臺灣化學教育

第八屆亞洲化學教育國際研討會之高中參訪活動–讓高中生變成主角

周金城^1*、鍾曉蘭²

臺北教育大學自然科學教育學系¹

新北市立新北高中²

*[email protected]

n   前言

今年7月30到8月1日舉辦第八屆亞洲化學教育國際研討會(NICE)，而大會於第三天安排高中參訪行程，這是自2009年的第三屆亞洲化學教育國際研討會開始加入的。當時的大會主席東京學藝大學Masahiro Kamata教授安排參與者參訪東京學藝大學附屬中學，當時的活動是由學校老師進行導覽，由各國教授或教師上台到高中班級中進行實驗實驗教學，相當有趣。之後，每屆的亞洲化學教育國際研討會的第三天就會安排參與者到高中進行參訪，並且加入了不同國家高中生一起做化學實驗以及高中生專題海報發表競賽的活動，讓不同國家高中生之間可以有許多學習與觀摩的機會。

n   到新北市立新北高中辦理參訪

於大會第三天上午十點半抵達新北高中，這次能到新北高中辦理NICE研討會高中化學教育參訪活動，大會非常感謝新北高中倪靜貴校長以及化學科教師鍾曉蘭博士的全力支持，讓高中參訪活動得以順進行。創建自1997年的新北高中是一個校園面積大，軟硬體設備均優的學校，校園中有很好的科學教學設備與實驗室，讓來參加NICE研討會的學者，印象深刻。

圖1 到新北高中參訪校門口合影

   圖2 對大會參與者進行學校簡介

n   分組參觀學校的科學教育設施

新北高中校內有一個小型的科學博物館，內容比較多是收集生物與地科的相關模型與材料，可以讓教師在教學時有效利用。之前幾屆的國際化學教育研討會的高中參訪，都是由各校的英文老師負責相關解說。今年的則是由新北高中的教師訓練學生負責英文解說與導覽，這可以給學生很好的訓練機會，增加學生直接參與國際交流活動的機會。

圖3 新北高中校內就有小型自然科學博物館

圖4 由新北高中的學生擔任英文導覽員

除了小型博物館，還有座可以容納整個班級人的星座投影天球儀，是由新北高中的老師進行導覽解說，利用天球儀可以觀察南北半球的星空與星座，這是需要運用高度空間能力想像的學習主題，但是透過星座投影天球儀可以讓學習變得容易些。

圖5 星座投影天球儀播放室

大家最有興趣的還是參觀化學實驗室，實驗室中12組實驗桌，每一張桌子都有配置兩個水槽，每張桌子的上方都有配置萬向抽氣罩，牆邊還有配置數座通風櫥，因此可以讓學生放心的在實驗室裡進行各種化學實驗。而實驗室講台後方則是有很大間的實驗準備室並與實驗器材室與實驗藥品室相通，讓化學教師在實驗器材準備上相當的方便。化學實驗室相當的重要，若有安全方便的化學實驗場地、充足的實驗器材與設備，化學教育就可設計相當多的實驗活動讓學生進行。化學實驗室也是NICE參與者參觀的重點，想要觀摩學習各國在化學實驗室上的設計與安排，作為設計改進的參考。由於整個高中的科學教育設施相當完善，其中一位韓國的高中老師還詢問說這是一所私立學校或是特別的科學高中嗎?當我們告訴他們這是一所一般的公立高中時，他們都表現出非常訝異的表情。

圖6 化學實驗室

n   化學實驗DIY活動

七月的下午天氣是是相當炎熱的，若所有人到化學實驗室做實驗，可能會很會流很多汗。新北高中很貼心地將中午的午餐場地、下午的化妝品與乳液的DIY製作活動、高中生化學海報發表都安排在圖書館會議室，一方面洗手乳與乳液的DIY製作活動沒有藥品汙染的危險性，另一方面都在相同場地，大家也就不需要再移動位置，而且圖書館會議室是冷氣的。

下午實驗活動是由鍾曉蘭老師負責，她設計了洗手乳與乳液的DIY製作活動，先統一進行基本實驗原理與過程解說後，就進行分組實驗活動。每一組實驗活動，都由一位新北高中學生來負責英文解說帶領小組的其他組員進行實驗操作。新北高中的學生事都已經過訓練，表現得非常好，能帶領大家添加正確的試劑的比例，每人完成一罐洗手乳與一罐乳液並且可以帶回去，與會者都相當的開心。

圖7 化妝品與乳液的DIY製作活動

n   高中生化學海報發表競賽

在實驗過後，最重要的就是高中生化學海報發表競賽，這對各國高中學生來說都是有相當的壓力的。畢竟化學專題研究本身就已經有相當的難度，還要使用英文來進行解說。但是這些上場的學生都表現得相當沉穩，並沒有膽怯的樣子，而且可以和參觀海報者的提問，進行回答都表現都表現的相當好。這次的海報展總共有六組學生報名參展，主要是來自日本、韓國與台灣。我們由日本、韓國與台灣的教授中，各找一位代表來進行評分，再將三個評審的成績加總計算，第一名與第二名都是來自大甲高中的學生獲得，第三名則是來自東京學藝大學附屬中學的學生獲得。很高興台灣的學生表現亮眼，這要歸功大甲高中的指導老師廖旭茂老師願意全力付出的指導學生，才能讓將學生展現出此能力，廖老師每年都有指導學生參與台灣的全國科展活動，也經常得到全國很好的名次，他會進一步鼓勵高中生再將研究成果轉成英文海報，在經過英語發表訓練就可以參與這個競賽活動。其實各國高中生能有勇氣能站在這裡分享研究成果，就已經相當不簡單了。

圖8 各組高中海報作者與參與者互動之照片

n   參訪活動閉幕

隨著高中生化學海報發表競賽頒獎結束，由上午開始的高中參訪活動就結束了，而整個NICE研討會三天的活動也就隨著落幕。自2009年加入高中生參訪與高中生海報競賽，整個NICE研討會就年輕活潑了起來，也打造了一個給專屬給高中生參與國際化學教育學術活動的舞台，而高中化學老師扮演了一個很重要的關鍵角色，就是要如何將學生推上這個國際的舞台。亞洲化學教育國際研討會經過大家多年的努力，搭建出了這個專屬高中生展現化學學習成果的舞台，希望更多的化學老師能夠注意到這個舞台，幫助學生躍上這個舞台。

圖9 下午四點半離開新北高中前的中庭合影

 

n   結語

目前國內高中接待國際參訪工作愈來越頻繁，也顯示教育部推動國際交流具有相當的成效。由於台灣越來越重視英語教育，所以高中生的整體英語能力相較於以往有顯著提升，而且有些高中學生就已經可以通過中高級的英語檢定，使用英語進行溝通與表達已完全沒有問題。因此高中老師會訓練這些英語能力較佳的學生，擔任國際參訪工作的接待或導覽解說人員。這次的亞洲化學教育國際研討會接待、導覽與帶化妝品DIY實驗工作，就是由新北高中學生來直接負責的。早期的各國高中參訪主要是學校老師扮演主要的導覽與實驗教學活動角色，到這一次已經可以讓高中生來負責部分導覽與實驗教學活動，這是一個很重要的轉變。若能鼓勵學生積極投入化學教育活動，相信可以培養更多高中生在大學選讀化學相關學系，增加未來化學領域的相關工作人員。這次的高中參訪是相當成功的，也讓亞洲化學教育國際研討會的第三天高中參訪的形式有了新的面貌。

第八屆亞洲化學教育國際研討會之場地與議事組準備經驗交流

何慧瑩

國立臺北教育大學自然科學教育學系副教授

[email protected]

• 前言

在本次大會主席周金城教授的盛情邀約下，本系林靜雯、李昆展、蕭世輝和我等四位自然系教授開始投入協助研討會之前置準備工作。林靜雯教授負責投稿與議程相關事宜；李昆展教授負責聯絡與邀請講者事宜；我和蕭世輝老師主要是負責場地借調、布置、報到、場地、議事、以及所有工作人員調度等庶務工作；大會主席周金城教授的工作則是統籌各組之進度，許多找不到人做的事，他都需要自己親自操刀。這次會議雖有些許不足之處，但以我們如此有限的人力完成這件工作，我個人認為大家都為了研討會全力準備了。本篇參與研討會的心得，主要是介紹我和蕭世輝教授所負責的庶務工作，雖然這工作無關乎化學教育研究，卻是研討會能否進行順暢的關鍵，以往很少有人將之紀錄下來。以下我將從會前準備工作和研討會當天特別的部分來說明我們工作的安排。

• 會前進行工作人員招募工作

經費與人力總是所有活動最重要的考量。在大學內舉辦國際研討會活動，設備、場地與人力的支援，比在會展中心與飯店辦理來的容易些。國外的國際研討會經常會辦理在會展中心與飯店，並將整個活動委託會議公司來協助辦理，但是這樣的活動報名費通常收費也會收的相當高。為了讓國內外中學化學老師與學生都可以參與，本次研討會針對高中教師與學生都收費相當便宜，因此在大學內辦理可以省下一些設備與場地租用的費用。而工作人員招募首先要考量的也是經費問題，再來就是要如何吸引學生來參加。由於經費相當有限，除了循一般程序要於活動一個月前聘兼任助理並辦理勞健保並核發費用外，我們另外從國北自然系的大二服務學習課程招募學生，並提出一些可以吸引他們來參加的亮點，然後在Facebook上本系所建立的自然系社群貼出人員招募公告，有興趣的學生就會主動聯繫我，很快地就將工作人員找齊了。

由於七月底暑假宿舍已關閉，非常不容易招募到能來協助的學生，不過我們還是順利招募到16位學生來協助。接著，將學生大致上分6組，訂定各組人員的主要負責工作 。主要的有工作有攝影人員、報到人員、午餐茶敘人員、各分組場次人員、大會主會場工作人員、路徑引導人員與機動支援人員等。為了加強工作人員的識別，我們統一訂製了背心。此外，過去的活動舉辦，常會訂製統一的上衣，但是連續多天的活動衣物換洗不易，而且工作人員也不一定喜歡衣服的材質與設計，因此統一製作背心給工作人員穿著，這樣方便替換與送洗，而且以後的相關活動也可以繼續使用，是比較環保與省錢的作法。

圖一工作人員穿著統一的背心

• 事前的場地與活動流程線規劃及雨天備案
  

重複場勘與模擬各種可能的情況，是準備工作上所必須的。台灣的夏季是經常有颱風的，雨天備案在籌備會討論的時間可能比正式會議流程討論還要長，這是外人所無法了解的。尤其當有戶外活動時，研討會的第一天下午的化學行動車與布袋戲化學實驗表演的戶外表演如何移到有雨遮的地方，還有的第二天傍晚的貓空纜車文化之旅，因為雨天貓空纜車是會停駛的，如何在傍晚時間臨時安排大家到具有台灣特色的室內場地，讓我們傷透腦筋來解決，但這還僅是與雨天備案。若是遇到放颱風假，整個活動要如何因應更是棘手，因為若放颱風假整個學校行政人員都是不在學校的，即使風雨不大整天會議仍將被迫取消，這些問題在籌備會上討論後我們並沒有討論出解決方案。尤其國外的學者已經搭機來台，要延後辦理也是不可能的事，這是在台灣夏季辦理研討會很大的風險。若研討會選擇在大型飯店內辦理，即使颱風天仍可以在飯店內如期舉辦活動，不受颱風假影響。還好我們很幸運的是這三天的研討會天氣晴朗，不需要動用到任何的雨天備案。

圖二各演講與實驗活動的事前整理與檢查工作

•  建立會議工作人員配置表與即時聯繫管道

會議流程細目表是依據會議流程所安排的人員調度表，其中包含需要準備的物品與負責人員。此表中應詳列每一位工作人員在會議當日所處的時間、地點、與工作內容。尤其是人員的移動過程一定要清楚列在工作細目中，以利工作人員能於會議當日確認自己的行程。在安排人員時，一定要有工作人員的休息時間，也就是機動人員，他們在意料之外的事情發生時，第一時間就能進行處理，沒事時就輪流休息。早些年的研討會都會看到工作人員使用耳機與對講機進行聯繫，來解決突發狀況，但是近年來利用手機通訊軟體Line建立即時通訊群組相當方便，我們也利用Line建立聯繫群組。不論是報到處參與者的收據問題、午餐與茶敘加訂、臨時器材的支援、晚宴臨時加桌與增加素食等、要大會司儀臨時宣布事項等，透過Line群組都可以獲得即時的處理，比電話聯繫處理還要更快更有效率，也不需要採購對講機等通訊設備，相當方便。

• 以節省地球資源角度思考會議所需之材料

會議所需之物品相當多且繁瑣，一定要清楚列出各項物品的細目、數量、以及完成時間。當然，由哪誰負責也要清楚標示出來，以利籌備委員會定期開會時確認進度。前置工作包含議程海報、大會提袋、會議手冊、標示牌、大型海報架、海報展示架、名牌、餐卷、簽到資料、收據領據製作等。會議上有些是一次性消耗品，有些是可以保留下來的，我們在會議所需材料製作上，盡量減少消耗品的製作，例如減少場地展架與飄旗製作數量，會議論文手冊也不再印刷出來，放在大會網站上讓大家下載即可。但是將大家比較會留下來物件製作精美一些，例如大會手提袋。

名牌需要放本次會議的圖樣、還有與會者的國家、姓名、職稱、工作單位、報名序號。籌備委員會討論後，決定能把議程和地圖也加入。經過設計之後，我們決定使用1張A4紙製作成兩張名牌，雙面列印之後剪裁。名牌吊帶需要能調整長度，我們也利用吊帶的顏色來辨別國家，因此我們選用了自然系的實驗課所剩餘材料(串珠和珠寶線)來製作，環保又具有特色。

 

圖三大會名牌的設計與製作

為了讓晚宴和文化之旅卷看起來比較有質感，我們選銅版紙來印製。文化之旅的照片是採用場勘人員於會議前親自到貓空進行場勘時所拍攝的照片。因為製作後的成品很像書籤，所以有些與會者參加時希望我們不要將票卷回收，他們想要保留下來紀念。

圖四大會晚宴的餐券

圖五文化之旅的活動卷

圖六大會手冊提袋是一個高品質的多功能書法袋

• 設計具有台灣特色的客製化小禮品

籌備委員會討論後，希望這次的禮品能具有臺灣的特色，而且還要克服經費的限制。於是我們想到利用系上採購於教學上使用的3D列印機來製作每一位與會者的個人化禮品，於是臺灣造型的鑰匙圈成為首選，我利用臺灣地圖製作鑰匙圈的模板(利用Inkscape軟體)，然後每一位與會者的姓名放在地圖上方，這樣就成了利用3D列印製作的個人化禮品了，並可以選擇不同顏色的線材來加以列印(利用Tinkercad線上建模軟體製作)。每一件都是由我親自逐一列印出來的，大家來報到時拿到有自己名字的客製化禮品都非常的開心。

圖七利用繪圖軟體所建的模型檔  圖八實際由3D印表機所列印出來的圖形

除此之外，在會議前製作的3D個人化鑰匙圈，可能會有姓名列印錯誤需要及時修正，或者是有人想再多做幾個作為紀念，因此，我們也招募了本校教職員的小孩，是兩位國中生與一位小學生，會議之前進行2天的訓練，在會場時已能完全控制3D建模與列印，兩天共客製化約20幾個不同外觀的鑰匙圈。許多參加會議的人都很好奇看到小朋友來幫忙，增添了會場的歡樂氣氛。

圖九於會議當天在大禮堂設置3D個人化鑰匙圈現場處理攤位

• 結語
  

研討會能否順利完成，在於全體人員彼此間的溝通與合作，以及事前的準備工作是否確實進行。我很高興自己能有這機會協助2019亞洲化學教育國際研討會，會議期間雖然很累，但看到自己和蕭世輝教授所規劃的人員調度發揮了作用，整個會議進行得相當順暢，我們都感到無比的欣慰。我相信讓校內與系上的學生參與研討會的事務性工作，可以提供他們學習成長的機會，畢竟系上也不是經常辦理大型的國際研討會，有些屆學生由大一日入學到大四畢業也沒有遇過，相信參與同學們的收穫會比付出的更多，最後感謝各位工作人員相挺，讓會議圓滿成功！

兩岸化學教育高峰論壇:科學探究教學研究與實踐

段曉林

國立彰化師範大學科學教育研究所^1,2

[email protected]*

探究教學在海峽兩岸甚至世界各國已經是如火如荼開展的科學課程重點。但是在兩岸推動探究教學的課程時，或許我們可透過回顧美國發展科學探究課程的歷史，了解探究教學為何如此的重要並提供未來的發展參考。另外，我們也須檢驗探究教學是否可落實在臺灣的教學文化中，在落實中會產生那些問題以及會有哪些的學習成效。以下將依序探討這些議題。

段曉林、靳知勤(2018)回顧科學探究的課程發展歷史，需追溯到美國與蘇聯的太空戰爭，蘇聯的史波柯尼號（Sputnik）在 1957年10月4號升空後，使得美國驚覺科學教育的重要性，自此開始美國國家科學基金會(National Science Foundation, NSF)全力重視科學教育課程的研發，並透過研究科學家如何進行科學實驗活動，歸納出十三種科學過程技巧並融入全美的科學教科書中，使得美國的科學課本在實驗部分開始著重十三種科學過程技巧的培養。1983年提出「國家在危機中」(A Nation at Risk)的報告，之後1985年 2061計畫(Project 2061) 誕生。美國的教育開始重視如何培養全體學生成為具備科學素養的公民，使其能應付生活上或是職場上科學技學與數學的事物。在2061計畫中也界定了科學包含科學的本質，科學的企業，以及科學的探究。此時科學探究已經悄悄的取代科學過程技巧。1996年，由美國國家科學院(National Academy of Sciences)主導下，提出美國國家科學教育標準(National Science Education Standards, NSES)( National Research Council, NRC, 1996)。NSES針對科學探究有如下的界定：

探究是科學家研究自然世界的多元方法，依據所收集的證據提出解釋。探究也可以是學生發展知識以及理解科學的想法，同時也是理解科學家如何研究自然世界的活動。科學探究是一種多面向的活動，這包含觀察，提出問題，驗證課本或其他資源、了解已知的知識，設計探究歷程，按照實驗證據回顧已知的知識，利用工具來收集，分析與詮釋資料，提出回答，解釋以及預測，溝通研究發現。科學探究需要確認假設，利用批判與邏輯思考，考慮另有的解釋(NRC, 1996, p.23；引自段曉林、靳知勤，2018，p.140-142)。

美國國家科學教育標準也針對各年級層(K-4年級，5-8年級，9-12年級三階層)界定科學探究。至此，科學探究課程影響到全美以及日後世界各國對科學探究的界定與重視。例如在5-8年級：A.科學是探究：學生應發展進行科學探究的能力；有能力找出探究的問題；能設計與執行科學的探究活動；能利用合宜的工具以及技術來收集分析以及詮釋資料資；能使用所收集到的證據來描述、解釋、預測和建立模型；能利用邏輯思考與批判思考將證據與解釋連結。B.瞭解科學探究的真意：不同的問題應採用不同的探究方式；現今的科學知識與理解主導科學探究的方向；數學在科學探究過程中扮演重要角色；在探究上使用科技有助於科學探究的精確度；科學的解釋強調證據有邏輯一致的論點、利用科學原理、模型和解釋；科學的進步取決於合理的懷疑科學探究所產生的技術、知識與想法有助於新的探究的發生。由於科學教育標準所提出的探究內涵與本質，對於如何培育科學教師，如何教導學生須具備的探究知能以及扮演重要的角色。這些重要的定義影響世界各國的科學課程目標的界定以及科學教育研究的走向，更影響晚近世界各國新的課程發展目標。

    透過過去二十多年來的科學教育研究已經指出探究教學能提升學生的科學學習成就(換言之特定單元的科學成就測驗成績)，學生的認知以及探究技巧(十三種科學技巧)，問題解決策略，學生在小組中的對話溝通能力，以及進行科學探究的能力，協助學生理解科學概念與主動思考策略。許多的科教研究者側重學生在認知上的學習成效，但是個人開始注意學習者情意部分的學習，因為華人對於學習科學的成績可以卓越，但是對於喜歡學習科學的情意面向的成績在國際評比上相較於認知部分是偏低的(佘曉清，林煥祥，2017)。因此如何幫助學生喜愛學習科學，不放棄科學的學習是重要的目標。

    個人首先透過質性觀察以及問卷研發研究，發展出學生科學學習動機量表(Tuan, Chin & Shieh, 2005)，此量表包含六個面向，檢測學生在科學課程中的：自我效能，主動學習策略，科學學習價值，表現目標，成就目標，以及學習環境誘因。接著再透過一系列的探究教學實證研究了解臺臺灣國中學生的學習成效。例如：蔡執仲與段曉林 (2005) 研究發現探究式教學提供學生日常生活議題進行探究，可引起學生相當大的興趣進行科學學習，經由動手操作體會科學推理與驗證歷程，進而形成科學知識，培養學生操作與解決問題能力。探究教學實施在化學單元(原子與分子，化學反應速率，酸與鹼)可以提升學生的概念改變，成就測驗，動機改變，但是迷思概念仍會存在(施貴善，2005)。這些結果表示在臺灣的教學環境，不論在短期(一個單元)或長期(一個學期或是一年)的實施探究教學，對學生化學單元以及理化科的表現均有顯著成長。

    接著我們思考，科學教師在落實探究教學時，會遭遇哪一些的問題以及該如何的解決。筆者帶領國立彰化師範大學教學碩班生(在職的科學教師)進行為期一年的探究教學行動研究，主要目的在探討科學教師在落實探究教學時所遇到的困難以及學生的學習成效。例如：東慶瑋、段曉林、賴志忠(2011)探討如何透過探究教學來提升學生的科學自我效能。研究者發現第一階段遭遇到的問題分別為學生對探究活動熟悉程度、學生學習社群關係與互動、探究教案設計難易程度與師生間對話模式。第二階段發現低自我效能學生僅會進行操作卻不懂基本科學概念。第三階段所遭遇的問題為段考與模擬考影響教學進度。個案教師採行的策略分別為鼓勵學生的能力，自己先進行實驗活動來降低將教學活動中的困難度，教導學生進行合作，藉由學生間互助以解決理化問題，再將困難的核心問題詢問教師。林姝君、段曉林、余忠潔(2011)透過一年的時間來提升一個課後輔導班弱勢低成就生的科學探究能力與學習動機影響之行動研究。第一階段：實施於八年級上學期，個案教師帶領低成就生進入實驗室課程內容分別為溶液、聲音、光學闖關遊戲、熱與能量、認識物質元素。第二階段：實施於寒假輔導期間進行非制式教學－科學博物館巡禮。第三階段：實施於八年級下學期，課程內容分別為酸鹼溶液大調查、氧化還原－物質經燃燒後的變化、肥皂製作、塑膠分類、虎克定律、摩擦力實驗。個案教師實施探究教學所遭遇的教學困境：1.需多著墨於班級秩序上的掌控與經營。2.低成就生普遍專注性不佳，學習意願低落。3.學生沒有從事過探究教學活動的學習經驗。4.較無法獨立操作，需要教師從旁給予較多的關注。5.對於較開放式的學習單內容感到困擾而輕言放棄。6.學生不喜思考，希望老師直接給予答案。7.初期學習單設計內容對學生而言過於艱難。個案教師的反思與解決策略：1.班級經營掌控上儘量營造鼓勵、讚美的良性互動。2.教案、學習單設計更簡單化，問題內容口語化。3.活動設計內容務求與學生生活背景相近或取材於真實生活經驗以求產生共鳴。4.教師本身要強化發問引導技巧。5.運用多媒體設備，或設計情境實施非制式教學活動。根據課室錄影、回饋單撰寫、問卷統計結果與原班教師晤談發現：本研究的參與學生其低層次探究能力表現情形：a.課堂參與、提問、回答問題次數增加。b.實驗操作仍需教師一個個步驟引導，到後期可獨立操作，並自行設計操作裝置。c.原班實驗課的參與度與從事實驗活動的信心增加。d.口頭發表與溝通能力進步但撰寫能力仍顯不足。其次對於高層次探究能力例如：科學圖表繪製、批判思考、運用合理解釋支持。研究發現這些學生尚無法獨力完成探究，仍需要教師提供框架與設計問題口頭引導。對於研究前後成長幅度平均值的面向最高為「表現目標」，其次為「成就目標」。探究其原因為： a.個案班級學生程度同質性高，加上小班教學，教師容易關注到個別學生學習情形(得到較多重視)。b.探究過程同學有較多表現想法或被認同的機會。c.個案班級進行的科學探究活動較沒有課業進度壓力。學生覺得最有成就感：a.解決一個難題且有作出成果時。b.想法被老師同學接受、獲得老師的讚賞。c.實驗操作越來越有信心與不會害怕。

    上述都是探究教學落實在低成就生或是一般生身上，至於資優生的表現如何?王翠妃(2008)的研究在於探討資優生透過科學探究學習活動，學生在科學推理能力上的成長情形。本研究的學生為個案老師的學校資優班學生，男生18人、女生10人，共28人，並將學生分為六組，觀察學生歷經一年半的探究教學歷程，其科學推理與創造力的轉變情形。個案老師選定學生國二上至國三上三個學期各兩個單元（共六個單元）進行錄影、錄音、及文件收集，以瞭解學生在一年半的探究教學過程中推理類型的轉變情形。探究教學後，學生在科學創造力的成效： 1.學生在論述的過程，針對其所提出的點子，解釋能力提升許多，經由學生實驗考試（兩個問題）論述過程的字數統計，發現學生對於自己組內所提出的點子，想嘗試以更詳細的敘述來說服研究者其想法的合理性。2.學生邏輯推理與謹慎性增加，且可應用的科學知識範圍也加廣。3.從實驗考試中，可觀察出學生在實驗設計的點子上，產生點子的速率增加。4.由單元一至單元六，學生採用推理類型的增加。推理類型呈現階層性轉變，由推論式推理à分析式推理à對話式推理à評價式推理à統整式推理。

    由上述臺灣中學科學教師所進行的一系列行動研究結果，可以看出探究教學確實能對各種程度的學生均有幫助，不但如此學生的學習動機也有提升。當學生的學習動機增加，他們才能持續保持對科學的學習熱情，最終成為具備科學素養的公民。其次，探究教學要落實在課室中，其實遇到的問題不少，因此如何提供持續的支持系統，幫助科學教師解決困難，探究教學才能真正持續落實在科學教師的課室教學中。最後，由美國科學探究課程的沿革中可看出每一個時代的學者專家對探究的定義不盡相同，從非常科學家導向的實驗活動，漸漸轉變為透過生活中的議題找出探究的問題，進而培養學生探究思考的相關能力，這些都是在探究課程的發展歷史中可發現。因此，或許每一位教師或學者對何謂探究的定義不一，但是如何依據自己的文化情境、生命經驗、以及政策的要求找出符合自己學生所需求的探究能力是較為重要的任務。相信隨著時代的脈動，探究會一直成為科學課程的重點。

參考文獻

王翠妃(2008)。探究教學對國中生創造力及科學推理的影響。未出版之碩士論文，國立彰化師範大學教學碩士班論文，彰化市。

東慶瑋、段曉林、賴志忠(2011)。以探究教學提升中學生自我效能之行動研究。文章發表於中華民國第二十七屆科學教育學術研討會。國立中山大學。高雄。

林姝君、段曉林、余忠潔(2011)。探究式教學融入攜手計畫提升弱勢低成就學生科學探究能力與學習動機之行動研究。文章發表於中華民國第二十七屆科學教育學術研討會。國立中山大學。高雄。

段曉林、靳知勤(2018)。科學課程中科學探究與實作的發展歷史。黃政傑、吳俊憲、鄭章華(主編)。分科教材教法問題與展望(137-146)。臺北：五南書局。

施貴善 (2005)。探究式教學對理化學習環境及學生學習動機的影響。未出版之碩士論文，國立彰化師範大學教學碩士班論文，彰化市。

蔡執仲、段曉林(2005)。探究式實驗教學對國二學生理化學習動機之影響。科學教育學刊，13(3)，289-315。

National Research Council. (1996).National science education standards. Washington, DC：The National Academy Press.

Tuan, H. L., Chin, C. C., Hsieh, S. H. (2005). The development of a questionnaire to measure students’ motivation toward science learning. International Journal of Science Education, 27(6), 639-654.

兩岸化學教育高峰論壇:創造性探究模型在探究與實作教學的應用範例分享

林芬如¹  段曉林^2*

國立彰化師範大學科學教育研究所^1,2

[email protected]*

壹、緒論

十二年國教課程綱要(簡稱108課綱）的課程目標之一：「啟發科學探究的熱忱與潛能，使學生能對自然科學具備好奇心與想像力，發揮理性思維，開展生命潛能。」（頁1），且課綱（2018）強調，「科學學習的方法，應當從激發學生對科學的好奇心與主動學習的意願為起點，引導其從既有經驗出發，進行主動探索、實驗操作與多元學習，使學生能具備科學核心知識、探究實作與科學論證溝通能力」（頁1）。為強化上述目標，教育部特於高級中等學校教育階段增列自然科學探究與實作課程內容，佔自然科學部定必修學分數三分之一，足見提升高中學生科學探究與實作能力是國家科學教育的重要方向。位於第一線教學現場的高中教師們是帶動進行探究與實作的領航者，既是課程設計者也是課室中實施探究教學的輔助者，需要參考不同類型的探究教學模型與應用的範例增進自身的教學知能，因此，本文擬分享一個可以應用在高中課室中的創造性探究教學模型與範例。

貳、創造性探究教學模型與科學創造力評量

本文採用洪振方(2003, 2017)提出的創造性探究教學模型(Creative Inquiry Model, CIM )作為本文依據的教學法，此外，本文所指的科學創造力指聚焦於學生的科學性產品（含實驗產出的數據）中開展的創意，內容包括新奇度、問題解決、精緻度與整合度等三個主面向的考量(Lin & Chin, 2018 ; Lin, Tuan, & Chin )。以下分述說明：

一、提升創造力學習的CIM模型：CIM模型符合NRC(2000)強調的重點，且比NRC(2000)更多出了來自學習者自身與同儕小組的評價 (evaluation)，強調學習者進行探究與思考、形成問題、寫下想法步驟、數據分析、探究過程利用語言說服(解釋與溝通)，與將想法和結論與同學公開交流，同儕合作運用多種過程技能，例如操作、認知和程序性的過程技能。CIM包含七個步驟（Hung & Ko,2017）：

步驟（一）學生參與科學問題，事件或現象；

步驟（二）另一方面，老師設法引起學生自己的想法的共鳴，激勵他們反思並抽出潛在的原因和假設; 學生通過設計實驗探索問題並檢驗他們的假設；

步驟（三）學生分析數據，並整合他們的觀點以建立模型；

步驟（四）學生用他們的科學知識闡述（提供原因和結論）問題；

步驟（五）學生在論證期間對同儕傳達他的解釋，進行最大的發散性思考；

步驟（六）學生通過其它解釋進行比較，特別是那些體現科學的解釋推理進而再評價自己的解釋，進行收斂思考。

步驟（七）學生和他們的老師一起審查和評價他們學到了什麼以及他們是如何學習的，進行思考的總結。

在上述階段（一）和階段（二）是探索的組成部分，階段（三）和階段（四）是解釋的組成部分，階段（五）是交流的組成部分，第（六）和第（七）階段是評價的組成部分。而探索、解釋、交流與評價的各步驟不必依線性程序進行，可以螺旋式的交互呈現而彈性使用，如下圖一之示意圖。 

 

圖一、創造性探究教學模型(CIM)

二、科學創造力的評量：經由科學教師透過CIM 模型的教學設計使學生在探究過程中產生的科學創造力，可以進行形成性評量，例如：學習歷程檔案或是實作評量，對於學生的科學性產品中的創造力，以新奇度、問題解決、精緻度與整合度等三個主面向的考量(Lin & Chin, 2018 ; Lin, Tuan, & Chin, 2017)，三個主面向共包括八個子面向如表一。教師可以根據(Lin & Chin, 2018 ; Lin, Tuan, & Chin, 2017 )修訂的高中「科學創造力評量標準」面向分類與計分後，教師可以藉以觀察學生於探究活動中，第一次產品與第二次產品的創造性思考歷程的變化（如附錄一、教師手札）。評量面向如下（表一、表二）：

表一、科學創造力的三個主向與八個子向(Lin & Chin, 2018; Lin, Tuan, & Chin, 2017 )

表二、科學創造力對每個子向評量標準(Lin & Chin, 2018; Lin, Tuan, & Chin, 2017 )

叁、CIM模型範例分享

以高一「溶解度」的實驗課而言，在本文中以「創意溶解度實驗」為範例，活動時間一次總共兩小時，可使教師初次進行容易成功的CIM模型。

實作任務：教師提供圖片中的科學玩具（圖二）為引導，各組組員思考是否可以利用「同類互溶」作出一個有趣的科學玩具。

圖二、教師展示的引導圖片

器材提供：純硝酸銅晶體、95%藥用酒精、純水、乙酸乙酯、附蓋子的小玻璃容器、小顆粒彩色塑膠球、精製鹽。

第一：探索階段

1        詢問同學是否有看過晶體溶解，邀請一位學生發表經驗。

2        教師不事先給予學生溶液之濃度，只讓學生自己配。

3        規定他們，配成硝酸銅溶液後，想辦法把一部份的硝酸銅沈澱出來。

第二：概念引入階段

1        教師詢問學生：剛才的結果，水能溶解硝酸銅嗎? 酒精能嗎? 藉由學生自己的回答，使學生了解「同類互溶」的原理。

第三：解釋與交流階段

1        探索階段實驗失敗的組別，進行組內檢討失敗原因。

2        允許各組學生再探究他們的實驗，繪圖提出他自己的第一次點子與創造力產品。

3        組員經過討論，是否增加有機溶劑濃度，使硝酸銅溶液呈現上下兩層，或者選擇添加更多酒精使硝酸銅溶液比先前沉澱更多。

第四：評價階段(重複第一至第三階段)

1.根據教師展示的圖片，組員可以利用「同類互溶」做出一個有趣的科學玩具嗎？

2.允許各組學生再探究一次他們的實驗，繪圖提出他自己的第二次點子與創造力產品。

肆、結語

本文分享CIM 模型在探究與實作的活動中，可以提供高中學生個人與小組的實作任務，並且可以詳細記錄創造性思考的歷程，使學生具有明確的探究方向並且積極改進缺點。另一方面，指導教師以輔導與協助的角色進行探究活動的指導，可以從學生兩次科學性產品中，對學生進行觀察而具有形成性的評量的價值，真正達到108 課綱所強調的探究與實作的意涵。

伍、參考文獻

林芬如(2019)。創造性探究教學模組對高中社團學生科學探究能力、科學創造力與科學學習動機之影響（未出版之博士論文）。國立彰化師範大學，彰化縣。

洪振方(2003)。探究式教學的歷史回顧與創造性探究模式之初探。高雄師大學報，15，641-662。

教育部(2018)。十二年國民基本教育課程綱要自然與生活領域課程手冊（更新第四版）。台北市：教育部。

Hung, J. F., & Ko, C. H. (2017). The effectiveness of creative inquiry model on experimental teaching. US-China Education Review, 7(8), 353-365.

Lin, F. J., & Chin, E.T. (2018). The assessment of students’ scientific creativity by   the analysis of grey structure modeling-In the case of green energy. Journal of Grey System, 21, 1-12.

Lin, F. J., Tuan, H.L.,& Chin, E.T. (2017).The assessment of students’ scientific creativity in the ICBOI teaching module by the grey relational analysis－A case study investigation. International Journal of Kansei Information, 8(4) ,115-127.

附錄一、教師手札範例

	課室觀察重點	學生探究成果與研究者反思
	（說明）此「創意溶解度實驗」學生普遍不喜歡記錄數據，以嘗試錯誤為探究手段，普遍不進行思考與估算。因此，教師應當留意： 1.第一次探究，學生是否能經過老師提醒與強調後，開始進行估算藥品重量與濃度？ 2.第二次探究是否能夠寫下第一次探究中，需要再改進的步驟與實驗紀錄？	學生探究結果： 雖然是簡單的實驗，各組仍是摸索中完成實驗，每組至少皆可做出兩層溶液。 研究者反思： 1.第一個探究實驗，學生們被教師「邀請」進入一種新的學習方式，比較重視學生是否經歷一個真實的科學活動，科學探究能力的提昇，其實是科學實作的經歷，本身就是知識建構的歷程。 2.科學創造力的表現在第二次探究展開，老師強調的每次的紀錄數據已形成學生討論與改善的起點。 3.學生開始思索做出三層液體，以不同質量的物體做密度篩選機。此為創造性探究已然啟動的證明。

兩岸化學教育高峰論壇:「自然科學探究與實作」之我見—
以在客廳可以實作的化學反應為例

蕭次融

國立臺灣師範大學化學系（退休教授）
[email protected]

 

n  摘要

教師演示點燃的火柴使黃褐色的液體褪為無色，引起學生探究其因的興趣。教師提示可用化合物替代點燃的火柴，於是學生上網找相關資料。在探討火柴頭和優碘的成分以及其性質後，並以二級研究（secondary research）的方式探究其化學反應。然後學生設計一個問題解決的實作實驗，如何使黃褐色的液體褪為無色並使其顏色復現的方法，並解釋其原理。

n  簡介

對於以往的科學教學偏重知識概念的講授，依據《十二年國民基本教育課程綱要》的《自然科學領域課程手冊》，著重科學探究能力培養，強調科學素養的養成，注重與日常生活的連結。新課綱的教學要以主題的方式，注重「探究學習」和「實作學習」，並且要以學生為主。教師的任務在「探究與實作」的活動中，應扮演引導者的角色，引導學生觀察現象、形成問題、提出可驗證的觀點、尋找變因、收集與分析資料、解釋與推理、歸納結論、提出建議以及預期的發展等等。

雖然新課綱強調自然科學教育法，但是多數教師期望有可參考的教材內容和教學指引。高中「自然科學探究與實作」是包含在十二年課綱新設必修的領域課程，占自然科學領域部定必修12學分的三分之一，分成「探究」與「實作」兩個面向，教師必須執行，實作是學習的過程，而探究能力的培養才是目標。

本文提出「在客廳可以實作的化學反應」，作為設計探究與實作的參考。首先教師演示點燃火柴使碘酒褪色的實驗，以引起學生探究其化學變化的興趣，進而搜尋相關資料和進行二級研究，教師引導學生發展出「氧化還原反應」的概念。接著，教師提出優碘褪色和復現的問題，分發實驗器材：碘酒、雙氧水、白開水、餅乾、火柴與透明玻璃杯，以及標籤為X與Y的兩支無色液體的點滴吸管，要求學生分組討論並利用所分發的實驗器材，自行設計實驗步驟並進行實作，找出問題的答案並發表其實驗結果。最後，教師引導學生發展出「氧化還原反應」的延伸—「自身氧化還原反應」的概念，並理解其異同。（註：X是約1 M的NaOH溶液，Y是約1 M的HCl溶液。以上所述純屬個人看法，僅供同好參酌。）

二級研究涉及現有研究的總結、整理和／或綜合。二級研究與一級研究形成對比，主要研究涉及數據的生成，一級研究資料作為二級研究分析數據的來源。二級研究可以從教科書、百科全書、回顧文章、已發表的學術論文、統計數據庫和歷史記錄中提取數據。

本文的內容：一、教師演示實驗（點燃火柴，碘的褪色）；二、學生用二級研究的方式探究碘液褪色的原因（火柴頭藥的成分、碘的性質、以及發生化學反應）；三、學生以問題解決的方式實作碘液褪色又復現的作法；四、學生實作後的問題與評量；五、參考資料；六、附錄：(一)108指考化學試題（可供問題解決試題的參考）、(二)2018遠哲科趣全國競賽（可供問題解決實作試題的參考）和(三)各液體與本活動有關的性質以及未知溶液的編號（作為這次二級研究和問題解決的參考）。

n  教材設計

一、教師演示實驗

教師點燃的火柴，立即放入盛有碘溶液的透明塑膠杯中，學生用肉眼可分辨的現象發生！

(一)  實驗器材

1.優點液（1瓶），2.雙氧水（1瓶），3.鹽酸（約1 M），4.氫氧化鈉（約1 M），5.澱粉液（0.01％或餅乾），6.火柴（1盒），7.透明塑膠杯（8個），8.鐵絲（直徑約1毫米，長25公分）

〔註1〕：碘酒和雙氧水：取自急救箱，如照片1的中間兩瓶所示。

〔註2〕：第3、4、5項的溶液，均裝於5毫升的點滴瓶（也可裝於3 mL的點滴吸管），如照片1右邊所示。

〔註3〕：鹽酸可用食醋或酸性浴廁清潔劑替代，氫氧化鈉則可用管路疏通劑替代，但用量（濃度與滴數）要調整。

〔註4〕：演示神奇的七個杯子，需要另加酚酞溶液（0.4%）或紫色高麗菜汁。

照片1：演示碘褪色使用的器材

 

(二)  教師演示與學生觀察

1.        教師倒清水約10毫升於透明塑膠杯中，滴入碘酒數滴直到溶液呈現黃褐色為止。

2.        一手拿黃褐色溶液的塑膠杯和火柴盒，並用第二個空透明塑膠杯的杯底當作杯蓋，如圖1所示。

 

圖1：一手拿好相疊的兩個透明杯和火柴盒，另一手拿火柴準備點燃火柴。

3.        用另一支手點燃火柴，立即移入第一個塑膠杯中，但是切勿碰觸到溶液，如圖2A所示。

4.        以第二個空塑膠杯的杯底輕蓋第一個塑膠杯，然後搖動塑膠杯，立即觀察到黃褐色的碘液褪為無色，如圖2B所示。

5.        如果碘液不褪為無色，重複步驟3、4數次，直到無色為止。

6.        在無色的溶液中，加入雙氧水數滴，靜待一會兒，碘的黃褐色復現。

7.        加入少許的澱粉液或餅乾屑，溶液慢慢地呈現藍色或藍黑色。

 

圖2：點燃火柴，使碘液黃褐色褪色。(A)點燃的火柴，立即移入杯內。(B)輕蓋杯子後搖動杯子，碘液由黃褐色變為無色。

二、學生「探究」碘液褪色的原因：二級研究^*2

學生進行二級研究：教師提醒學生上網搜尋火柴的頭藥成分與碘的性質，並解釋為何點燃的火柴可使碘液變為無色。探究的結果，學生知道火柴頭藥的成分含有硫，點燃後氧化為二氧化硫，溶於水成為亞硫酸，具有還原力，可使碘液褪色，碘分子被還原為碘離子。

學生觀看教師的演示實驗後，教師引導學生利用「二級研究」來探究下列事項：

探究過程	主要探究事項	學生二級研究的重點
1.     觀察現象	觀察碘液發生褪色。	碘液與H2SO3(aq)作用。
2.     形成問題	為什麼會褪色？	發生化學變化。
3.     提出可驗證的觀點	提出碘與亞硫酸發生氧化還原反應。	碘具有還原性，H2SO3具有氧化性；兩者發生氧化還原反應。
4.     尋找變因	找出化學反應的種類。	知道化學反應的種類及其概念 種類一：化合反應、分解反應、置換反應和複置換反應。 種類二：化合反應、分解反應、有機反應、酸鹼反應、氧化還原反應和燃燒反應。
5.     收集與分析資料	找到碘和亞硫酸的性質（外觀顏色和氧化數）。	碘分子：黃褐色，氧化數為0；碘離子：透明無色，氧化數為‒1。 亞硫酸：透明無色，硫的氧化數為+4；硫酸：透明無色，硫的氧化數為+6。
6.     解釋與推理	碘具有還原性，H2SO3具有氧化性；兩者發生氧化還原反應。	碘的化合物均為無色，由此推測碘在演示過程中的優碘中碘分子被還原為碘離子。
7.     歸納結論	歸納碘與亞硫酸發生氧化還原反應。

 

三、學生「實作」碘液褪色的作法：問題解決

教師提出問題：使用提供的藥品，如何使碘液褪色又復現來回循環兩次的實驗？

學生首先設計一個可以在客廳或教室操作的簡而有趣的化學（Plain and Attractive Chemistry，簡稱PAC）實驗，並且動手操作碘液褪色又復現的實驗。接著，學生理解碘液褪色又復現是碘發生自身氧化還原反應。

學生的問題解決的方法之一：(1)先以亞硫酸使碘液褪色；(2)然後加雙氧水，使黃褐色復現；(3)再加氫氧化鈉（X），使黃褐色又褪色；(4)最後加鹽酸（Y），使黃褐色復現。

學生的問題解決的方法之二：使用的溶液分成兩部分：A與B做比較實驗，其實驗流程如圖3所示

圖3：學生問題解決的方法之流程圖

四、問題與評量

(一)討論的問題

(二)評量的問題

1.    碘液為什麼會褪色？顏色為什麼會再現？

2.    承上，這發生什麼反應？（答：碘的氧化與還原以及碘的自身氧化還原）

(三)實作評量

實作評量包含動態評量和靜態評量，如下所示：

1.    動態評量（學生操作實驗時，教師現場評量學生動手操作實驗的下列項目）

(1)器具以及藥品的取用；(2)動手操作實驗（實驗步驟與方法）。

2.    靜態評量（實驗後寫在紙面的項目）

(3)實驗結果；(4)實驗報告：鑑定結果，填寫未知液體的編號在空格內。

未知液體	I2	HCl	H2O	H2O2	H2SO3	KI	NaOH
答案

 

未知液體	I2	HCl	H2O	H2O2	H2SO3	KI	NaOH
答案號碼	1	5	7	3	2	6	4

註：*1.本文純屬筆者之「我見」，有關探究與實作的評量方式，請參考大考中心即將公布的「考試說明」以及「參考試卷」。

*2.「二級研究」一詞係審查人加上的，意指「透過資料搜尋和整理的非實驗探究」。

n  參考資料

1.   國立臺灣師範大學化學研究所，火柴頭成分的探討，《國中理化，教師示範實驗》，1986，頁5~10。

2.   蕭次融，可在客廳演示的化學遊戲，《科學月刊》，2014，5月號，頁340~6。

n  附錄

一、108學年度指定科目考試化學科試題（2019年7月1日，可作為實作評量的參考）

二、2018年第24屆遠哲科學趣味全國競賽（2018年12月23日，可作為實作評量的參考）

三、各液體與本活動有關的性質以及未知溶液的編號（作為此次探究與實作活動的參考）

附錄一

108學年度指定科目考試試題

6-7為題組

做完秒錶反應後，為了要同學探究實驗過程中的試劑與其化學反應，張老師又用一個燒杯，演示了一組實驗。簡要過程如下：取一個盛有去離子水100毫升的大燒杯，放置於攪拌器上，使燒杯內的水穩定攪拌，然後滴入碘酒，使溶液呈現黃褐色。

①加入X試劑，黃褐色褪去，溶液呈現無色。     ②加入雙氧水，黃褐色復現。

③加入Y試劑，黃褐色褪去，溶液呈現無色。     ④加入鹽酸溶液，黃褐色復現。

其流程如右圖，①②③④為反應過程序號，依據實驗回答6-7題：

6.  在①的步驟中，加入的試劑X是什麼？

(A)               (B)           (C)           (D)            (E)

7.  在③的步驟中，加入的試劑Y是什麼？

(A)               (B)           (C)           (D)            (E)

答：6 (B)；7 (C)。

 

附錄二

2018年第24屆遠哲科學趣味全國競賽

化學尋寶

(一)      器材

點滴吸管（10支、編號0-9號，含未知液體）。另外1支沒有編號的點滴吸管，內裝蒸餾水，供擦洗墊板之用。咖啡棒1支、墊板1張、面紙1包。

注意：先檢查器材是否齊全？若否，請舉手補全。

(二)      問題解決—化學尋寶

化學尋寶是未知液體的分析，方法與尋寶相似。先找一個線索，然後用這個線索找別的線索，如此一直找下去。

優點：安全性高，簡而有趣，用量少，變化快，具有創造思考性，在教室的課桌上可操作。

(三)      實作命題一

下列五種無色液體，如何分辨？

KI(aq)、H₂O₂(aq)、H₂SO₃(aq)、HCl(aq)、NaOH(aq)

(四)      寫出尋寶計畫一

同隊的學生參考第2頁（背面）的資訊，互相討論、作筆記，寫出簡要尋寶計畫（方法）一。

(五)      實作命題二

未知液體7種：I₂、KI、H₂O、HCl、H₂O₂、NaOH、H₂SO₃，裝於編號0~9的10支3 mL點滴吸管（有3種液體重複）。試用上述未知液體互相作用，鑑定各未知液體。

(六)      學生寫出尋寶計畫二

同隊的學生參考第2頁（背面）的資訊，互相討論、作筆記，寫出簡要尋寶計畫（方法）二。

(七)      實驗操作方法舉例

1.  在墊板上，滴下1滴1號的未知液體，然後在其上，滴下1滴2號的未知液體，用咖啡棒攪一攪，觀察有何變化？

2.  在這無色的液體上，滴下1滴3號的未知液體，攪一攪，觀察有何變化？黃褐色是否再現？

3.  再在其上，滴下1滴4號的未知液體，有何變化？想一想1~4號的未知液體是什麼？

注意：(1)今天的實驗可說是點滴實驗，每次只用1滴至多2滴，多加反而無益。

(2)每支液體只可滴出約18滴，用完不能補充。

4.  用面紙擦一下墊板上的液體，再用蒸餾水滴在墊板上兩三滴，用咖啡棒攪和後，擦乾就可繼續使用。

(八)      實際操作：（學生自行設計）

1.    仿照上述方法繼續操作，鑑定各未知液體。（共10支）

2.    鑑定完畢後，必須一支一支地確認未知液體

3.    答案寫在答案紙上。

附錄三

表1：各液體與本活動有關的性質（供探究活動的參考）

液體	顏色	氧化數	化學反應
碘液	黃褐色	0	易被還原成無色的碘化物；與鹼液會發生自身氧化還原反應，生成無色的碘離子與無色的碘酸離子。
碘的化合物	無色	-1，1，3，5，7	碘離子會被雙氧水氧化，生成黃褐色的碘液；碘酸離子會氧化碘離子為黃褐色的碘液。
亞硫酸	無色	其中硫的氧化數為4	會還原黃褐色的碘液為無色碘離子。
碘化鉀	無色	其中碘的氧化數為-1	會被雙氧水氧化成黃褐色的碘液。
氫氧化鈉	無色	氧化數不易變化	鹼性會使碘液產生自身氧化還原反應。
鹽酸	無色	同上	酸性，會產生上項自身氧化反應的逆反應。

表2：未知溶液的編號

兩岸化學教育高峰論壇:教師模型、建模內容知識與建模本位教學內容知識之發展

林靜雯

國立台北教育大學自然科學教育學系

[email protected]

緒論

模型(model)與建模(modeling)是科學發展的重要元素，也是科學學習中不可或缺的認知與能力(Coll & Lajium, 2011)。即將實施的十二年國教因應國際潮流，將「建立模型」納為探究能力下重要的學習表現（教育部，2018）。在教室中，教師是教、學活動的主要引導者。如何增進學生模型與建模的後設知識以及建模實務(modeling practice)能力以進行科學活動，教師對模型內容知識(content knowledge of models, MCK)、建模的內容知識(content knowledge of modeling, MingCK)和教學內容知識(modeling-based pedagogical content knowledge, MPCK)便是影響學生學習品質的關鍵。而如何設計相應的課程，培育職前或在職教師的MCK、MingCK與MPCK便是科學師資培育者重要的責任。

教師模型與建模內容知識與教學內容知識之相關課程研究

Henze、van Driel與Verloop (2007)認為在科學師資培育課程上，應該重視教師CK與MingCK之培養，並引導這些未來的教師增進PCK，使之在教學技能上能重視如何引導學生討論科學模型的功能、特徵及相關建模活動。在CK部分，僅有少數研究探討一些相關介入所造成的改變。例如：Crawford與Cullin (2004)為14位職前中學科學教師設計Model-It的建立與測試課程（4次，每次3小時）。研究發現受試教師變得較會使用建模的「語言」，但對於科學建模仍然存有不完整的理解。另言之，就短時間而言，Model-It能增進教師對科學模型與建模能力的理解，但對於提升其科學建模能力之功效則仍有限。Valanides與Angeli (2006, 2008) 的研究介紹了兩個大約2.5小時使用Model-It的短教學介入來訓練職前教師設計模型相關的科學課程，所使用的檢測判准包含：1.所建立的模型是否有正確的結構、2.模型是真實或質樸的(real or naïve)、3.是否將探究或表達建模的經驗整合到所設計的科學課程中(Bliss, 1994)。研究結果顯示Model-It有效地支持了職前教師首次建模經驗，使他們能夠快速建構和測試他們的模型，並具可行性。然而，根據結果顯示，教師需要廣泛的學習經驗，以全面了解科學的科學建模過程。因此，師培教育者應謹慎考慮在師資培育階段如何發展教學模式來引導教師增進模型與建模的內容知識，此外，亦須考慮整合模型的使用到相對較為長期的教學實務過程中。

Justi與van Driel (2005)由四個領域：個人(personal)、外在學習活動(external)、實務轉化(practice)、以及結果(consequence)來分析5位教師參與模型與建模實務研習（4次，每次3小時）後，在CK、課程知識(curriculum knowledge)以及教學策略上面的成長。CK部分包括：什麼是模型？建模歷程及建模過程的因子；課程知識部分包括：教師的課程知識以及科學教學時，科學模型的本質。最後一個向度則包括教師所使用之教學模型的目的、建立、使用和建模教學活動的規劃。值得注意的是，他們也將有關學生建立模型的知識歸於此類。最後，Justi與van Driel 建議如要進行教師模型與建模實務之專業成長應1.在設計外部活動時，知道教師模型與建模相關的CK、PK與PCK上已有的知識，並著重在這些知識相應的特徵跟教師討論。2.所設計的活動必須跟教師現在正在進行之模型與建模的教學實務相關，並且挑戰他們去分析其教學實務是否符合模型與建模的精神。3.課程必須很清楚地讓教師經驗提升其學生學習的元素。4.要提供相關的教學實務讓教師知道建模活動如何設計。5.教師必須有機會在他們的教室使用新知識。6.專業成長活動結束時，要提供機會讓老師們反思諸如：哪些活動設計最能促進學生學習？學生學到什麼？沒學到什麼？未來如何改進活動？7.要有明確的點以中介教師的反思。

建模本位師資培育課程的設計及學員表現

根據Justi與van Driel (2005)的建議，本文作者設計建模本位的師資培育課程，並檢視11位修課學員於MCK、MingCK與MPCK三個向度的表現及其影響來源。這11位學員為東部某大學科學教育研究所的碩博士研究生，各自的科學背景殊異（9位理組，包括生物、化學、物理、電機、工業設計。2位文組，專攻語文、特殊教育），研究者依據科學教學年資，將之區分為專家教師(n=6)及生手教師(n=5)，並規劃「課程前」（第1週）進行課程說明與模型本質的前測、「模型與建模經驗分享」（第2-3週）以瞭解學員們於模型與建模相關的CK和PCK上已有的知識，並由教師與學員們之間的相互對話，挑戰學員們對模型與建模教學實務的理解，接著選讀「模型與建模文獻、工具介紹」（第4-10週），而後提供「建模教學範例、文獻及實際設計」（第11-15週），藉以充實學員們模型與建模教學實務的理解，並依據文獻中的重點，跟學員們討論設計相關教學實務時的特徵，及設計的細節。最後，在職教師有教學的場域，但職前教師則缺乏這樣的場域，因此，課程提供「試教及反思」（第16-18週）的機會，讓所有參與的學員有機會在試教過程中使用新知識。為準備這樣的試教，或已經察覺到模型與建模對科學學習的益處，部分學員在試教前，已經先在其教學的班級中施行建模本位的教學，因此，此師資培育課程結束後，每位學員都有相關的教學經驗。而試教過程，所有學員須提供互評，互評的機制除提供教學者具體回饋，也提供互評者本身有分析教學實務的機會。本文作者特別在這五個學習階段皆設立反思的機會，並提供10點信心量表，讓學員們自評其在MCK、MingCK、MPCK的理解及反思心得，研究結果整理成下面三張圖：

圖1 全班、專家教師、生手教師於課程五階段MCK自我信心的表現

圖2 全班、專家教師、生手教師於課程五階段MingCK自我信心的表現

圖3 全班、專家教師、生手教師於課程五階段MPCK自我信心的表現

由上面三圖可知：

一、隨課程演進，學員於MCK、MingCK與MPCK三向度的表現和信心皆逐步上揚。其中以MCK最易習得，而MPCK進步最難。

二、專家教師於MCK、MingCK、MPCK這三向度的表現與信心除了最後於MCK與生手教師相當外，其餘向度，自始至終皆高於生手教師，但生手教師於此三向度的成長幅度則較專家教師大。此外，專家教師自評對這三向度的理解程度及趨勢幾乎一致，但生手教師僅MingCK、MPCK的趨勢較為雷同，且認為這兩向度較難習得。

三、模型與建模文獻、工具介紹，對學員MCK、MingCK、MPCK之理解與表現具有影響，但課堂初始模型與建模經驗分享，以及教案設計過程中同儕的共同討論、設計則對學員們的信心提升較為明顯。其中，專家教師於模型與建模教學經驗分享過程中，獲得對於三向度概念的釐清，信心成長最為明顯，而生手教師則於教案討論與設計過程中因著與專家教師的激盪，信心增強最為顯著。

結論與建議

本課程依據Justi與van Driel (2005)的建議設計建模本位的師資培育課程，學員們雖具有多元的科學背景，但在MCK、MingCK與MPCK的信心與實際表現皆逐漸上揚，這顯示了本課程架構設計的可行性。而這五階段中，教案的設計與試教、模型與建模教學的經驗分享、模型與建模文獻、工具介紹扮演成長關鍵。對專家教師而言，由於這些教師已經有教學的經驗，若能奠基於教師的迷思概念，設計認知衝突的教學活動，將較有助於其教師專業成長。而對於生手教師而言，教案的設計與試教，提供成功機會，加強了生手教師改變教學方法朝往建模本位的教法之信心與信念，其中，同儕討論、互評，增加反思機會，都有助於生手教師深化他們對於建模本位教學的理解。最後，雖然建模本位的教學方式對於專家或生手教師而言，都是陌生的創新教學方法，但依據本文初步研究結果，本文作者建議針對「專家」、「生手」教師培養其熟稔建模本位教學的師資培育課程設計順序或重點應有所不同，有教學經驗的專家需先設計足以衝擊其教學信念的活動，使其體認到原有教法的不足，而對於生手教師則需提供成功的建模教學範例，討論這些範例之所以成功的特徵，並讓生手教師實際設計與執行，而後實際有成功的經驗、能夠看到學生的進步與成長，在這些情形下，將最有助於這兩群不同的教師接受並掌握建模本位教學的精髓並願意持續在其現在或未來的教室中執行。

參考文獻

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