《臺灣化學教育》慶祝十週年專刊：讀者群閱讀文章的量化分析(上) ∕ 邱美虹、楊水平、周金城、鐘建坪、李宜諺、李雪碧

星期六 , 9, 3 月 2024 編輯助理本期專題, 第五十五期/2024年3月留言功能已關閉

《臺灣化學教育》慶祝十週年專刊：
讀者群閱讀文章的量化分析(上)

邱美虹^1,*、楊水平^2,**、周金城³、鐘建坪⁴、李宜諺⁵、李雪碧⁶

¹國立臺灣師範大學科學教育研究所
²國立彰化師範大學化學系
³國立臺北教育大學自然科學教育系
⁴新北市立錦和高級中學國中部
⁵國立臺灣師範大學科學教育研究所（當時服務）
⁶新北市立頭湖國民小學
*[email protected]
**[email protected]

n 前言

《臺灣化學教育》（Chemistry Education in Taiwan, CET）電子期刊創刊於2014年5月，本期刊為中國化學會（臺灣）（Chemical Society Located in Taipei, CSLT）的出版刊物之一。當初由本文前三位作者共同創辦，在教育界和產業界等熱心人士的積極參與和用心貢獻下，目前已出版54期（臺灣化學教育，2024a）。在2024年3月即將邁向10週年，出版第55期。本刊物為一本以化學教育為主且以科學教育為輔的電子期刊，其出版宗旨為透過此刊物的發行全面提升我國的化學教育。本刊物定位為教學實務型的期刊，文章以立即可用於教學為主，主要的讀者群為中小學教師（臺灣化學教育，2024b）。為慶祝《臺灣化學教育》出版十週年，本刊物的編輯部成員合作撰寫本文以資慶祝，本文著重在讀者群閱讀文章方面的量化分析，涵蓋四方面：(1)讀者群閱讀網頁和訪客（包含每年、每月及平均每日閱讀網頁和訪客）、(2)讀者群閱讀網頁的排序（包含2016至2024期間和最近365天期間）、(3)讀者群閱讀網頁的推薦者、以及(4)讀者群的地理分布（包含全球和臺灣）。

本文的統計資料來源為《臺灣化學教育》網站，有兩方面：(1)此網站控制台的外掛程式〈Jetpack〉網誌統計，從2016/01/02開始建立，此為非公開資料（Jetpack, 2024）；(2)此網站前台的訪客地圖〈ClustrMaps〉，從2015/10/28開始建立，此為公開資料（ClustrMaps, 2024）。這兩方面收集資料日期在2024/02/21至29之間。

根據《臺灣化學教育》網站在2024/02/21的統計，目前已發佈總字數為3,681,144字，網頁有871頁。經作者整理和統計，屬於文章屬性的網頁有804頁，屬於非文章屬性的目錄網頁有54頁，合計858頁，其餘13頁為歡迎首頁、投稿須知以及組織與成員等。經過簡單的計算，屬於文章屬性有804頁，佔所有網頁的92.3%（804頁 / 871頁）。因有些文章的字數過長，而將一篇文章拆成上、下二網頁或上、中、下三網頁。經過整理和統計，屬於文章屬性的篇數有768篇，佔88.2%（768篇 / 871篇）。因此，本文設定標題為〈讀者群閱讀文章的量化分析〉，以符合本期刊的學術屬性，並與非學術屬性的瀏覽網頁作區隔。

n 讀者群閱讀網頁和訪客

一、 每年閱讀網頁和訪客

《臺灣化學教育》網站是運用WordPress架站，在控制台上有一外掛程式〈Jetpack〉。根據Jetpack網誌統計，收集資料日期在2016/01/02至2024/02/25期間，每年網頁瀏覽量（Views）和訪客（Visitors），如表1所示。由表1得知，2016至2024期間網頁瀏覽量有1,885,712頁，訪客有1,227,071人，每位訪客平均瀏覽量為1.54頁（1,885,712頁/ 1,227,071人）。在瀏覽量的年份方面，以2019年最多，有351,835頁；其次在2020年，有289,345頁。收集資料日期總共2,975天，平均每天瀏覽量有633.9頁（1,885,712頁/ 2,975天）。在訪客的年份方面，以2019年最多，有225,337人；其次在2020年，有192,348人，每天平均訪客有412.5人（1,227,071人/ 2,975天）。【附註：2014至2015期間尚未建立資料；而且2024年只統計到2月25日，在表1中2024年的數值並不足以代表一整年。】【說明：當訪客載入或重新載入網頁時，就會計算一次瀏覽量。當網站在給定時間段（日、週、月）內，第一次看到使用者或瀏覽器時，即算作一位訪客（WordPress,2024）。】

表1：2016至2024期間網頁瀏覽量和訪客

西元年	瀏覽量 Views	瀏覽量百分比	訪客 Visitors	訪客百分比	每位訪客平均瀏覽量
2016	142,122	7.5	84,918	6.9	1.67
2017	210,548	11.2	132,141	10.8	1.59
2018	274,157	14.5	170,162	13.9	1.61
2019	351,835	18.7	225,337	18.4	1.56
2020	289,345	15.3	192,348	15.7	1.50
2021	241,813	12.8	164,412	13.4	1.47
2022	187,980	10.0	128,023	10.4	1.47
2023	169,667	9.0	118,633	9.7	1.43
2024	18,245	1.0	11,097	0.9	1.64
合計	1,885,712	100.0	1,227,071	100.0	1.54

收集資料日期在2016/01/02至2024/02/22期間，每年網頁瀏覽量和訪客，如圖1所示。從圖1得知，最多網頁瀏覽量和最多訪客出現在2019年，排序第2至3者分別出現在2020年和2018年。以整個趨勢而言，瀏覽量和訪客從2016年逐漸上升到2019年，然後在2019年逐年下降。逐年下降可能有二項原因：(1)本期刊由雙月刊改成季刊；以及(2)在2021年之後，專欄文章主題的內容偏向教學為主，讀者瀏覽量高的文章為實作或是實驗佔多數（見表4a），教學與課程佔較少，以致瀏覽量減少。

圖1：2016至2024期間每年網頁瀏覽量和訪客

二、 每月閱讀網頁和訪客

根據《臺灣化學教育》網站控制台的Jetpack網誌統計，收集資料日期在2016/01/02至2024/02/22期間，每月網頁瀏覽量和月平均瀏覽量，如表2所示。由表2得知，網頁瀏覽量最多出現在2020年四月，有39,940頁；其次在2019年五月，有38,248頁。月平均瀏覽量最多出現在2019年，其次在2020年。

表2：2016至2024年每月網頁瀏覽量和月平均瀏覽量

年/月	一月	二月	三月	四月	五月	六月	七月	八月	九月	十月	十一月	十二月	月平均	合計
2016	9,591	8,238	11,621	13,149	14,186	13,103	9,473	10,511	10,671	13,302	13,043	15,234	11,844	142,122
2017	10,174	11,218	16,477	19,116	25,175	18,496	13,664	14,309	17,301	19,807	21,124	23,687	17,546	210,548
2018	19,167	14,053	24,722	24,954	27,895	31,384	19,744	17,655	19,789	26,255	23,753	24,786	22,846	274,157
2019	20,671	18,922	28,782	33,237	38,248	35,655	23,659	24,090	29,377	37,956	29,864	31,374	29,320	351,835
2020	22,511	13,093	37,821	39,940	31,051	29,898	22,254	13,693	7,795	21,366	26,096	23,827	24,112	289,345
2021	19,243	12,595	24,634	26,284	24,437	25,982	16,438	13,500	17,098	20,523	22,099	18,980	20,151	241,813
2022	14,457	11,898	19,781	20,103	17,223	14,567	9,413	8,214	15,784	18,202	18,759	19,579	15,665	187,980
2023	13,328	13,129	18,923	17,386	18,227	14,198	8,927	8,524	15,096	14,036	13,207	14,686	14,139	169,667
2024	12,045	6,200	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	18,245

根據Jetpack網誌統計，2020年四月的前後八個月瀏覽量趨勢圖，如圖2所示。由圖2得知，最多的網頁瀏覽量（藍色）和訪客（深藍色）出現在2020年四月，分別有39,940頁和26,914人，每位訪客平均瀏覽量為1.48頁。這段期間的變化趨勢：在2020年四月的前2個月瀏覽量上升很快，後5個月緩慢下降，形成一座山峰的模樣。

圖2：2020年四月的前後八個月的瀏覽量趨勢圖

根據Jetpack網誌統計，收集資料日期在2016/01/02至2024/02/22期間，每月訪客瀏覽網頁3D長條分布圖，如圖3a（2016年排在前面）和3b（2024年排在前面）所示。從圖3a和3b觀之，在每月（x軸）瀏覽量方面，發現有兩座山峰（週期）。兩山峰分別出現在三月到六月（最高峰在四月）和九月到十二月（最高峰在十一月），這兩段期間適逢學校上和下學期之際，教師和學生高頻率使用此網站；山谷出現在一月到二月和七月到八月，這兩段時間正值寒假和暑假之際。此外，在每年（z軸）瀏覽量方面，發現有一座山峰形成，山峰出現在2019年（黃色金字塔）或在2020年（藍色金字塔）。

圖3a：2016至2024期間每月訪客瀏覽網頁的3D金字塔圖（2016年排在前面）

圖3b：2016至2024期間每月訪客瀏覽網頁的3D金字塔圖（2024年排在前面）

三、 每日平均閱讀網頁

根據Jetpack網誌統計，收集資料日期在2016/01/02至2024/02/22期間，每年每月的日平均網頁瀏覽量，如表3所示。由表3得知，以每月觀之，每日平均瀏覽量最多出現在2020年四月，有1,331頁；其次在2019年五月，有1,234頁。以日平均值觀之，每日平均瀏覽量最多出現在2019年，有964次；其次在2020年，有791次。

表3：2016至2024期間每年每月的日平均網頁瀏覽量

年/月	一月	二月	三月	四月	五月	六月	七月	八月	九月	十月	十一月	十二月	日平均
2016	320	284	375	438	458	437	306	339	356	429	435	491	389
2017	328	401	532	637	812	617	441	462	577	639	704	764	577
2018	618	502	797	832	900	1,046	637	570	660	847	792	800	751
2019	667	676	928	1,108	1,234	1,189	763	777	979	1,224	995	1,012	964
2020	726	451	1,220	1,331	1,002	997	718	442	260	689	870	769	791
2021	621	450	795	876	788	866	530	435	570	662	737	612	663
2022	466	425	638	670	556	486	304	265	526	587	625	632	515
2023	430	469	610	580	588	473	288	275	503	453	440	474	465
2024	389	289	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	349

n 讀者群閱讀網頁排序

一、 2016至2024年期間

根據《臺灣化學教育》網站控制台的Jetpack網誌統計，收集資料日期在2016/01/02至2024/02/22期間，讀者閱讀網頁的排序，如表4a（第1至25名）和4b（第26至50名）所示，其中排序A表示包含文章附件的閱讀網頁排序（Jetpack集中所有文章附件在一起統計），而排序B表示排除文章附件的閱讀網頁排序。根據Jetpack網誌統計，在這段期間中讀者總共閱讀1,885,819網頁（包含文章附件）。

由表4a的排序A得知，讀者閱讀網頁的排序前2名為「文章附件檔案」和「《臺灣化學教育》歡迎首頁」（均為非文章屬性）；排序第3名之後才是文章屬性，因此增加排序B。由表4a的排序B得知，在讀者閱讀網頁方面，排序1至5名者分別為(1)改良式天氣瓶／許良榮、(2)端午吃粳粽說化學／傅麗玉、(3)有關化學鍵和八隅體法則的問題／施建輝、(4)自製簡易的身體乳液／鍾曉蘭、(5)有關氧化還原滴定—過錳酸鉀滴定法的幾個問題／施建輝；排序6至10名者分別為(6)膠體溶液的帶電性與凝聚／施建輝、(7)創意微型實驗—微型水果電池／方金祥、(8)創意微型實驗—微型濾紙色層分析／方金祥、(9)溫度對反應熱與活化能的影響／龔自敬、以及(10)自製天然精油防蚊液／鍾曉蘭；這些排序前10名者，幾乎是本刊物早期發表的文章。排序前10名的文章作者依序為(1)施建輝（3篇）、(2)鍾曉蘭（2篇）、(2)方金祥（2篇）。排序11至50名的文章及其作者，請詳見表4a和4b。就閱讀網頁累積百分比觀之，排序前25篇文章約佔所有文章的26.1%（38.4%- 4.7% – 7.6%），排序前50篇文章約佔所有文章的37.8%（50.1%- 4.7% – 7.6%），接近四成。

表4a：2016至2024期間讀者閱讀網頁的排序（1/2）

排序A	排序B	網頁標题	閱讀量	百分比	累積量	累積%
1	—	Archives 文章附件檔案	87,826	4.66	87,826	4.7
2	—	《臺灣化學教育》歡迎首頁	54,766	2.90	142,592	7.6
3	1	改良式天氣瓶／許良榮	54,588	2.89	197,180	10.5
4	2	端午吃粳粽說化學／傅麗玉	51,638	2.74	248,818	13.2
5	3	有關化學鍵和八隅體法則的問題／施建輝	40,350	2.14	289,168	15.3
6	4	自製簡易的身體乳液／鍾曉蘭	36,960	1.96	326,128	17.3
7	5	有關氧化還原滴定—過錳酸鉀滴定法的幾個問題／施建輝	36,374	1.93	362,502	19.2
8	6	膠體溶液的帶電性與凝聚／施建輝	35,114	1.86	397,616	21.1
9	7	創意微型實驗—微型水果電池／方金祥	24,268	1.29	421,884	22.4
10	8	創意微型實驗—微型濾紙色層分析／方金祥	24,043	1.27	445,927	23.6
11	9	溫度對反應熱與活化能的影響／龔自敬	21,979	1.17	467,906	24.8
12	10	自製天然精油防蚊液／鍾曉蘭	21,853	1.16	489,759	26.0
13	11	透過變因探討「紙」色層分析／倪行健	18,607	0.99	508,366	27.0
14	12	說明溶液的凝固點下降／施建輝	18,533	0.98	526,899	27.9
15	13	如何引導特教學童實作化學實驗—以變色的蝶豆花為例／劉佳綾	18,176	0.96	545,075	28.9
16	14	微量化學實驗：酸鹼滴定的微量實驗／黃稜蘊、楊水平	17,965	0.95	563,040	29.9
17	15	個人化的保養品─DIY樂趣多／鍾曉蘭	17,535	0.93	580,575	30.8
18	16	雙氧水製氧實驗中替換催化劑的評估／王進賢	6,635	0.88	597,210	31.7
19	17	磷酸、亞磷酸、次磷酸的酸性強度比較／廖家榮、劉燕孝	16,490	0.87	613,700	32.5
20	18	愛玉說愛玉凍的化學／傅麗玉、楊水平	16,393	0.87	630,093	33.4
21	19	創意微型實驗—微型化學花園／方金祥	15,609	0.83	645,702	34.2
22	20	微量化學實驗：水的總硬度微量測定／黃稜蘊、顧展兆、楊水平	14,445	0.77	660,147	35.0
23	21	飲食文化與化學：烹飪的熱化學／廖建勛	13,925	0.74	674,072	35.7
24	22	綠色化學:植物色素分離與鑑定／洪敬明、徐碩志	13,354	0.71	687,426	36.5
25	23	淌血的心—硫氰化鉀與鐵離子的反應／王瓊蘭	12,942	0.69	700,368	37.1
26	24	藍印術的另類實驗與探討檸檬酸根的反應／施建輝	12,691	0.67	713,059	37.8
27	25	非含氧酸的酸性強度判斷與酸與鹼教學上的問題研究／施建輝	11,733	0.62	724,792	38.4

表4b：2016至2024期間讀者閱讀網頁的排序（2/2

排序A	排序B	網頁標题	閱讀	%	累積數	累積%
28	26	帶國小學生做「金銀銅幣變變」趣味化學實驗／楊朝芳	11,074	0.59	735,866	39.0
29	27	微量化學實驗：誰是口水王—酸鹼性和溫度對澱粉酶催化效率之影響／張馨云、佘瑞琳	10,786	0.57	746,652	39.6
30	28	大學入學考試與化學評量：清華盃化學競賽及其試題與大學指考題目之比較／洪嘉呈	10,309	0.55	756,961	40.1
31	29	飲食文化與化學：蛋的化學（上）／楊悠娟	10,209	0.54	767,170	40.7
32	30	POEC教學策略之理論與實務／謝秉桓	10,183	0.54	777,353	41.2
33	31	植物染缸論化學／劉曉倩	10,161	0.54	787,514	41.8
34	32	探究「紅綠燈」示範實驗的多彩顏色／廖旭茂、陳嬿竹、羅珮綺、林芳瑜	9,960	0.53	797,474	42.3
35	33	趣味化學玩具：神奇鐵磁流體的玩法與合成／黃蕙君、邱姿蓉	9,875	0.52	807,349	42.8
36	34	當藝術遇見化學：用化學蝕刻製作銅板作品／廖旭茂	9,665	0.51	817,014	43.3
37	35	新世紀的化學工程：臺灣石油化學工業／李世陽	9,357	0.50	826,371	43.8
38	36	微量化學實驗：波以耳定律的微量實驗／李錡峰、楊水平	9,240	0.49	835,611	44.3
39	37	化學教室活動：利用另類的多倫試劑製作銀鏡瓶／方舜雨、王竣生、楊水平	9,120	0.48	844,731	44.8
40	38	鋰離子標準還原電位異常的探討／施建輝	8,782	0.47	853,513	45.3
41	39	人像藍印術／陳孟男	8,376	0.44	861,889	45.7
42	40	當藝術遇見化學：藍染魔法與化學神功的融合交會／王琪羿、高貫洲	8,281	0.44	870,170	46.1
43	41	疑難問題集錦之三／施建輝	8,122	0.43	878,292	46.6
44	42	門得列夫：化學元素週期表的發現者／洪文東	8,059	0.43	886,351	47.0
45	43	飲食文化與化學：蛋的化學（下）／楊悠娟	8,019	0.43	894,370	47.4
46	44	微量化學實驗：小綠綠晶體與藍印術微量實驗（上）／周芳妃、李盈萱、陳靜瑋	7,727	0.41	902,097	47.8
47	45	中學化學示範：濾紙色層分析的示範實驗和教室活動／彭郁惠、謝佶霖、陳宜玫、陳昱璇、楊水平	7,517	0.40	909,614	48.2
48	46	疑難問題集錦之一：有關離子安定性和分子偶極的問題／施建輝	7,313	0.39	916,927	48.6
49	47	分子的永久偶極與分子結構對稱性之關係／洪敬明	7,253	0.38	924,180	49.0
50	48	當藝術遇見化學：玩樂皂化之美／陳映辛、馮松林	7,191	0.38	931,371	49.4
51	49	氧化物、過氧化物或超氧化物與其化學猜謎／施建輝	7,064	0.37	938,435	49.8
52	50	原子與電子理論的建立和發展（下）／李啟讓、陳文靜	7,003	037	945,438	50.1

在文章附件方面，收集資料日期在2016/01/02至2024/02/22期間，讀者閱讀文章附件排名前20名，如4c所示。由表4c得知，讀者閱讀文章附件排序前5名分別為(1)波以耳定律的微量實驗_學生實驗講義（閱讀量有1,318頁）、(2)發現查理定律和絕對零度_學生活動手冊（849頁）、(3)亞佛加厥的微量實驗_學生實驗手冊（726頁）、(4)發現濃度對熱失控的誘導期和速率之影響–學生實驗手冊_進階版（673頁）、以及(5)利用另類的多倫試劑學生DIY隨身鏡_學生講義（518頁）。排序6至20名者，請詳見表4c。

表4c：2016至2024期間讀者閱讀文章附件的排序

排序	文章附件標题	閱讀量	累積量
—	Archives 文章附件檔案	87,826	—
1	波以耳定律的微量實驗_學生實驗講義／李錡峰、楊水平	1,318	1,318
2	發現查理定律和絕對零度_學生活動手冊／李錡峰、張鈞皓、郭峯廷、楊水平	849	2,167
3	亞佛加厥的微量實驗_學生實驗手冊／李錡峰、楊水平	726	2,893
4	發現濃度對熱失控的誘導期和速率之影響–學生實驗手冊_進階版／楊水平	673	3,566
5	利用另類的多倫試劑學生DIY隨身鏡_學生講義／方舜雨、蔡家興、楊水平	518	4,084
6	附件一：POEC新式教案（以反應速率單元為例）／謝秉桓	357	4,441
7	誰是口水王_學生實驗手冊／張馨云、佘瑞琳	212	4,653
8	電解的微量實驗_學生實驗手冊／陸冠輝	164	4,817
9	利用另類的多倫試劑製作銀鏡瓶_學生活動手冊／方舜雨、王竣生、楊水平	159	4,976
10	2014年第一期整本文章／編輯部	145	5,121
11	教育部高中化學學科中心105學年度上學期全國教師研習計畫	131	5,252
12	雞蛋的美麗與哀愁：奈米雞蛋與滲透雞蛋／張函郁、黎渝秀	131	5,383
13	多孔螺旋型與鑽石型三度週期最小曲面的串珠模型製作（上）／左家靜、莊宸、金必耀	129	5,512
14	金奈米粒子的微量合成和鑑定_學生講義／楊水平	126	5,638
15	濾紙色層分析的示範實驗和教室活動_學習單／彭郁惠、謝佶霖、陳宜玫、陳昱璇、楊水平	124	5,762
16	銀奈米粒子的微量合成和鑑定_學生講義／楊水平	108	5,870
17	膠體溶液的帶電性與凝聚／施建輝	95	5,965
18	快速製造肥皂的教師示範和學生實作_學習單／賴愉方、施麗姍、楊凌宜、楊水平	93	6,058
19	個人化的保養品-DIY樂趣多／鍾曉蘭	84	6,142
20	人像藍印術／陳孟男	79	6,221

閱讀下半部分：《臺灣化學教育》慶祝十週年專刊：讀者群閱讀文章的量化分析(下) ／邱美虹、楊水平、周金城、鐘建坪、李宜諺、李雪碧

《臺灣化學教育》慶祝十週年專刊：讀者群閱讀文章的量化分析(下) ／邱美虹、楊水平、周金城、鐘建坪、李宜諺、李雪碧

星期六 , 9, 3 月 2024 編輯助理本期專題, 第五十五期/2024年3月留言功能已關閉

《臺灣化學教育》慶祝十週年專刊：
讀者群閱讀文章的量化分析(下)

邱美虹^1,*、楊水平^2,**、周金城³、鐘建坪⁴、李宜諺⁵、李雪碧⁶

閱讀上半部分：《臺灣化學教育》慶祝十週年專刊：讀者群閱讀文章的量化分析(上) ∕ 邱美虹、楊水平、周金城、鐘建坪、李宜諺、李雪碧

二、最近365天期間

根據Jetpack網誌統計，收集資料日期在2023/02/25至2024/02/25（最近365天）期間，讀者閱讀網頁和排序前20名，如表5所示。這期間讀者閱讀網頁有188,903頁（2023年169,667頁+ 2024年19,236頁）。由表5的排序B得知，讀者閱讀文章排序前5名者分別為(1)有關氧化還原滴定—過錳酸鉀滴定法的幾個問題／施建輝（閱讀量有4,589次）、(2)綠色化學：植物色素分離與鑑定／洪敬明、徐碩志（4,147次）、(3)有關化學鍵和八隅體法則的問題／施建輝（4,020次）、(4)改良式天氣瓶／許良榮（3,414次）、以及(5)膠體溶液的帶電性與凝聚／施建輝（3,312次）。排序6至25名者，請詳見表5。透過最近365天期間（表5）與2016至2024期間（表4a）的比對，針對閱讀文章排序前25名者，結果有16篇文章重疊，佔64.0%。就文章的熱門程度而言，大致上沒有新舊之分。

表5：最近365天讀者閱讀網頁排序和閱讀量

排序A	排序B	網頁標题	閱讀量	百分比	累積量	累積%
1	—	Archives 所有文章附件檔案	5,931	3.13	5,931	3.1
2	1	有關氧化還原滴定—過錳酸鉀滴定法的幾個問題／施建輝	4,589	2.43	10,520	5.6
3	2	綠色化學：植物色素分離與鑑定／洪敬明、徐碩志	4,147	2.19	14,667	7.8
4	3	有關化學鍵和八隅體法則的問題／施建輝	4,020	2.12	18,687	9.9
5	—	《臺灣化學教育》歡迎首頁	3,785	2.00	22,472	11.9
6	4	改良式天氣瓶／許良榮	3,414	1.80	25,886	13.7
7	5	膠體溶液的帶電性與凝聚／施建輝	3,312	1.75	29,198	15.4
8	6	磷酸、亞磷酸、次磷酸的酸性強度比較／廖家榮、劉燕孝	2,915	1.54	32,113	17.0
9	7	中學化學示範：濾紙色層分析的示範實驗和教室活動／彭郁惠、謝佶霖、陳宜玫、陳昱璇、楊水平	2,703	1.43	34,816	18.4
10	8	雙氧水製氧實驗中替換催化劑的評估／王進賢	2,318	1.22	37,134	19.6
11	9	帶國小學生做「金銀銅幣變變」趣味化學實驗／楊朝芳	2,252	1.19	39,386	20.8
12	10	如何引導特教學童實作化學實驗–以變色的蝶豆花為例／劉佳綾	2,175	1.15	41,561	22.0
13	11	說明溶液的凝固點下降／施建輝	2,100	1.11	43,661	23.1
14	12	透過變因探討「紙」色層分析／倪行健	1,806	0.95	45,467	24.0
15	13	自製簡易的身體乳液／鍾曉蘭	1,783	0.94	47,250	25.0
16	14	疑難問題集錦之三／施建輝	1,668	0.88	48,918	25.9
17	15	創意微型實驗–微型濾紙色層分析／方金祥	1,576	0.83	50,494	26.7
18	16	創意微型實驗–微型水果電池／方金祥	1,521	0.80	52,015	27.5
19	17	鋰離子標準還原電位異常的探討／施建輝	1,489	0.79	53,504	28.3
20	18	淌血的心–硫氰化鉀與鐵離子的反應／王瓊蘭	1,441	0.76	54,945	29.0
21	19	金奈米粒子的微量合成和鑑定／楊水平	1,373	0.73	56,318	29.8
22	20	溫度對反應熱與活化能的影響／龔自敬	1,369	0.72	57,687	30.5
23	21	微量化學實驗：誰是口水王–酸鹼性和溫度對澱粉酶催化效率之影響／張馨云、佘瑞琳	1,350	0.71	59,037	31.2
24	22	非含氧酸的酸性強度判斷與酸與鹼教學上的問題研究／施建輝	1,332	0.70	60,369	31.9
25	23	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	1,254	0.66	61,623	32.6
26	24	疑難問題集錦之一：有關離子安定性和分子偶極的問題／施建輝	1,244	0.66	62,867	33.2
27	25	化學示範起始探究與實作：「蝶豆花漸層變色飲料」的示範和探究／李妙瑟、翁秀玉、段曉林、陳均伊	1,225	0.65	64,092	33.9

n 讀者群閱讀網頁的推薦者

根據《臺灣化學教育》網站控制台的Jetpack網誌統計，收集資料日期在2016/01/02至2024/02/28期間，閱讀網頁的推薦者（Referrers）排序前10名，如表6a所示。由表6a得知，以「搜尋引擎（Search Engines）」最多，閱讀網頁量有1,231,783頁，佔總量（1,333,324頁）的92.38%；排序2至5名者為(2)臉書（Facebook）（3.99%）、(3)臺中教育大學科學遊戲實驗室、(4)WordPress安卓應用程式、(5)維基百科（Wikipedia）；前二者佔96.32%（92.38%+ 3.99%），可見絕大部分的讀者透過搜尋引擎和臉書找到文章；排序6至10名者，請詳見表6a。

表6a：2016至2024期間閱讀網頁的推薦者排序

排序	閱讀網頁的推薦者	閱讀量	百分比
1	Search Engines 搜尋引擎	1,231,783	92.38
2	Facebook 臉書（簡稱為FB）	53,237	3.99
3	scigame.ntcu.edu.tw 國立臺中教育大學科學遊戲實驗室	19,311	1.45
4	WordPress Android App安卓應用程式	16,250	1.22
5	Wikipedia 維基百科	3,216	0.24
6	ntcu.edu.tw 國立臺中教育大學	1,128	0.08
7	WordPress Dashboard 儀表板	994	0.07
8	youtube.com（簡稱為YT）	532	0.04
9	dlearn.ncue.edu.tw 國立彰化師範大學雲端學院	498	0.04
10	Instagram（簡稱為IG）	498	0.04

在搜尋引擎方面，不同來源的推薦者，如表6b所示。由表6b得知，以「谷歌搜尋（GoogleSearch）」最多，推薦1,185,495頁，佔96.24%；其次為雅虎搜尋（Yahoo Search），推薦33,058頁，佔2.68%；其餘的搜尋引擎推薦者，總和約1%。可見大部分的讀者透過谷歌搜尋找到文章。

表6b：在搜尋引擎方面不同來源的推薦者排序

排序	搜尋引擎的推薦者	閱讀量	百分比
1	Google Search 谷歌搜尋	1,185,495	96.24
2	Yahoo Search 雅虎搜尋	33,058	2.68
3	Bing 必應搜尋	9,660	0.78
4	Baidu 百度搜尋	2,564	0.21
5	myway.com一款網際網路搜尋引擎	493	0.04
6	duckduckgo.com一款網際網路搜尋引擎	230	0.02

n 讀者群的地理分布

一、 網頁訪問量和訪客

《臺灣化學教育》網站的前站有一款訪客地圖〈ClustrMaps〉，建立於2015.10.28，此為公開資訊（ClustrMaps,2024）。此處收集資料日期在2015.10.28至2024.02.21期間，總共有3,036天。2015至2024期間ClustrMaps呈現的資料，如表7所示。由表7得知，總網頁訪問量有4,067,176頁，訪客有2,038,207人，每位訪客平均網頁訪問量為2.00頁（4,067,176頁/ 2,038,207人）。由於收集資料總天數不盡相同（相差61天），此處僅與Jetpack粗略地比較，ClustrMaps網頁訪問總量多於Jetpack有2,181,464頁（4,067,176頁– 1,885,712頁），而且訪客多出811,136人（2,038,207人– 1,227,071人），每位訪客平均網頁訪問量多出0.46頁（2.00頁– 1.54頁）。經過簡單的計算，ClustrMaps每天平均網頁訪問量為1,339.6頁（4,067,176頁/ 3,036天），每天平均訪客為671.3人（2,038,207人 / 3,036天）。與Jetpack相比，ClustrMaps每天平均網頁訪問量多於Jetpack有705.7頁（1,339.6頁– 633.9頁），訪客多於Jetpack有204.8人（671.3人 – 412.5人）。【說明：網頁訪問量（Pageviews）是計算瀏覽器載入網頁的次數，並且僅當訪客（Visitors）從外部來源（如搜尋引擎）到達網站時才會發生網頁訪問量（Indeed Editorial Team, 2024）。】

表7：2015至2024期間ClustrMaps呈現的資料

今天網頁訪問量 Today Pageviews	昨天 Yesterday	過去7天 Last 7 days	過去30天 Last 30 days	總網頁訪問量 Total Pageviews	訪客 Visitors
35	449	2,297	9,078	4,067,176	2,038,207
Feb 21st 2024	—	Feb 14th – Feb 20th	Jan 22nd – Feb 20th	Since Oct 28th 2015	Since Oct 28th 2015

二、 全球和臺灣訪客地理分布圖

根據ClustrMaps的統計，收集資料日期同上，2015至2024期間全球訪客地理分布圖，如圖4a所示。由圖4a的紅點密度觀之，本刊物的全球訪客以東亞洲、西歐洲及北美洲佔大部分，在亞洲的訪客方面，以東亞和東南亞居多，其中以臺灣最多。

圖4a：2015至2024年的全球訪客地理分布

根據ClustrMaps的統計，本刊物在2015至2024期間臺灣訪客地理分布圖，如圖3b所示。由圖4b左的紅點密度得知，本刊物在臺灣的訪客中以北部和西部佔大部分，其中以臺北（指臺北市和新北市）的訪客最多；在臺灣地理中央附近有一大紅點，可能是無法判定訪客的IP位置地點。由圖4b右（臺灣北部放大圖）得知，訪客集中在臺北市及其附近一帶的新北市。

圖4b：2015至2024期間臺灣訪客地理分布（左）與其北部放大圖（右），

三、 全球和臺灣訪客數據表

根據ClustrMaps統計，本刊物在2015至2024期間全球訪客數據表，如表8所示。此處收集數據日期在2015.10.28至2024.02.21期間（總共3036天），此為公開資訊（ClustrMaps,2024）。在收集資料的當天，訪客有2,038,213人，涵蓋全球148個國家。由表8得知，在造訪次數方面，以臺灣最多，有1,611,845次，佔全球的79.08%，約有八成；排序2至10名者分別為(2)中國（4.20%）、(3)美國（2.92%）、(4)香港（2.09%）、(5)澳門（0.52%）、(6)澳洲（0.35%）、(7)馬來西亞（0.26%）、(8)日本（0.22%）、(9)加拿大（0.11%）、及(10)英國（0.09%）；排序11至20名者，請詳見表8。在獨立訪客方面，仍然以臺灣最多，有1,078,094人；排序2至10名者分別為(2)中國、(3)香港、(4)美國、(5)澳門、(6)馬來西亞、(7)日本、(8)澳洲、(9)加拿大、及(10)英國；排序11至20名者，請詳見表8。在造訪深度方面，排序1至5名的國家分別為(1)澳洲（2.89）、(2)美國（2.02）、(3)德國（1.98）、(4)臺灣（1.50）、及(5)日本（1.50）。【說明：網頁訪問量（Pageviews）是計算瀏覽器載入網頁的次數，並且僅當訪客（Visitors）從外部來源（如搜尋引擎）到達網站時才會發生網頁訪問量（Indeed Editorial Team, 2024）。造訪深度（Visit Depth）是指一位獨立訪客的平均造訪次數，亦即造訪次數除以獨立訪客人數。】

表8：2015至2024期間ClustrMaps呈現全球國家排序前20名的資料

造訪排序 Sequence	全球國家 Country	地點 Locations	造訪 Visits	獨立訪客 Uniques	造訪深度 Visit Depth Visits / Uniques	造訪百分比 Visits / All
—	全球（148個國家）	—	4,067,176	2,038,213	2.00	100
1	Taiwan 臺灣	215	1,611,845	1,078,094	1.50	79.08
2	China 中國	414	85,560	61,267	1.40	4.20
3	United States 美國	1336	59,501	29,398	2.02	2.92
4	HongKong 香港	97	42,582	31,486	1.35	2.09
5	Macao 澳門	4	10,570	7,110	1.49	0.52
6	Australia 澳洲	301	7,033	2,434	2.89	0.35
7	Malaysia 馬來西亞	135	5,347	3,905	1.37	0.26
8	Japan 日本	268	4,431	2,954	1.50	0.22
9	Canada 加拿大	164	2,221	1,665	1.33	0.11
10	United Kingdom 英國	185	1,789	1,160	1.54	0.09
11	Germany 德國	194	1,531	775	1.98	0.08
12	Singapore 新加坡	10	1,518	1,110	1.37	0.07
13	Republic of Korea 韓國	44	1,138	837	1.36	0.06
14	Ireland 愛爾蘭	6	1,127	1,086	1.04	0.06
15	New Zealand 紐西蘭	28	1,081	629	1.72	0.05
16	Vietnam 越南	42	998	688	1.45	0.05
17	Russia 俄羅斯	53	666	619	1.08	0.03
18	Thailand 泰國	46	515	390	1.32	0.03
19	France 法國	120	510	413	1.23	0.03
20	Netherlands 荷蘭	39	446	308	1.45	0.02

根據ClustrMaps資料，本刊物在2015至2024期間臺灣訪客數據表，如表9所示。此處收集數據日期和總天數如前所述。在收集資料的當天，臺灣有215個地點（但只列出10個地點名稱），造訪次數有1,611,845次，訪客有1,078,094人。由表9得知，在造訪次數方面，以臺北市和新北市最多，有783,303人，佔臺灣的48.60%，約一半；排序2至10名的地點分別為(2)臺中市（7.97%）、(3)桃園市（3.68%）、(4)高雄縣（3.430%）、(5)新竹縣和新竹市（2.99%）、(6)臺南市（2.81%）、(7)高雄市（2.78%）、(8)彰化縣（1.14%）、(9)屏東縣（0.43%）、及(10)南投縣（0.37%）。在獨立訪客方面，仍然以臺北市和新北市最多，有532,233人，佔48.60%，約佔臺灣的一半；排序2至10名者，幾乎與造訪次數相同，除了新竹縣和新竹市與高雄市互換排序之外。在造訪深度方面，各地點差異不大，在1.35與1.71之間。值得注意之事，若高雄縣與高雄市合併，其造訪次數達99,990次（55,250次 + 44,740次），佔6.21%（3.43% + 2.78%），排序在臺中市與桃園市之間。在獨立訪客方面，排序亦復如此。經過簡單的計算，臺灣六都造訪次數為1,071,159，佔66.5%，近七成；獨立訪客為732,150，佔67.9%，近七成。

表9：2015至2024期間ClustrMaps呈現臺灣地點排序的資料

造訪排序	臺灣的地點	造訪	獨立訪客	造訪深度	地點/臺灣造訪百分比	地點/全球造訪百分比
—	Taiwan 臺灣	1,611,845	1,078,094	1.50	100.00	79.08
1	Taipei 臺北市和新北市	783,303	532,233	1.47	48.60	38.43
2	Taichung 臺中市	128,520	87,220	1.47	7.97	6.31
3	Taoyuan 桃園市	59,346	41,547	1.43	3.68	2.91
4	Kao-sung 高雄縣	55,250	37,951	1.46	3.43	2.71
5	Hsinchu 新竹縣和新竹市	48,177	33,445	1.44	2.99	2.36
6	Tainan 臺南市	45,300	31,006	1.46	2.81	2.22
7	Kaohsiung City 高雄市	44,740	33,199	1.35	2.78	2.20
8	Chang-hua 彰化縣	18,450	10,816	1.71	1.14	0.91
9	Pingtung 屏東縣	6,997	4,506	1.55	0.43	0.34
10	Nantou 南投縣	6,020	4,043	1.49	0.37	0.30

n 結語

《臺灣化學教育》自2014年5月4日創刊以來，深獲來自於臺灣各縣市以及橫跨全球三大洲（亞洲、美洲及歐洲）數十國的讀者群的愛護，本著兢兢業業的敬業態度與回應讀著們的愛護與期待之心，本期刊編輯團隊在過去十年間以從未脫刊和穩定的服務品質，向化學教育的同好者提供作者們精彩的內容，舉凡化學教育新知、創新實驗設計、與時俱進的化學課程與教學策略、化學教學資源、多元評量、化學與生活、化學與藝術、化學史、化學數位學習，以及新興科技（如擴增實境）等。同時邀集國內在各主題皆有所長的專家學者擔任專刊特約主編以及廣邀與化學教學與研究相關的作者們賜稿，以展現本期刊在化學教育的理論與實務上的深度與廣度。

根據本文分析的結果顯示，讀者群閱讀頻率較高的多為實用性和動手做實驗的文章為主，這與一般在辦理教師研習時的現象類似，理由顯而易見，這類型的文章對教師教學有直接的助益，可以立即運用在改進教學上，這也與本期刊的宗旨一致。同時讀者也可以透過文章中所引介的實驗探究活動來提升學生主動學習的動機、提高學習參與度、認識探究的精神、體驗探究活動的歷程。相較於此，讀者群在學習者特性、化學教學法、課程設計理念或是化學教學新思潮的閱讀量則較低，或許是本期刊還需更加努力之處，宜鼓勵讀者群能多深入瞭解課程設計理念、教與學的心理學與社會學層面的理論基礎以及新思潮對化學教育的重要性，以作為教學設計、課程研發與評量的重要參考架構。根據Cooper和Stowe(2018)指出，許多課程設計者經常是憑個人經驗來設計學習內容或教學序列，而忽略學習者特性（如學習者已知的內容或是否具備學習的條件）、學習的目標、學習者預期的表現或是提出具有教學成效的證據作為設計的基礎。這些種種顯示化學教育是複雜的、是多元的、既是需要實務面的應用價值、也是需要理論基礎與證據導向的支撐，才能使化學教育蓬勃發展，產生高質量的課程與教學成效，整體提升化學教育的品質。

本期刊未來將一本對化學教育的愛好與企盼持續為讀者們服務，也期待讀者們能加入作者群分享與本期刊宗旨相符的文章，讓本期刊更加茁壯與具前瞻性。

n 參考文獻

臺灣化學教育（2024a）。《臺灣化學教育》歡迎首頁。臺灣化學教育。檢索日期：2024年2月26日。取自：http://chemed.chemistry.org.tw/.

臺灣化學教育（2024b），《臺灣化學教育》投稿須知。臺灣化學教育。檢索日期：2024年2月26日。取自：http://chemed.chemistry.org.tw/?page_id=416.

ClustrMaps（2024）。Analytics for Chemed.chemistry.org.tw。檢索日期：2024年2月26日。取自：https://clustrmaps.com/map/Chemed.chemistry.org.tw.

Cooper, M. M., & Stowe, R. L. (2018). Chemistry education research: From personal empiricism to evidence, theory, and informed practice. Chemical Reviews,118, 6053-6087. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.8b00020.

Indeed Editorial Team（2024）。Page Views vs. Visits: What’s the Difference? 檢索日期：2024年2月26日。取自：https://www.indeed.com/career-advice/career-development/page-views-vs-visits.

Jetpack（2024）。非公開資料。檢索日期：2024年2月26日。取自：http://chemed.chemistry.org.tw/wp-admin/.

WordPress（2024）。Views vs. Visitors。檢索日期：2024年2月26日。取自：
https://wordpress.com/forums/topic/views-vs-visitors-4/.

《臺灣化學教育》慶祝十週年專刊：作者群發表文章的量化分析／楊水平

星期五 , 8, 3 月 2024 編輯助理本期專題, 第五十五期/2024年3月留言功能已關閉

《臺灣化學教育》慶祝十週年專刊：

作者群發表文章的量化分析

楊水平

國立彰化師範大學化學系
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n 前言

《臺灣化學教育》（Chemistry Education in Taiwan, CET）電子期刊創刊於2014年5月，此刊物為中國化學會（臺灣）（Chemical Society Located in Taipei, CSLT）的出版刊物之一。當初由國立臺灣師範大學邱美虹教授召集本文作者和國立臺北教育大學周金城教授共同創辦，在化學教育界、科學教育界、非制式教育機構及產業界等人士的共襄盛舉下，大家群策群力貢獻所長，目前已出版54期（臺灣化學教育，2024a）。在2024年3月即將出版第55期邁向10週年。為慶祝《臺灣化學教育》出版十週年，本文作者接受主編邱教授的邀稿，撰寫此刊物所有54期作者群發表文章的量化分析，包括：發表文章篇數、作者發表文章、作者服務機構、所有文章標題、以及專題名稱與特約主編的量化分析。

此刊物的文章類型有三種：「主編的話」、「專題（特約性）文章」及「專欄（常態性）文章」。在「主編的話」方面，此期刊第1至54期均由主編撰寫，這些稿件在發佈之前均經過同儕（副主編或執行編輯）審稿，平均大約2至3個月出版一篇文章。本文仿照美國化學會（American Chemical Society）發行期刊Journal of Chemical Education的作法，該刊物Editorial的發文視為文章。在「專題（特約性）文章」方面，總共發表54項專題，專題名稱與其特約主編的人選由主編和編審委員（含副主編和執行編輯）推薦，再由編審委員會開會共同決定並安排出版順序。特約主編由期刊主編出面邀請，各期特約主編人數為1至2位。然後由特約主編向相關的學者專家、中小學教師及產業界人士等邀稿，稿件由特約主編審稿。

在「專欄（常態性）文章」方面，有21項專欄名稱，其名稱如後：國內外化學教育交流、化學教育新知、化學新知、科學閱讀、化學小故事、高中化學教學疑難問題與解題、化學教學TED、化學教學資源、教學法、化學競賽、PISA和TIMSS試題評析、教育會考、學測和指考、多元評量、行動學習、互動式多媒體、食品安全、多元文化的化學、家庭化學實驗、保養品DIY及化學實驗含影片（邱美虹，2014）。從第5期開始，專欄名稱採二階層呈現，以易於區分並納入更多的專欄，舉例如後：新知報導／國內外化學教育交流、新知報導／化學教育新知；課程教材／化學小故事、課程教材／化學實驗室、課程教材／化學課程與教材、課程教材／化學課程與教學；化學實驗／綠色化學實驗、化學實驗／化學實驗含影片、化學實驗／家庭化學實驗；教學教法／多元教學法、教學教法／高中化學教學疑難問題與解題；生活化學／多元文化的化學、生活化學／化妝品DIY。「專欄文章」的來源主要有三：主編和編審委員投稿、主編和編審委員邀稿、及讀者投稿，大多數稿件由編審委員審稿。

n 發表文章篇數分析

在文章篇數的統計方面，若文章的字數過長且無法在網站編輯成一篇而拆成上、下二小篇或上、中、下三小篇，則被視為一篇，例如：〈發現濃度對熱失控的誘導期和速率之影響：一個發現學習的化學實驗〉，在網站上分為上、中、下三小篇，但是在統計上只被視為一篇。

截至2024年2月初，《臺灣化學教育》總共發行54期，各期的「主編的話」、「專題文章」及「專欄文章」的篇數，如表1所示。在「主編的話」方面，每期有1篇文章，總共54篇。在「專題文章」方面，合計篇數為423篇，每期文章平均篇數為7.8篇，最少文章篇數出現在第52期只有4篇，最多文章篇數在第14期有14篇。在「專欄文章」方面，合計篇數為291篇，每期文章平均篇數為5.4篇，最少文章篇數出現在第32、34及44期各有1篇，最多文章篇數在第1期創刊號有14篇。所有54期的文章總篇數為768篇，每期文章平均篇數為14.2篇。整體而言，「專題文章」篇數多於「專欄文章」篇數。

表1：主編的話、專題文章及專欄文章的各期篇數和合計篇數

期數	主編的話	專題篇數	專欄篇數	合計篇數	期數	主編的話	專題篇數	專欄篇數	合計篇數	期數	主編的話	專題篇數	專欄篇數	合計篇數
1	1	6	17	24	21	1	6	5	12	41	1	5	5	11
2	1	6	14	21	22	1	13	2	16	42	1	5	2	8
3	1	7	12	20	23	1	10	3	14	43	1	9	2	12
4	1	7	11	19	24	1	6	3	10	44	1	12	1	14
5	1	9	11	21	25	1	12	5	18	45	1	5	2	8
6	1	8	12	21	26	1	9	2	12	46	1	8	3	12
7	1	8	9	18	27	1	7	7	15	47	1	6	3	10
8	1	9	9	19	28	1	6	5	12	48	1	9	6	16
9	1	13	9	23	29	1	13	6	20	49	1	6	2	9
10	1	8	7	16	30	1	6	6	13	50	1	7	3	11
11	1	9	8	18	31	1	7	7	15	51	1	7	4	12
12	1	6	5	12	32	1	9	1	11	52	1	4	2	7
13	1	8	5	14	33	1	6	2	9	53	1	7	2	10
14	1	14	7	22	34	1	12	1	14	54	1	6	7	14
15	1	9	9	19	35	1	7	4	12	—	—	—	—	—
16	1	8	4	13	36	1	8	3	12	—	—	—	—	—
17	1	7	6	14	37	1	8	5	14	合計	54	423	291	768
18	1	7	4	12	38	1	5	2	8	平均	1.0	7.8	5.4	14.2
19	1	8	5	14	39	1	6	3	10	最少	1	4	1	7
20	1	7	7	15	40	1	7	4	12	最多	1	14	17	24

第1至54期「主編的話」、「專題文章」及「專欄文章」的篇數以堆疊直條圖作圖以利呈現篇數，如圖1所示。藍色直條圖表示「主編的話」、橘色直條圖表示「專題文章」及綠色直條圖表示「專欄文章」。

圖1：主編的話、專題文章及專欄文章的各期篇數和合計篇數

n 作者群發表文章分析

此處使用分析工具為MS Excel及其增益集〈Bjorn’s Word Cloud〉，分析過程如後所述：(1)輸入所有文章標題與其對應的作者；(2)利用Excel，計算文章篇數；(3)利用Excel，計算作者人次；(4)利用其「移除重複項」選項，計算作者人數；(5)利用Bjorn’s Word Cloud，製作文字雲圖案並修飾圖案。目前《臺灣化學教育》總共發行54期，其出版文章總篇數、作者總人數和總人次、每位作者和每人次作者發表文章的平均篇數，如表2所示。透過簡單的統計分析，發現所有發表文章總篇數為768篇，作者總人數有584位，每位作者發表文章的平均篇數為1.32篇（768篇 / 584人）。此外，作者總人次有1215位，每人次作者發表文章的平均篇數為0.632篇（768篇 / 1215人次）。此處作者人次的定義為在一篇文章中作者數量即為作者人次，例如：〈科學建模本位的探究教學之教材設計─以化學電池為例〉一文的作者有2位（邱美虹和曾茂仁），此篇文章作者人次視為2位。

表2：出版文章總篇數、作者總人數和總人次、每位作者和每人次作者發表文章的平均篇數

出版文章總篇數	作者總人數	每位作者發表文章平均篇數	出版文章總篇數	作者總人次	每人次作者發表文章平均篇數
768	584	1.32	768	1215	0.632

此刊物總共發行54期，作者總人數為584位。經過過濾篩選，發現在所有作者中位居榜首為邱美虹，發表85篇；排序第2至10名的作者分別為廖旭茂（43篇）、楊水平（38篇）、周金城（23篇）、鍾曉蘭（23篇）、鐘建坪（22篇）、方金祥（21篇）、施建輝（19篇）、林靜雯（18篇）及劉曉倩（17篇）。其餘作者發表4篇或以上的作者，其對應的排序在第11至46名者，如表3所示。經過簡單的計算，在總共出版文章768篇中，前10名作者發表篇數有309篇，佔所有文章的40.2%，約有4成；前20名作者發表篇數有412篇，佔所有出版文章的53.6%，超過半數。

表3：作者與其發表文章篇數與其對應的排序

排序	作者	篇數	排序	作者	篇數	排序	作者	篇數	排序	作者	篇數
1	邱美虹	85	12	洪振方	12	24	佘瑞琳	6	31	曾茂仁	5
2	廖旭茂	43	12	傅麗玉	12	24	李啟讓	6	31	廖心妍	5
3	楊水平	38	15	張明娟	10	24	張永佶	6	31	顧展兆	5
4	周金城	23	16	翁榮源	9	24	陳映辛	6	40	丁信中	4
4	鍾曉蘭	23	17	吳國良	8	24	馮松林	6	40	王瓊蘭	4
6	鐘建坪	22	17	辛懷梓	8	24	黃琴扉	6	40	吳德鵬	4
7	方金祥	21	17	張自立	8	31	吉佛慈	5	40	呂雲瑞	4
8	施建輝	19	17	詹莉芬	8	31	段曉林	5	40	李錡峰	4
9	林靜雯	18	21	李賢哲	7	31	洪文東	5	40	林震煌	4
10	劉曉倩	17	21	林奕秀	7	31	曹雅萍	5	40	游文綺	4
11	胡景瀚	16	21	鄭志鵬	7	31	陳竹亭	5	40	趙奕姼	4
12	周芳妃	12	24	何慧瑩	6	31	陳祖望	5	—	—	—

文字雲（或稱標籤雲）是關鍵詞的視覺化描述，此處關鍵詞為作者姓名。姓名面積越大，表示其發表篇數越多。以文字雲呈現發表文章的作者姓名，如圖2所示。從圖2得知，以邱美虹的面積最大，發表的文章最多，其次依序為廖旭茂、楊水平、周金城、鍾曉蘭、鐘建坪、方金祥、施建輝、林靜雯及劉曉倩。

圖2：所有作者姓名與其對應發表文章的文字雲

n 作者群服務機構分析

《臺灣化學教育》的作者群服務機構分類為國小、國中、高中職、大學、非制式教育機構、學生及其他，其分類的判定依據：(1)通訊作者：根據每一篇文章標題下方的通訊作者資料（服務單位和電子信箱），很容易分類其服務機構；(2)非通訊作者(一)：根據列出作者的服務單位，容易判定其身份；(3)非通訊作者(二)：未列出作者服務單位，只寫出研究所或在職專班之類，這些作者可能是在職進修的各級學校教師，先用搜尋引擎查知或查閱文章的標題和內容，再判定作者身份。若確定為教師者，優先認定為教師，而不歸類為學生。(4)非通訊作者(三)：非以上者，以「不確定」認定之。作者服務機構的界定如後所述：(1)「國小」、「國中」和「高中職」類的作者包括教師和校長；(2)「大學」類的作者涵蓋大學教師及研究和推廣中心人員；(3)「非制式教育機構」類的作者列舉：大學入學考試中心、臺灣自然科學教育館、國立科學工藝博物館、中央研究院、國立故宮博物院等人員；(4)「產業界」類的作者列舉：工業研究院、必治妥施貴寶製藥公司、REG Life Sciences, LLC、經濟部石化產業高值化推動辦公室等人士；(5)「學生」類的作者包含大學部和研究所學生，主要是碩博士生；(6)「其他」類的作者列舉：自由媒體工作者、私人工作室、財團法人交大思源基金會等人士；以及(7)「不確定」的作者：無法判定。

一、 所有作者群

此刊物的所有作者以人次計有1215人次，作者的服務機構分類與其人次和百分比，如表4和圖3所示。在作者人次和百分比方面，以在大學服務的教師最多，有474人次佔39.0%；其次為高中職（包含普通型、綜合型及技術型高中）教師，有364人次佔30.0%；其餘排序如後：學生（15.5%）、國中教師（6.1%）、非制式機構服務人員（3.3%）、國小教師（2.7%）、產業界人士（2.6%）。

表4：所有作者的服務機構分類與其人次和百分比

服務機構	國小	國中	高中職	大學	非制式	產業界	學生	其他	不確定	合計
作者人次	33	74	364	474	40	31	188	7	4	1215
百分比	2.7	6.1	30.0	39.0	3.3	2.6	15.5	0.6	0.3	100.0

圖3：所有作者的服務機構分類與其人次和百分比

二、 通訊作者群

此刊物的通訊作者有總775人次（其中有7期各有兩位通訊作者），通訊作者的服務機構分類與其人次和百分比，如表5和圖4所示。在通訊作者人次和百分比方面，以在大學服務的教師最多，有395人次佔51.4%；其次為高中職（包含普通型、綜合型及技術型高中）教師，有265人次佔34.2%；其餘排序如後：國中教師（5.5%）、國小教師（3.5%）、非制式機構服務人員（3.1%）、產業界人士（1.9%）；學生（主要是碩博士生）（0.4%）。

表5：通訊作者的服務機構分類與其人數和百分比

服務機構	國小	國中	高中職	大學	非制式	產業界	學生	其他	不確定	合計
作者人次	27	43	265	398	24	15	3	0	0	775
百分比	3.5	5.5	34.2	51.4	3.1	1.9	0.4	0.0	0.0	100.0

圖4：通訊作者的服務機構分類與其人次和百分比

n 所有文章標題分析

目前《臺灣化學教育》總共發行54期，出版文章總共768篇。此處分析文章標題的關鍵詞與其出現次數，使用分析工具為線上〈HTML5文字雲〉。分析過程如後所述：(1)進入〈HTML5文字雲〉網頁（http://timc.idv.tw/wordcloud/ ）；(2)輸入純文字的所有文章標題；(3)開始自動生成文字雲圖案；(4)以人工方式刪除非關鍵詞（如「的化學」和「與實作」）；(5)修飾文字雲圖案。關鍵詞出現17次或以上者，如表5A（排序1至48）和5B（排序49至80）所示。從表5A得知，排序居首的關鍵詞是「化學」，在768篇文章標題出現536次，佔69.8%（536次 / 768次）；其次是「實驗」，出現193次，佔25.1%；排序第三為「教學」，出現158次佔20.6%；排序前4-10者依序為科學、課程、探究、教育、高中、化學實驗及設計。其餘關鍵詞與其出現次數，詳見表5A和5B。

表5A：所有文章標題的關鍵詞與其出現次數（1/2）

排序	關鍵詞	次數	排序	關鍵詞	次數	排序	關鍵詞	次數	排序	關鍵詞	次數
1	化學	536	13	活動	68	24	大學	39	37	微量	30
2	實驗	193	14	實作	65	26	奈米	38	37	教材	30
3	教學	158	15	學生	60	27	臺灣	37	37	經驗	30
4	科學	122	16	創意	57	28	化學教學	35	40	元素週期表	29
5	課程	104	17	主編的話	54	28	研討會	35	40	國小	29
6	探究	93	17	應用	54	28	綠色	35	40	心得	29
7	教育	84	19	微型	52	31	製作	34	40	發展	29
8	化學實驗	79	20	週期	50	31	課程設計	34	40	科技	29
8	高中	79	21	週期表	48	33	國中	33	40	綠色化學	29
10	設計	77	22	探究與實作	45	33	研討會	33	40	高中化學	29
11	國際	76	23	交流	40	35	分享	32	47	週期表年	28
12	化學教育	71	24	元素	39	35	示範	32	48	參訪	27

表5B：所有文章標題的關鍵詞與其出現次數（2/2）

排序	關鍵詞	次數	排序	關鍵詞	次數	排序	關鍵詞	次數	排序	關鍵詞	次數
49	實驗課程	26	58	學科	23	68	小學	21	78	化學科	18
49	建模	26	60	app	22	68	素養	21	78	參與	18
49	模型	26	60	國際化學	22	69	中學	20	80	利用	17
49	藝術	26	60	國際研討會	22	69	創意微型實驗	20	80	多元選修	17
53	IYPT	25	60	多元	22	69	化學教育國際研討	20	80	行動	17
53	教師	25	60	導向	22	69	線上	20	80	議題	17
53	評量	25	60	教室	22	69	選修	20	84	—	—
56	微型實驗	24	60	研究	22	76	化學探究	19	—	—	—
56	自然科	24	67	競賽	22	76	自然科學	19	—	—	—
58	亞洲化學教育	23	68	反應	21	78	化學示範	18	—	—	—

利用線上〈HTML5文字雲〉，分析所有文章標題的關鍵詞與其出現次數，以文字雲呈現出現1次或以上關鍵詞，如圖5所示。由圖5得知，以「化學」字體最大，出現次數最多；其次是「實驗」和「教學」；其他排序前10者為科學、課程、探究、教育、高中、化學實驗及設計。

圖5：所有文章標題的關鍵詞與其對應出現次數多寡的文字雲

n 專題名稱與特約主編分析

自2014年5月開始，《臺灣化學教育》總共發行54期，第1-42期每兩個月發行一期；自2021年6月第43期開始，每三個月發行一期；為慶祝中國化學會（臺灣）90週年，在2022年8月增加第48期專刊。此刊物通常每期特約主編有一名，但是其中有7期各有二名特約主編，因此54期共有61名特約主編，如表6A、6B及6C所示。

透過簡單的統計分析，發現擔任特約主編最多次者為邱美虹，有11次之多；其次依序為楊水平、周金城、鍾曉蘭及廖旭茂，其擔任次數分別為6、5、4及3次；此外擔任二次特約主編者有吳國良、李賢哲、林震煌、陳皇州、趙奕姼及鐘建坪；擔任一次特約主編者有王伯昌、王嘉瑜、古國隆、何慧瑩、佘瑞琳、吳嘉麗、李松濤、李暉、施建輝、段曉林、洪振方、張一知、曹雅萍、陳金楓、陳郁文、陳藹然、葉名倉、蕭次融、繆慧娟及藍偉瑩。

表6A：各期專題名稱與特約主編（1/3）

期數	出版年月	本期專題名稱	特約主編	累積數
1	2014年5月	創刊詞	邱美虹	1
2	2014年7月	臺灣的節慶與化學	楊水平	1
3	2014年9月	行動科技、擴增實境與3D實驗影片教學	邱美虹	2
4	2014年11月	上海化學教學參訪與經驗交流	邱美虹	3
5	2015年1月	化學宅急便	廖旭茂	1
6	2015年3月	思源科學創意大賽Plus從頭說起	陳金楓、施建輝	1, 1
7	2015年5月	大學入學考試與化學評量	吳國良	1
8	2015年7月	綠色化學創意競賽	葉名倉、繆慧娟	1, 1
9	2015年9月	2015亞洲化學教育國際研討會	邱美虹、周金城	4, 1
10	2015年11月	國際化學奧林匹亞競賽選手發展	張一知	1
11	2016年1月	科學模型與建模	邱美虹	5
12	2016年3月	飲食文化與化學	李暉	1
13	2016年5月	化學探究教學	洪振方	1
14	2016年7月	微量化學實驗	楊水平	2
15	2016年9月	新世紀的化學工程	陳郁文	1
16	2016年11月	北京化學教學參訪	邱美虹	6
17	2017年1月	臺灣女科技人的性別面向參與	吳嘉麗	1
18	2017年3月	開創新局的永續化學	趙奕姼	1
19	2017年5月	類似科學家的科學探究活動─科學展覽	鐘建坪	1
20	2017年7月	多元評量在教學現場之應用	鍾曉蘭	1

表6B：各期專題名稱與特約主編（2/3）

期數	出版年月	本期專題名稱	特約主編	累積數
21	2017年9月	共同備課的意義	藍偉瑩	1
22	2017年11月	當藝術遇見化學	楊水平	3
23	2018年1月	高中化學App教材與教學	廖旭茂	2
24	2018年3月	軟體與平台在中小學化學教學上的應用	周金城	2
25	2018年5月	化學教室活動	楊水平	4
26	2018年7月	創意化學實驗	林震煌	1
27	2018年9月	化學科普活動與推廣	王伯昌	1
28	2018年11月	2018國際化學教育研討會	邱美虹	7
29	2019年1月	2019國際元素週期表年（IYPT）	邱美虹	8
30	2019年3月	設計適合國小學生動手做的化學實驗	周金城	3
31	2019年5月	奈米/團簇實驗課程設計與應用	古國隆	1
32	2019年7月	兩岸化學教育高峰論壇	蕭次融	1
33	2019年9月	第八屆亞洲化學教育國際研討會	周金城	4
34	2019年11月	慶祝IUPAC100 & 2019國際週期表年在臺灣（IYPT in Taiwan）活動成果展示	邱美虹	9
35	2020年1月	校本必修與多元選修	鍾曉蘭	2
36	2020年3月	綠色化學：綠色化學創意競	廖旭茂	3
37	2020年5月	中學化學示範	楊水平	5
38	2020年7月	素養導向評量	吳國良	2
39	2020年9月	高瞻教師專業社群發展	王嘉瑜	1
40	2020年11月	化學示範起始探究與實作	楊水平	6

表6C：各期專題名稱與特約主編（3/3）

期數	出版年月	本期專題名稱	特約主編	累積數
41	2021年1月	探究與實作	段曉林	1
42	2021年3月	高中自然科學探究與實作	鍾曉蘭	3
43	2021年6月	奈米課程	何慧瑩	1
44	2021年9月	高中化學教材教法專書導讀	邱美虹	10
45	2021年12月	素養導向的化學課程設計	鍾曉蘭、曹雅萍	4, 1
46	2022年3月	化學與藝術的融合	林震煌	2
47	2022年6月	社會性科學議題導向的化學教學	李松濤	1
48	2022年8月	中國化學會90周年特刊（專刊）大學化學實驗課程設計與線上教學	邱美虹佘瑞琳	11, 1
49	2022年9月	台日高中生交流會	陳藹然	1
50	2022年12月	疫情下線上化學實驗和探究與實作課程	周金城	5
51	2022年3月	大學普通化學實驗室規劃與實驗課程	李賢哲、陳皇州	1, 1
52	2022年6月	科學展覽指導經驗談	陳皇州、李賢哲	2, 2
53	2022年9月	國中自然科學彈性課程設計與教學	鐘建坪	2
54	2022年12月	系統思考在化學教育上的應用	趙奕姼	2

n 結語

目前《臺灣化學教育》總共發行54期，「主編的話」有54篇，「專題文章」有423篇，「專欄文章」有291篇，總共有768篇。作者總人數有584位，總人次有1215位。所有作者發表篇數前5名的排序：邱美虹、廖旭茂、楊水平、周金城及鍾曉蘭。前10名作者發表文章篇數，佔所有發表文章約4成。近十年來，在主編、副主編、執行編輯、編輯助理、編審委員及顧問（臺灣化學教育，2024b）的群策群力和努力貢獻下，累積相當豐富且品質良好的文章，嘉惠眾多讀者。發表文章篇數前10名者都是主編和編審委員，這些作者無私奉獻，令人佩服並值得讚許。建議往後擴大編審委員的成員，增加文章稿源的機會。

在作者人次方面，以大學服務的教師最多，佔約四成；其次為高中職教師，佔約三成；學生（主要是碩博士生），佔約一成六；國中小教師、非制式機構服務人員及產業界人士，合計佔約一成四。大多數大學化學系教授平日忙於研究，鮮少教師為推廣教育工作，再次感佩熱心教育的大學教師。再者，高中職教師在教學之餘，用心投入撰稿寫作，也是值得讚許。然而，國中小教師、非制式機構服務和產業界人士的貢獻文章較少，建議往後擴大這類人員擔任編審委員。

所有文章標題的關鍵詞，排序居首的關鍵詞是「化學」，出現於所有文章標題約七成；其次是「實驗」，佔約二成五；排序第三為「教學」，佔約二成一；排序前4至10者依序為科學、課程、探究、教育、高中、化學實驗及設計。然而，出現次數不高的主流觀點的關鍵詞，如探究與實作、化學探究；出現較少次數者，如模型與建模、素養導向、系統思考、跨學科、跨領域及雙語教學。建議往後邀請專家學者和教師撰寫這方面文章，豐富此期刊的主流觀點。

在特約主編方面，以邱美虹最多次；其次依序為楊水平、周金城、鍾曉蘭及廖旭茂；擔任二次特約主編，有吳國良、李賢哲、林震煌、陳皇州、趙奕姼及鐘建坪。擔任特約主編以大學教師居多，高中職教師居次；國中教師、非制式機構人員和產業界人士較少，沒有國小教師。建議往後擴大邀請後四者人員和教師擔任特約主編。

綜觀上述結果，作者發表文章篇數以邱美虹和廖旭茂的表現非常突出，發表文章的作者分類以大學教師和高中職教師居多。所有文章標題最熱門的兩項關鍵詞是「化學」和「實驗」。擔任特約主編排序前二名為邱美虹和楊水平。邱美虹在此期刊的表現非常亮麗，她身為此刊物的主編，以身作則，帶頭努力向前邁進，嘉惠國內外眾多讀者。她用心不懈的工作大家有目共睹，且認真做事的態度值得我們效法。

n 參考文獻

邱美虹（2014）。創刊詞──來自主編。臺灣化學教育，1。檢索日期：2024年2月20日。取自：http://chemed.chemistry.org.tw/?p=447

《臺灣化學教育》歡迎首頁（2024a）。臺灣化學教育。檢索日期：2024年2月20日。取自：http://chemed.chemistry.org.tw/

《臺灣化學教育》組織與成員（2024b）。臺灣化學教育。檢索日期：2024年2月20日。取自：http://chemed.chemistry.org.tw/?page_id=1369

《臺灣化學教育》慶祝十週年專刊：十年回顧：《臺灣化學教育》之內容分析與教育實踐／林靜雯、張秉鈞

星期四 , 7, 3 月 2024 編輯助理本期專題, 第五十五期/2024年3月留言功能已關閉

《臺灣化學教育》慶祝十週年專刊：十年回顧：《臺灣化學教育》之內容分析與教育實踐

林靜雯*、張秉鈞

國立台北教育大學
自然科學教育學系
[email protected]

n 緒論

《臺灣化學教育》（Chemistry Education in Taiwan, CET）於2014年5月創刊，今年將迎來第一個豐碩十年。本刊創刊初期便期許能以積極的教育實踐導向和豐富的教學資源，成為各學習階段化學教育交流的重要平台。這十年來，期刊總計發行54期，共有589位不同作者，貢獻了756篇文章。在在蘊含著教育實踐的寶貴經驗。故此，本文作者以內容分析法，深入解析以下問題：

1. 期刊中的作者們在教學實踐中，主要關心哪些學習階段的需求？

2. 這些知識分享主要來自於哪些背景的作者？主要的貢獻者又是那些作者？

3. 期刊中的文章主要為何種類型？主要關心那些主題？

透過對這些問題的深入探討，我們希望能更全面理解《臺灣化學教育》期刊在過去十年中對臺灣化學教育所做出的重要貢獻。

n 學習階段的關注

本刊關注的學習階段廣泛，許多文章有大量跨學習階段的情形，因此相關分析採重複計數的方式。舉例而言：宋元惟、邱美虹與鍾曉蘭(2016) 以問卷探討日本東京中學學生、高中理科學生，和大學文科及理科學生對於模型本質認識的差異。此文中由於橫跨三個學習階段，因此國中、高中與大學各被計數一次。學習階段之總數為954次。各學習階段之比例（被計數數量/總數）被視為期刊中每個學習階段被關注的總數。由表1可見，作者們關心的學習階段近五成集中於高中職階段（48.11％），國中次之（22.01％），再其次為國小、大學階段（11.85％），其他雖少，但亦有關注者，依序為全民、研究所階段、科學研究者、幼兒與特教。

表1 關心學習階段統計表

學習階段

幼兒園

國小

國中

高中職

大學

研究所

科研者

全民

特教

總計

數量

113

210

459

113

954

比例%

0.10

11.85

22.01

48.11

11.85

1.05

0.21

4.72

0.10

100

舉例而言：幼兒園學習階段的文章只有一篇，篇名為「奈米課程：融入式奈米課程之設計：專輯導讀」（何慧瑩，2021），該文其實是篇橫跨K-12年級的跨年級報導。作者希望能使用在生活中常見的作為例子，像是蝴蝶翅膀和光碟片來探討光的反射、光的色頻等物理現象，延伸到奈米思維則是讓學生們用更細微的刻度去觀察身邊的東西，但因孩童的認知能力尚不足，故在教學時需捨棄過於複雜的理論。作者提到幼稚園到小二的學生，可讓他們先認識自然界中具有蓮葉效應的植物，國小、國中、高中階段的學生，可加入毛細現象的說明，且於國中階段還可以探究毛細現象和蓮葉效應之力平衡現象，到高中階段可讓他們加深理解毛細現象和蓮葉效應都與表面張力有關。先讓學生們理解蓮葉效應，再連結到奈米議題，讓他們觀察生活周遭與奈米科技有關的物品，以加深他們的印象。

關注特教的文章亦有一篇，篇名為「當藝術遇見化學：西畫除黴的跨科教學設計」（林佳穎，2017）。作者為任職於台北市立啟聰學校，為了讓聽障學生喜歡上自然課，從需求出發發展科學課程，讓學生對科學產生興趣、成為有科學素養的人。在此文章中設計了國中教育階段可以學習的內容，先讓學生了解黴菌，包含構造、功能、生殖、遺傳、生長環境，再進一步讓學生們討論要怎麼去除西畫上面的黴菌，讓他們發展有邏輯的科學思考，並設計方法來解決問題，從中認識科學本質。

關注學生離開求學階段後，投入科學研究的文章有兩篇，篇名分別為「臺灣女科技人的性別面向參與」（吳嘉麗，2017）：介紹物理與化學女性學者聯合研討會以及《臺灣女科技人電子報》，及「臺灣女科技人的性別面向參與：科技領域性別平等的推手」（蔡麗玲，2017）。本期主要是希望提供給女性科學研究的參與者一個跨領域、跨年齡、跨層級，並與國際接軌的各種交流平台，像是「臺灣女科技人學會」、《臺灣女科技人電子報》、「物理與化學女性學者聯合研討會」、APNN(亞太國家聯絡網)會議、國際女科技人聯絡網（INWES）、國際女科技人研討會（ICWES）、INWES歐洲區域研討會、韓國女科技人協會（KWSE）、ELIS短期國際研討會；並感謝在政策上科技部對女科技人從事科學研究的支持。

n 作者背景

十年來，共有589位作者於本刊貢獻他們的心血結晶。本文以每位作者為單位，若同一位作者發表若干篇，則只會計數一次。相關統計如表2所示：

表2 作者背景統計表

作者背景

國小教師

國中

高中職

大學

研究生

K-12老師+

研究生

其他

總數

教師

學生

教師

學生

教職員工

學生

數量

138

162

589

比例

1.53

5.43

0.17

23.43

11.89

27.50

7.47

7.81

4.75

10.02

100

作者們的背景主要為大學教職員工（27.50%）及高中職教師（23.43%）；亦有不同學習階段學生的貢獻（總計161位，佔所有作者的27.33%），年紀最小的是一名國中生，為就讀新北市南山中學國中部的鐘君瑋，其參與的文章是與新北市立錦和高級中學國中部的鐘建坪老師共同發表的「參與國際研討會擴展國際視野
– 新式化學週期表桌遊分享」（鐘建坪、鐘君瑋，2023），文中分享參與週期表卡牌桌遊的設計、發想與學生遊戲試玩後的修正，另外也分享了參與國際化學教育研討會（International Conference for Network for Inter-Asian Chemistry Educators, NICE），藉由自身英文能力與各國與會者進行交流的收穫。這些學生多因教師帶領，參加各種活動而分享參與過程的經驗與心得，也有為了讓學生有更好的學習，因而偕同學生研擬各種教學教案，另外亦有科學教育相關研究所的學生分享研究之內容。值得一提的是亦有近10%的作者是服務於學校單位之外，包括學會（例如：中國化學會、臺灣維基媒體協會）、國家科研單位（例如：工業技術研究院、衛生福利部食品藥物管理署、中央研究院）、國家教育相關單位(大學入學考試中心、教育部高中化學學科中心）、醫院（臺北市立聯合醫院)、展館（例如：國立科學工藝博物館、國立自然科學博物館）、財團法人（財團法人交大思源基金會）、科技公司及自由工作者等。

緊接著，本文亦關心這十年來哪些作者持續不斷地耕耘《臺灣化學教育》這個園地。我們以作者為單位，若一篇文章有多位作者，則每位作者皆計數一次。十年樹木，百年樹人。筆者統計589位作者發表的篇數，並以文字雲的方式表達統計結果（見圖一）。

圖一主要作者貢獻統計文字雲

圖一顯示，本刊發表篇數最多的為台中市立大甲高級中等學校的廖旭茂老師，他同時為教育部高中化學學科中心的研推小組教師（n=44）。其次為曾任職於國立彰化師範大學化學系的退休教師楊水平教授（n=43）。兩位老師對於各種實驗設計、微型實驗、綠色化學等常有令人驚奇的創意展現。排名第三的為國立臺灣師範大學科學教育研究所的特聘教授邱美虹教授（n=33），邱教授同時也是本刊的主編。邱主編除常引介國內外化學教育新知、課程與教材外，異常代表臺灣出席國際重大化學活動或會議，並將相關資訊帶回臺灣，讓研究者與教學者能夠第一時間獲得重要資訊。其他四～十名的重要作者依序為：市立新北高中兼新北市化學課程發展中心執秘的鍾曉蘭老師（n=27）、新北市錦和中學的鍾建坪老師（n=24）、國立臺北教育大學自然科學教育學系的周金城教授（n=23）、創意微型科學工作室的方金祥退休教授（n＝22）、國立彰化高級中學兼任教育部高中化學學科中心化學科教師的劉曉倩老師（n＝22）、國立新竹科學園區實驗高級中學兼任教育部高中化學學科中心化學科教師的施建輝老師（n＝19），及國立台北教育大學自然科學教育學系的林靜雯教授（n＝18）。除此之外，感謝這十年來所有持續貢獻本刊的作者。

n 文章類別與主題

《臺灣化學教育》756篇文章中，已有既定的分類，我們先以既定分類來觀察各類別的篇數。結果發現，本刊每期都有不同的關注主題，專題文章比例大約六成(n=457)、其次為「化學課程、教學與教材」(n=115，15.21％)亦有高比例的創意「化學實驗」(n=84) ，是教學現場化學教師尋找有效教學策略、設計課程、教材的寶貴資源。本刊物亦致力於促進教學現場實務與大學端理論的架橋，並積極分享「國內外化學教育交流與新知」(n=44)，有讀者投書或教學現場教師發現「化學教學疑難問題與解題」(n=26)，亦不吝分享交流。其他「多元文化的化學」(n=11) 、「化學活動推廣」(n=8)及「生活中的化學」(n=5)等類別，亦可見許多關心化學教育的教育工作者，致力於將看似冷冰冰的化學，實則貼近大眾的化學，與日常生活及文化連結。

筆者進一步針對每篇文章的標題，進行斷詞分析，以探索這756篇文章中，作者們關心主題的重點，以及主題之間的連結關係，出現頻率小於10次的詞彙被省略後，分析結果如圖二所示。

圖二標題篇名詞彚關係圖

註：A:生活與飲食、B:入學考試、C:系統思考、D:線上、E:行動、F:APP、G:擴增實境、H:社會性科學議題、I:科學展覽、J:元素週期表、K:闖關活動

在各文章的篇名中，我們定義出現頻次超過100的為主要關注焦點，依序為：化學（n=401）、教學（n=253）、實驗（n=166）、教育交流（n=159）及課程（n=133）。值得注意的是，這些主題並非孤立存在，而是彼此緊密聯繫，呈現出一個相互支持的知識網絡。與化學相關的主題達到了九個，其中與實驗（n=86）和教學（n=47）的聯繫最為密切。其次還有綠色化學（n=31）、文化相關的化學亦受到重視。綠色化學是一門跟環保有關的化學分支，在工業化發達的現在，很多產品的生成都伴隨著很多廢棄物、廢氣的產出，為了避免產生過多對環境有害的汙染、也為了原料及能源能充分被利用不致浪費，所以綠色化學在近十年來也受到了重視。雖然教學這個節點出現的頻次並不是最高的，但它以最多元的角色和各種教學方法強力連結，主要與社會、生活上的各種議題相關，另外還有探究、動手做這些傳統科學教學便重視的教學方法。此外，科學模型與建模、系統思考，及各種數位科技（包括：線上、行動、APP、擴增實境，其中線上、行動、APP、擴增實境等）相關的新興教學方法，也以極為突出的頻率彰顯其在化學教學中扮演的重要角色。

與課程直接相關的主題有6個，主要集中在課程設計（n=34）方面。其他與課程相關的連結還包括選修、奈米科技以及校本課程等。實驗主題與其他領域的連結較少，主要的實驗關注焦點為微型實驗。與教育交流相連的主題亦屬多元，共有7個，包含國內、亞洲、國際，主要是教學參訪、國際研討會等心得、交流與經驗分享。本期刊至今共54期，而將這些交流分享當成本期專題的就有4期，分別是第九期的「2015 亞洲化學教育國際研討會」、第三十三期的「第八屆亞洲化學教育國際研討會」、第二十八期的「2018國際化學教育研討會」’
第三十二期的「兩岸化學教育高峰論壇」。這些交流不僅增進了各國教師的交流，也提供了舞台給學生，拓寬了師生的國際視野。

n 結語

透過對《臺灣化學教育》期刊過去十年的深入分析，我們得以窺見臺灣化學教育領域的蓬勃發展和多元面向。期刊自創刊以來，一直秉持著積極的教育實踐導向和豐富的教學資源，致力於成為各學習階段化學教育交流的重要平台。在過去十年的努力中，期刊不僅發行了豐富的內容，也吸引了589位不同背景的作者，共計756篇文章，反映了化學教育領域的廣泛參與和研究熱情。

透過對研究問題的深入分析，我們發現作者們對於不同學習階段的需求有著廣泛的關注，其中高中職階段成為焦點，凝聚了接近五成的關注度。這不僅反映了對於青少年學子的關心，也顯示了對培養高中學生的科學素養和興趣的追求。在作者背景方面，我們看到高中職和大學教師佔據主要比例，顯示了教育界在推動化學教育的努力。同時，不同學習階段學生的參與也為期刊注入了新鮮的視角和創新的思維。這些努力讓我們看到，臺灣的化學教育不僅是一個學科的傳授，更是一個跨領域合作的場域，不同背景、不同世代的參與者共同推動著教育的進步。

對於《臺灣化學教育》期刊所刊載的文章主題而言，化學、教學、實驗、課程和教育交流等五大主題，顯示出在這個領域的研究者們對多元化學教育議題的重視。臺灣的化學教育不僅關注於傳統的學科知識，並與教學方法的多樣性、實驗的實踐性、各種多元、校本課程、國內外教育交流等多個領域緊密相連，形成了一個綜合性的教育體系。

整體而言，本文通過對《臺灣化學教育》期刊的分析，呈現出臺灣化學教育領域的多元性和活力。期刊為教育工作者、學生和研究者提供了一個共享和交流的平台，推動著臺灣化學教育的不斷創新和發展。期望這篇文章的分析能為未來的研究和實踐提供啟發，促進臺灣化學教育的繁榮與進步。不過，透過分析，我們也發現，《臺灣化學教育》雖然重視國際交流，但主要仍是臺灣的教育工作者從國外帶回最新的資訊和交流的結果，屬於二手資料，期待未來能先增加全球華人對化學教育的對話，逐步拓展至國際的實質制式交流。我们期待著在未來的十年中，《臺灣化學教育》能夠繼續擔任化學教育領域的重要平台，不斷拓展其內容，深化與各領域、各學習階段教育工作者的合作，不僅為臺灣化學教育貢獻更多實質的成果，亦將臺灣化學教育的成果傳播至其他國際上的化學教育工作者。

n 參考文獻

宋元惟、邱美虹、鍾曉蘭（2016）。科學模型與建模：探討日本東京地區學生之模型本質的認識。臺灣化學教育，40。取自http://chemed.chemistry.org.tw/?p=14430

何慧瑩（2021）。奈米課程：融入式奈米課程之設計。臺灣化學教育，43。取自http://chemed.chemistry.org.tw/?p=40665

林佳穎（2017）。當藝術遇見化學：西畫除黴的跨科教學設計。臺灣化學教育，22。取自http://chemed.chemistry.org.tw/?p=26059

吳嘉麗（2017）。臺灣女科技人的性別面向參與：專輯導讀。臺灣化學教育，17。取自http://chemed.chemistry.org.tw/?p=21819

蔡麗玲（2017）。臺灣女科技人的性別面向參與：科技領域性別平等的推手。臺灣化學教育，17。取自http://chemed.chemistry.org.tw/?p=21690

鐘建坪、鐘君瑋（2023）。參與國際研討會擴展國際視野 – 新式化學週期表桌遊分享，54。取自http://chemed.chemistry.org.tw/?p=43637

《臺灣化學教育》慶祝十週年專刊：以科學建模為主題的文章分析／鐘建坪

星期三 , 6, 3 月 2024 編輯助理本期專題, 第五十五期/2024年3月留言功能已關閉

《臺灣化學教育》慶祝十週年專刊：

以科學建模為主題的文章分析

鐘建坪

新北市立錦和高級中學國中部
[email protected]

n 前言

《臺灣化學教育》即將迎來第十年發行的里程碑。由邱美虹、楊水平、周金城三位教授提出創刊構想，認為臺灣需要具有銜接國際與在地化的實務型化學教育領域期刊，讓第一線教師能夠運用。經過多方邀請專欄編輯委員，與籌備共識會議後，由邱美虹教授擔任主編、楊水平教授擔任執行編輯、周金城教授負責網站建置，並與多位教授與中學教師擔任專欄編輯委員的努力之下，《臺灣化學教育》在2014年5月4日發行第一期內容（臺灣化學教育，2024）。這個重要的里程碑標誌著臺灣在化學教育領域的持續發展和成就，為第一線教師提供了豐富與多元的學習機會，同時也嘗試推動化學教學方法和課程的創新。

期刊內容分析是一種深入瞭解期刊內容和發展方向的方法。透過對期刊中發表的文章、研究主題、作者和引用的細緻分析，可以揭櫫期刊在特定領域的關注重點、主題趨勢和未來發展方向（Krippendorff, 2003）。《臺灣化學教育》設定的讀者群主要是中、小學教師，文章屬性偏向實務性為主，因此針對10年來所發表的文章進行內容分析，可以協助編輯委員會發現多年來期刊發行的專欄主題有哪些，哪些議題引起了讀者的關注，讓編輯群掌握期刊的定位和發展方向，從而制定更有效的編輯和出版策略。

科學建模（modeling）是一項重要且值得探討的主題。科學建模透過建立模型來模擬現實世界中的系統或現象，幫助科學家理解和解釋自然規律。這不僅有助於推動科學研究的進展，還能應用於解決現實世界的問題。科學教師應具備相關建模教學的技巧，以協助學生掌握科學建模的歷程，才能學生發展科學模型與培養建模能力。

108課綱的實施也將科學建模納入不同學習階段的科學學習之中。自然領綱強調學生應該透過實際操作和模型建構，來探究自然現象和科學問題，並提倡學生運用模型來解釋和預測現象，進而培養學生批判思考和解決問題的能力（國家教育研究院，2018）。

有鑒於此，《臺灣化學教育》發行10周年，出版54期之際，本文針對第1至54期的所有文章主題，探討其關於科學模型與建模的文章內容、作者分布，以及讀者瀏覽量等內容，以期發現哪些科學建模內容受到讀者青睞，以供期刊未來發展參酌。

n 科學建模

科學家針對自然現象歷經發現問題、搜集資料、提出研究問題、確認變因關係、擬定研究計畫、著手收集數據、分析數據、找出數據關係、建立科學模型等歷程即為科學建模歷程。科學教育學者期望學生能夠經歷類似科學家建構科學模型的歷程，因此衍生出相關的教學策略即屬於建模教學。

建模教學是科學教育領域中的一個重要主題，旨在幫助學生掌握建模能力，使他們能夠運用科學知識和技能來解決現實世界中的問題。建模教學通常具備幾個關鍵步驟，包括發展模型、精緻模型、遷移模型和重建模型。這些步驟有助於學生理解模型與建模的重要性，並提供了一個結構化的方法來培養他們的科學建模能力（鐘建坪，2021; Chiu & Lin, 2019; Jong et al., 2015; Upmeier zu Belzen et al., 2019）。

首先，發展模型階段。這個階段，學生將學習如何識別和理解問題，並開始建立一個初始模型來描述問題的各個方面（Halloun, 1996）。教師通常會提供一些指導，幫助學生確定問題的關鍵因素，並開始初始建造他們的模型，以確認模型內部物件之間的關聯性（邱美虹，2016a；Chiu & Lin, 2019；Jong et al., 2015）。

接著是精緻模型階段。在此階段，學生透過更多的細節和深度，來精緻初始建構的模型，例如：思考所建構的模型與其他原理是否相牴觸（Jong et al., 2015）。學生藉由學習如何評估和修改他們的模型，以確保所建構模型的準確性和有效性（邱美虹，2016a；Chiu & Lin, 2019；Krell & Krüger, 2015）。

遷移模型是建模教學的第三階段，在此階段旨在幫助學生將他們的模型應用到不同的情境中。在此過程，學生將學會將他們的科學模應用於解決各種不同的問題，並學會如何適應和調整他們的模型以滿足新的情境要求（邱美虹，2016a；Chiu
& Lin, 2019；Halloun,1996）。

若模型遷移失效，則需要進行修正與重建模型。在此階段，學生將反思他們的建模過程，並透過對模型的重新檢視和修改來改進它（邱美虹，2016a；Chiu
& Lin, 201； Jong et al., 2015；Upmeier zu Belzen et al., 2019）。這可能涉及到與同伴的合作和討論，以及對模型的進一步研究和評估。通過這個過程，學生不僅可以改進他們的模型，還可以更深入地理解科學模型是可錯且不斷修正與精緻的歷程（張志康、邱美虹，2009；Doloksaribu & Triwiyono, 2021）。

n 建模文章標題

本文作者考量科學建模歷程包含科學模型與其建構歷程，因此文章標題除了納入建模與建模教學之外，亦將以模型進行教學的文章納入計算。以2024年3月9日為計算日，《臺灣化學教育》網站從第1期逐步搜尋至第54期，若文章區分為上、中、下或上、下，則視為同一篇，瀏覽次數以其平均值計算。表1呈現54期中出現建模或是模型教學的文章標題、作者，以及網頁呈現的瀏覽次數。

目前文章標題具備模型與建模者共有20篇，時間分佈從2014年第2期至2021年第44期，其中因為第11期專欄主題即設定為科學模型與建模，共收錄9篇文章，占比達45.0%。而近3年的10期內尚未有以科學模型與建模為主題的文章出版。從楊水平（2024）針對《臺灣化學教育》文章標題的關鍵詞分析顯示探究一詞出現的次數約莫是建模一詞的3.6倍。顯現相較於建模，作者群仍多以探究作為標題進行撰寫。

表1：2014至2024期間含有模型與建模之文章標題、作者與瀏覽次數

編號

期數

年份

文章標題

作者

瀏覽

次數

第2期

2014

模型本位之合作學習教學模式

鐘建坪

10,020

第4期

2014

超越純粹概念知識的教學—強調概念與能力的建模教學

鐘建坪

13,359

第10期

2015

翻轉教室—多重表徵的模型教學

鍾曉蘭

18,931

第11期

2016

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

30,065

第11期

2016

科學模型與建模：科學模型、科學建模與建模能力

邱美虹

39,432

第11期

2016

科學模型與建模：臺灣與芬蘭在國中階段原子模型教材之跨國比較

周金城

17,530

第11期

2016

科學模型與建模：國小教師對普適性科學模型和氣體粒子模型之本質知多少？

林靜雯

25,232

第11期

2016

科學模型與建模：探討日本東京地區學生之模型本質的認識

宋元惟

邱美虹鍾曉蘭

16,976

第11期

2016

科學模型與建模：科學建模文本與其學習成效

鐘建坪

14,422

第11期

2016

科學模型與建模：科學建模的教學方式

王嘉瑜

29,817

第11期

2016

科學模型與建模：引導孩子學習與體會釣魚的方法—模型建立與評論的教學設計

洪蓉宜張欣怡

15,922

第11期

2016

科學模型與建模：設計建模與多重表徵的模型教學活動以增進高二學生的化學學習—以化學鍵、分子混成軌域、分子形狀與結構為例

鍾曉蘭

17,580

第18期

2017

再談科學模型與建模—透過科學史認識模型與建模

邱美虹

20,628

第24期

2018

軟體與平台在中小學化學教學上的應用：質性與量化的視覺化建模工具－SageModeler簡介

鐘建坪

8,750

第28期

2018

科學建模本位的探究教學之教材設計—以化學電池為例

邱美虹曾茂仁

11,586

第32期

2019

兩岸化學教育高峰論壇:教師模型、建模內容知識與建模本位教學內容知識之發展

林靜雯

5,481

第32期

2019

兩岸化學教育高峰論壇:科學建模本位的探究教學對學生化學電池的心智模式改變情形

曾茂仁邱美虹

4,532

第35期

2020

哈爾濱兩岸同題異構交流—氯及其反應性的建模教學

鐘建坪

4,956

第40期

2021

大氣壓力實驗與建模課程

鄭志鵬

8,492

第44期

2021

高中化學科教材教法專書導讀：第七章
化學建模教學設計—以「原子結構與光譜」為例

劉俊庚

3,552

n 建模文章作者

貢獻以建模為主題的12位作者發表之文章累計次數呈現於表2。其中累計2篇文章以上之作者依序為邱美虹、鐘建坪、鍾曉蘭、林靜雯與曾茂仁。五位作者，佔發表人次百分比約為68.0%（17/25），佔發表篇數約為75.0%（15/20），顯示科學建模為主題發表者多集中於特定投稿者，且所有發表科學建模文章的12位作者中，只有2位未於第11期科學模型與建模主題發表文章。。在所有發表人次的計算中，大學教授佔發表人次百分比約為44.0%（11/25），具科教博士學位的中學教師佔發表人次百分比約為36.0%（9/25），細究所有投稿以科學建模為主題的作者，皆具有與科學教育研究相關碩士以上資歷。

科學模型與建模是目前108課綱科學學習的主軸以及科學教育重要的研究主題。因此，《臺灣化學教育》除了能吸引讀者的探究實驗為主題的文章之外（邱美虹等，2024），亦需擴展科學模型與建模的相關主題。編輯部可以從國內碩博士論文網或相關期刊的資料庫，找尋科學建模相關研究領域的學者或是具有實務經驗之教師，撰稿分享相關的研究與教學內容。

表2建模教學為標題發表累計次數

作者

累積發表次數

作者

累積發表次數

邱美虹

張欣怡

鐘建坪

宋元惟

鍾曉蘭

洪蓉宜

林靜雯

曾茂仁

周金城

鄭志鵬

王嘉瑜

劉俊庚

n 建模文章閱讀

表1呈現截至2024年3月9日《臺灣化學教育》第1期至第54期，具有模型與科學建模之文章標題的網頁瀏覽次數。最早於2014年即有編號1（鐘建坪，2014a）投稿之建模文章出現，所有建模相關文章瀏覽次數約莫介於3,000至40,000次之間，其中最多瀏覽次數前5篇依序為編號5（邱美虹，2016a）、編號4（邱美虹，2016b）、編號10（王嘉瑜，2016）、編號7（林靜雯，2016）、編號13（邱美虹，2017）。最多瀏覽次數主要集中在2016年第11期科學模型與建模專刊，主要由大學教授負責撰文，介紹模型與建模的理論、模型本質觀調查與相關的建模教學策略。

若將文章具有上、下之別分開計算瀏覽次數，詳細呈現如何進行模型教學的實務教學文章編號3的上篇（鍾曉蘭，2015）約有26,000次瀏覽，而編號12的上篇（鍾曉蘭，2016）約有22,000次。而編號16（林靜雯，2019）、編號17（曾茂仁、邱美虹，2019）、編號18（鐘建坪，2020）、編號19（鄭志鵬，2021）、編號20（劉俊庚，2021）五篇文章瀏覽次數分別為5,481、4,532、4,956、8,492、3,552次。末5篇文章可能由於發表時間短，累計瀏覽次數不多，但相較之下以實驗為主進行建模的文章〈大氣壓力實驗與建模課程〉（鄭志鵬，2021）的瀏覽次數是其他四篇約莫2倍之餘。可能因素推測來自現場教師喜愛以實驗為主的文章（邱美虹等，2024）。

n 建模文章內容

表3將表1的20篇文章類型再區分出評介模型與建模理論為主、以建模教學實務為主、兼具建模理論與教學實務、或是傾向建模研究四大類進行分析。以闡述建模理論為主的文章包括：編號1（鐘建坪，2014a）、編號4（邱美虹，2016a）、編號5（邱美虹，2016b）、編號9（鐘建坪，2016）、編號10（王嘉瑜，2016）、編號13（邱美虹，2017）。理論部分主要介紹模型本質、建模歷程、建模能力與相關建模教學策略，例如：邱美虹（2016a；2016b）在文章中介紹模型的意義與其認知階層，透過學生對模型觀點的層級提升，與建模歷程的認知產生影響，進而發展科學建模的能力。另外，邱美虹（2017）藉由酸鹼理論的發展確認建模歷程與細部階段，藉由科學史的發展，讓讀者知悉科學建模的尺度與其建構基礎。

表3建模教學為標題發表累計次數、瀏覽次數、平均每篇瀏覽次數

文章內容類型

累積發表次數

瀏覽總次數

平均每篇瀏覽次數

建模理論為主

144,384

24,064

建模教學實務為主

40,867

8,173

傾向建模研究

69,751

13,950

兼具建模理論與實務

58,709

14,677

傾向建模教學實務的文章包括：標號2（鍾曉蘭，2015）、標號12（鍾曉蘭，2016）、標號14（鐘建坪，2018）、標號18（鐘建坪，2020）、標號19（鄭志鵬，2021）。教學實務的內容部分有以多重表徵基礎的模型教學、以教學實例介紹建模工具、分享兩岸交流時進行的建模教學，以及透過Arduino工具設計測量大氣壓力實驗的建模教學。以鍾曉蘭多重表徵模型教學為例，作者以多重表徵作為理論基礎，詳細說明教學目標、教學過程使用的教材與活動內容，並且提供教學前、後學生的學習表現與對教學的評價，整體而言，學生的學習能有所改善，並且能夠體會不同教學活動的意涵（鍾曉蘭，2015；2016）。

傾向建模研究的文章包括：編號6（周金城，2016）、編號7（林靜雯，2016）、編號8（宋元惟等，2016）、編號16（林靜雯，2019）、編號17（曾茂仁、邱美虹，2019）。建模研究的內容涵蓋學生與教師模型本質觀的認識、教師建模教學內容知識的發展、心智模型的轉變，以及針對不同國家原子結構的教科書的差異比較。以宋元惟等人研究日本東京地區學生之模型本質的認識為例，作者發展問卷調查日本東京中學校、高校、文科大三學生，發現對模型認識的觀點趨於相似，但仍隨著年級上升，有較多的學生模型概念發展至較高的層次（宋元惟等，2016）。

傾向兼具建模理論與實務的文章包括：編號2（鐘建坪，2014b）、編號11（洪蓉宜、張欣怡，2016）、編號15（邱美虹、曾茂仁，2018）、編號17（曾茂仁、邱美虹，2019）、編號20（劉俊庚，2021）。這些文章兼具理論與教學的主因在於提供理論架構，並且輔以工具使用等實例教學方式進行說明。以邱美虹與曾茂仁以建模本位的探究進行化學電池的教學為例，作者首先說明建模架構，再陳述化學電池與科學建模架構的關聯，藉由建模歷程的教學，嘗試與探究能力進行整合（邱美虹、曾茂仁，2018）。

表3亦呈現四種科學建模文章取向的瀏覽次數與平均每篇之瀏覽次數。傾向建模理論平均每篇瀏覽次數最多，約佔46.0%（144,384/313,711），傾向建模教學實務則最少，約佔13.0%（40,867/313,711）。傾向建模理論瀏覽次數最多，推測可能原因在於這些作者群詳細介紹模型與建模理論、建模理論的策略運用等面向，且作者群主要來自相關研究領域的專家學者。而建模教學實務較少的因素，推測可能類型中的部分文章發表時間較短，使得累積瀏覽次數較低，亦可能是該文章內容為介紹建模工具、分享教師交流實施的建模教學，以及專書介紹如何進行原子結構建模教學等，皆需要科學模型與建模相關理論涵養之後，才能熟練相關的工具與教學內容。此現象以《臺灣化學教育》教學資訊工具的文章舉例，若工具簡單、容易上手，則瀏覽次數較多，例如：2018年第24期不同作者介紹SageModeler（鐘建坪，2018）、Yenka（林禹伶，2018）、Plickers（周金城，2018），作者介紹非常容易上手的形成性評量工具Plickers，該文章的瀏覽次數，較同期的其他文章出2至3倍之多。

若以科技接受模式探討讀者接受文章標題，以至於進一步產生瀏覽與閱讀的行為而言，當讀者在選取文章時往往會受到某些因素的影響而決定閱讀文章的行為（鐘建坪, 2012；Davis, 1989）。這些因素可能包括：網路系統的品質、讀者身處的教學環境等外在因素，再認知到刊登的期刊文章對於讀者自身是否具備有用性與易用性，最後進行決定閱讀哪些文章。而此接收行為模式或許能闡述邱美虹等人（2024）的發現結果—讀者喜愛以實驗為主的文章，而科學模型與建模主題可能因為讀者認知到缺少易用性與有用性，造成與實驗為主的閱讀量有所差異的原因。或許編輯部能夠針對讀者有用性與易用性的因素進行問卷調查或行為分析，透過讀者行為的探討以促進文章的閱讀與推廣。

n 結語與啟發

《臺灣化學教育》從草創初期廣邀作者投稿，歷經編輯委員會努力不懈，即將邁入第十年，本文以文章內容分析的方法，針對模型與科學建模為標題的文章進行細部探討。相關結果與啟發如下：

一、建模教學作者多集中於具有相關學術背景之大學學者與中學教師

《臺灣化學教育》有20篇文章專注於模型與科學建模的主題，佔所有文章總篇數的比例約為2.6%（20/766）。這些文章的作者主要來自具有相關學術背景的大學教授和擁有科學教育博士學位的中學教師。這反映出建模教學在學術界和實踐中的重要性，以及專業人士對於此領域的關注。

二、多數文章著重模型與建模教學的理論，較少著墨如何且詳細地實際運用於課堂教學

20篇文章中，約有一半比例著重於建模教學的理論內容與相關研究，探討模型與建模的原理與教學策略。這些文章對於科學模型與建模教學的理論基礎進行深入的探討，有助於讀者對相關理論部分的深入理解。然而，相對而言較少篇幅介紹如何詳細且實際地應用建模教學於課堂實踐。這可能是因為建模教學相對複雜，教師實際應用需要考慮到許多因素，包括課程設計理論和特定概念與建模歷程的對應等，因此在文章中對於實際應用的介紹相對較少。期許期刊未來可以多邀請更多建模實務教學的教師撰文，或是透過特刊專題的方式以多篇文章共同呈現，能夠讓讀者一次理解如何將建模相關的理論納入不同學習階段與概念主題。

三、建模教學除了教案，可適切安排教學片段，較容易釐清教學內容

《臺灣化學教育》屬於實務性期刊，期待能讓第一線教師實際運用。本文分析結果提醒本刊不僅需要模型與建模理論闡述的文章，亦需要更多關注建模教學的實際應用類型的專文，以提供更多可操作性的教學建議和指導，幫助教師轉化建模教學運用於課堂實踐，例如：Youtube教學影片搭配教案設計說明，讓教師更能掌握各個階段建模的任務，與教師在歷程中應扮演的角色。

四、多方考量教師讀者群體，提供具體而細緻的模型與建模教學理論知識與教學技能

一位優良的教師需要具備充足的學科內容知識、教學知識與技能，以及將二者融合的學科教學知識（Pedagogical Content Knowledge, PCK），當缺乏學科內容知識與教學知識與技能時，則難以展現優良的學科教學知識（Shulman,
1986）。科學教師施行建模教學不僅需要PCK為基礎，更需要模型與科學建模知識，形成科學建模教學知識（Modeling Pedagogical Content Knowledge, M-PCK）（楊雅婷，2016）。

將模型與科學建模知識納入Shulman（1986）PCK架構，形成圖1呈現的M-PCK架構。教師施行優良的科學建模教學，需要學科內容知識（Content Knowledge, CK）、教學知識（Pedagogical Knowledge, PK），以及模型與科學建模知識(Models & Modeling Knowledge, MK)，分別形成學科內關於模型與建模的知識（M-CK）、關於如何教導模型與建模的知識（P-MK），以及學科教學知識（PCK），進而整合形成教師對科學模型與建模的科學建模教學知識（M-PCK）。

《臺灣化學教育》嘗試引領科學教師進入科學模型與建模領域，或許能夠在學科教學知識（PCK）的基礎上，搭配自然領綱—建立模型的探究能力，增加模型與建模知識（MK）、學科內關於模型與建模知識（M-CK）、關於如何教導模型與建模知識（P-MK）等，同時考量讀者對文章內容的認知有用性與易用性，較易促進科學教師對建模教學的專業成長。

圖1科學建模教學知識（M-PCK）架構

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《臺灣化學教育》慶祝十週年專刊：臺灣大學普通化學實驗之回顧／張馨云、佘瑞琳

星期二 , 5, 3 月 2024 編輯助理本期專題, 第五十五期/2024年3月留言功能已關閉

《臺灣化學教育》慶祝十週年專刊：臺灣大學普通化學實驗之回顧

張馨云、佘瑞琳*

國立臺灣大學化學系

[email protected];
[email protected]

n 前言

《臺灣化學教育》電子期刊創刊於2014年，藉由電子數位化、網際網路無遠弗屆之特色，將全國化學教育學者之教學成果與研究心得以多元型態、快速分享至世界各地，也全面提升了我國的化學教育及學者間的交流。今2024年適逢創刊十週年，藉此回顧本校臺灣大學全校性服務課程「普通化學實驗」的教學現況與這三十年來之教學演變。

「化學」是科學的中心且是一門實作科學。學生經由實驗課程之動手做、動筆寫、動腦觀察與思考，培養其科學素養。臺大化學系負責全校理、工、醫、農、生命科學、電資等學院學生之普化、有機、分析、物化實驗，每年修課學生約有4000人，教學服務量應是全國之冠。龐大實驗教學團隊間之協調合作、實驗教學人員的培訓、自編中英文版多元實驗教學資源之發展與維護、提供友善安全的學生實驗環境、鼓勵學生樂於學習等，是我們的實驗教學重點與目標。

n 臺大普通化學實驗教學

一、師資與學生

（一）修課學生：背景不同、班級人數多

臺大化學系負責全校每年約2000位來自各學院、28個學系學生之普通化學實驗。學生的專業領域不同、背景各異，有奧林匹亞競賽選手、也有從來沒做過實驗的學生。每週有17-20個實驗班，安排於3間各約80坪大的實驗室進行實驗。

（二）教學團隊：教師、技術人員、助教與研究生助理助教

臺大普化實驗教學組主要由2-3位教師帶領5位專任助教、2位技術人員及50～60位碩班研究生助理助教負責實驗教學。各班實驗藥品、器材準備及環安衛維護由2位技術人員負責；專任助教負責實驗講解、教學指導、報告批改與成績評定等。由於每實驗班平均約60-70位學生，故另需安排2~3位碩班研究生助理助教協助教學指導與維護實驗安全。普化教學組教師則是負責規劃安排實驗課程、教學人員培訓、協調與解決實驗相關問題、處理環安衛及學生意外事故、推動教學改進等。

（三）教學準備：助教職前訓練

（1）預作實驗

化學系除了普通化學實驗尚須負責全校有機、分析及物化學生實驗，專任助教人力需求量大，但流動率高。每年新聘之專任助教需於寒暑假期間預作每一個將要進行之實驗，需如同學生進行實驗課一般，完成實驗前預報書寫、實驗中記錄數據與觀察、實驗後進行數據分析及誤差討論，以清楚了解實驗操作及數據分析之原理與細節。研究生助理助教則是於開學前預作3~4個重要或較為複雜之實驗，讓助理助教熟悉實驗內容、操作與實驗室環境。讓助教及助理助教依學生模式進行預作實驗，不但可以檢視學生實驗之預期結果與易發生錯誤或危險之處，也協助準備室確認實驗藥品性質及經由預作結果檢討改進實驗。

（2）助教會議

學期中利用週五中午時間舉行普化實驗助教會議，由專任助教以公版投影片講解實驗內容及應注意事項（見圖1），讓各助教在20個實驗班之教學指導盡量相同。助理助教對於未預作過之實驗也可經由助教會議之說明，掌握實驗教學指導要點。

圖1：臺大化學系普通化學實驗公版教學投影片

（3）教師手冊

普化教學組每學期編輯修訂《教師手冊》，彙整歷年助教教學經驗，作為助教及助理助教之教學指引。內容涵蓋：準備室配合準備事項、助教課前準備工作、實驗操作應觀察到之結果與化學反應、實驗技能操作要點、易發生危險之操作、實驗結束後廢棄物處理、環境整理等。

（四）教學環境：安全、友善

普化實驗共有3間實驗室，每間可同時容納80人、40組學生一起進行實驗。以往3間實驗室安排相同之實驗進度，進行相同的實驗。所有的藥品、器材含備品皆需準備約150組，不但佔用大量儲存空間，每週一需同時替換3間實驗室的藥品與器材，瞬時工作量極大。因此近十年來改為3間實驗室分別進行程度類似的3個不同的實驗，以3週為一循環，讓學生每週換實驗室上課。如此，每一實驗僅需準備一間實驗室50組的藥品與器材，大幅降低實驗藥品與器材庫存量及準備工作。

普化教學組歷年來經由申請教育部「教學改進計畫」及學校「邁頂計畫」與「高教深耕計畫」經費補助，逐年、逐間改善實驗室之各項環安衛設施，如更新排煙櫃、安裝冷氣空調與風扇、設置抽氣藥品櫃及抽氣廢液桶推車儲存區等（見圖2），讓學生化學實驗室得以符合毒化物操作場所設立標準，且更為安全與友善。

圖2：每一實驗室之排氣櫃（左）與抽氣廢液桶推車儲存區（右）

n 臺大普通化學實驗教學資源

一、普通化學實驗教材

（一）外系學生：《大學普通化學實驗》

臺大普化實驗使用自編教材《大學普通化學實驗》為課本，此書第一版始於1972年。歷經化學系多位師長，如彭旭明院士、方俊民、林英智、陳竹亭、鄭淑芬、蔡蘊明、劉春櫻、劉如熹、林萬寅、張煥宗教授等參與策劃修訂，不斷更新改版。1990年間，收集並參考了美國十數所大學的普化實驗手冊，選擇適合的實驗並經試做與調整實驗條件，開發了「從廢鋁罐製備明礬」、「碘鐘交響曲」、「碘鐘反應–積分作圖法與活化能之測定」、「微量鈷離子之定量」、「維生素C之定量」等經典實驗。2000年左右，在時任普化教學組召集人劉如熹教授之指導下，及配合陳竹亭教授的資優生化學營計畫期間參考美國化學會期刊《Journal
of Chemical Education》，陸續發展一系列新穎實驗，如「釔鋇銅氧高溫超導體」（She & Liu，2008）、「氧化釔銪螢光粉末」（佘瑞琳、劉如熹，2002）、「直接甲醇燃料電池」、「染料敏化太陽能電池」、「奈米金之合成與性質鑑定」（佘瑞琳等，2004）、「導電塑膠聚苯胺」（張芫睿、佘瑞琳，2019），「誰是口水王」（張馨云、佘瑞琳，2016）、「觸媒與催化效應」（趙益祥、佘瑞琳，2018）等。讓臺大的普化實驗朝向多元、微量、材料及統整型實驗發展（見圖3）。


釔鋇銅氧高溫超導體	奈米金之合成與性質鑑定	導電塑膠聚苯胺

圖3：臺大化學系普通化學實驗之材料化學統整型實驗

《大學普通化學實驗》（臺大化學系，2013）目前出版至第15版（見圖4），共有21個實驗，17項實驗技能。內容涵蓋基礎化學、定性與定量分析化學、動力學、熱力學、電化學、有機化學及新穎材料化學實驗。由於普通化學實驗是學生進入大學的第一門化學實驗課，對於實驗操作、裝置架設並不熟悉，因此本書以實作示範照片搭配實驗步驟、全彩印刷方式呈現，幫助學生理解與學習。全學年普化實驗共安排約18個實驗，第一學期實驗以基礎實驗技能操作訓練及印證化學原理為主，第二學期實驗則以材料化學、統整型實驗為主。

圖4：臺大化學系普通化學實驗自編教科書

（二）化學系：《化學實驗一暨實驗二》

本系陳竹亭與蔡蘊明教授為讓化學系學生了解：在研究室進行之實驗，是由合成到性質分析、鑑定一氣呵成的統整型實驗，著手規劃將化學系學生實驗由傳統的以普化、有機、分析、物化領域劃分實驗的學習模式，改為化學實驗一、二、三、四、五、六。將有機化學與分析化學實驗整併於二年級的化學實驗三與四中，並於2000年開始實施。關於此統整型實驗課程之施行成效，本系與臺灣師範大學邱美虹教授合作，執行了三年評鑑計畫。部分之評估成果，曾陸續於國際會議（Chen, H-J, et al.，2008）及《Journal of Chemical Education》發表（Chen, H-J, et al.，2013）。

化學系一年級學生使用《化學實驗一暨實驗二，第五版》（臺大化學系，2013）為課本，共有26個實驗。此書是以既有的普化實驗為主，再加入數個原安排於二年級之定量分析實驗與4個有機化學基礎技能實驗，讓學生提前於一年級先行學習操作。如此於大二修習化學實驗三、四時，可直接進入有機合成與分析等進階實驗。各實驗內容與對應之化學核心概念如表1、2所示。

（三）英語專班及國際學生：《Experiments in General Chemistry》

因應國際化聲浪與日益增加之國際生，本系於2009年出版自編英文版實驗課本，以此《Experiments in General Chemistry, 3rd Ed.》（National Taiwan University, 2013）作為國際生與實驗英語專班學生之實驗參考。在教育部推動全國大專院校全英語授課之趨勢下，英文版實驗課本的需求量日益增加。今（2024）年普化教學組已經完成第四版的初步修訂，預計9月出版，以呈現更完整且實用之英文版實驗內容。

表1第一學期實驗對應之化學核心內容與實驗技能

表2第二學期實驗對應之化學核心內容與實驗技能

實驗名稱	核心內容與實驗技能
第二組陽離子定性分析	酸鹼鹽之平衡、沉澱反應、氧還反應、錯合反應、石蕊試紙、離心分離
溶度積之測定	計量化學、難溶鹽之平衡、溶度積、當量點與滴定終點、沉澱滴定、過濾
碘鐘實驗－反應級數與活化能	化學動力學、反應速率、積分作圖法、阿瑞尼斯方程式、觸媒、吸量管、作圖
電位滴定法之應用	酸鹼標定與滴定、酸解離常數、藥品配製、pH計、吸量管、作圖
有機分子模型	有機化學、化學式、異構物、構形異構物、立體異構物、球棍模型、填充模型、電腦模擬軟體
導電塑膠聚苯胺	聚合物、電化學氧化聚合、化學氧化聚合、電致變色、導電性測試、三用電表
指示劑與螢光劑之合成	有機化學、酸鹼指示劑、螢光劑、聚合物交聯反應、紫外光燈
金奈米粒子之合成	奈米材料、表面電漿共振波帶、氧還反應、膠體溶液、廷得耳效應、分光光譜儀、回流裝置
高溫超導體之製備*	計量化學、高溫超導體、固態反應法、麥斯納效應、壓片機
萃取*	有機化學、溶解平衡、酸鹼反應、分液漏斗、減壓濃縮
再結晶與熔點測定*	有機化學、飽和溶液、溶解度、再結晶、共熔點、熔點測定
簡單蒸餾與分餾*	有機化學、拉午耳定律、沸點、共沸物、蒸餾、分餾
層析法*	有機化學、萃取、薄層層析、管柱層析、紫外光燈

＊化學系學生差異實驗。

二、普通化學實驗數位教學資源

（一）普通化學實驗中英文教學網

隨著數位教學及網際網路的興起，普化教學組製作一系列實驗數位教材建置於實驗教學網站，讓學生可以隨時預習與複習實驗，提升學習成效（見圖5）。網站除了公布例行之實驗進度與請假規定等，瀏覽人次最多的是下列3項。

https://teaching.ch.ntu.edu.tw/gclab/

https://teaching.ch.ntu.edu.tw/gclab/en/

圖5：臺大化學系普通化學實驗中、英文網站

1.基礎化學與有機化學實驗技能示範影片

普化教學組與教務處數位媒體組岳修平教授跨域合作，於2003年起以3年的時間陸續錄製一系列的化學實驗教學示範影片，分為基礎化學實驗技能、基礎有機化學實驗技能及完整實驗示範影片三大類，幫助學生學習正確的實驗操作。隨後並將這些實驗示範影片建置於普化實驗教學網（截至2024年2月已有107萬人次點閱），提供給學生及社會大眾隨時可參考使用。這幾年為提升實驗教學國際化，在蔡蘊明教授的協助校閱下，25支基礎化學與有機化學實驗技能示範影片均經編寫加上專業英文字幕，以增進國際生對實驗技能操作之理解。

2.實驗教學投影片

為了幫助學生了解各實驗裝置之架設與操作流程及讓20個實驗班之教學內容一致，普化教學組製作搭配實驗相片的中英文版教學投影片，作為助教講解實驗用。目前普化實驗教學網有37個中文實驗投影片，28個英文實驗投影片，其中也包含化學實驗安全講習、實驗數據處理與報告書寫、實驗技能彙整等內容。

3.精簡版實驗教材

臺大普化實驗教學網收錄了歷年來所研發的實驗教材，如溶解度法則、酸鹼指示劑、亨利定律常數之測定等等。藉由普化實驗教學網，將精簡版實驗教材提供給社會大眾參考使用，以推廣實驗教學成果（https://teaching.ch.ntu.edu.tw/gclab/lab-demo.html）。

（二）臺大NTUCOOL教學平台

臺大自2019年啟用了自開發的全校性影音教學平台NTUCOOL，提供給課程教師與學生使用。普化教學組運用此平台，將實驗之數位教學資源建置於各班課程平台，方便學生預習、複習，增進學生學習意願。也藉由此教學平台進行課程通知、線上測驗、問卷調查，繳交報告等，促進師生互動。

鑑於實驗教學經驗需要傳承，2018-2020年間，普化教學組錄製了一套「資深助教實驗講解示範影片」（未公開於普化實驗教學網）。這套影片是在實驗室現場收錄資深助教之實驗講解與示範，再經由教學設計師剪輯後製及資深講師校閱後完成（見圖6）。這套影片製作的目的是讓新進助教或助理助教可於課前瀏覽，觀摩資深助教之教學。此影片也放置於各實驗班的NTUCOOL課程平台，提供給修課學生預習參考。

圖6：資深助教/講師實驗講解示範影片

n 結語

一、普通化學實驗教學資源多元化

（一）由定性、定量分析實驗至統整型材料實驗

臺大普通化學實驗從三十年前比較偏向定性分析之實驗，逐步走向定量分析與儀器分析實驗。後續開發了一系列以合成新穎材料為主題的統整型實驗，如釔鋇銅氧高溫超導體、奈米金之合成與性質測定、導電塑膠聚苯胺等實驗。各實驗的反應條件也經由不斷地測試調整降低藥品用量、回收再利用等，以達到減量、減廢，永續發展的目標。

（二）由紙本文字至圖示、數位、多元教學資源

臺大普通化學實驗課本採文字搭配實物彩色相片之方式呈現，增進學生對實驗操作與儀器架設之理解。普化實驗教學組拍攝製作的各種實驗教學示範影片及中英文版投影片，讓實驗素材更為多元。普化實驗教學網之建置，不僅推動網際網路數位媒體教學，更將我們的實驗教學資源與成果推廣到全國甚至世界各地。

二、普通化學實驗師生結構與課程設計

（一）核心內容與基礎訓練

由於高等教育發展趨勢，各系紛紛調降基礎課程必修學分數以及早進入專業領域課程。許多學系陸續將普通化學與實驗改為不修或選修，或者將一學年課程改為一學期。因此近幾年普通化學實驗人數自以往的2500人漸減至約2000人，僅修一學期實驗的學生人數佔比提高至約3/4。因此我們需要調整課程設計，以將普通化學核心內容和重要之實驗技能訓練涵蓋於一學期的實驗課程中。

（二）延伸探究型實驗

值此教學走向自主學習、探究與實作之際，普化實驗教學需思考如何讓2000位背景不同、專業領域不同、學習程度不同的實驗學生，先建立紮實的實驗操作基礎、學習科學性報告之記錄、書寫及數據分析，再進而讓108課綱薰陶下的學生有更多的自主探究與自由度。這或許可在學年班的第二學期，於既有的實驗架構下，如電位滴定實驗或陽離子定性分析實驗，進行延伸探究。也可安排實驗成果分組報告，加強學生團體合作與表達能力。但這些教學設計均需要在現有的教學人力、實驗時間、學生人數間取得平衡。

（三）循序漸進之全英語授課

英文版實驗課本與實驗教學投影片，不僅幫助國際生的學習，這幾年普化教學組也開始在全學年化學主修科系的實驗班，如化學、化工、材料、農化等系以英文版投影片講解實驗課，讓學生逐步熟悉化學英文專有名詞。普化教學組於2020年起開設普化實驗英語專班，讓國際生及英文程度佳的學生在全英語環境中學習化學實驗。這二年由於本系新進姜昌明助理教授及林至闓專案助理教授的加入，普化教學組每學期開設2個實驗英語專班。由教學意見調查顯示：二位老師專業且親和的英語授課方式頗受學生之歡迎與好評，英語專班的修課人數也日益增加且接近滿班，讓學生更勇於嘗試修習全英語授課之專業課程。

（四）完整之實驗教學團隊

臺大是全國大專院校中化學實驗修課學生人數最多的學校，化學系負責全校化學實驗課程，需要完整且紮實的實驗教學團隊。需要技術人員負責準備龐大藥品與維護器材，需要具有教學熱忱與專業的第一線教學助教與助理助教，需要具專業研究領域的教師一同參與以帶領實驗教學持續發展。另外，也需要穩定足夠的經費支助，以維持實驗教學品質、維護學生實驗之環安衛環境，如此學生化學實驗教學才能安全、穩定發展，吸引學生之學習。

全國大專院校各校的師生結構不同、教學環境不同，化學實驗教學的規劃安排與重點各異。相同的是有一群熱忱的教學人員默默的投入實驗教學，為培育全國大專生基礎化學科學素養努力著。僅以此文感謝大家的付出。

n 參考文獻

佘瑞琳*，張英德，張煥宗，陳竹亭（2004）。金奈米粒子之合成及鑑定－統整型化學實驗實例。化學，62，563~568。

佘瑞琳*，劉如熹（2002）。適用於普通化學實驗之材料化學實驗－Y₂O₃：Eu³⁺螢光粉末之製備。化學，60，273~279。

張芫睿、佘瑞琳*（2019）。導電塑膠聚苯胺的製備和測試。台灣化學教育，31。取自http://chemed.chemistry.org.tw/?p=34127

張馨云、佘瑞琳*（2016）。微量化學實驗：誰是口水王—酸鹼性和溫度對澱粉酶催化效率之影響。臺灣化學教育，14。取自http://chemed.chemistry.org.tw/?p=17345

趙益祥、佘瑞琳*（2018）。觸媒對過氧化氫分解反應之影響。台灣化學教育，23。取自http://chemed.chemistry.org.tw/?p=26406

臺大化學系（2013）。大學普通化學實驗，第十五版。臺北市：臺灣大學。

臺大化學系（2013）。大學化學實驗一暨實驗二，第五版。臺北市：臺灣大學。

Department of Chemistry (2013). Experiments in General Chemistry, 3rd Ed. Taipei: National Taiwan University.

She,J.-L., & Liu, R.-S.* (2008). A simplified synthetic experiment of YBa₂Cu₃O_7-x superconductor for first-year chemistry laboratory. Journal of Chemical Education, 85(6), 825-826.

Chen,H-J*, Chiu, M-H, She, J-L, & Tsai, Y-M (2008), Using on-site assessment to evaluate student performance in an integrated chemistry laboratory program, 20th Biennial Conference on Chemical Education (BCCE), July 27-31, 2008, Indiana, U.S.A.

Chen, H.-J., She, J.-L.*, Chou, C.-C., Tsai, Y.-M., & Chiu, M.-H.* (2013) Development and application of a scoring rubric for evaluating students’ experimental skills in organic chemistry: an instructional guide for teaching assistants. Journal of Chemical Education, 90 (10), 1296-1302.

n 致謝

感謝教育部科技顧問室長期以來推動「提升實驗教學品質計畫」，及近十餘年來之「邁頂計畫」、「高教深耕計畫」等，給予臺大普通化學實驗之經費支持與肯定。感謝化學系歷年來師長及助教們對實驗教學投入之熱忱與心力。

《臺灣化學教育》慶祝十週年專刊： 2014-2024年化學實驗文章投稿經驗之回顧與展望／廖旭茂

星期一 , 4, 3 月 2024 編輯助理本期專題, 第五十五期/2024年3月留言功能已關閉

《臺灣化學教育》慶祝十週年專刊：

2014-2024年化學實驗文章投稿經驗之回顧與展望

廖旭茂

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]

n 前言

《臺灣化學教育電子期刊》（以下簡稱CET）從2014年創刊起，迄今已滿十年了，在創辦人邱美虹教授的建議下，希望筆者對過去十年來實驗（含影片）文章的撰寫內容做一個回顧，這樣的邀約對個人而言是莫大的肯定，也讓筆者有一個重新審視、梳理過去實驗內容轉折、文字發展脈絡的機會；就投稿發表而言，筆者撰文早期多發表臺灣科學教育館的科學研習月刊與臺大高瞻平台上，研習月刊停刊後，實驗文字創作幾乎都發表在CET上。就寫作的內容來看，在2010至2015年前後，多以講究驚奇、吸睛效果的演示實驗為主，並將這些趣味的演示實驗透過化學學科中心的協助，走出教室開發成遊戲化的化學闖關活動–化學宅急便。2014年後，智慧型手機風行，筆者運用環物虛擬實境技術（virtual reality），開發3D分子撲克牌讓各種官能基的有機分子能出現手機裡，並讓使用者可以手指觸控螢幕自由翻轉分子，接續又研發寓教於樂的官能基爬爬樂桌遊，進而配合行動學習的熱潮，發展成3D分子撲克牌App。2017年起，臺灣颳起Maker創客風，化學學科中心辦理雷射切割、3D列印的新科技研習，鼓勵教師自行開發實驗教具，搭配國內外綠色化學浪潮，筆者利用學校購置的雷射切割器，投入微型實驗教具開發的工作，研發了電化學相關的教具，比如平面微型電化學電池、霍夫曼微型電解水模組的設計、微型電熱式蒸餾器的設計與製作等，同時充分運用自製教具，除了在規劃成化學闖關活動外，更發展成多元的探究課程，像微型電熱式蒸餾器就可應用在肉桂精油的純化上，進而開發出特色課程–跨領域的台灣土肉桂探究之旅。近年來，因應108課綱探究與實作課程的發展中，鼓勵教師善用資訊科技，比如手機、可程式感測器或儀器，融入化學科課程的開發，指導學生進行化學探索；筆者順著潮流，開始接觸可應用於化學實驗教學的數位工具，發表了數篇類似文章，比如：利用智慧型手機結合App探究化學平衡移動、以氧化還原電位計探究BR振盪反應的過程等文章。

以下茲就筆者撰文，或親向身邊好友邀稿的部分，配合各時期的發展與轉折契機重要的文章，分述如下。

n 演示實驗文章寫作的推手

話從2011年說起，在國立彰化師大楊水平教授的指導下，開始撰寫化學示範實驗的文章，投稿在臺灣科學教育館的科學研習月刊，以及當時的臺大高瞻平台，也就是今天的「科學Online–高瞻自然科學教學資源平台」，其中最具人氣的實驗文章包括：竹筒炮的製作（How to Make a Bamboo Cannon）、用固態燃料錠演示焰色試驗（Flame Test using Solid Fuel Tablets）、吹不熄蠟燭的製作（How
to Make Magic Relighting Candles）、化學教室活動：利用化學平板探索電解（Exploring Electrolysis using ChemPad）、開幕典禮中演示大型化學平板（A
Big ChemPad Demonstration in the Opening Ceremony）、化學教室活動：製作磁性異形（How to Make Magnetic Alien）等文章，這一類文章的特色就是講求演示的聲、光、顏色，及令人感到驚奇的效果，統一的格式是提供另類的實驗教具的製作方法、實驗溶液的配置及準備、實驗演示的方式與教學指引、原理與概念，以及安全提醒及注意事項，並搭配實作的教學影片，讓中小的教師們有一個較清晰的參考作法。以上述的磁力異形為例，在製作史萊姆與QQ球的基礎上，改變配方，將透明膠水（含聚乙烯醇，polyvinyl alcohol, PVA）換成白膠（含聚醋酸乙烯酯，polyvinyl acetate, PVAc），並添加氧化鐵黑(ferric oxide black)粉末取代細鐵粉，搓揉並混合均勻，形成磁性橡皮泥。此橡皮泥能被強力磁鐵吸引，操控性能極佳，伸展活靈活現，模樣猶如外星生物（廖旭茂，2013）。。因操作簡單，使用容易取得的藥品，因此在國中、小學的自然課，或安親班的實作課程都頗有人氣。圖1為磁力異形演示畫面。

圖1：磁力異形演示（選用照片為作者自行拍攝）

水平教授對化學演示實驗的熱情與投入，文章內容準確度的堅持，以及嚴謹細緻的寫作風格，都帶給我輩正面積極的影響，可算是良師、益友。

n 華麗實驗的衝擊與轉型契機

2013年末後，一個因緣際會，投稿在科學研習月刊上的一篇文章：家庭化學實驗–行動電化學蝕刻，經過個平台轉載分享，幾天內即有數萬人觀看，並有大量網友留言回饋；該文章主旨是在不使用強酸、強鹼的條件下，以少量食鹽水沾濕的棉花棒，透過USB行動電源，在家庭裡即可在不鏽鋼的表面上產生電化學蝕刻反應，造成類似印章陰刻的效果，相關行動電化學蝕刻裝置見圖2（廖旭茂，2013）；後來筆者再進行改良精進，將棉花棒換成石墨塊作為陰極蝕刻台，方便在金屬書籤平面、或不鏽鋼保溫瓶的曲面上進行蝕刻，留下專屬的LOGO（廖旭茂、黃維靜，2014），此項教具不僅透過化學學科中心在全國北、中、南、東各社群上辦理工作坊，更曾經遠赴重洋，2015年在東京舉行的亞洲化學教育研討會（^5thNICE）上分享，獲得很多的認可與好評。網路的迴響，與實體的回饋證明一個化學實驗的新時代的來臨–標識著減量、低毒的綠色化學已經悄然降臨。2014年下半年起，環保署與教育部聯手，開始委託工業研究院辦理高中職綠色化學創意競賽，更讓部分高中職教師們的實驗開發的走向更為明確。因此過往為強調聲光效果，使用過量、毒性高、難處理的化合物的實驗，慢慢的淡出課程的實作清單；實驗內容除原來的生活化不變外，走向少量甚至微型化實驗，以大幅降低廢棄物的排放，漸漸成為共識。

圖2：行動電化學蝕刻裝置圖

圖片來源：廖旭茂（2013）。家庭化學實驗：行動電化學蝕刻。科學研習月刊， 52， 11， 18。網址https://www.ntsec.gov.tw/article/FileAtt.ashx?id=7137

n 萬眾注目平台的登場

在美虹教授的號昭與奔走下，2014年5月台灣化學教育期刊正式創刊，筆者擔任實驗含影片編輯，開始向外邀請高中教師投稿；創刊初期的資源欠缺，文章都屬於義務投稿，因此都是透過個人交情，鼓吹自己身邊的好同事或化學學科中心的好朋友來投稿，比如第三期刊出的文章–人像藍印術（陳孟男，2014）、第五期刊出的文章–趣味化學玩具：神奇鐵磁流體的玩法與合成（黃蕙君、邱姿蓉，2015）、第七期刊出的文章–淌血的心—硫氰化鉀與鐵離子的反應（王瓊蘭，2015），這些文章以淌血的心一文最受到閱眾的喜愛，迄撰稿日2/13止，已經超過八萬人拜讀過，當然這也是筆者認為最具創意、巧思的實驗文章。該文作者王瓊蘭老師利用一根迴紋針，將其彎折成愛心形狀，隨後置入盛有硫氰化鉀KSCN與鹽酸HCl溶液的透明杯中，接著再滴入一滴濃雙氧水，彎折處因發生氧化反應而釋出的微量鐵離子Fe³⁺隨即與SCN^–化合成成血紅色的硫氰化鐵離子FeSCN²⁺，構成一幅淌血的畫面；文章最妙的地方是運用高中所學錯合反應的知識，介紹如何演示紫心、藍心、黃心的做法，內容相當精采，有興趣的讀者可以進入網站，再次欣賞這篇文章。除了文章審稿外，筆者也協助實驗過程影片拍攝；如期出刊的壓力與信念，成了個人實驗創新與文章寫作的動力來源。筆者取材於生活，指導學生探究購物發票使用的感熱紙材料的進行，進而發表了感熱紙的熱致作畫和酸鹼多段變色實驗（廖旭茂、黃家均、林群耀、廖心妍，2016）；同時透過大量閱讀嘗試取材各類型的演示實驗書本與網路素材，比如威斯康辛大學Shakhashiri教授的大作Chemical
Demonstrations，從1983年到2011年間，前後共發行5冊，堪稱演示實驗的聖經，目前在YT平台的化學實驗影片很多也取材於這些著作。筆者在CET的文章，發表了幾篇參酌Chemical Demonstrations內容，自行進行藥品、器材的修改後試作、撰文、拍片投稿的文章，比如探究「紅綠燈」示範實驗的多彩顏色一文，紅綠燈實驗是國、高中生最喜愛的演示實驗之一，同時也是科學展覽比賽學生最常探究的主題之一；其中所用的靛胭脂指示劑，是一種酸鹼指示劑，同時也是一種氧化還原指示劑，在氫氧化鈉存在的鹼性環境中，加入葡糖糖等還原醣後，會因電子得失多寡，產生兩階段變色：先變紅色，再轉為黃色。因此在不同酸鹼、氧化還原環境中，可交織成多彩顏色的變化（廖旭茂、陳嬿竹、羅珮綺、林芳瑜，2015）。此外，還有螺旋狀旋光彩虹管教具設計（廖旭茂、林宸緯，2016）、亞甲藍的光致變色（廖旭茂，2016）、黑白記憶：銀鹽相紙的製作與沖印（廖旭茂，2017）三篇文章，這些富色彩、光影變化，帶來視覺衝擊的文章，頗受讀者歡迎，也都成了該時期的熱門文章。圖3為熱門實驗文章瀏覽人次的統計圖。從統計數字上發現，常見的熱門通俗課題，加上易取得的藥品、器材，可以帶領學生一起實作，共同完成作品的話，往往會有較高的瀏覽人次，比如黑白記憶：銀鹽相紙的製作與沖印一文，文中使用硝酸銀、氯化鈉、圖畫紙自行製作感光銀鹽相紙，利用雷射印表機輸出底片，經紫外光燈或白光Led燈曝光後，以海波溶液（硫代硫酸鈉，Na₂S₂O₃）溶解未曝光的氯化銀AgCl，進行定影，最後

相紙以大量清水水洗，陰乾即可得到黑白照片（廖旭茂，2017），該文章迄今已有8萬多人次瀏覽。反之，如果是艱澀難懂、難以理解或不易向學生解釋的主題時，縱使有很炫目的效果，但瀏覽人次會受到壓抑，以螺旋狀旋光彩虹管這篇文章最為明顯，因文章涉及旋光、散射等高中物理、化學偏難的原理，因此來信徵詢、討教做法的閱眾以大學生或碩班的研究生居多，瀏覽人次僅16000多人次，這點也可以推論CET的閱眾中，應該有相當高比例的國中和國小教師。

圖3：熱門文章瀏覽人次統計圖

n 微型實驗教具的開發與綠色化學課程的開發

2016年起，Maker創客自造風氣興起，臺大應力研究所的江宏仁教授率風氣之先，在臉書成立科學Maker，透過自由贊助，分享自製的各式手機顯微鏡、光譜儀及科學實驗儀器，推廣科普教育，在中、小學科學教師的眼中是屬於最高級別的大神；化學學科中心有感於此，特地至江教授的Scifab工坊參觀，並邀請江教授至學科中心辦理實作工作坊；2017年又接續辦理雷射切割、3D列印，Arduino程式板結合感測器在化學課程的開發的研習營，鼓勵教師應用ICT投入化學實驗課程開發。

搭配國內外綠色化學浪潮，筆者投入微型實驗教具開發的工作。首先針對電化學實驗教具進行設計與改良，使用壓克力的取代了易碎的玻璃；取消大體積燒杯、U形管的使用，透過雷射切割器，製作更微型、堅固，方便攜帶的教具；實驗減量、減廢後，不僅可減輕環境負擔外，更大大提高了學生實驗的安全性；採用模組化的設計，也減輕了化學教師實驗準備與善後的工作；教具模組完成開發後，著手編寫探索化學AP課程，在高二選修課中試行；同時透過化學學科中心辦理種子老師實作工作坊，進行課程分享，並從老師的回饋意見中做滾動式修正；最後撰寫文章，投稿CET分享給全國中小學科學教師。最近幾年來，總共發表了數篇類似的文章，比如綠色化學實驗模組的設計與應用-1：電化學模組一文，文中開發的電化學電池模組，將電化學電池平面化，使用濾紙取代U形管，僅使用數滴的溶液即可進行化學能轉變成電能實驗，透過串聯更能點亮Led燈；將電化學電池微型化，可以大幅減少有毒重金屬鹽類的使用，以及有毒廢液的排放（廖旭茂，2018）。另一篇文章–霍夫曼微型電解水模組的設計，介紹的是微型電解水器的設計，以壓克力取代傳統易碎的玻璃材質，減少98%電解液的使用與廢液排放；利用塑膠針筒收集陰、陽極的氣體產物；以鎳鈦合金取代價格昂貴的白金電極，讓更多的學生可以實際動手做電解水實驗（廖旭茂，2019）。另一項創作是微型電熱式蒸餾器的設計與製作，內文首先介紹蒸餾器的微型化設計，以20毫升樣本瓶取代傳統的圓底燒瓶，作為待蒸餾物的盛裝；應用雷射切割技術，製作支撐架；利用纏繞的電熱帶，搭配變壓器加熱，維持穩定熱源，取代昂貴的電熱包；利用珍珠奶茶吸管製作的冷凝管，取代原本笨重、昂貴的李必氏冷凝管，加上USB沉水小馬達循環冷卻，達成節水的目標。其中最大亮點是改良式的冷凝管，它分內、外管，内管是自行彎折的細玻璃管，是熱蒸氣的通道，而外管是珍珠奶茶吸管，是冷卻水的通道，由一個小馬達推動整個循環冷卻水流，整個系統是環保又節能的（廖旭茂，2020），有興趣的讀者可以上CET網站再次研讀。微型蒸餾器的出現，讓學生可以有親自接觸蒸餾實驗的機會，而不只是眼巴巴的看著老師在遙遠的講

台前演示，該文目前已有超過10000人次瀏覽過。圖4為該實驗的微型蒸餾器外觀。

圖4：微型電熱式蒸餾器的裝置外觀

圖片來源：廖旭茂（2020）。綠色創客-3：微型電熱式蒸餾器的設計與製作。臺灣化學教育，40。網址http://chemed.chemistry.org.tw/?p=39263

微型蒸餾器可用於紅酒的蒸餾，除了比較蒸餾前後溶液的顏色外，易可藉由曲折度計的測量，測量蒸餾液中酒精的濃度。筆者後來與校內生物科老師合作開發探究與實作課程，利用微型蒸餾器進行台灣土肉桂精油的純化、提取，並針對精油的成分以薄層層析法分離、鑑定肉桂醛的存在與相關化學性質檢測，並撰寫成文章。該文章更為熱門，迄今有超過16000人次瀏覽（廖旭茂、陳許玉鈴，2021）。

n 定量化學的來臨–感測器的發展

因應108課綱中探究與實作課程的發展，數位資訊科技ICT融入學科教學的聲浪再次響起；筆者早期曾接觸Vernier商用的數位感測器平台，最先開始只是指導學生做專題與科展，慢慢地再發展為選修課的AP課程；在化學探究上，使用化學感測器首重在科學數據的收集、整理、歸納，並透過圖表呈現出有意義的結果來；

借助科技，進行數位化科學實驗，主要分為智慧型手機、結合Arduino的可程式感測器，以及商用數位感測器三大類；對化學科而言，智慧型手機是成本最便宜的，與化學相關的有氣壓、光照度與鏡頭內建的色彩感測器可用來進行科學探究，筆者曾發表利用智慧型手機結合App探究化學平衡移動一文，就是在介紹利用手機的鏡頭結合RGB色碼App，數據化紀錄氯化亞鈷在不同氯離子濃度與不同溫度下，化學反應過程中色彩元素RGB值的變化，藉此來判斷化學平衡的移動（廖旭茂，2020）。

與Arduino結合的感測器，這幾年來資訊教育普及，編碼(Coding)風氣在校園中越來越火熱；加上大量網路社群分享、流通的資源，低廉的價格，使得中小學科展上使用可程式感測器得獎的作品也越來越多。目前化學教育相關的感測器大致可分為於氣體感測（包括氣壓感測、二氧化碳感測、氧氣感測，以及酒精感測等）、水溶液的感測器（包括pH計、ORP meter、導電度計、TDS計、濁度計、溶氧計等）、光感測器（照度、紫外光等）、電感測器（電壓、電流）等。這方面學生從小學過，學習上比老師更容易上手。

筆者曾指導學生，結合Arduino自製感測器進行化學探究與實作，並撰文投稿過文章，比如近期投稿的一篇文章：以氧化還原電位計ORP meter探究BR振盪反應的過程，該文章嘗試以常見的氧化還原電位感測器（Oxidation reduction potential, 簡稱ORP），取代光電比色計，調查不同反應物濃度（如丙二酸、雙氧水等）、澱粉存在與否、溫度等條件下，氧化還原電位的變化。過程中結合Arduino程式板，完整紀錄振盪過程氧化還原的變化（廖旭茂、施上芸、李忻慈、陳冠愷，2023）。圖5為可程式氧化還原電位計監測振盪反應電位變化裝置圖。

圖5：Arduino結合ORP meter監測振盪反應裝置圖

圖片來源：廖旭茂、施上芸、李忻慈、陳冠愷（2023）。以氧化還原電位計探究BR振盪反應的過程。臺灣化學教育，54。網址http://chemed.chemistry.org.tw/?p=43764

n 結語

現在的自己心力往兩個方向前進，一是自製教具，這原本的初衷是想幫助自己的學生能夠有更高的學習動機，更多的動手機會，然後不自覺地愛上化學。後來深陷其中，難以自拔的不是學生，反而是自己。當然這跟分享有關，當個教學點子Giver，有時候是很幸福的，因為受眾會給你掌聲、鼓勵；分享產生了正向的回饋與循環，分享的力量很難以估量。但分享這部分並非海闊天空，一路順暢，從每次這些自製新教具的文章公布後，私底下常會有老師在詢問取得教具的方式。因為縱使我在研習場地分享了「How to do」，但製作方法通常需要繪圖軟體的設計、雷射切割機的操作，以及機械工具、電子元件的使用，種種因素大幅限縮了中小學科學教師進行參考製作的可能性。當下只能不斷地跟熱情的老師們致歉，實在因個人能力、時間、資源有限啊！因此如何推廣的這事件近幾年來一直困擾著我，誠心建議理化老師可與校內生活科技科老師合作，只要有心相信問題一定可以慢慢克服的。

另一個方向是感測器的使用，商用感測器於探索化學教學課程的開發，也越來越普遍，不過單價過高，非大部分學校可以負擔；但親切的介面，及時圖形化的呈現實驗結果，以及先進高速的數據處理，對融入課程上更直接、容易，直接免去了寫程式方面的負擔說，實在的化學教師也沒必要人人會寫程式。數位化這樣的訓練應該及早落實，不僅可以帶領高中學生從定性的觀察，進入定量測量與科學分析的嶄新階段，更可提升學生面對切身相關的生活議題，如食安問題，能有正確科學素養，來判斷媒體訊息的真偽。因此以過來人的身分建議，在下一次課綱改革時，直接將數位感測器直接列入設備標準，自然科物理、化學、生物、地科四科共用使用相同的數據收集平台，由教育部或各地方集體採購，自然壓低降格，預估花個幾十億，就可以將全國高中的科學實驗，全面升級，一次到位。比其經費分散，扔到地方各校，噗通一聲，來得好啊。一切成事在人，衷心期待這一天的到來。

當個不安的化學教師，回顧十幾年實驗開發的路，唯一不變的是行進的軌跡一直在變；每次出國參加研討會看到好的教學創意、或在paper上讀到新的實驗創新時，總迫不及待想回實驗室試看看；看多、試多了，有一陣子，腦海裡總會不時迸出靈感來，建議年輕的老師目光暫時離開手邊的那本講義，投入「試試看」的領域；多逛五金行，手變巧了，腦思路撬開來了，有天也可享受點子像豆芽菜爭相冒出土的快感。

面對快速變化的時代，改變不是壞事，勇於嘗試，讓學生看看老師也是跟得上潮流的狠角色，與大家共勉。

n 特別致謝

感謝這十年來，邱美虹教授的提攜與鼓勵；感謝楊水平教授在發展過程提供的寶貴意見與指導；感謝化學學科中心一直提供相關支援；感謝學校的行政協助建構一流的實驗空間並提供豐沛的資源，讓我可以走到今天；感謝身邊好朋友，一起前行，共同開創一片天空。

n 參考文獻

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廖旭茂、施上芸、李忻慈、陳冠愷（2023）。以氧化還原電位計探究BR振盪反應的過程。臺灣化學教育，54。網址http://chemed.chemistry.org.tw/?p=43764

《臺灣化學教育》慶祝十週年專刊：利用3D列印並配重的原子模型製作方法／周欣誼、周佳誼、周金城

星期日 , 3, 3 月 2024 編輯助理本期專題, 第五十五期/2024年3月留言功能已關閉

《臺灣化學教育》慶祝十週年專刊：

利用3D列印並配重的原子模型製作方法

周欣誼¹、周佳誼¹、周金城^2*

1國立中科實驗高級中學

2國立臺北教育大學自然科學教育系

*[email protected]

n 前言

2019年，為了慶祝門德列夫的元素週期表提出150周年，國際化學界定為化學週期表年，臺灣也不例外，舉辦了一系列紀念活動，包括影片放映、國際研討會、特展和科普活動等。這些活動為公眾提供了一窗口，以多元化的方式了解生活中的化學元素。我們有幸參觀了在邱美虹教授在國立臺灣科學教育館策展的元素週期表特展，其內容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(邱美虹，2019)。

根據108課綱國中自然科學課程關於元素週期表課程要教的內容，其中一項「CAa-Vc-3元素依原子序大小順序，有規律的排列在週期表上。」週期表上的元素體積變化排列規律是由左至右變小，由上至下變大，重量的規律性隨原子序增加而重量增加。這些內容在課堂上，大多是透過老師講述以及書面表格建立這些概念，但不是實際透過觸覺感來學習。在士林國立臺灣科學教育館參觀的國際化學週期表年特展中，雖然展示內容豐富有趣，卻缺少了可供觸摸的實體原子模型，這激發了我們創造可觸摸的實體模型的想法。

我們上網查詢資料，看到日本東京學藝大學的鐮田正裕教授及其學生曾經使用保麗龍球和鉛塊作為原子模型，這樣學生就能親手感受到原子的大小與重量差異(野口卓也、鎌田正裕，2012)。這個方法很有創意，但我們在嘗試製作時發現，按比例製作出各種尺寸的保麗龍球並不容易，從保麗龍塊切割出完美的球體更是一項挑戰，且要大量複製這樣的模型幾乎是不可能的。因此，我們轉而探索使用3D列印技術製作原子模型的可能性，期望透過學校現有的設備來製造出週期表上各種原子的模型，讓各校都能自製原子模型。

隨著3D列印技術的普及和成熟，越來越多學校配備了3D列印機。這激發了我們的想法，即利用3D列印技術來製作原子模型。這樣，我們就能按照所需的不同比例精確列印出模型。我們選擇了Thinkercad，這是一款操作簡便、可在網頁瀏覽器中運行的免費3D建模軟體。在收集到所有必要的資料並確認可以使用3D繪圖軟體和3D列印機後，我們開始了繪製和列印原子模型的過程。起初，我們認為這將是一項耗時但相對簡單的任務，但後來我們發現，這其實是一項既複雜又耗時的研究工作。儘管如此，我們最終還是克服了這一挑戰，成功製作出不同的大小與重量的3D原子模型。

n 說明3D列印並配重的原子模型流程

一、設定3D列印的原子大小與配重的挑戰

在進行模型印製的規劃階段，我們的核心目標是製作出一套模型，大小適合放置於學生的課桌上，方便展示和觀察，考慮到教學使用學生桌面的空間限制，模型的尺寸不宜過大。不同原子大小。有關原子大小，我們查閱有發現一些期刊文獻提到，原子大小可通過計算電子雲密度得到，但我們最後大學無機化學教科書中列出的原子共價半徑數值(Miessleret al., 2014)，作為原子模型大小參考數據，來製作中學課本常見的原子序1至36的原子模型。

在進行多次不同尺寸的列印與配重實驗後，我們發現了一些關鍵的問題和解決策略。當原子模型設定過小時，像是氫和氦的模型直徑小於一公分，這樣的尺寸不僅難以觀察，而且由於重量過輕，也無法有效地感受到氫和氦之間的重量差異。此外，按比例換算時，我們還遇到了另一個挑戰，即當某些原子模型的直徑在2至3公分左右時，要在其中填充達50克的鋼珠實際上是不可能的。

因此，我們對原子模型的最小尺寸設定做了調整，決定將氫的直徑定為1公分（見表1）。這樣一來，氫和氦的模型大小與彈珠相近，更易於觀察和比較。我們沒有進一步增大氫的模型尺寸是因為，若將氫的直徑設定為1.5公分，根據共價半徑的比例，鉀的模型直徑將達到約9.5公分，這甚至超過了棒球的大小（棒球直徑約為7.5公分）。如此大的模型不僅會占用過多空間，而且整套原子模型的總重量將非常沉重，這對於老師在教室中的攜帶和教學將極為不便。

表1 設定原子序1-36的原子列印出的大小與重量

若原子設定的太大與太小，會在一系列的原子製作中遇到一些配重的困難，例如有的原子3D列印出來的外殼，尚未加鋼珠配重就已經超出所需的重量，又或是要加入配重的鋼珠需要很重，超出球殼能放進的鋼珠數量，所以無法全部放入3D列印的球殼中，若要解決這個問題尚需要密度比鐵更大金屬來配重才行。由於本文是想介紹較容易實際可製作的方法，因此只採用各種尺寸的鋼珠來配重，讀者若容易取得比鋼珠密度大的物質來配重，例如鉛塊，都是再自行嘗試看看。

我們原子的半徑與重量仍是用不同的放大比例(如表2)，我們無法採用實際原子體積與重量等比例放大的方式來製作原子模型，因為以相同的比例放大，兩者的相同比例放大差異太大了，無法製作。

表2 完成的原子模型與實際的原子大小與重量比較表

以碳原子為例

實際原子直徑

原子模型直徑

放大倍率

半徑

1.54 X 10^-8 公分

1.21公分

7.85 X 10⁷

重量

2 X 10^-23 克

10.59克

5.30 X 10²³

二、 3D建模方式介紹

確認原子模型製作的大小後，我們利用Thinkercad免費3D繪圖軟體來建模(圖1)，在網頁中即可運行，操作算是容易，讀者可以上網查詢Thinkercad並申請自己的帳號。

圖1 使用Thinkercad軟體來建立3D原子模型

我們簡單說明3D原子模型繪圖與製作過程如下：

說明

Thinkercad畫面

操作說明

步驟一

在Thinkercad工作檯面上拉出兩個半圓形球體，一個為實心，一個為空的，實心的半圓形直徑要大於空的半圓形，兩者差距取決於列印的殼厚度大小。

步驟二

在碗狀模型加上一個環，直徑介於實心與空的半圓形之間，目的要製作出兩個半球形可以上膠的黏合處。

左圖透視圖可以看出，在半圓形底層加上「環」，目的是要製造將兩個半圓形黏合的空間，藍色箭頭就是建模過程中加上的「環」，但是環也不能太大，因為大顆的鋼珠會塞不進去。

步驟三

在繪圖過程中加上元素符號，讓列印出來的模型更容易辨識。因為後續製作出的原子序相近的原子大小與重量都很接近，加上元素符號就不易弄混。

步驟四

利用3D檢視器360度預覽原子模型建模是否成功，確認沒問題後即可輸出檔案進行3D列印。

附件有原子序1至36的3D原子模型列印檔，也可以使用Thinkercad登入帳號後匯入系統開啟與修改。讀者也可以使用windows系統中的Microsoft Store上的小畫家3D來開啟觀看。

三、 3D列印方式介紹

我們採用了免費的Thinkercad 3D繪圖軟體進行原子模型的建模，這款軟體能夠在網頁中運行，使用上相對容易。然而，剛開始時，繪製並列印的過程經常出現失敗，常常列印出來的原子模型有破洞等問題。經過多次的測試和調整原子模型殼層厚度後，我們終於成功建立了完整的原子序1至36的3D原子模型列印檔案。

最初，我們嘗試列印出兩個空心半圓形的原子模型(圖2)，希望通過將兩個半圓黏合起來製作出一個球形的原子模型。但實際列印並嘗試黏合後，我們發現兩個半圓的接觸面積太小，導致黏合不牢固，兩個半球容易脫開，這種方法被證明是不可行的。我們也曾嘗試將半球內部填滿黏膠來增強黏合，但這種方法由於黏膠本身也有重量，而且在放入配重鐵球後，需要加入的黏膠重量難以精確計算，這最終導致配重不準確，同樣以失敗告終。

圖2 在碗狀模型不易年和牢固圖3 在碗狀模型加上一個環增加黏合面積

為了解決這些問題，我們對兩個半球的設計進行了改進，增加了一個內環結構(圖3)，使得黏合時兩個半球之間的接觸面積變大，從而提高了黏合的牢固度。這種設計改進後，所需的黏膠量較少，對整體重量的影響也很小。在進行列印前，我們使用3D列印機上的軟體再次檢視和預覽原子模型設定(圖4)，以確保建模成功，無任何問題後才輸出檔案進行3D列印(圖5)。

圖4 將繪製好的原子模型檔案在Kingssel 3DP工作平台上

圖5 透過3D列印機列印原子模型(3D列印機型號是Kingssel
1820)

四、原子模型內部的配重

在原子模型外殼列印完成之後，下一步是進行配重工作。我們這一批原子模型中，直徑最大的接近4公分，需配重的最重可達50多公克。因此，選擇填充物時需考慮到重量，我們認為球形的金屬球作為填充物最為適宜。經過在網路上的搜尋，我們發現鋼珠、銅球是相對普遍的選項，其中鋼珠的尺寸種類最多，且價格相對便宜且易於取得。我們找到的鋼珠直徑在3公分及以下的就有13種不同尺寸可供選擇（圖6），表3為鋼珠的尺寸及重量，因此決定使用小鋼珠作為填充物。透過網路購買很方便，我們獲取了多種不同尺寸的鋼珠，能滿足不同重量需求的原子模型配重(圖7)。但後續進行配重時，發現氦中原子模型的空間無法塞入3.53克的鋼珠，但考量要再調整與列印不容易，所以直接取規格七的鋼珠當作氦原子。剛好規格七的鋼珠大小與重量與我們預設氦原子的重量與大小都很接近，所以解決的我們的難題。但由於3D列印的原子模型都是使用PLA的白色線材列印，但鋼珠不是白色的，所以在鋼珠外層使用立可白塗上白色的顏料，這樣整體原子模型看起來就相當一致了。

圖6 不同尺寸的鋼珠

表3 鋼珠的尺寸及重量如下

註：測量鋼珠的尺寸與重量方式是取十顆相同規格的鋼珠，測量尺寸和重量再計算平均值。

圖7 利用電子秤與鋼珠進行原子配重

五、兩個半圓球原子模型的黏合

在進行原子模型配重和黏合的過程中，選擇適合的黏著劑顯得尤為重要。我們首先嘗試使用三秒膠來黏合模型的兩個半球殼，但發現在將乾燥後的模型往地上丟幾次後，模型容易裂開，顯示三秒膠的黏合效果並不理想。接著，我們嘗試使用熱熔膠，但發現熱熔膠在黏合時對已經秤重的原子模型重量有較大的影響，而且黏合力也不夠強。因此，我們轉而使用AB膠。經過測試，即便是將乾燥後的模型往地上丟幾次，模型也不會裂開，證明了AB膠具有較佳的黏合效果。為了確認AB膠固化前後對模型重量的影響，我們進行了一項小測試，結果顯示使用AB膠作為黏著劑(圖8)，在乾燥前後對模型整體重量的差異非常小（表4）。此外，AB膠黏合前的可調整時間允許我們對鋼珠進行精確的配重調整，從而達到更精準的配重結果。

表4 AB膠乾燥前後重量比較

A膠與B膠	重量(公克)
混合前之重量	0.3795
混合後之重量	0.3790
誤差重量	0.0005 (0.13%)

圖8 使用AB膠作為黏著劑

六、製作完成的原子模型成品

我們將序數1至36的原子模型放置於一張大型週期表上，讓人一眼就能看出它們的實際大小差異。如果目的僅是觀察這些大小差異，繪製圖片就已足夠，無需進行實體列印。然而，透過3D列印並精確配重的原子模型，不僅可以視覺上辨識出大小的不同，還能透過手感體驗到重量的明顯差異(圖9)。

圖9 將原子列在大型的週期表海報上

為了方便收納，我們在網路上尋找了眾多收納盒賣家，最終找到了一款大小合適的收納盒。這款收納盒能夠按照元素週期表的排列順序，將原子序1至36的原子模型有序地排列其中（圖10）。此外，我們還在收納盒內部貼上了標籤，清晰標示每個原子模型對應的元素，以便於識別(圖11)。

圖10 依照元素週期表上的排法，將36個原子模型依序排列在收納盒中

圖11 每個格子底部及側邊都貼有元素的基本資料

n 結語

本文透過3D列印技術，把教科書上抽象的原子概念轉變為可見、可觸摸的立體模型。這種創新的教學方法不僅讓學生能直觀感受到週期表中各原子的相對大小與質量差異，還進一步加深了他們對化學元素特性的理解及記憶。學生們能夠通過觸摸，學習並理解週期表上元素的大小及質量變化規律。實際操作這套模型的學生反映：「原來同一周期的原子，看起來更大的，拿起來卻比較輕，真是太特別了。」這顯示出，透過直接的觸感體驗，學生的學習印象能被顯著加深。最後，我們把繪製的3D列印原子模型檔案也放於附件提供大家下載，方便感興趣的學校自行列印製作，這樣就能讓更多的學生有機會以這種獨特的方式學習。

n 致謝

本研究曾參與109學年度臺中市中小學科學展覽會化學科國中組，題目是《元素週期表原子3D列印的挑戰–模型大小、配重與使用》，獲得台中市第三名，感謝孫彩瑄老師的指導與協助。

n 參考資料

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Miessler, G. L., Fischer, P. J., & Tarr, D. A (2014). Inorganic Chemistry (5^th
Edition). Pearson Education. ISBN 978-1-29202-075-4

n 附錄

原子序1-36原子模型3D列印檔如下，有興趣的讀者可以下載並修改使用。https://reurl.cc/L4Gr8x

《臺灣化學教育》慶祝十週年專刊： 3D果凍花的色彩實驗廚房／賴意繡

星期六 , 2, 3 月 2024 編輯助理本期專題, 第五十五期/2024年3月留言功能已關閉

《臺灣化學教育》慶祝十週年專刊：

3D果凍花的色彩實驗廚房

賴意繡

國立臺灣海洋大學
生命科學暨生物科技學系

[email protected]

n 簡介

多年前，在一家餐廳用餐時被端上桌的果凍花所吸引，引發對這美味點心背後製作過程的好奇心。於是，向廚師打探，得知果凍花是使用花針將彩色果凍液注入製作成的。返家後，經由YouTube上尋找相關教學影片（上優文化，2019 ; 卞柔勻，2023），加上自身擁有的食品科技背景，便興起了在課堂中教導學生DIY製作果凍花（見圖1）並融入食品化學知識的想法。

本校（國立臺灣海洋大學）近年高教深耕計畫推動跨領域發展及自主學習，提供《微學分通識課程》，以2小時核計0.1學分的原則，教師可採多元教學方式，如演講、工作坊等呈現。因此，我開設了「生活化學」微學分課程，其中的2小時「3D果凍花DIY」單元，採用教學影片（影片網址https://youtu.be/dVfGxiNijb4）與實作相結合的混成教學方式，以提升教學與學習效果。此微學分課程已進行三學期，由於是DIY工作坊的形式，所以修課人數上限為20人，到目前為止共有52位學生修過本通識課程，學生來自不同學院，分別有海運學院、工學院、海洋法律與政策學院、電機學院和生命科學院，回饋極佳，表達他們對製作色彩鮮豔可食用的果凍融入學習化學原理的興趣。

課程中，我們使用天然食材的色素（而不使用可能具有食安問題的人工色素），讓學生親自體驗萃取色素並創作美麗的果凍花。這不僅可引發他們對食材的熱情，也激發了對視覺和味覺享受的興趣。此外，透過日常食品如雞腳凍、肉凍等，引入「膠體化學」觀念，這正是「廚房化學」中的一個重要範疇。根據Lauren K. Wolf（2012）的研究，藉由「廚房化學」將在廚房中發生的各種化學過程，從基本的食材變化到複雜的反應機制，可於課程活動中向學生展示這種教學實踐模式，不僅使學生能夠理解科學原理，還能夠在日常生活中應用這些知識。

圖1：立體果凍花

n 課程原理與概念

一、果凍凝膠

生活中的雲霧、黑煙、髮膠、蛋黃醬、牛奶、豆腐、果凍等都是膠體物質（Colloids，2024， In Wikipedia）。膠體的分散相（dispersed phase，即溶質）的粒徑介於1-1000 nm範圍，懸浮於分散介質（dispersion medium，即溶劑）中，且具有廷得耳效應（Tyndall effect），具有可散射光的特性。本微課程單元討論的果凍是以鹿角菜膠為固態分散介質、水為液態分散相，組合而成的凝膠（gel）。「果凍凝膠」在外觀上與固體相似，雖其主要成分是水，但由於鹿角菜膠聚合物鏈，透過交聯作用，在水中形成三維交聯網絡，使水分散在固態網絡中，而失去了部分單獨流動的能力，形成凝膠。

二、天然色素

食品加工過程常使用許多色素作為食品添加劑，但生活中有許多食物之萃取液即是非常好的天然食用色素，且可避免使用具有食安問題的人工色素。例如：抹茶粉的葉綠素作為綠色色素，火龍果作為紅色色素，主要來自天然的類胡蘿蔔素和花青素。製作果凍花使用來自植物、水果或其他食材的天然成分。與合成色素相比，天然色素符合現代消費者對天然和健康食品的需求。新鮮食物天然色素中不僅含有色素本身，還包含天然營養素。這些營養素包括維生素、礦物質、抗氧化劑等，為果凍花增添了更多的營養價值。

n 材料

1. 器具：10 mL針筒、19 G針頭、轉盤、模具、花針、濾袋、水浴鍋及鋼杯、卡式爐，如圖2所示。

圖2：器具

2. 透明果凍底

果凍粉10 g，水或飲料1000-1500 mL，白糖100 g，口感可依個人喜好調整。

3. 彩色果凍底

基本配方：果凍粉10 g，水600 mL，椰漿300 mL，牛奶或鮮奶油300 mL，白糖150 g。可用抹茶粉、火龍果、黃梔子果等食材，以食用水萃取色素，其中火龍果是冷凍後再解凍，取其解凍後的果汁濾液，製作不同色彩的果凍底，果凍花調色製作參考卞柔勻（2023）。如圖3所示。

圖3：各種天然食材色素提供果凍調色

n 製作方法

1. 準備模具和花針：清洗乾淨。以下製作方法皆參考（上優文化，2019）。

2. 製作透明果凍底：食用水以小火加熱至不煮開，將適量的果凍粉和糖加入，持續攪拌，直到液體開始沸騰。此時，將火調至中小火，繼續加熱至液體稍微變濃稠，但不要煮沸太長時間，以免影響口感，然後以過濾袋進行過濾，除去溶解不完全的果凍粉凝塊。

3. 製作彩色果凍底：同上述2. 的方法將果凍底溶解完成，加入天然食材色素，根據需要調整顏色濃淡，分杯、並全程沸水浴，避免果凍液膠凝。

4. 注入模具：將透明果凍底稍微冷卻後，將其慢慢注入事先準備好的耐熱模具中，小心不要溢出。

5. 冷卻膠凝：將填滿果凍液的模具放入冰箱中，讓果凍冷卻膠凝。這一過程可能需要幾個小時，視乎果凍的厚度和冰箱的溫度。

6. 以花針注入：請根據影片演示，利用花針注入彩色果凍液，製作果凍花的過程可以根據個人創意進行，以創造出獨特的花朵。如圖4所示。

7. 脫模：利用盤子倒扣取出，就完成我們既好看又美味的3D果凍花！

圖4：利用花針注入彩色果凍液

n 影片觀賞

搭配「生活化學」微學分課程之「膠體食品化學」單元所製作之教學影片（如圖5），介紹膠體食品化學和食材色素的萃取原理，說明運用廚房器具製作立體果凍花過程，讓學生體驗有趣的廚房化學。

圖5：影片網址：果凍花膠體食品化學，https://youtu.be/dVfGxiNijb4 ，或掃描QR code。

n 安全注意與廢棄物處理

本果凍花DIY教程使用無毒性器材和食材，可完全回收再利用。使用花針時請小心，避免刺傷，全程高溫操作時需注意防燙。

n 教學指引

1. 在製作果凍花時，為了防止天然色素在高溫下褪色，建議採用少量多次的方式配製顏色果凍底，以縮短高溫時間，確保顏色保持鮮艷。

2. 果凍粉在80℃以下會逐漸凝固，對於初學者在注射果凍花時，為避免花針堵塞，建議可以事先用熱水溶解凝固的果凍，並反覆沖洗花針以解決問題。

3. 蝶豆花萃取液中含有花青素，呈現藍紫色的特性。通過加入檸檬汁或小蘇打，可以使顏色分別變成紅色或綠色。在DIY過程中，使用不同酸鹼度的食材，讓學生嘗試調製出他們理想的顏色，這有助於他們理解蝶豆花萃取液中的花青素是一種天然酸鹼指示劑。

4. 教師可引導學生探究日常生活中各種顏色豐富的食材可應用到3D果凍花的製作或其他烹飪活動中。色彩豐富的食材，可以成為探究與實作的素材，同時培養他們的創造力和探究精神。

5. 教師可鼓勵學生進行課後研究，例如探討基隆在地特色之「石花凍」是否也具有製作成3D果凍花潛力，以激發學生對當地食材和傳統點心的創新思考。

n 教學特色

1. 實用性教學： 廚房化學強調將科學原理應用於日常生活中，使學生能夠理解和應用化學知識，解釋食物的製作和變化過程。

2. 混成教學：以「影片＋實作」混成教學法，將課堂實作和數位學習環境結合，使學生能夠在實際場域中學習，同時享受線上學習的便利。

3. 多元背景交流：本微學分課程安排學生實作《3D立體果凍花》單元，吸引不同學科背景的學生一起參與，促進學科交流和合作，拓寬學生的知識視野。

4. 跨域學習：本微學分課程《3D立體果凍花》單元，不但讓學生了解生活化學，同時於製作果凍花過程中，培養其美學素養。

5. 經濟環保：強調使用簡便廚房器具，降低學習門檻，並以天然食材進行實作，經濟環保，符合永續化學精神。

n 學生預期學習表現

1. 實際運用食品化學知識：

能夠將在課堂上學到的食品化學知識實際應用於3D果凍花的製作，理解食材在製程中的互動和化學變化。

2. 細緻的實驗技巧發展：

透過仔細的觀察和操作，發展細緻的實驗技巧，包括準確的色素注入、冷卻時間的掌握等，以確保製作過程的順利進行。

3. 獨特創意和設計展現：

展現獨特的創意視野，將個人風格融入果凍花的設計中，發揮對美學和設計的敏感性。

4. 巧妙應用膠體化學原理：

巧妙運用膠體化學原理，深化對果凍花製程中膠體化學的理解，使之成為創意製作的基石。學生在實際製作過程中運用知識、培養實驗技巧和觀察力，並強調了對美學和設計的發揮。

n 結語

3D果凍花DIY為《微學分通識課程》其中一堂2小時的教學單元，目的是要啟發學生對食品化學的興趣和理解，如膠體食物之高分子交聯反應，透過果凍花的製作，激發學生的創意思維，藉由實際廚房實驗，讓學生在日常食品中發現化學的美妙，激發對廚房化學的持續興趣為教學目標。

3D果凍花的製作涉及食品科技和食品化學的知識，因此可以與食品科技相關的課程相結合。如：食品科技課程、化學實驗課程、生活科技課程、環境科學與永續發展課程。由於還涉及到創意和設計與不同文化的飲食習慣相結合，也適用於：文化與飲食課程、生活科技創意設計、手作藝術等。

另外，適逢「台灣化學教育」期刊成立十周年，獻出第一部教學影片慶祝，共襄盛舉。

n 致謝

感謝本校共教中心提供開設課程所需之相關經費。感謝臺大化學系佘瑞琳講師，建議撰文發表此微課程教學影片，以推廣本校教學研究成果。

n 參考資料

上優文化（2019）。卞柔勻老師示範–心靈療癒的3D果凍花。取自YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=V-79-CAWHRY

卞柔勻（2023）。果凍花調色製作，卞柔勻 – 果凍少奶奶，果凍花天然蔬果顏色。取自YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=hi7J1E6BtQQ

Lauren K. Wolf, (2012). Kitchen Chemistry Classes Take Off. Chemical & Engineering News, 90 (36), from https://cen.acs.org/articles/90/i36/Kitchen-Chemistry-Classes-Take-Off.html

Colloid.In Wikipedia, the free encyclopedia. Retrieved February 15, 2024,
from https://en.wikipedia.org/wiki/Colloid

坎尼札羅對原子量和分子量的探索／游文綺、胡景瀚

星期五 , 1, 3 月 2024 編輯助理化學小故事, 第五十五期/2024年3月留言功能已關閉

坎尼札羅對原子量和分子量的探索

游文綺、胡景瀚*

國立彰化師範大學化學系
*[email protected]

n 前言

十九世紀上半世紀，科學家對於原子相對質量的認識陷入混亂。例如：道爾頓（John Dalton）認為氫、氮及氧的相對原子量分別是1、5及7。在1858年，義大利科學家斯坦尼斯勞·坎尼札羅（Stanislao Cannizzaro, 1826–1910）透過實驗結果準確地證實亞佛加厥（Amedeo Avogadro）的分子假說（Amadeo Avogadro, 1811），成功地揭開原子世界的謎團。坎尼札羅的重要發現（Stanislao Cannizzaro, 1858）是

1. 等體積的氣體中包含相同數量的分子，但原子數量不同；

2. 氫分子、氧分子、鹵素分子都包含兩個相同的原子，金屬中的原子皆個別存在；以及

3. 運用氣體密度和杜龍–柏蒂定律（Dulong–Petit law）決定原子量。

坎尼札羅的圖像如圖1所示，他將氫氣的密度定為2，將其視為2個原子的組成。分析氣體分子的密度後得到正確的相對原子量，以及分子的原子組成。他提出的正確原子量幫助門得列夫製作出週期表。坎尼札羅的論文如同一部時光機，讓我們回到十九世紀的科學思維。本文作者導讀該文部分的內容如下所述，以便快速地瞭解早期坎尼札羅提出原子量和分子量的探索歷程。

圖1：斯坦尼斯勞·坎尼扎羅

（圖片來源：Stanislao Cannizzaro, Wikipedia,
https://en.wikipedia.org/wiki/Stanislao_Cannizzaro.）

n 關於原子質量的探索之路

坎尼札羅的探索歷程並非一帆風順，他以系統性分析，揭示當時科學家們在追尋原子質量之路上所經歷的謎團。他堅信最新的科學發現已經驗證亞佛加厥（Amedeo Avogadro）定律、安培（André-Marie Ampère）理論及杜馬斯（Jean

Baptiste André Dumas）原子理論。亞佛加厥在1811年發表亞佛加厥定律：相同體積的任何氣體，在相同的溫度和壓力下，具有相同數量的分子（Wikipédia, 2024）。安培於1814年獨立於亞佛加厥發表同樣的定律，也得出類似的結論。杜馬斯於1826年發表原子理論，並制定透過蒸氣密度確定原子量的方法（Pasteurbrewing, 2024）。然而，坎尼札羅特別強調等體積的氣體中含有相同數量的分子，但原子數量不同，在研究原子重量時切勿混淆數量和重量，並需要明確區別分子和原子。

坎尼札羅直言不諱地指出當時科學界的困擾來自於對元素和原子觀念的混淆。他也指出研究原子的科學家們必須要先理解關於氣態物質的性質以及給呂薩克定律的重要性。給呂薩克定律：同溫同壓下，氣體相互之間依簡單體積比進行反應，生成的氣體產物也與反應氣體的體積成簡單整數比。

當時，整個化學界深受貝采利烏斯（Jöns Jacob Berzelius）的思想影響，使得坎尼札羅的理論難以獲得廣泛認同。大多數化學家對於他所提出的有關氣態物質相似組成的理論保持懷疑，認為這與當時所接受的事實背道而馳。當時化學界所接受的解釋主要為貝采利烏斯的電化二元論（Electrochemical dualism）和在當代就鼎鼎有名的道爾頓思想。電化二元論認為原子帶電荷，化學反應是電荷相反的原子相互中和，因此，氫氣或氧氣就只能是單一原子，不可能是雙原子分子，這個理論間接說明沒有雙原子分子的存在。道爾頓也認為純元素的物質都是以單原子的形式存在。貝采利烏斯的理論雖然合理，卻隱藏一個重大的錯誤，一個我們今日輕而易舉能夠辨識的錯誤。他堅信鹽酸（氯化氫）、溴化氫、碘化氫、水和硫化氫都含有相同數目的氫，這種觀點在當時的學術氛圍中竟然得到一定程度的認同。坎尼札羅已經敏銳地看到觀念背後的盲點，他指出只需要區分原子和分子，就能調和貝采利烏斯的實驗結果，並適用於所有情況。

上述的研究都是物質在氣態狀態下進行，當時物理學家對氣態物質做出許多研究，包含1858年克勞修斯（Rudolf Clausius）提出的動力學觀點，許多研究都顯示出氣體分子之間的距離僅取決於溫度和壓力，而與它們的性質、質量和分子內的原子數量無關（Rudolf Clausius, 1858）。這一結論不僅是理解氣體物質特性的關鍵，也為給呂薩克定律的解釋提供基礎。

n 揭示元素重量背後的驚人發現

坎尼札羅深信當時科學家之間的歧見與誤解主要源於對原子與分子差異的不瞭解。為了解決這個問題，他堅持應用亞佛加厥和安培的理論，這也成為他論述的基石。他提出的第一個觀點是視氫氣為標準單位，一體積氫氣密度定為2，這樣氣體的相對密度就可以視為分子的相對質量。他開始研究物質在氣態狀態下的密度，也就是分子的相對質量來確定各種化合物，並且對其進行元素分析，如表1所示，此表僅列出原著的部分物質，而且表中的英文元素符號為本文作者所加。然而，同一物質在其不同的同素異形體狀態下，具有不同的分子量，這一點還需要進一步確認。

表1：單位體積物質的重量及其重量組成

物質名稱	單位體積物質的重量（1/2 H₂視為1）	單位體積物質的重量組成
氫原子	1	1 (H)
氫分子	2	2 (H)
氧原子	16	16 (O)
氧氣	32	32 (O)
水	18	16 (O) + 2(H)
硫原子	32	32 (S)

坎尼札羅發現，物質的組成成分之間的重量呈現整數倍數的關係，此類元素被稱為一個原子，例如：氫（H）為1、氧（O）為16、碳（C）為12，坎尼札羅將此數值或其整數倍定為物質的原子量。他更進一步指出我們可以在不知道元素分子量的情況下得到其原子量。如果我們知道碳原子質量的最大公因數為12，坎尼札羅認為「碳」不論是原子或是化合物，其原子量就是12或是12的整數倍，那麼在其為氣態揮發物質時可以推論其他原子的分子量，並列出化合物分子的表達方式，如表2所示。此表僅列出原文的部分物質。

表2：單位體積物質的元素組成及其重量組成

*H = 1、C= 12、O= 16、S= 32；有些分子組成的上標數值為原著的表示方式，與現代表示方式不同。

物質名稱	重量	元素重量組成	分子組成*
一氧化碳	28	12 (C) + 16(O)	CO
碳酸	44	12 (C) + 32(O)	CO²
硫化碳	76	12 (C) + 64(S)	CS²
乙烯	28	24 (C) + 4 (H)	C²H⁴
丙烯	42	36 (C) + 6 (H)	C³H⁶
乙醚	74	48 (C) + 10 (H) + 16(O)	C⁴H¹⁰O
氯化氫	36.5	35.5 (Cl) + 1(H)	HCl
溴化氫	81	80 (Br) + 1 (H)	HBr
碘化氫	128	127 (I) + 1 (H)	HI
乙醇	46	6 (H) + 16 (O) +24(C)	C²H⁶O
一氧化碳	28	16(O) + 12(C)	CO

坎尼札羅在此表格中揭示化合物的原子組成，但是對於化合物分子的表示方式，杜馬斯提出一個有趣的問題。在他那本經典的論文《關於原子理論的若干問題》中，杜馬斯暗示一個困擾化學家的問題—如果化合物中元素的係數與組成的氣體體積有關，那麼很多係數會是分數，可能會增加表達的複雜性

n 鹵素化合物的重新詮釋

舉例來說，針對鹵素化合物，由於我們知道它們在氣態下的密度，因此可以從氯化氫、溴化氫及碘化氫的密度得到氯、溴及碘原子的質量。然而，若要使用分子體積來表示原子的重量，則可能會遇到一些不便之處。例如：物質無法被氣化時就無法確定分子的重量，同素異形體（allotropic states）的質量也可能不同，這會使化學式的表示形式變得繁複。為了解決這些問題，坎尼札羅提出化合物分子組成用原子表示的論點。如果我們使用原子來表示分子的組成，就可以清晰地看出類似的化合物在其分子中含有相同數量的原子。

解決化合物分子的表示方式之後，坎尼札羅注意到在鹵素化合物中，運用密度從氯化汞和氯化亞汞的分子量推論到汞的原子量都是200。令人驚訝的是，這數據與現代原子量非常接近，卻與同時期科學家所接受的汞原子量為100的數值截然不同。坎尼札羅強調氯、溴及碘原子的質量都是其氣體分子的一半，分別是35.5、80及127。

為了進一步驗證汞的原子量，坎尼札羅運用另一種類似於杜龍–柏蒂定律（Dulong–Petit law）的方式，即固體的比熱〔單位：cal/(°Cg)〕乘以其原子量為一常數，可以驗證汞的原子量近於200，如表3所示。

表3：元素經過杜龍–柏蒂定律驗證結果

元素	原子量	單位質量比熱	比熱乘以原子量
固態溴	80	0.08432	6.74560
固態碘	127	0.05412	6.87324
固態汞	200	0.03241	6.48200

坎尼札羅繼續深入挖掘鉀、鈉、鋰及銀的氯化物、溴化物及碘化物的組成，這些元素彼此間只有一種化合物。首先，他大膽假設這些化合物的組成是1：1，然後通過各自的比熱，得到與之前研究的物質相同的原子量。值得一提的是，儘管缺乏具體證據，坎尼札羅認為鋰、鈉、鉀及銀等電元素的分子式分別為Li²、Na²、K²、Ag²（上標數值為原著表示方式）。也有部分金屬氯化物是二氯化物的結構，也就是說，對每個金屬都攜帶著兩個氯原子，也可用杜龍–柏蒂定律檢查組成，分子的原子數目為3，如表4所示。

表4：化合物經過杜龍–柏蒂定律驗證結果

*分子式的上標數值為原著的表示方式，與現代表示方式不同。

分子式*	分子量 M	比熱 C	MxC	MxC/n
n= 2
KCl	74.5	0.17295	12.884775	6.442387
NaCl	58.5	0.21401	12.519585	6.259792
KBr	119	0.11321	13.47318	6.73659
NaBr	103	0.13842	14.25726	7.12863
n= 3
HgCl²	271	0.06889	18.66919	6.22306
ZnCl²	134	0.13618	18.65666	6.21888
SnCl²	188.6	0.10161	19.163646	6.387882
MnCl²	126	0.14255	17.96130	5.98710

n 金屬自由基飽和能力的差異

坎尼札羅觀察到金屬原子和氯原子結合時，有的與一個氯原子結合，有的則與兩個氯原子結合。他認為分子組成上的不同是因為在化合物中各種金屬飽和能力（capacity for saturation）的不同。1個帶正電的氫原子會被1個帶負電的氯原子飽和。他以氫原子作為類比，指出在不同情況下，金屬原子相當於1個或2個氫。例如：甘汞（Hg²Cl²）的汞原子的飽和能力相當於1個氫，而在腐蝕性昇華的氯化汞（HgCl²）中，汞原子的飽和能力相當於2個氫。鉀、鈉及銀的飽和能力相當於1個氫，而鋅、鉛、鎂及鈣等的飽和能力相當於2個氫。根據這個結果，坎尼札羅更加確信貝采利烏斯的錯誤，因為電化學二元論排除同核雙原子分子的可能性。

在原子之亂多年以後，坎尼札羅在1960年國際化學大會—卡爾斯魯厄會議（Karlsruhe conference）中分享這篇文章，指出令科學界困惑的數據主要來自對於原子和分子的觀念上混淆，也明確定義原子為元素的最小單位，這讓科學界重新檢視亞佛加厥所提出的假說，解決關於決定原子質量長久的混亂局面。

n 參考文獻

Amadeo Avogadro (1811). Essay on a manner of determining the relative masses of the elementary molecules of bodies, and the proportions in which they enter into these compounds. Journal de Physique. vo1. 73, pp. 58-76. [Alembic Club Reprint No. 4]

Pasteurbrewing (2024). Jean Baptiste Dumas (1800-1884). Retrieved March 1, 2024 from https://www.pasteurbrewing.com/jean-baptiste-dumas/.

Wikipédia (2024). Loi d’Avogadro. Retrieved March 1, 2024 from https://fr.wikipedia.org/wiki/Loi_d%27Avogadro.

Rudolf Clausius (1858). On the mean lengths of the paths described by the separate molecules of gaseous bodies. The Kinetic Theory of Gases: An Anthology of Classic Papers with Historical Commentary. History of Modern Physical Sciences. vol. 1, pp. 135-147. (Originally published under the title “Ueber die mittlere Länge der Wege, welche bei Molecularbewegung gasförmigen Körper von den einzelnen Molecülen zurückgelegt werden, nebst einigen anderen Bemerkungen über die mechanischen Wärmetheorie”, Annalen der Physik, Vol. 105, pp. 239–58 (1858).

Stanislao Cannizzaro (1858). Lettera del Prof. Stanislao Cannizzaro al Prof. S. de Luca; sunto di un corso di filosofia chimica, fatto nella R. Universita’ di Genova. Nuovo Cimento, vol. 7, pp. 321-366.

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