的多元選修課程，引導學生從觀看科普文章、科普影片中，找到有興趣探究的議題或科學主題，不僅學習科學概念，也同時培養學生進行探究的歷程(發現問題、規劃與研究、論證與建模、表達與分享)，並積極參與科學知識的傳播，將學習的成果寫成小論文與製作科普小影片，促進科學知識進入個人和社會生活。

n  課程設計理念

筆者本身是高中化學教師，不專精於小論文撰寫與影片剪輯技術，因此邀請本校的圖書館主任(帶領小論文撰寫)與電腦老師(教授PPT製作與影片剪輯技術)一起協同教學，筆者主要是引導學生進行整個科學探究的與影片腳本的設計。

本課程育培養學生的核心素養如表1所示，學習評量主要是：成果與口頭發表(20%)、學習單(20%)、小論文(30%)及學生自製科普影片(30%)。對應學群為：資訊、工程、數理化、醫藥衛生、生命科學、地球環境及大眾傳播。教學資源請參閱表1。

表1  科普寫作與傳播課程設計相關內容

課程之教學(學習)目標如下：

1.      學生藉著先前習得的基本科學知識，對媒體的科學報導內容，進行分析、批判思考。

2.      學生面對相關科學在社會所引發的議題，瞭解媒體報導可能產生的偏見，能以科學方法進行資料蒐集、分析與問題解決，探究媒體所沒呈現的真相。

3.      學生能從閱讀科學書籍、研究報告或參考資料等既有的相關資料中，體驗科學探究重視實作經驗證據的使用、合乎邏輯的推論，以及探究結果的再現性。

4.      學生能從科學的主要發展方向和產業成果，建立永續發展的概念，並積極參與科學知識的傳播(成品為小論文與自製的科普影片)，促進科學知識進入個人和社會生活。

5.      學生能體認並反思科學能幫助人類創造更好的生活條件，但並不能解決人類社會所有的問題，科技發展有時也會引起環境或倫理道德的議題。

n  課程規劃表

課程規劃表(每週教學內容綱要)主要分兩大部分說明，第一部份是說明科普寫作模組，第二部分則為科普影片模組。科普寫作的開始是讓學生瞭解關鍵詞的意義，如何以關鍵詞搜尋相關資料，及如何正確引用參考資料；第2 週引導學生書寫小論文的格式、進行小論文佳作賞析及學習如何摘要文章重點；第3週引導學生以關鍵詞搜集與統整資料，並進行課堂的口頭發表；其他週次的教學內容綱要請參閱表2。

表2  第一部份科普寫作每週教學內容綱要

第二部分科普傳播一開始是讓學生進行流言追追追相關影片賞析，探討影片內的科學知識、呈現的方式、從觀賞影片與討論的過程中，體驗科學探究重視實作經驗證據的使用、合乎邏輯的推論，並提出小組的觀點。其他週次的內容綱要請參閱表3。

表3 第二部分科普傳播每週教學內容綱要

n  課程實施與成果

學生學習的情況如圖4A~4F，小組影片示例如圖5A~5B，小組規劃水火箭影片的想法(修改後的心智圖)呈現如圖6。

學生在課堂上可以手機查詢相關資料，編輯相關資料，課後再製作簡報檔，於下週課堂進行口頭報告，這類課程需在有投影設備的教室上課，不需使用電腦教室。學生心智圖的製作方面，先在課堂以手寫的方式進行初步規劃，而後可使用免費X-mind軟體(有手機版)，進行心智圖精緻化，並將一系列修正的歷程寄給教師檢視，便於教師持續給予回饋(可以建立line群組或臉書平台，以利學生上傳資料)。影片製作需電腦老師進行協同教學，一系列的影片剪輯課程，需要在電腦教室進行，若學校電腦教室不足，建議可請每組學生自行帶個人筆電或與設備組商借筆電(一組一台)，以便剪輯軟體可使用試用版或請教務處專案購買。

圖6  學生進行水火箭探究所規劃的心智圖

n  課程反思

本課程是以學生為探究學習的主題，不論是訂定探究主題、搜集資料、進行驗證實驗或分析數據，製作腳本、拍攝影片或剪輯影片，都需要學生主動投入且要學習多種能力，但本校學生程度屬中間，先備知識仍有不足，在進高中以前多以背誦知識為主，學習動機不夠積極。課程施後有許多待改進之處，例如：學生搜尋資料多以維基百科為主，參考資料不夠多元；整理資料傾向完全複製，多未進行資料統整、論證與反思的部分；學生的資訊能力普遍不足，影片剪輯能力有待加強；小組合作分工不均，有些同學多沉迷在手機或遊戲中，並未認真學習(參見表4)。

筆者反思未來修改方向與策略如下(參見表4)：由於學習時間不夠，新年度將此課程改為全學年，科普寫作時間延長為10-12週；加強科學閱讀與短篇寫作，引導學生統整資料，歸納出結論，進而提出論證與反思；要多進行師生之間的討論，將評量的考核點分散在每2-3週一次，避免學生們勞逸不均；在課程中要加入更多資訊軟體與能力培養的課程。

表4  教學現況問題及未來修改方向與策略說明

n  結語

此類型的課程在本校屬於新開設的跨領域，不論對教師還是學生，其中的挑戰與挫折不勝枚舉，筆者一度想要放棄此課程，但顧及此課程對於學生的能力發展有極大的幫助，最終還是決定繼續開設。不過未來可能會更聚焦在學生面對相關科學在社會所引發的議題，瞭解媒體報導可能產生的偏見，增進學生媒體素養。

很多現場教師不太願意嘗試沒有教科書的課程或教學，筆者向各位教師們分享新課綱的理念與課程設計的點點滴滴，希冀大家在設計新的教學能有所依據，並理解改變並不困難、教室的翻轉也不是不可行的事情，只要老師們願意一起努力，嘗試新的課程，讓學生們有更多元的學習機會，以提升學生學習動機，培養學生核心素養。

n  參考資料

國家教育研究院(2018)。十二年國民基本教育課程綱要自然科學領域。2019/01/05引自https://is.gd/rhHGEG。

校本必修與多元選修：竹山高中多元選修: 生活科學家及科學志工

陳映辛^1、2*、馮松林^1、2

¹國立竹山高級中學
²教育部高中化學學科中心

^*[email protected]

• 前言

竹山是位處南投縣南邊之偏鄉，各項活動及資源貧乏，學生在知識上的刺激也比較少，多數學生在學習上自信心不足，尤其對科學的學習更是力不從心。科學學習一直被視為需要有高層次的認知能力，在課堂上充滿繁雜的計算及講解，常使學生視自然科學為高深及難以親近的學科，尤其在鄉下，學生缺乏接觸和學習科學的環境，一直是學習科學的弱勢，科學的不親和，其實不應該成為學習的最大障礙。筆者期望藉由學生動手做實驗，讓學生體驗科學知識之美。

竹山高中自101年辦理科學宅急便活動，以學生發展科學闖關活動為基礎，帶動學生學習科學的風潮，在指導學生動手實驗的過程，才體認到動手實驗是偏鄉學生學習科學的新契機，學生做實驗時所展現課堂教學見不到的創意與自信，感動了我們。讓學生動手實驗的成功，促使我們反省在偏鄉教學的新意義。

本課程架構（如圖一）是以科學實驗探究及生活科學實驗為主體，讓學生從基本實驗操作能力學習開始，學習如何做科學探究，並結合生活相關之科學實驗，讓學生能於日常生活應用科學，做一個生活科學家。課程最後是以科學活動引導學生做科學探究，實施方式是透過辦理「竹山高中科學宅急便」科學闖關活動，學生以自己設計科學實驗做為闖關實驗關卡，並且以服務學習之精神用科學做志工服務。

圖1  竹山高中科學宅急便課程架構

• 課程設計理念

課程設計理念如下表1：

表1  課程設計理念

•      課程規劃表

表2  課程一認識科學活動

表3  課程二實驗基礎訓練

表4  課程三科學

表5  課程四科學志工服務學習

•  課程實施與成果

一、認識科學活動(學生心得分享)

l  沒想到這些年，學長姐們做了這麼多的事，好厲害，我也希望自己像他們一樣，可以貢獻自己棉薄之力，為小學生服務(黃于珊)。

l  在課程活動的介紹影片裡看到自己的哥哥和姊姊，以前只知道他們很忙，但是都沒仔細問，在映辛老師介紹的影片裡看到他們，為小朋友帶科學活動，我覺得很驕傲。我也要像他們一樣，可是我又很怕自己做不好，我會加油的~~(黃培紋)

二、實驗基礎訓練

課程實施情況詳見圖1a~1h：

三、科學在日常生活的應用(詳見圖2a~2c)

學生心得分享如下：

l  這是第一次有如此不同於以往的課程，鮮少能有這樣的機會能夠自己製作出生活上不可或缺的蚊蟲叮咬藥膏！真的超特別也超有趣的！希望以後能常有這種類型的課程(黃于珊)。

l  聞了各種精油的味道，覺得很有趣，而且紫草膏平常也用的到，滿滿玫瑰味的紫草膏因為還有加甜橙的精油，所以肚子餓的時候聞真的會越聞越餓(黃培紋)。

l  有別於其他化學實驗，此實驗不但在日常生活中可以隨時運用，也能透過選擇精油的過程聞到各種天然精油的味道，在之間調配出自己最喜歡並符合需求,聞起來的味道卻又和諧的藥膏,獲益良多(洪郁綺)。

四、科學志工服務學習

科學志工服務學習活動說明及照片詳見表6。

表6志工服務學習—科學志工服務活動

• 課程特色與建議

一、探究式的學習

本課程採循序漸進的方法，讓學生由「實驗基礎訓練課程」學到基本能力，再經過「科學在日常生活的應用課程」啟發，最後自行透過閱讀、觀察、找資料、討論，研發出趣味創意關卡，這就是一種探究式的學習。在課程中，我們會先由小任務著手、根據學生的個別差異調整實驗的難易度，提高任務達成率幫助學生建立信心，再逐漸加深、加廣實驗探究，使每個學生都能發揮自己的潛力。

二、活動引導教學

本課程利用科學活動引導教學，我們從動機著手，給學生簡單的科學任務，讓學生試著藉由匯集資料、討論、實驗、觀察等方法動手實作，達成任務。因為具有時效性(三星期後就是科學志工服務)，所以學生的專注力非常集中，非常有效率。(因為害怕面對小朋友會開天窗，當然也是激發學生的榮譽心)

三、        志工活動

學生們感嘆從小取之於社會太多，現在有能力應該回饋社會貢獻一己之力。這些課程中的學生因為喜歡動手做科學，所以藉由本課程發揮一己之長，辦理科學志工、科學宅急便闖關活動回饋鄉里。竹山屬於偏鄉，地區的資源不如都市豐富，相對很多學生對科學產生恐懼，因此我們的科學志工到國小服務，真正做到科學教育推廣、往下紮根。

本課程規劃至國小辦理「竹山高中科學宅急便」闖關活動，每年提供不一樣的科學實驗，確實讓國小師生都驚艷，讓科學變得好好玩。

將科學課程直接到小學推行有很大的潛在影響，竹山國小周庚辛校長特別提到，自從本活動到竹山國小辦理後，學生參加科學活動的與趣增加了，去年開始在全縣科展也獲第二名及第三名的佳績，特別期望竹山高中可以每年都去竹山國小辦活動。國小的老師、校長對我們的活動有信心，小學生也會期待參加活動，這是對本課程的肯定，也是我們應擔負的重任。

今年特別承辦南投縣竹山鎮弱勢家庭學生的科學營，不但提供10個趣味科學關卡，還教小朋友學做洗手乳、防蚊液、洗碗精及紫草膏，讓小朋友不但在遊戲中學會科學原理及應用，更學會如何將科學應用在日常生活中，讓自己的生活更科學、便利及安全。

校本必修與多元選修：高雄中學多元選修：化學入門(Ⅰ)(Ⅱ)與化學宅急便

林威志^1,2,a，林宗益^1,2,b

¹高雄市立高雄中學

²教育部高中化學學科中心

[email protected]

^b[email protected] 

n  前言

    為因應新課綱的課程變革，108學年度入學的高一新生，畢業總學分至少150學分，其中至少40學分是選修課，且各校選修課不盡相同。而新課綱一個很重要改變是，必修課減少，選修課變多，因此雄中提早因應新課綱發展，推出特色課程選修，並進行全校大跑班，讓高一學生提早培養安排選課的能力，並且為升大學的備審資料做準備。另外，教育部高中化學學科中心自2010年底起為2011國際化學年造勢，開始籌畫「化學宅急便」活動，至今已有10周年的傳承，強調「化學即生活；生活即化學」，所有的化學學習都與生活離不開關係！最好的教育就是從生活中學習、從體驗中學習，讓學生能在生活中印證化學原理和概念。因此該班的成立兼具了兩大任務。一為讓學生提早接觸化學，培養實驗探究操作能力；二為擔任化學宅急便闖關關主，讓學生體驗”做中學”的能力。

n  課程設計理念

此必修課一學年2學分，同時由兩位老師共同授課(表1)，主題為酸鹼、氧化還原、沉澱與綠能等生活中的相關化學，並搭配相關化學宅急便活動，激發出學生探究、思考並解決問題的能力。表2與表3為上下學期的開設課程流程表。

表1  特色課程開設計畫

*週次內容配合學校活動可能順序有所變動

表2  化學入門(Ⅰ)

表3  化學入門(Ⅱ)

n  活動成果照片

n  參訪心得、學習單、化學宅急便

圖13:台電天然氣發電廠參訪心得	圖14:台電天然氣發電廠參訪心得
圖15:化學宅急便 (雄女校慶) 圖17:實驗設計學習單	圖16:化學宅急便 (雄中校慶) 圖18:分組報告評分表

n  結語

藉由該特色課程的開設，除了能有機會將課堂上的知識轉化為實際操作外，最大的收穫在於學生學習團隊合作精神，並懂得回饋社會，所以寒假期間也配合高師大下鄉服務，到偏鄉學校辦理科學宅急便活動，而同學也在一場場的活動中，散發出閃耀的笑容與自信。正值新課綱推動時期，期望該課程能培養學生具備現代公民所需的核心素養與終身學習能力。

校本必修與多元選修：花女福爾摩斯：談鑑識、文學、司法

陳斾玎*、謝文靜、陳文燕

國立花蓮女子高級中學
*[email protected]

n  前言與課程設計理念

新課綱強調素養導向、進行跨域學習並建立可遷移的能力，在課程方面除必修課程外，更多出依各校特色而立的校定必修，以及增加學生適性學習的自主學習、彈性時間、多元選修等，此改變可以說對傳統教育方式有極大衝擊，但同時也是從核心理念上改革教育的契機，面對快速變遷的社會，教師不可故步自封，應肩負使命勇敢創新。

隨著偵探小說、影集發達，大眾對於案件偵查均有基本認識，但現實人生不如戲劇，生活所接觸到的訊息均經過篩選，如何客觀分析證據不被煽動，成為重要能力。本課程企圖透過偵探這個主題延伸，將實作較多又可開啟議題思考的鑑識科學安排於學期開始，而居中的文學扮演承先啟後作用，除了帶領學生重新思索犯罪學，更能藉由小說中證據與劇情增進邏輯思考，最後才由司法總結，藉由前段課程引出法律，分析構成犯罪要件、實際案件探討，並安排一週次實地走訪地方法院旁聽審判以及期末成果發表，期待能在此課程帶入科學探索、文學賞析、司法嚴謹，並解此培養學生思辨能力。

n  課程規劃表與評量方式

課程依照教學順序，分為鑑識、文學、司法三部分，由化學科探討鑑識科學採集現場其他跡證相關原理，透過實作開始引發學習興趣，國文科作為橋梁，進行犯罪學討論、推理小說續寫、冤獄文學共賞等課程後，以公民科的法律課程接續，進行議題討論、案件分析、模擬法庭，其中各週次探討主題如下表一。

表一課程規劃表

本課程由三名教師共同開課，每週上課至少有兩名教師在場，一名主講，另一名則觀察並記錄課堂狀況，期初會建立該學期課程line群組，做為作業電子檔上傳的平台，並抽籤決定活動及期末報告分組。

各課程的主題名稱各異但內容橫向串連，除了可使相關知識加深加廣外，更可讓學生再三省思。舉例來說，鑑識科學課程中推定試劑實驗，同時介紹各時代小說中出現的鑑識科學相關技術，文學課則以系列小說進行創作續寫。而鑑識課程針對試劑受干擾引起的偽陽性反應做探討，搭配日本冤案足立事件以及李昌鈺博士的蘇建和案鑑定報告影片相關片段，簡介司法改革基金會，讓學生理解科學的不足並開啟其思考證據或制度可能導致的冤假錯案議題，而後文學課就能以更嚴謹的態度進行《被誤解的犯罪學》共讀，提升學生對於犯罪學的認知，並進入冤獄相關作品《1.638坪的等待──徐自強的無罪之路》賞析、經課程討論並自行查找資料後，學生須模擬受害者家屬、被告、被告家屬、雙方律師、法官等不同立場角色，拍攝2分鐘的影片，上傳至課程群組。各組影片的角色由抽籤決定，形式可為訪談、事件片段示意、記者報導或當事人日常…等。而司法課時會從法律定義的犯罪構成要件、犯罪與除罪化議題辯論，讓學生改變視角探討議題，並重新以法律角度理解蘇案等司法冤獄於制度、法規、現實等面向的困境，引入法院與審判的過程，再搭配司改會的模擬法庭劇本《撿屍疑雲》讓學生實際體會陪審團制度，增進學習成效之餘，更能提升其對公眾議題的責任感。

本課程評分方式分為平時成績60%與期末報告40%。其中平時成績三位教師各佔20%，依照各課程日常作業或學習單狀況評分，可能為書面(學習單、模擬案件偵查報告、小說創作海報、模擬判決書)、口頭報告(案件結果報告、議題討論口頭報告、小說創作說明、議題討論意見彙整)、影音影像檔案(證據測試實驗照片、犯罪現場分鏡照、冤獄探討模擬影片)三種不同形式。期末報告則以抽籤方式決定主題，依照主題會有不同作業要求，作業要求如下：

1.          鑑識科學組(3人一組共四組)：以現實案例、影集、小說等任何案件為題材，完成案件分析報告，內容須包含案件背景經過、定罪或翻案證據、反向論點及理由。

2.          文學賞析組(1人一組共三組)：以教師給予主題與角色設定，擴寫為短篇推理小說，口頭報告時需說明故事大綱、人物關係、事發經過、定罪證據。

3.          司法議題組(3人一組共三組)：依照課堂上提及卻未深入說明的案件進行相關法律分析，例如行為人舉動可能觸犯的法規，以及最後舉動對應的法條。

選修同學來自不同班級，為不增加學生選修課負擔，多數分組作業可在課堂時間完成並即時上傳至群組繳交，少數作業會依學生狀況決定是否可延期繳交，而各組平日可依狀況與負責老師討論期末報告內容，並於報告前一次上課時間借用電腦教室，讓學生分組進行報告與投影片製作。

綜合來說，本課程設計出發點以應用為主，放入大量實作、案例討論、小組互動，提供學生學習後及時交流想法的平台，並以多元議題促使學生換位思考，增進其對社會議題關心、理解、分析之能力。

n  課程實施情形

本課程目前於花蓮女中僅完整施行兩學期(107學年度上、下學期)，課堂側錄畫面見圖1.1~1.15：

n  課程困難與建議：

1.      部分實驗的藥品、器材較冷門或單價偏高，導致部分材料在第一學期期末才送到，建議開課老師更早開始籌畫。

2.      課程較為新穎繁多，需再拿捏難度與深度。例如高一學生未學習實驗器材操作且公民課程亦未學習法律，先備概念較少，故教師須在內容上有些取捨並安排彈性時間。

3.      課程採一週一次、混班選課，在考科仍主導學習的風氣下，上課時偶有組員間分工不清或是學生希望選修能無作業負擔，因此教師在教學目標與評量方式均需多下功夫。

n  教師開課心得與反思

n   陳斾玎(化學科鑑識科學)：

過去鑑識科學、偵探推理小說一直是個人興趣，而當中除化學知識外還有法律專業、說故事能力，獨立開課難度高，因此能與各專長老師共備、擬定目標、思考主題最終開設一門納入現實議題、案例的課程，有種美夢成真之感。我深信知識只是乘載素養的工具，化學作為基礎學科，能運用特定主題引發學生興趣，並在兼顧橫向連結、縱向深度下達到教學目的，便是與夥伴研發此課程時最大動力與開課後最大成就感！

n   謝文靜(國文科文學賞析)：

多年教書來看到學生漸漸與純文學產生隔閡，對師生皆不啻為艱鉅的考驗，然細究高中生閱讀趨向，推理小說仍是熱門首選，而所謂的推廣閱讀，不正該由閱讀者的喜好切入、進而引導至高層次的理解？透過花女福爾摩斯，推理小說教學不再停留於文學鑑賞，而能藉由鑑識科學、犯罪心理、刑罰概念等更多角度分析文本，亦在學生的小說續寫成果中，看到令人驚豔的作品。期待「花女福爾摩斯」能繼續走下去，讓更多花女學子認識這門新穎有趣的課程。

n   陳文燕(公民科司法議題)：

本人從事公民科教學二十餘年，深知法治教育對社會穩健發展之重要性，但過去本學門被視為社會科學，與化學科徑渭分明，然若欲带領學生進行判例研討，犯罪動機及刑事鑑定的證據實不可或缺，尤其現代刑事講求嚴格證據主義以維護人權，更需藉由科學辦案的嚴謹達成勿枉勿縱的目標！108課綱核心概念在培養學生兼具知識，情意，及技能的素養能力，本課程得以從化學鑑定，人性分析及刑法規範等多元面相探討犯罪議題，讓教學內涵及學生學習鮮活起來，個人覺得這是一個頗具意義的跨領域合科課程！

n  結語

新課綱的多元選修課程於高中的定位、作品評分，仍因各校環境、資源不同而有爭議，然時代進步教育核心勢必得與時俱進，期待學生能成為終生學習者同時，教師更應肩負使命，走在最前端。

願此課程的跨域嘗試能作為種子，促成教師共好。

n  參考文獻

1.      李昌鈺、鄧洪(民87)。破案實錄。台北市：時報。

2.      劉體中、霍達文(譯)(民106)。破案神探三部曲(原作者： John Douglas、Mark Olshaker)。台北市：時報。(原著出版年：2017)

3.      陳用佛、鄒濬智、沈聖文(民102)。破案關鍵。台北市：獨立作家。

4.      丁鍾華等(民94)。福爾摩斯全集。台北市：遠流。

5.      堯嘉寧(譯)(民107)。被誤解的犯罪學(原作者：Tom Gash)。台北市：臉譜。(原著出版年：2016)

6.      李濠仲(民105)。1.368坪的等待─徐自強的無罪之路。新北市：衛城出版。

鈷錯合物多段感溫變色棒的製作

廖旭茂^{1, 2*}、程慧文¹

¹台中市立大甲高級中等學校

²教育部高中化學學科中心
*[email protected]

n  影片觀賞

本實驗影片由台中市立大甲高級中學提供，感溫變色棒的製作介紹。

影片網址：https://youtu.be/0WnOOqGF8ZI, YouTube.

n 簡介

台灣是海島型氣候，每年三至五月，便會颳起南風，整個房屋的地板、牆壁濕濕黏黏的很不舒服；除了客廳、房間得用除濕劑，衣櫃內也要使用乾燥劑，到處都進行著一場防潮大作戰。

屋子怕潮濕，常見的糖果餅乾、維他命藥罐裡更怕潮濕；大家常常可以在各種食品包裝內發現一個小包裝的塑膠袋，裏頭裝著一小小顆透明的顆粒狀的乾燥劑；如果再往內仔細看，還會發現有幾顆的顏色是特別不一樣的藍色，如果過一段時間後，藍色球狀顆粒的顏色就會變成粉紅色。

圖1：含有氯化亞鈷的粉紅色的矽膠乾燥劑

國中學過利用氯化亞鈷試紙來檢驗水的存在，其實球型顆粒表面的藍色物質就是氯化亞鈷。本實驗將以氯化亞鈷的為主角，觀察在不同氯離子濃度下，溶液顏色的變化，隨即讓同學利用各種溶液在圖畫紙上預先繪製的圖案上色(如圖2)，將藝術設計融入課程之中。最後選用溶液注入玻璃管或毛細管中，密封後製成多段變色的感溫棒。下圖為學生所繪製會變色的作品圖。

圖2：圖左為加熱前的顏色，圖右為吹風機加熱後的顏色(本圖為卓冠甫同學繪製)

期盼透過本實驗文章的分享，能拋磚引玉，將藝術、設計融入化學之中，提升化學原理在生活的應用性，並讓中小學的化學實驗能真正達到趣味性、動機性、安全性，符合綠色化學原則，落實永續教育的經營目標。

n  器材與藥品

一、器材：

每組需要：試管10支、試管架1個、小標籤紙10張、塑膠滴管3支、10 mL小量筒2支、玻棒1 支、外徑4mm PYREX玻璃管100公分長（或毛細管）、1mL塑膠針筒1支、水彩筆1支、鉛筆1支、吹風機1台、溫度計1支、透明矽利康1罐、600 mL燒杯2個、加熱板1台、冰塊一些、紫光雷射筆一支、抗UV護目鏡。

二、藥品：

無水氯化鈣CaCl₂、氯化亞鈷晶體CoCl₂．6H₂O、UV光膠。

n  實驗步驟

一、比較不同氯離子濃度下，鈷錯離子的顏色變化

1.    取出10支乾淨試管，分別加入10 毫升、9.5毫升、9毫升、8.5毫升、8毫升、7.5毫升、7毫升、6毫升、5毫升、4毫升的蒸餾水，分別加入0克、0.5克、1.0克、1.5克、2.0克、2.5克、3.0克、4.0克、5.0克、6.0克的無水氯化鈣，依序配置成重量百分率濃度為0 %、5 %、10 %、15 %、20 %、25 %、30 %、40 %、50 %、60 %的氯化鈣溶液，並貼上標籤標示1~10號。標籤黏貼位置於試管的上緣處。每支試管中溶液之總重量為10公克。

圖3：不同氯化鈣溶液的配置

2.        將步驟1的10支試管中各加入約2.5克的氯化亞鈷晶體，以玻棒攪拌均勻。隨後以滴管吸取蒸餾水，以第1號試管的高度為基準，在2~10號試管中加入不等量的蒸餾水，溶液高度皆與1號試管等高，溶液最後的體積約10.5毫升。此時總鈷離子的濃度約為1 M。

3.        搖晃試管，或以玻棒攪拌，觀察並比較1~10號試管內容液顏色的差異，說明氯化鈣濃度的不同對顏色的影響。

圖4：不同氯離子濃度下，溶液呈現不同的顏色

4.        為方便觀察，可將1~10號試管的溶液，以分度吸量管各吸1毫升至12孔盤中。

二、多段變色感溫棒的製作

1.        取1支外徑4mm，內徑0.8mm的PYREX耐熱玻璃管，以尺量測，約每8公分以簽字筆畫記，接著玻璃切割器切割，裁切10根玻璃管備用。

圖5：玻璃管的裁切

2.        取市售的透明的矽利康膠，擠出少許於紙巾上，再拿一根裁切好的玻璃管手持一端，另一端插入矽利康膠中，使矽利康膠擠入玻璃管中約1~1.5公分。完畢後以衛生紙擦拭玻璃管外壁清除多餘的矽利康膠，靜置，待乾備用。

 圖6：一端封膠的玻璃管

3.        記錄室溫（約為20℃），以塑膠針筒吸取1號的試管內的溶液，按壓針筒手柄擠出多餘的空氣，自矽膠端注入玻璃管內，液面高度離另一端約1公分，過程中應小心避免氣泡的產生。接著取一瓶UV光膠，將注入口插入玻璃管的另一開口端，擠入少許光膠封口，隨後將玻璃管光膠端水平插入紫光雷射台的圓孔中，以紫光雷射照射封膠口，時間持續約20-30秒。完成兩端封口。

圖7：玻璃管以UV膠封口的過程

4.        重複上述實驗，以塑膠針筒分別將2~10試管內的溶液注入玻璃管中，並將玻璃兩端封口，總共製作10根不同配方的感溫棒。

圖8：由上而下的玻璃管分別為盛裝1~10號試管的溶液

5.        承上，以塑膠針筒分別將8號試管內的溶液注入玻璃管中，將玻璃管兩端封口後，總共製作3根號感溫棒。

6.        準備2個100毫升的燒杯，分別加入0℃的冰水，與約100℃的熱開水。另外，準備3根8號玻璃管，將其中2根8號玻璃管，分別置入兩個燒杯中，觀察兩個冰、熱兩個燒杯內的玻璃管的顏色變化，並與剩下於室溫的1根8號管相比較。

圖9：取8號感溫棒分別在熱、冰水的溶液的顏色

7.        記錄室溫（約為20℃），取1個100毫升的燒杯，盛入100毫升的自來水，並將溫度計置入燒杯中放置在加熱攪拌器上。將9號玻璃管置入燒杯中，打開加熱器，觀察9號玻璃管的顏色，當試9號試管內顏色與10號玻璃管相同時，紀錄當下溫度計的溫度。

8.        取出9號玻璃管，換成8號玻璃管，打開加熱器，觀察8號玻璃管的顏色，當管內顏色與10號玻璃管相同時，紀錄當下溫度計的溫度。

9.        承上，分別將燒杯中的玻璃管換成7、6、5、4、3、2、1號，水浴加熱各號玻璃管，當各管內溶液的顏色與10號玻璃管相同時，分別紀錄溫度計的溫度。

10.    本實驗若在冬天進行，氣溫低，氯化鈣溶解度也較低，建議可使用鹽酸搭配毛細管，可以進行更微量的化學平衡實驗，而且獲得的效果很好。其作法如下：

(1)   取8支試管，各加入1.0 M氯化亞鈷溶液1mL，接著在1~8號試管中分別加入5滴、7滴、9滴、11滴、13滴、14滴、15滴的濃鹽酸。

(2)   取兩端開口的毛細管吸取上述氯化亞鈷溶液，溶液高度約為毛細管高度的一半，接著小心將一端以UV光膠封口；而另一端本生燈加熱封口(過程中必須戴護目鏡)，待靜置冷卻後備用。下圖為毛細管感溫棒的製作過程。

圖10：毛細管以電子點火本生燈封口過程

(3)   將毛細管置入試劑瓶中，打開電源開始隔水加熱，分別記錄毛細管由紅轉紫、轉靛色、最後變藍色的溫度。下圖為毛細管於熱水中變色的過程。

圖11：氯化亞鈷微型感溫棒加熱測試

11.    根據上述的實驗結果，嘗試探討溫度、氯離子濃度的改變，對平衡移動的影響。

三、利用感溫變色的化學顏料作畫

1.      教師可準備水彩紙讓同學發揮創意，可以先利用鉛筆自行在紙上繪製圖案 (若時間有限，可於實驗前幾天交代同學事先在家作好圖，實驗當天帶來)。隨後用水彩筆沾取1~10號各種氯化亞鈷溶液，在圖畫紙上著色，陰乾。

圖12：學生創作的立體紙花與畫作

2.        接著拿出吹風機於水彩紙上方5-10公分處徐徐加熱，觀察原本水彩紙上氯化亞鈷的塗色發生變化。下圖為實際操作過程。【注意吹風機高溫，小心燙傷】

圖13：圖左利用溶液來著色、圖右為吹風機加熱塗色位置

3.        試問原本8~10號溶液呈現紫色到藍色，陰乾後的顏色變為何種顏色？為什麼呢？請跟同組同學討論提出可能的原因。

4.        根據勒沙特列原理，解釋溫度對鈷離子在水中平衡移動的影響。

n  原理與概念

氯化亞鈷晶體為深紅色，帶有6個結晶水（CoCl₂．6H₂O），本實驗所製作的感溫棒，其中鈷離子的初始濃度皆為1.0M，透過添加不定量的無水氯化鈣（常用乾燥劑），改變氯離子的濃度，觀察溶液的顏色變化，與化學平衡移動的方向(如式1)。水合的鈷離子在水中為紅色，當添加的氯化鈣越多時，氯離子的濃度越高，平衡向右進行，產物四氯化鈷錯離子的濃度越高，藍顏色的比例增加，有關於鈷離子與氯離子的平衡方程式如下式所示：

感溫棒的變色反應，當添加的氯化鈣越多時，轉變成藍色（與10號感溫棒相比較）所需的溫度較低；當添加的氯化鈣越少時，轉變成為藍色的所需的溫度較高。1~10號玻璃管，為可攜式、可重複使用的多段變色的感溫棒，並應用於生活中。若無耐熱玻璃棒，亦可用毛細管替代。本反應屬於吸熱反應，溫度升高時，平衡向右移動，溶液由紅變紫，再轉為藍色；溫度下降時，平衡向左移動。

氯化鈣的溶解度與溫度有關，溫度越高，溶解度越低。近日冬天氣溫較低（約20℃），第9號、第10號試管，發生固體無法溶解的現象；但夏天時，氯化鈣的溶解度升高，即無沉澱現象產生。如果遇到冬天實驗，可建議使用濃鹽酸來進行實驗，但濃鹽酸較危險，實驗進行中必須非常小心，下表為鈷錯離子在不等量的濃鹽酸中，溫度變化與顏色的關係表。

表1：毛細管中鈷錯離子的感溫變色

氯化亞鈷溶液在氯離子的越高的環境下，溶液越偏藍色系；毛細管製的微型感溫棒，溫度越高時，溶液越偏藍色系；溫度約低時，溶液越偏紅色；紫色則為介於紅、藍兩色的中間色系。

  本實驗的方法僅對平衡的移動做定性的調查，後續的文章將提出一個鑑定顏色的方式，希望對化學平衡的移動提供具參考價值的的定量方法。

n  致謝

感謝北一女中周芳妃老師在101學年度，於大甲高中高中職均質化方案之「達文西培育計劃」擔任講師，分享《氯化亞鈷在水溶液中的「脫水」反應》教材，讓筆者從中獲得啟發，特此致謝。

n  安全注意及廢棄物處理

l   實驗後，反應所產生的廢棄物，依規定回收處理。

l   塑膠針頭的針頭相當銳利，為避免刺傷可事先以斜口鉗將尖端裁剪，並以砂紙磨平。

l   矽膠封口端因被針頭穿刺，為避免漏夜，可以少許UV光膠進行光固化封口。

l   以紫光雷射照射到眼球會對眼睛造成嚴重傷害，使用時應避免直視，並戴上抗UV的護目鏡。

n  參考文獻

1.          楊水平(2011)，「變變變—溫度及濃度影響鈷錯合物的化學平衡」，中學化學示範實驗Chemical Demonstrations（http://blog.ncue.edu.tw/yangsp/doc/27953）。

2.          林翊菲、陳淳煜（2019）。第三屆成果報告書_勒沙特列的綠色圓舞曲，綠色化學教育網，2020年1月參考網站http://chem.moe.edu.tw/green/AwardsDetail/ef324f3a-7b72-417d-9da8-9e126e67b6ed。

3.          Calcium chloride，取自維基百科，https://en.wikipedia.org/wiki/Calcium_chloride。