臺灣化學教育
Chemistry Education in Taiwan有關氧化還原滴定─過錳酸鉀滴定法的幾個問題 ／ 施建輝
星期六 , 2, 9 月 2017 第21期/2017年9月, 高中化學疑難問題與解題 在〈有關氧化還原滴定─過錳酸鉀滴定法的幾個問題 ／ 施建輝〉中留言功能已關閉有關氧化還原滴定─過錳酸鉀滴定法的幾個問題
施建輝
國立新竹科學園區實驗高級中學
教育部高中化學學科中心
[email protected]
前言
在進行氧化還原滴定_過錳酸鉀滴定法時，為何配製的過錳酸鉀溶液需經過標定？又為何進行標定時，是將待確定濃度的過錳酸鉀溶液滴入已知濃度的草酸鈉溶液以進行標定，而不是將草酸鈉溶液滴入過錳酸鉀溶液中？在進行標定的過程中，有時會見到溶液先是呈現淡棕色，隨後才褪去，是因為加入的硫酸使溶液呈酸性的濃度不夠嗎？以上三個問題是有些細心的學生會提出的問題，本人也曾經接到高中化學教師們的詢問。本文試著說明以上三個問題為有這些疑惑的學生們與教師們解惑。在文章末段，本人提供自己在氧化還原滴定_過錳酸鉀法所開發的示範實驗供各位教師參考，以幫助學生們在這個學習單元能有更好的學習成果。
為何配製的過錳酸鉀溶液需經過標定？
過錳酸鉀（KMnO4）是深紫色晶體，照光或加熱時容易分解，其反應如式[1]所示：
2KMnO4(s)→K2MnO4(s)+ MnO2(s) + O2(g) [1]
因此配製過錳酸鉀溶液時，常會看到溶液底部會有難溶的顆粒，這就是式[1]中的MnO2，也由此可知，配製出來的過錳酸鉀溶液的濃度一定會有誤差，因此需要進行標定（standardization），以得到其正確的濃度。
為何進行標定時，是將過錳酸鉀溶液滴入草酸溶液以進行標定，而不是將草酸溶液滴入過錳酸鉀溶液中？
在進行酸鹼滴定時，一般而言是以已知濃度的酸（或鹼）滴入未知濃度的鹼（或酸），加入適當的指示劑以得到滴定終點，並據以求得未知濃度的鹼（或酸）之濃度。但是在氧化還原滴定–過錳酸鉀法中，是將待確定濃度的過錳酸鉀溶液滴入草酸鈉溶液中以進行標定並求得過錳酸鉀溶液的濃度，這個操作程序造成部分學生與教師的困惑，以下將解釋如此操作的原因。
在酸性溶液中，將過錳酸鉀溶液滴入草酸鈉溶液中，其最終產物為Mn2+，其反應如式[2]所示：
2MnO4−(aq) +8H+(aq) + 5C2O42−(aq)→2Mn2+(aq) + 10CO2(g) +4H2O(l) [2]
當草酸鈉完全反應時，溶液中存在的是淡粉紅但近乎無色的Mn2+，再多加1滴過錳酸鉀溶液，溶液將呈現淡紫色，表示已達滴定終點，可將滴定結果代入式[2]，求得過錳酸鉀溶液的濃度。若將草酸鈉溶液滴入過錳酸鉀溶液中，反應生成的Mn2+會與MnO4−再度發生反應，使其最終產物為MnO2，其反應如式[3]所示：
3Mn2+(aq) + 2MnO4−(aq) +2H2O(l) →5MnO2(s) + 4H+(aq) [3]
此時溶液呈棕色，有時甚至會出現二氧化錳的沉澱。圖1的燒杯A為濃度較低的過錳酸鉀溶液與硫代硫酸鈉溶液反應，可看到溶液呈棕色；燒杯B則為濃度較高的過錳酸鉀溶液與硫代硫酸鈉溶液反應，可看到深棕色沉澱物；燒杯C是燒杯B的近照，可明顯看到沉澱物。這個反應發生時，我們將無法確定過錳酸鉀有多少與草酸鈉反應，又有多少是與Mn2+反應，也就是這個定量實驗的操作方式是不正確的，這就是為什麼過錳酸鉀溶液的標定必須將過錳酸鉀溶液滴入酸化的草酸鈉溶液。
圖1：過錳酸鉀溶液與草酸鈉溶液反應
在進行標定的過程中，有時會見到溶液先是呈現淡棕色，隨後才褪去，是因為加入的硫酸使溶液呈強酸性的濃度不夠嗎？
為了回答這個問題，本人特地在實驗室進行各種測試，以普通化學原理之實驗手冊（Laboratory Manualfor Principles of General Chemistry）為實驗基準，實驗步驟與結果如下：
1. 配製待標定的0.020M過錳酸鉀溶液。
2. 計算與15mL 0.020 M過錳酸鉀溶液反應所需的草酸鈉大約質量，精確秤量至0.001g。
3. 以50mL 0.9 M的硫酸溶解草酸鈉。
4. 將酸化後的草酸鈉溶液加熱至60℃，向草酸鈉溶液慢慢加入過錳酸鉀溶液，持續搖盪錐形瓶，使過錳酸鉀滴定液褪色。當滴入過錳酸鉀滴定液一滴後，溶液不再褪色且呈現的淡紫色最少持續30秒，停止滴定並讀取滴定管讀數。
5. 實驗結果：過錳酸鉀溶液慢慢滴入，邊滴邊搖盪，等淡紫色褪色後再繼續滴入，則不會出現淡棕色，但若是滴入速率太快，則溶液呈淡棕色，需繼續搖盪才能呈現透明無色，但不會影響實驗結果。結論是溶液滴入的速率為是否出現棕色的主要因素，於進行實驗時，教師可提醒學生滴入過錳酸鉀溶液的速率不要太快，而且要在搖盪至呈現透明無色後才繼續滴入過錳酸鉀溶液。本人再以教科書上的實驗步驟重做，結果並無不同，可見實驗手冊所建議的硫酸使用量是夠的，問題並非出於硫酸加入的量。
教學設計與心得分享
在氧化還原反應這個章節會上到氧化劑或還原劑的半反應式，其中一定會在常見的氧化劑中看到以下三個半反應，如式[4]~[6]所示：
MnO4−(aq) +8H+(aq) + 5e− →Mn2+(aq) + 4H2O(l) [4]
MnO4−(aq) +2H2O(l) + 3e− →MnO2(s) + 4OH−(aq) [5]
MnO4−(aq) +e− →MnO42−(aq) [6]
化學教師在教學上會引導學生如何寫出這三個半反應式，然後強調：在強酸性溶液中，KMnO4會反應生成Mn2+，Mn2+是淡粉紅色；在中性、微酸性或微鹼性溶液中， KMnO4會反應生成MnO2；在強鹼性溶液中，KMnO4會反應生成K2MnO4（錳酸鉀），K2MnO4是墨綠色。這是標準的教學法，教師也盡到教學應有的努力，但是學生可能要在心裏呧咕：又要背這些無聊的內容了。我自己有個作法，效果還不錯，在此與大家分享。以下是我在上課進行示範實驗的實驗步驟和實驗操作要領：
1. 示範實驗以所需器材與藥品容易準備，示範效果明顯為原則。圖2是建議使用的器材與藥品，分別是5個塑膠燒杯、1個塑膠量杯、1支塑膠刮勺、過錳酸鉀、草酸鈉、硫酸亞錳、硫酸亞鐵各1瓶，以及以點滴瓶盛裝的3M硫酸、3M氫氧化鈉溶液、1M硫代硫酸鈉溶液。
圖2：示範實驗建議使用之器材與藥品
2. 配製過錳酸鉀溶液時可直接以刮勺取一小匙過錳酸鉀晶體，溶入裝有九分滿純水的塑膠燒杯中，攪拌、靜置，將上層澄清液倒入另一塑膠燒杯中，此燒杯稱燒杯A。進行示範實驗前，教師需先測試過錳酸鉀溶液濃度是否合適，原則以50 mL過錳酸鉀溶液加入氫氧化鈉溶液鹼化後，滴入硫代硫酸鈉溶液使過錳酸鉀溶液呈墨綠色（或綠色）所需滴數為1~2滴，若滴數超過1~2滴，則加入硫酸酸化的過錳酸鉀溶液至少需滴入10滴，示範實驗的效果將降低。若發現過錳酸鉀溶液濃度太高，應先稀釋，再度測試，直到過錳酸鉀溶液的濃度適宜進行示範實驗。
3. 以量筒量取50mL的過錳酸鉀溶液，倒入另一燒杯B中，重複以上步驟，得燒杯C和燒杯D，如圖3所示。燒杯A因為溶液體積較多，所以顏色較深。
圖3：4個裝有過錳酸鉀溶液的燒杯
4. 在燒杯B中加入3M的硫酸1mL，使溶液呈酸性，在燒杯D中加入3M的氫氧化鈉溶液1mL，使溶液呈鹼性。燒杯C維持中性。
5. 開始以點滴瓶盛裝的硫代硫酸鈉溶液滴入燒杯D，邊滴邊搖，直到溶液呈墨綠色（或綠色），記錄硫代硫酸鈉溶液的滴數。
6. 同步驟4，但改滴入燒杯C，直到溶液呈棕色。
7. 同步驟4，但改滴入燒杯B，直到溶液變成淡粉紅色（或無色）。
8. 將實驗完成後的四個燒杯並列，如圖4，燒杯A~D分別為淡紫紅色、淡粉紅色（或無色）、棕色、墨綠色（或綠色）。
圖4：不同pH值的過錳酸鉀溶液與硫代硫酸鈉溶液反應
9. 燒杯D呈綠色或墨綠色視原有過錳酸鉀溶液的濃度而異，如圖5所示。D1為濃度較低的過錳酸鉀溶液與硫代硫酸鈉溶液反應，可看到溶液呈綠色；D2則為濃度較高的過錳酸鉀溶液與硫代硫酸鈉溶液反應，可看到溶液呈墨綠色；D2’是將D2斜放所拍的的照片，可看到溶液呈墨綠色。
圖5：濃度不同的過錳酸鉀溶液在強鹼中與硫代硫酸鈉溶液反應
註：呈墨綠色的錳酸鉀溶液不久就會變色，這是因為錳酸鉀溶液不穩定，會發生自身氧化還原反應，如式[7]所示：
3K2MnO4(aq)+ 2H2O(l) →2KMnO4(aq)+ MnO2(s) + 4KOH(aq) [7]
10. 進行燒杯B中反應時，肉眼所見溶液顏色為透明無色，但書上都以「淡粉紅色」描述，難免會引起學生們的質疑。我建議教師們以透明試劑瓶裝硫酸亞錳粉末（MnSO4‧H2O），如圖6所示，學生看到透明試劑瓶裝的硫酸亞錳粉末確實是淡粉紅色，教師才進一步解釋：溶液中的Mn2+濃度太低，我們肉眼是看不到其顏色，必須以粉末的狀態存在，才能看出淡粉紅色。
圖6：硫酸亞錳粉末（MnSO4‧H2O）的顏色
11. 結論：理論上燒杯B、燒杯C、燒杯D所滴入硫代硫酸鈉溶液的滴數比應約略為5：3：1，這就和式[4]、式[5]、式[6]中過錳酸鉀得到的電子數相同，可印證這三個半反應式。
12. 示範實驗結束後，將所有溶液倒在同一塑膠燒杯中，酸化，加入硫代硫酸鈉溶液（或雙氧水）使溶液褪色，進行廢液回收。
13. 延伸實驗：燒杯A剩餘的過錳酸鉀溶液可進行「影響反應速率的因素−本性與催化劑」的示範實驗。
(a) 將做為對照組的燒杯A以硫酸酸化後等分成三杯，分別標示為燒杯A1、燒杯A2、燒杯A3，如圖7所示。
圖7：燒杯A分成三等份
(b) 分別在燒杯A1與燒杯A2中加入一小匙草酸鈉粉末，攪拌，觀察是否發生變化。在燒杯A3中加入一小匙硫酸亞鐵粉末（FeSO4‧7H2O），攪拌，觀察是否發生變化。實驗結果為燒杯A1與燒杯A2仍可看到底部的草酸鈉粉末，且溶液顏色不變，表示尚未發生反應或反應速率甚慢，燒杯A3一攪拌立即褪色，如圖8所示。燒杯A3的反應如式[8]所示：
MnO4−(aq) +5Fe2+(aq) + 8H+(aq)→Mn2+(aq) + 5Fe3+(aq) +4H2O(l) [8]
圖8：燒杯A3已褪色
(c) 回頭在燒杯A2中加入一小匙硫酸亞錳粉末，攪拌，觀察是否發生變化。燒杯A2攪拌後呈淡棕色，實驗結果如圖9。燒杯A3的反應如式[9]所示：
圖9：燒杯A2呈淡棕色
(d)實驗說明
i. 此示範實驗結果可用以說明過錳酸鉀溶液與硫酸亞鐵的反應速率遠大於過錳酸鉀溶液與草酸鈉的反應速率。以下為式[2]與式[8]並列：
2MnO4−(aq) +8H+(aq) + 5C2O42−(aq)→2Mn2+(aq) + 10CO2(g) +4H2O(l) [2]
MnO4−(aq) +8H+(aq) + 5Fe2+(aq)→Mn2+(aq) + 5Fe3+(aq) +4H2O(l) [8]
註：這兩個反應在反應速率這個章節常被當成考題，化學教師會解釋因為在同樣條件的過錳酸鉀酸性溶液中，式[8]不需破壞化學鍵（Fe2+反應生成Fe3+）而式[2]需要破壞化學鍵（C2O42−斷鍵生成CO2），所以式[8]的反應速率較式[2]大，這樣教學並無不可，但若能讓學生「看到」式[8]的反應確實比式[2]的反應快，再來進行教學，成效立即分出高下。
ii. 燒杯A2於加入硫酸亞錳粉末並攪拌後，溶液變成淡棕色，這項實驗結果可用以說明滴定過程中，一開始溶液的褪色比較慢，等到溶液中出現Mn2+後，Mn2+將扮演催化劑的角色，讓反應速率變快，褪色的速率變快。這個特別的「自催化反應」（反應產物做為反應的催化劑），可因這個示範實驗讓學生留下深刻的印象，當然，教學成效是非常好的。
iii. 三個燒杯靜置一段時間後，全都呈現透明無色，一則可說明燒杯A1並非不發生反應，只是反應慢，燒杯A2則呼應本文前述：「滴定過程中，若滴加過錳酸鉀溶液的速率過快，則溶液會呈淡棕色，但最終會變成透明無色」，燒杯A2是將Mn2+加入MnO4−中，當然會呈淡棕色，但終將反應成近乎無色的Mn2+。此段示範，於完成添加硫酸亞鐵與硫酸亞錳之後，教師可繼續進行教學活動，但是在下課前，記得舉起燒杯A1讓學生看，此時燒杯A1內的溶液也呈透明無色了，教師向學生強調：過錳酸鉀溶液與草酸鈉還是會反應，只是比較慢。而且要仔細觀察燒杯A1的底部，可看到燒杯底部聚集反應生成的氣泡，教師可跟學生說明：這就是草酸根（C2O42−）反應後生成的二氧化碳（CO2），再強調一次：教師又讓學生「看到」草酸根反應生成二氧化碳的事實，也由此證實草酸根確實需破壞化學鍵以生成二氧化碳。圖10左側圖可看到三個燒杯靜置後溶液都呈透明無色，為了拍照時能拍到無色的氣泡，特地在燒杯A1下方放一張黑色的圖畫紙。圖10右側圖標示為A1’，則為燒杯A1褪色後以近照呈現，底部明顯看到生成氣泡。
圖10：過錳酸鉀溶液與草酸鈉溶液反應生成二氧化碳
結語
以上內容詳細說明氧化還原滴定_過錳酸鉀法做實驗時常碰到的問題，同時提供本人在這個單元的教學設計，希望高中化學教師往後碰到實驗的問題時，能適切的回答學生，更希望高中化學教師能在課堂上適時的引進示範實驗，幫助學生從實際觀察來學習化學，以提升學生學習的興趣與動機。參考資料
1. 劉新錦、朱亞先、高飛編著，無機元素化學（第二版，2010），科學出版社。
2. J. A. Beran: Laboratory Manual for Principles ofGeneral Chemistry Sixth Edition, 1999, WILEY.
3. Lee R. Summerlin, James L. Ealy, Jr.：ChemicalDemonstrations：ASourcebook for Teachers, Volume1,Second Edition, 1988,American Chemical Society.
武陵師生參與第七屆亞洲化學教育研討會心得 ／ 張明娟、陳柏文、張心慈
星期五 , 1, 9 月 2017 國內外化學交流, 第21期/2017年9月 在〈武陵師生參與第七屆亞洲化學教育研討會心得 ／ 張明娟、陳柏文、張心慈〉中留言功能已關閉武陵師生參與第七屆亞洲化學教育研討會心得
張明娟1,2，陳柏文1，張心慈1
1國立武陵高級中學
2教育部高中化學學科中心
前言
第7屆亞洲化學教育研討會（Network of Inter Asian Chemistry Educators, NICE 2017）1於韓國首爾的未來學校—昌德女中舉行，此次很榮幸受到邱美虹教授的邀請，可以帶武陵科學班升高二的學生參加此次的研討會進行海報展示與說明，而研討會的主題之一是 :STEM(science, technology, engineering, and mathematics)/STEAM(science, technology, engineering, Arts, and mathematics) in chemistry education，在決定要去的同時也確定了我們這次要發表的主題：自造技術融入化學教學；本實驗就是利用既有的實驗方法導入科學、程式語言、數學、工程的訓練培養學生跨領域的能力2。一般硫粒子生成速率實驗原本是利用目視觀察硫粒子沉澱的時間以求得反應速率定律式，本實驗設計改以Arduino結合濁度計測量當濁度計數值達到1.5V的時間做為量化指標求得反應速率定律式，用這個量化指標取代目視觀察，並訓練學生應用電腦統計分析求出本實驗的速率定律式，這樣的觀測方法可以使實驗數據標準化，減少人為誤差，使實驗更具信服度，也達到了培養學生具有STEM跨領域的目的。
經由這個實驗裝置所測得的反應速率定律式為：r=k[HCl]0.62[Na2S2O3]1.28與資料分析收集器LABQUESTR2 所得的反應速率定律式為：r=k[HCl]0~1[Na2S2O3]1.37~1.82，而實驗裝置的費用卻相差25倍，本實驗使用可程式化Arduino裝置，連接各種不同的探測器，就可以擴充並測試不同實驗所需的數值，又可讓學生改變不同參數(程式語言)，根據不同實驗需求，自行設計實驗流程，解決實驗所遇到的儀器問題，真正落實到STEM中重視跨領域的能力。
實驗內容
硫代硫酸鈉在鹽酸溶液中會產生自身氧化還原反應，其反應方程式如下式：
Na2S2O3(aq)＋ 2HCl(aq) → 2NaCl(aq)＋ S(s)＋ SO2(g)＋ H2O(l)
溶液維持一段時間的澄清透明，突然快速析出硫微粒而顯得白色混濁，而出現白色混濁時間利用Arduino結合濁度計測量當濁度計數值達到1.5V的時間，時間的倒數與反應物濃度的關係以求得反應速率定律式。
實驗器材：以小組為單位
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器材名稱 |
數量 |
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Arduino Uno 版 |
1塊 |
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濁度計 |
1個 |
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筆記型電腦 |
1台 |
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150mL燒杯 |
5個 |
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漏斗 |
1支 |
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安全吸球 |
2個 |
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25mL吸量管 |
2支 |
化學藥品：全班共用(10組)
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藥品名稱 |
份量 |
藥品名稱 |
份量 |
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1M Na2S2O3(aq) |
500mL |
1M HCl(aq) |
500mL |
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蒸餾水 |
100mL |
Na2CO3(s) |
15g |
實驗裝置：如照片所示
圖一：Arduino與濁度計連接圖 圖二：Arduino裝置與電腦連接圖
(引自Chang , Chen&Chang, 2017)
濁度計程式碼
實驗結果
(一)測定不同濃度的硫代硫酸鈉溶液對反應速率的影響：如下圖三
得到反應速率對[Na2S2O3]呈現1.28級數的關係式(引自Chang , Chen & Chang, 2017)。
(二)測定不同濃度的鹽酸溶液對反應速率的影響：
得到反應速率對[HCl]呈現0.63級數的關係式，綜合上述實驗可得反應速率定律式為：
r=k[HCl]0.62[Na2S2O3]1.28 eq. (1)
學生心得一陳柏文
在炎熱的七月底，我們來到了距臺灣不遠的南韓進行參訪。南韓夏天的天氣大抵與臺灣無異，但參加NICE後，我彷彿眼界又開闊了些。
學習化學不難，更難的是如何把自身所擁有的知識清晰地傳達給他人。若僅使用傳統的黑板及粉筆，任憑我們說破了嘴，台下的聽眾依舊是一知半解。在NICE上，我看見了各國的老師秉著一股對教育的熱忱，搭配著日新月異的科技，設計出一套套令人驚奇的教學方式。其中我最印象深刻的便為理想氣體常數(R)的測定：不用電解、不用產生氫氣，僅僅測定空氣中的水蒸氣及溫度便可推得R值，更重要的是誤差極小。實際操作體驗後更對這個測定方式感到驚艷。
圖五:理想氣體常數(R)的測定海報
對我而言，參加NICE最重大的挑戰就是要向他國的與會人員報告我和夥伴所做的實驗：利用Arduino濁度計推導硫代硫酸鈉與鹽酸反應產生硫沉澱的反應級數。這個實驗的優勢在於是使用電子儀器而非使用極易產生誤差的肉眼來記錄時間。然而，我在報告時，對於英文尚未完全的掌握，縱使腦袋內有再多的想法仍舊是有口難言。除此之外，我認為我的臨場反應也需加強，一聽到其他教授所提的問題，我的腦中一片空白，只好由我的夥伴上前回答。也許是我對這個實驗仍未完全熟悉，但是無論如何，我認為我需要加強我的英文以及對於無法事前準備的問題的反應能力。
圖六:向與會人員報告實驗內容
當初因為想拓展眼界而參加NICE，而與會後我也的確頗有所得。不僅結交了臺灣、日本等國家的好友，也對化學有了新的想法。也許化學對我而言可以不只是一個科目、不只是一個拚競賽的工具，它可以是一個應用在生活中，帶給大眾無數知識及利益的學問。
圖七:台灣與日本參訪昌德女中與會人士大合照
學生心得二－張心慈
果然是熱情的夏天，清晨五點天已透亮。我帶著雀躍的心飛往首爾，準備收穫滿滿的學習與回憶。
這是我首次參加學術性的研討會，令我大開眼界。NICE, Network for Inter-Asian Chemistry Educators，各國充滿教學熱忱的老師們齊聚一堂，發表、交流著彼此的教學成果、教育推廣，看著台上講者露出對自己努力的成果而自豪的笑容，和緩卻強烈地與我們分享了一種單純的喜悅。
我們這次的報告內容，是將Arduino程式的濁度計應用結合了一項高中常見的實驗——藉由鹽酸與硫代硫酸鈉產生硫沉澱以計算反應速率定律式。讓相對精準的濁度計將硫沉澱定量化，減少人眼造成的誤差，讓結果更精確可信。雖然不是一個複雜的概念，但我用英文卻難以立刻清楚表達所想，儘管配合動作或道具仍能與人溝通，還是顯得很生疏，不通順，大概因為是第一次用英文報告科學吧！一個講求精確的領域，不可含糊帶過，每一句話都得有根據而確實，更增添了我的緊張。這次報告真是個難忘而難得的經驗，若下次再有這樣的機會，期許自己下次能更自然流暢的，清楚表達自己的想法。
圖八:學生張心慈與陳柏文解說實驗與海報
在Poster Presentation 及Workshop 中，我看到了很多化學與科技完美結合的報告，讓新穎的資訊與悠久的化學交織、迸出不一樣的火花，點亮開拓了我們學生的新視野。利用程式電控裝置，VR科技抑或是3D立體模型設計，讓學習化學更加有趣而具像化，或是研究對於實驗教學更簡易清楚的演示方法，琳瑯滿目映入眼簾，轉換到大腦的是好多好多的驚嘆號，是有幸能參與了這樣的歷程而感受到的歡喜
圖九:南韓教師課程演示
另外，在參訪Seoul future school時也令我感到驚豔。這是所公立的學校，卻有許多專業新穎而充足的設備，並搭配結合科技的e化教材，資訊化而高效率的學習，培養學生成為未來世界所需的人才，可見其政府對學生培育的重視。
圖十:參訪昌德女中天文望遠鏡
這次NICE的參訪活動，讓我學習了很多，得到寶貴的報告經驗，欣賞老師們的報告，見識到各國同學們的研究成果，也認識了一些朋友。真是個收穫良多，很”NICE”的回憶呢！
圖十一:參與NICE的台灣與日本學生
結語：
這次的NICE是筆者第一次帶學生參與的研討會，從確定主題到帶領學生實驗操作，大約歷時三～四個月左右，而這個主題是從化學學科中心與高師大自造者基地合作辦理的自造技術融入學科專案中的發想，在今年寒假的研習活動將感測器裝置建置完成；濁度概念與奈米硫粒的製備實驗在新的課綱5：CMe-Va-1水汙染之檢測方法，CJb-Vc-1溶液的種類與特性中出現，結合了這兩個概念而發展出的主題，對筆者來說Arduino程式與感測器的結合最為困難，幸好有先生的幫忙(生活科技教師)，才可以完成這跨領域的結合，再者還須將英文論文摘要投稿至研討會，對英文程度不好的我而言，似乎有點難度，投稿的論文摘要被接受後，接下來要煩惱的就是錢的問題了。對高中教師而言出國參加研討會是沒有經費補助的，更何況是高中生，幸運的是邱美虹教授的推薦，大會提供筆者三日單人房住宿和免註冊費的禮遇，而學生的部分也與家長溝通清楚，全程自費參與此次的研討會。這次的研討會不僅讓筆者跨出傳統的教學模式，激勵努力工作的動力，也讓學生開開眼界，為教學領域注入新的泉源。
出國發表，你也心動了嗎？經過這次的歷練發現並沒有想像中的困難。人生的旅途原本就充滿著變數，只差你如何看待，每個變數與挑戰，只要願意欣然接受全力以赴，這些變數與挑戰都會更加豐富我們的人生，套句廣告台詞「不做不會怎樣，做了很不一樣」，一起加入這個冒險旅程吧！
參考資料
1.2017 Network for Inter-Asian Chemistry Educators(NICE) July 26-28, Seoul,Korea
http://nice2017.snu.ac.kr/top.html
2. 《臺灣化學教育》第十一期（2016年1月），科學模型與建模：科學素養中的模型認知與建模能力／邱美虹
3.臺灣2002年國際科學展覽會化學科第一名。界面活性劑對硫奈米微粒形成機制的影響。臺北市立第一女子高級中學。李祐慈。
4. Chang, M.C., Chen, P.W., & Chang, H. T. (2017). Arduino Device Application in Chemistry Teaching. Paper presented at the 7thNetwork for Inter-Asian Chemistry Educators(NICE) July 26-28, Seoul,Korea.
5. 國民中小學及普通型高中–自然科學領域課程綱要草案http://www.naer.edu.tw/files/15-1000-10469,c639-1.php?Lang=zh-tw
《臺灣化學教育》第二十期（2017年7月）
目 錄
n 主編的話
n 本期專題【專題編輯／鍾曉蘭】
u多元評量在教學現場之應用：多元評量專刊／鍾曉蘭〔HTML｜PDF〕
u多元評量在教學現場之應用：利用電腦軟體設計化學實驗實作評量／周金城〔HTML｜PDF〕
u多元評量在教學現場之應用：用Yenka模擬化學丙級實驗／許碧容〔HTML｜PDF〕
u多元評量在教學現場之應用：化學實驗影音錄製的實作評量／鐘建坪〔HTML｜PDF〕
u多元評量在教學現場之應用：淺談多元評量結合專案管理概念應用於兒童科學營隊活動人才的培訓／丁信中〔HTML｜PDF〕
u多元評量在教學現場之應用：從Science formative assessment: 75 practical strategies for linking assessment, instruction, and learning-書激盪教師多元評量策略／林靜雯〔HTML｜PDF〕
n 新知報導／化學教育新知【專欄編輯／李賢哲】
u 翻轉化學教室之路徑與永續發展／李賢哲〔HTML｜PDF〕
n 課程教材／化學小故事【專欄編輯／洪振方】
n 化學實驗／化學實驗含影片【專欄編輯／廖旭茂】
u 大型印台和銅板電化學蝕刻製作／廖旭茂〔HTML｜PDF〕
n 課程教材／化學課程與教學【專欄編輯／張明娟】
u 武陵高中彩色化學選修課程模組／張明娟〔HTML｜PDF〕
n 化學實驗／家庭化學實驗【專欄編輯／劉曉倩】
u 化學玩金術創作飾品／劉曉倩〔HTML｜PDF〕
n 化學實驗／微型化學實驗【專欄編輯／方金祥】
u 創意微型實驗–微型環保禮炮／方金祥 〔HTML｜PDF〕
n 新知報導／國內外化學教育交流【專欄編輯／林靜雯】
u 國內外化學教育交流（第二十期)／林靜雯〔HTML｜PDF〕
第二十期 主編的話
邱美虹
國立臺灣師範大學科學教育研究所教授
美國國家科學教學研究學會（NARST）甫卸任理事長（Immediate Past President）
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
[email protected]
兩年一次的國際純粹化學與應用化學聯盟（International Union of Pure and Applied Chemistry, IUPAC）雙年會（第46屆World Chemistry Congress和第49屆IUPAC General Assembly）今年七月在巴西聖保羅市舉行，由巴西化學會主辦，大會主題是Sustainability and Diversity through Chemistry（http://www.iupac2017.org/）。此大會合計有2320篇摘要、700個科學活動，與會者3512人來自66國，人數分布分別是南美洲81.7%、中美洲1%、北美洲5.3%、歐洲8%、非洲0.7%、亞洲2.7%、大洋洲0.6%。
在IUPAC世界化學大會中聆聽2016年諾貝爾獎得主美國西北大學Sir J. Fraser Stoddart的大會專題演講時，受益良多。聽其緩緩道來其過去半個世紀多的研究生涯中與其研究夥伴（包括博士後和研究生）之間的互動、交流、堅持、腦力激盪，皆是其成功的要素之一。而其不斷在相關主題中鑽研，在不疑處有疑，發現處理癌症病患的新藥等等，都讓人相當佩服。他於演講之末，還提及應將教學置於研究之前、將學生置於自己之前、最後是無論如何都應為自己的寫作或是演講的呈現設立一個高標為目標，才能發揮潛能。這是一場兼顧化學研究與教學的精彩的演講。
我很榮幸也很高興此次受邀出席，並與其他三位諾貝爾獎得主（Ada E. Yonath, Nobel Prize 2009; Robert Huber, Nobel Prize 1988; Sir J. Fraser Stoddart, Nobel Prize 2016）等人同為大會主講人，這是第一次有化學教育學者受邀在IUPAC的世界化學大會上（World Chemistry Congress）擔任Plenary lecturer，本人除深感榮幸外，也為化學教育從業者感到欣慰，大家共同努力的結果—化學教育—化學人才培育的搖籃—終於受到重視了！
這次大會主題是透過化學看永續和差異性（或稱多樣性），我的講題就圍繞在兩個面向來討論，演講主題訂為Glocalization and Sustainability in Chemistry Education（全球在地化和永續的化學教育），希望藉由國際性的學生能力國際評量計劃（Programme for International Student Assessment, PISA）素養調查探討世界各國在學習成就、認知、興趣、以及對未來就業喜好的異同（符合差異性的主軸），並針對國際評比數據和全球議題（如全球暖化、資源減少、空氣品質、環境變化等議題）提出具體可行的在地化策略。顯然我的主題與內容與其他化學學者大異其趣，但是會後許多學者與我分享他們的心得，認為化學家應該更重視基礎教育，深耕的化學教育才能期待下一代人才應運而生以及素養的提升。面對投入科學、技術、工程及數學（Science, Technology, Engineering and Mathematics; STEM）的人才逐漸減少，各國都不遺餘力在推動各項方案或政策來鼓勵更多的學生或研究人員投入STEM 領域的研究或工作當中。根據PISA2015的調查研究結果顯示，有兩項結果值得在此討論，首先，PISA排名前面的國家（如芬蘭、臺灣、日本、韓國等）的學生其學習動機偏低，反之排名於後的國家卻有高於國際平均值的學習動機（如美國、瑞典、泰國）；其次，PISA排名前面的國家（如芬蘭、臺灣、日本、韓國等）的學生表示，會期待在30歲時選擇與科學相關的職業的百分比低於國際平均值，相反的在PISA表現平平（如美國或英國）或是不佳的國家（如墨西哥和巴西）卻反而有遠高於國際平均值的學生會在30歲時會期待從事與科學相關的職業。這種反差的現象不禁令人憂心，而2006年的資料也顯示僅有50%的學生喜歡化學此數據僅比物理多1%，但卻與生物（68%）相距甚遠，我們基礎化學教育出了什麼問題？若我們的教育持續以考試領導教學(Teaching for Assessment)，而非教學領導評量(Assessment for Teaching)或是教學促進學習(Teaching for Learning)，那有這樣的結果，也不意外了! 如何改進評量方式與內容，使科學教學更符合科學志業的發展與科學素養的提升，應是政策者應該思索的問題。除此之外，研究結果也顯示，臺灣學生在評鑑與設計科學探究的表現是低於國際平均值的，如何透過教學內容與活動的改進，改變評量學生學習表現的方式應是當務之急，若說我們可以從PISA的研究結果獲得如何的啟示，我想變教學環境與方式與促進多元評量應該是遠比排名更加重要的。
本期專題以多元評量為主題，主要是配合未來12年國教新課綱內容所規範的「自然科學探究與實作」領域課程而設計的。新課程綱要中特別強調學習內容應包含「探究」與「實作」兩個面向，前者強調認知（知識的建立與應用）與探索問題、發現問題、解決問題的能力培養；後者則強調動手操作、資料彙整與分析、心到手到，知行合一的學習表現目標。在實施探究過程中引導學生建立正確的科學態度、習得規劃與設計實驗或探究的方法、認識與實踐以證據為導向的科學論證的知能、進而能建立符合科學的心智模型、並能以適當的科學語言傳遞知識與溝通理解科學現象。由於課程綱要的重點有所改變、教學勢必隨著調整、教學有所調整、學習才會產生質變，因此重視適性發展的多元評量方式便應受到應有的重視，評量不應再是過去的紙筆測驗而已，而應以多元評量方式去反映不同學生的能力與發展，以符合新課綱設計理念與社會期待。本期專題主編是由新北市立新北高級中學鍾曉蘭老師擔任，專題合計六篇，主題分別從多元評量理念、實作、電腦軟體輔助探究學習、實驗影音錄製等等，說明多元評量方式可以應用的層面，此次內容值得現場教師參考。
最後，本期常態性專欄文章有李賢哲教授的〈翻轉教室之路徑與永續發展〉介紹三篇極具參考價值的翻轉教室課程安排並強調永續的目的，這些主題也適合學生進行探究活動。洪振方教授和刁彭成先生以戴維伏打電池的一連串電化學實驗說明酸的氧元素說的錯誤觀點以及電化學中的氧化還原反應，深入淺出，其歷程可供教師進行探究活動的說明。臺中市立大甲高級中學廖旭茂老師的〈大型印台和銅板電化學蝕刻製作〉再次以電解蝕刻法為主題進行大型的電解蝕刻，很適合高中生進行STEM活動。武陵高中張明娟老師介紹該校多元選修課程模組：彩色化學篇，第一個實驗利用食鹽水的密度不同使溶液分層，並透過指示劑使各層出現不同顏色，實驗簡單容易實施；第二個實驗則是利用培養皿內的化學反應來產生硫的沉澱，此實驗就較具挑戰性，適合高中生發展實驗技能。國立彰化高級中學劉曉倩老師從《都是鈕扣惹的禍？》這本書出發，介紹錫的相關性質與實驗，喜歡科學史的看官應可從中得到許多樂趣與知識。方金祥教授的微型化學實驗再度精緻化微型環保禮炮，使其更具挑戰性。最後由林靜雯教授介紹國內外的化學相關活動，並提供網站資訊供讀者進一步閱讀，有意者亦可積極參與相關研討會或工作坊等活動。
多元評量在教學現場之應用
鍾曉蘭
新北市立新北高級中學
教育部高中化學學科中心
[email protected]
n 引言
整個教學歷程分為四大部分：教學目標、教學行為、教學活動、教學評量，彼此之間的關係大約如圖1所示，國家制定的課綱(如99課綱、108課綱)對教學目標有一定的規範與引導，學校或教師參考課綱決定教學目標，依據教學目標選擇合宜的教學法，再由教學法中設計相關的教材與教學活動/教學行為，最後教學評量則給予教師回饋，確定教師的教學達成教學目標的情形，藉以改善教學活動或給予學生補救教學。
教學評量是一個蒐集學生發展或學習證據，評量包含形成性評量與總結性評量，然而現行於學校的小考或段考的紙筆測驗，較偏重學生的總結的表現，甚至僅僅評量認知(知識)方面，對於學生的能力或學習態度等無法做到全面的評量，往往無法反映出學生學習的歷程。近年來，教育界越來越強調多元評量，評量應同時重視歷程與結果，針對能力與學習態度應使用更多元、更彈性的方式，方能達到教學評量的目的。然而如何將多元評量落實於教學現場，中、小學教師常抱著懷疑甚至戒慎恐懼的想法，深怕個人所使用的多元評量方式不夠公正客觀，會讓學生與家長有所質疑。因此，如何將多元評量有效用於教學現場中，也是目前教師專業發展的重要課題之一。
n 本期專刊介紹
本期的專刊是介紹多元評量在教育現場之應用，首先，由筆者淺談多元評量，介紹多元評量的種類，簡單說明實作評量、檔案評量和動態評量的意義，並提醒教師們再進行多元評量應注意的事項，接著從實務經驗中提出實作評量的設計實例，藉此說明如何從實作的過程與學習單評量學生認知、操作和解決問題的能力，最後是酸鹼滴定實驗的實作評分規準，提供教師們在設計實作與評量時的參考。其二，由台北教育大學自然科學教育系周金城教授介紹利用電腦軟體設計化學實驗實作評量–以Yenka軟體為例，金城教授藉由Yenka化學實驗模擬軟體，能讓學生有機會於實驗前進行化學實驗過程練習，另一方面也可以設計化學實作評量的問題讓學生解決，並提出建議在職與職前教師如何透過Yenka設計科學實驗，最後闡述數位科學實驗與實作評量之間的關係。其三，由台北教育大學自然科學教育學在職碩士專班許碧蓉老師介紹用Yenka軟體輔助化學丙級證照術科實作評量–醋酸濃度之測定，許老師在文中先闡述酸鹼滴定的原理，接著說明以Yenka軟體評量實作的設計與操作過程，藉由實例讓現場教師更容易瞭解如何藉由科技輔助實作評量。其四，由新北市立錦和高中國中部理化科教師鐘建坪老師介紹化學實驗影音錄製的實作與評量，先說明如何藉由數位影音工具紀錄實驗歷程的教學流程，接著說明設計表單進行影音作品的同儕評量之實例，並對學生與教師如何使用影音綠製進行實作評量提出實務的建議。其五，由嘉南藥理大學教學資源暨發展中心主任丁信中教授介紹淺談多元評量結合專案管理概念應用於兒童科學營隊活動人才的培訓，先說明專案管理、營隊活動實務與人才培訓的目的與類型，接著闡述多元評量與人才培育課程的實施之間的關係與實例，整個營隊的多元評量形式包含：紙筆測驗評量、實作評量、檔案評量，文中詳細說明依據目的與時間如何進行多元評量的評量設計。其六，由東華大學教育與潛能開發學系林靜雯教授介紹多元化形成性評量：簡介Science formative assessment: 75 practical strategies for linking assessment, instruction, and learning一書激盪教師多元評量策略，先針對「科學形成性評量」一書之簡介，接著提出兩個科學形成性評量的範例，說明該書之精要，藉以激盪教師們使用多元評量的想法。
n 結語
多元評量是近年來教育變革的主軸之一，如何從評量理念或理論轉化為教學現場的實作，取決於現場教師們求新求變的想法與做法。我們常說考試領導教學，換成今日的說法：評量的改變將引導教學方式的變革，不徹底改變評量方式，教學方式難脫離偏重知識與記憶方式的教學。本期專刊期望能起拋磚引玉的功效，讓現場教師們從瞭解多元評量的類型開始，藉由不同形式或科技工具的多元評量實例，從而找到並自行設計合適自己教學的多元評量，同時評量學生學習的歷程與結果，再藉由評量的回饋以提供更適性化的教學來增進學生成長。
多元評量在現場教學之應用：淺談多元評量 ／ 鍾曉蘭
星期四 , 13, 7 月 2017 本期專題, 第20期/2017年7月 在〈多元評量在現場教學之應用：淺談多元評量 ／ 鍾曉蘭〉中留言功能已關閉多元評量在現場教學之應用：淺談多元評量
鍾曉蘭
新北市立新北高級中學
教育部高中化學學科中心
[email protected]
n 前言
影響科學教育成敗的因素雖多，但其重要者，不外乎課程、教法與評量三項。課程之設計與編製，由於需時較久，人力物力之花費也較巨大，且受教育政策和制度的限制較大(如107課綱) ，教法和評量的改進，則花費較小，較易收到即時之效。科學教學中的評量(Assessment in the teaching of science)－評量的對象是「學習過程」，而科學教學的評量(Assessment of science teaching) －評量的對象是評量的對象則是「教學過程」，經由這兩種過程的評量均可瞭解「教、學」是否達成或者為何未能達成既定教學目標。
在學校情境內的所有學習活動，包括認知（如學科成就、知識、問題解決等）、情意（如態度、興趣等）、及技能（如演講、儀器操作等行為）等領域的學習成果，都需要教師於教學結束後予以評量，才能得知學習成果為何，及評量教學是否達成預定的教學目標。教學評量不僅可以提供回饋訊息給教師，更能使整個教學歷程統整在一起，發揮最大的教學與學習效果。
以往傳統的學習評量，大都採用標準化紙筆式測驗（paper-and -pencil test）或教師自編的課堂測驗（teacher-made classroom test）。由於紙筆式測驗較為通俗，使用普遍，研究也發現許多不良的結果。現今教學評量的研究發展趨勢更注重彈性的、變通的、多元化的評量，並且強調動態的過程，乃出現“Alternative Assessment”（另類評量）、“Dynamic Assessment”（動態評量）和“Performance Assessment”（實作評量）、 ” Portfolio Assessment “（歷程檔案評量）等新名詞。
從99課綱到即將實行的新課綱皆強調：教師應運用各種評量方法，適時評量教學過程與結果，並據以輔導學生學習及改進教學。然而教師們對於多元評量的方式、如何實施與評量的客觀性，仍存有許多疑問。本文簡介多元評量的意義與類型，並在文章中，介紹實作評量的設計方式與評分規準。
n 多元評量的種類
多元評量方法是指採用多種評量方法來了解學生的初始狀態、教師的教材教法以及學生學習進展情形等方面的情形。影響多元評量的理論眾多，包括多元智能理論、認知心理學理論、建構論、情境學習理論與鷹架理論等，這些理論皆強調評量必須讓學生在真實與動態的情境中，表現和轉化其所獲得的能力，因此相對應地評量的類型和方式也必須多元。目前較常被應用在教學現場的是方式應屬實作評量(performance assessment)、檔案評量(portfolio assessment)與動態評量(dynamic assessment)(龔心怡，2013)。
一、 實作評量(Performance assessment)
實作評量的理論來自於Rumelhart & McClelland的研究，認為知識的結構是隱含在問題解決情境中。學生要能將所學的各種知識活用，必須在實際的社會脈絡情境中進行思考，才能統整所學。實作強調個人「表現」（performance）的意義，實作的精熟通常可表現在完成一份學習單、一項實驗設計、動手做出的實體模型、口頭表發等，若能測得學生應用知識來表現精熟的能力，不論是評量知識的組織、解題時的策略或監控表現的能力，都可以稱之為實作評量。
二、 檔案評量
係指在學生學習過程中彙集相關的各項資料，針對評量的需要，找出一些切要的項目作成適當的組合，進行成套的評量，而非零碎個別項目的考核，具有持續累積的評量效用。由於評量不只限於靜態的作品，還要評量作品產生的過程以及作品的優劣，是一種整體系統性的評量，因而又連帶出現一種“Work Sampling System”（工作取樣系統），亦即從工作項目中找出重要的樣本，讓學生操作反應，再進行觀察和記錄。
在結構化的架構下，有目的地收集與整理，同時保持開放與彈性以便未來的個人補充或納入個人/他人佳作。檔案評量的內容涵蓋多元，可以是開放的自我成長，如獨特的經歷體驗、個人專長興趣在學習歷程中的發展等。
三、 動態評量
動態評量最早是由Vygotsky(1978)所提出的近側發展區(Zone of proximal development,ZPD)衍伸而出的概念。動態評量是以「測驗－介入－再測驗」的形式進行評量，教師不僅在教學前要先瞭解學生的認知發展，且要經過不同的教學方式及情境，讓評量者與被評量者產生互動。
Campione等人所提倡的漸進提示模式(Graduated Promoting Assess-ment)，此種模式是以Vygotsky(1978)近側發展區觀點為基礎，強調以標準化的介入方式，即透過「測驗－練習－遷移－再測驗」的漸進提示系統模式進行評量，以建立量化的資料，大多採用「推理的作業」作為施測和訓練的材料(見圖1，鍾曉蘭，2007)。
n 進行多元評量時應注意的事項
教師在進行多元評量時應注意下列事項：
1. 培養學生自我管理的能力：許多評量的工具(如學習單、口頭報告、實驗報告、實作成品等)需要學生投入較多的時間，很多學生會流於抄寫或僅少數同學投入，使得學習成效大打折扣，教師宜培養學生提升自我管理的能力，對於非紙筆測驗的評量工具要認真回答，方能達到學習目標。
2. 訓練學生的思考能力：教師在教學中可適時引導學生從所蒐集或閱讀教材中學習整理、分析資料；針對有疑問的內容或現象進行小組討論，請學生提出想法或意見，建立共識論點，決定可探究的問題(教育部，2017)。
3. 教導學生口頭發表的能力：教師宜引導學生使用多元的表達方式，如讀書報告、小組討論、分組製作壁報、影音媒體或口頭報告，並在表達與溝通的過程中，正確運用科學名詞、符號或模型，以呈現自己或理解他人的探究過程與成果(教育部，2017)。
4. 建立學生合作學習的觀念：教師在實作活動實行分組教學，採取異質分組，引導學生從小組活動中培養團隊分工與合作；引導學生在小組發表中，聆聽他組報告內容，嘗試提出疑問、可行的解決方案或未來研究的方向等(教育部，2017)。
5. 養成學生反省思考的習慣：培養學生對各類科學資訊進行評估與判斷，審慎檢視其真實性與可信度。引導學生學習提問，討論提出的問題能否提供進階的思考，藉以反思探究成果的應用性、限制性與改進之處(教育部，2017)。
n 實作評量實例
一、從教室的活動中評量學生操作、觀察及推理等能力
實例一是在教授波以耳定律時，教師僅提供部分材料(如氣球)，學生自行準備寶特瓶(不同形式的寶特瓶，效果並不相同)，藉由學習單讓學生自製肺部呼吸模型(圖2)，在製作過程中除了製作及操作肺部呼吸模型(實體模型)，也讓學生學習畫出氣體粒子運動圖，從粒子運動的觀點(微觀)解釋肺部呼吸的原理，接著討論氣胸的原因，最後從操作的過程中，討論肺部呼吸模型操作過程中的控制變因、操縱變因和應變變因，藉此推論出變因之間的關係與畫出關係圖(鍾曉蘭，2007)。
圖2 學生自製肺部呼吸模型
本活動的教學目標如下：
1. 培養學生自製實體模型的能力，藉由操作模型來理解生活中的不易察覺的現象，進而討論觀察的結果及推論可能成因。引導學生操作實體模型以建立科學概念，或學習以實體模型理解或解釋科學概念。
2. 引導學生從回答問題中，建立巨觀、微觀和符號三種多重表徵之間的關係。
3. 引導學生分析、討論並判斷哪些是獨立變因?哪些變因可能彼此相關? 進而讓學生分析相關變因之間的質性或量化關係。
範例：探討密閉容器內氣體壓力、體積的關係
活動：肺部呼吸模型的製作與操作
＊探討主軸: 藉由製作及操作肺部呼吸模型讓學生瞭解呼吸的原理，藉此探討密閉容器內氣體體積與壓力的關係。
1.：請同學畫出肺部呼吸模型及操作過程，並詳細紀錄觀察的結果，並以氣體粒子的觀點畫出所觀察的變化。
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製作肺部呼吸模型： 操作肺部呼吸模型： 畫出並標明肺部呼吸模型每一部分所代表的意義： 畫出並說明所觀察的變化： 探討觀察變化產生的原因： |
2.利用一組肺部呼吸模型，將代表橫膈膜的氣球破一個小洞，重複做1.的實驗，觀察代表肺部的紅色氣球是否有變化並探討原因（以氣體粒子的觀點解釋所觀察的變化）
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描述觀察的結果： 探討觀察變化產生的原因： |
3. 請同學們藉由上述現象產生的原因，推論出相關的關係式及關係圖。
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肺部呼吸模型的控制變因： 肺部呼吸模型的操縱變因： 肺部呼吸模型的應變變因： 藉由觀察的結果推論出相關的關係式： 藉由觀察的結果推論出相關的關係圖： |
二、評量學生設計實驗及解決問題的能力
實例二是簡易的學生自行設計實驗，主要解決的問題是如何以酸鹼滴定來確認市售食醋中醋酸的含量百分比，教師僅提供相關要藥品與器材，學習單中並未提供原理與實驗步驟，學生須自行查詢相關原理與設計實驗步驟或畫出相關流程圖，教師可依據下面框中所提及的內容做為實作評量的項目。
本實作的教學目標如下：
1. 學生利用報紙、圖書、網路與媒體蒐集相關資訊，並判斷資訊來源的可靠性。
2. 學生能依據所提出的問題，計劃適當的方法、材料、設備與流程。
3. 學生能應用或組裝合適的器材與儀器。
4. 學生依據實驗觀察，整理資料數據，並製作圖表。
5. 引導學生由探究過程所得的資料數據，整理出規則，提出分析結果與相關證據。
範例：以滴定法測定食醋中醋酸的含量百分比
市售食醋中約含3－5％的醋酸，請利用酸鹼滴定的原理，測定出食醋中醋酸的重量百分比。
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樣品：市售食醋50mL 藥品：約0.5 M的氫氧化鈉溶液、約5克的鄰苯二甲酸氫鉀(KHP) 器材：50 mL滴定管1支、125 mL錐形瓶2支、100 mL燒杯 2個、安全吸球、吸量管等 指示劑：甲基紅、石蕊試劑、酚酞三種指示劑 |
1. 請同學寫出實驗的流程(寫出設計的原理、實驗步驟、需要用到藥品、器材等及簡單說明如何使用)
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1.說明滴定的原理： 2.說明實驗的過程及步驟： l 有無多次測量求平均值的觀念 l 有無使用標定來測出氫氧化鈉溶液的標準溶液 l 選用指示劑是否正確 l 使用器材的適用性 3.實驗操作技能： l 使用天平的技能 l 量取/稀釋溶液的技能 l 滴定過程的技能 |
2.請同學記錄實驗的結果：
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評量學生觀察的能力： 評量學生資料整理的能力： |
3.請同學計算出食醋中醋酸的重量百分比：
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評量學生應用公式的能力： 評量實驗結果的準確度： |
4.請同學思考可能造成實驗誤差的原因？如何改進？
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評量學生評價與省思的能力： |
三、實作評量(操作技能)規準示例
第三部分則是以酸鹼滴定實驗為例，說明評量操作技能的評分規準。表一的實驗技能分為五大部分：實驗準備、使用天平的技能、配製溶液的技能、滴定過程的技能和實驗善後的能力，每個部份有細分為數個評量次項目，評量尺度劃分為0-2分，依照表個內的描述，完全做到2分、部分做到1分、完全未做到0分，教師在設計評分規準時，可依據實際情形調整評分的範圍或選用合適的評分項目。
表一酸鹼滴定實作評量規準
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n 結語
評量沒有一套固定不變的流程，單單一種評量無法適用所有的目的和情境，教師應視實際的情形選擇並建構適合學生的評量方式。多元評量可讓學生依潛能發展個人的智慧，讓學生能在學習中獲得成就感，進而樂於學習，主動學習。教師宜利用多元化的評量方式，評估並記錄學生學習的歷程，瞭解學生是否真正且有效學習，並找出學習困難的原因，進而找尋有效改善學習的教學策略，才能達到教與學的目標。
n 參考文獻
1. 龔心怡(2013)。十二年國民基本教育教學評量新趨勢：多元評量之應用。臺中市教育電子報，26期—多元評量。2017/06/20引自http://www.tc.edu.tw/epaper/index/print/id/856
2. 鍾曉蘭(2007)。以多重表徵的模型教學探究高二學生理想氣體心智模式的類型及演變的途徑（未出版碩士論文）。國立臺灣師範大學，臺北市。
3. 教育部(2017)：十二年國民基本教育課程綱要自然科學領域課程手冊(更新第三版)，p.103-111。台北：國家教育研究院。2017/6/20引自http://www.naer.edu.tw/ezfiles/0/1000/img/67/135500702.pdf
多元評量在現場教學之應用：利用電腦軟體設計化學實驗實作評量-以Yenka軟體為例 ／ 周金城
星期三 , 12, 7 月 2017 本期專題, 第20期/2017年7月 在〈多元評量在現場教學之應用：利用電腦軟體設計化學實驗實作評量-以Yenka軟體為例 ／ 周金城〉中留言功能已關閉多元評量在現場教學之應用：利用電腦軟體設計化學實驗實作評量–以Yenka軟體為例
周金城
臺北教育大學自然科學教育學系
n 前言
筆者帶大一學生進行化學實驗，大一學生在期末教學評量所反映出覺得最有趣的部分，就是實驗課最後須設法解決教師所設計實作評量問題。當筆者每次帶大一學生進行化學實驗課時，當次課程約三分之二的時間，會讓學生自行練習實驗手冊中的實驗流程與步驟，讓學生先熟習食譜式實驗的內容。事實上，食譜式實驗很重要，學生需要先經由實驗操作的練習，當能掌握實驗操作過程的技巧後，再運用這些技巧，解決後續的實作評量問題。而實驗課剩餘的三分之一的時間，就是每組學生一個待解決的實作評量問題。化學實驗實作評量的問題，就是利用之前所練習的食譜式實驗技巧來解決，每一組題目的解答都是有些許差異，舉例來說每組同學會拿到教師預先所調配不同濃度的藥品，這樣各組學生就必須親自做實驗找出答案，也無法參考其他組的答案。通常當次實驗成績分成個人成績與小組成績，兩部份各占50%。個人成績是包含課前實驗預習報告與課後實驗結果報告；而小組成績部分是實作評量，若該組能正確實作評量答案在一定誤差值範圍內，則獲得100分，若答錯則只有60分，只有兩種小組成績。每組成員約3-4人，小組成員是同學自行組成，因此帶幾年實驗課下來，也都還沒有遇到任何學生認為給分不公平的問題。
要設計每次的實作評量試題也不容易，實作評量設計得太難，若全班各組學生都沒有能夠完成，學生會沒有成就感；若設計得太簡單，學生都夠答對，學生也會覺得沒有挑戰性，因此實作評量實驗的設計就變得很重要，而且要完全用到剛學會的食譜式實驗技巧，這樣學生才會認真練習食譜式實驗。當實驗課進行三分之二時間後，由各組組長到台前來抽實作評量的試題。以酸鹼中和反應熱的測定為例，最後學生拿到未知濃度的酸，所以由反應熱推出酸的濃度。以維生素C的定量為例，則是讓學生拿到未知濃度的維生素C，所以由滴定決定維生素C的濃度。若是碘鐘實驗為例，則是要求每組變色的秒數不同，學生下課前帶著調配好的藥品，到講台前倒下並由教師計時，由於變色瞬間肉眼觀察常有爭議，因此教師需要準備錄影器材，將實作評量過程錄影下來，當有爭議時就重播錄影畫面，因此學生都會覺得很公平合理。若學生沒有進到化學實驗室做實驗，要進行化學實作評量就顯得很困難。這讓筆者思考是否有簡單好用的化學實驗軟體，可以讓教師利用來設計化學實作評量?
n 利用軟體輔助化學實驗課程
筆者發現利用Yenka化學實驗模擬軟體，能讓學生有機會於實驗前進行化學實驗過程練習，另一方面也可以設計化學實作評量的問題讓學生解決。由於化學實驗室有安全性的考量，通常無法開放給學生自由練習，學生若想預先練習操作實驗流程是有困難的，但透過軟體進行實驗模擬操作則沒有這些限制。Yenka科學實驗模擬軟體，有分成數學、工程、物理與化學部分(見參考1)，本文主要針對化學實驗來加以說明。在Yenka的化學實驗室裡，提供虛擬的藥品室與器材室(見圖一與圖二)。
圖一 Yenka無機化學實驗所提供的藥品一覽表
圖二 Yenka無機化學實驗所提供的實驗設備與器材一覽表
Yenka軟體中的藥品與實驗器材提供教師自行組合使用，對定性或定量的實驗，都可以有很好的實驗結果呈現。例如軟體所呈現酸鹼滴定的定量實驗結果，是呈現經由化學理論計算之結果(圖三)，因此和真實實驗現象相當一致。例如達當量點酚酞指示劑變成紅色後，若再加入更多的鹼，則紅色會越變越深。Yenka軟體可以針對中小學或是大學的化學實驗進行設計，如下圖三實驗的實作評量問題，在右上方有兩個未知溶液，可以讓中學生先經由逐步操作認識不同的指示劑與酸鹼變色情況，最後再決定選擇哪些種指示劑，才可以正確分辨出未知溶液的pH值(見參考2)。
圖三不同pH值試管中加入酚酞指示劑變色情況
n 在職與職前教師能透過Yenka設計科學實驗
Yenka科學實驗軟體所設計完成的實驗，在電腦螢幕上是採取拖曳方式進行實驗，因此很適合搭配電子白板在教室使用。目前國內不少中小學都有安裝電子白板，但是適合在電子白板上所使用的科學實驗軟體卻很有限。Yenka軟體很適合提供給中小學教師來自行設計科學實驗，可用來進行教學或評量之使用。若是沒有電子白板，使用觸控式平板電腦搭配無線投影，也是適合替代電子白板的教學工具。當然，Yenka科學實驗在電腦上直接用滑鼠拖曳進行實驗，也是沒問題的。筆者曾針對本系大學部師資生與碩士在職專班的學生進行Yenka軟體教學，所有在職與職前教師都可以搭配教材內容設計出合適的科學模擬實驗。
教師可利用Yenka科學實驗軟體，設計實驗步驟指引框(見圖三)，指引學生一步步經由指引來完成實驗組裝，看到實驗結果現象，並可以將所觀察到的實驗結果記錄在實驗手冊上，這對實驗流程的熟悉很有幫助。當學生一步步跟著指引進行實驗並蒐集數據後，教師也可以在最後設計實作評量試題，提供待解決的問題，讓學生進行實作評量。這樣的評量方式所評量出的能力，不是一般的傳統紙筆測驗能做到的，會比較接近真的實驗實作評量一樣，會有比較多的挑戰。若多次進行後，學生如果能熟習軟體操作，教師也可以不需要在一開始的畫面，提供一些準備好的藥品與材料框(如圖三左上部分)，而是提供整個藥品室與器材室(如圖一、二)，讓學生自由地運用所有的藥品與器材，來解決問題。這樣實作評量可以設計的問題會更廣泛，也不需限定當次實驗所能使用的藥品與器材。即使我們在真的實驗室設計實作評量試題，也只能提供固定的藥品與器材，但在數位化學實驗室，是可以提供所有的藥品與器材，因此能夠設計的實作評量題目類型可以很不一樣。而且除了一般化學實驗，Yenka軟體也提供電化學實驗藥品與器材(見圖四)。
圖四 Yenka化學實驗所提供的電化學藥品與器材一覽表
數位科學實驗並非是要取代真實實驗，但數位科學實驗可以幫助科學實驗課程進行得更順利。科學實驗的背後存在著一個科學模型，多數時候學生是學習過科學模型後才進行科學實驗的，所以學生的科學實驗變成了驗證或認識科學模型的手段，和科學家是在進行科學實驗的過程中才建立科學模型是有所不同。不能讓學生在科學實驗過程中才建立科學模型的原因有很多，實驗的安全性、有限的實驗設備與經費，以及有限的實驗時間等，因此學生的科學實驗課變成驗證或認識科學模型的手段。利用數位科學軟體，經由適當的教學設計對話引導，學生是可以經由科學實驗來認識科學模型的，也可以設計科學實驗來測試自己心中的科學模型。尤其是化學實驗，通常教師很難放手讓學生大膽嘗試不同的化學實驗組合，但化學實驗模擬軟體，是可以讓學生先放手進行嘗試的，雖然實驗結果畫面是經由化學理論模擬出來仍不夠真實，但已經具有相當的教學價值。相信在不久的將來，擬真的虛擬化學實驗室會被設計出來，做化學實驗也許就可以不用到真的化學實驗室了。
參考資料
1. Yenka虛擬實驗網站，20170724擷取自https://www.yenka.com/science/。
2. pH和指示劑操作示範說明，20170724擷取自https://youtu.be/y5aZ3H1GZp4。
多元評量在現場教學之應用：用Yenka軟體輔助化學丙級證照術科實作評量-醋酸濃度之測定 ／ 許碧容、張自立、辛懷梓
星期二 , 11, 7 月 2017 本期專題, 第20期/2017年7月 在〈多元評量在現場教學之應用：用Yenka軟體輔助化學丙級證照術科實作評量-醋酸濃度之測定 ／ 許碧容、張自立、辛懷梓〉中留言功能已關閉多元評量在現場教學之應用：用Yenka軟體輔助化學丙級證照術科實作評量–醋酸濃度之測定
許碧容1,*、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
n 前言
近年來，在台灣的各技職院校中，勞委會的全國技術士證照檢定已經成為了一種趨勢。在許多高職裡，能通過丙級技術士證照檢定已經成為學生的必備能力，一些有興趣或是能力更強的學生甚至會考取多種相關領域的證照，或是更難、更專業的乙級證照。
技術士證照檢定分為學科與術科，其中術科方面更重視實際操作與實驗數據處理與分析，為了加強學生這一方面的能力，各高職科系也陸續在學校中舉辦技術士證照檢定術科的實作教學。而我也在數年前參與過化學的丙級技術士術科課程，但在課程中發現，可能是因為時間、人數或者是材料經費所限，每個學生能實際參與操作的次數並沒有非常多，這對有些的學生來說，還無法完全掌握實驗的流程及較難以分析實驗過程中的數據。
105學年度上學期，在本系化學特論課程上，學習到「科學實驗軟體—Yenka」，在這虛擬實驗室中，能夠進行化學、物理、數學概率等的模擬實驗，可以讓大家隨意混合不同的化學藥品，更不怕會釋出不知名的毒氣，發生任何意外。更重要的是可以在家裡免費安裝使用。因此，若能用Yenka來模擬化學丙級術科操作，不但能讓學生更了解實驗的步驟流程，還能夠減少實際操作中產生的廢液汙染，對地球環境更友善。
在本文中將使用Yenka模擬化學丙級實驗第一站第一題–醋酸濃度之測定。
n 實驗原理
醋酸濃度之測定實驗是先用已知濃度的鄰苯二甲酸氫鉀(KHP)標定0.2M 氫氧化鈉標準溶液之濃度，反應式如
。再用已知濃度的氫氧化鈉標準溶液，滴定未知濃度的醋酸溶液，並分析數據，求出醋酸的濃度，反應式如
所示。由反應式可知，若要中和1莫耳的醋酸約需1莫耳的氫氧化鈉，再由實驗中得到反應所需消耗的氫氧化鈉溶液的體積，便可求出醋酸的濃度。
因Yenka軟體之限制，本次操作專注於用已知濃度的氫氧化鈉溶液滴定醋酸，並分析數據。
C6H4COOHCOOK+NaOH⇌C6H4COONaCOOK+H2O 
NaOH+CH3COOH ⇌ CH3COONa+H2O 
n Yenka軟體操作
一、實驗器材
醋酸樣品15mL、0.2M氫氧化鈉溶液50mL、試劑水、酚酞指示劑、滴管、100mL量筒、250mL錐形瓶2個、50mL滴定管一支、天平一台，如圖1所示。
圖1實驗器材
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二、操作說明【並將未達成的實驗步驟扣分標於括號中】
(一)精秤1.00±0.05 g 醋酸樣品，溶於100 mL 試劑水中。
1.先從左方物品欄中取出天平及錐形瓶，將錐形瓶放置於天平上，並按下歸零紐
2.取出醋酸樣品及滴管，秤取1.00 (在0.95 g ~1.05g之間) 的醋酸樣品，如圖2所示。【稱重不在規定範圍扣6分】，並將質量記錄於結果報告表上。
注：稱重時不可先過量再取回。【過量再取回扣5分】
圖2：秤重須在0.95 g ~1.05g之間
3.取下錐形瓶，並將天平歸零。【使用後未歸零扣3分】
4.取出試劑水及量筒，量取100mL試劑水再倒入錐形瓶中，如圖3所示。
圖3：量取100mL試劑水
(二) 加入酚酞指示劑5 滴，以0.2M 氫氧化鈉溶液滴定至粉紅色。
1.將酚酞指示劑加入稀釋的醋酸樣品中，如圖4所示。【指示劑未適時加入扣8分】
圖4：加入酚酞指示劑
注：因軟體限制，無法準確加入5滴酚酞，在實際操作中也僅需加入少量即可。【指示劑加量不適當扣8分】
2.取出滴定管，將氫氧化鈉溶液加入至刻度零【滴定前未充滿滴定管扣5分】，並記錄讀數於結果報告表上，如圖5所示。
圖5：滴定前需充滿滴定管
注：因軟體限制，實際操作滴定管時，有些部分要注意：
第一，需先用少量氫氧化鈉溶液潤洗滴定管。【未依實際狀況清洗或潤洗扣5分】
第二，需使用漏斗將氫氧化鈉溶液倒入滴定管，不可洩出【裝液時溶液洩出扣3分】，使用完後漏斗須拿下。【裝液漏斗未取下扣5分】。
第三，需特別注意，滴定管裝液操作時，滴定管尖端需充滿【裝液完尖端未充滿扣8分】，可以轉開開關、輕彈滴定管，使尖端充滿後再補充氫氧化鈉溶液至刻度零。
第四、需將滴定管架設於管架上，注意滴定管不可傾斜。【滴定管傾斜扣3分】
3.開始緩慢滴定，直到錐形瓶內的醋酸樣品恰變為粉紅色時，關閉滴定管開關，如圖6所示。。須注意顏色不可太深，如圖7所示，免造成實驗誤差。【終點判斷不正確扣12分】
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圖6：滴定終點酚酞的正確顏色 |
圖7：滴定過量酚酞的顏色 |
注：因軟體限制，實際操作滴定時，以左手控制滴定管開關，右手持錐形瓶，滴定過程中，輕搖瓶身，使溶液能均勻混合【滴定時未適當攪拌扣8分】，且過程中不可使溶液洩出。【滴定動作可能使溶液洩出扣8分】
5. 滴定完後靜置15秒等待，確認顏色不再改變後，再讀取滴定管上刻度【滴定完未靜置數秒即讀值扣5分】，並記錄於結果報告表上。
注：因軟體限制，實際操作中在讀取刻度時，雙眼須平視溶液最低點。
(三)重複滴定，計算樣品醋酸濃度之平均值。
1.補充氫氧化鈉溶液至刻度零，並重複(一)、(二)步驟。
2.分析並計算出醋酸的濃度於結果報告表上。
三、計算醋酸濃度：列出計算式並寫出各量測值及計算結果之單位（以第一次結果為例）
NaOH+CH3COOH ⇌CH3COONa+H2O
1 mol NaOH ≒ 1 mol CH3COOH
又醋酸分子量=60
n 結語
使用Yenka軟體操作來模擬操作醋酸滴定實驗，其實驗結果–醋酸之濃度與樣本濃度符合【註1】，所以運用此Yenka軟體來訓練學生是可行的，且在這個過程中，並不會如同現實操作上，因多次操作而製造出大量的化學廢液，可以說是對地球非常有善的。
雖然因Yenka本身的限制，有些細節部分，如滴定管尖端充液等部分，無法在軟體中實際操作，以及部分藥品較不常見，Yenka內部並未建立，如鄰苯二甲酸氫鉀(KHP)，導致部分實驗無法在虛擬實驗室中完成。但其餘部分，Yenka仍是一個極佳的訓練操作工具，更重要的是，可以運用此軟體，看到實驗過程中微觀粒子的反應變化，能讓學生更深一步了解這個反應，並加深他們的印象。
n 附註
1.本次實驗中未知醋酸濃度配置為4M 的醋酸 15mL
2.本實驗影片網址：https://youtu.be/6s2zwMTbGDc
n 致謝
本文為105學年度上學期由本系周金城老師所開設之化學特論(一)課程之期末作業，感謝老師提供全校授權軟體與班上同學之的指導與建議。
n 參考資料
1.化學丙級技術士技能檢定術科測試應檢參考資料http://admin.cyivs.cy.edu.tw/chemi/%E5%8C%96%E5%AD%B8%E4%B8%99%E7%B4%9A/030003%E8%A1%93%E7%A7%91.pdf
多元評量在現場教學之應用：化學實驗影音錄製的實作與評量 ／ 鐘建坪
星期一 , 10, 7 月 2017 本期專題, 第20期/2017年7月 在〈多元評量在現場教學之應用：化學實驗影音錄製的實作與評量 ／ 鐘建坪〉中留言功能已關閉多元評量在現場教學之應用：化學實驗影音錄製的實作與評量
鐘建坪
新北市立錦和高中國中部理化科教師
實驗是科學家探索科學的重要路徑。課堂中，學生藉由實驗的操作檢證相關的科學理論。課堂的實驗簡略地可區分為實驗操作、數據分析以及結果的討論。為了輔助學生對實驗歷程的理解，一般的做法是請學生先行預習實驗操作內容，再經由課堂獲得數據整理出表格進行分析，再作整合性的實驗討論。如果沒有學習單的輔助，學生對於一個實驗從操作、分析、結果以及討論不易獲得整體性的想法，然而即使有學習單的輔助，教師亦難得知學生個人對於實驗歷程連貫性的整合內容為何。有鑑於此，本文嘗試利用影音方式讓學生在實驗歷程中進行聲音與影像的紀錄，希望能夠獲得學生完整的實驗歷程內容，接著再利用表單的方式進行同儕評量以檢測學生作品表現。
█數位影音工具紀錄實驗歷程
由於數位工具與網路的進步，目前每位學生幾乎都有智慧型手機，因此，藉由數位學習的方式，可以提供學生不同以往學習模式，讓手機或是平板不再只是一項玩樂更可以是學習的輔助用具。數位影音錄製的APP相當多元，在此僅以其中一個APP—Educreations作為化學教學單元的引介（圖1）。Educreations可以當作白板使用，同時插入照片或影片，藉由螢幕錄影功能紀錄實驗歷程與想法，當完成之後可以在遠端或課堂上分享與討論。
教學時先簡單介紹如何使用Educreations（教學流程見表1），再讓學生實際練習操作，約莫20分鐘學生即可完全知悉APP的操作內容。接著，正式讓學生在實驗中使用此APP進行照相與錄影等功能紀錄實驗過程以獲得作品所需要的素材。再來讓學生分析數據、討論實驗結果並思考如何將想法以文字、照片、語音、影像的方式整合在此APP。最後，讓學生在較安靜的環境中利用螢幕錄影的方式完成實驗記錄，其內容包括：實驗步驟、實驗數據、分析的結果以及實驗討論等。
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圖1 educreations首頁與執行介面 |
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表1：教學流程
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教學流程 |
學生活動內容 |
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第一節 |
簡要熟悉數位工具。以Educreations製作一份簡單的影片檔。 |
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第二節 |
學生小組實際操作酸鹼滴定實驗，同時利用APP紀錄實驗步驟。 |
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第三節 |
教師說明酸鹼中和的意義與關係。說明範例之後學生自行計算小組的實驗結果。討論理論與觀察之間的差異。 |
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第四節 |
學生利用APP小組製作影音內容，包括：主題、步驟、結果、討論。 |
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第五節 |
教師播放小組學生作品。學生觀看與欣賞他人作品，同時完成表單進行同儕評量。教師總結作品優缺點。 |
█設計表單進行影音作品的同儕評量
學生完成一份影音式的課堂實驗報告之後（圖2），不僅可以補足傳統式紙本資料想法之間缺乏的連貫性，亦可以作為課堂分享的作品內容。在學生完成影音作品之後，即可讓學生彼此欣賞各自的作品，討論優、缺點，作為下次影音報告的改進依據。為求賞析有內容依循，因此設計一份google表單（圖3），讓學生在欣賞他人作品的同時進行同儕評量。
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圖2 學生作品影音封面(註1)
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圖3 同儕評量表單內容舉例 |
進行同儕評量之前，教師先說明表單的四項評分項目內容，讓學生知悉評量的規準，包括影音報告的主題、實驗流程的說明、實驗結果的呈現以及結果與理論值差異等討論內容。每個項目之中再依據影音報告的完整性區分出非常不明確、不明確、普通、明確以及非常明確。評量時學生依據自己對於他組作品的內容呈現進行評分，評分的結果在學生繳交表單之後會記錄在雲端系統。
雖然影音報告是小組通力完成，但是同儕評量部分是每位同學皆須對他人作品進行評價。因為學生目前多有智慧型手機，只要提供學生網際網路，當教師在播放學生作品時，適切地引導學生，每位同學皆可順利完成表單的指定任務。值得一提的是，當看見自己與他人的作品呈現在教室前的大螢幕時，學生會相當地興奮，也顯示這是一項非常驚艷的體驗。
█同儕評量結果
學生完成表單上傳之後，教師在雲端即可看見學生彼此相互評量的結果。學生評分的分布仍有集中的趨勢，給分比較容易落在不明確、普通、明確三個向度上。而優缺點的文字陳述部分，多數學生會著重在影音技巧的改進，例如：「講話有夠慢 快睡著惹然後沒尾 嘖嘖」、「周遭聲音太吵雜，完全沒有聽到任何聲音」，只有少數同學會深入探討影音報告與酸鹼滴定或酸鹼中和概念之間的關聯，例如：「步驟過於呆板且說話太慢 結果也不太明確 討論沒打出來且對實驗不熟悉 忘記上傳理論值比較」、「有說出實驗主題，很好，也把實驗值與理論值可能不同的原因說明」。研究顯示學生同儕互評的信、效度需要多次的訓練之後，才比較可以趨於穩定並與教師評分的結果相關性高（張基成、吳明芳，2011）。在此並非讓學生成為互評的專家，而是藉由互評的機制協助學生欣賞同儕作品，找出他人作品的優、缺點，作為下次嘗試時改進依據。
█結論與建議
一、學生使用數位影音工具紀錄實驗歷程
數位影音報告可以補充傳統紙筆紀錄的不足，將實驗歷程中的想法與項目之間的連結呈現出來。本文介紹的工具使用簡單，學生非常快的時間即可上手。當學生完成影音實驗報告的時候成就感是相當高的。
二、使用表單進行同儕評量，讓其他學生知悉他人作品
當學生完成影音報告之後，藉由彼此欣賞與分享的機會，讓學生利用表單進行同儕互評，希望藉由表單的引導讓學生能夠知悉影音報告的重點，提供學生未來影音報告的參考。
三、相同的教學需要持續進行一段時間
課堂教學的不應該只是曇花般演示，而是需要持續不斷地進行教學內容優、缺點的反思與改進。影音報告納入課堂實驗，將完成的報告藉由公開展示的方式進行賞析與同儕評量，藉由多次的操作與回饋學生會更加熟練影音報告的製作方式，以及提高學生實作的能力與同儕互評的信、效度。
█附註
註1 學生作品範例請參考https://youtu.be/9bPVbBTEjmM
█參考文獻
張基成、吳明芳（2011）。網路化檔案評量環境下教學者評、學生自評與同儕互評之信效度比較。教育資料與圖書館學，49(1)，135-170。
多元評量在現場教學之應用：淺談多元評量結合專案管理概念應用於 兒童科學營隊活動人才的培訓 ／ 丁信中
星期日 , 9, 7 月 2017 本期專題, 第20期/2017年7月 在〈多元評量在現場教學之應用：淺談多元評量結合專案管理概念應用於 兒童科學營隊活動人才的培訓 ／ 丁信中〉中留言功能已關閉多元評量在現場教學之應用：淺談多元評量結合專案管理概念應用於兒童科學營隊活動人才的培訓
丁信中
嘉南藥理大學教學資源暨發展中心
[email protected]
n 前言
為了回應社會各界對於「務實致用」的期待，多元評量的議題重新引起國內教育界的高度重視與討論。關注的焦點是學生在課程中，學什麼、如何學習以及學到什麼。教學與評量往往是一體的兩面，評量的方式影響著教學內容的設計與實施。若是能將職場實務融入課程教學，結合多元評量應用於課程教學設計，應有助於提升學生問題解決的能力及其學習成效。
兒童科學營隊活動的辦理近幾年常見於各級校園、課後文教機構、以及公部門或產學合作計畫的執行。營隊活動的辦理需要團隊合作，並結合多項能力，如：活動內容規劃與執行、主題相關的專業知識、時間及成本控管、團隊的組建與培訓、風險評估、活動辦理之相關的採購等。在兒童科學營活動人才培育的課程，若能將學習理論、科學知識，導入專案管理的概念，融入於「兒童科學營隊活動」的實作策劃與執行，配合業師協同教學，協助指導兒童實驗活動的設計實務，輔以分組兒童科學實驗活動設計、「兒童科學營隊活動」規畫書撰寫、兒童科學營隊活動實作、以及期末實作成果發表等，如圖一與圖二，有助於未來職場實務能力的成長，並可提升學生的學習動機與學習成效。
圖一、2016愛麗絲的科學實驗室闖關活動圖二、2015年科學實驗王闖關活動
n 專案管理、營隊活動實務與人才培訓
營隊活動的目的與形式有許多不同的類型，並且營隊活動的學員背景具有差異性，如何以精簡的人力與資源配置，完成一項成功的活動，是常見的挑戰。若以PMI專案管理的起始階段、規劃、執行、監控、結束專案等五大流程，整合、範疇、時間、成本、品質、人力資源管理、溝通、風險、採購、利害關係人管理等十大知識來看，專案管理、營隊活動實務與人才培訓的概略關係，如表一所示，科學營隊活動人才培訓內容，則可包含：1.科學能力：科學知識與科學實驗能力、2.教學能力：兒童學習理論知識與其科學概念的發展、3.活動規劃與執行能力：科學實驗活動設計能力、企畫書撰寫、專案活動管理等三個面向。
表一、專案管理、營隊活動實務與人才培訓的概略關係
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專案階段 |
營隊活動實務舉例(相關的專案知識) |
科學營隊活動人才培訓重點 |
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起始 |
n 識別利害關係人(利害關係人管理) |
n 辨識可能影響營隊活動的人 |
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規劃 |
n 營隊活動計畫書(整合) n 主題的設定、科學實驗的生活化/趣味化、工作分解結構的建立，如：報名系統、人員訓練、場地佈置等(範疇) n 活動資源到位的時間、營隊活動執行的各項時程表(時間) n 估算活動成本及制定預算(成本) n 規劃整體活動的品質管理(品質) n 活動人力的培訓與管理(人資) n 利害關係人的溝通方式(溝通) n 評估可能的風險及應對措施(風險) n 評估此活動相關的外包與採購(採購) |
n 認識科學學習理論 n 了解兒童科學概念的發展 n 規畫兒童科學學習情境 n 設計兒童科學實驗活動 n 了解營隊活動相關流程與內容 n 評估相關可合作的單位 n 評估團隊能力與相關訓練 n 規畫活動期間的風險因應 n 規畫招生對象及活動宣傳 n 規畫場地佈置 n 規畫活動採排與演練 n 撰寫兒童科學營隊活動計畫書 |
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執行 |
n 指導與管理營隊活動的辦理(整合) n 組建營隊活動人力並培訓(人資) n 管理利害關係人參與溝通(溝通) n 執行活動相關需要的採購事項(採購) |
n 辦理兒童科學營隊活動 n 團隊分工合作與適時溝通 n 調查營隊活動滿意度 n 經費執行與核銷 |
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監控 |
n 監控營隊活動的規劃與執行情形，若有相關的變更需要確認與討論(整合) |
n 活動內容與執行之變更需要討論，避免活動失敗。 |
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結束專案 |
n 完成營隊活動辦理，檢核預期目標，經費結報，評估整體活動成效及相關經驗成長(整合)。 |
n 營隊活動成果檢討會及報告書 n 經費結報 |
n 多元評量與人才培育課程的實施
以科學營隊活動人才培育角度來看，課程的實施可分成科學實驗教學能力、營隊活動實務能力、場域實作問題解決等階段。多元評量的實施扮演著學生能力檢核的功能，針對營隊活動人才培育內容之適宜的評量形式應有所區別，各階段可採用的多元評量形式包含：紙筆測驗評量、實作評量、檔案評量，如圖三所示，。
圖三、科學營隊人才培育課程的實施與分階段之多元評量形式
第一階段針對科教學理相關單元，以紙筆測驗評量了解學生的科學教學基礎能力學習。
第二階段配合業師協同教學與經驗分享，強化學員學習動機與學習成效。以科學營隊活動事件為評量的情境，並提供作品範例觀摩，指導學員分組進行科學實驗活動的設計及了解相關科學背景知識(例如：寶特瓶噴泉活動，科學原理：形成瓶內外空氣壓力的差異條件等)、撰寫實驗活動操作說明、實施演練等，實施實作評量評定各組科學實驗活動設計成品的可行性與其科學實驗活動操作的能力。
第三階段藉由兒童科學營隊活動執行及成果報告檢討會，提升其職場實務能力的成長，實施檔案評量。透過營隊活動實作問題解決過程的完整資料，包含：營隊活動規劃書、活動執行過程的相關資料、成果檢討報告書、經驗學習與成長等，觀察各學員在個人任務與團隊合作領域內的努力、進步及成就。
2014-2016年以場域實作問題解決「兒童科學營隊活動的規劃與辦理」為「兒童科學學習活動」課程的具體目標，並導入PMI專案管理的五大流程與十大知識，提升學生營隊活動專案撰寫與執行的能力，結合業師協同教學，強化兒童科學營隊活動實務技能，以及透過三階段的多元評量形式檢核學生場域問題解決的實作能力，分別於台南市大甲國小辦理三次科學營隊活動，如圖四、圖五與圖六，獲得學童滿滿笑容、熱烈的參與度與師生熱情的肯定。
圖四、大甲國小的魔法學院圖五、科學實驗王圖六、愛麗絲的科學實驗室
n 結語
「如何縮短學用落差，培育學生問題解決能力，並提升學生的學習動機與學習成效」是當前各級學校教育面臨的課題。隨著學生學習方式的改變，單一的講述式教學法無法因應學生的學習風格及社會的職涯發展需求。透過實作學習，理論與實務結合的方式，可以有效提升學生的學習興趣，同時強化學生的就業力。由於評量形式影響著學生的學習方式，紙本測驗在評量學生學科能力具有一定的成效，然而在問題解決能力與實務技能方面，則需要使用其他評量的方法，如：實作評量、檔案評量等，方得以檢核學生真實的學習成效。
n 參考文獻
丁信中（2016）。專案管理知識應用於假日兒少營隊活動的規劃。專案經理雜誌，26，146-149。
Project Management Institute (PMI)(2013), A Guide to Project Management Body of Knowledge: PMBOK Guide, 5rd ed., Newtown Square, Pennsylvania, USA: PMI Inc.