臺灣化學教育

中學化學App教材與教學

廖旭茂^{1, 2, *}

¹台中市立大甲高中

²教育部高中化學學科中心
*[email protected]

簡介

數位時代智慧載具手機、平板的普遍，不僅帶來生活型態上的改變，從水電繳費、網路訂票，甚至教學現場的教材課程的研發，一應俱全。教育版的手機應用程式App的開發也如雨後春筍般的出現，不管是工具型App，如Chemspider¹，背後連結了龐大的化學結構資料庫，或內容型App，如The Elements²，美到讓人驚豔的影像衝擊，相信都會讓教學現場不再一成不變，產生很多的可能性。

    此次榮幸可以當任「中學化學App教材與教學」專欄編輯，邀請到台灣北中南東各地的高中化學老師及教授團隊撰文分享，有些是App開發者如台灣師範大學科學教育研究所邱美虹教授的團隊，分享四個App，以先進的AR/VR技術呈現，讓微觀粒子躍然紙上，栩栩如生，元素及有機分子結構的學習與認識³，提供了非常棒的教材；開高中化學界App風氣之先的「快打沉澱表」，是由師大附中團隊吉佛慈老師等人共同研發，團隊中的物理科潘冠錡老師是動畫製作高手，得獎無數，「快打沉澱表」⁴屬於記憶型的遊戲App，是目前下載數最高，也是最夯的化學遊戲app；大甲高中團隊研發的3D分子撲克牌，首先引入環物虛擬實境技術，可算是分子撲克牌的電子書版本⁵。

    搜尋網海，找到好用的App，應用在教學現場中，並分享給所有線上的教師也是功德無量的；武陵高中張明娟老師、吳德鵬老師分享的「化學蜘蛛！G/G了嗎？」，文章中分別介紹了兩者工具型的App，一個是英國皇家化學學會提供的chemspider App，可搜尋分子的結構與性質，另一個是與健康生活緊密相關的GoodGuide App，其中的綠色評分，可提供消費者購買參考；新北市新莊高中游珮均老師分享的「美啦！MEL Chemistry App」，MEL Science ⁶是一家提供科學實驗教具模組的公司，其中分享的App內容中，包括實驗所用的試劑，它們的各種分子結構的認識，與特性、用途、安全性連結，還提供實驗操作的影片、詳細操作步驟，及相關教學指引。

    號稱史上最美麗週期表–The elements一書出版，讓全世界驚艷不已，後續的著作Reactions、Molecules，更是不遑多讓，也吸引全球讀者的眼球，書中作者葛雷先生得獎無數，獲得一致的肯定；台南一中的劉獻文老師一口氣介紹了葛雷先生公司發行的4個App，分別為The Elements、In Action、Molecules及Flashcars，可算是平面紙本經立體化的電子書版本，內容堪稱華麗，拍攝技巧甚是乾淨唯美。

    「滑手機玩實驗」一文是由花蓮女中陳斾玎老師撰寫，文中分享了「燒杯(beaker)」⁷、「壓力計」與「照度計(LUX)」三個免費App；燒杯App鼎鼎有名，相信很多老師都下載玩過，透過動畫模擬，輔以音效，可以在手機上可以進行氧化還原、酸鹼中和、沉澱反應，連平時接觸不到的激烈反應都能輕易嘗試。更妙的是，斾玎老師利用氣壓計App、簡單的抽氣罐及針筒來進行波以耳定律測量；利用光照計App來進行溶液比色實驗，測量溶液的濃度，相信這樣的教學模式一定會可以引發學生的學習動機與熱情。

    App的製作會很難嗎？大甲高中資訊科紀宏源老師為文分享一個免費的App製作工具–「iBuildApp」⁸的使用，教大家如何快速將一個簡報方式的草稿轉換成App，直覺又簡易，相信看完後，教師們一定躍躍欲試，親手製作自己的教學App吧！下表為所有投稿者介紹的App彙整。

表1 ：化學App彙整

n  參考資料

1.      從ChemSpider網站可以搜尋分子結構，網址： http://www.chemspider.com/。

2.      葛雷網站提供部落格訊息、出版品的介紹，網址：http://home.theodoregray.com/。

3.      陳怡宏 (2014): 擴增實境與3D實驗影片教學：有機分子模型擴增實境。台灣化學教育電子期刊，臺北，臺灣。 http://chemed.chemistry.org.tw/?p=3240

4.      師大附中自然科教師專業發展團隊(民106)。快打沉澱表App，請至Google Play下載，網址：https://goo.gl/BHd2qU。

5.      廖旭茂與黃維靜(民105)。3D分子博覽會。科學研習月刊，第五十五卷，第七期，36-44。

6.      MEL Science(2017). MEL Chemistry App，請至App Store下載，網址：https://goo.gl/rtGv4e。

7.      Li Yang (2018)。燒杯App，請至App Store下載，網址：https://goo.gl/DhtZkg。

8.      免費App製作軟體iBuildApp，相關介紹與下載，網址： https://ibuildapp.com/。

中學化學App教材與教學：以擴增實境和虛擬實境方式學習元素與有機分子結構

邱美虹¹ 周金城² 洪達民¹ 陳怡宏³ 許晉維¹

¹國立臺灣師範大學科學教育研究所

²國立台北教育大學 自然科學教育系

³臺北市立萬芳高中
[email protected]

n   前言

科學學習歷程中，由於許多概念是抽象的、是複雜的，因此在教與學上常具挑戰性，尤其是在化學學科中，微觀粒子的知識建構與發展，常需仰賴學習者在二度空間的表徵和三度空間的物件之間進行轉化的視覺能力、或是透過輔助工具去認識兩者之間的關係。因而，學習者若是較缺乏三度空間的視覺化(visualization)能力或是無適當的輔助學習工具，在學習一些重要化學概念(如立體化學分子結構)時便容易遇到挫折而造成學習困難。反之，若擁有良好的空間能力或是能夠透過適當的教學的輔助工具，可以提升學生在二度空間的表徵和三度空間的物件之間交互轉化的能力與表現。

n   視覺化

許多研究指出，視覺化表徵和視覺化能力的良窳會影響學生學習須具備空間想像能力的複雜概念。譬如Nakhleh & Postek (2008)指出，外顯化的視覺與聽覺表徵可以幫助學生學習限量試劑的概念，這些表徵包括1. 即時的化學反應(巨觀的理解)、2.電腦模擬反應(微觀層次的理解)、3. 圖像的表徵(符號)、以及4.問題解決中，文字的表徵。又如Gilbert (2008)也指出化學學習牽涉到巨觀(macro)、次微觀(sub-micro)、符號(symbolic)以及它們之間的相互關係。根據Gilbert的觀點，模型可以是外在表徵(如他人肢體可觸及的)和內在表徵(如個人心智)，而將它們任一表徵意義化即稱為<視覺化>(visualization)。而在化學概念中，分子結構與性質，尤其是有機分子結構的複雜性常是學習較為困難的概念，因此發展合適的學習輔具可以減少學生的認知負荷。

n   擴增實境與虛擬實境

近年來，擴增實境(Augmented Reality, AR)與虛擬實境(Virtual Reality, VR)在商業上與遊戲上的產品如雨後春筍般的成長，但為教育所研發的產品，仍有待更多研發者的投入。根據相關文獻指出，擴增實境具有以下特質(1) 能使學習內容呈現3D透視圖、(2) 提供無所不在、合作和情境學習、(3)使學習者可以感受到存在感(presence)、即時性(immediacy)、沉浸感(immersion)、(4)可視覺化那些不可視的概念或事件、(5)在正式學習和非正式學習之間搭建橋樑。這些特質提供學生投入學習、情境學習、真實性學習的機會(Wu, et al., 2013)。而有關虛擬實境部分，在一份針對13篇以虛擬實境進行教學的期刊論文(參與人數總計3081人)所進行的後設分析研究報告中指出， 遊戲、模擬和虛擬世界三者對學習都有正面的影響，其中遊戲式的虛擬實境教學，對學生的學習成效高於模擬和虛擬世界。另一有趣的發現是單獨玩遊戲的學生表現優於小組同遊的學生(Merchant, et al., 2014)。      

本文主要是介紹兩個可以在化學教學上使用的App，一個是結合擴增實境與虛擬實境的有機分子結構的撲克牌，另外一個是具有AR功能的1A族和7A族的原子結構和其組合成的化合物卡牌。

n   有機分子結構App簡介

本研究開發的「有機分子擴增/虛擬實境」撲克牌是目前App市場上唯一款兼具學習與電玩樂趣的應用軟體，總共分為三套。關於App的說明與下載連結可在搭配的撲克牌中找到下載連結的QR code，或是直接在蘋果商城或安卓商城尋找Molecules 1 AR/VR, Molecules 2 AR/VR & Molecules 3 AR/VR，也可找到app進行下載。中國化學會網站亦有相關訊息 http://www.chemistry.org.tw/app_download.php。

關於「有機分子擴增/虛擬實境」撲克牌設計的方向，是以高中化學課程中有機化合物的內容為主，三套撲克牌是以官能基的不同來分類，第1套是烴類，第2套是醇、醚、醛、酮，第3套是酸、酯、胺、醯胺。每套撲克牌中的有機化合物的選擇皆是以同碳數的同分異構物為主，如碳數為4的烯類：1-丁烯、順-2-丁烯、反-2-丁烯、2-甲基丙烯 (如圖1所示)，以及相同官能基的同系物，如：甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸(如圖2所示)。

圖1同分異構物

圖2相同官能基的同系物

撲克牌主要傳達的概念除了是有機分子的立體結構外，亦包含同分異構物及同系物的概念，並希望藉此也能培養學生對化學式、符號、2D和3D結構之間的轉換有深入的認識。

有機分子擴增/虛擬實境」撲克牌App，導入了AR技術，輔助教師在課堂上以更有效的方式講解有機分子的3D立體結構與特徵(見圖3)，學生也可以透過觸控的方式或是電玩搖桿操弄分子的旋轉角度，清楚的觀察分子每一個部位的結構與特徵；此外，也導入了VR技術，讓學生在一個虛擬的電玩場景達成尋找有機分子結構的任務(見圖4)，藉此測試學生先前在課堂上對於分子結構學習的成效。此場景同時加入了一些電玩的元素，例如:有限時間的任務執行(見圖5)、遊戲中過程的獎懲機制(見圖6和圖7)，以及任務結束的成就評比(見圖8)。希望藉由一個寓教於樂的方式，讓學習有機分子結構不再是一件枯燥乏味的事情，而是可以結合遊戲與科學學習以及促進師生或學生之間彼此分享學習與交流的媒介。

圖3 分子結構AR模式	圖4 VR電玩場景	圖 5 蒐集醇類分子任務
圖6 選擇錯誤分子出現怪物	圖7 拾取寶石增加任務時間	圖8 任務結束的成就評比

本研究所開發的App有三種方式遊玩(見圖9)，不論以哪一種方式遊玩，都必須搭配特定的卡牌才能遊玩。每種玩法接包含兩種模組，一是透過軟體的AR模組，觀察每一有機分子的3D結構與特徵；二是當使用者對每一類型的分子有一定程度的認識時，透過任一張卡牌的AR模式畫面，選取畫面中的VR標籤，方可進入到電玩場景進行學習成效的測驗。

圖9 三種遊玩的方法選取

n   教學活動設計

關於撲克牌和App在課堂上的應用，大致上可分為三個方法。

一、直接觀察：請學生直接利用App掃描撲克牌，觀察行動載具上所呈現的立體分子和牌上的結構式有何不同，讓學生試著旋轉立體分子模型，使之呈現出和牌上所書寫的結構式相同的方位視角後，隨之螢幕截圖，傳到課堂教師所開設的雲端空間，最後利用投影機一同呈現所有學生的截圖來進行討論。藉此讓學生了解有機分子立體結構和一般所書寫的結構式之間的關聯性。在這過程中，教師也可以指定尋找特定卡牌(如尋找同分異構物或相同官能基的同系物)，並要求學生指出原子的相對空間位置。

二、學習單：教師可利用類似下表的設計進行教學活動 (見圖10a和圖10b)，填入化學式並對此化合物命名。學習單可在化學會此App的教材網址處下載使用 ( http://www.chemistry.org.tw/app_download.php#pagefive )。

授課教師可依照自己擬教授的有機化學的內容，重新編排學習單(見圖10a & 10b)。讓學生利用App掃描學習單，觀看立體結構並書寫出結構式。或者是直接在學習單中列出IUPAC命名及相關的編碼，如：戊烷、2-甲基丁烷、2,2-二甲基丙烷，然後請學生除了寫出結構式外，並分組討論IUPAC命名與結構式之間的關聯性。

圖10a 原學習單

圖10b 調整後學習單

三、桌遊：第一套撲克牌：烴類，可以進行撲克牌的桌遊，使用方式的連結網址：https://goo.gl/E13011。

n   週期表中1A 和7A族App簡介

除了上述的「有機分子擴增/虛擬實境」撲克牌之外，本研究團隊另外研發一套「AR_Element(1A,7A)」App，利用AR的技術介紹元素週期表1A與7A元素的結構與符號，學生們可以透過App與卡牌來觀察原子模型，並且可以嘗試將兩張卡牌組合成分子模型(如：拿H與Br的卡牌組合後，App螢幕即會顯示出HBr的分子模型)。教師可以依照課程所需讓學生選取元素卡牌組合成不同的分子模型，並觀察不同的分子模型的表示法(如：分子模型、路易士電子模型、球棍模型、凡德瓦半徑模型等)。此App是藉由新興科技來增加學生的學習動機以及提供學生認識物質的結構與表徵的方式，並且讓學生之間透過討論建立正確的物質結構概念。圖11至圖20說明如何取得App、卡牌以及App操作教學。

n   結語

12年國民基礎教育對於核心概念與跨科概念甚為重視，在自然科學領域中，核心概念與跨科概念中「物質的組成與結構」是其中一項基本的核心概念，因應此改變，自然科學領域課程綱要首次將「粒子概念」納入國小階段的學習內容，而在高中階段大幅度地納入微觀、抽象思考與模型建構的能力培養。此時引介擴增實境與虛擬實境的輔助工具，除可藉此提升學生空間視覺能力的培養與連結2D與3D表徵的化學知識之外，也可促進學生對化學學習的樂趣，達寓教於樂的目的，相信這種學習方式在未來將有很大的發展空間。

n   致謝

承蒙科技部高瞻計畫經費補助本研究團隊研發擴增實境與虛擬實境之教學輔具以及中國化學會協助印製與推廣，使計畫得以順利完成，在此一併致謝。

n   參考文獻

陳怡宏 (2014): 擴增實境與3D實驗影片教學：有機分子模型擴增實境。台灣化學教育電子期刊，臺北，臺灣。http://chemed.chemistry.org.tw/?p=3240

Gilbert, J. K. (2008). Visualization: An Emergent Field of Practice and Enquiry in Science Education. In J. Gilbert, M. Reiner, & Nakhleh, M. (Eds.). Visualization: Theory and Practice in Science Education (pp.3-24). The Netherlands: Springer Publishers.

Nakhleh, M., & Postek, B. (2008). Learning chemistry using multiple external representations. In J. Gilbert, M. Reiner, & Nakhleh, M. (Eds.). Visualization: Theory and Practice in Science Education (pp.209-231). The Netherlands: Springer Publishers.

Merchant, Z., Goetz, E., Cifuentes, L., Keeney-Kennicutt, W., & Davis, T. J. (2014). Effectiveness of virtual reality-based instruction on students’ learning outcomes in K-12 and higher education: A meta-analysis. Computers & Education, 70, 29-40.

Wu, H. K., Lee, S. W. Y., Chang, H. Y., Liang, J. C. (2013). Current status, opportunities and challenges of augmented reality in education, Computers and Education, 62, 41-49

中學化學App教材與教學：從化學心臟病到沉澱App

吉佛慈

國立臺灣師範大學附屬高級中學
[email protected]

n  簡介

身為化學老師的我，時常幻想自己是一位超神力魔法師，不但帶領學生在實驗室調製出一道道迷人的化學試劑，同時也陪伴學生在教室裡盡情激發創意，以輕鬆幽默的方式與學生共同思考化學、探究化學、玩樂化學及記憶化學，也因此被學生冠上「化學女神」的封號。

以化學反應中的沉澱反應為例，上課場域從實驗室轉換到教室，沉澱反應容器從試管到透明片，化學藥品從以毫升計量到以點滴計量，搭配精心設計的「聯想大考驗」、「配對快狠準」、「沉澱心臟病」、「沉澱接唱賽」等活動，本來以為其中的實驗活動設計已經符合藥品減量的精神，直到民國101年9月，本校與信望愛基金會合作辦理教育平台實驗計畫，全校高一學生人手一台平板電腦，才有機會重新思考調整既有的教學模式，轉而善用平板電腦的資訊化及帶著走的優勢。下圖為沉澱接唱賽活動之影片連結。

影片連結：沉澱ing，https://www.youtube.com/watch?v=bc4pj2AbZc8。

n  設計緣起

一、廢液減量的趨勢

從減量實驗到微型實驗到「雲端實驗」，是本校自然科團隊的設計理念，相信也是全國許多高中化學老師努力追求的目標。其實雲端實驗除了表面上的減少試劑使用之外，也減少了教師準備器材，學生取用器材、實驗室管理員處理廢液及學生清洗器材所花費的時間，也省下每學期購置全校實驗藥品的經費。

二、共享氛圍的感染

2012年9月，在平板電腦尚未普及、校內網路頻寬不足及上網學習不太暢通之時，信望愛基金會便與台北市六所高中進行教育平台實驗計畫，大手筆捐贈平板電腦，並派技術人員到校內開設多場教師研習，協助教師熟悉平板內建軟體在教育上的應用方式及功能。當我們自然科團隊了解信望愛基金會捐贈這麼多平板電腦給學校，目的就是希望學校老師在使用時，能將所設計的教案內容分享出去，使基金會在下一階段將實驗計畫擴及到偏鄉學校時，能夠有第一期參與計劃的學校教師設計好的教案，提供偏鄉地區教師的授課資源與學生的學習資源，我們就已深深感染到這個實驗計畫的共享精神與扶助偏鄉教育的希望。

n  製作過程

一、主題發想與分工

　　從思考主題到分工合作，再到設計App功能，只是短短幾周的時間。我們挑選了三個需要了解並記憶的單元主題，分別是「沉澱反應」、「電解電池」與「水溶液中的化學反應」，全體化學老師們很快就自動分為三組，且每組人數相當，分別構想出各主題App需要具備的功能及操作的介面。

　　「沉澱反應」主題是由我、張荊壢老師（當時的教務主任）及吳孟修老師共同負責的。我們模擬實際上課情境，希望以App取代陰陽離子反應的實驗，一則是因為此實驗需耗費許多藥品，另則實驗目的僅單單觀察沉澱與否，若改由老師先做一次並拍下來，保留實際實驗圖片供學生觀察，便可達到完全免用化學藥品進行實驗的目標，因而構想出「沉澱查詢機」的雛型。但是離子的種類繁多，經由我們三人小組討論的結果，決定只挑選19種常見的陽離子與13種常見的陰離子。

　　此外，好不容易根據實驗歸納出來的沉澱表，要完全背誦下來也是讓許多學生頭痛的問題。因此為了強化學生對沉澱表的記憶，效法化學心臟病遊戲的快速判斷沉澱或溶解反應，因而構想出「快打沉澱表」的App雛型。，

二、軟體設計神隊友

說是自然科的團隊，其實我們主要是化學科團隊加上一位物理科教師兼程式設計高手。這次跨科製作化學App的經驗很特別，一方面是化學科老師們的突發奇想有時不是靠程式設計就能夠達到的，另一方面是物理老師比較不受化學概念制約，能從客觀中立的學習者角度切入，幫我們想到增加錯誤訂正功能及進階挑戰的設計。其他關於沉澱App的程式設計步驟請詳見「沉澱App的幕後推手」一文。

n  成效評估

    當「沉澱查詢機」與「快打沉澱表」兩個App完成時，我們團隊成員們便迫不及待的進行測試，一同把需要修改的意見彙集起來，當時發現幾個原來沒有考慮到的問題，像是沉澱查詢機的少數沉澱實驗結果與教科書的沉澱顏色不同，或是快打沉澱表的部分答案對應有誤，還有快打沉澱表沒錯三題就會無法停下來等的問題，因此潘老師需陸續擔任神隊友的角色，重新賦予App新生命。

    在102學年度，本團隊便受到信望愛基金會的邀請，將本校開發出的教案設計成果跟北、中、南各區代表學校分享。我曾代表到台中明道中學和台南二中分別跟中區及南區教師分享沉澱教案設計及沉澱App，並歡迎教師們下載使用，也鼓勵大家將使用後的建議提供給我們參考。後來也獲新北市的高中邀請，向該校自然科教師演講並分享教案，迄今尚未接獲任何有關App的錯誤訊息或建議。以下是我們沉澱三人小組搭配物理科潘老師，四人共同完成的兩個沉澱App設計與製作，且自102學年度起便提供有興趣者自行至Android系統中的Google Play商店免費下載，下載網址及QR code如圖1及圖2所示。

圖1：「沉澱查詢機App」的畫面之一（左）及其QR code（右）

          下載網址：https://play.google.com/store/apps/details?id=air.air.PrecipitationTable

圖2：「快打沉澱表App」的畫面之一（左）及其QR code（右）

下載網址：https://play.google.com/store/apps/details?id=air.air.FastPrecipitation

n  教學心得

一、提升「沉澱查詢機App」的用途與功能

       「沉澱查詢機」就像雲端化學參考書或工具書，後續若有機會可望進行擴充，把所有高中提到的化學反應都拍成影片或照片，將內容提升為「化學反應查詢機」，應可造福更多沒辦法做實驗的學生或需要較長時間觀察或思考的學生進行差異化學習時使用。

圖3：學生下載「沉澱查詢機App」的專注情形

二、結合UMU互動學習平台的功能

「快打沉澱表App」的使用需下載到個人電腦或手機中，通常只能各自體驗，除非將螢幕拍照或成績螢幕截圖後上傳固定空間進行分享，否則無法讓同儕一起進行線上的競賽，也無法累計全體使用者的最高紀錄。希望將來能夠重新思考並結合互動學習平台的功能，讓每位下載App的使用者都能更樂於使用，無形中提升自然學科之素養。

圖4：受邀示範沉澱ing的教學並展示四個化學App

中學化學App教材與教學：最夯化學APP：快打沉澱表的設計與實作

潘冠錡

國立臺灣師範大學附屬高級中學
[email protected]

■  緣起─為何快打沉澱表

2007年，第一支智慧型手機iPhone問世 ，同一年google推出Android作業系統的智慧型手機。智慧型行動裝置軟體開發的熱潮開始席捲全球。2013年，101學年度的下學期，這股風潮終於吹進教育圈，師大附中自然科老師決定開發能讓教學活動更有趣的平板app。雖然製作的主題是以化學科為主，但本著對教學軟體開發的熱愛，我也有幸能加入這個團隊。

因之前開發競速遊戲的相關經驗，開發化學遊戲app時，我們便設計需要記憶、熟練型的競速遊戲。討論之後大家就決定以「沉澱表」為主題，畢竟這是高中化學中需要記憶且快速反應的內容。

■  製作

製作兩支沉澱表app的過程，是特殊而難得的經驗。一是因為製作的主題是我不熟悉的化學科，另一是因為要跟大部分無程式基礎的化學老師合作，很多時候我們會陷入雞同鴨講的情況。經過一番溝通之後，我們了解到要先有系統的將沉澱表列出，才能用程式檢索對應的沉澱情況，如下圖所示：

圖1：各種陰、陽離子反應對應的結果列表

上圖中列出19種陽離子與13種陰離子相遇時的沉澱狀況，雖然共有19×13=247種組合，但實際上沉澱情形只有23種情況，化學老師們將這23種情況在實驗室中一一拍照，如下圖所示：

有了沉澱表與照片後，就能製作「沉澱表查詢機app」，主要工作是把這些對應關係建立成一個二維陣列ansBigTable，如下圖。如果要搜尋第a種陽離子與第b種陰離子相加時的沉澱情形，就取出在ansBigTable裡第a排裡的第b個元素，該元素值就是照片的編號。圖3、圖4為沉澱表查詢機app的程式編碼對應方式。

圖3：沉澱表查詢機app的查詢對應編碼

圖4：沉澱表查詢機APP畫面截圖

「快打沉澱表app」的製作就比較複雜了。為了讓程度不同的學生都能在本遊戲中學習，我們將遊戲分成簡易版與進階版。在簡易版中，玩家只要回答是否沉澱；而在進階版中，玩家則要連沉澱物的顏色都要回答。但是由於沉澱表中的23種沉澱情況並不是出現機率都相同，所以程式在出題時，是先以亂數隨機決定答案，再由答案決定出題的題目。這樣可以使每個答案的出現機會較為公平，避免玩家一直回答某幾個特定的答案。下圖5、圖6為快打沉澱表頁面。

圖5：快打沉澱表─簡易版APP畫面截圖

圖6：快打沉澱表─進階版app截圖

■  在Google Play上架

    兩支沉澱表app製作完成後，在師大附中資訊中心的協助下，我們在Google Play上成立了名為「師大附中」的開發者，並將app成功上架。之後老師、學生只要在Google Play上搜尋「師大附中」或「快打沉澱表」就能找到這些遊戲，目前快打沉澱表app下再次數已經破萬，而且廣受玩家好評，身為開發團隊的一份子，我感到光榮與驕傲，也希望將來還有機會能完成更多有趣的教學遊戲app。

中學化學App教材與教學：化學蜘蛛! G/G了嗎? – 化學APP在教學上的應用

張明娟^1,2，吳德鵬^1,2

¹桃園市立武陵高級中學

²教育部高中化學學科中心

[email protected]¹

[email protected]²

n  前言:

根據十二年國民基本教育課程自然科學領域課程綱要¹所歸納出的發展趨勢中：(1)朝向科學素養的培養，注重與日常生活之聯結。(2)重視科學概念發展與新興科技的連貫統整。數位科技及軟體的使用也是目前各學科教學增強教學模式的方式之一。本文介紹的兩個免費而實用的APP，目前可以直接應用於教學現場，除了本科的專業知識外，更可融入資訊科技的便利性，就如同高級中學階段核心素養中：U-B2 具備適當運用科技、資訊與媒體之素養，進行各類媒體識讀與批判，並能反思科技、資訊與媒體倫理的議題。以GoodGuide App為例，讓學生從日常生活用品中，反思化學成分對健康與環境的影響，並建立綠色化學的使用觀念；而化學教師更可利用此App與家政科教師進行協同教學，發展跨領域課程。資訊科技融入教學²就是教師運用資訊科技之技術於教學活動上，以培養學生終身學習的習慣和態度。另一個ChemSpider App可以作為有機教學的輔助使用，有效建立學生對分子立體結構的模型表徵，讓學生更容易連結分子的微觀模型，讓教學方式更具互動性，進而培養學生「運用科技與資訊」的能力和「主動探索與研究」的精神。

n  ChemSpider軟體簡介³:

由英國皇家化學學會 (英語：Royal Society of Chemistry，簡稱RSC) 推出了一種免費的數據庫：ChemSpider，可以對超過六千多萬種的化合物進行多方搜索，包括其名稱、結構或其特徵等方式搜索。被喻為化學方面的百科全書，就像維基百科一樣，任何人都可以回饋網站使其網頁更為完善。筆者就iOS系統的Apple Store下載免費的App進行實際的課室應用，並大概介紹其使用方式。下圖為ChemSpider APP頁面。

圖1：ios系統ChemSpider APP

一、   就名稱(name)搜尋：

    一般搜尋包含系統命名、商品名稱、同義字和登錄號，想要搜尋的化合物名稱，例如：Aspirin，就會出現Aspirin的各種名稱，接著觸控Open，打開後看到Aspirin的平面結構式，再點選3D的圖示，就會出現3D互動模型：JSmol，用手觸控就可以轉動3D的分子模型。下圖使用程序。

圖2：利用Chemspider 搜尋分子結構步驟圖

二、   利用畫出分子結構搜尋：

    觸控頁面下方的苯環就可以畫出想搜尋的分子，例如畫出鄰苯二甲酸的結構，再按搜尋就會出現鄰苯二甲酸的各種名稱，接著觸控Open就會出現3D互動模型：Jsmol；滑動頁面，下方還可搜尋到鄰苯二甲酸的熔點、沸點、比重等物理與化學性質。下圖使用程序。

圖3：利用Chemspider 畫出物質結構的搜尋步驟

三、課室應用：

        筆者在目前教學中剛好進行高二有機化合物的部分，對剛開始學有機的高二學生來說，對於有機分子的形狀，由於VSEPR內容屬於高三範圍，因此學生很難從平面的結構來想像有機分子在空間中的構造，因此筆者就利用此App，讓學生可以直接畫出有機分子結構，並了解其3D構造，下圖8、9即為學生在課堂上進行此App的使用情況。

圖3：利用Chemspider 課堂間學習情形

     筆者就以106指考化學試題為例: 分子馬達是依靠分子中化學鍵的旋轉，在可控制的條件下，使分子進行有方向的轉動，並輸出動力，例如一個烯基可在照光或加熱下進行異構化反應。三個有機分子甲、乙、丙的結構如下圖：

下列有關這三個分子的敘述，哪些正確？

(A)甲分子是一個平面分子

(B)常溫下，丙分子只有一個烯基

(C)丙分子有順、反異構物

(D)常溫下，乙分子有3個可自由旋轉的碳–碳鍵

(E)甲分子具有順、反異構物

  在此題選項(A)提到：甲分子是一個平面分子，對學生來說很難從題目所附的平面結構了解甲分子是否為平面，就讓學生利用此App畫出分子甲的構造進行搜尋，接著再請學生利用3D互動模型：JSmol，學生就會發現上述的甲分子不是一個平面分子，並要求學生擷取其畫面，傳至筆者信箱。

圖4：學生利用Chemspider繪出分子馬達的結構，並學習立體結構的判斷 

四、使用心得:

    在現在這個手機不離手的資訊時代，學生在上課時很容易分心滑手機，尤其教師在進行到比較枯燥的教學活動時，更會出現這種現象；在這次結合ChemSpider App的教學活動中，不僅學生可以正大光明的「玩｣手機，而且要求學生必須在上課期間在App上繪出有機分子的結構，進而搜尋其化學性質與3D結構，並擷取畫面，繳交作業。學生在上課過程中是很「忙｣的，無暇玩手機內的其他遊戲軟體，而且在這次的「資訊融入教學｣回饋也表示：這次的APP很受用，讓學習有機化合物不再只是「靠背｣的，可提升對有機化合物的學習興趣！筆者建議老師可以試試這個APP在實際教學中，相信讓課室的活動更添專業與趣味性。

n  GoodGuide軟體簡介:

    這個目前免費的App，iOS以及android版都可下載，也可以直接使用網站查詢資料，所以很適合大家嘗試使用。剛接觸時因為是英文介面，所以原以為不易上手，但就如其網站上的敘述 ” Let us guide you to what’s good. Search for healthier products” ⁴，它能使消費者在進入賣場購物時，面對一大堆產品要選擇，並非僅僅以價格或是知名度來做挑選，可以在購買產品前，提供了查找產品配方成分的綠色程度，更進一步對個人健康及社會責任的友善程度，提供消費者參考，進而做出購買與否的決定，所以對於更有心的消費者，在面對未知的新產品，能簡單的在購買前做出更準確的判斷。所以筆者願意在嘗試使用此App後，也提供給對生活化學有興趣的讀者，分享使用方式與心得，讓大家也能更進一步參考認識，綠色化學產品的挑選資訊，甚至可以應用於教學上。

一、操作體驗:

一開始的介面簡潔明瞭，可以利用搜尋 (SEARCH)，鍵入想知道產品的名稱，搜尋出相關的評分以及資料，例如鍵入 ” Body shop ” ，則會出現所有產品的相關評分，點入Company可以看到品牌的總評分。下圖為GoodGuide的使用介面。

圖5：GoodGuide的搜尋及評分介面

鍵入品牌 (Brand) 後，可以看到有資料的產品總數，還可以利用類別(CATEGORY)或者過濾(FILTER)，較快速的找到想要查詢的產品，因此可以直接先查詢清楚相關產品的特性。值得一提的是，產品的成分 (INGREDIENTS) 除了標示清楚外，點入各個成分後，還有此成分對健康、環境的初步說明相關資料，對健康有疑慮的成分，也會依照危害程度以顏色標示，然後再列出不含此危害成分的類似產品，提供相關資料，讓消費者有更多的選擇空間。所以使用此APP，不僅能學習到各種化學成分對環境及健康的影響，也能了解各種生活日常用品及食品，所含的各種成分及其用途，將相關的化學知識與生活作連結運用。下圖為產品成分介紹。

圖6：單一產品的成分相關資訊與疑慮成分以彩色圓點揭露

   有化學等相關科學背景的人，如果覺得資料提供不夠詳細，那就再推薦使用本文的上一個軟體” ChemSpider ”進一步對各種物質的物理及化學性質做查詢。

   值得一提的是軟體的評分系統，是基於環境和健康科學領域的專家來建議的方式來評比。每個評分主要是針對對產品的成分進行評估，其提供產品成分是否會造成民眾健康問題的參考資訊，另外針對食品的部分，還進一步地拿其中的營養成分做為評分依據。評分也包括了產品是否提供了正確的成分資料。其中評分範圍從0（低）到10（高），數字愈高代表是愈好的綠色產品，分數可以簡單而快速的提供資訊，也可以直接點入了解得分高低的原因，來作進一步判斷。下圖為產品綠色程度的評分方法。

圖7：產品的綠色程度評分方法

二、實際應用Scan a UPC code:

使用掃描通用商品碼Universal Product Code (UPC)尋找商品，個人的使用經驗是，在賣場比較商品時，這個方式查詢商品就比較方便了，例如現場比較商品時，可以利用條碼進行掃描，大約3~5秒後，如果是資料庫內建的商品，就會出現相關資料，馬上就可以參考評分、查詢成分，以做為購買參考。但是筆者到美式大賣場實際測試時發現，目前資料庫中的商品種類，還是以美加地區生產的為主。下圖為美式賣場體驗。

圖8：美式賣場的產品抽樣實測

  但測試結果發現，目前並沒有台灣生產的產品資料，也就是此App在台灣的日常生活用品中，能查詢比較得到的商品實在有限，以目前台灣的生活用品來說，是無法享受其查詢的便利性，所以期待台灣也有類似的資料庫，讓綠色產品在台灣也能夠建立良性循環，使消費者對產品的成分能更認識，也更能幫助推廣。

圖9：美式賣場的產品抽樣實測

三、BROWSE CATEGORIES:
    也可以直接依照種類去搜尋，分類大致上有四類，包括個人護理產品、包裝食品、家庭用品以及嬰兒用品等，超過75,000以上的產品評比，所形成的大型資料庫，此功能才是用在生活化學方面教學的重大利器，例如想研究肥皂安全性的相關問題，便可以鍵入Household，再利用類別 (CATEGORY) 勾選Soap，便能較快速的找到想要查詢的產品，以及查詢到類似商品所含的成分，便可以延伸出各種化學成分在生活中，應用於各種產品的用途。下圖為分類搜尋的方式。

圖10：分類搜尋的過程

    想進行食安等相關問題討論時，例如探討巧克力棒其共同成分，或可能不健康的成分為何? 可以鍵入Food，然後再點選candy裡面的Chocolate Bar，可以找到資料庫裡相當多的商品種類，比較其中共同與不同的成分作為探討依據，也可以針對特定的目的做篩選，例如有機的原料、素食(Vegan)、或是對麩質過敏產品的挑選，都能在購買前提供更多的資訊，也可以在教學討論時，提供較多的實際產品相關資料。

圖11：有食安疑慮的產品搜尋及資訊揭露

四、使用心得:

    即使老師們對化學物質的性質已多所知悉，也了解相關資料的搜尋方法，但不如此文所介紹的App方便，較難直接應用於教學上，因此學生也不知道有此適合的工具，可以仔細研究家庭生活用品的詳細成分，以及可能對個人健康、環境保護造成的影響。隨著綠色產品越來越受大家重視，這種能將科學知識帶入生活的方便App，能夠進一步的提升社會大眾的化學素養，也藉由介紹此免費的應用軟體，讓教學有更多的素材可以應用。

n  參考資料:

1.      十二年國民基本教育課程綱要總綱發布版

https://www.naer.edu.tw/files/15-1000-7944,c639-1.php?Lang=zh-tw

2.      十二年國民基本教育科技領域課程綱要

http://www.naer.edu.tw/files/15-1000-10471,c1174-1.php?Lang=zh-tw

3.      ChemSpider軟體網站: http://www.chemspider.com/

4.      GoodGuide軟體網站，詳見https://www.goodguide.com/

中學化學App教材與教學：看的見的化學系列APP使用分享

劉獻文^{1, 2, *}

¹國立臺南一中

²教育部高中化學學科中心
*betterman0925@gmail.com

 n  簡介

    知識的進展一日千里，而傳遞知識的方法，到了數位化的今天，也有了大突破。筆者榮幸受邀，撰文介紹有關化學元素週期表的app，盼望能與教師夥伴或科學先進們一起精進，讓知識的傳播更有效且有趣。

    科學是由好奇心所驅動的，所有的孩子本應是天生的科學家，因為他們對這個世界充滿好奇，他們想知道事物是如何運作、為什麼如此運作。可惜的是，多數孩子在與親人、師長、同儕的相處過程中慢慢社會化、成熟，卻也開始害怕別人的眼光而不敢發問、不敢動手去做，成年後的你是否也是如此？希望接下來的故事能給你一些激勵：勇敢發問，享受科學樂趣吧！

n  看的到的化學：The periodic table table

    首先我們得先從「The Elements」這本書談起，本書的作者Theodore Gray葛雷，是知名科學軟體公司Wolfram Research, Inc.的創始人之一、應用程式Touchpress的研發者。

    葛雷從2002年開始在拍賣網站ebay及各地蒐集各種實體可見的元素實物，發明了一張重逾200公斤的元素週期表桌，這張桌子是一張將近2.5公尺長的會議桌，桌上填滿了刻有元素符號的木塊，每個木塊裏都放置著相對應的真實元素，而這張木桌也讓作者獲得了2002年搞笑諾貝爾獎的化學獎。他原本以為這個蒐集計畫要花上他三十年的時間，沒想到在2009年就大功告成(約2300件實物)。而在格雷與攝影師Nick Mann 攜力合作下將收集到的元素拍出了一張張精美華麗的照片，起初先是發售了以照片構成的週期表海報，海報正面有該元素實物照，而背面加註了文字說明，但受限於海報的尺寸，元素圖片只能取一且尺寸偏小。於是在諸多人的協助、撰稿彙整下，這本精美的化學元素週期表於焉誕生。 
有趣的是，這看似瘋狂收集元素的舉動，其實是葛雷兒時在閱讀「鎢絲舅舅Uncle Tungsten」這本科普書籍，書中介紹週期表時所產生的困惑：為何Periodic Table不是一張桌子呢？回想看看，是否你也曾有過類似的單純的疑問？而葛雷在2014年4月華盛頓特區舉行的首屆X-STEM研討會上，分享他發明“periodic table table”的故事時提到，在過去10年，他不是為了出版書籍而努力，而是因為收集與分享元素實體很有趣、很酷而努力的，而截至今日已印刷超過一百五十萬冊的書籍和海報 (2010年大是文化出版社發售了中文版本，書名為：看的到的化學)，該說是大眾們對他所做的事，也感到有趣的一種肯定方式吧！

圖1：格雷與他的週期表桌(圖片來源：theodoregray.com)

    閱覽本書前，建議先讀過「作者導言」，週期表中的許多分類與規律性會在此提及，這就好比進入元素王國前，先了解王國疆界、地形、特色等大局觀，接著才將一個個元素的故事、歷史沿革做深入了解。而書中亦將每一元素所列性質做簡要說明：例如原子量是指平均原子量、密度是結合「原子量」和以X光測量晶體內的「原子間距」計算而得的、半徑的數值指的是單一原子的半徑也就是從原子核到最外層電子的平均距離 (然而課本或教科書常將非金屬元素半徑以共價半徑來表示)、原子光譜是加熱該原子至放出特定波長的放射光譜、晶體結構是指將元素冷卻至固態所形成 (然而室溫下氫、惰性元素為氣體、汞為液體)。

    作者將每個元素都以兩頁的篇幅呈現，左頁是這個元素在自然界中的型態，並在下方列出該元素相關資訊 (位置圖示、原子量、半徑、密度、結晶構造、電子序列、原子光譜、物態)，而右頁則盡可能蒐羅該元素在生活中所形成化合物或其應用，搭配一部分的化學史，以幽默又精簡的文字解說，讀來韻味十足。

    例如自古羅馬時期排水管即以原子序82的鉛所製，而後因發現其毒性而置換為現今常用的鐵製、銅製、塑膠製水管；而以居里夫人祖國波蘭來命名、原子序82的釙元素，只要億分之一克就足以致人於死；然而美國治療胃不適的藥物品牌「胃達寶Pepto-Bismol」中卻有含量過半、原子序83的鉍，目前研究報告指出鉍元素是無毒的！發現了嗎？胃達寶的品牌名Pepto-Bismol是以其有效成分水楊酸鉍bismuth subsalicylate 所命名的。本書共收錄100個元素的趣味知識與精美圖片，留待讀者一一挖掘。

    此外，葛雷更架構了網站，不僅將各元素圖片公開，甚至羅列了比書本裡更詳細的訊息(例如來源、價格、純度等)以供查閱。 http://periodictable.com/theelements/pages.html

n  The Elements APP：疊扁平為立體

   雖然出版了「看的到的化學」書籍已大受歡迎，但葛雷並不以此為滿，他發現紙本海報只能將實物扁平的呈現，而這便催生了2010年“The Elements”app的誕生，它像一本電子書，將所有化學元素的實體，以360度取景拍照製成500多個3D圖像。讓讀者能更直觀的感受實體元素之美。此app僅有ios版本，而且需是付費的。下圖為來自個人ipad的截圖。

圖2：The Elements APP的進入頁面

    從app主頁面就可看出與其他電子書不同之處：每個元素都是動態旋轉的方式，可將實物360度忠實的呈現在讀者面前，影像背後的拍攝手法稱為環物虛擬實境技術(Object VR)。點選任一元素後，可以看見畫面呈現風格與書本相似，但利用手機或平板的觸控功能，能對每一張圖片作旋轉、定格、轉速等控制，點選圖片可將之放大為全螢幕，如有攜帶3D眼鏡更能做立體觀賞。(然而教學時同學自備3D眼鏡者少之又少，筆者通常請同學以鬥雞眼方式觀賞，也別有一番趣味)。下圖為鉍晶體的3D立體對(stereo pair)影像，來自ipad截圖。

圖3：鉍晶體的3D虛擬實境影像

App的版面設計與書本相似，首先是可點選畫面右下方方的緒論，內容大致上就是書本裡的「作者導言」。接著每一元素都有兩頁的篇幅介紹，第一頁為該元素在自然界中的型態，下方列出該元素相關資訊；第二頁則搭配幽默的文字解說其化合物或元素之應用。下圖為元素的介紹。 

圖4：鉍元素的介紹，來自ipad平板截圖。

    然而app版本提供了比書本更多的原子性質例如電負度、在自然界的含量等，且點選Wolfram Alpha圖示更可得到更多資訊如同位素、半生期、全光譜、游離能、CAS number……，部分元素如金、銀、鉑還能查詢其市場價格呢。必須注意的是手機版本因面板較小而只顯示其基本物性如熔沸點、密度，欲查詢其他性質須點選Wolfram Alpha圖示。下圖為元素基本性質資料。

圖5：鉍元素的基本性質資料，來自ipad平板截圖。

    值得特別一提的是，此電子書還將各元素3D圖與「神奇的化學元素」歌曲 (含英、日語兩種版本)結合成一趣味的動畫，筆者曾在課堂上撥放並發出挑戰，要同學默寫該歌曲所有單字，還真有一位同學挑戰幾近成功，全部只錯3個字，也許可說是唱得比說的好聽吧！下圖為元素週期表歌頁面截圖。

圖6：元素週期表歌的字幕畫面，來自ipad平板截圖

n  Elements in Action APP：眼見為憑的化學反應

    Elements in Action app是葛雷於2013年上架，將週期表大多的元素以拍攝相關影片的方式呈現，讓讀者在使用”the elements”電子書時不只看到3D圖片與其資訊，更能觀賞到生活中實際使用該元素的影片，一些課堂上不方便操作演示的實驗，如危險度高的碘加熱昇華、鹼金屬遇水爆炸、汞侵蝕鋁等，或是器材不易取得的氣體發光、製作金箔等實驗，利用此app除了可生動地展示實驗結果，也可在撥放時隨時暫停以便解說。此app亦支援18國的語言(包含簡體及英文)。下圖為影片畫面。

     圖7：Elements in Action app 中碘昇華的影片，來自ipad平板截圖

    值得注意的是，在鹼金屬Li、Na、K遇水爆炸的影片說明上，由於金屬的重量、水溫等皆未固定，故遇水爆炸的劇烈程度與學理不一致。而部分具高危險性的影片是專業人士操作拍攝，觀看影片的同時必須再次叮嚀同學，不可擅自嘗試，以免危險甚至觸法。

    而其書籍”Reactions”也在2017年10月出版，此書即是以app拍攝之影片為雛型撰寫，先從元素和分子的簡要回顧談起，接著以一系列精采的套圖進行解說，包括化學反應的重要概念(能量、熵和時間)，接著介紹了化學反應的許多重要類型(燃燒、光合作用、呼吸作用、氧化和發酵等反應)，最後還展示了以及幾個重要的化學循環(如碳循環、鐵循環和石灰循環)。目前為止只有英文版本。

n  The Elements Flashcards APP：熟能生巧

此免費之app於2014年上架，是以”The elements”裡出現的圖片為資料庫，設計問題，加強記憶之輔助型app，主選單分為左半部的測試(Quiz)，與右半部的拖放(Drag&Drop)。下圖為flashcards 首頁( https://itunes.apple.com/us/app/the-elements-flashcards/id835885718?mt=8)。

圖8：flashcards app的進入畫面，來自ipad平板截圖

    點選「測試」後可選擇資料庫數量，建議一開始可先從數量較少的資料庫開始練習，接著挑選欲練習之項目：名稱(Name)、符號(Symbol)、分類(Group)、Picture(圖片)，共有四個項目可挑選。下圖為試玩畫面。

圖9：試玩截圖，來自ipad平板截圖

    選定其中一項後，app會從設定的資料庫中挑選元素，讀者辨別後回答其名稱/符號/分類，接著點選畫面即可出現答案，並會針對讀者答對或答錯設計下一個問題，答錯的話同一提問就會多出現幾次，以加強記憶。下圖為試玩過程。

圖10：flashcards app試玩過程，來自ipad平板截圖

    而畫面右上方點選語言(language)，可選擇欲顯現之文字(內建18國語言，含英文與簡體中文)，點選音量則可聽見該元素不同語言的發音，想要加強聽力也不失為一個好選擇。

    而右半部的「拖放」則是將資料庫中的元素圖片打散，由讀者練習將其拖放回週期表的正確位置，此程式除了可辨認圖片是哪一元素外，還可幫助記憶元素在週期表的位置，又可免費下載，在教學上推薦師、生皆可下載練習。

n  Molecules APP：有限組合出無限

    宇宙中存在的元素只有一百多種，然而分子的種類卻不可計數，如同西洋棋的棋子只有六種，但想要列出西洋棋所有可能的走法，可能連AlphaGo也辦不到。繼”the elements”、 “Elements in Action”電子書app出版後，格雷於2014年在ios系統上架” Molecules”，除了緒論Introduction與虛擬分子Wigging Molecules之外，依不同主題收錄了十四個章節，分別為：第1章 A House Built of Elememts、第2章 The Power of Names、第3章 Dead or Alive、第4章 Oil and Water 、第5章 Mineral and Vegetable 、第6章 Rock and Ore、第7章 Rope and Fiber、第8章 Pain and Pleasure、第9章 Sweet and Double Sweet 、第10章 Natural and Artificial、第11章 Rose and Skunk、第12章 Color me Chemical、第13章 I Hate That Molecule、第14章  Machine of life。下圖為Molecules app 首頁。

圖11：Molecules app首頁，來自ipad平板截圖

    此app剛開始使用時可能較不容易上手 (筆者下載後只用了幾次便擱置了好長一段時間，而後才漸漸體會其中美妙)，這是因為當中選錄的內容與章節的編排、與國內外教科書非常不同，據作者的說法，他挑選的章節、介紹的分子種類與編排順序並不是基於「完整」，而是「有趣」。例如書中沒有一個介紹酸與鹼的章節，卻在第4章Oil and Water油與水中，大量介紹了酸鹼中和的產物：肥皂 (主成分為脂肪酸鈉鹽)，相關介紹如下圖所示。

圖11：Molecules app中各種肥皂介紹，來自ipad平板截圖

    另一例為第7章Rope and Fiber繩子與纖維中，格雷先提到棉花是由數公分內的棉花纖維交織而成，而棉花纖維是由纖維素的長鏈分子交錯而得，纖維素又由葡萄糖所聚合，而後葛雷展示了各種常見的合成纖維與動物纖維，最後說明了胺基酸的種類與蛋白質如何形成。若依照高中化學課本的編排，以上提及的內容會分別分散在基化二：生物體內的有機物、化學與化工以及選修化學的有機化學、聚合物。相關介紹如下圖所示。

圖12：Molecules app中各種纖維的介紹，來自ipad平板截圖

    因此，與其說” Molecules”是教科書，還不如說是像百科全書般，收錄的內容雖然零散，卻是從作者的觀點，將知識依其歷史或製造方法等，一步步地介紹給讀者。然而筆者認為，先讀過課本巨觀的分類與嚴謹的介紹後，再以賞析的角度來讀” Molecules”，箇中趣味才能有更深的體會吧！由於Molecules App的作者與攝影師與”the elements”一書皆相同，因此app的實物畫面亦相當精美華麗。此此之外，又多了三大特色：第一是實物動態的呈現，讀者可由觸控螢幕控制動作(例如燃燒、冒煙、流動等)的快慢、定格操作。第二是在wiggling molecules章節中可將書中提及的分子結構點選觀看2D或3D圖，其中3D圖還可選擇棍棒或填充模型，最酷的是可由讀者控制在不同溫度下觀看分子的運動方式(移動、振動、轉動)，而點選Info則可看到該分子的組成說明、命名、分子式、熔沸點等訊息。相關介紹如下圖所示。

圖13：3D立體分子(阿斯巴甜)的運動方式，來自ipad平板截圖

    第三是在主頁面下方的Gallery of Molecules中提供該app內提到的所有化學結構，且支援關鍵字搜尋，筆者在介紹有機分子時常使用此功能進行教學。美中不足之處，是電子書目前只有英文版本，想看中文版本可能得再等等。好消息是，中文版的書籍「用得到的化學：建構世界的美妙分子」已在2017年2月出版了”。

n  結語

    如果說”The elements”賦予了週期表元素全新的呈現方式、 ”The molecules App”則體現了元素如何結合、構成我們周遭萬物，”Reactions” 則展示分子間如何相互作用，形成化學反應。有如魔戒三部曲般，這三本書及其app的問世，可說是化學科普知識傳播的全新里程，然而故事還沒有結束，因為有趣的問題仍在持續產生……

n  圖片來源及聲明

葛雷的三個app，就目前化學app中屬於經典之作，在高中教學現場上也頗具實用性；相關介紹，純粹是個人肯定與推薦，其中無涉及商業行為與用途。文章附圖來自個人的所購買的app中截圖，所有相關畫面版權皆屬於Wolfram Research, Inc.及葛雷先生。若考慮教學使用，建議自行決定購買相關app與否。

n  參考影片網址

(1)   Chemical fairness: help eliminate molecular prejudice | Theodore Gray | TEDxMaastricht   

, https://goo.gl/aLYSrj.

(2)   The Elements ebook for iPad ,https://goo.gl/Sh8WcJ.

(3)   Building the First “Periodic Table Table” with Theodore Gray , https://goo.gl/jzGC5A.

(4)   Molecules by Theodore Gary，https://itunes.apple.com/us/app/molecules-by-theodore-gray/id923383841?mt=8

中學化學App教材與教學：滑手機做實驗

陳斾玎

國立花蓮女子高級中學
[email protected]

n  前言

一般高中教師欲進行化學實驗時，常常會遇到課堂不足、儀器老舊、經費短缺、安全顧慮等問題，因此不論在定性或定量實驗方面，常存在著諸多的限制，這些不便，導致學生咸少有動手做實驗的機會。即便現今的教育現場出現越來越多可攜式的數位實驗設備，方便帶到教室內進行，但是放學離開校園後，便很難再接觸到實驗，學生很難將實驗的探究精神落實在生活之中。

隨著手機日漸普及，以往危險性高而難以執行，或是需要特定儀器才能操作的實驗，皆有可能透過手機APP的模擬實驗 (例如燒杯APP)，或是利用手機內建的感應器 (例如氣壓計、光照度計)，搭配合適的APP，進行實驗測量與分析。以下將簡單分享筆者在課堂上使用燒杯、氣壓計、光照度計三種免費手機APP應用於教學及心得。

n  燒杯APP簡介與課堂模擬實作體驗：

2015年蘋果公司在Apple Store公佈的最佳APP名單中，燒杯(beaker)獲選為『最具創意的APP』的手機程式，驚訝四方^1,2,3。此款軟體介面如同名稱一般，將手機畫面變成燒杯，讓使用者可在手機上進行化學反應。開啟這個App後，使用者可以自由選擇欲加入的藥品(有150多種藥品可選)，即可能發生『化學反應』，比如燃燒、爆炸、沉澱、變色…等，除了有畫面之外，更有音效，螢幕上還會顯示反應式(內建約300多條反應式)。『燒杯』實驗結束後，不用清洗，只要將手機傾斜，就能把藥品『倒掉』，相當新奇。此App 亦提供android 系統手機體驗的App，燒杯(beaker)手機App圖示及連結如下：

下載網址：Google play,https://goo.gl/GipR5a

除了一般的固態、液態藥品可以選擇外，還有加熱、點火等功能，另外更支援手機連線，可以將藥品由一支手機『倒入』另一支手機，詳細介紹及操作，可參考上列連結。下圖為部份部分實驗畫面展示，左至右分別為：酸鹼指示劑、燃燒、焰色。

圖1：「燒杯」實驗畫面截圖

由於此應用程式並非針對特定主題，故在課堂簡介後，便開放學生分組自由使用，接著分享發現。有趣的是課堂上手機數量甚多，常常出現有人倒掉藥品，卻被附近手機接收之窘況，這是手機連線功能在設計時沒有想到的問題吧！下圖為學生操作情況。

圖2 ：燒杯APP體驗學習

n  手機內建感測器簡介

一般手機除了通話外，還有定位、照相、辨識(例如指紋辨識、虹膜辨識)等功能，這些豐富功能歸功於手機內建多樣感應器，搭配使用可達到更佳效果，像是相機對焦就需要距離感測器、環境光度感測則可辨識是否需開閃光燈。茲將感應器依照常用功能分類如下：

一、   相機相關：距離感測器、環境光源感測器

二、   屏幕方向切換：重力感測器、加速度感測器、磁感測器、霍爾感測器

三、   手機定位與導航：GPS、氣壓感測計、陀螺儀

四、   健康相關：加速度感測(計步器)、心率感測、血氧感測、紫外線感測

(以上感測器為參考各家手機主要功能後條列，詳細配件則依照手機規格、等級而有不同)

透過多項感測器結合，使手機能達到預期使用目的，反過來講，由於感測器確實存在，亦可透過特定APP將其感測數據連結並由螢幕顯示，作為隨手可得之實驗儀器，無須成本(部分APP須付費，但通常可找到較初階的免費版本)，教師即可進行相關課程設計，融入實驗教學之中。

n  氣壓計APP的介紹與波以耳定律實驗教學

氣壓計APP分為確實感測氣壓，與透過GPS定位接收氣壓數值兩種，由於手機系統差異，學生可以搜尋下載後，放入真空保鮮盒抽氣檢驗，同時培養自己找尋適合程式的能力。筆者使用的APP圖示及連結如下(ios系統)：

下載網址：https://goo.gl/sxuC3J

波以耳定律主要探討定量氣體在定溫下，氣體壓力與體積的關係，過去物理科使用的是一端封閉的J型玻璃管，內裝水銀，利用兩端水銀面的高度差來量測氣壓。由於玻璃器材造價較高，且易脆，使用的水銀藥品是管制品，且有安全疑慮，無法帶到課堂使用；化學科亦有相關氣壓測量裝置，不過是利用玻璃管內染色的食鹽水裝置，觀測水面的升降量來計算氣壓。當然時代進步，也可以使用一般的壓力計，甚至數位壓力感測器來進行氣體相關實驗。

本文透過手機安裝氣壓計APP作為氣壓感測器，再搭配真空保鮮盒及針筒，即可簡易、快速完成波以耳定律的驗證。實驗使用器材及步驟如下：

一、實驗器材：

智慧型手機(安裝氣壓計APP) 1台、真空之保鮮盒及抽氣棒(640mL以上) 1組、2或3號橡皮塞1個、5mL塑膠針筒1支、10mL塑膠針筒1支。

二、實驗步驟：

1.   將塑膠針筒拉至2mL位置，用橡皮塞封住開口端。

2.   打開氣壓計APP，關閉螢幕保護程式後，將手機連同塑膠針筒一同置入可抽真空之保鮮盒內，相關實驗裝置如下圖所示。

圖3：波以耳定律實驗裝置

3.   紀錄起始氣壓及體積後，利用抽氣棒抽氣，讀取氣壓計讀數及塑膠針筒內氣體體積數值，最少紀錄8組數據，再以氣體壓力P(atm)分別對氣體體積V(L)及體積倒數(1/L)作圖。

4.   重複上面三個步驟，並將起始體積改為3mL。

三、課堂實況與使用心得：

透過生活可得的器材，做出化學課本上的實驗，學生備感新奇。本次課程搭配其他氣體定律相關實驗進行，由於數據取得容易，故要求學生每個起始體積都做8組以上的數據。各組需自備筆電，或直接利用手機計算機來處理數據；經作圖後，可以發現正比、反比的趨勢皆非常明顯，其中正比的線性回歸線R平方值高達0.99以上。下圖為學生操作實況：

圖4：學生進行波以耳定律實驗情形

早期教到波以耳定律時，除了直觀說明現象外，總是得花許多時間解釋J型管構造，甚至使用濃鹽水染色、搭配透明水管模擬J型管演示實驗，但水柱高度需轉換壓力單位、開口端需加上大氣壓…等，往往造成學習上的困難。現在只需打開手機APP並置於密閉空間，透過抽氣過程，不僅可以觀察到體積的變化，還可以直接讀取各種不同單位的壓力數值，省卻了單位換算，非常方便。缺點是目前尚未找到簡易增壓裝置，所以僅用於減壓實驗驗證波以耳定律。

n  光照度計app應用於比色實驗

手機做為光學儀器，如照度計、手機顯微鏡…等，並非新聞，搜尋APP時，更有多種搭配市售裝置的手機光譜儀。本次比色實驗使用非常初階的感光功能，相關適合的APP可輸入如照度計、感光計、光度計等關鍵字搜尋，可以找到不少的免費項目。筆者使用的「LUX」APP圖示及連結如下(ios系統)。

下載網址：https://goo.gl/f6uGYX

傳統的比色法實驗需用雙眼直視試管內的溶液，試管的下方則是日光燈管。不只實驗完成後學生會感覺『眼冒金星』，單憑肉眼判斷的實驗，精準度並不如想像中高！雖然手機並沒有直接分光的功能，我們卻可以透過光照度APP (以下簡稱照度計)，感測透過液體後的照度變化，改良比色法裝置。

由於筆者目前任教高二，尚未學習化學平衡，故本次實驗僅以照度計檢測有色離子(Fe³⁺)之濃度。其中標準液為0.2 M，未知液分別配置了0.1 M及0.05 M供學生測量。

一、實驗器材及藥品

智慧型手機(光源及照度計APP)2台、試管4隻、塑膠滴管1隻、黑紙(包覆比色管用)適量、0.2M(標準液)與兩種濃度低於0.2M之未知濃度的硝酸鐵溶液各6mL左右。

二、實驗步驟

1.分別將裝有未知濃度溶液試管及標準濃度(0.2M)試管以黑紙包覆。

2.先測量未知濃度試管：在試管的下方安置一支開了手電筒的手機作為光源，若亮度太高，可以中間隔著一張紙。請注意固定每次實驗時光源位置，以免影響實驗結果。

3.在上端使用另一支手機，打開照度計APP，並將感測鏡頭對準試管開口，測量光照度的數據。請注意每次測量時對準的位置需相同，以免影響數據測量。裝置如圖：

圖5：圖左直接用手機光源，圖右使用紙張降低手機光源強度

4.改以標準溶液做測量，並用滴管吸取溶液至光度至與未知液相等，打開包覆的黑紙，測量溶液高度比，並推算未知溶液的濃度。

三、課堂實況與使用心得：

單憑肉眼觀測，一般人可以明顯看出不同濃度的鐵離子溶液，其顏色的深淺差異，但無法說出正確的濃度。透過肉眼觀察並引入比色的概念後，學生大致可以接受液體高度與濃度的關聯，此時若引入照度計概念，學生就能更清楚的了解比色實驗的操作與原理。下圖為學生操作實況：

圖6：學生利用手機照度感測器及相關APP進行比色實驗

雖然照度計的精準度不如預期，但配置濃度落差較大(本次課程為：標準液0.2M、未知液分別為0.1M及0.05M)，學生仍可大致測量出溶液的高度比分別為1：2：4，從而推算出濃度關係，比起只有肉眼觀測，數據測量後的結果更有說服力。

實驗中比較麻煩的部分是手機光源、鏡頭都比較集中，所以些微的偏移就會有不一樣的結果，單人操作較困難，需要2~3位同學分工合作，才能順利進行，若能使用固定架，相信實驗會更精準。

n  結語