第 35 頁 – 臺灣化學教育

利用簡易光電比色法測定溴瑞香草酚藍的解離常數／廖旭茂、林翊菲、陳淳煜

星期日 , 5, 5 月 2019 編輯助理第31期2019年5月, 綠色化學實驗留言功能已關閉

利用簡易光電比色法測定溴瑞香草酚藍的解離常數

廖旭茂*、林翊菲、陳淳煜

台中市立大甲高級中等學校

教育部高中化學學科中心
*[email protected]

簡介

基礎化學(三)中提到可逆反應會因為反應物的濃度與溫度的變化，而改變反應行進的方向，而造成現象的可逆變化可以用勒沙特列原理來解釋。關於平衡常數的測定實驗，多年來都是以硝酸鐵與硫氰化鉀反應生成血紅色的硫氰化鐵離子，再以比色法求出相關溶液的濃度，藉此求出平衡常數。本實驗聚焦在課本化學平衡中平衡常數測定實驗的改良，以溴瑞香草酚藍(Bromothymol Blue，以下簡稱BTB)的解離平衡常數Ka的測量取代課本的硫氰化鐵的比色實驗，並與標準儀器分光光度計(UV-Vis)測量結果進行比對。BTB是常用中性範圍變色指示劑，實驗用量低，使用後可完全回收再利用的特性，可以降低環境造成負擔；靈敏但便宜的光電二極體取代昂貴的分光光度計，除減輕學校購置的財務壓力外，也可以讓學生透過麵包板的簡單電路，學習組裝簡易量測儀器，學習進階的比爾定律。

朝向設計低毒性化學藥品取代有毒藥品實驗、改進實驗流程和化學藥品可回收再使用的實驗設計，除了能印證課本的勒沙特列原理外，更能有效降低有毒物質的使用及排放，達到綠色化學永續經營的目標。

器材與藥品

一、器材：

每組需要：可攜式簡易型光電比色計(組件材料包括：光電二極體、可變電阻、LED燈泡、麵包板等)。比色管6根、塑膠滴管數支、電源供應器等，Vernier分光光度計1台(比較用)、pH計一台。

二、藥品：

溴瑞香草酚藍(Bromothymol Blue，以下簡稱BTB)、0.1M HCl(aq)、0.1M NaOH(aq)。

研究方法與步驟

一、 簡易光電比色計的原理：

1. 本實驗用電子元件套件購自易儀科技，相關原理可參考其出版的探究與實作一書^[3]。光電二極體(photodiode SP-1KL)為光強度的偵測器，將通過樣品溶液的不同強度的光轉為電壓訊號；以紅、黃、綠、藍、白各色LED發光二極體為測試光源，找出最適合的光源；以黑色發泡板製成的比色液槽，作為放置塑膠比色管的容器；利用可變電阻控制LED燈光源的電流大小，避免燈泡被燒毀；因光電二極體輸出的光電流不大，故使用一個1MΩ的使用電阻調整光電二極體輸出的電壓。作法上先以蒸餾水作為空白測試，假設以可變電阻調整電壓約為V₀伏特，當溶液的顏色變深時，通過的光電流會變小，輸出的電壓(假設為V_t)也會變小，溶液越濃時，量測的電壓值越小。同理，V=IR，在固定電阻情況下，光電二極體輸出的電壓V值可與光電流I成正比；套用比爾氏定律，溶液的吸收度A= – log ( I_t/I₀) ( I₀為光源的強度，I_t為光通過溶液後的強度)，其中A = – log ( I_t/I₀)亦可以A= – log ( V_t/V₀)表示，下圖為光電比色計的核心機構圖。

圖1：光電比色的機構圖

2. 有關比色的方法都是遵循的Beer’s Law^[4]，A代表吸收度，ε為吸光係數，為光通過的路徑長，c為溶液的濃度；溶液越濃，吸收度A越大。Beer’s Law如下式所示：

…………[式1]

3. 此簡易型光電比色計，電源一般可使用電源供應器調整適當的電壓即可；亦可使用9V電池經過7805穩壓晶片及一個可變電阻，亦可提供穩定電源給Led光源。下圖為簡易型光電比色計的簡圖。

圖2：圖左以電源供應器為電源，圖右以9V乾電池搭配7805穩壓晶片為電源

二、 吸收度與濃度的測定：

利用光電比色計與pH計，量測BTB指示劑的解離平衡常數。BTB一般是以鈉鹽形式存在，在弱酸性的環境中呈黃色，弱鹼中呈藍色，屬於中性範圍變色的指示劑。依照BTB的文獻顯示^[1],[2]，BTB在鹼性環境時呈藍色(pH>7.6)，最大吸收波長為616 nm；在酸性環境中呈黃色(pH<6.0)
，最大吸收波長為423 nm。但根據鹼性環境中光譜波形顯示吸收的相對低點在452 nm，因此大部分的文獻為避免干擾皆會選擇使用452 nm作為酸性溶液的光源來進行偵測。

其大概作法是將BTB分別溶於強酸、強鹼溶液中，使反應生成物絕大部分往某一方行進，顏色變為黃色(酸型的顏色)，以及藍色(鹼型的顏色)，再分別以波長452 nm(藍光)，與616 nm(橘光)的光源去掃描酸型與鹼型的溶液，求出吸光係數ε₄₅₂和ε₆₁₆。隨後將BTB指示劑加入預先配好的pH=7的緩衝溶液中，使溶液呈接近中性的綠色，再分別以波長452 nm(藍光)，與616 nm(近橘光)的光源去掃描綠性的溶液，分別求出不同波長的吸收度A₄₅₂與A₆₁₆。詳細做法流程，會在接下的的步驟中介紹。有關瑞香草酚藍解離的變色、與吸收波長如下圖所示。

圖3：BTB在不同酸鹼中的顏色以及吸收波段

三、實驗步驟：利用麵包板簡易型的光電比色計測定BTB指示劑的解離平衡常數。

1. 簡易光電比色計的裝置圖，如下圖所示，詳細說明可參考易儀科技所出版的科學的探究與實作一書^[3]。

圖4：裝置線路圖示

2. 利用濃度為0.04 % 的BTB備用溶液，以0.1M HCl溶液為稀釋劑，配製4×10^-3 % ~4×10^-4%四種不同濃度C1~C4的溶液。作法分別取備用溶液0.1、0.2、0.4、0.6毫升，加入一個10毫升的容量瓶內，再以0.1M的HCl溶液，稀釋至10毫升的刻度。C1~C4的濃度分別為4×10^-4 %、8×10^-4%、1.6×10^-3%、2.4×10^-3%。

3. 將簡易型的光電比色計的線路接好^[3]，以分度吸量管吸取3毫升的蒸餾水裝入比色管中，以波長接近453 nm的藍光Led為光源，調整可變電阻讓三用電表電壓讀值為2.00 V
(可藉由可變電阻自由設定空白電壓值，簡稱V₀)；接著依序吸取C1~C4的溶液，量測各溶液的電壓值分別V1~V4(透光電壓，簡稱V_t)。將電壓值代入A= – log ( V_t/V₀)式中，求出吸收度A1~A4的值。

4. 在強酸中溴瑞香草酚藍，絕大部分以酸式的狀態存在(HBB)，鹼式的濃度(BB^─) 極低，可視為不存在，因此利用比爾氏定律中吸收度A、光徑b(比色管邊長)、濃度c(c值以[HBB]代入)的關係式A=εbc，求出ε₄₅₃值。取四個數字平均即為ε₄₅₃值。

5. 接著利用濃度為0.04 % 的BTB備用溶液，以0.1M的NaOH溶液為稀釋劑，配製4×10^-3 ~4×10^-4%四種不同濃度C5~C8的溶液。作法分別取備用溶液0.1、0.2、0.4、0.6毫升，加入一個10毫升的容量瓶內，再以0.1M的NaOH溶液，稀釋至10毫升的刻度。C5~C8的濃度分別為4×10^-4 %、8×10^-4%、1.6×10^-3%、2.4×10^-3%。

6. 接著以波長接近616 nm的橘光Led為光源，掃描C5~C8的溶液，調整可變電阻讓三用電表電壓讀值為2.00 V(空白電壓，簡稱V₀)；接著依序吸取C5~C8的溶液，量測各溶液的電壓值分別V5~V8(透光電壓，簡稱Vt)。將電壓值代入A = – log (V_t/V₀)式中，求出吸收度A5~A8的值。

7. 在強鹼中溴瑞香草酚藍，絕大部分以鹼式的狀態存在(BB^─)，酸式的濃度(HBB)極低，可視為不存在，因此利用比爾氏定律中吸收度A與光徑b(比色管邊長)、濃度c(c以[BB^─]代入)的關係式A=εbc，求出ε₆₁₆值，取四個數字平均即為ε₆₁₆值。

8. 配製pH=7的緩衝溶液：取0.1M的KH₂PO₄溶液100毫升與0.1M的K₂HPO₄溶液63毫升，混合形成pH=7的緩衝溶液。

9. 取10毫升配製完成的緩衝溶液倒入燒杯中，接著加入10滴0.04 %的BTB備用溶液，攪拌均勻後，觀察溶液的顏色，隨即以數位酸鹼計紀錄燒杯內溶液的pH值。下圖為實驗操作過程。

圖5：圖左為光電比色計的使用，圖右是pH值的測量

10.從燒杯中取出3毫升的溶液倒入比色管，利用比色計以波長453nm掃描比色管溶液，量測各溶液的吸收度A₄₅₃。接著以波長616nm掃描比色管溶液，量測各溶液的吸收度A₆₁₆。由吸收度值A₄₅₃、A₆₁₆分別求出[HBB]與[BB^─]值，並利用[H⁺]求此反應的平衡常數Kc，相關運算式如下式所示。

clip_image002 …………[式2]

11. 以商用的UV-Vis光譜儀重複上述步驟，並與文獻相比較BTB的解離常數。

實驗結果與討論

一、利用「簡易型光電比色計簡易光電比色計」量測(BTB)指示劑解離平衡常數，相關結果如下所述：

1. 當以黃光Led照射鹼性的BTB溶液時相關偵測數據如下表所示：

表1：黃光下，不同濃度BTB的吸收度與濃度數據

經簡易光電比色計所量測的電壓換算成吸收度，接著求出吸光係數ε₆₁₆。以吸收度為縱座標，濃度為橫坐標，發現兩者的相關係數達0.984，關係圖如下所示。

圖6：黃光Led下，吸收度與濃度的關係

2. 當以藍光Led照射酸性的BTB溶液時相關偵測數據如下表所示：

表2：藍光下，不同濃度BTB的吸收度與濃度數據

經簡易光電比色計所量測的電壓換算成吸收度，接著求出吸光係數ε₄₅₂。以吸收度為縱座標，濃度為橫坐標，發現兩者的相關係數達0.994，關係圖如下所示。

圖7：藍光Led下，吸收度與濃度的關係

3. 簡易型光電比色計與專業型UV-Vis光譜儀所測出的解離平衡常數Ka及pKa，經運算後所得的結果如下表所示：表3：BTB解離常數統計

從五次實驗所得的吸光係數來看，不管是藍色光源(ε₄₅₂)或黃色光源(ε₆₁₆)都不及專業的光譜儀；簡易光度計使用簡易光度計與專業型的光度計兩者所量測的結果以pKa來看，相去不遠。相關誤差應該來自光源，簡易的光電比色計的光源波長並不是溶液的最大吸收波長；其中黃光Led光源，其最大發射波長約595nm，與理論的最大吸收波長616 nm相距約20 nm，而減量線相關係數只有0.984；而藍光Led光源，其最大發射波長約462 nm，與理論的最適合吸收波長452 nm相距約10 nm，相關係數達0.994。下圖為Led光源的發射光譜。

圖8：圖左為黃光Led的發射光譜，圖右為藍光Led的發射光譜

結語

簡易型的光電比色計靈敏度及穩定性尚不及市售的光譜儀；然而使用簡易型的光電比色計所測的解離平衡常數pKa平均值為7.12與專業的分光光度計僅相差0.01，代表利用簡易型的光電比色計為工具來測量BTB的解離常數仍是適合的工具。惟每一種物質的濃度線性範圍皆不相同，建立檢量線時需要繁複的測試過程，不像商用儀器已經有範例可循，這是未來可以改進的地方。以靈敏的光電二極體測量BTB指示劑的解離平衡常數，會比課本利用目測比色法測量硫氰化鐵平衡常數的實驗結過更精確。BTB指示劑實驗後可100 %回收再利用，符合綠色化學原則。

安全注意及廢棄物處理

實驗後，反應所產生的BTB廢液，可以滴定數滴的強酸或強鹼至溶液呈綠色為止，回收待下次酸鹼反應時再利用。

參考文獻

1. Spectrophotometric Determination of the pKa of Bromothymol Blue, 2018年10月參考Truman State University CHEM 222 Lab Manual http://chemlab.truman.edu/files/2015/07/pka1.pdf.

2. Atkins, P.; Jones, L. “Chemical Principles: The Quest for Insight”, 6th ed.; Freeman: New York. 2013.

3. 賴新枝，葉世榮。科學的探究與實作。新竹市：易儀科技。

4. Beer–Lambert law，2018年10月參考維基百科https://ppt.cc/fN91ox.

元素週期表背後的女科學家／吳嘉麗

星期六 , 4, 5 月 2019 編輯助理化學小故事, 第31期/2019年5月留言功能已關閉

元素週期表背後的女科學家

吳嘉麗

淡江大學化學系榮譽教授

台灣女科技人學會
常務監事

亞太女科技人聯絡網主席 (2018-2020)

[email protected]

今年2019年距離1869年門得列夫教授根據當時所發現元素的週期性，提出其雛型列表剛好150年，聯合國特訂2019年為國際元素週期表年(International Year of Periodic Table, IYPT)。至今列入週期表的元素已達118個，每一個元素的發現都有一個故事，都是一個團隊的接力或合作成果。很多科學家因此獲得諾貝爾獎或榮獲元素的命名，但是我們都知道，新發現的背後一定還有很多不為人知的科學工作者的貢獻，尤其是早年19世紀和20世紀初期的女性。本文參考Nature原文¹及微文庫的翻譯²，選擇其中較不為人知的九位女科學家，同時參考維基百科等的介紹，略加入她們的生涯故事以與讀者分享。為了凸顯這些女科學家，在提及她們的貢獻時，本文選擇只引用她們的「名」；其他科學家則以「全名」翻譯，如為化學界熟識的，只譯其「姓氏」。

1. 茱莉亞·列蒙托娃(Julia Lermontova，1846-1919) —鉑族金屬元素分離過程的改進

門德列夫於1869年首次製作了當時已知元素週期表的雛型，俄羅斯化學家茱莉亞˙列蒙托娃可能是在門德列夫的要求下，對鉑族金屬（釕、銠、鈀、鋨、銥和鉑）的分離過程進行改良。原子量和性質相近的元素非常難區分，必須先將它們分離，才可能將它們依序排入適當的位置。關於茱莉亞的工作貢獻，只有記載在門德列夫的檔案和他們的來往通信之中。

茱莉亞從小接受私人家庭教師的指導，她喜歡科學，除了閱讀專業文獻，也自己在家做實驗，父母並未阻止她。本來她在幾位教授的推薦下申請一間化學方面極有名的農業學院，卻未獲准入學。因此她決定到國外繼續學業，1869年得以進入德國海德堡大學，跟隨本生教授(Robert Bunsen)學習。在本生實驗室，她接受門德列夫的建議，進行了鉑族合金的分離。茱莉亞後來去哥廷根大學讀博士，1874年她成為德國歷史上第一位獲得化學博士的女性。茱莉亞終生未婚。³

2. 瑪格麗特·陶德（Margaret Todd，1859-1918）、司蒂芬妮·霍洛維茨（Stefanie Horovitz，1877-1942）—同位素名詞及鉛釷相關研究

英國化學家弗瑞錐克·索迪（Frederick Soddy）在1913年提出同位素這個概念，但是「同位素」這個名詞，最早卻是由瑪格麗特·陶德醫生在一次晚宴上提出。

1914年，波蘭猶太裔化學家司蒂芬妮·霍洛維茨在維也納鐳研究所工作期間，用實驗證明了同位素的存在。她證明即使像鉛這樣常見的元素，也可能具有不同的原子量，取決於它是從鈾還是釷的放射性衰變而來。

司蒂芬妮出生於波蘭，1890年全家搬至維也納，1914年她在維也納大學獲得有機化學博士。司蒂芬妮從富含鈾礦的瀝青樣品中分離出鉛，她證明從鈾的放射性衰變中所得到的鉛，比一般常見的鉛原子量輕，這個實驗證明元素的來源不同，原子量也可能不同。她和另一位科學家也發現了釷是第二個具有同位素的元素，這個釷的同位素原來被另一科學家誤認為是一個新的元素。

第一次世界大戰後，由於政治及家庭因素，司蒂芬妮中斷了專業研究，她和一位心理學家朋友成立了一個專收學習困難孩童的寄養之家。有傳說她後來回到華沙，1940年被納粹處死，也有消息說她1942年死在一個集中營。⁴

3. 哈麗特·布魯克斯（Harriet Brooks，1876-1933）—氡氣的發現

哈麗特·布魯克斯是加拿大的第一位女性核物理學家，她在核蛻變和放射性方面的研究非常有名，拉塞福（Ernest Rutherford）曾稱讚哈麗特的天賦可與居禮夫人相提並論。哈麗特在加拿大麥吉爾大學物理所還是研究生時，在拉塞福實驗室研究放射性和蛻變。當時大家正在探討元素鐳的放射物到底是甚麼?是顆粒嗎?還是氣體?1901年哈麗特和拉塞福提出鐳放射物的擴散像一種很重的氣體，這是證明放射性衰變過程可能產生新元素的第一個證據。1907年威廉·拉姆塞（William Ramsay）建議這個後來被命名為「氡」的氣體屬於氦族元素，也就是惰性氣體。

1902年，拉塞福和索迪(Soddy)宣佈了他們的放射性衰變理論：原子在發出放射線的同時自發地衰變成新的原子。拉塞福因其研究成果獲得了1908年的諾貝爾化學獎。哈麗特發現氡是第一步，也是非常重要的一步，但世人卻很少記得她。雖然第一篇論文是由哈麗特和拉塞福共同寫作的，但後來發表在《自然》上的另一篇論文就只有拉塞福的名字，僅僅註明哈麗特為拉塞福提供了協助。

哈麗特在麥吉爾大學還是大學生時，成績非常優秀，但是前二年因為她是女性而沒有資格接受獎學金。1901年，她是麥吉爾大學第一位獲得碩士學位的女性。1905年，哈麗特獲聘至紐約市伯納學院任教，次年她與哥倫比亞大學一位物理系的教授訂婚，學校的院長卻說哈麗特結婚時就必須離開學院。哈麗特堅持她有權利兼顧專業和婚姻，雖然物理系主任支持她，院長仍引用學校董事會的說法：已婚女人不可能是一位成功的學術人。哈麗特最後解除了婚約，選擇留下任教。1907年，她與麥吉爾大學一位物理系講師結婚，在蒙特婁定居。1933年，她因白血病過世，據說乃因過度暴露放射線的緣故。⁵

4. 妲玲·霍夫曼（Darleane Hoffman，1926-)—、鈽、鐨元素相關

妲玲·霍夫曼是加州大學柏克萊校區的化學教授，也是勞倫斯柏克萊國家實驗室核能科學部門的資深科學家。當年曾參與確認元素的存在，她證明原子序100的鐨-257同位素不只是在被中子撞擊以後會分裂，也會自發性的裂變。她還發現了自然界中存在原子序94的鈽-244，鈽是存在於自然界中原子序最高的一個元素。妲玲原在橡樹嶺(Oak Ridge)國家實驗室工作，婚後1953年轉至洛斯阿拉莫斯(Los Alamos)實驗室，1979年擔任同位素及核化學部門的主管，是第一位擔任該國家實驗室科學部門的女性主管。1984年再轉至加州大學柏克萊校區帶領放射化學團隊的相關研究。1996年退休後仍參與研究指導及顧問諮詢。⁶

5. 棠·邵內西(Dawn Shaughnessy)–超重元素原子序113-118的發現

棠·邵內西是一位放射性化學家，2000年自加州大學柏克萊校區化學系獲得博士學位，她的論文指導老師正是前一位介紹的妲玲·霍夫曼。2002年進入勞倫斯·利弗莫爾(Lawrence Livermore)國家實驗室工作，在她帶領重元素群小組研究時，他們團隊協助鑑定了六個超重新元素（原子序113-118），其中原子序116的鉝(Lv)就是她給的命名，因為這些工作是他們在Livermore實驗室完成的。⁷

6. 一組西班牙女性團隊 (1920s-1930s)—氟元素對健康的影響

西班牙馬德里大學的一支年輕女性團隊，特別是卡門·布魯格·羅曼（Carmen Brugger Romaní）和翠妮妲·薩利納斯·費雷爾（Trinidad Salinas Ferrer）與馬德里大學的何塞·卡薩雷斯·吉爾（José Casares Gil）實驗室共同進行研究，探討氟的定量和新的分析技術，氟對健康的影響及礦泉水中的氟含量，這些研究都有寫成論文記載或發表(1927, 1934, 1935)⁸。1936 -1939年間西班牙內戰後，這些女性不得不退出研究，她們的工作成果便歸入了當時同實驗室其他男學生的名下。

卡門和翠妮妲都是藥學系學生，後來獲得馬德里大學的博士學位。氟元素早在1886年就被一位法國化學家Henri Moissan分離鑑定。

7. 瑞塔·克拉克·金（Reatha Clark King，1938-）—氟的高反應性研究與應用

瑞塔·克拉克·金是第一位在華盛頓特區國家標準局工作的非洲裔美國女科學家。1960年代，她研究氟氧氫氣體混合物的燃燒，氟的高反應性顯示這個元素可用於火箭推進劑。但是這個混合物爆炸性過強，瑞塔特別為此設計特殊的設備讓它有安全應用的可能，而NASA採用的正是瑞塔的設計。

瑞塔的父親是一佃農，母親只受過小學三年的教育，1954她高中畢業那年，美國最高法院宣告，所有公立學校的黑白種族分離政策違憲，瑞塔當年就是代表他們那一屆，發表告別分離政策的演講。後來她自克拉克學院(Clark College)獲得化學及數學的學士學位，1963年自芝加哥大學獲得熱化學博士學位，又利用後來教授休假年到哥倫比亞大學進修，獲得商業管理和財務管理的碩士學位。她曾擔任紐約市立大學約克學院的教授以及明尼蘇達州Metropolitan 州立大學的校長，1988年被挖角到一跨國食品企業通用米爾斯公司(General Mills Corporation)，先後擔任副總裁、總裁以及該基金會董事長。⁹

8. 艾麗絲·漢密爾頓（Alice Hamilton，1869-1970）—鉛汞重金屬對健康的危害

艾麗絲·漢密爾頓是一位美國醫生，是職業健康領域的專家，工業毒物學的先驅開創者。她最有名的研究是美國鋼鐵工人的一氧化碳中毒，製帽工人的汞中毒，以及手提鑽工人的手傷害。她證明了鉛的毒性及其對公眾和金屬行業從業人員的危害，她迫使保險公司和製造商採取安全措施，並對受影響的人進行賠償。她還組織社會運動，讓大家認識到汞等重金屬可能給從業人員造成的疾病傷害。早在1925年，她就明確反對在汽油中添加鉛。

1895年初艾麗絲和她姊姊至德國遊學，她們在法蘭克福的申請很順利，但是在柏林的申請卻被拒絕，後來他們在慕尼黑和萊比錫就學，都曾有過因為是女性而被歧視的經驗。1896年九月艾麗絲回到約翰霍普金斯大學醫學院繼續研究所的學業。1919年，她受聘為哈佛大學的第一位女性助理教授，但是直到1935退休，她的聘書都是三年一聘，從未升等到正式職位。

艾麗絲在爭取婦女權益以及和平運動方面非常活耀，她參加了1915年在海牙舉辦的第一屆國際婦女大會(International Congress of Women)，和1919年在蘇黎世的第二屆大會。她熱衷於社會改革，像公民自由、和平議題、節育、保護女性勞工的立法等她都積極參與，曾被批評為極端和顛覆份子。退休後她仍積極寫作出書，101歲過世。¹⁰

9. 前田俊子(Toshiko Mayeda，1923-2004) —氧同位素的定量分析

日裔美籍技術人員前田俊子在1950年代就掌握了氧放射性同位素的測量方法。起初她在芝加哥大學哈羅德·尤里（Harold C. Urey）實驗室裡清洗玻璃器皿，不久後成為質譜儀的負責人。

她協助測定了貝殼化石中氧同位素的含量，用以推斷史前海洋的温度，並將這種方法推廣到了隕石研究中。從1970年代到1990年代晚期，俊子和長期合作的芝加哥大學化學系教授羅伯·克雷頓(Robert N. Clayton)利用幾種氧同位素的比例對隕石分類，這方面研究他們做得十分出色，非常有名。不幸的是，像所有日裔美國人一樣，1941年12月7日珍珠港事件發生後，俊子和她父親被送往美國一處荒漠集中營，在該處她認識了她後來的先生。俊子只擁有化學學士學位，但是她很幸運得到了上司的支持，在期刊論文中她的名字與那些博士和教授同等並列。俊子在華盛頓州出生，芝加哥大學畢業，1958年起擔任研究助理，探討隕石成分、冰河世紀的氧同位素分析等。2002年日本地質化學學會曾頒給她學會功績獎，一個小行星以她命名。^{11, 12}

結語

從這些女科學家的生涯故事來看，20世紀以前這些得以參與科學探討的歐美女性，多半有一個良好富有的家庭，才有機會請私人家教、或進入極少數的私立女子學院學習科學。但是在論文發表時，主要作者仍經常故意忽略女性的參與貢獻。對女性和少數民族的歧視及不平等待遇直到20世紀中期，在所謂先進的美國仍司空見慣，即使法律已明令禁止，數百年來的刻板印象，或存在一般人心中那幽微隱晦的偏見，仍需要世人不斷的提醒和呼籲，才有可能看到更多女性在科技領域的大放異彩!

參考資料

1. Van Tiggelen, B. and Lykknes, A. (2019). The women behind the periodic table. Nature, 565, 559-561.

2. 微文庫. (2019). 從居里夫人到Toshiko Mayeda，為元素週期表背後的女性科學家喝彩.https://hk.wxwenku.com/d/200362902

3. https://en.wikipedia.org/wiki/Julia_Lermontova

4. https://en.wikipedia.org/wiki/Stephanie_Horovitz

5. https://en.wikipedia.org/wiki/Harriet_Brooks

6. https://en.wikipedia.org/wiki/Darleane_C._Hoffman

7. https://en.wikipedia.org/wiki/Dawn_Shaughnessy

8. Suay-Matallana, I (2019). Visualising women in the Periodic Table: A Spanish research line on fluorine (1920s1930s). International Symposium on Setting their Table: Women and the Periodic Table of
Elements, Murcia, Spain. http://www.iypt2019women.es/abstract_list.php http://www.iypt2019women.es/pdf/abstracts/abstract_template_wpt2018.pdf

9. https://en.wikipedia.org/wiki/Reatha_King

10. https://en.wikipedia.org/wiki/Alice_Hamilton

11. https://en.wikipedia.org/wiki/Toshiko_Mayeda

12. 感謝淡江大學化學系魏和祥榮譽教授幫忙考察日本文獻，確認這位同位素放射化學家的中文譯名。

《2019國際化學元素週期表年特展》活動介紹／邱美虹

星期五 , 3, 5 月 2019 編輯助理國內外化學教育交流, 第31期/2019年5月留言功能已關閉

《2019國際化學元素週期表年特展》活動介紹

邱美虹

國立臺灣師範大學科學教育研究所
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《2019國際化學元素週期表年特展》為科技部、教育部國民及學前教育署、行政院環境保護署毒物及化學物質局指導，由國立臺灣師範大學、中國化學會以及國立臺灣科學教育館共同主辦，為慶祝聯合國宣布的2019年為國際化學元素週期表年，同時也是俄國化學家門得列夫(Dmitri
I. Mendeleev)於1869年發表元素週期表150年，希望藉由今年一連串的慶祝活動，彰顯化學元素對人類衣食住行育樂、醫藥、能源、科技發展等各面向的貢獻。此特展將從108年6月1日(星期六)起在科教館展出後，將陸續在國內其他四個博物館展出，並將移展到各中學和大學，以共襄盛舉今年化學界的大事。

凡是上過科學課程的人，沒有不知道元素週期表的，而學過週期表的人也都或多或少會知道金屬和非金屬這些元素在週期表中的位置。如今我們看到週期表中的各元素所在的位置似乎是理所當然，但是門得列夫在1869年時是排列63張卡片時發現元素之間的的規律性而建立週期表的，並大膽地對尚未發現的三個元素進行預測，後來這些元素也都被證實他們的存在，這一步使得他的週期表與其他較為保守的科學家所建立的週期表不同且更具前瞻性，雖然現今週期表的排列方式是以原子序為主，有別於當年門得列夫以原子量排列的方式，但無損於門得列夫在科學上的崇高地位與貢獻。

此次特展分為六大展區，展出內容都是精心設計的展品，包含元素方塊週期表、光雕投影、化學元素大事記、化學元素海報、視障者點字元素週期表、女性科學家與週期表、稀缺元素週期表、中學生眼中的週期表、元素文學小品、元素郵票展、擴增實境(AR)和虛擬實境(VR)等。其中有幾項展品特別值得在此一提，如元素光雕投影(魔方118)以中國風的方式呈現元素的特性，這應是是全球首創；盲人點字週期表嘉惠盲人、臺灣學生的藝術創作週期表以及新興科技與化學學習的連結等，同時展品中的稀缺元素週期表更是讓我們必須正視因科技所帶來的化學元素瀕危之衝擊，希望能透過這些展覽品傳遞化學元素對人類科學發展的貢獻、激起社會大眾對化學與化工的正面觀點、建立基本的化學與化工的認識、提高對環境與永續發展議題的關心、積極發展永續化學的行動力，以達到科普傳播與提升民眾科學素養的目標。

光雕投影創作理念分享——魔方118

演講者：劉育樹導演（光點吉樹工作室）

2019年是為聯合國(UN)公布之「國際化學元素週期表年」，亦是俄羅斯化學家門得列夫(Dmitri I. Mendeleev)提出元素週期表的150周年。正因為元素週期表在人們眼中是西方科學界的產物，因此我們藉由此光雕投影將元素週期表結合中國風，以呈現獨特的東方風格，其中尤以傳統臺灣特色為主。

影片內使用了大量東方元素來結合西方的元素週期表：以風水羅盤的圓形排法替換週期表的矩型排法，除了以圓象徵人類生存之地球，更代表著週期表中的所有元素皆是存在於這個圓中──即地球上。中文字也是東方文化中重要的元素之一，影片中將週期表元素的英文字替換成中文字呈現，其用意在於將熟悉的西方週期表以東方詮釋表達東方對於化學界亦有所貢獻，而非僅止於推崇西方科學。

影片中亦會列舉人類生活中的重要元素，並呈現該元素的材質、顏色或特性等，讓人們認識到生活周遭其實有很多物品都和化學元素有關；此外，象棋是華人世界眾所皆知的棋藝遊戲，透過使用象棋作為化學元素的象徵物，把虛幻的化學元素實體轉化為熟悉的象棋棋子，讓大眾對於艱澀的化學多了一分親切感。而化學元素除了實體化作為象棋外，亦可以真實的進行對弈，透過分類化學元素，區分成金屬及非金屬兩類型來進行對弈。金屬與非金屬之間的對戰、結合呈現出真實的化學反應，生成一個化合物。藉由這些元素象棋之間的對戰、元素結合成的化合物，讓大眾更加了解這些化學元素在日常生活中是多麼地頻繁出現，皆是出現在我們的生活之中。

作為最後一個東方元素，影片中使用廟宇的籤筒，來呈現傳統臺灣風格的週期表。以矩形週期表旋轉收進籤筒，旋轉即是圍繞成一個圓圈，再度使用圓作為世界的概念，而所有的元素繞著圓旋轉，與開頭的圓互相呼應，串聯整部影片並以東方風格收尾。

特展亮點

1. 入口意象

本特展之主視覺牆面，設計元素包括週期表、本次周年紀念活動的主人翁——門得列夫，化學元素的物理及化學性質，及其在各領域之多元豐富應用等，以彰歡慶元素週期表被提出屆滿150週年之意涵。

2. 元素方塊

展場內打造118個大型元素方塊，方塊每面分別展示該元素之原子序、原子量、化學性質及與該元素相關之歷史、生活、科技等科學資訊。118個方塊將依週期表排序堆砌成巨型元素方塊牆面，錯落有致的立體牆面搭配光雕影片投射，展現化學元素發展歷史、文化脈絡及生活應用，如同一場知識的聲光饗宴，絢麗非凡。場內另陳列有10x10cm比例的小型元素方塊牆面，118顆方塊皆可取出觀賞六面的設計內容，讓知識可以親手觸摸。

　　　　元素方塊(Md)　　　　　　　　　小型元素方塊牆面

3. 魔方118——光雕投影(光點吉樹設計)

邀請國際知名3D動畫導演劉育樹為國際化學元素週期表年慶祝活動精心設計，透過中西合璧的巧思，將西方科學結合中國風，以中藥櫃的概念呈現獨特的東方特色，展現出全新文創概念的元素週期表。

光雕影片內容將以多媒體動畫形式，傳達化學元素如何存在於我們的身邊，並與我們的生活密不可分。全片中英對照，適合全年齡的民眾一同來感受獨此一門，視覺與聲音的饗宴。

光雕影片投影開始畫面

4. 元素大事記
以時間軸方式展示元素週期表中各化學元素，自紀元前至近代間發現年代之大事記，並將各元素以化學性質分類，於右下角加註圖例說明，方便民眾瞭解人類發掘元素的歷史。

(由國立臺北教育大學周金城教授設計之大事記)

5. 稀缺元素週期表
為了讓世人意識到全球元素稀缺的嚴重性，本特展展示歐洲化學會（European Chemical Society）所繪之稀缺元素週期表繁體中文版，並搭配與化學元素相關的問答，製成互動式掀牌展板寓教於樂，傳達生活中的化學知識以及稀缺金屬的議題，進而促使大眾珍惜資源，以利永續發展。

6. 中學生眼中的元素週期表
由國立臺灣師範大學邱美虹教授發想，臺北市立大直高中林欣美老師、曾茂仁老師，新北市立三重高中張怡婷老師、李雁婷老師，國立臺灣師範大學附屬高級中學吉佛慈老師，及新北市立新北高級中學鍾曉蘭老師指導，帶領各級學校學生所設計的118幅元素繪圖週期表。以活潑生動的藝術形式，將化學元素融入你我的生活。

7. 最古老的現存教室用週期表(現場展示為複製品)

於2014年英國聖安卓大學(University of St. Andrews)整理校內演講廳儲藏室時所發現。此週期表的內容與門得列夫1871年發現的週期表很相似，但已有1875年發現的元素鎵(Ga)、1879年發現的鈧(Sc)，但尚未紀錄1886年發現的鍺(Ge)，故推論這張海報約於1879-1886年間製成，距今已有約140年的歷史，極有可能是現存最為古老的元素週期表。

8. 視障者點字元素週期表

由國立彰化師範大學楊水平教授所發想設計，與校內師生合作重新構思週期表，並製作透明自黏膠片點字，將兩者相結合成世界第一幅針對視障者使用的元素週期表，並於特展內展出，讓化學教育不再侷限於生理，歡迎參觀者皆前來觸摸點字週期表的特殊魅力。

9. 元素海報
美國化學會（American Chemical Society）為慶祝國際化學元素週期表年，製作一系列以化學元素為主題之科普海報，解說元素在日常生活的面面觀，如半導體、煙火中存在的元素等。為了使這批珍貴的元素海報便於臺灣民眾閱讀，主辦單位已獲得授權翻譯為繁體中文版，並挑選其中11張於特展中陳列展示。

10. 化學元素與女性科學家

化學元素現今已有118位成員，每發現一種新元素的背後，都有一段科學家探索未知的故事，而其中也有女性科學家的存在。本特展特別介紹與化學元素命名有關的女科學家，以及對元素研究有所貢獻，卻被隱藏在週期表下的女科學家，期待讓民眾對化學與元素的歷史脈絡有更多的了解。

11. 元素藝廊

以集郵及文學的角度切入，用藝術的角度呈現化學元素如何與我們的生活緊密結合。現場展示有珍稀元素週期表、名人科學家等紀念郵票及明信片收藏，並分門展示與化學元素相關之台灣郵票；文學小品集則彙集了中外名人與週期表、化學元素相關之箴言，或摘錄的文句，期待以柔性的方式引導民眾親近化學。

12. AR/VR互動體驗

場內設置臺師大邱美虹團隊研發之擴增實境(AR)和虛擬實境(VR)教材互動區。在AR活動區，設有DNA雙股螺旋、極性分子鍵結、有機分子撲克牌和奈米碳管等擴增實境模型，拿起手機下載App，即可觀賞立體化學模型；在VR區則可體驗「雅典學院與大師對談」虛擬實境，內容包括畫作除黴、化學元素分類與配對、電解實驗、氧化汞實驗等互動遊戲。以新型態的科普教材，傳達化學與民眾生活息息相關！

　 AR區奈米碳管教具　　　　　　VR區畫作除黴遊戲場景

開幕活動

化學元素變變變——實驗演示說明
主題一：應用新型電解水器電解飽和食鹽水與產物身分鑑定
演示講師：臺中市立大甲高中廖旭茂老師
演示時間：5分鐘

十九世紀初期，科學家開始利用電流來進行化學反應，並從化合物分離出元素出來，英國的戴維就利用這個方法發現了鉀、鈉、鈣、鍶以及鋇等元素。電解法是用來提煉元素的最常見方法。

1866年，德國的霍夫曼教授發明的電解水器(Hofmann voltameter)問世，電解器外型似H型玻璃製的聯通圓管，白金電極貫穿橡皮塞，與帶刻度的圓柱形玻璃管底部相連接；玻璃製的材質因為安全性與不方便考量，慢慢被塑膠材質的電解槽所取代的。下圖為新製的電解水器，壓克力容器主體，結合收集氣體的塑膠針筒以及提供產物檢測的三通閥。

本演示將公開自製的新型電解水器進行飽和食鹽水的電解，並分析鑑定陰、陽極產物的身分。新研發的電解水器擁有以下特點：

1. 應用雷射切割技術，壓克力製的電解槽結合塑膠針筒與三通閥，具有組裝容易，不易摔破、攜帶方便的優勢。

2. 以低廉、高強度的碳纖維棒取代昂貴的白金，與易折斷的石墨棒。

3. 陰、陽電極固著於塑膠螺絲上，方便自由拆卸、更換，可提供電解的變因探究。

4. 可用於電鍍反應調查、分析合金相組成、回收有毒重金屬離子、清除有毒有機物、製作可逆式燃料電池。

主題二：五彩繽紛的焰色反應
演示講師：國立臺灣師範大學附屬高級中學吉佛慈老師
國立臺灣師範大學謝東霖碩士生
演示時間：5分鐘

對大多數人來說，顏色是個容易分辨物質的方式。早在魏晉南北朝時期的《本草經集注》就有記載「強燒之，紫青煙起，仍成灰。不停沸如樸硝，云是真硝石也。」紫色的火焰正是燃燒硝酸鉀所產生的顏色。18世紀德國分析化學家馬格拉夫也成功的用火焰顏色的不同分辨出碳酸鈉與碳酸鉀兩種化合物。而後其他科學家陸陸續續發現了不同鹽類的不同顏色火焰，奠定了焰色分析法的基礎。現在每逢節日就會看到五顏六色的煙火，也是利用焰色的原理。

本演示選擇幾種常見的鹽類，並設計出安全性極高的實驗，展現五彩繽紛的焰色反應：

1. 利用酒精膏的方式，降低實驗過程所帶來的危險性。

2. 教學上除了可探討不同元素在電子躍遷過程的放光現象，酒精膏製作也可用在分子間的作用力相關教學上。

動手做攤位

開幕典禮現場設有四個動手做攤位，10:15-12:15開放體驗，每攤體驗時間大約是5-10分鐘。收集任三個攤位的體驗印章即可兌換限定版特展紀念胸章一枚，一起來實作體驗化學的樂趣吧！

1.元素方塊摺紙（國立臺灣師範大學）

元素方塊摺紙「氧」的樣張

元素週期表已於2015年由第七周期的「气奧」(Oganesson,Og)作為目前元素週期表的最後一個元素。在這些元素中，有我們相當熟悉且應用層面也相當廣泛的元素，也有我們未曾接觸過甚至連科學家都還在尋找特性的元素。化學元素方塊即為邊長6公分的立方體，讓民眾自行摺出一顆立體的元素方塊，並且能夠閱讀各面元素的「化學性質」、「相關實驗」、「生活中常見的狀態或應用」、「發現的國家或科學家」與「臺灣或其他國家文化常見的例子」等特性。

觀展民眾可以透過閱讀元素方塊旁的元素基本資料與元素性質作為依據，尋找出元素各族的規律性，即是體會科學家對於破解混沌的元素中重要的精神。希望民眾能夠在製作與解讀元素方塊的同時，提升對於元素的初步認識，增進與元素之間的連結。讓動手做體驗有助於學習化學，並促進對永續發展和能源、教育、農業、健康的覺醒。

2.元素拼圖（國立臺北教育大學）

以Y（釔）、U（鈾）、LI（鋰）元素拼出玉里的英文名

為慶祝化學元素週期表150週年，科技部選出城市代表車站及相對應的化學元素，以科普列車串連各全民科學週計畫。

其中南花蓮全民科學週計畫負責玉里與光復站。玉里是台灣最大蛇紋石盛產地，蛇紋石的主要成分是氧化鎂，是國內提煉鎂的重要來源，代表元素為「鎂」。光復站因花蓮的好山好水好空氣，則選定「氧」為代表元素。鎂燃燒時會與氧氣發生反應產生氧化鎂(MgO)，並產生強光，氧化鎂也是糖廠製糖時的脫色劑以及製冰時pH的調控劑，與光復著名的光復糖廠相互呼應。光復與玉里兩站代表元素的結合形成氧化鎂，代表兩車站交接與傳承。

計畫為此特別設計與在地連結的元素拼圖，其正、反兩面各有12個圖案，共24個圖案。透過折疊，每4個圖案，可以形成1個故事，分別呈現：鎂、氧、玉里、光復馬太鞍、元素週期表及國際週期表年IYPT共六個故事。

開幕當天邀請國立臺北教育大學擺設元素拼圖體驗攤位，讓民眾可透過動手製作拼圖來了解化學元素及家鄉的故事，提升科學學習動機與興趣，一起愛鄉土也愛科學！

3.元素拼豆樂x創意週期表（國立臺灣師範大學附屬中學）

用18×10總共180顆拼豆拼出週期表

2019年是值得化學人慶祝的日子，國立臺灣師大附中吉佛慈老師特別把今年在校慶設計的「串起元素大家族，拼出創意週期表」動手做活動，搬到國立臺灣科學教育館的國際化學元素週期表年特展開幕現場，希望讓現場參觀民眾能藉由組合10種不同顏色的拚豆，製作自己專屬的紀念拼豆週期表，重溫中學時背誦週期表的記憶。

「元素拚豆樂」只要將180顆拚豆，依照現場模板排列即可，民眾也可以將相同數量不同顏色的拚豆互換位置，自創不同組合的繽紛週期表。

敢接受辨色考驗嗎？想製作專屬的紀念小物嗎？敢跟附中學生PK元素週期表密碼嗎？歡迎親子前來共同體驗「元素拚豆樂」！

4.金屬蝕刻與鑰匙圈製作（臺中市立大甲高中）

早期的蝕刻（Etching）是應用在版畫上，畫家在金屬板上先塗上一層蠟，以針等尖銳器具在板上作畫，蠟會隨著描繪的線條被刮除，再將金屬板置入硝酸或腐蝕液中，未附著蠟的金屬部分會被侵蝕凹陷，可用於塗佈顏料，進行版畫創作。

現代可以強酸腐蝕、電化學電解以及物理電漿蝕刻等方式，進行各種材質的表面加工。但透過化學濕式的蝕刻，常用到強酸、強鹼等高腐蝕性溶液，在美麗的背後通常都要付出不小的代價。

本次動手作活動，係利用電化學電解原理，使用外加電壓讓金屬（通常為活性小或不易氧化的合金）在電解質溶液中氧化溶解，進而使金屬表面出現具有立體凹凸的圖案。

過程中將使用一個自製的蝕刻印台，在一塊事先貼好膠膜的金屬表面上，隔著以硫酸鈉水溶液沾濕的化妝棉，數分鐘內即可完成電化學蝕刻實驗，可免去強酸腐蝕液使用及處理的顧慮，符合減量、減廢的綠色化學原則，歡迎開幕當天一起來體驗神奇的電解蝕刻實驗！

若蝕刻的金屬為銅片，則其兩極的反應，如式[1]和[2]所示：

[1]陰極（負極）（–）：2H₂O(l) +2e^–→ H₂ (g) +2OH^–(aq)

[2]陽極（正極）（+）：Cu(s) → Cu²⁺(aq) +2e^–

歡迎本刊讀者與好友擇期到科教館參觀。本特展及國際化學元素週期表年系列慶祝活動之相關訊息，歡迎至IYPT活動官網查詢：http://iypt2019.chemistry.org.tw/。特展期間辦理之化學元素探索實驗研習活動，請至科教館官網報名:https://www.ntsec.gov.tw/survey/default.aspx。

化學天才的“發現”— 紀念元素週期表150周年／李瑞祥、邵紅能

星期四 , 2, 5 月 2019 編輯助理化學小故事, 第31期/2019年5月留言功能已關閉

化學天才的“發現”—紀念元素週期表150周年

李瑞祥¹、邵紅能*²

安徽省禹王學校蚌埠校區¹

上海市城市科技學校

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■前言

在中學化學教科書中，都附有一張“元素週期表”。這張表揭示了物質世界的秘密，把一些看來似乎互不相關的元素統一起來，組成了一個完整的自然體系。它的發明，是近代化學史上的一個創舉，對於促進化學的發展，起了巨大的作用。看到這張元素週期表，人們便會想到它的最早發明者：門得列夫！

為紀念俄羅斯化學家門得列夫編制化學元素週期表150周年，國際純粹與應用化學聯合會（IUPAC）成立100周年，聯合國將2019年定為“化學元素週期表國際年”，將舉行一系列活動，提高公眾對化學學科知識，以及化學對可持續發展目標貢獻的認識。2019年1月29日，法國巴黎聯合國教科文組織總部舉辦“國際化學元素週期表年IYPT2019”開幕式，由中國化學會與美麗科學團隊聯合打造的科普視頻《重現化學》被組織方選為開幕式素材，在開幕式上進行了播放，吸引了國際化學領域的廣泛關注。

德米特里·伊萬諾維奇·門得列夫（Dmitri Ivanovich Mendeleev, 1834.2.8～1907.2.2），俄國著名化學家，其研究領域為化學，特別是無機化學和物理化學。門得列夫在一生中寫了大量的學術論文，主要有《論液體的毛細現象》、《論液體的膨脹》和《元素性質和原子量的相互關係》等。其名著《化學原理》，在很大程度上促進了當時化學研究的發展，為科學做出了巨大貢獻。他發現化學元素的週期性，依照原子量，製作出世界上第一張元素週期表，並據以預見了一些尚未發現的元素。門得列夫除了發現元素週期律外，還研究過氣體定律、氣象學、石油工業、農業化學、無煙火藥和度量衡等，由於他的辛勤勞動，在這些領域都不同程度地做出了成績。門得列夫對化學最重要的貢獻是：“建立了元素週期分類法”。這是自18世紀科學化學開始以來，繼拉瓦錫、道爾頓之後的又一功績。

中學畢業後，他母親變賣了工廠，親自送門得列夫來到莫斯科。後來，門得列夫把每張紙正面標明已知元素名稱、原子量、化合價等基本資訊。他發現夾在碳與氮中間的鈹是多餘的，進一步發現鋅後面本來是砷，但砷的化學性質與磷相似。門得列夫通過排列紙片，在35歲這年發現了元素週期律。

門得列夫對於化學元素週期律的發現激起了人們發現新元素和研究無機化學理論的熱潮，元素週期律的發現在化學發展史上是一個重要的里程碑，它把幾百年來關於各種元素的大量知識系統化並形成一個有內在聯繫的統一體系，進而使之上升為理論。1955年，科學家們為了紀念元素週期律的發現者門得列夫，將101號元素命名為“鍆”。

■從小勤學好問，刻苦鑽研

門得列夫1834年2月7日誕生在俄國西伯利亞的托波爾斯克市，父親是一位中學教師。在他出生後不久，父親因患白內障而雙目失明，一家的生活全仗著母親經營一個小玻璃廠維持著。門得列夫自幼有出眾的記憶力和數學才能，讀小學時，對數學、物理、歷史課程感興趣。他特別喜愛大自然，曾同他的中學老師一起作長途旅行，搜集了不少岩石、花卉和昆蟲標本。他善於在實踐中學習，學習成績有了明顯的提高。

1841年，7歲的門得列夫進了中學，他在上學的早幾年就表現出了出眾的才能和驚人的記憶力，他對數學、物理學和地理發生了極大的興趣。1850年，門得列夫進入中央師範學院學習，在大學一年級，門得列夫就迷上了化學。他決心要成為一個化學家，為了人類的利益而獲得簡單、價廉和“到處都有”的物質。他各門功課都學的很扎實，在課外還閱讀各種科學文獻，在20歲那年，門得列夫的第一篇科學論著《關於芬蘭褐廉石》發表在礦物學協會的刊物上，在研究同晶現象方面完成了巨大和重要的研究。

1855年，門得列夫以第一名的優異成績畢業於師範學院，曾擔任中學教師，後來門得列夫在聖彼得堡參加碩士考試，並在說有的考試科目中都獲得了最高的評價。在他的碩士論文中，門得列夫提出了“倫比容”，這些研究對他今後發現週期律有至關重要的意義。兩年後，23歲的門得列夫被批准為聖彼得堡大學的副教授，開始教授化學課程，主要負責講授《化學基礎》課。在理論化學裡，應該指出自然界到底有多少元素？元素之間有什麼異同和存在什麼內部聯繫？新的元素應該怎樣去發現？這些問題，當時的化學界正處在探索階段。年輕的學者門得列夫也毫無畏懼地衝進了這個領域，開始了艱難的探索工作。

1860年，門得列夫在德國卡爾斯盧厄(Karlsruhe)召開第一次國際化學家代表大會，會議上解決了許多重要的化學問題，最終確定了“原子”、“分子”、“原子價”等概念，並為測定元素的原子量奠定了堅實的基礎。這次大會也對門得列夫形成週期律的思想產生了很大的影響。1861年，門得列夫回到聖彼得堡，擔任化學教授工作。雖然教學工作非常繁忙，但他繼續進行科學研究。門得列夫深深的感覺到化學還沒有牢固的基礎，化學在當時只不過是記述零星的現象而已，甚至連化學最基本的基石—元素學說還沒有一個明確的概念。

門得列夫開始編寫一本內容很豐富的著作《化學原理》。他遇到一個難題，即用一種怎樣的合乎邏輯的方式來組織當時已知的63種元素。門得列夫仔細研究了63種元素的物理性質和化學性質，他準備了許多撲克牌一樣的卡片，將63種化學元素的名稱及其原子量、氧化物、物理性質、化學性質等分別寫在卡片上。他用不同的方法去擺那些卡片，用以進行元素分類的試驗。

1869年3月1日這一天，門得列夫仍然在對著這些卡片苦苦思索。他先把常見的元素族按照原子量遞增的順序拼在一起，之後是那些不常見的元素，最後只剩下稀土元素沒有全部“入座”，門得列夫無奈地將它放在邊上。從頭至尾看一遍排出的“牌陣”，門得列夫驚喜地發現，所有的已知元素都已按原子量遞增的順序排列起來，並且相似元素依一定的間隔出現。第二天，門得列夫將所得出的結果製成一張表，這是人類歷史上第一張化學元素週期表。在這個表中，週期是橫行，族是縱行。在門得列夫的週期表中，他大膽地為尚待發現的元素留出了位置，並且在其關於週期表的發現的論文中指出：按著原子量由小到大的順序排列各種元素，在原子量跳躍過大的地方會有新元素被發現，因此週期律可以預言尚待發現的元素。

1871年12月，門得列夫在第一張元素週期表的基礎上進行增益，發表了第二張表。在該表中，改豎排為橫排，使用一族元素處於同一豎行中，更突出了元素性質的週期性。至此，化學元素週期律的發現工作已圓滿完成。化學界通將週期律稱為門得列夫週期律：主族元素越是向右非金屬性越強，越是向上金屬性越強。同族元素，隨著週期數的增加，分子量越來越大，半徑越來越大，金屬性越來越強。同週期元素，隨著原子係數數的增加，分子量越來越大，半徑越來越小，非金屬性越來越強。最後一列上都是稀有氣體，化學性質穩定。門得列夫發現了元素週期律，在世界上留下了不朽的光榮。

■在會議激發靈感

在一個化學學術討論會上，參會者都帶有筆紙，只有門得列夫兩手空空，什麼也沒有帶，會議討論了好幾天，門得列夫什麼也沒有說，當會議要結束時，主持人問：“門得列夫先生，你有什麼高見”。門得列夫什麼也沒有說，站起來從口袋中取出一副牌放在桌子上，周圍的人都很驚訝，門得列夫把桌子上的牌整理並一一給大家看，這時大家才發現每張牌上都寫著元素的名稱，一共63種元素。更怪的是這副牌還有七種顏色，這七種顏色的紙牌就像光譜段，有規律的重複著，並且門得列夫口中念念有詞的介紹每一個元素，與會者個個都目瞪口呆，這是要在實驗室待多久才明白的，想不到一個年輕人全掌握了，眾人感到很吃驚。

但是門得列夫的老師批評他，說難道元素被他用紙牌這樣擺佈就能發現什麼規律嗎？結果這場討論也就不歡而散，但是門得列夫堅持自己的想法，不斷地尋找元素之間的規律，才得以日後發現元素週期律。

一天清晨，門得列夫經過一個夜晚的研究後，疲倦地躺在書房的沙發上，他預感十五年來一直縈繞心頭的問題即將迎刃而解，因此，這幾個星期以來他格外地努力。

十五年來，從他學生時代開始就一直對“元素”與“元素”之間可能存在的種種關聯感興趣，並且利用一切時間對化學元素進行研究。最近他感覺自己的研究大有進展，應該很快就能把元素間的關聯和規律串在一起了。

■門得列夫之夢

由於過度疲勞，門得列夫在不知不覺中睡著了。睡夢中，他突然清晰地看見元素排列成週期表浮現在他的眼前，他又驚又喜，隨即清醒過來，順手記下夢中的元素週期表。元素週期表的發現成了一項劃時代的成就，而因為在夢中得到靈感，所以人們稱為“天才的發現，實現在夢中。”但門得列夫卻不這麼認為，把這個累積十五年的成就歸功於“夢中的偶然”讓他忿忿不平。他說：“在做那個夢以前，我一直盯著目標，不斷努力、不斷研究，夢中的景象只不過是我十五年努力的結果。”

1860年，門得列夫在為著作《化學原理》一書考慮寫作計畫時，深為無機化學的缺乏系統性所困擾。於是，他開始搜集每一個已知元素的性質資料和有關資料，把前人在實踐中所得成果，凡能找到的都收集在一起。人類關於元素問題的長期實踐和認識活動，為他提供了豐富的材料。他在研究前人所得成果的基礎上，發現一些元素除有特性之外還有共性。例如，已知鹵素元素的氟、氯、溴、碘，都具有相似的性質；鹼金屬元素鋰、鈉、鉀暴露在空氣中時，都很快就被氧化，因此，都是只能以化合物形式存在於自然界中；有的金屬例銅、銀、金都能長久保持在空氣中而不被腐蝕，正因為如此它們被稱為“貴金屬”。

於是，門得列夫開始試著排列這些元素。他把每個元素都建立了一張長方形紙板卡片。在每一塊長方形紙板上寫上了元素符號、原子量、元素性質及其化合物。然後，把它們釘在實驗室的牆上排了又排。經過了一系列的排隊以後，他發現了元素化學性質的規律性。

門得列夫在批判地繼承前人工作的基礎上，對大量實驗事實進行了訂正、分析和概括，總結出這樣一條規律：元素的性質隨著原子量的遞增而呈週期性的變化，既元素週期律。他根據元素週期律編制了第一個元素週期表，把已經發現的63種元素全部列入表裡，從而初步完成了使元素系統化的任務。他還在表中留下空位，預言了類似硼、鋁、矽的未知元素的性質，並指出當時測定的某些元素原子量的數值有錯誤。而他在週期表中也沒有機械地完全按照原子量數值的順序排列。若干年後，他的預言都得到了證實。門得列夫工作的成功，引起了科學界的震動。

■元素週期表聞名於世

1854年，不滿21歲的門得列夫寫出第一篇化學學術報告。1855年，寫成自己的畢業論文《論同晶現象與結晶形狀及其組成的關係》。接著他以優異的成績，從聖彼得堡高等師範學校畢業，並獲得一枚金質獎章。1856年，聖彼得堡大學授予門得列夫物理和化學碩士學位。第二年，這個當年被拒之門外的外省中學生，被批准為該大學化學教研室副教授，此時門得列夫僅23
歲。1865年，他取得博士學位，並被正式任命為教授。

門得列夫的天才不僅僅表現在他找到了元素的性質週期性地隨著它們的原子量而改變的規律，更大膽地修改了一批當時公認的原子量，最令人欽佩的是，他在週期表留下了一些未知元素的空位，並預言它們的性質，其高度的準確性至今令人讚歎不已。這正是門得列夫作為元素週期律的主要發現者的主要原因。門得列夫對自己的預言曾寫道：“我決定這樣做，預言中的元素一個一個遲早會被發現，但也有可能這些週期表中的元素始終隱避著不讓化學家發現。”

隨著週期表的廣泛被承認，門得列夫成為聞名於世的卓越化學家，各國的科學院、學會、大學紛紛授予他榮譽稱號、名譽學位以及金質獎章。1882年，英國皇家學會就授予門得列夫以大衛金質獎章。1889年，英國化學會授予他最高榮譽“法拉第獎章”。

在1889年的夏天，門得列夫接受英國化學會的邀請，參加了“紀念法拉第的學術講演會”，當他站在講臺上講述週期表的作用和意義時感慨萬分。他在講演即將結束時說：“20年前我們發現了週期律，並根據它預言了尚未發現的三個元素的性質。那時曾指出過這樣性質的元素將來是一定會發現的，但是並沒有想到能在我的有生之年就會發現它們。我今天能夠在尊敬的英國化學會的各位會員先生面前，榮幸地報告說我的預言是完全準確的，這也是我完全夢想不到的事情。”

門得列夫除了發現元素週期律外，還研究過氣體定律、溶液化學理論、氣象學、石油工業、農業化學、無煙火藥、度量衡，由於他的辛勤勞動，在這些領域都頗有建樹。比如發現了氣體的臨界溫度並提出液體熱膨脹的經驗公式，提出了溶液的水合物理論，研製出新型無煙火藥—低氮硝化棉膠火藥。

■門得列夫晚年工作

1893年，門得列夫出任俄國國家度量衡檢定總局局長，負責制定各行業的標準和精密的度量衡標準測量的研究（這相當於現在中國的標準化委員會和計量委員會），他在度量衡局工作了十四年，一直到他光輝生命的最後一天。

門得列夫的晚年並不富裕，缺乏必要的照顧。他晚年撰寫自傳，整理已發表的文獻，他有一段話：“和我的名字相聯繫的只有四件事：元素週期律、氣體張力的研究、把溶液理解為締和以及《化學原理》。這就是我的全部財富。他們不是從別人那裡搶來的，而是由我自己創造出來的，這是我的成果，我極為珍視它們，啊，就像珍愛我的孩子一樣。”1907年2月2日，這位享有世界盛譽的俄國化學家因心肌梗塞與世長辭，那一天距離他的73歲生日只有六天。他的名著、伴隨著元素週期律而誕生的《化學原理》，在十九世紀後期和二十世紀初，被國際化學界公認為標準著作，前後共出了八版，影響了一代又一代的化學家。

■結語

門得列夫發現了元素週期律，在世界上留下了不朽的光榮，人們給他以很高的評價。恩格斯在《自然辯證法》一書中曾經指出：“門得列夫不自覺地應用黑格爾的量轉化為質的規律，完成了科學上的一個勳業，這個勳業可以和勒維烈(Urbain Jean Joseph Le Verrier)計算尚未知道的行星海王星的軌道的勳業居於同等地位。”元素週期律經過後人的不斷完善和發展，在人們認識自然，改造自然，征服自然的鬥爭中，發揮著越來越大的作用。

《臺灣化學教育》第三十期目錄／ 2019年3月

星期四 , 14, 3 月 2019 編輯助理未分類留言功能已關閉

《臺灣化學教育》第三十期（2019年3月）

目錄

n 主編的話

u 第三十期主編的話／邱美虹〔HTML｜PDF〕

n 本期專題【專題編輯／周金城】

u 設計適合國小學生動手做的化學實驗／周金城〔HTML｜PDF〕

u 設計適合國小學生動手做的化學實驗：「美國中學化學教材—分子問題單元」在臺灣小學高年級實施現況分析／周正秋、張自立、辛懷梓〔HTML｜PDF〕

u 設計適合國小學生動手做的化學實驗：低年級的學生也可以自己輕鬆製作標本／莊真真、張自立、辛懷梓〔HTML｜PDF〕

u 設計適合國小學生動手做的化學實驗：如何帶國小五年級學生動手進行萃取植物葉綠素實驗／張詩敏〔HTML｜PDF〕

u 設計適合國小學生動手做的化學實驗：國小學生調配不同比例玉米粉進行「擴溶現象」之探究／老嘉琪〔HTML｜PDF〕

u 設計適合國小學生動手做的化學實驗：國小學童進行電池取火「燃燒火種」活動／黃郁芬、張自立、辛懷梓〔HTML｜PDF〕

n 新知報導／多元文化的化學【專欄編輯／傅麗玉】

u 魔法黑白變–解開苧麻線漂白的秘密／傅麗玉〔HTML｜PDF〕

n 新知報導／多元文化的化學【專欄編輯／周金城】

u 鈣迴路捕獲二氧化碳技術與實驗／郭世文、周承志、洪振方、陳良瑞〔HTML｜PDF〕

n 課程教材／化學課程與教材【專欄編輯／李啟讓】

u 華氏、攝氏、克氏溫標與自製簡易溫度計／李啟讓、洪振方〔HTML｜PDF〕

n 新知報導／化學小故事【專欄編輯／周金城】

u 從科學史來認識科學本質—以燃素說為例／范賢娟〔HTML｜PDF〕

n 化學實驗／化學實驗含影片【專欄編輯／廖旭茂】

u 綠色膠黏，交聯：硼砂的取代調查／廖旭茂、王玉睿、梁書銘〔HTML｜PDF〕

n 課程教材／化學課程與教材【專欄編輯／劉燕孝】

u 利用手機App及雷切技術開發高中化學探究與實作課程—水中結晶紫的吸附去除與濃度測定／劉燕孝、廖家榮、趙君傑〔HTML｜PDF〕

第三十期主編的話／邱美虹

星期三 , 13, 3 月 2019 編輯助理主編的話, 第三十期/2019年03月 1 Comment

第三十期主編的話

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]

為慶祝國際元素週期表年 (International Year of Periodic Table of Chemical Elements, IYPT)，歐洲化學會(EuChemS)在2019年1月25日發表了一張稀缺元素(Element Scarcity)週期表，這張週期表依據元素在自然界的相對存量來呈現元素之間的關係。表中顯示，約佔空氣中21%的氧是含量充足的氣體，該慶幸的是這人類賴以維生的重要氣體含量充足，短時間內不會面臨短缺的危機。但是有一些金屬將在未來可能數十年或百年因人類過度使用3C科技產品，而使得這些金屬將逐漸在自然界中減量。根據歐洲化學會主席David Cole-Hamilton指出，大部分將面臨危機的元素大都是用在高科技產品的金屬元素，譬如銦(indium)是用來製作電腦或手機觸控式螢幕的金屬材料，由於人們不斷更新手機卻未有效的回收淘汰的3C產品，使得在自然界中存量本來就極微少的金屬，將面臨嚴重缺乏的威脅。手機中有超過30種的化學元素（表中有畫手機圖案者），其中大概有一半金屬元素可能都會在未來的一百年內會逐漸因為過度使用或是未適當回收而減少自然界中的存量。根據Cole-Hamilton理事長指出，英國每個月有100萬支手機被汰換而歐盟整體則是每個月就有將近1000萬手機在更換中。若沒有適當的回收方法與政策，那自然界中的某些元素將逐漸或甚至快速地減少，依此驚人的速度，大概20年後我們就會缺少可製作手機的銦元素和其他依些金屬，屆時是否會影響與威脅我們生活的便利性呢? 這實在是值得我們去深思的問題。David Cole-Hamilton呼籲大家別將不用的手機留在家中的抽屜裡，應該要讓它們回收，而且也不要常換手機，資源才不會越用越少。同理，他也呼籲大家別再用裝氦氣的派對氣球，氦氣可能會在空中散失，無法回收再利用，而氦氣卻是可用在核磁共振成像(MRI)掃描器和深海潛水(氦氧替代空氣)上的重要氣體。這張新的稀缺元素表實在值得好好認識與瞭解的。

圖一繁體中文版EuChemS週期表由化學會和國立臺灣師範大學合作製作

本期專刊是以國小化學教育為主題，由周金城教授負責主編，其文章從周正秋的「美國中學化學教材—分子問題單元」在臺灣小學高年級實施現況分析談起，此次12年國教中首次納入粒子的概念，此文的介紹可做為教材設計之參考。莊真真的「低年級的學生也可以自己輕鬆製作標本」、張詩敏的「如何帶國小五年級學生動手進行萃取植物葉綠素實驗」都是很實用的教學活動設計素材，老嘉琪的「國小學生調配不同比例玉米粉進行「擴溶現象」之探究、黃郁芬的「國小學童進行電池取火「燃燒火種」活動」。

常態性文章由多位作者賜稿，有原住民化學活動(傅麗玉)、針對學科內容的加深加廣(郭世文、周承志、洪振方、陳良瑞合著和李啟讓與洪振方合著)、科學本質的評介(范賢娟)、化學創意實驗的介紹(廖旭茂、王玉睿、梁書銘)、以及科技融入探究與實作(劉燕孝、廖家榮、趙君傑)，每篇都精彩實用，值得細細品味。

參考文獻

Element Scarcity-EuChemS Periodic Table (2019)下載於https://www.euchems.eu/euchems-periodic-table/?fbclid=IwAR3yJVEpIzHdiSuhJMCLY3KJgNJtN7xD1fc8iuN8lsNginfx_ZvPQ4PArKs

Specktor, B. (2019). Europe’s “New” periodic table predicts which elements will disappear in the next 100 years. LiveScience, https://www.livescience.com/64596-new-periodic-table-shows-helium-scarcity.html

設計適合國小學生動手做的化學實驗／周金城

星期二 , 12, 3 月 2019 編輯助理本期專題, 第三十期/2019年03月留言功能已關閉

設計適合國小學生動手做的化學實驗

周金城

臺北教育大學自然科學教育學系

[email protected]

l 十二年國教自然領域課綱國小階段說明

十二年國教自然領域課綱之特色與原則，在國民小學教育階段是:1.強化以「主體經驗」為主，「客體經驗」為輔；2.著重觀察、親身體驗和具體操作；3.培養學習興趣、保有好奇心；4. 根據觀察體驗提出自己看法；5.從生活中察覺問題(十二年國教自然領域課綱，2018)。如何設計給國小學生可以動手做且生活化的科學實驗，並且可以在國小教室中能實際帶學生進行實驗，是許多國小教師的挑戰。許多有趣的科學實驗，受限於時間、經費、設備、場地、安全性、學生能力等考量，在國小的教室中進行並不容易，要如何轉化成為國小學生可以實際執行的科學實驗，若能有國小教師願意將實際帶學生進行科學實驗的教學經驗分享，則其他教師就可以據此加以修改減少摸索的時間。

參照十二年國教國民小學教育階段自然領域課綱，國小教師未來在設計科學實驗活動上，可以注意以下以幾個部分。國小自然內容選擇上，以日常生活可實際觀察的題材為主，並能引發學生的探索興趣。讓學生可以透過觀察、資料收集、比較分析與實驗等方法來找尋答案。國小自然實驗設計上，在「進行實驗探究時，學生能夠將實驗結果做描述性或數量化的分析，並利用合適的方式或型式表達探究之過程、發現或成果。」因此，設計實驗活動時，能讓學生展示與發表實驗結果是重要的，可以讓他們彼此觀摩與學習。國小自然議題的選擇上，「配合學生日常生活情境中所遭遇科學環境相關議題如：能源使用、環境汙染、生態破壞等，選擇合適議題，引導學生透過資料收集、論證、合作專題探究等多元學習方式，建立正確的認知，養成良好的態度與技能並落實於生活之中。」國小自然教學流程設計上，「可採結構式探究活動，循序漸進，由教師提出具體的研究問題，指導學生體驗從事科學活動的歷程，如設計研究流程、收集資料與分析、提出解釋與結論。透過實地操作探究活動，學生能認識和使用適當的測量工具，觀察自然事物的變化，思考造成變化的因素，進而選取其中的變因，設計實驗流程，實際操作，進行資料的收集與分析。」(十二年國教自然領域課綱 p67-74，2018)

l 本期專題文章簡介

本期專題共有五篇文章，都是有經驗的國小教師將常見的化學實驗轉化成在國小教室中可以實際讓學生動手進行實驗與討論的教學經驗分享。我們可以透過網際網路搜尋很多設計完整的化學實驗，但我們比較缺乏的是這些化學實驗在國小中該如何來修正與進行，以及學生在做實驗時常會有哪些操作上的錯誤問題，或是這個實驗所涉及的相關科學概念學生會有哪些迷思概念等。要知道這些問題的答案，在過去需要教師多年教學經驗的累積，而現在資深教師透過網際網路的社群分享，讓新手教師可以減少摸索的時間，並讓經驗得以累積。

第一篇”「美國中學化學教材—分子問題單元」在臺灣小學高年級實施現況分析”是周正秋老師利用美國化學學會所出版的中學化學實驗教材中有關分子實驗設計，在台灣的小學高年級的教室中進行教學的經驗分享，利用已經開發的國外教材，改編成在適合台灣教室中可以進行的教學設計，對國小教師而言是一個很重要的能力。

第二篇是莊真真老師所撰寫的”低年級的學生也可以自己輕鬆製作標本”，利用環氧樹脂的A劑與B劑，讓一年級學生將乾燥的昆蟲軀殼放入做成漂亮的水晶標本，藉由像美勞一樣的活動，從中體會環氧樹脂的A劑與B劑相加後放熱與硬化的化學反應過程，雖然沒有辦法清楚對國小一年級學生解釋化學反應，但也讓學生在動手做的過程中能觀察、親身體驗和具體操作。

第三篇文章是”如何帶國小五年級學生動手進行萃取植物葉綠素實驗”，張詩敏老師設計一個讓國小五年級學生動手做探究與實作的活動，比較不同溶劑萃取葉綠素的效果，並讓學生進行實驗紀錄與比較。

第四篇文章是”讓國小學生調配不同比例玉米粉進行「擴溶現象」之探究”，是由老嘉琪老師所設計改編自常見的非牛頓流體實驗，加入國小五年級所學的酸鹼溶液性質，探究對非牛頓流體性質的影響，是符合國小高年級學生能力的設計。

第五篇是”國小學童進行電池取火「燃燒火種」活動”，由黃郁芬老師所設計改編電池打火機的實驗，讓學生重複操作網路上的實驗影片內容，確認網路影片實驗結果也是對學生很好的訓練，訓練學生思考網路上的影片是否真的都可以輕易完成，還是需要有一些要注意的實驗技巧，甚至發現網路實驗影片可能是假的。

以上五篇都是由國小在職教師所設計或改編的實驗活動，都在教學現場實際進行教學過，也對教學過程提出改進的省思，相信可以給其他對國小化學實驗設計有興趣的教師，提供一個國小化學實驗教學上的參考。

l 結語

要設計可以實際在國小進行的化學實驗並不容易，最難的部份是要能了解學生在實驗室中的各種突發狀況。最近筆者帶大四的國小師培生到國小進行三周教學實習，其中五年級自然實驗活動就是使用點燃的線香插入充滿氧氣的瓶中觀察氧氣的助燃現象，看似簡單的實驗，卻有五年級在實驗過程中因為疏忽導致被點燃的線香燙傷。如何設計安全有趣的化學實驗相當重要，在整個實驗活動的安全流程設計需要長期教學經驗的累積，藉由國小教師彼此間分享教學經驗，才能夠讓實驗教學能越來越精進。

參考資料

教育部(2018)。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–自然領域課程手冊。台北市:教育部。

設計適合國小學生動手做的化學實驗: 「美國中學化學教材–分子問題單元」在臺灣小學高年級實施現況分析／周正秋、張自立、辛懷梓

星期一 , 11, 3 月 2019 編輯助理未分類, 本期專題, 第三十期/2019年03月留言功能已關閉

設計適合國小學生動手做的化學實驗:

「美國中學化學教材—分子問題單元」

在臺灣小學高年級實施現況分析

周正秋^1,3,*、張自立²、辛懷梓²

¹國立臺北教育大學自然科學教育學系碩士在職專班

²國立臺北教育大學自然科學教育學系

³臺北市立大安區仁愛國民小學

[email protected]

■前言

在十二年國民基本教育課程綱要自然科學領域課程手冊初稿中的新舊課綱學習內容的對照表裡提到:在自然界的組成與特性的課題中學習內容Ina-III-1物質是由微小的粒子所組成，而且粒子不斷的運動。九年一貫課程綱要安排在第四學習階段之認識物質，以及次主題120物質的組成與功用第三學習階段物質可以分解與組合實施。新課程綱要則將此課程內容調移到第三學習階段實施，但以物質可以分解為更小的粒子，不必提及原子的概念(教育部，2017)。

目前的自然領域教材在國小六年級上學期關於「熱對物質的影響」的課程裡安排了多項實驗，如物質受熱後可以恢復原狀或無法恢復原狀的變化、物質三態皆有熱漲冷縮的現象、熱的傳播方式…，對於剛進入自然領域教學的菜鳥「老」老師–我而言，大多只能按照課本中的內容來進行教學活動，剛開始我會擔心面對學生在課堂上的臨時提問答不出來的窘境，因此在上課前便會將廠商提供的教師手冊、教師專用課本一看再看。即使在教過一年(7個班級)之後，對於教材與教法也只是處在較為熟稔的階段。

去年9月有幸進入國北教大自然教育研究所就讀，在化學特論周老師的課堂上，接觸到美國中學的化學教材，它的第一章就是在探討物質–固態、液態和氣態，因此萌生了想要把該章節中與六上「熱對物質的影響」有關的內容加入我的課堂教學之中的想法。在翻譯第一節分子重要性的過程中，讓我感受到臺灣與美國教材的差異，一開始便讓學生知道這個章節的重點概念是什麼，讓學生透過各種有系統的活動操作，從中去觀察、去紀錄自己看到的現象為何?如何解釋這種現象?並試著提出自己的看法。同時在教學過程中能利用現代的科技–網路媒體資源，讓學生能具體的體現水分子的各項活動。

因此，筆者試著將美國中學的化學教材(美國化學學會，2018)第一章第一課分子問題的教材內容翻譯，融入在自然課程康軒版國小六年級上學期的第二單元熱對物質的影響教學內容中來實施。希望藉由這樣的教學活動讓六年級學生對於物質的組成與特性能有更進一步的認識。

■物質的組成是什麼？

物質是一個科學上沒有明確定義的詞，一般是指靜止質量不為零的東西。物質也常用來泛稱所有組成可觀測物體的成份。所有可以用肉眼看到的物體都是由原子組成，而原子是由互相作用的次原子粒子所組成，其中包括由質子和中子組成的原子核，以及許多電子組成的電子雲。一般而言科學上會將上述的複合粒子視為物質，因為它們具有靜止質量及體積。原子本身並非靜止不動，而會因溫度影響不斷做熱運動(振動)。物質中的原子由於電力的作用而產生鍵結，此鍵結使得原子間會保持在某一特定的平均距離(穩定距離)，當原子間距太近時會有排斥力，太遠時則會產生吸引力(信望愛文教基金會，2017)。

美國物理學家費曼在教學時使用的《物理學講義》(The Feynman Lecture on Physics) 第一冊第一章曾說：假如由於某種大災難，所有的科學知識都弄丟了，只有一句話可以傳給下一代，如何才能使用最少的詞彙來傳達最多的訊息？就是：「所有的物體都是由原子所構成。」(科學園，2010)

表一有關物質的三態的微觀解釋

物質

金屬的晶體結構及混合物

化合物

組成

物質由同類原子或不同類原子聚集而成

物質由同類原子或不同類原子結合而成

成因

原子之間主要以電磁力的交互作用，使彼此間維持適當的距離。原子不停地運動著，當彼此略微離開時會相互吸引，而當彼此靠近時則會相互排斥。

例如：兩個氧原子結合成為一個氧分子，或兩個氫原子與一個氧原子結合成為一個水分子。原子之間形成化學鍵，將分子內的原子束縛成為一定的形狀，但原子不停的振動，動態地維持一定的平均距離。

固態

a. 固體內的原子呈現規則的排列。

b. 原子在各自的平衡位置附近作凌亂無序的微小振動，這種原子的運動現象與溫度有關，稱為熱運動。

c. 當溫度不高時，在電磁力的強力束縛下，原子間無法產生結構性的改變，故固體有一定的體積及一定的形狀。

a. 在熔點以下的溫度時，物質呈現固態。

b. 原子與分子形成排列整齊的晶體結構並維持一定的相對位置。

c. 原子與分子僅能在其排列位置上振動而不能自由移動，因此固體有一定的體積及一定的形狀。

液態

a. 溫度升高時，原子的熱運動加劇，振動現象變得較為激烈，原子可以掙脫在固定位置上的束縛，此時固體將熔化成為液態。

b. 液體有一定的體積，但沒有一定的形狀。

a. 溫度高於熔點、又低於沸點時，物質呈現液態。

b. 分子內原子的振動速度增大，分子的運動速度也增大，打破晶體結構的束縛，使分子可以自由移動，但分子間仍有電磁力的約束，使相鄰分子間仍保持一定的平均距離。

c. 液體有一定的體積，但沒有一定的形狀。

氣態

a. 溫度再升高時，原子的振動更為激烈，可以掙脫彼此間的束縛，每個原子可以不受拘束的自由運動，此時的狀態稱為氣態。

b. 氣體沒有一定的體積，也沒有一定的形狀。

a. 溫度高於沸點時，物體呈現氣態。

b. 分子的平均運動速度甚大，使得分子間不再相互束縛，每個分子皆可自由運動，因此氣體沒有一定的體積、也沒有一定的形狀。

c. 分子內的每個原子不斷在振動，分子也在快速的移動與旋轉，與器壁發生碰撞時產生壓力。當溫度增高時，分子的運動速度增大，即可使氣壓增大。

資料來源:科學園(2010)。高中物理(高一)Chap2-1物質由原子所組成。

■本課程實驗器材

一、每組的材料:小杯水、滴管、兩根冰棒棍、蠟紙、2張大型的索引卡(5×8”)、膠帶

二、演示材料:高透明塑膠杯、室溫水、白紙、食用色素(紅色、藍色或綠色)

■教學流程

壹、準備活動(引起動機)

1. 討論一下化學和物質

你可以透過簡短的討論來開始上課。詢問學生他們的想法–關於化學的研究可能是甚麼。你可以感受到學生以前的知識，找出一些迷思概念，並試圖讓學生在“同一層面”。告訴學生化學是研究關於物質及其作用為何的一種學習。你也可以這麼說，化學是關於物質如何在一個非常小的狀態下產生作用的研究。詢問學生，地球上常見的三種物質型態（固體，液體和氣體）。

(1) 向學生提問如下，以引導他們的思考：

•什麼是物質的一些例子?

告訴學生，物質被定義為有質量並占有空間的任何物品。以水為例繼續討論。

•水是否有質量，是否佔用空間？

一桶水是非常重的。它天生就有質量，它也佔用桶子的空間。由於它有質量和占用空間，所以水是一種物質。但是，這只是一開始，在化學方面，我們想要更深入地了解物質是如何形成和如何作用的。

(2) 給每個學生一個活動表

學生將記錄他們的觀察結果並回答有關活動表上的相關問題，不論是以一個班級、分組或單獨的方式來完成，完全取決於教學者的指示。他們可以原子和分子來解釋它或者採取進一步的部分活動表來完成，並且可以從活動手冊的教師版本中發現問題和答案。

貳、發展活動

l 探索

1.設計一個活動來探索水分子間彼此的引力

在這個活動中學生仔細觀察一滴水及其在蠟紙上移動的情形，他們會看到水滴很容易聚在一起卻不容易分開的現象。目的是要讓學生開始思考關於水或是任何實體，在分子水平上得到水分子彼此間互相吸引的結論，產生這些吸引力的原因會在後面章節中討論。

進行問題調查

水是否容易結合在一起?

每組材料

裝水的小杯子、滴管、2根冰棍棒、蠟紙(wax paper)、2張大的索引卡片(5×8”)、膠帶

教師準備

用蠟紙將索引卡完全覆蓋住，並在蠟紙邊緣處用膠帶固定，為每組準備兩張卡。

操作步驟

(1)      使用滴管輕輕擠壓出一滴水，但不要讓這滴水完全從滴管中落下。在不讓懸掛在滴管上的水掉落下來的狀態下，看看你可以移動多遠。

(2)      將4或5滴水放在蠟紙上，使它們聚集成一滴中等尺寸的水珠。

(3)      輕輕地將蠟紙向不同方向傾斜，以使上述活動中的水珠移動。

(4)      使用你的冰棒棍在蠟紙上慢慢移動你的水珠，並嘗試使用你的冰棒棍將水珠分成兩個。

(5)      用你的冰棒棍將兩滴水珠移近彼此。只要移動其中之一，就可以讓兩滴水珠合一。

3.紀錄和討論學生的觀察

在回答後續問題活動之前，讓學生有時間記錄他們的觀察結果。一旦他們開始回答問

題，必須以整組的方式來進行討論。

(1) 當你從滴管中擠出一滴水時，水是否破裂？還是在一起的？

(2) 當你傾斜蠟紙時，水珠是分散或是在一起的？

(3) 當你在蠟紙上拉起水珠時，水珠看起來是聚合在一起還是容易分開的樣子？

(4) 當你試圖分開你的水珠時，它很容易被分開嗎？

(5) 當兩滴小水珠碰在一起時發生了什麼事？

預期結果

當蠟紙傾斜或移動時，水珠會堆在蠟紙上並保持在一起的型態，要把這樣的水珠分成兩個是很困難的。當水珠一接觸到彼此，便會快速且容易的結合在一起。


圖一：從滴管中擠出一滴水珠	圖二：試著讓水珠不掉落

圖三：將一滴水珠移近另一滴水珠	圖四：兩個水珠聚合成一個較大的水珠

4.做一個實驗證明水分子是在運動

材料

高透明塑料杯、室溫水、白紙、食用色素（紅色，藍色或綠色）

步驟

(1) 加室溫水至杯中，大概到3/4杯。

(2) 讓學生仔細觀察，當你添加一到兩滴食用色素到水杯時，別太快，讓顏色慢慢地混入水中。

(3) 拿起杯子，並在杯子後面放上一張白紙，讓學生更容易看到顏料在水中移動和混合的情形。

預期結果

一滴食用色素會慢慢移動並混入水中，最後所有的杯子中的水分會被均勻著色。

詢問學生

你的觀察如何支持水分子正在移動的想法？

幫助學生理解，由於水分子移動並將顏色向各個方向推動，因此食用色素混入水中，同時食用色素本身的分子也正在運動。

注意：在美國中學化學教材第五章中，學生將會知道水分子和著色分子對彼此是相互吸引的。這些吸引力也有助於解釋水中顏色的混合。

l 說明

5.展示在液態水中顯示分子的動畫。

顯示液體的分子模型動畫粒子。

www.middleschoolchemistry.com/multimedia/chapter1/lesson1#particles_of_a_liquid

解釋一下，小球是代表水分子，讓學生知道，現在，你將使用圓或球來表示分子和原子，但最終他們會使用更詳細的模型。現在，學生應該關注分子的運動，它們如何相互作用，以及它們之間的距離。這就是為什麼他們相互移動，但彼此距離不遠。

6.讓學生在分子水平上繪製自己的水模型和完成活動表。

繪製或投影插圖水分子

www.middleschoolchemistry.com/multimedia/chapter1/lesson1#water_molecules

向學生解釋這是一個水分子模型。指出這些分子沒有任何確切的順序，但彼此靠近。它們有一彎曲的“運動線”來顯示分子正在移動。讓學生在他們的活動表單上繪製分子水平的模型。他們應該使用之前教學者顯示的模型來做為引導。

學生的圖畫應該顯示分子是：

隨機排列
因為彼此吸引，所以彼此靠近
相互移動但不能分開

圖五繪圖顯示分子運動方式

確保學生認識到這個模型顯示的水分子比實際上大得多。水分子不僅體積小，它們的數量也非常多。一滴水是由超過十億億個極小的水分子所組成。

為了讓學生了解水分子是多麼小，你可以告訴學生以下幾點：在大約1湯匙的水裡，大約有6000億億個水分子。如果你能每秒鐘計算一百萬個水分子，那就需要大約2億年的時間才能計算出一大湯匙水中的所有分子。原子和分子數量巨大，規模卻小得令人難以置信。

l 延伸

7.展示影片，讓學生看到一個水分子互相吸引的例子
顯示慢動作彈出的水氣球的影片。

www.middleschoolchemistry.com/multimedia/chapter1/lesson1#water_balloon

詢問學生

•你為什麼認為在氣球爆裂的時候，水保持了它的形狀？

學生們應該意識到，水很好地保持在一起，因為水分子是相互吸引的。

•想像一下，你的手指上掛著一滴水。氣球彈出後，這與水一起怎麼樣?

這也可以藉由水分子彼此間極具引力的現象來解釋。

額外的延伸

如果你有時間，讓學生有機會玩水滴遊戲。

1.水滴，團結力量大(見附錄三)
教師準備
給每組2張「團結力量大」表。

程序

(1) 把一張蠟紙粘在「團結力量大」表上。

(2) 在外面的每個小圓圈裡放5滴水。

(3) 盡快地用你的吸管將每一個小圈裡的水滴拖到中心的大圓圈裡。當所有水滴都聚集在大圓圈裡，就表示你完成了。

(4) 挑戰你的伙伴，看看誰能最快地把所有的水滴團結在一起。

2.水珠競速比賽(見附錄四)

教師準備
為每組準備2張水珠競速比賽(Race Drop Raceway)表。你和夥伴可以跟著下面的方向來和對方比賽。

程序

1. 將“Race Drop Raceway”表單放在一張硬紙板上加以固定。

2. 在“Race Drop Raceway”表單上粘上一張蠟紙。

3. 在「開始」處滴上2-4滴水，讓它成為一個較大的水滴。

4. 把紙板傾斜，引導表單上的水滴沿著賽道盡快的滾落到「終點」處。盡量不要碰

到賽道的邊緣，最快完成的便是勝利者。

參、綜合活動

■學生課程回饋單

筆者在學習單背面設計了一份問卷，調查學生對此次實驗與活動的看法及收獲，回答問卷的六年級學生共28人，男15人、女13人，問題與摘錄如下。

問題1你對這個活動所感受到的喜愛程度如何？

表二：學生回答問題的答案統計

選項	非常喜歡	有點喜歡	普通	不太喜歡	非常不喜歡
人數	18	9	1	0	0
比率	64.29%	32.14%	3.57%	0%	0%

由表一可知道，有64.29%的學生在教學活動結束後，對於此課程的感受是「非常喜歡」，32.14%感到「有點喜歡」，有1位學生回應喜愛程度「普通」，因為這位學生對這個活動沒有那麼感興趣的緣故。因此，整體而言，對六年級的學生而言，這樣的課程設計是他們能夠接受而且是受到喜愛的。

問題2 承上題，為什麼你會勾這個選項？因為…

根據參與學童的問卷回饋，他們之所以會勾選喜歡的原因是對課程活動感到好玩、可以競賽和玩遊戲，對於日常隨處可見的水珠竟然有不易分開卻可以輕易的聚合在一起的現象感到很新奇。本次進行實驗的學生班級共有28位學生，以S01～S28為代號，摘錄幾位同學特別的學習感受，分享給大家(如下所示)。

S02：有點喜歡，因為我喜歡自然科的活動，而且很好玩。

S06：非常喜歡，因為我覺得這些水珠的實驗很有趣。

S10：非常喜歡，因為我覺得這個活動是在生活中不難見到的，但是卻沒有深入瞭解。

S11：非常喜歡，因為水分子的活動在家裡也可以玩。

S14：有點喜歡，因為活動中的遊戲很好玩。

S15：有點喜歡，因為我覺得水有很多種變化，令人感到有趣。

S21：非常喜歡，因為我本來就喜歡觀察水分子。

S25：非常喜歡，因為我覺得這個活動很好玩，可以競賽和玩遊戲。

S27：非常喜歡，因為它很有趣又可以學到豐富的知識，我喜歡這樣的課程。

S28：非常喜歡，因為覺得這活動非常棒，讓我增加很多知識。

問題3 在這次的課程中，你學到了什麼？

課程結束後，學生是否學習到課程中的核心概念，是教學者設計課程的主要目標，本次進行課程的學生學到了什麼，根據參與學童的問卷回答，他們在課程活動中的主要學習收穫是了解如何利用水分子的拆分、聚合來理解物質是由極小的粒子所組成；水分子會碰撞產生運動，因此物質中的粒子也可以運動。筆者摘錄如下：

S02：我學到了水分子的特性。

S06：水珠的分子會因為相互碰撞，而分開。

S10：我學到了水分子的運動和特性。

S11：我學到了水滴聚在一起是容易的。

S14：我學到了:1.水分子的運動2.水分子會互相吸引3.水分子有擴散的性質。

S15：我學到水分子會互相聚集，所以氣球破掉時，水會維持一樣的形狀。

S21：水分子的碰撞和路線，和水不容易分散。

S25：我學到了水分子容易聚集且不易分散，還有水分子會運動。

S27：我學到水分子易聚合但不易分散。

S28：我學到了原來水很難拆分，但很容易加入在一起。

圖六學生填寫課程回饋單

■教師的教學省思

經由學生們在完成上述課程後所填寫的課程回饋單，讓筆者可以了解學生們心中對此課程活動的真實想法。只要能結合他們的生活經驗、有趣又能動手做的課程，即使是用問答式的課程內容來進行教學，學生也能透過實際的操作、觀察與紀錄來了解教材內容所欲傳達的知識。在自然科學課程當中多給與學生實際動手做的教學方式會比講述式的教學來得活潑有趣，較能吸引學生的注意力，也更能讓學生體悟「做中學」的重要性，對於提升學生的學習成效是有助益的。

在現代科技一日千里的今天，身為老師的我們，不能只單靠一本教科書或者是一本教師手冊來進行教學活動，我們應該善加運用影音媒體或電腦科技，讓一些不易在課堂上呈現的現象或實驗結果可以透過影片、動畫、互動式的教學媒材，具體的呈現在學生眼前，幫助他們去了解、去分析課程內容所欲傳達的知識，甚至能激勵學生們做更進一步的探究。

■課程實施過程及注意事項

一、本次主要課程活動設計大約需一節課的時間，在進行探索活動前先發下活動紀錄表給學生，讓學生能對此活動實施的目的、步驟與要觀察的事物加以瞭解，並在活動過程中詳實記錄下所看到的現象。

二、因為在進行此實驗前尚無法取得蠟紙(wax paper)，故而此實驗中的蠟紙先以塑膠膜暫代(水滴可在膠膜上移動)；為了避免紙張受潮，已在課前事先將各種表單加以護貝；為了易於觀察水滴在紙上的移動情形，因此以藍色紙張來印製表單。

三、因為室溫中的水滴是透明無色的，不易觀察它的各種變化，因此，事先在水裡添加紅色顏料，讓學生容易看到滴管中擠出的水滴形態與水滴在表單上的移動情形。

四、筆者試著利用五種不同材質的紙張來進行水滴移動及分合的活動，結果發現，效果最佳的是蠟光紙，水滴在蠟光紙上可以輕易移動與進行分合，不易留下水漬；其次是烘焙紙，易讓水滴移動與分合，但容易留下水漬；至於表面有覆膜的牛皮紙、卡典西德紙(膠膜)及護貝過的紙，雖然不會被滲透，但容易在移動過程中留下水痕，因此水滴移動與分合的實驗成效不如使用蠟光紙和烘焙紙(圖七~圖十)。


圖七:實驗前	圖八:進行實驗中

圖九:進行實驗中	圖十:實驗後

■結語

很高興能順利的在自己的教學課堂上完成這個課程，雖然目前只有在一個班級中實施。但能看到學生們驚奇且樂於學習的表情，也讓我備感欣慰。誠如S10學生所言:這個活動是在生活中不難見到的，但是卻沒有深入瞭解，期望藉由此課程的進行能讓同學們了解到生活中處處皆科學的道理。

■參考資料

1. 教育部(2017)。十二年國教自然科學領域課程手冊(初稿)。2018年 1月15日，取自:

https://www.naer.edu.tw/ezfiles/0/1000/img/67/196757124.pdf

2. 美國化學學會(2018)。美國中學化學教材。2018年 1月14日，取自:

http://www.middleschoolchemistry.com/lessonplans/chapter1/lesson1

3. 信望愛文教基金會(2017)。項少龍老師物理1進階講義。2017年12月29日，取自:

https://www.learnmode.net/flip/book_reader/423

4. 科學園(2010)。高中物理(高一)Chap2-1物質由原子所組成。2017年12月29日，取自:

http://enjoy.phy.ntnu.edu.tw/mod/resource/view.php?id=20561

5. 康軒書局(2016)。國民小學自然與生科技教師手冊第七冊(第三版)。臺北市:康軒。

■謝誌

在此感謝國立臺北教育大學自然科學教育學系106學年度第1學期化學特論(一)周金城教授與全體同學協助，提供本文架構調整與內文修正之意見，讓本文可以更好，在此謹深摯謝忱。

「附錄」

設計適合國小學生動手做的化學實驗:低年級的學生也可以自己輕鬆製作標本／莊眞眞、張自立、辛懷梓

星期日 , 10, 3 月 2019 編輯助理本期專題, 第三十期/2019年03月留言功能已關閉

設計適合國小學生動手做的化學實驗:

低年級的學生也可以自己輕鬆製作標本

莊眞眞1, 3, *、張自立2、辛懷梓2

1國立臺北教育大學自然科學教育學系碩士在職專班
2國立臺北教育大學自然科學教育學系
3新北市立板橋區海山國民小學

*[email protected]

n 前言

在4年級下學期的自然課程中，有一個認識昆蟲的單元，學生們養了紋白蝶的幼蟲，養了鍬形蟲和獨角仙，這些昆蟲的生命都是精彩又短暫的，這些紀錄觀察死亡後的蟲體就這樣隨意丟棄豈不是很可惜，如果可以將這些蟲體製作成標本，不但可以永遠的欣賞牠的美，學生在製作過程中，必須長時間仔細觀察昆蟲，因此，對昆蟲的了解也會有所精進，有了這些原因及想法，讓我決心帶著我今年帶的國小一年級學生來製作水晶昆蟲標本。

n 「水晶昆蟲標本」介紹

將最喜愛的昆蟲，讓牠的美麗化為永恆，由於水晶標本是透明的，蟲體的每一個細節都可以看得非常清楚，非常方便日後再仔細的觀察研究。

n 課前準備

材料:

1.環氧樹脂(主劑A膠)+B膠(硬化劑)2.乾蟲體(自行準備，也可用貝殼或乾燥花替代)

3.攪拌棒(實心)4.塑膠透明杯5.矽膠模具6.電子秤


圖1 實驗材料	圖2 實驗藥品	圖3 模具

模具也可以使用製冰盒或保鮮盒〈好脫模的容器都可以使用，請勿使用紙類的容器裝。

n 教學活動設計

一、引起動機

小朋友，四年級的哥哥、姊姊們上自然課，有養很多小昆蟲，昆蟲的單元即將結束，四年級的哥哥、姊姊們所養的獨角仙相繼死去，有沒有同學想過，這些辛苦養的獨角仙死去後要如何處理?我們是否可以想一想，要怎麼做才可以不讓獨角仙及其他昆蟲成為螞蟻或蟑螂的美食?

二、發展活動

活動一：處理蟲屍及乾燥蟲體

1. 先將已經死亡的蟲體置於保麗龍板上，然後在身體的兩邊用昆蟲針固定，並調整其附肢的姿勢，使看起來像站立休息或走動栩栩如生的樣子，同時以昆蟲針固定附肢在保麗龍板上。

圖4 將死亡的甲蟲固定姿勢

2. 將此標本連同保麗龍板放在烘乾箱或通風有陽光的走廊及陽台邊風乾，製作過程注意不要被螞蟻或蟑螂吃食。如果蟲體體型較大，烘的時間要較久才能保持乾燥。

活動二:介紹 AB膠

說明環氧樹脂之主劑A膠與硬化劑B膠以適當比例混和後，會開始硬化與放熱。不同的比例會影響成品的好壞。


圖5 環氧樹脂A膠主劑	圖6 環氧樹脂B膠硬化劑

活動三:模具介紹

這種類似的軟矽膠膜，脫膜快又平整漂亮。(保鮮盒及製冰盒也很好脫膜)


圖7 適合使用的模具範例

活動四:如何調製比例剛好的AB膠

1. 完美比例的水晶膠調製。

製作步驟:

(1) 將水晶膠依正確比例的重量比例倒入杯子中。

(2) 以實心的攪拌棒慢速攪拌AB膠，使A膠和B膠充分混勻。

注意事項:攪拌時動作要輕柔，避免產生氣泡，否則包埋的成品會有氣泡。

若氣泡過多，可以將杯子放到溫水中浸泡趕走氣泡，但水溫不宜超過55℃，否則膠體會迅速硬化，無法使用。

活動五:灌模

1. 將乾燥完成的蟲體放入模具內完成灌模。



圖8 灌模製作過程

注意:在第一次灌模不可以一下倒太多AB膠，因為浮力的關係，標本會到處飄移，要先倒一點，放入標本等AB膠乾後，再倒入第二次AB膠進行包埋，這樣標本才會再固定在中間。

活動六:結果與討論及分享

1. 水晶標本成果發表。

2. 反思與學習單的填寫。

3. 器材的收拾與整理。

圖9學生製作的成品(一)

圖10學生製作的成品(二)

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圖11學生製作的成品(三)

圖12學生開心的展示製作的成品

n 學生實驗操作過程

市售的環氧樹脂(主劑)+硬化劑一共有多款型號，最常用到的是E-700+H-190另一組是E-120C+H-100，在製作的過程中學生提問:如果不照廠商配好的編號去調AB膠，那會變成怎麼樣?這二款到底差別在哪裡呢?

我們將水晶膠的調配做了些調整，我們將操作變因分別讓學生用不同款的型號環氧樹脂去調配，看看哪一款的環氧樹脂製作出來的水晶標本最成功。(圖二)(圖三)

警語:環氧樹脂和硬化劑(AB膠)為化學物品，學生在操作時應戴上口罩及護目鏡，以免學生吸入有毒氣體或是被AB膠噴到眼睛。

操作時的環境應選擇在有窗戶的通風地點，老師一定要在旁邊隨時提醒學生。

實驗目的	製作出最完美的水晶標本
控制變因	1. 環氧樹脂(主劑3)+硬化劑(1)，以3:1的量下去調配。 2. 使用一樣大小及材質的透明塑膠杯。 3. 使用一樣的模具。
操作變因	A組	B組	C組	D組
操作變因	E-700+H-190	E-700+H-100	E-120C+H-190	E-120C+H-100
實驗步驟	1.先將塑膠杯E-700主劑10g+H-190硬化劑3g。 2.慢慢的攪拌直至混合，液體清澈透明。 3. 將混合的AB膠慢慢的灌入模具，等待凝固硬化。	1.先將塑膠杯E-700主劑10g+H-100硬化劑3g。 2.慢慢的攪拌直至混合，液體清澈透明。 3. 將混合的AB膠慢慢的灌入模具，等待凝固硬化。	1.先將塑膠杯E-120C主劑10g+H-100硬化劑3g。 2.慢慢的攪拌直至混合，液體清澈透明。 3. 將混合的AB膠慢慢的灌入模具，等待凝固硬化。	1.先將塑膠杯E-120C主劑10g+H-190硬化劑3g。 2.慢慢的攪拌直至混合，液體清澈透明。 3. 將混合的AB膠慢慢的灌入模具，等待凝固硬化。
實驗結果	可以硬化(時間很長)	可以硬化(24h內)	可以硬化(時間很長)	可以硬化(24h內)


圖13剛調好的AB膠是液態狀，C 組明顯混濁，起很多泡泡	圖14在1個小時後，AB膠還是液態狀，牙籤都還可以插入，C組還是混濁狀。


圖15在6小時後，A組和C組牙籤依然無法站穩，A組的AB膠比C組更為Q軟，B組和D組已經有些硬化，D組硬化程度比B組好，D組的牙籤已快無法全部插入杯底處。	圖16 在12小時後，A組和C組牙籤已經可以站立，A組的AB膠還是比較沒那麼黏稠，C組比 A組稍微黏稠些，B組和D組已經都硬化牙籤已經都插不進杯底。

n 學生課後回饋

在課程結束後，筆者發下課後學習單讓學生用畫圖的方式或書寫的方式填寫，以作為教學者日後改進教學的參考。學生的學習單填答內容摘錄如下：

圖17學生的學習單

從問卷的回饋中可以發現，小朋友們都非常喜歡自己動手做的課程，對可以把昆蟲或乾燥花及貝殼整個標埋起來，把不起眼的東西變成美麗的藝術品，它們都覺得非常新奇、有趣。另外，小朋友可以利用二組不同編號的AB膠進行交叉配對，初次嘗試實際動手操作實驗，這對才小一的學生來說，更是開啟他們對科學探索的興趣。

n 課程實施問題與困境

本次教學活動設計，大致可分為「乾標本製作」、「AB膠介紹及調配」、「灌模完成作品」等3步驟，整個課程上完約需7-10天的時間，因需等待蟲體乾燥才能進行灌膠，灌模要分2次完成，整個程序時間太長，對小一的學生來說，做完第一階段到第二階段時，前面的先備知識已經有些遺忘，講師需再花一些時間再講解一次之前的概念，每次的下一階段課程都還要再述說一次，時間花費太多。

小一的學生用電子秤來量AB膠的重量，因小肌肉還未完全的到達成熟，很多時候無法量得很精準，在調膠時老師也要跟學生們叮嚀，不可以攪拌太快，太快會起很多泡泡，那做出來的水晶標本就不會好看，這些都是老師們要很注意的地方。

對小一的學生來說，這些體驗是非常難得的，需老師在旁小心的協助，畢竟年紀還是小了些，這課程放在四年級的學生來上，我想效果會更好，更容易顯現出成效，上課的時間也可以縮短很多。

n 課程設計修正

針對前述的問題，修正課程設計如下：

1. 昆蟲標本製作過程繁瑣，學生年紀太小操作過程中問題會比較多，如只做貝殼和乾燥花標本，時間可縮短1周。

2.可以將水晶標本改成藝術工藝品製作，可做成貝殼墜子，自己DIY變成貝殼項鍊，這樣學生們會更覺得有趣。

3.在使用AB膠時，可以全部由老師統一用電子秤量好協助分裝到各組。

n 結語

當化學的東西碰到了自然界的生物體，產生了另一種讓人無法想像的美麗，那種像水晶般的透亮，那麼清澈，未經雕琢，通透晶瑩，小一的學生初次體驗化學，就可以接觸到如此温潤而優雅的作品，這不僅讓學生對未來的科學課程更有興趣，也提升了學生的科學素養與實驗操作的能力。

n 參考資料

筆者參加國立台灣大學行動展示盒推廣講師培訓課程，包埋標本實作講義。

n 謝誌

衷心感謝國立臺北教育大學自然科學教育學系106學年度碩士在職專班碩一課程—化學特論（一）的周金城教授及全體同學協助，提供本文架構調整與內文修正之意見。

n 附錄

附錄一、教學活動設計

教學領域			生活領域
教學單元			生活第三單元和自然做朋友
教材來源			自編
教學年段			一年級	教案設計者	莊眞眞
教學時間			160分鐘	教學者	莊真眞
教學目標		1. 可以讓學生更接近大自然，會處處留意身旁的一草一木及生活在周遭的小動物。 2. 可以近距離的觀察小昆蟲，讓學生發現昆蟲的美。 3. 生命教育的延伸，讓昆蟲的美一直延續下去。 4. 化腐朽為神奇，學會欣賞及自己動手製造一件藝術品。
引起動機		教學流程 1. 帶著學生至學校花園觀察學校的花草樹木，跟學生討論校園裡可以看到哪些昆蟲。 2. 觀賞蝴蝶的一生成長影片。 3. 跟學生討論如何讓昆蟲的美一直延續下去
發展活動		1. 蒐集撿拾製造標本的蟲體(乾燥花及貝殼也可以)。 2. 乾燥標本。 3. AB膠的型號配對實驗。 4. 製造水晶標本。 5. 展示水晶標本成品。 6. 填寫回饋單。
	教學活動					教學時間	教學資源
	壹. 準備活動一.課前準備 1. 教學用的昆蟲標本成品。 2. 蝴蝶一生成長紀錄影片。 3. 製造標本器材: 材料: (每生一份) 1.環氧樹脂(主劑A膠)+B膠(硬化劑) 2.乾蟲體(自行準備，也可用貝殼或乾燥花替代) 3.攪拌棒(實心) 4.塑膠透明杯 5.矽膠模具 6.電子秤(每組一個) 貳.發展活動活動一、蒐集標本，標本初步處理 (一) 小朋友假日跟家人去爬山，一路上如有看到死掉的昆蟲或是家裡有貝殼和乾燥花都可帶來學校。 (二) 小朋友帶來學校的蟲體或貝殼，經過最基本的清洗(貝殼)，蟲體需插針固定在保麗龍上，帶學生去走廊或窗戶邊曬太陽及通風，讓蟲體及貝殼和乾燥花乾燥。 (乾燥時間約一周7天) 活動二、介紹AB膠及做調出完美比例的AB膠實驗。 (一)將2組不同編號的主劑及硬化劑交叉調配。 A組(E-700+H-190) B組(E-700+H-100) C組(E-120C+H-190) D組(E-120C+H-100) 1.環氧樹脂(主劑3)+硬化劑(1)，以3:1的量下去調配。 2.使用一樣大小及材質的透明塑膠杯。 3.使用一樣的模具。 (二)調好的AB膠，經過在校6小時的紀錄觀察，每組的AB膠都有不同的變化。實驗結果發現B組及D組的AB膠硬化程度非常好，A組及C組硬化程度就很不好，A組最差。 (三)實驗結果證明B組(E-700+H-100)和 D組(E-120C+H-100) 這二組編號的AB膠製作出來的水晶效果最優。活動三、製作標本 (一) 將水晶膠依正確比例的重量比例倒入杯子中。 (二)以實心的攪拌棒慢速攪拌AB膠，使A膠和B膠充分混勻。 (三)注意事項:攪拌時動作要輕柔，避免產生氣泡，否則包埋的成品會有氣泡。 (四)若氣泡過多，可以將杯子放到溫水中浸泡趕走氣泡，但水溫不宜超過55℃，否則膠體會迅速硬化，無法使用。 (五)先將調好的AB膠倒入一點點在模具內，再將已經乾燥完成的蟲體或貝殼放入，等待稍乾再倒入第二次AB膠，完成標埋，再等待AB膠全乾。 (六)進行脫模，完成水晶標本。活動四、成品分享及完成回饋單 (一) 請小朋友拿著自己的作品，一一上台跟大家分享自己的完美作品。 (二)完成回饋單。					40分鐘 40分鐘 10分鐘 30分鐘 40分鐘	蟲體貝殼乾燥花昆蟲針保麗龍板 2組不同編號主劑及硬化劑透明塑膠杯攪拌棒電子秤 AB膠透明塑膠杯攪拌棒電子秤模具乾標本回饋單

附錄二:學生回饋單

水晶標本好好玩

1.小朋友，你們喜歡這製作標本的課程嗎?

2.小朋友，這次製作標本的課程你最喜歡哪一個過程?

3. 小朋友，你們可以將你們製作的美麗標本畫下來嗎?

設計適合國小學生動手做的化學實驗:如何帶國小五年級學生動手進行萃取植物葉綠素實驗／張詩敏

星期六 , 9, 3 月 2019 編輯助理本期專題, 第三十期/2019年03月留言功能已關閉

設計適合國小學生動手做的化學實驗:如何帶國小五年級學生動手進行萃取植物葉綠素實驗

張詩敏

國立臺北教育大學自然科學教育學系碩士在職專班
[email protected]

n 前言

學生在學習三年級上學期植物的單元時，對於不同植物的葉片作外部觀察，並依照葉子特徵(例如：「葉的形狀」、「葉的邊緣」、「葉的大小」、「葉的顏色」、「葉面紋路」)作的簡易觀察與分類。到了五年級學生學習到植物會行光合作用，當學生想深入探究關於葉子如何在內部行光合作用，教師需引導學生關於葉子的相關構造和反應機制。

自然界中充滿許多有趣的事物，等著我們帶領學生一起去參與和體會，並從中獲得不一樣的感動。在自然與生活科技領域的能力指標中提到「智能思考」──學生需培養批判、創造與解決問題的能力。為了能讓學生學習這些能力，我們需教導學生學習科學的方法，以提升學生觀察現象的技能、如何從觀察到的現象中提出假設、將假設設計成實驗、從實驗結果驗證觀察到的現象。

n 「葉綠素」介紹

在植物中的葉綠體，含有許多不同種類的葉綠素，以葉綠素a和葉綠素b最常見。而在植物行光合作用時，葉綠素能使用大自然的太陽能將CO2和H2O轉化為葡萄糖和O2，是一種非常重要的綠色色素。我們可以使用有機溶劑將植物中的葉綠素萃取出來變成葉綠素溶液，但不能使用水進行萃取，而葉綠素溶液能也行光合作用(陳昭錦，2013)。

n 實驗目的

讓學生經由實驗比較不同水與酒精萃取植物葉片葉綠素的效果

n 實驗器材

實驗材料(全班共用)

600 mL酒精、2000 mL熱水置於熱水瓶中、足量的福木與桑樹的葉片。

器材準備（各組使用）

打洞器5支、燒杯(250 mL)1個、燒杯(100
mL)4個、抹布1塊、碼表1個、試管夾4支、三角架1個、酒精燈1個、陶瓷纖維網1個、透明玻璃觀察瓶(10 mL) 4個、培養皿4個、隔熱手套一雙。

n 教學活動設計

引起動機

教師說明植物行光合作用需用到葉綠素。

發展活動

活動一：比較「福木」與「桑葉」的葉子外觀。

1. 概略複習、說明葉子的外形分類。

(左圖：福木的葉片右圖：桑樹的雌葉)

2. 介紹植物葉子的基本構造。

活動二：萃取葉綠素。

1. 萃取葉綠素方法的介紹。

2. 學生操作萃取葉綠素的實驗步驟：

步驟一：用打洞器在葉片上打100個相同大小的圓形葉錠。

步驟二：把100個葉錠倒入100 mL的燒杯中，在分別加入40 mL的酒精(右圖)、水(左圖)。使用100 mL熱水加入250 mL的燒杯。將250 mL的燒杯置於陶瓷纖維網上，再把100 mL的燒杯放入250 mL的燒杯中，使用隔水加熱的方法加熱酒精。

左圖：用水萃取右圖：用酒精萃取

步驟三：經過5分鐘後，用試管夾取出100 mL的燒杯，並置於桌上冷卻。將冷卻後的葉綠素倒入10 mL的透明玻璃觀察瓶。

ø綜合活動

活動三：實驗結果討論

1. 觀察兩種植物的葉綠素，並與同組討論完成學習單。

	玻璃觀察瓶	葉錠
福木	酒精萃取
福木	水萃取
桑葉	酒精萃取
桑葉	水萃取

2. 實驗器材歸位與整理。

n 學生課後回饋

在本次實驗課結束後，筆者設計課程回饋學習單讓學生進行填答，以下分別敘述學生的回饋學習單填答內容摘要。其中學生填答最踴躍是「實際萃取葉綠素過程」和「觀察萃取出的葉綠素溶液」。

表一學生填寫回饋單之部分內容

代號	實際萃取葉綠素過程	觀察萃取出的葉綠素溶液
學生a	我覺得使用酒精就可以萃取出葉子的葉綠素非常神奇。水居然完全不行萃取出葉子的葉綠素，我以為水是萬能的溶劑。	葉綠素的顏色很漂亮，還有不同深淺的綠色，福木的葉綠素顏色比桑葉的葉綠素顏色深，而且福木的沉澱物較桑葉多。用水萃取葉綠素時，葉錠全部都浮在水面上，而且都不會出現葉綠素，皆呈現透明無色。用酒精萃取葉綠素時，葉錠全部都沉在底下，而且不用加熱就已經有葉綠素出現了。
學生b	要控制葉片的面積相同的步驟，我的方法是將葉子的邊緣剪成長方形，再計算每一片葉子的面積使兩種葉片的面積相同。我覺得我想的方法很困難，經由老師提點原來可以使用打洞器就好，真方便！	用酒精萃取葉綠素前葉錠的顏色比較綠，萃取葉綠素後葉錠的顏色比較淺。桑葉的葉錠幾乎呈現半透明的狀態，摸起來軟軟的，等酒精蒸發完後，葉錠會呈現捲曲狀、脆脆的，好像茶葉一樣；福木的葉錠中間綠色幾乎沒變，而周圍有點白色的，摸起來比較還是硬的，但是有比萃取前的葉錠軟一些，等酒精蒸發完後，葉錠形狀沒變，只是比較脆。用水萃取完後的葉錠，摸起硬硬的，跟萃取前沒有太大的差別
學生c	使用隔水加熱法時，我發現水都不會呈現沸騰的狀態，而裡面的酒精一直有氣泡產生。	葉綠素為什麼是綠色的？有別種顏色嗎？
學生d	在操作實驗時，我很害怕，因為很少使用這麼久的酒精燈，所以要非常小心，一定要遵守老師的步驟，聽從老師的指令，才不容易發生危險。	在觀察瓶中，除了有葉綠素之外，還有一些沉澱物，福木的沉澱物比桑葉多。這些沉澱物有可能是葉子的哪一個構造呢？

從問卷的回饋中可以發現，大多數的學生非常喜歡萃取葉綠素的實驗，對於葉子的構造充滿了好奇。除此之外，學生還想了解花朵的顏色原因、葉子在四季會有不同的顏色原因、葉子的構造是否都一樣。

n 課程實施問題與困境

本次教學活動設計，可區分為「葉子概念的說明」、「萃取葉綠素實驗」、以及「實驗觀察與紀錄」三個部分，完成整個教學活動大約需要一節課的時間。若再加上器材、採集植物葉片的準備時間，建議要預留兩節課的時間以便課程能完整進行。以下依照三項活動的課程內容和實施困境描述。

	課程內容	實施困境
活動一	葉子概念的說明：學生了解植物會運用葉綠素行光合作用，而葉綠素是存在植物細胞中。	在介紹葉子的剖面圖之前，學生認為葉綠素是塗在葉面上的一層塗料，沒有細胞的概念。介紹完葉子的構造後，學生無法想像葉子會呈現綠色是因為細胞內的葉綠素，因為綠色很密集。
活動二	萃取葉綠素實驗：使用相同面積的葉片，置於酒精中，再用隔水加熱法，萃取葉綠素。	葉片形狀大小不同，葉片過大實驗器材無法配合，也無法使用定量的酒精，因為有些地方無法泡在酒精中，難免在萃取葉綠素的速度有所差異。如果每片葉子的形狀不一樣，葉子與酒精接觸的面積也會有一些不同，有可能會影響實驗結果。
活動三	實驗觀察與紀錄：將萃取完的汁液置於不同的觀察瓶中，葉錠置於不同培養皿中，請學生觀察並比較紀錄。	將萃取完的葉綠素不倒出來，觀察時容易受葉錠的顏色影響，較不容易比較出來。實驗前後除了可以看到葉綠素被萃取出來之外，還可以觀察到葉子顏色不一樣來證明葉子中的葉綠素有減少。

n 課程設計修正

針對前述的問題，修正課程設計如下：

1. 在數葉錠數時，可以20個葉錠放一起，讓學生減少實驗誤差。

2. 教師可以教導學生使用顯微鏡，讓學生實際觀察葉子的構造。

3. 詳細的介紹每一個實驗步驟，並提示在實驗時要注意的事項。

4. 可在課程中加入延伸的挑戰任務：教師可以示範色層分析法，讓學生了解葉子中的色素不是只有葉綠素，還有其他種色素會影響葉子呈現的顏色。

n 結語

除了基本操作顯微鏡的技巧之外，還可以將植物細胞內的葉綠體萃取出來觀察，也就是本次實驗課程的內容。學生操作本次實驗時，常會去死記硬背操作方法與實驗結果，很少對於不同植物葉片萃取出的葉綠素作觀察與比較，筆者認為這是我們應該要引導學生要學會觀察與比較的能力。

大自然是我們學習的寶藏，我們能從大自然中觀察到許多有趣的風貌，而利用大自然各式各樣的現象讓學生產生好奇心，引起學生學習的動機。自然與生活科技的課程除了引導學生觀察自然現象，也會引導學生設計實驗並操作，讓學生能對大自然的植物能有進一步的了解，不會再霧裡看花。

n 參考資料

1. 陳昭錦(2013)。葉綠素。科學Online 高瞻自然科學教學資源平台，20190325擷取自http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=48452。

2. 學習吧－國中_生物_9-3 實驗：日光對光合作用的影響http://lms.learnmode.net/flip/video/12797

n 謝誌

n 附錄

附錄一、教學活動設計

教學領域		自然與生活科技領域
教學單元		萃取葉綠素
教材來源		自編
教學年段		五年級	教案設計	張詩敏
教學時間		40分鐘	教學者	張詩敏
教學目標	學生經驗
	1. 對「葉子」構造有基本的認識。 2. 對實驗設計的概念有基本的認識。 3. 對實驗器材的使用方式與安全注意事項有基本的認識。
	本節具體目標
	1. 能理解不同植物的葉綠素含量不同。 2. 能透過推理、思考、討論，理解不同植物萃取出的液體內容物不同。
	教學流程概述
	Ø 引起動機教師說明植物行光合作用需用到葉綠素。 Ø 發展活動活動一：比較「福木」與「桑葉」的葉子外觀。 1. 概略複習、說明葉子的外形分類。 2. 介紹植物葉子的基本構造。活動二：萃取葉綠素。 1. 萃取葉綠素方法的介紹。 2. 分別使用「酒精」和「水」操作萃取葉綠素的實驗。 Ø 綜合活動活動三：實驗結果討論 1. 觀察兩種植物的葉綠素和不同的萃取液，並與同組討論完成學習單。 2. 實驗器材歸位與整理。

教學活動

教學時間

教學媒體

壹、準備活動

一、課前準備

1. 教學用PPT、實驗學習單。

2. 600 mL酒精、2000 mL熱水、足量的福木與桑葉的葉片、打火機、熱水瓶。

3. 實驗器材（每組）：打洞器*5、燒杯250 mL*1、燒杯100 mL*4、抹布*1、碼表*1、試管夾*4、三角架*1、酒精燈*1、陶瓷纖維網*1、透明玻璃觀察瓶10 mL *4、培養皿*4、隔熱手套*2。

二、引起動機

（一）教師說明植物的生理作用—光合作用。

1. 請小組討論並發表人與植物吸收養分時有何不同。

2. 統整歸納：人必須吃植物或其他動物才能生存，植物只需要陽光、水、空氣就可以運用光合作用自製養分活下去。

3. 教師提問：植物行光合作用時需要用到哪一種特別的構造？

4. 統整歸納：植物運用葉子行光合作用。

5. 教師提問：植物行光合作用是用葉子的哪一個部分呢？

貳、發展活動

活動一、比較「福木」與「桑葉」的葉子外觀

（一）複習葉子外形特徵。

1. 教師提問：福木的葉片與桑葉的外觀有何不同？

2. 請小組討論並發表，兩種葉片的相異處。

（二）介紹葉片的內部構造。

1. 教師介紹葉片的內部構造：

圖：葉子的內部構造(來源：https://s0024037.weebly.com/33865303402241124907122892708336896332872115133021.html)

2. 教師提問：請學生猜測福木的葉子與桑葉的內部構造會一樣嗎？

3. 學生發表：

(a)葉子外觀雖然不同，但是內部構造會一樣。

(b)植物品種不一樣，內部構造也會不一樣。

4. 請學生將觀察到葉子的樣貌繪製於學習單上。

5. 請學生預測萃取完葉綠素後，葉子的構造會如何？

活動二、萃取葉綠素

（一）介紹萃取葉綠素的方法

1. 把相同面積的葉片放入100 mL的燒杯中，再加入40 mL的酒精。

2. 使用100 mL的熱水加入250 mL的燒杯。

注意：將實驗器材放置整齊，準備濕抹布。使用酒精燈前，要將酒精裝八分滿，點火時請由教師操作，請勿讓學生操作。

3. 將250 mL的燒杯置於陶瓷纖維網上，再把100 mL的燒杯放入250 mL的燒杯中，使用隔水加熱的方法加熱酒精。

4. 由於葉綠素是酯溶性的，只能溶在有機溶劑中，所以使用酒精。

5. 經過3分鐘後，用試管夾取出100 mL的燒杯，並置於桌上冷卻。

6. 冷卻後的綠色液體倒入10 mL的玻璃觀察瓶，剩下的葉錠置於培養
皿中觀察。

7. 使用水當葉綠素萃取劑，分別再萃取兩種葉子的葉綠素。

（二）操作萃取葉綠素的實驗

1. 教師提問：請問「秤重法」與「面積法」哪一種方法較容易萃取等量的葉綠素？

2. 學生回答：如果使用「秤重法」葉子中的無葉綠素的角質層、維管束的重量都要計算進去；如果使用「面積法」就與葉片平時行光合作用的方法一樣，則較容易計算相同單位量可萃取出的葉綠素量。

3. 學生分別使用水和酒精當萃取液，萃取兩種葉片的葉綠素觀察。

參、綜合活動

活動三、實驗結果討論

（一）觀察兩種植物的葉綠素，並與同組討論完成學習單。

1. 請各組觀察比較兩種植物的透明玻璃觀察瓶(例如：汁液顏色不同、沉澱物量不同)。

2. 請根據觀察的結果上台發表。

3. 請學生將實驗後，觀察到葉子的樣貌繪製於學習單上，並比較實驗前後的差別。

（二）實驗器材歸位與整理。

1. 將實驗器材清洗、整理並歸位。

注意：酒精燈、陶瓷纖維網、三角架與裝熱水的燒杯，需要使用隔熱手套
進行整理，以免燙傷。

5 min

（計：5’）

5 min

（計：10’）

5 min

（計：15’）

5 min

（計：20’）

15 min

（計：30’）

5 min

（計：40’）

PPT

教師示範器材

PPT

實驗學習單

實驗器材、實驗學習單

實驗學習單

附錄二、實驗課程學習單

繪製葉子外型：
實驗目的(一)	使用「酒精」當萃取液，萃取福木與桑葉的葉綠素。
組別	實驗組一 (葉片： )	實驗組二 (葉片： )
預期結果
實際結果	1.玻璃瓶內的液體顏色： 2.葉錠：	1.玻璃瓶內的液體顏色： 2.葉錠：
實驗目的(二)	使用「水」當萃取液，萃取福木與桑葉的葉綠素。
組別	實驗組一 (葉片： )	實驗組二 (葉片： )
預期結果
實際結果	1. 玻璃瓶內的液體顏色： 2.葉錠：	1.玻璃瓶內的液體顏色： 2.葉錠：

附錄一、實驗課後回饋單

Q1：請問本次實驗課你認為自己的表現如何？(每一項最高得三分)

( )(1)注意聆聽老師說明

( )(2)幫助同學完成任務

( )(3)認真參與實驗課程

( )(4)勇於發言

( )(5)實驗結束後協助整理

J總共得到( )分，我下次要改進

Q2：請分別描述你對本次實驗課的感想或提出疑問。

1.介紹葉子的構造
2.用顯微鏡觀察葉子構造
3.介紹萃取葉綠素的方法
4.實際萃取葉綠素
5.觀察萃取出的葉綠素

Q3：請問你最喜歡本次實驗課的哪一個部分？並說明原因？

Q4：請問你對於植物的葉綠素，還有哪些問題尚待解決？

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