新課綱粒子觀點教學的挑戰：國小自然科物質粒子觀點建模課程設計與教學／王秋雯

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新課綱粒子觀點教學的挑戰：​國小自然科物質粒子觀點建模課程設計與教學

王秋雯1, 2, 3

1桃園市永順國小

2桃園市國小自然領域輔導團

3國立台北教育大學  自然科學教育學系博士生
[email protected]

  • 108課綱的新考驗

    物質粒子「模型」(Particle Model of Matter, PMM)是科學的核心概念(core idea)最核心的模型之一(Merritt & Krajcik,2013)，因此108課綱將此納為此次課程改革的新變革之一。對科學教育而言，建模是學生面對未來挑戰需要的能力，模型（Model）及建模（Modeling）是科學發展的重要元素（Gilbert & Justi, 2016；邱美虹，2008），物質粒子模型對學生是個挑戰，而對國小自然教師更是嚴峻的考驗，建模為本探究教學(Modeling based learning,MBI)進行物質粒子模型教學設計(邱美虹2024)，教師跳脫以往的教學思維，在符合學生生活經驗及思考邏輯中嘗試融入原有六年級「熱」與「天氣」單元教材脈絡，藉由繪圖及文字表徵方式蒐集學生之粒子模型，觀察學生逐步建立粒子觀點模型之建模歷程，從而幫助學生接近科學家的粒子模型。

  • 課程模組設計理念

以下說明本課程模組之設計理念：

  • 學習環教學符應學生思維邏輯

　　撰寫本文時六年級尚為九年一貫課綱之舊教材，其上學期自然科教學由天氣單元開始談到熱的單元，原有課程已提供了大量巨觀現象及實驗，這兩單元適合引導學生以能量與微觀物質粒子觀點思考進行探究與解釋。針對水的不同形態在自然界呈現的各種現象～雲、雨、霧、露、霜、雪引導學生以粒子觀點思考成因，並以投入、探討、解釋、精緻化及評量五個階段進行教學(顏弘志&段曉林，2006) ，順應學生思維邏輯，自然教師無須因此增加備課負荷。

  • 建模為本探究逐步建立粒子模型

　　物質粒子模型對學生而言本就相當複雜，教材常以圖片示意，加上教師講述教學，學生對其一知半解，遑論了解模型限制及應用，建模為本教學讓教師能夠據此搭建教學鷹架，較其他探究更為適合協助學生建立物質粒子模型，為不同程度的學生撐起足夠學習空間。

  • 體驗濃縮科學發展史

教學中常覺得學生接受物質粒子觀理所當然的，真實科學教室中往往發現學生在教學過程中常持有另有模型（Merritt & Krajcik, 2013），為提供學生學習鷹架，教師由學生原有的天真科學觀點開始～連續觀，亦即物質粒子觀點的初始模型~描述型粒子觀，學習目標貼合科學家對物質世界的觀點，進化為混合型粒子觀、科學基本型、類科學型，進而希望未來達到物質粒子觀點的最終模型~科學完整型粒子觀，逐漸建立模型中的各種學習概念，或許仍有其迷思，透過不斷練習，從建立假說開始，經歷實驗驗證到學說定義的歷程，感受科學家當初建立物質粒子模型的氛圍。

  • 物質粒子觀點建模為本歷程設計探究活動架構

　　學習應從學生生活情境出發，藉由建模為本的課程鷹架協助建構學生物質粒子模型，讓學生逐步由初始模型（巨觀的連續觀）累積建立成完整的物質粒子模型，各種概念逐漸加入時，模型也逐漸清晰～「物質是由微小粒子組成」、「粒子不會變大變小」、「粒子間有真空距離」……等，發展出目標模型～微觀的粒子觀點，表1是根據此脈絡鋪陳教學內容及呈現學生在20節課過程中所展現之建模教學序列，並接續該段落之教學反思與建議。

表1 粒子概念建模課程設計內容階段

階段

節

活動內容

第一階段 建模歷程~定題及模型建立

現象觀察～颱風的成因

～粒子觀點初始模型~描述型粒子觀

 

2節

【教學鋪陳~投入】九月開學颱風連連，在外面狂風暴雨卻沒有颱風假的課堂，學生哀鴻遍野，學生思考海葵颱風到底該不該放颱風假，由放颱風假的數據，談到颱風成因，再藉由低氣壓為何產生上升氣流引發學生思考。

驅動問題：從歷次颱風發生地想想看，為何颱風發生的地點都靠近赤道？溫度高？赤道，水多？海洋，為何水會從海面到天空，再從天空降下雨來？「熱」到底在看不見的地方發生了什麼事?

【課堂表現】藉由「科學筆記」收集學生關於粒子的初始模型(描述型粒子觀)，此時學生科學筆記的繪圖表徵關於水的粒子概念初始模型多是連續、線性的，沒有粒子特質，普遍認為物質被切成較小的單位時具有相同的特質。找出天氣與熱相關的證據，多數學生藉由教師驅動問題提問後，可以得到「雲」產生是因為「溫度（熱能）」及「水」，並順此思考脈絡設計出「自製雲霧實驗」。

圖1 學生粒子觀念初始模型~描述型粒子觀，常畫出連續線條

自製雲霧露霜雪實驗~

粒子觀點模型概念收集_

描述型

2節

【教學鋪陳~探討】加入概念「物質是由微小粒子組成」，並強調概念「粒子不會變大變小」，在自製雲霧實驗（康軒版教科書六上第一單元）結束後以PhET*模擬水的三態變化，此時教師可明確的跟學生討論粒子的表徵方式（以同樣的圓圈或點表示粒子），經由教師提問讓學生可以自行補充粒子模型不足之處（一樣大小的圈圈可以代表一樣的水粒子嗎？水粒子的數量在不同型態有差異嗎？），學生的粒子模型此時大多是混合型的（同時使用粒子觀跟描述性的觀念解釋和描述現象，圖2。

【課堂表現】學生利用「自製雲霧實驗」觀察，特別針對雲到底是小水滴與水蒸氣產生討論，再次澄清水蒸氣與小水滴巨觀現象的不同。在鋼杯中放入冰水後，鋼杯外形成露水，接著加入冰塊鹽巴，鋼杯外產生的霜，思考同樣是水，水、水蒸氣跟冰相異之處（因為溫度不同造成形態不同），溫度造成水產生三態變化，遇冷會凝結凝固，遇熱會蒸發融化。而讓學生試著利用剛建立的描述型的粒子模型想像大自然界中露霜形成，並解釋為何鋼杯裝了冰水或冰水加鹽巴其杯壁外面會有小水滴凝結或霜凝固。

圖2解釋水的三態變化時混和型有時用連續觀解釋液態，以粒子觀解釋氣態

【教學反思與建議】此時學生粒子模型大多為混合型，即使他們認識到不同物質具有不同的特性，他們對液態水的解釋仍停留在連續觀層面，氣態水則用粒子觀解釋(圖2)，由表徵中的固態冰及液態水的粒子間距離相同，甚至發現即使看完動畫模擬，不同形態的粒子間距離沒有改變，可見課本的呈現如果只是靜態的圖片，確實難以讓學生理解，學生無法認知肉眼不可見的「氣體」，很多學生普遍存在同一種物質的三態改變是「三種物質」的思維（Johnson & Papageorgiou, 2010）。對於肉眼可見的固態及液態現象溫度變化後形態改變的理解較為容易，先讓學生意識到冰和水屬於同一種粒子，固-液之間的型態變化順利學習遷移到固-液-氣之間。後續亦可透過「雨滴是圓的扁的」（中央氣象署數位科普網，2016）繼續深入跟學生討論科學的好奇需要科學資料驗證的重要性。

天氣現象討論～氣團與鋒面_混合型

3節

【教學鋪陳~探討】強調重要概念，其一為「瓶內的水粒子數量並沒有改變」，其二為「粒子會振動，越熱振動越大」，引導學生由特定區域的「氣象」嘗試解釋影響更廣更遠的「氣候」，此時學生沒有氣態的巨觀觀察經驗，是以無法理解氣態之體積變化與形狀改變，須由教師鋪陳學習情境鷹架，讓學生有共同討論機會，在加熱裝有熱水且套著氣球的錐形瓶時氣球膨脹實驗，再次利用PhET*介紹科學家的粒子模型給學生，並引導學生兩點粒子重要概念，其一為「瓶內的水粒子數量並沒有改變」，其二為「粒子會振動，越熱振動越大」，接著討論讓冷熱兩種溫度的水分別代表赤道及極地海洋，讓學生將手放在上方，實際模擬當不同氣團發源地產生氣團性質不同時，空氣中的水蒸氣粒子有相似的性質，也據此討論為何冷暖氣團交界鋒面容易下雨的成因。

*https://phet.colorado.edu/sims/html/states-of-matter-basics/latest/states-of-matter-basics_zh_TW.html

【課堂表現】學生開始設計氣體的熱對流實驗並實際執行，過程中觀察氣體受熱後，熱升冷降的變化，這個階段部分學生提到受熱後不同形態間粒子間的距離不一樣，另有部分學生產生當粒子距離變大時，粒子本身體積會變大的粒子模型(錯誤概念)，學生將此時的粒子概念模型以繪圖表徵記錄在科學筆記上，學生此時亦可以試著用粒子觀點解釋各種天氣現象成因。

圖3 學生混合型粒子模型，已經有粒子間的距離會因為形態或溫度而改變，同時有不同型態下粒子數量不一樣的迷思概念

【教學反思與建議】此時學生沒有物質守恆觀念，所以可以透過教師提問，讓學生看出不同型態間粒子的數量不變，雖然繪圖表徵無法呈現粒子振動的性質，但學生口語上近半能說明：「粒子不斷動來動去」，或許未來可以透過各種現象討論強化粒子振動。另外，由於巨觀現象中冰的體積較水大，所以學生會有固態粒子間距較液態粒子間距大的迷思概念。

第二階段 建模歷程~模型解釋(透過探索、實驗以模型進行解釋)

設立「熱」的假說

0.5節

【教學鋪陳~解釋】「為什麼氣團會有熱升冷降的現象？」、「氣團受熱後為什麼會發生這些變化？」、「到底什麼是熱？」，讓學生試著對以為自己了解卻發現自己不懂的「熱」，以科學家角度為其設立假說，

圖4 學生根據自己平日的現象觀察試著討論關於熱的假說，逐漸透過實驗現象驗證後逐步說明原因刪除自己覺得不適合的假說

【教學反思與建議】假說希望學生能有其現象支持論點，接著，讓其他同學試著用論證方式刪除不合科學事實的假說，還沒刪除的假說課程中會一直留在黑板上，直到剩下2至3個假說因學生現象觀察經驗不足而無法刪除，讓學生體驗科學家熱質說與熱粒說論證經驗。

物質受熱後的變化

  • 可恢復
  • 不可恢復

~科學基本型

1.5節

【教學鋪陳~解釋】強調重要概念「粒子間存有距離並不斷運動」，藉由觀察受熱後可恢復的變化（巧克力、奶油、養樂多冰沙、蠟燭）和不可恢復的變化（火鍋蛋肉青菜、爆米花、棉花糖），之後針對其中可恢復的變化（物質三態變化）思考物質粒子受熱後為何會產生氣態(體積大，形狀容易改變)、液態（體積小，形狀容易改變）及固態（體積小，形狀不容易改變）這些現象。

【課堂表現】學生試著用已知的粒子觀點解釋為何水的三態會有體積變化並繪製在科學筆記上，此時學生的粒子模型逐漸接近科學基本型粒子模型，粒子間存有距離並不斷運動，解釋不同型態之間的距離差異仍有困難。

圖5 學生未固定粒子數量

【教學反思與建議】學生須經過教師提醒，才會有固定的粒子大小，未注意粒子數量，也能討論形態改變間的粒子間的距離變化，而粒子間不斷振動這個部分則不容易理解，此時學生需要更多實驗支持學生建立更貼近科學家的物質粒子模型。

熱的傳播方式_傳導、對流及輻射_類科學型

3節

【教學鋪陳~精緻化】加入概念「粒子受到熱的能量後，振動增加」，設計實驗驗證自己對熱傳播方向及熱在不同物質間傳播的速度有什麼不同的預測。傳導～學生觀察蠟油在鋁箔盒上的傳播，可以看到熱有傳播方向（高溫到低溫）及在金屬與非金屬的傳播速度不同。對流～之前的氣團熱升冷降實驗讓學生有舊經驗，足以讓學生可以推論到液體的熱對流也會熱升冷降，而輻射更可以產生認知衝突，讓學生以科學家的粒子模型思考「沒有空氣粒子要怎麼傳播能量呢？」，教師再次強調當粒子受到熱的能量後，振動會變多。

【課堂表現】學生以粒子觀點說明，因振動多造成粒子間距離拉大，此時學生容易產生另有概念，會用「輕」、「容易飄」這些詞形容，需要在之後的教學設計中釐清學生錯誤認知，經過討論後，學生具備粒子數量必須保持一樣（物質守恆）的概念。

圖6 學生以巨觀解釋微觀~認為熱的粒子輕，冷的粒子重

第三階段 建模歷程~模型效化、測試/應用

物質受熱後體積的變化~熱脹冷縮_類科學型

6節

【教學鋪陳~精緻化】加入概念「不同型態的粒子，溫度越高，粒子間距離越大」，觀察固體（銅球銅環）、液體（液體溫度計）及氣體（自動吹氣裝置、尿尿小童、茶包天燈、跳舞瓶蓋）及日常生活中需要顧慮到安全問題的熱脹冷縮現象（橋梁的伸縮縫、懸垂的電線等），如學生能順利建構受熱後變化之粒子模型，可增加討論如改加熱銅環，其中空洞到底變大還是變小?

【課堂表現】學生以類科學型粒子觀點討論受熱後為什麼物質體積會變大，試著根據現象解釋，如果熱源將熱能傳給粒子，粒子間的距離就會變大，體積因此變大，但沒有粒子間是真空的概念。

圖7 根據左圖及課堂討論發現學生認知到受熱後不斷振動造成距離變大，右圖則認為受熱後粒子本身膨脹而非距離增加(巨觀觀點)

【教學反思與建議】學生知道物質是由微小到看不到的粒子組成，多數學生也能夠在課堂上說：「粒子變熱之後凍得更厲害，所以距離比較遠」，大多數學生的粒子模型已十分接近科學家基本型(極少數學生固著的有受熱後粒子會膨脹的另有概念，亦即停留在混合型的粒子觀)，此時透過再次觀看模擬，提醒學生「重量沒有變輕」、「粒子不會變大變小」、「不同型態的粒子數量不變」可以幫助學生更完整自己的粒子模型，現象觀察讓學生能了解物體溫度跟粒子動能的關係。

確立「熱」的假說

1節

【課堂表現】教師協助學生根據曾做過的實驗及所建立的粒子模型協助思考，確立熱的假說，明白假說可依所收集到的證據被修正或推翻。

圖8 學生共同討論後根據所觀察到的現象刪除不盡理想的假說

【教師反思與建議】多次教學發現學生通常會剩下至少兩種假說，一種是熱(溫度，常見的迷思概念），另一種則是熱(能量)，學生順利自我建立能量的初始模型，並能依此解釋能量對粒子運動及距離改變的影響。

驗證熱的傳播_類科學型

1節

【教學鋪陳~評量】雪人穿衣服後會融化嗎?

    教師用「雪人穿衣服後到底會不會融化?」的議題提供學生思考挑戰，學生分成兩派討論，並以自身熱與粒子模型的觀點進行辯證，很明顯的，有些學生的另有概念因此浮現而可以得到釐清機會，接著教師將冰棒發給各組學生，讓學生根據理論研究如何不要讓冰棒融化。

圖9 學生針對自己的假設進行實驗驗證後上台說明

氣體體積的變化性_類科學型

1節

【課後延伸思考】課程結束後，其實學生的粒子模型已經接近課綱的目標要求，也很接近科學家的粒子模型，但仍有部分未盡完整。例如：學生對於「氣體具有體積改變性」在課程鋪陳中是沒有帶到的，也非國小應教學內容，當建模為本的學習活動在課程結束，學生的思考繼續發生，有孩子問到:「溫度計管柱上方的空氣當酒精受熱膨脹後，上方空間減少，原來的氣體到底發生了什麼事?」這時，其他學生也用已經建立的粒子觀點思考，如果粒子間的距離是可以改變，對於「氣體具有壓縮性」就有了較合理的解釋。

  • 結語與建議
  • 尊重科學教室裡的「不同步」

　　課程中常以靜態圖片展示粒子模型，對於學生建立粒子觀相對困難，是以藉由課程中原本安排的巨觀現象、實驗觀察及虛擬微觀粒子模型動畫，協助學生建構符合課綱要求微觀現象之粒子模型，其過程關注學生模型演進，由學科探究到模型／建模為本探究，容許學生以不同的學習順序，產生個別獨特性的建模歷程，當教學時程延長，教學範圍不限於單一主題時，學生的思考就不被侷限，教學後，有學生提到氣壓也是因為粒子間的距離不一樣而產生差異，能回應天氣單元中，高氣壓的空氣粒子距離比較小，低氣壓的空氣粒子距離比較大，發現學生順利將自己建立的粒子模型應用在另一情境中，佐證學生建模能力除對粒子模型學習的重要外，更能適當學習遷移至其他單元。

  • 搭設有序學習鷹架，利用關鍵問句提示思考

　　教學歷程應重視學生原有認知基礎，教師鋪陳有序的鷹架，讓學生在使用原有模型解釋探索現象觀察實驗中，由描述型、混合型、科學基本型、類科學型，希望未來達到科學完整型，為協助學生建立粒子模型，教師在教學過程中提供重要關鍵問句，協助學生豐富原有粒子模型是必要的，教師不斷提醒學生關注重要概念~「不同型態間粒子大小、數量是否一樣?」、「形態改變間的粒子間的距離變化」、「粒子不斷振動」，透過關鍵問句提醒反覆的思考，讓學生在不同情境下評鑑、效化及應用粒子模型。

三、透過繪圖表徵及課堂討論，看見學生內在模型　　

    藉由課堂討論及科學筆記外，亦可在原有的實驗單中增加「以粒子觀點思考」的欄位，讓師生都能「看見」學生內在粒子模型，階段性課程設計反覆檢視學生模型之發展情形，在學生模型概念有缺漏時，增加其現象實驗觀察及認知衝突機會，以完整其粒子模型概念。

    建模為本粒子模型探究歷程搭建階段性建模鷹架，教師以關鍵性問句邀請學生有意識地在每個階段教學或實驗觀察時以原有的粒子模型思考，檢視內在粒子模型概念，補不足模型概念、移除錯誤模型，理解模型侷限，期望學生從初始模型（巨觀現象的連續觀_描述型粒子觀）建立完整且未來可供應用之目標模型（微觀現象的粒子觀_科學完整型粒子觀）。

  • 參考文獻

中央氣象署數位科普網（2016年7月28日）。雨滴是圓的扁的。檢索日期：2024年1月26日。取自https://edu.cwa.gov.tw/PopularScience/index.php/video/observation/310-%E9%9B%A8%E6%BB%B4%E6%98%AF%E5%9C%93%E7%9A%84%E6%89%81%E7%9A%84

邱美虹（2008）。模型與建模能力之理論架構。科學教育月刊，306，2-9。

顏弘志、段曉林（2006）。建構主義取向教學的實踐-一位國小自然科教師信念、教學實務的改變。科學教育學刊，14(5)，571-595。

邱美虹(2024)。科學建模研究與教學實踐，載於邱美虹主編，科學探究與實作之理念與實踐(頁41-74)，臺師大出版中心.

Gilbert, J. K., & Justi, R. (2016). Modelling-based teaching in science education (pp. 171-192). Basel, Switzerland: Springer international publishing.

Johnson, P., & Papageorgiou, G. (2010). Rethinking the introduction of particle theory: A substance‐based framework. Journal of Research in Science Teaching: The Official Journal of the National Association for Research in Science Teaching, 47(2), 130-150.

Merritt, J., & Krajcik, J. (2013). Learning progression developed to support students in building a particle model of matter. Concepts of matter in science education. (pp. 11-45). Dordrecht: Springer Netherlands.

不飽和鍵結的教師示範與學生實作／張佑丞、楊水平

星期一 , 3, 6 月 2024 編輯助理 化學實驗室, 未分類, 第五十六期/2024年6月 在〈不飽和鍵結的教師示範與學生實作／張佑丞、楊水平〉中留言功能已關閉

不飽和鍵結的教師示範與學生實作

張佑丞1、楊水平2,*

1國立彰化師範大學化學系（當時大學生）

2國立彰化師範大學化學系

*[email protected]

  • 簡介

關於化合物不飽和鍵結的學習內容，在十二年國教自然科學領域的普通型高中課綱中編列在化學科加深加廣選修課程，納入在「有機化學與應用科技課程名稱」，主題為「物質的反應、平衡及製造（J）」，次主題為「有機化合物的性質、製備及反應（Jf）」。此次主題列出與不飽和鍵結有關的條目有二：(1) CJf-Va-2 有機化合物組成。有機化合物的命名、結構及官能基的檢驗與其用途—烴、鹵化烴、醇、酚、醚、酮、醛、有機酸、酯、胺及醯胺；以及(2) CJf-Va-3 常見有機化合物的重要反應。在其學習內容說明方面，CJf-Va-2有二說明：(1) 2-3 示範實驗：常見官能基的檢驗；和(2) 2-4 實驗：醇、醛及酮的性質。而CJf-Va-3有一說明：3-3 苯：僅用示範實驗介紹芳香族與烯類（C=C）的差異（教育部，2018）。

關於化合物不飽和鍵結的實驗，在四家出版社的選修化學教科書中均以示範實驗呈現。其一為「示範實驗：芳香族與烯的差異」，甲苯與環己烯二者的物理和化學性質的異同（葉名倉等，2023）；其二為「示範實驗：常見官能基的檢驗」，以電石製備乙炔，並利用溴水與過錳酸鉀水溶液檢驗烴類的性質（蔡易州等，2023）；其三為「示範實驗：常見官能基的檢驗」，以電石製備乙炔，檢測飽和烴和不飽和烴的性質（張一知等，2023）；其四為「演示實驗：常見官能基的檢驗」，以碘酒分別與環己烯及甲苯反應，僅環己烯可使碘酒溶液褪色（張煥宗等，2023）。在檢驗試劑方面，前三者使用溴水，後一者使用碘酒。

溴水保存期限通常約為半年，褪色後就失去其效用；由出版社提供的影片觀看，使用碘酒的褪色效果短時間不明顯。為克服溴水保存不易的問題，本文設計在使用溴水之前幾週才配製，且依照實際使用量的多寡來配製溴水的體積。為增加示範不飽和鍵結加成反應的精彩度，本文設計在量氣管（或滴定管）裝入溴水和番茄汁，搖晃促使均勻混合，過程中可出現如彩虹般的管柱。本文也規劃學生檢驗不飽和鍵結的實驗，檢驗樣品有日常物品和實驗室藥品，強化與生活的連結，增加親自動手做的機會。

  • 教師示範：示範不飽和鍵結

  • 器材與藥品
    • 器材：錐形瓶（250 mL，附血清塞或矽膠塞） 3個、燒杯（100 mL） 4個、PE滴管（3 mL） 2支、量氣管（50 mL，長度約63 cm，內徑12 mm）或滴定管（附矽膠塞） 1支、漏斗（直徑約9 cm） 1支、電子天平（或簡易天平） 1台、稱量紙 1張、果汁機 1台。
    • 藥品：溴化鈉（Sodium bromide, NaBr） 約0 g、漂白水（含次氯酸鈉溶液） 約50 mL、濃鹽酸（Conc. hydrochloric acid, 12 M） 約3.5 mL、藥用酒精（95% Ethanol） 約10 mL。
    • 材料：牛番茄 1顆、紅蘿蔔 1根。
  • 製備溴水
    • 1. 取得製備溴水的器材和藥品，如圖1所示。

圖1：製備溴水的器材和藥品

    • 2. 在抽風櫃中，在一個錐形瓶中放入約0 g的溴化鈉。用燒杯量取約50 mL的漂白水，加到錐形瓶中。搖晃錐形瓶，促使固體溶解。此時瓶內的溶液由透明無色轉成淡黃色，如圖2所示。

圖2：漂白水加到溴化鈉中，搖晃後溶液呈現淡黃色。

    • 3. 在抽風櫃中，在錐形瓶中滴加約70滴（約5 mL）的濃鹽酸（12 M），蓋上血清塞。搖晃後溶液轉成橘紅色，同時產生橘紅色氣體，如圖3所示。

圖3：滴加濃鹽酸後上層溶液轉成橘紅色（左），搖晃後產生橘紅色氣體（右）。

    • 4. 在抽風櫃中，沿著錐形瓶內壁，加入約100至200滴（約5至10 mL）的藥用酒精，以洗下並降低溴氣體的揮發。蓋上血清塞，靜置一段時間後，可觀察到橘紅色的溴氣慢慢地褪去。錐形瓶內的水溶液即為溴水，如圖4所示。

圖4：滴加藥用酒精後橘紅色溴氣體慢慢地褪去

  • 製備紅番茄汁和紅蘿蔔汁
  • 製備紅番茄汁
    • 1. 在果汁機中，放入一顆牛番茄（蒂頭要先去除），加入約80 mL的蒸餾水，攪碎打成泥漿狀，如圖5所示。

圖5：牛番茄加水攪碎打成泥漿狀

    • 2. 倒出泥漿狀的番茄汁在一個錐形瓶中，並用血清塞套住錐形瓶的開口。得到橘紅色的番茄汁，如圖6所示。

圖6：製得橘紅色的番茄汁

  • 製備紅蘿蔔汁
    • 1. 取得一條紅蘿蔔（長約30至40 cm），用刀子切成2半或小塊狀，放入果汁機中，並加入約100至150 mL的蒸餾水，攪碎打成泥漿狀，如圖7所示。

圖7：紅蘿蔔加水攪碎成泥漿狀

    • 2. 倒入泥漿狀的紅蘿蔔汁在一個錐形瓶中，並用血清塞套住瓶口。得到橘色的紅蘿蔔汁，如圖8左所示。番茄汁和紅蘿蔔汁的外觀顏色，如圖8右所示。

圖8：橘色的紅蘿蔔汁（左）；番茄汁和紅蘿蔔汁的外觀顏色，番茄汁的顏色較紅（右）。

  • 示範影片

影片網址：番茄汁彩虹管—不飽和鍵結的加成反應，https://youtu.be/NagNr2nHdh0。

  • 示範過程
  • 示範番茄汁彩虹變色
    • 1. 在示範桌上，放置「示範番茄汁彩虹變色」所需的器材和藥品，如圖9所示。

圖9：準備「示範番茄汁彩虹變色」所需的器材和藥品

    • 2. 直立一支50 mL的量氣管（或滴定管）在示範桌上，在其開口處放置一支漏斗，先倒入約15 mL的溴水（新鮮製備為佳），再加入約30 mL的番茄汁，如圖10所示。

圖10：在量氣管中，先倒入溴水（左）後倒入番茄汁（右）。

    • 3. 觀察量氣管內的溴水與番茄汁接觸處的顏色變化，如圖11所示。

圖11：溴水與番茄汁接觸處的顏色變化

    • 4. 用矽膠塞，塞緊管口。用一隻手握住量氣管，且用其大拇指按住矽膠塞。以左右和上下傾斜方式搖晃量氣管，促使溴水溶液與番茄汁之間混合，觀察管內溶液的顏色變化，如圖12所示。

圖12：以左右和上下傾斜方式搖晃量氣管，促使溴水與番茄汁溶液混合，觀察顏色變化。

  • 示範紅蘿蔔汁變色
    • 1. 在示範桌上，放置「示範紅蘿蔔汁變色」所需的器材和藥品，如圖13所示。

圖13：準備「示範紅蘿蔔汁變色」所需的器材和藥品

    • 2. 直立一支50 mL的量氣管（或滴定管）在示範桌上，在其開口處放置一支漏斗，先倒入約15 mL的溴水（新鮮製備為佳），再加入約30 mL的紅蘿蔔汁，如圖14所示。

圖14：在量氣管中，先倒入溴水（左）後倒入紅蘿蔔汁（右）。

    • 3. 觀察量氣管內的溴水與紅蘿蔔汁接觸處的顏色變化，如圖15所示。

圖15：溴水與紅蘿蔔汁接觸處的顏色變化

    • 4. 用矽膠塞，塞緊管口。用一隻手握住量氣管，並且用其大拇指按住矽膠塞。以左右和上下傾斜方式搖晃量氣管，促使溴水與紅蘿蔔汁之間混合，如圖16所示。學生觀察管內溶液的顏色變化。

圖16：以左右和上下傾斜方式搖晃量氣管，促使兩溶液混合，觀察顏色變化。

  • 學生實作：檢驗不飽和鍵結

  • 器材與藥品
    • 器材：錐形瓶（250 mL，附血清塞或矽膠塞） 4個/組、錐形瓶（125 mL，附血清塞或矽膠塞） 2個/組、燒杯（100 mL） 1個/組、樣品瓶（20 mL以上） 5個/組、試管（容量約10 mL，附橡皮塞或矽膠塞） 12支/組、試管架 1座/組、PE滴管（3 mL） 12支/組、小刀（刮肥皂成屑） 1支。
    • 藥品：肥皂 1小塊/組、大豆沙拉油（或其他植物油） 2 mL/組、蒸餾水 少量/組、正己烷（n-Hexane） 1 mL/組、苯乙烯（styrene） 1 mL/組、α-萜品烯（或稱α-松油烯，α-Terpinene） 1 mL/組、p-二甲苯（p-Xylene） 1 mL/組、藥用酒精（95% Ethanol） 2 mL/組。
    • 溴水：製備過程如上所述，以新鮮製備為佳，每組用量約12 mL。
    • 製備日常用品溶液
      • 1. 紅番茄汁：製備過程如上所述，每組用量約2 mL。
      • 2. 紅蘿蔔汁：製備過程如上所述，每組用量約2 mL。
      • 3. 肥皂水：用小刀，刮下肥皂成為薄片狀或細粉狀在小燒杯中，加入適量的蒸餾水，攪拌促使快速溶解。使用高濃度肥皂水為佳，每組用量約2 mL。
      • 4. 大豆沙拉油酒精溶液：大豆沙拉油與藥用酒精的體積以1：1混合，並攪拌均勻，每組用量約2 mL。
  • 檢驗步驟
  • 檢驗日常物品的不飽和鍵結
    • 1. 取得裝在容器內的溴水和五種液體狀的日常物品（番茄汁、紅蘿蔔汁、大豆沙拉油酒精溶液、肥皂水、及蒸餾水），如圖13後排所示。在各容器旁分別放置1支PE滴管。在試管架上，放置6支試管（附橡膠塞或矽膠塞），如圖17前排所示。

圖17：準備檢驗日常物品的器材和藥品

    • 2. 取出試管架上的橡膠塞，放置在架前的桌上，方便後續的操作，如圖18左所示。用PE滴管，分別在6支試管中加入1 mL的溴水，如圖18右所示。

圖18：取下試管架上的橡膠塞（左），在各試管中加入溴水（右）。

    • 3. 用PE滴管，在第2至6支試管中，分別加入約1 mL的紅番茄汁、紅蘿蔔汁、大豆沙拉油酒精溶液、肥皂水及蒸餾水，如圖19左上的所示。用橡膠塞蓋緊管口，以傾斜方式搖晃各試管內的溶液。觀察各試管內的溶液隨時間的顏色變化，依序為圖19右上、左下及右下所示。

圖19：加入待測樣品後，觀察各試管內的溶液隨時間的顏色變化。

    • 4. 用PE滴管，在第2至6支試管中，再次地分別加入約1 mL的紅番茄汁、紅蘿蔔汁、大豆沙拉油酒精溶液、肥皂水及蒸餾水，如圖20左所示。在不搖晃的情況下，觀察各試管內的溶液隨時間的顏色變化，如圖20右所示。

圖20：再次地加入待測樣品（左），在不搖晃下，觀察溶液隨時間的顏色變化（右）。

    • 5. 用蓋緊橡膠塞各試管的管口，以傾斜方式搖晃管內的溶液。觀察混合溶液的顏色變化，如圖21所示。

圖21：在搖晃下，觀察混合溶液的顏色變化。

  • 檢驗實驗室藥品的不飽和鍵結
    • 1. 取得裝在容器內溴水和五種液體狀的實驗室藥品（正己烷、苯乙烯、α-萜品烯、p-二甲苯及藥用酒精），並在各容器旁分別放置1支PE滴管，如圖22左所示。在一座試管架上，放置6支試管（附橡膠塞），如圖22右所示。

圖22：準備檢驗實驗室藥品的藥品（左）和器材（右）

    • 2. 取下各試管的矽膠塞（或橡膠塞），放置在架前的桌上，方便後續操作。用PE滴管，分別在6支試管中加入1 mL的溴水，如圖23左所示。用PE滴管，在第2至6支試管中，分別加入1 mL的正己烷、苯乙烯、α-萜品烯、間-二甲苯及藥用酒精，如圖23右所示。

圖23：在各試管中加入溴水（左），在第2至6支試管中加入待測樣品（右）。

    • 3. 用矽膠塞蓋緊試管口，如圖24左所示。以傾斜方式搖晃各試管，促使管內的溶液加速反應，觀察混合溶液的顏色變化，如圖24右所示。

圖24：用矽膠塞蓋緊試管口（左），搖晃各試管並觀察管內溶液的顏色變化（右）。

  • 實驗原理

  • 配製溴水所涉及的反應與其性質
  • 配製溴水所涉及的反應

通常配製溴水（Bromine water）有兩種方法：(1)液態溴加到水中；(2)依序混合漂白水、溴化鈉及鹽酸（Flinn Scientific, 2024）（附記：本實驗配製溴水的藥品用量和濃度與此參考文獻不同）。使用第二種方法配製溴水，涉及兩項化學反應。第一反應為漂白水（含次氯酸鈉溶液，NaClO）與溴化鈉（NaBr）進行氧化還原反應。研究指出：透過紫外光譜分析，在漂白水中加入溴化鈉後，最大吸收從293 nm移動到330 nm，這表明這反應生成次溴酸鈉（NaBrO）（Watanabe, 1999），如式[1]所示。

NaClO(aq) + NaBr(aq) → NaCl(aq) + NaBrO(aq)    [1]

然而，在漂白水中加入溴化鈉後，溶液由原本透明無色逐漸轉變成淡黃色。這反應可能是式[1]中的鹽類產物溶於水，使得次氯酸鈉發生低程度的逆反應而產生氯分子，如式[2]所示；接著，氯分子與溴離子發生反應生成溴分子，如式[3]所示。低濃度的溴水呈淡黃色。

NaCl(aq) + NaClO(aq) + H2O(l) → 2 NaOH(aq) + Cl2(aq)    [2]

2NaBr(aq) + Cl2(aq) → 2NaCl(aq) + Br2(aq)    [3]

第二反應是加鹽酸到鹼性的漂白水中，因進行酸鹼中和反應而降低水溶液的鹼性，迫使次氯酸鈉發生高程度的逆反應而產生氯分子，如式[2]所示。接著，多量的氯分子與溴離子發生反應生成多量的溴分子，如式[3]所示。高濃度的溴水呈橘紅色。

配製溴水溶液的全反應，亦即依序混合漂白水、溴化鈉與酸鹼的全反應，如式[4]所示。

2NaBr(aq) + NaOCl(aq) + 2HCl(aq) → 3NaCl(aq) + Br2(aq) + H2O(l)    [4]

  • 溴分子與溴水的性質

溴是一種化學元素（Br），其性質介於氯和碘之間。溴是極易揮發的液體，有尖銳而刺鼻的氣味。元素溴具有高氧化性，能迅速溶解在碳酸鈉或氫氧化鈉的溶液中並褪色，在自然界中以化合物存在，而不以游離元素的形式存在。溴分子微溶於水（在25℃，約3.41 g/100 mL），溴分子在水中會進行分解反應生成溴化氫（HBr）與次溴酸（HOBr），如式[5]所示，此溶液即為溴水，呈橙紅色；可溶於酒精（在25℃，約21 g/100 mL）。（Wikipedia, 2024a；維基百科，2024；ChatGTP, 2024a & 2024b）

Br2(aq) + H2O(l) → HOBr(aq) + HBr(aq)    [5]

  • 紅番茄和紅蘿蔔的成分與其顏色
  • 紅番茄和紅蘿蔔的成分

番茄的紅色主要成分是它含有類胡蘿蔔素的茄紅素（lycopene），它是一種四萜烯（tetraterpene），有8個異戊二烯單元，其分子結構式如圖25所示。在食物中，紅番茄、紅西瓜、葡萄柚、木瓜等富含茄紅素。

圖25：茄紅素的分子結構式

（圖片來源：Licopene. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Licopene.jpg.）

紅蘿蔔汁的主要成分是它含有類胡蘿蔔素的β-胡蘿蔔素（β-carotene），它也是一種四萜烯（tetraterpene），有8個異戊二烯單元，其分子結構式如圖26所示。在食物中，胡蘿蔔、南瓜、菠菜、地瓜等含量豐富。

圖26：β-胡蘿蔔素的分子結構式

（圖片來源：β-Carotene. https://en.wikipedia.org/wiki/%CE%92-Carotene.）

  • 茄紅素和β-胡蘿蔔素的吸收光譜

茄紅素和β-胡蘿蔔素的吸收光譜，如圖27所示。在吸收光譜圖的下方展現可見光範圍的吸收波長及其對應的色光。茄紅素和β-胡蘿蔔素在可見光區域都有三根吸收波峰，茄紅素最大吸收波長在471 nm，吸收綠光（偏向綠黃光），而β-胡蘿蔔素的最大吸收波長在450 nm，吸收綠光（偏向藍綠光）。

圖27：茄紅素和β-胡蘿蔔素的吸收光譜

（圖片來源：Lycopenem, https://www.chm.bris.ac.uk/motm/lycopene/lycopeneh.htm.）

  • 紅番茄汁和紅蘿蔔汁的變色原理
  • 分子的共軛系統與顏色

這示範實驗可用分子的共軛系統（conjugated systems）與顏色之間的關係來說明。由於茄紅素的共軛系統長度（見圖25），導致可見光譜的綠黃光區域的吸收，並賦予它獨特的紅橙色。若雙鍵被溴分子反應並除去，共軛系統長度會縮短，吸收波長會變小，吸收光譜會轉移到紫外線區域，導致化合物變成無色（MacBeath, etc. 1986）。亦即，當共軛系統與溴分子逐漸反應時，在圖27中的最大吸收波長與其對應的色光會逐漸往左移動。

當示範過程中，在反應的初始階段，可觀察到藍色層，這是因為茄紅素與溴分子之間開始發生反應的結果，茄紅素由原本的橙紅轉成綠色再轉成藍色。在反應的後面階段，可觀察到黃色層，這是因為茄紅素由藍色轉成透明無色，剩下過量的且低濃度的溴水而呈現黃色。在反應的中途階段，可觀察到綠色層，這是因為藍色層和黃色層混合的結果。在整個示範過程中，可觀察到有如彩虹般的顏色：橙紅色、黃色、綠色、藍色、藍色及靛色。

  • 鹵素對不飽和雙鍵的加成反應

鹵素對不飽和鍵結的加成反應是鹵素分子加成到烯烴官能基的碳-碳雙鍵或三鍵上。烯烴溴化的反應機制有二步驟：在第一步驟中，溴分子接近富含電子的烯烴碳-碳雙鍵。因為溴的電子被雙鍵的電子排斥，使得靠近該雙鍵的溴原子帶有部分正電荷。此時該溴原子具有親電性，並受到烯烴碳-碳雙鍵的π電子的攻擊。此時兩個碳原子形成單一σ鍵而形成三元環，溴離子獲得正電荷，其反應如式[6]左側所示。在第二步驟中，當第一個溴原子攻擊碳-碳π鍵時，第二個溴原子得到電子而形成帶負電的溴陰離子，並被碳原子上的部分正電荷所吸引。當溴陰離子攻擊第一個碳並與其形成鍵結時，第一個溴原子與第一個碳原子之間的鍵結斷裂並與第二個碳原子形成σ鍵，使得每個碳原子都帶有溴原子取代基，其反應如式[6]右側所示。（Wikipedia, 2024b）

[6]

（圖片來源：Alkene-bromine-addition-2D-skeletal. https://en.m.wikipedia.org/wiki/File:Alkene-bromine-addition-2D-skeletal.png.）

  • 學生實作：物質的不飽和鍵結

三酸甘油酯是動物脂和植物油的主要成分，它是由三分子的脂肪酸與一分子的甘油反應而得。三分子脂肪酸的組合可為：(1)三分子的飽和脂肪酸、(2)二分子的飽和脂肪酸加上一分子的不飽和脂肪酸、(3)一分子的飽和脂肪酸加上二分子的不飽和脂肪酸、或(4)三分子的不飽和脂肪酸。例如：含有二分子不飽和脂肪的三酸甘油酯（C55H98O6），如圖28所示。圖的左半部：甘油；右側部分：由上至下是棕櫚酸（16個C）、油酸（18個C）、α-亞麻油酸（18個C）。

圖28：含有二分子不飽和脂肪的三酸甘油酯（C55H98O6）

（圖片來源：Triglyceride. https://en.wikipedia.org/wiki/Triglyceride.）

肥皂是一種脂肪酸鹽，由三酸甘油酯與強鹼（如氫氧化鈉或氫氧化鉀）發生皂化反應，生成甘油和脂肪酸鹽（肥皂），其反應如式[7]所示。在此式中的R1, R3, R3，可能為飽和或不飽和雙鍵的烴類。

[7]

（圖片來源：Saponification value. https://en.wikipedia.org/wiki/Saponification_value.）

正己烷（n-hexane）是一種含有六個碳原子的直鏈烷烴，分子式為C6H14，其結構式如圖29左一所示。它主要透過原油精煉獲得。正己烷是一種無色液體，純淨時無味，沸點約69℃，密度為0.661 g/mL。它被廣泛用作非極性有機溶劑（Wikipedia, 2024c）。

苯乙烯（Styrene）是一種含有一雙鍵的烯烴，分子式為C6H5CH=CH2。其結構是由乙烯基作為苯上的取代基所組成，如圖29左二所示。苯乙烯是一種無色油狀液體，沸點約145℃，密度為0.909 g/mL。它很容易蒸發並具有甜味，但高濃度時氣味不好聞。有些植物和食物（如肉桂、咖啡豆、香脂樹和花生）中存在少量的苯乙烯。乙烯基使得它本身能夠聚合，商業上重要的產品包括聚苯乙烯（polystyrene, PS）等（Wikipedia, 2024d）。溴分子與苯乙烯能進行加成反應，而使溴分子的橙紅色變為無色。

萜品烯（Terpinene），中文亦稱松油烯，是一組含有二雙鍵的烯烴，常見有四種異構物，分為α-, β-, γ-, δ-萜品烯，其中α結構式如圖29左三所示，沸點約174-175℃，密度為0.838 g/mL。α-松油烯可從荳蔻油、馬鬱蘭油以及其他天然來源中分離出來，具有香料和調味特性（Wikipedia, 2024e）。溴分子與萜品烯能進行加成反應，而使溴分子的橙紅色變為無色。

二甲苯（xylene）是一種含有三個非定域化的π鍵芳香族化合物，分子式為(CH3)2C6H4，有三種異構物，分為o-, m-, p-，其中p-結構式如圖29左四所示。它是一種無色、易燃、略帶油膩的液體，每種異構體的密度約為0.87 g/mL。（Wikipedia, 2024f）

圖29：正己烷（左一）、苯乙烯（左二）、δ-萜品烯（左三）、p-二甲苯（左四）的結構式

  • 教學指引和安全注意

    • 在示範和實作時，應該注意安全防護，務必穿實驗衣、戴乳膠手套、安全眼鏡及口罩。
    • 在操作實驗的區域，應該在有抽風設備之處或通風良好的地方。
    • 技術人員（或教師）製備溴水時，務必戴上護目鏡和乳膠手套，並在通風櫃中操作。
    • 在「學生實作：檢驗不飽和鍵結」方面，教師可自行選用該校化學實驗室現有的烷烴和烯烴的藥品。
    • 規劃此示範和實作的教學，事先進行風險評估是教師的重要責任。
    • 溴水對皮膚和眼睛有刺激性，並釋放出溴蒸氣，對呼吸管道有強的刺激性。若皮膚接觸，立即移除所有受汙染的衣物，並用水沖洗皮膚或淋浴。若進入眼睛，用水小心地清洗數分鐘。若不慎吸入後，立即移動傷者到空氣新鮮處。若接觸皮膚眼睛嚴重或吸入嚴重，立即就醫治療。

  • 廢棄物處理

    • 教師示範後，在量氣管內的殘留物可先轉移並集中到大容器內，然後逐次地加入少量的還原劑（如25%硫代硫酸鈉溶液）並攪拌之，使溴水完全被氧化，直到顏色不再改變。此溶液可用大量的水沖掉。
    • 學生檢驗後，在試管內的殘留物先轉移上層液（有機層）到有標示「有機物廢棄桶」中。然後轉移下層液（水層）並集中到大容器內，處理方式如上所述。
    • 剩下未用畢的溴水溶液，若短時間需用到，保存在棕色試劑瓶，放在陰暗處，避免光線照射。若長時間不用，加還原劑到溴水溶液中，處理方式如上所述。

  • 參考文獻

張一知等（2023）。高中選修化學V：有機化學與應用科技。泰宇出版。新北市。

張煥宗等（2023）。高中選修化學V：有機化學與應用科技。龍騰文化。新北市。

教育部（2018）。十二年國民基本教育課程綱要國民中小學暨普通型高級中等學校自然科學領域。臺北市。

葉名倉等（2023）。高中選修化學V：有機化學與應用科技。南一書局。臺南市。

維基百科（2024）。溴分子。https://zh.wikiversity.org/zh-tw/溴分子。檢索日期：2024年5月28日。

蔡易州等（2023）。高中選修化學V：有機化學與應用科技。翰林出版社。臺南市。

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Flinn Scientific (2024). “All in the Family” Properties of Halogens. Retrieved May 28, 2024 from https://www.flinnsci.com/api/library/Download/276267f4675548e9ad8122f2062864ee.

MacBeath, M. E. and Richardson, A. L. Tomato juice rainbow: A colorful and instructive demonstration. J. Chem. Educ. 1986, 63, 12, 1092.

Watanabe, N. (1999). Effects of Sodium Bromide on Bleaching with Sodium Hypochlorite. Journal of Home Economics of Japan. 50(2), 587-593. Retrieved May 28, 2024 from DOI: https://doi.org/10.11428/jhej1987.50.587.

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Wikipedia (2024f). Xylene. Retrieved May 28, 2024 from https://en.wikipedia.org/wiki/Xylene.

數位工具在科學探究課程中扮演的角色／鄭志鵬

星期日 , 2, 6 月 2024 編輯助理 多元教學法, 第五十六期/2024年6月 在〈數位工具在科學探究課程中扮演的角色／鄭志鵬〉中留言功能已關閉

數位工具在科學探究課程中扮演的角色

鄭志鵬

臺北市龍山國中
[email protected]

  • 前言

隨著數位化世界到來，且逐漸成熟茁壯，加上ChatGPT橫空出世，讓所有的人，包含教育界，都在討論數位工具要如何運用。當然教育界在意的事情，就是如何在課堂中運用數位工具讓學生的學習更快、更深、更廣，期待能更符合學生的學習需求，希望隨著學習工具的進步，帶動學生學習的效果。和所有其他學習工具一樣，其使用的方向應該取決於學生學習目標；但也和其他工具一樣，教學者非常容易被工具牽著走，以至於在創新教學設計上，工具的使用常常模糊了學生學習的目標。

廣義來說，教學本來就是一直運用不同科技來輔助的，誰說黑板和粉筆、白紙和原子筆不是科技產品呢？如果一名國小中低年級的數學老師，在黑板上用粉筆隨機出10題二位數的加法問題，讓學生用白紙和原子筆計算，這時候觸控大屏加上平板與觸控筆，不見得是更好的教育科技產品。所以我們理所當然應該思考的事情是：

1.學生的學習目標是什麼？

2.要達到這樣的目標，最佳的工具是什麼？

3.有沒有可能因為工具的突破，以至能提升原本設定的目標？

  • 教學技術、工具與學習目標

在談論教學技術和工具的革新時，有時技法和工具本身反而會成為新的學習目標，例如教師使用「合作學習法」來設計教學，學生運用合作學習學會了二位數的加法之外，我們也希望學生同時能學會許多和他人合作的方法與態度；教師使用「探究教學法」來教學生學習光與顏色的關係，學生不但應該要學會光與顏色的關係，還應該學會科學探究的某種概念、方法和態度。那麼在近年大家談論比較多的「科技運用」，其實是各種數位軟體硬體的運用，所謂的科技運用，是指數位科技運用。例如教師使用大屏搭配電子課本、使用iPad搭配觸控筆，使用Padlet、Google meet、classroom、酷課雲、均一等許多數位硬體或平台。大部分的情況下，我們並不會把「學會使用Padlet」設定為學生學習的目標。在這一波數位學習的浪潮中，和之前談論合作學習、翻轉學習或探究式學習略有些不同。

近幾年來，科學教育現場明確的將學習目標，從知識論逐漸擴大到方法論上了，學生應該學習的不只有科學知識，還應該學會科學方法、態度與科學本質。這樣的論述也很明確的寫在九年一貫乃至於十二年國教的領綱當中，也確實在近幾年中小學科學教育圈有大量的思考、討論與實踐，所以科學教師們，也應該逐漸將課程設定的目標，從學生習得知識慢慢調整成知識、方法和態度並重。

若要教師運用不熟悉的數位科技輔助時，常常會將科學教師打回只重視知識的課堂原形。如果科學教師正在轉型，嘗試設計探究式的課程，嘗試將科學的思考智能和問題解決的目標，有意識、有序的放入課程設計中，但還不熟練，此時如果再指派教師任務說：「給你一部大屏和30台iPad，請你設計教學讓學生運用數位工具來學習」，這時候往往教師能設計出來的課程，是運用這些工具來輔助學生科學知識的學習，而不是科學方法的學習。這就不免令人擔心數位工具的運用，對於科學探究學習的推動，暫時會是干擾而非助力。

所以教師設計課程時，首要思考這段課程的目標是什麼？例如我們希望學生「能以粒子模型思考物質三態」，其中「認識物質三態」是屬於科學知識上的目標，「能以模型思考」就是屬於課綱中「思考智能」的目標。目標定出來之後，老師可能會想要讓學生實際觀察物體巨觀的三態變化，於是用了冰塊加熱變成水進而沸騰成水氣，將碘加熱昇華成碘蒸汽，把蠟燭加熱熔化成蠟油。也可能想要讓學生看一下：水在低壓時候，會有低溫沸騰的情況。於是買了真空抽氣罐，將放置熱水的燒杯放進去之後，用溫度計監測溫度，並且開始抽掉空氣，讓學生觀察到水低溫低壓沸騰的情況，作為三態變化現象延伸學習。

接著老師跟學生討論：我們是如何定義物質三態的巨觀描述的？我們可以用物質的體積與形狀是否容易改變來區分三態。那麼如果將物質想像成由許多粒子組成，又要怎麼用粒子來解釋物質三態呢？這時老師可能覺得這樣的概念太過抽象，所以使用由科羅拉多大學開發的PhET網站，讓學生觀察可互動的動態粒子模型，讓學生看到物體的粒子彼此之間有吸引力，可以相互吸引聚集成一個群體。受熱時，粒子振動會變得劇烈，當振動劇烈到某種程度時，就會脫離彼此的吸引力而產生相變化。學生能以粒子思考，並以粒子模型來描述物質三態，可能就達成了「認識物質三態」以及「能以模型思考」的學習目標。

老師在巨觀現象的教學階段，運用了實體的實驗讓學生觀看真實的現象，並且想辦法運用非數位的科技工具ー真空罐，展示三態變化的延伸現象。接著運用數位工具扮演互動模型的角色，幫助學生學習較抽象的粒子模型，希望學生能以粒子來思考物質的組成與振動，甚至能以粒子振動猜想其他物質的現象。

這樣的教學設計，就是教師運用了數位工具幫助學生以粒子模型思考物質三態，將粒子模型連結到既有已知的經驗，預測未知的現象，並且運用實體的實驗來驗證想像的結果。教師以三態變化作為學習內容的目標，建立模型作為學習表現的目標，並且選用實體的真空罐作為取得實驗證據的器材，運用數位工具來輔助學生建模。若是缺少了數位工具，教師只能運用靜態的繪圖來表達粒子觀點，對於學生來說可能太過抽象，學習難度較高。此時引進數位科技的工具輔助建模，對於學習效率的提升就有加分的效果。

在數位科技的輔助下，我們有越來越多的數位科技工具可以輔助探究課程的進行，不同的課程內容搭配不同的學習目標，數位科技工具所扮演的角色也會不同。以下整理了一些在工具運用上的思考與使用的模式提供參考。

  • 數位工具在科學探究課程中扮演的角色

科學探究因為探討的問題類型不同，層次不同，而會有不同的探究方式，可分為描述性、相關性和實驗性研究（洪振方，2024），也有人把研究分成探索性、描述性、相關性、解釋性研究（蘇宇暉、羅凱揚，2019）。有些研究，是對自己有興趣的自然事件或現象仔細的觀察後，進行描述；有些研究是嘗試找到現象之間的相關性；而有些研究可以以人為方式介入系統，操作變因來確認因果關係。這些研究，有可能只是為了認識或瞭解某個自然事物或現象，有些可能是想印證某些理論的真偽，但這些都是有價值的研究。

在國中小學科學課程的內容中，也會有不同的探究方式。例如：將高濃度的鹽酸打開後，會觀察到鹽酸的發煙性；將硫酸與水混合，可以觀察到硫酸溶解會釋放大量的熱；洋蔥表皮細胞有細胞壁；植物的葉片排列有不同的形式；光會有反射、折射的現象，這些類型的學習內容，大多是讓學生體驗、觀察，並將這些觀察到的現象作整理，就足以達成課程的目標。在這類型的課程中，我們就可以讓學生針對某特定主題仔細觀察後，察覺現象的特徵、比較差異、比較相似處或辨認趨勢。

如果我們希望學生瞭解不同物質吸收相同的熱，溫度上升的程度會有不同，學生可能就會需要學習設計實驗：如何在相同的加熱條件下，加熱不同種類的物質後，收集數據來進行分析。從實驗結果中看出不同物質吸熱之後，溫度上升的趨勢確實有不同。

又或者我們希望學生可以以粒子碰撞的模型來思考化學反應速率，我們就可以在課堂上運用粒子模型，請學生以模型來進行預測及推論，再進行實驗來作驗證。例如高濃度的鹽酸和低濃度的鹽酸，和小蘇打粉反應產生二氧化碳的速率何者較快呢？先以粒子碰撞的模型預測與說明後，再到實際的實驗室中觀看反應結果，取得支持或反駁粒子碰撞模型的證據。這類的課程，可以讓學生學習到以模型進行想像與預測、根據預測決定要進行的實驗或觀察的現象、從實驗結果或觀察到的現象來推論猜想是否正確。

將課程目標中的科學知識與其對應的探究知識與技能釐清後，再來思考如何運用數位科技來協助學生學習與課程進行是非常有幫助的。數位工具在科學探究上的運用，我認為大致上可以分為四個方向：實體實驗工具、展示工具、虛擬實驗、建模工具。另外運用WebQuest、Padlet這類的學習平台輔助學生自學或教師教學的工具，也是重要且廣泛運用的，但不在本篇文章討論的範圍。

一、實體實驗工具

實體實驗的意思，就是我們原本理解的，在實驗室中操作實驗器材，根據學習目標取得實驗數據或結果來達成學習目標。例如用酒精燈加熱100毫升的水，要用溫度計測量加熱過程中的溫度變化。我們可以選用傳統的煤油溫度計，讓學生讀溫度計的刻度，也可以用電子式溫度計，讓學生直接讀取數值，或是使用Arduino寫程式搭配數位溫度計，讓溫度數值直接呈現在電腦上，並且自動記錄。

數位工具作為實體實驗，大致可分為兩個方向，第一種是「輸入」，第二種是「輸出」。輸入的意思，就是感測、測量。例如測量環境溫度、濕度、亮度、壓力、聲音大小等等。輸出的意思就是產生現象或訊號，例如讓喇叭發生特定的聲音、控制馬達振動或轉動、讓LED燈發出特定顏色或強度的光、控制閘門開關或是釋放鐵球等動作。

以數位工具作為輸入測量工具的例子有很多，例如以手機、平板來說，可以作為「拍照」、「攝影」工具記錄現象，或是運用App來徵用手機平板裡面內建的許多感測器，例如：氣壓計、磁力計、加速度計、聲音感測（麥克風）、光強度感測（照相鏡頭），就可以將手機平板變成實驗器材，讓學生測量許多的數值，phyphox（註1）就是具代表性的App，在教學上也早有許多的應用，教學上也有顯著的成效（陳輝雄，2024）（吳泰煌、許勝源，2016）（曾耀寰，2018）。

再進階一點，就是使用arduino、esp32這類的微控制器，搭配適合的感測器與程式撰寫來取得實驗數據。這個方式的門檻比較高，使用者要學會微控制器的使用、感測器的挑選，還要有基本程式撰寫的能力才能運用自如，學生學習此工具的門檻也較高一些，教師使用此工具多是運用在科展專題這類課程上。但近年來由於scratch這類積木程式的普及，加上像是高師大跨域統整學習扎根計畫（註2）中，將scratch結合arduino，開發了相關的程式與硬體，在自然科課程運用上，就像是單純學習一種新的實驗器材一樣，將工具使用的學習門檻降低，讓教師和學生可以很容易的取得諸如溫度、壓力、加速度、相對亮度等數值。

數位工具也可以拿來做為輸出工具，例如我們可以讓phyphox輸出特定頻率的聲音，讓學生聆聽不同頻率的聲音聽起來有何差異。或是用arduino控制紅、綠、藍三種顏色的LED燈，讓學生用眼睛觀察不同顏色的組合可以混合出哪些不同的顏色。

數位工具作為實體實驗器材，能夠增進課程的面向通常在於「取得精準數據」、「提升取得數據的效率」、「節省取得數據的時間」、「方便儲存紀錄」、「方便轉譯成其他形式」、「方便與精準的控制與調整輸出訊號」等等。

數位實驗工具雖然方便，但在教學的運用上，也有需要提醒的部分。以加熱物體觀察溫度上升的探究活動為例，不管是哪一種讀取溫度的方式，目的都是讀取溫度之後，分析溫度上升的速度有何差異，所以數位工具扮演的角色，就會和傳統溫度計的角色相同。但由於數據的準確度高、取得數據、傳輸、儲存紀錄、轉譯為統計圖的方便性大增，數位工具就能夠增進課堂的效率。當然，這邊要提醒的事情是：如果讀取有「刻度」的數據，並且評估估計值，是學生尚未學會或熟練的技能，那麼這時候傳統煤油溫度計就變成必要的工具了，教師在課程的編排上，可能就需要花時間讓學生再多練習刻度的讀取與評估估計值。數位工具會便利地完成一些工作，同時也代表跳過了一些學習，教師挑選工具時。要注意這些被跳過的學習，是否屬於不重要、已精熟或是未來會訓練精熟的，才不會因為效率與便利而忽略重要的學習目標。

無論將哪一類的數位工具作為實驗測量器材，取得的大都是屬於「量化」的數值，也就是用數字來描述自然現象。若教師評估學生以數字來理解自然現象會更為清楚具體，或是希望學生能在實驗中取得量化數據來學習如何閱讀或分析數據，那麼引進數位化實驗工具，來大幅降低取得實驗數據的難度，就有可能讓教師有可能規劃更多實驗與數據分析的課程。不管是在描述性、相關性或是實驗性的課程內容，都有可能因為較方便的數位實驗工具的引入，而降低學習的難度。

但在國中小階段，許多學習內容都只停留在定性理解的階段，由於學生智能發展階段的限制，確實不宜太早運用數學模型來描述自然現象。但使用數位工具來取得實驗數據，不代表在課程中就要運用數學模型。在課程中也可以運用數字來觀察比較大小、趨勢的定性變化，設計符合學生發展階段的課程。

二、展示工具

在自然科學中，若想要展示的物體尺度過大、過小，或不適合觀察實體的時候，我們常常會以繪圖的方式來呈現。例如地球板塊、細胞、原子、分子或人體循環系統中的心臟、血管等等。繪製的圖形常常是根據教學目標進行了簡化，讓想要呈現的訊息可以被突顯出來。實際以肉眼觀察細胞，當然無法看到，若以顯微鏡觀察細胞，其實也很難看到清楚的胞器結構。這時候使用圖片展示，經由簡化和調整過的細胞示意圖，就對學習很有幫助。我們也不可能讓學生實際觀察人體體內循環系統的運作，心臟的收縮以及血液的流動，所以常常需要繪製圖片來解說

在這個項目中，數位化工具和傳統工具的最大差異，應該就來自可操作性或互動性。以細胞為例，傳統工具僅能將畫面像是上圖一樣，清楚的呈現出來。但若是在iPad上操作就能旋轉不同角度，對局部畫面放大、縮小建構整合不同尺度的模型。下圖是Tinybop公司出品的人體探密app，其中一個功能是觀看人體的循環系統，可以在畫面中看到血液流動方向的示意圖，也可以操作讓主角跑步，觀看運動時心臟會有什麼反應。也可以點擊心臟，觀看心房、心室的搏動（圖1）。

圖1 人體心臟示意圖（引自tinybop的人體探秘app）

在PhET中的‪Build a Molecule_建立一個分子 （註3），可以讓學生自行組合不同的原子成為分子，並觀看分子立體模型（圖2）。

圖2 甲烷分子模型（引自PhET，Build a Molecular）

這一類的工具在教學上，大多是用在幫助老師講述已知的發現或是科學表徵，也可以幫助學生建立想像中物體的型態、構造、功能或運作方式。如果傳統紙本、靜態的圖文表徵，還不足以讓學生快速認識了解所學的內容，那麼找到合適的數位化表徵，提高可操作性、互動性或是能展現更多不同樣貌，都有可能幫助學生了解對應的學習內容。

三、虛擬實驗

虛擬實驗的意思，是使用各類型的電腦程式，用程式中規劃好的環境來進行實驗。程式設計的實驗環境，依照設計的理念不同，操作的自由度也會不同。最受限制的設計，可能會把所有實驗參數都設定好，使用者無法調整，只能按下「開始」，觀看整個結果。也有一些程式，會提供較大的自由度，讓學生可以調整一些參數進行特定主題的實驗，例如由美國科羅拉多大學建置的，著名的虛擬實驗平台PhET，裡面的「繩波（註4）」單元，就是可以讓學生操作並觀察繩波的現象。若選擇裡面的「電路組裝套件：直流電（註5）」，則會看到一個相對更開放的電學實驗室，這個互動程式裡面提供了一些電學的元件，例如電源、導線、電阻、開關、迴紋針、保險絲、鉛筆、橡皮擦等等物件，可以讓學生進行不特定類型的電學實驗。從檢測不同物質是否導電到各種電路串聯、並聯的效果差異、歐姆定律、電流熱效應等實驗都可以進行。

除了以上這種專門為特定科學主題設計的程式可以進行虛擬實驗之外，還有一類的軟體是自由度更大的，可以讓使用者更自由的建構物理世界，依照需要建置不同的實驗環境，並且操作觀察實驗結果。以Algoryx（註6）公司出品的免費軟體Algodoo為例，你可以在這個具有重力、空氣阻力的2D物理世界裡面，自己設置實驗環境來進行運動學、單擺、虎克定律、摩擦力、碰撞、浮力、機械甚至光學實驗。這一類的軟體操作的自由度非常高，相對的學習和使用的門檻也會比較高。

以虛擬實驗來進行學習，有什麼好處呢？

（一）解決時間或空間跨距尺度過大的現象難以實驗的問題：有些尺度過大的自然現象，難以在教室中重現，更難以操弄實驗條件，可以用虛擬實驗的方式來讓學生操作探究。例如上面提到的「天擇」，天擇的概念常常跨越的時間尺度很長，也常常難以用人為的方式介入系統來觀察實驗結果，但藉由虛擬實驗的方式，就可以讓學生操弄環境變因，觀察改變之後的結果，用來了解自然界中的天擇是如何運行的。又例如地質作用、太陽系的行星運行等等，都是由於尺度過大，難以在課堂上進行實驗，學生也較難想像，這時候以虛擬實驗來模擬，可以降低學習難度。

（二）解決現象時間太短難以觀察的問題：有些現象的速度較快，在實體實驗中不容易仔細觀察，可以用虛擬實驗的方式來模擬，放慢速度或反覆的實施，讓學生可以較容易觀察到關鍵的現象，例如上面提到的「繩波」實驗。我們在中學實驗課中，有時候會用彈簧製造波，讓學生觀察波的現象。但波速常常會過快，學生難以仔細觀察介質振動和波傳遞的情況。若要進行較深入的波速探討，難度也頗高。這時候運用上述的「繩波」實驗來模擬，就可以在初步建立介質振動、波的傳遞等觀念時，降低學習門檻，也可以在虛擬軟體中操弄變因，來探究影響繩波波速的因素。

（三）降低取得良好實驗數據的難度：不管是哪一類的虛擬實驗，都會有容易獲得數據、實驗環境容易調控去除雜訊的優點。我們不需要擔心測量儀器太貴、太難架設，不用耐心等待數據穩定，也不用擔心儀器測量誤差或是儀器突然當機造成的種種問題。像PhET裡的電流組裝套件，就可以輕易的連接伏特計、安培計，可以任意的把電源、導線裡面的電阻去除，任意調出你想要的電壓，大幅降低在現實世界中，各種不完美電路造成的教學困境。如果今天我們課程設定的目標，是讓學生探究電阻器固定時，電壓和電流的關係，那麼使用虛擬電路來進行實驗，也可以達到目標。又例如在研究單擺週期的實驗時，會提到單擺受到擺長的影響，但其實重力大小也會影響單擺的週期。但在中學實驗室中，很難任意改變單擺環境重力，讓學生測量重力造成的差異，此時使用虛擬實驗也可以任意的將單擺從地球搬到月球、木星甚至太陽來測量單擺週期。

（四）免除失敗的焦慮：在探究與實作的課程中，本來就希望學生能經歷某種嘗試或失敗，並在其中找到更好的學習機會。但有時候嘗試或失敗，會造成危險，或是造成器材的損壞浪費，導致接下來的課程無法進行等問題。這時候採用虛擬實驗的方式，就能讓學生更大膽的嘗試。例如上述提到的電流組裝套件，就可以讓學生刻意將電壓調到很大或讓電路短路，因而看到電器或電路燒起來的動畫，讓學生瞭解這樣的操作可能帶來的危險性。

以虛擬實驗來進行學習，有什麼缺點呢？若是對平常就能把學生實驗環境和條件設置良好的老師來說，看到虛擬實驗的課程，一定會有一種反應就是：「能讓學生玩真的實驗，為什麼要玩假的？」這一點完全沒錯，在可以讓學生安全操作，學生能取得良好實驗結果，老師也能掌握課程進度的情況下，大多數的老師們都認為應該做真的實驗。原因很簡單，就是當虛擬實驗去除了大量的雜訊時，學生能接收到的訊息也會下降。

以前述電路的實驗為例，在良好設計的課程下，運用虛擬實驗，可以讓學生學習到電壓和電流的關係，並且成效良好，已經有許多的研究證明，若教師設定的學習目標，是科學概念的理解與精熟的話，學生在虛擬實驗室能夠學的跟真實的實驗室一樣好（鄭婷文，2017）（林勇成，2002）。先進行虛擬實驗再進行實體實驗，或是反過來先進行實體實驗再進行虛擬實驗，學生的學習成效也都和單獨使用實體或虛擬實驗一樣好(Zacharia & Olympiou, 2011)。

但是教師有時候會設定除了科學概念之外的其他學習目標，若單純使用虛擬實驗，學生額外的學習體驗就少了很多，虛擬實驗訊息理想、單純的優點也正是它的缺點。例如學生實際觀察小蘇打、食鹽、碳酸鈣粉末時，可以看到的晶體型態、色澤、觸感都會不同，這是虛擬化學實驗無法學習到的。在電學實驗中，學生摸不到電線電阻微微發燙的感覺、聞不到電阻或LED燒焦的味道。學生會因為感受不到嗅覺或觸覺的感受，而認為實體實驗比虛擬實驗更好(Tatli & Ayas, 2013)。在繩波的單元中，實際操作彈簧，看到彈簧的振動，感受能量的傳遞，這也是虛擬的繩波無法提供的。在適當的引導下，以實體實驗進行課程，會讓教師多了非常多機會讓學生感受額外的科學現象，也多了很多機會指導學生在實驗時評估誤差量值與降低實驗誤差的手段。有時候真實實驗耗費的時間或麻煩，並不是真的毫無意義，當老師們運用虛擬實驗來規劃更有效率的課程時，有時候要注意效率之下，是否犧牲什麼有意義的學習。反過來說，當教師運用了實體實驗進行課程時，就可以去思考如何設計課程讓學生在真實世界中，能夠多獲得的學習是什麼？

總結而言，實體或虛擬的實驗，都可以提昇學生科學概念的學習成效，在教師有適當設備可運用的情況下，虛擬實驗會比實體實驗更有效率。虛擬實驗可安全的、無成本的重複操作實驗是其優點，但虛擬實驗去除雜訊，讓實驗可以在理想環境下操作的特形，則是教師在規劃課程中，必須有意識的根據學生的學習目標來進行選擇的。

可以運用虛擬實驗來輔助的課程，其對應的知識類型，較屬於「描述性」或「相關性」研究，對應到的學習表現，則比較偏向「觀察、計畫、執行、分析、發現」這些問題解決技能。例如說，學生操作直流電實驗模擬，最後可以瞭解到「電阻兩端的電壓和電流會成正比，電阻會因材質改變而有不同」；操作「繩波」實驗，可以瞭解「繩波的波速會受到介質張力的影響，但振幅和頻率不影響波速」或是「單擺擺動的週期和擺長與重力加速度有關」等等。以單擺為例，學生在軟體中，可以隨意調整情境，觀察單擺週期的差異，並仔細設計實驗情境，控制對應的變因，找出影響單擺週期的因素，分析實驗數據，發現相關的模式。但這些軟體中，沒有提供學生進行抽象思考的工具，所以對「思考智能」部分的學習表現，能運用的空間就比較小。

四、建模工具

在科學教育上，「模型」的涵義很廣泛，在這邊我想將模型的範圍限縮在：「以模型作為抽象的思考工具，用以發展、建構、測試和評價想法。」雖然這是屬於科學家運用模型的層級（邱美虹，2016），但在國中階段，可以經由適當的課程設計，降低難度，讓學生能學習運用難度適中的模型來思考。

「建模工具」與「虛擬實驗」的差異是，虛擬實驗的設計，常常只有把對應的操作和現象呈現出來，但沒有原理的描述。所以對學生來說，虛擬實驗和實體實驗的功能是相同的，都是觀察現象，或是有意識的進行一些操弄，來看看操弄的結果，了解變因之間如何互相影響。但是在軟體設計中，沒有機會讓學生思考「為什麼」，或以內建的模型預測當情境改變時可能發生改變的理由與預測結果。假設有個軟體，設定一個電池與電阻串聯，電路接通時電阻發熱。軟體設計讓學生操作改變電壓的高低，然後觀察電阻溫度上升的情況，讓學生了解電壓越高電阻溫度上升越快的關係，這是虛擬實驗。但如果軟體呈現了電阻內部的模型，呈現電子流經電阻時，會因為撞到電阻內部阻礙電子流動的構造，造成振動而導致溫度上升的模型。那就屬於這一段想要討論的「建模工具」類型的數位工具。

在科學探究的歷程，常需要在心中建構模型，並且用實驗來驗證來決定是否要接受模型。但因為不同階段的學生能力不同，所以能夠運用的模型就不同。國中階段，仍然需要能以具體表徵呈現的模型，例如我們可以用圖像繪圖的方式來表達微觀粒子的排列、振動，並且用粒子模型來描述或預測巨觀現象，這是國中生經由學習就可以做到的。但大部分的國中生還沒有辦法運用數學模型來連結自然現象，所以對國中生來說，不適合運用數學式的科學模型來表達或推演科學理論。

在我們探究未知現象時，往往是先對現象進行描述性與相關性研究。對於可觀察到的現象，有了一定的瞭解，也進而理解影響現象的許多因素，以及這些因素如何影響現象，我們就一定會開始思考這些未知現象運作的機制原理。我們會從最表面的WHAT問題開始描述事物最外層的現象，慢慢進入到HOW的問題，探討影響這些現象的因素，然後就會想要問「為什麼會這樣呢」的WHY問題。直到我們能抽絲剝繭，去除許多迷霧之後，就有可能看清楚事物更深層的部分，得到一個新的WHAT。

要描述自然現象運作的機制原理，常常因為長度或時間的尺度過長或過短，造成難以在課堂中取得直接的證據，呈現在學生面前。我們常常需要藉由許多的想像，來推論在某個模型的描述下，改變實驗方法時，可能產生的結果是否與事實相符，並且能預測尚未進行的實驗其結果為何。甚至在評估不同模型時，能設計實驗獲得證據來作為評估模型優劣的依據。

例如粒子模型，就是我們最常用來以微觀角度說明物質巨觀現象的模型。將物質想像成許多的粒子組成的，不同物質粒子間有不同強度的吸引力，溫度越高，粒子振動得越劇烈。在國中階段，教師常常會運用類似這樣的模型，來說明許多物質的現象，也希望學生能以粒子模型來思考物質的特性或現象，幫助學生理解。

例如給學生二個體積相同的鋁塊和銅塊，讓學生拿在手上比較輕重，學生會馬上察覺銅塊比鋁塊重上許多。若讓學生在學習單上畫出兩個方形代表兩個金屬塊，並請學生以粒子的方式想像兩金屬塊內部結構有何差異，學生都能繪製出可呈現兩物質密度差異的表徵。雖然學生繪製來描述兩金屬內部的粒子模型，有許多明顯的問題，然而我們也知道所有的模型本來就僅能描述部分的事實，不可能百分之百正確，只要在討論的主題上能正確並且幫助學生理解，就是在課堂中適合使用的模型。

當教師使用粒子模型來說明現象，或是學生要在腦中建構粒子模型時，就可以使用例如PhET的物質三態（註7），在課堂中，由老師演示說明，讓學生觀察及理解粒子模型。這個互動動畫，同時是物質受熱溫度上升以及三態變化的實驗，也是物質內粒子振動與物質三態的模型。

一開始可以看到每一個粒子都在振動，但振動的劇烈程度還不足以讓粒子離開原本的位置。若遠遠的看，會看到一個方形的區域，區域的大小和形狀大致上都是維持固定的，也就是所謂「固體」的狀態。這些觀察以及微觀巨觀之間視角的轉換，教師可以藉由提問與對話來幫助學生學習。

師：「有沒有覺得粒子之間好像有一點吸引力把彼此拉住呢？」

生A：「好像有。」

生B：「一定有，不然這一堆粒子就會散落垮掉了。」

接著教師將溫度慢慢調低，讓學生觀察粒子有什麼變化？再把溫度調高，讓學生觀察粒子有什麼變化？

生A：「溫度越低，粒子振動得越慢；溫度越高，粒子振動得越劇烈。」

師：「粒子振動越劇烈，粒子之間的距離有什麼改變？」這裡提示學生觀察粒子之間的距離。

生A：「它們之間的距離變大了。」

師：「這樣外觀看起來，會有什麼變化？」這裡幫助學生切換視角。

生B：「應該會有點膨脹。」

師：「我們把溫度再調更高，你們看發生了什麼事？」這裡將溫度調整到方形形狀解構，但粒子大致尚未分散開的狀態。

生A：「粒子振動得更劇烈，開始亂跑了。」

師：「你覺得在巨觀的角度下，會是發生什麼現象？」這裡幫助學生切換視角。

生B：「這時候看起來就像冰塊融化變成水。」

有些學生，例如生A，可以觀察具體現象，也可以觀察到現象的變化，這是一個不錯的能力。更進一步，我們希望學生能以粒子模型進行思考、預測，將模型連結到實際的現象，例如生B的表現。運用互動式粒子模型動畫，應該可以幫助學生以粒子振動、吸引、排斥、碰撞等模型來思考巨觀的物質變化。

在認識靜電的課程中，我們希望學生能夠以絕緣體電子的轉移，來認識摩擦起電的現象，並瞭解不同絕緣體對電子束縛能力有差異，因此在摩擦的時候會產生電子轉移，形成靜電。若可以用電子轉移的模型來思考，就能得出兩物體摩擦起電後，必然帶有電性相反且量值相同電荷。雖然在國中階段並不需要記憶這個結果，但學習以微觀的電荷轉移來推得上述結果的「推理論證」、「建立模型」等學習表現，是可以利用這個單元來進行的。

圖3靜電示意模型（引自 PhET氣球和靜電引力的建模工具（註8））

在「波」的課程中，我們會希望學生瞭解：波的現象，是來自介質受到擾動時，介質會互相影響而將擾動傳遞出去。如果我們希望學生能在腦中用介質互相擾動來思考波的現象，並從中推得：波傳遞擾動但不傳遞介質、介質狀態改變時，可能對波速造成的影響等。那麼使用PhET繩波的模擬，將原本在實驗室中因為速度太快難以觀察的情境，用慢動作甚至逐格播放的方式，就能讓學生比較容易理解現象，並以此模型來思考繩波的現象。

圖4 繩波模型（引自PhET中的繩波模型）

Natural Selection_天擇（註9），也是屬於一種模型。由於要展示天擇理論，需要的自然環境條件無法人為自由的設定，所需要的時間尺度也遠大於學習限制，所以很適合以虛擬的方式來進行實驗。這樣的軟體操作，除了可以觀察到生物族群大小的變化，會受到哪些因素影響之外，也能建立天擇的理論模型。例如在冰天雪地時，由於白兔比棕兔更有保護色，所以生存的條件更佳。但某一天若氣候改變，雪地變成了沙地，那麼毛色的優勢就會因而顛倒。這些可以讓學生提出自己對於天擇的猜想，並以實驗驗證，就能讓學生學習以天擇理論來解釋自然界中生物族群的消長。

這些具有幫助抽象思考，可以發展、建構、測試和評價想法的虛擬軟體，就有機會讓教師規劃「思考智能」的課程。運用現成的模型，思考如何運用模型解釋現象？當條件改變時，以模型來預測實際狀況會有什麼改變。例如上述以粒子振動的角度描述物質三態的對話中，學生已經建立溫度越高，粒子振動越劇烈的模型。那麼接續往下發展，就可以請學生以此模式思考，若溫度再提高，會發生什麼事？若學生能用「粒子振動劇烈，所有粒子都分散開來，巨觀看起來就是液體氣化分散在容器中的情況。」這樣的語句來描述氣化現象，代表學生已經能以抽象的粒子振動來解釋三態變化了。

如果課程的知識點，是要運用理論來解釋的，就適合這類的虛擬實驗建模互動軟體來輔助學習。像是運用天擇解釋生物族群的變化、運用粒子碰撞解釋化學反應速率快慢、運用電子轉移來解釋摩擦起電的現象等。

但模型運用在提出解釋或預測之後，最好還能回到實驗室加以驗證。例如當學生能用粒子碰撞來解釋稀硫酸濃度越高時，稀硫酸與鎂帶反應產生氫氣的速率越快，並預測溫度越高也能讓反應速率變快時，就值得讓學生將稀硫酸水浴加熱後，再測試鎂帶在溫度稍高的稀硫酸中，產生氫氣的速度是否真如預測一樣變得更快。

具有模型功能的虛擬實驗，可以讓學生以軟體設定好的模型進行抽象思考、建構、測試和評價想法，提出猜想與在模型上驗證之後，再將想法帶入真實世界中，思考如何設計實驗在巨觀的現象下加以測試驗證。這樣的教學模式，是強度高且完整的科學探究課程（鄭志鵬，2020）。

當然，除了PhET之外，商業軟體YENKA化學模擬實驗也提供了許多建模軟體，在課堂上使用也幫助了學生學習（陳子聖、周金城，2019），或是中央大學研發的CoSci，也可以運用在科學建模的課程上（王亞喬，2023）。表1整理了不同數位工具類型運用的用途特性，限制與注意事項，讀者可以從表1中比較不同數位工具，並視自己課堂上的需求，挑選適當的數位工具來增進學生的學習效能。

表1  不同數位工具在教學上應用的用途特性，限制與注意事項

數位工具類型 用途與特性 限制與注意事項
實體實驗工具 用於科學實驗中作為感測器、測量儀器或控制器，可準確獲取實驗數據、提升效率、節省時間、方便記錄和轉換數據格式。 注意是否忽略了一些重要的實驗操作技能訓練。
展示工具 用於展示難以用肉眼直接觀察的物體或現象，具有較高可操作性和互動性，可自由從不同角度觀察。 缺乏真實的觀察體驗，無法感受更多細節。
虛擬實驗工具 模擬真實世界中的實驗環境，讓學生操作虛擬參數進行探究，可解決實驗條件受限或現象難觀察的問題，可安全的無成本的重複實驗，降低實驗難度並獲取良好數據。 無法獲得真實世界的雜訊與意外情況，缺乏一些真實實驗的訓練經驗。
建模工具 提供具體的模型輔助，讓學生進行抽象思考、建構模型、預測現象、驗證模型等高階認知活動。 過度依賴預設模型，缺乏自主建構模型的能力培養。

 

  • 結語

108的自然領域課程綱要中，將學生的學習目標分成學習內容與學習表現，學習內容包含了自然的現象、科學描述自然現象的語彙、科學專有名詞、對自然現象分類定義等。學習表現則包含強調內在思考方式與策略的思考智能、外在具體行動方案的問題解決，以及屬於興趣、態度與習慣養成部分的科學態度與本質。不同的學習目標會對應到不同教與學的策略，也就會對應到不同的工具來提升學習效果。

如果學習目標是要認識瞭解科學專有名詞，對自然現象分類定義，或是理解科學用來描述自然現象的語彙，採取直接講述的方式，是最有效的。如果要以數位工具來協助，那就可以利用教學影片且搭配平台，讓學生可以以自己的速度節奏來複習、預習或反覆聆聽。

如果學習目標是要認識自然現象，有些自然現象是學生直接觀察可以習得的，例如洋蔥細胞的細胞壁、化學反應的沉澱現象、酸鹼中和的放熱等，那最好的方式就是在實驗室中呈現，直接讓學生觀察到。有時候搭配「實體實驗工具」，可以降低實驗難度或是得到更清楚的資訊，可以幫助學生學習這類的內容。或者是找到合適的「展示工具」，讓訊息能更清楚的呈現，提高可操作性、互動性以及更多不同的視角，也會有一些幫助。

如果要學習的自然現象，是可以操弄變因來探究的，例如「不同物質受熱後，其溫度的變化可能不同」，就應該藉由實際的實驗來進行探究，並且在探究的過程中同時學習問題解決的技能。這時候如果可以挑選適當的數位實驗工具或是虛擬實驗工具，都可以幫助學生學習對應的學習內容與問題解決的技能。用虛擬實驗來學習實驗室器材的操作，並不是太有效率的學習方案，在實驗室中實際操作器材仍然是更好的選擇。

如果要學習的自然現象，是可探究，並且有機會引進科學模型讓學生學習以模型思考、發展、建構、測試和評價想法的話，那麼以數位實驗工具輔助實體實驗，加上建模工具輔助學生建模。結合虛擬軟體、抽象思考建模與實體實驗取得事實來驗證或否決預測。這種虛實整合的工具，更能夠讓學生有機會進行高層次抽象思考。

引進數位工具，旨在補足現有的工具不足，或藉由數位工具提升學生的學習效能。若原本的學習方案就已經可以達成很好的學習成效，當然不需要刻意引進數位工具來輔助。但許多老師在教學講述時，有許多概念以圖形化能夠表達得更清楚；實驗進行時，有些數位工具能降低實驗操作的門檻並取得更清楚的結果；建模時如果有圖形化、動畫化的表徵輔助學生思考，這些都有可能大幅的提升學習成效，在這個數位化的時代，值得老師和學生學習並運用。

  • 參考文獻

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Zacharia, Z. C., & Olympiou, G. (2011). Physical versus virtual manipulative experimentation in physics learning. Learning and Instruction, 21(3), 317-331.

  • 附註
  1. Phyphox：phyphox – Physical Phone Experiments
  2. FabLab-NKNU 高師大數位跨域教育基地｜首頁
  3. PhET互動模型：Build a Molecule_建立一個分子
  4. PhET互動模型：Wave on a String_繩波
  5. PhET互動模型：電路組裝套件：直流電
  6. 虛擬物理軟體：Algoryx
  7. PhET互動模型：PhET的物質三態
  8. PhET互動模型：PhET氣球和靜電引力的建模工具
  9. PhET互動模型：Natural Selection_天擇

《臺灣化學教育》第五十五期目錄／2024年3月

星期三 , 13, 3 月 2024 編輯助理 第五十五期/2024年3月 在〈《臺灣化學教育》第五十五期目錄／2024年3月〉中留言功能已關閉

《臺灣化學教育》第五十五期(2024年3月)

目錄

n  主編的話

u  第五十五期主編的話／邱美虹〔HTML｜PDF〕

n  本期專題【專題編輯／邱美虹】

u《臺灣化學教育》慶祝十週年專刊／邱美虹〔HTML｜PDF〕

u《臺灣化學教育》慶祝十週年專刊：恭賀《臺灣化學教育》迎接創刊十周年 ／陳玉如〔HTML｜PDF〕

u 《臺灣化學教育》慶祝十週年專刊：化學研究正轉向〝功能主義〞以(2001-2023)諾貝爾化學獎的演化來看／牟中原〔HTML｜PDF〕

u 《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〔HTML｜PDF〕

u 《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〔HTML〕

u 《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〔HTML｜PDF〕

u 《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〔HTML｜PDF〕

u 《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〔HTML｜PDF〕   

u 《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〔HTML｜PDF〕

u 《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〔HTML｜PDF〕

u 《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〔HTML｜PDF〕

n  課程教材／化學實驗室【專欄編輯／賴意繡】

u 3D果凍花的色彩實驗廚房／賴意繡〔HTML｜PDF〕

n  課程教材／化學小故事【專欄編輯／楊水平】

u  坎尼札羅對原子量和分子量的探索／游文綺、胡景瀚〔HTML｜PDF〕

第五十五期 主編的話 ／邱美虹

星期二 , 12, 3 月 2024 編輯助理 主編的話, 第五十五期/2024年3月 在〈第五十五期 主編的話 ／邱美虹〉中留言功能已關閉

第五十五期主編的話

邱美虹

國立臺灣師範大學科學教育研究所名譽教授

國際理事會(International Science Council)治理委員會委員及會士(Fellow)

中國化學會（臺灣）教育委員會主任委員
美國國家科學教學研究學會（NARST）前理事長
[email protected]

這一期將是我以主編的身分最後一次撰寫「主編的話」，滿滿的感謝之情無以言表。本期刊自2014年5月4日創刊以來，十年間共出刊55期，584位作者共撰寫768篇文章，近370萬字發表於「臺灣化學教育」中。期刊服務的對象是以中小學和大學教師為主，內容除化學教學的基礎理論引介外，同時也特別重視理論與實務的結合，希望能夠以直接應用在教學上的素材來提供現場教師在化學教學上進行改變。每一期主題的選擇、特約主編和作者群的邀請大都在一年前皆已規劃完畢，除謹慎思考多方考量外，每次出版也都充滿著期待，希望讀者們可以從中獲得啟發與反思的機會。而作為主編的責任之一就是撰寫「主編的話」，接了主編後，從來未曾覺得時間過得這麼快，總覺得一晃眼兩三個月就過了，又到該寫「主編的話」的時候，主要內容便是將所見所聞所思分享給讀者，讓它成為主編與讀者交流的一個管道，這又何嘗不是一種特權呢?!而每次收到稿件，看到特約主編、作者群和編輯團隊為期刊的付出就覺得走在這條路上並不孤獨，特約主編要邀稿、催稿和審稿，在繁忙的教學與研究之餘，這些都不是本職內的工作也算不了KPI；而許多同行的作者願意付出時間和精力分享化學教育的教與學的心得，也有些作者不僅撰稿甚至拍攝影片等，使文章更具可讀性，讓讀者在教學上得以容易上手改變教學現場；而編輯委員會成員更是提供符合時勢和讀者需求的主題以期能將化學教育的主流思想與教學策略即時提供給讀者群參考。出版「臺灣化學教育」是一條應該走且該認真走的路，感謝所有參與人對於期刊的信任與支持，讓期刊可以在穩定中堅持出版的原則並能在大家的督促與鼓勵下，不斷突破展現新願景。

要感謝的人實在太多，尤其是創刊時楊水平教授和周金城教授願意一起發想一起實踐夢想，毫無猶豫地往前邁進，兩位教授常常在出刊的壓力下，與一盞夜燈和鍵盤敲打聲共度寂靜的夜晚，如此方使得期刊十年來從未脫刊過，這樣的投入與認同的力量是創刊初期很重要的原動力，在此特別向兩位教授致敬，沒有您們的支持與信任，期刊不會有今天這樣的局面。後續在楊教授退下副主編，周教授接任該職，再邀請新北市立錦和完全中學鐘建坪化學教師擔任執行編輯，建坪執行編輯更是兢兢業業，仔細閱讀與編輯，使期刊得以繼續服務讀者們。歷任的期刊助理們也給予最高的配合度，為編輯群解憂，協助編排與出刊，並於臉書發布出刊訊息，這些點點滴滴對期刊的成長都有莫大的助益。最後要感謝化學會提供辦理期刊所需要的經費與人力，使期刊得以在許多人的愛護下穩定成長，並受到肯定。

自本年度六月份(第56期)起，本期刊將由國立臺北教育大學周金城教授擔任主編，周教授亦是當初成立期刊的創始人之一，除2014年開始擔任執行編輯，到現在為副主編，其對於期刊業務熟悉，且對期刊的發展與使命有充分的瞭解，並屢屢提出建設性的建議和有效的策略，使期刊可以有開創性的作為和成果。感謝周教授願意在已為本期刊服務十年後，仍願意擔負起主編的重責繼續為期刊服務，為化學教育盡一份心力。

《臺灣化學教育》慶祝十週年專刊 ／邱美虹

星期一 , 11, 3 月 2024 編輯助理 本期專題, 第五十五期/2024年3月 在〈《臺灣化學教育》慶祝十週年專刊 ／邱美虹〉中留言功能已關閉

《臺灣化學教育》慶祝十週年專刊

邱美虹

國立臺灣師範大學(名譽教授)

國際理事會(International Science Council)治理委員會委員及會士(Fellow)

中國化學會（臺灣）教育委員會主任委員
美國國家科學教學研究學會（NARST）前理事長

[email protected]

n  前言

本期刊自2014年由本人和彰化師範大學楊水平教授和國立臺北教育大學周金城教授共同策畫，在該年5月4日出版創刊號，十年間共出刊55期768篇文章，文字量近370萬字，讀者來自世界各地(包括北美、南美、歐洲、亞洲、澳洲、紐西蘭)，包括有教學、課程、探究、評量、實驗、新興科技、化學與藝術、化學與飲食、大學入學考試試題評析、女性議題、科學展覽以及科普等主題。十年來，篳路藍縷兢兢業業，若沒有近600位作者群和55期特約主編的鼎力相助，就沒有今天的期刊呈現在各位眼前。

由美國化學會(American Chemical Society, ACS)出版的「化學教育期刊(Journal of Chemical Education，JCE)」(註1)在1924年成立，今年剛好滿100年，值得慶祝。該期刊的內容通常涉及化學內容、實驗室實驗、教學方法和教學法等，發表文章須具備學術性、新穎性、教學性、實用性和演示性。該期刊基本上是作為全球對化學教學感興趣的人(如教師、研究生、專業人員等)交流的途徑(https://pubs.acs.org/page/jceda8/about.html)(註2)，其影響因子(Impact Factor)為3.0。英國皇家化學會(Royal Society of Chemistry)於2000年出版的「化學教育研究與實踐(Chemical Education Research and Practice (CERP)」是以面向各級化學教育的教師、研究人員和相關從業人員的期刊，至今已有25年歷史。在英國皇家化學會教育委員會的贊助下，該期刊每年以電子版形式出版四期，供讀者免費下載。內容包括化學教育研究、化學教學中的創新實踐、深入分析與化學教育直接相關的問題，其影響因子亦為3.0。本期刊剛滿十年，相較於JCE或是CERP可能還是個嬰兒或是幼兒剛起步，但是我們不忘初衷，堅持一步一腳印的持續出版高品質且具化學教育價值的文章，希望未來亦能進入Scopus或者是Web of Science的名單中，與世界各國知名化學期刊齊名，相信這是指日可待的。

n  本期專題文章簡介

首先感謝現任化學會理事長陳玉如博士撰寫賀詞，祝賀本期刊滿十周年。以下依次介紹本期刊的各篇文章。

牟中原院士一文是以(2001-2023)諾貝爾化學獎的演化來看化學研究角色的轉變已朝向”功能主義”邁進，同時與其他學科的關聯密切，以化學為中心的思考或許面臨挑戰，同時，學校教育缺乏系統思考(systems thinking)的培養，面對未來全球議題(如氣候變遷、瘟疫、能源等)將令人擔憂。

邱美虹等人一文分析過去十年期刊發表論文以及讀者相關訊息，包括每年閱讀網頁和訪客、每月閱讀網頁和訪客、每日平均閱讀網頁、讀者群閱讀網頁排序、讀者群閱讀網頁的推薦者、讀者群的地理分布(包括網頁訪問量和訪客、全球和臺灣訪客地理分布圖)、全球和臺灣訪客數據表等，文中分析可見讀者遍及五大洲，且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，與本期刊設立的宗旨相符，然仍鼓勵教師對化學教學的基礎理論宜多加關注，以深化教學的品質。

楊水平教授一文以作者群發表文章的量化分析為主要的架構，其內容包括發表文章篇數分析、作者群發表文章分析、作者群服務機構分析、所有文章標題分析、專題名稱與特約主編分析等，分析結果顯示所有文章標題的關鍵詞，排序居首的關鍵詞是「化學」約占七成，其次是「實驗」(約佔二成五)和「教學」(約佔二成一)，至於目前較為重要的「探究與實作」或是「系統思考」較較為缺乏，宜為未來努力的方向。

林靜雯教授和張秉鈞亦以本期刊的所有文章進行分析，分析向度包含有學習階段的關注、作者背景和文章類別與主題，文中指出作者多為高中職和大學教師，國中小教師較少投稿，至於文章類型則以教學、實驗、課程和教育交流為主，期刊彰顯多元性與實用性。

鐘建坪理化教師則以科學建模為主題進行所有文章的分析，結果顯示以此文主題的文章集中於幾位研究者，而有些文章著重在理論闡述，未來此類文章可多與教學連結，以利落實於課堂教學中。

張馨云和佘瑞琳講師一文完整的介紹臺灣大學普化課程的規畫、實施與成效，內容豐富頗具啟發性。每年要為全校約4000名學生提供普化實驗課程，這項艱鉅的任務，沒有深諳教材與實驗技巧是很難妥善安排，並提供學生最佳的實驗技巧之訓練。文中並提供教學資源，深具實驗教學參考之價值。

廖旭茂化學教師以自身投稿經驗回顧其個人於2014-2024年這10年間對化學實驗文章投稿經驗之分享，文中展現個人對化學實驗的熱情以及精益求精不斷改善實驗設計的精神，充分展現化學人鍥而不捨、力求完美、求真求實的特質。從化學實驗器材的改良，拓展到程式撰寫，以及創意教學，相信其歷程除個人的專業成長外，也可啟發其他教師朝向創新與改變的方向去努力。

周欣誼、周佳誼、周金城教授一文透過3D列印技術，將教科書中抽象的原子概念轉變為可視覺化、可觸摸的立體模型實為創作，以動手做來體驗週期表中各原子的相對大小與質量差異協助學生建立有意義的知識表徵，這種第一手具體可行的教材製作，相信不僅可以提提升學生的學習興趣，並可以引發學生思考具體與抽象表徵之間的關係，對化學概念有更深層的認識。

n  結語

化學從單一學科慢慢走向跨學科整合與應用，縱向而言，化學內容的持續發展，從基礎化學、應用化學到尖端化學研究；橫向而言，化學在各領域以達功能性的角色，從分子生物、奈米科技甚至到醫學，以及對人類與環境的永續發展都扮演關鍵的角色。在學校化學教育中，除基礎化學教育的內容、實驗技能與科學態度等科學素養的培養為重心外，對於科學史哲的發展與內涵、多元教學與評量、新興科技的運用、與其他學科的融合以及面對社會性科學議題(socio-scientific issue, SSI)的重視，如氣候變遷、海洋酸化、生物系統、新物質的引進等等，無不與化學有關，因此本期刊希望能藉由專題方式引介重要議題，與時俱進，以促進化學教育的正向發展，未來亦仍會秉持設立本期刊的初衷，朝向創新與永續的方向邁進。

n  附註

1.Journal of Chemical Education (JCE). https://pubs.acs.org/page/jceda8/about.html

2.Chemical Education Research and Practice (CERP). https://pubs.rsc.org/en/journals/journalissues/rp#!recentarticles&adv

《臺灣化學教育》慶祝十週年專刊：恭賀《臺灣化學教育》迎接創刊十周年 ／陳玉如

星期一 , 11, 3 月 2024 編輯助理 本期專題, 第五十五期/2024年3月 在〈《臺灣化學教育》慶祝十週年專刊：恭賀《臺灣化學教育》迎接創刊十周年 ／陳玉如〉中留言功能已關閉

《臺灣化學教育》慶祝十週年專刊：恭賀《臺灣化學教育》迎接創刊十周年

陳玉如

中央研究院化學研究所特聘研究員
中國化學會（臺灣）理事長
[email protected]

喜聞《臺灣化學教育》（Chemistry Education in Taiwan, CET）創刊十周年，在這個值得慶祝的日子裡，恭喜達到這重要的里程碑，也致以最熱烈的祝賀！

化學是自然科學的一個重要分支，也是現代科技及工業的基礎，許多技術和產品都是由化學原理和化學技術衍生而來的。然而，由於國內教育政策長期以「成績」為唯一評量標準，許多年輕學子因此對於科學感到害怕。另一方面，教師們也缺乏實際的科學實驗技巧輔以提升教學品質。在這樣的背景下，本會教育委員會主任委員邱美虹教授與多位熱心先進於2014年開始籌畫，在經過約半年的奔走籌備後，《臺灣化學教育》於2014年5 月4 日正式創刊，這是建立臺灣化學教育交流平台的一個重要起點。

《臺灣化學教育》有多元主題，包括「課程與教材」、「教學與學習」、「評量與測驗」、「化學與生活」、「推廣教育」及「新知報導」等六大主軸為核心，採電子期刊發行，並提供社會大眾免費下載文章。根據2023年網站內部的WP-Online Counter統計，總造訪人次高達26,336,796人，平均每月約有國內外 29,864人次造訪。專門為化學科教師提供一個分享及應用教學經驗並探討教育創新的出版平台，通過推廣及強化化學教育教學知識，過去十年來協助眾多化學科教師們激發學生的創造力及科學學習動機，不僅引導學生創新，也讓學生瞭解到科學和社會之間的互動。十年來，《臺灣化學教育》已成為高中和國中化學／自然科教師教學資源的重要網路平台，非常適合對化學有興趣者閱讀，目前亦擁有廣大的國外華人教師讀者。

《臺灣化學教育》每篇文章通俗易懂，從主題籌畫、邀稿、收稿及編輯作業，每期皆投入相對的人力得以付梓出版，最新出版之主題如《大學普通化學實驗室規劃與實驗課程》、《科學展覽指導經驗談》、《國中自然科學彈性課程設計與教學》及《系統思考在化學教育上的應用》，內容多元且多融合目前教育趨勢，由國內專業人士分享他們的研究成果、教學經驗和創新想法，提供現場教師們各種實用教學方法、策略和工具的訊息，從而提升自身教學水平和品質，有助於創造更好的教育環境，提供學生更有效的學習體驗。

《臺灣化學教育》的出版，是國內化學教育界一大盛舉，也是國內第一本以化學教育為主的電子期刊。最重要的是，《臺灣化學教育》建立起一個共同努力的學術社群，對於推動國內化學教育領域的發展和進步具有重要意義。很感動也深深感謝邱美虹教授帶領的優秀編輯團隊在過去十年的努力、辛勞及奉獻。化學會將持續支持《臺灣化學教育》的出版，並期待見證下一個黃金十年。最後，謹代表學會全體會員，祝《臺灣化學教育》創刊10周年生日快樂，也期待各位老師及專家踴躍投稿，期待臺灣的化學教育有更多創新!

《臺灣化學教育》慶祝十週年專刊：化學研究正轉向”功能主義” 以(2001-2023)諾貝爾化學獎的演化來看／牟中原

星期日 , 10, 3 月 2024 編輯助理 本期專題, 第五十五期/2024年3月 在〈《臺灣化學教育》慶祝十週年專刊：化學研究正轉向”功能主義” 以(2001-2023)諾貝爾化學獎的演化來看／牟中原〉中留言功能已關閉

《臺灣化學教育》慶祝十週年專刊：化學研究正轉向”功能主義”

以(2001-2023)諾貝爾化學獎的演化來看

牟中原

台大化學系 、中研院院士

[email protected]

蕭伯納：Some people see things as they are
and say,‘Why?’ I dream of things that never were, and say, ‘Why not?’”

n  兩種化學: Why and Why Not

如果你問我化學家做甚麼? 我可能給出兩個不一樣的回答 A or B:

A “化學是對物質的研究，分析其結構、性質和變化，以了解它們在化學反應中發生什麼。因此，它可以被視為物理科學的一個分支，與天文學、物理學和地球科學並列。化學的一個重要領域是了解原子分子的結構以及決定它們如何反應的因素。反應性通常主要由繞原子分子運行的電子以及這些電子交換和共享以產生化學鍵的方式決定。” (why)

B “化學是創造物質世界各種材料的基礎，通過化學手段，可以創造出具有各種功能的物質。日常生活及工業生產中利用到的各種功能性物質為物件。特殊的功能甚至與“基本常識”相反的現象，比如：會發光的塑膠、會導電的塑膠、“熱收縮現象”等。在生命科學的研究上，化學家可以發明各種功能性的分子送進細胞或身體內執行特定任務，如偵測、診斷、顯影….. 等。”
(why not)

A&B 並沒有矛盾，化學研究一向有兩個面向，結構(A) 與功能(B) ，相輔相成。

但不同的人與不同的時代，的確有不一樣的傾向。主要做A的人通常會問 Why? 主要做B的人通常會問 Why not?

如果你問我大學裡化學研究是什樣的家在做? 我也可能給出兩個不一樣的回答 V or X:

V “那些在化學系裡自認為正統(canonical)的化學”

X “在所有化學以外系(理工農生醫)裡非正統(non-canonical)的化學”

盡管諾貝爾本人就是化學家，但作為諾獎“嫡傳”的化學獎卻偏愛跨界。從以往諾貝爾化學獎得主的名單可以看出，不少獲獎成就並非出自傳統的化學研究，而是涉及生物學、物理學等多重學科，因此，諾貝爾化學獎也被調侃為“諾貝爾綜合獎”。

本世記以來23次當中有9.5 次諾貝爾化學獎給了非正統化學(主要是生命科學領域)，一些諾貝爾化學獎看起來更像生理學或醫學獎。即便一些正統化學的研究，其對生物醫學應用也是非常巨大的。

n  諾貝爾化學獎的演化

先讓我們觀察一下(2001-2022)諾貝爾化學獎的演化簡史(註 1):

2001年諾貝爾化學獎頒給了三位化學家，其中諾里斯與野依良治是以手性催化型氫化還原反應的開創性貢獻獲獎；而夏普利斯，則以其在手性催化型的氧化反應上的深入研究與突出貢獻獲獎。(why not)

2002年諾貝爾化學獎的半數獎金，頒給了使用質譜分析蛋白質的兩位化學家：開發介質輔助雷射脫附法的田中耕一及提出電灑法的費恩。(why not)

2003年諾貝爾化學獎授予美國科學家艾格瑞和麥金南，表彰他們在細胞膜通道研究中做出的開創性貢獻。這是近一世紀來，諾貝爾獎第四次頒給研究細胞膜通道的科學家。(why)

2004年諾貝爾化學獎頒贈給三位生化學家，他們發現有關細胞如何調控蛋白質分解的相關機制，並解釋了細胞週期、細胞如何調控染色體修補，以及癌症產生的原因。(why)

2005年的諾貝爾化學獎頒給三位在烯烴複分解反應有卓越貢獻的學者——法國科學家蕭文、美國科學家葛拉布茲和施洛克。在他們眼中，烯烴複分解反應就像是一場有趣的分子之舞。(why not)

2006年的諾貝爾化學獎頒給羅傑．柯恩伯格專注於「真核生物轉錄機制」的探討，在這段漫長的研究過程中雖有波瀾，但更可凸顯他對科學的熱情，以及面對問題時的堅持。(why)

2007年諾貝爾化學獎 厄特爾教授（Gerhard Ertl）探索物質表面的催化作用 (why)

2008 三位科學家因為發現綠色螢光蛋白，發展其應用技術，研究成果卓越，共同獲得2008年諾貝爾化學獎。(why not)

2009 因利用X光晶體學解析出核糖體的三維分子結構，來自以色列、美國與英國的三位科學家，共同獲得了2009年諾貝爾化學獎。(why )

2010 美日三位化學家，研究以鈀化合物催化有機合成反應，拓展了人工合成物質的範圍，因此獲頒今年的諾貝爾化學獎。Heck, Negishi, Suzuki (why not)

2011 一位以色列化學家從一個合金的樣品中，得到一個「奇異」的繞射圖案，從此展開了既爭議又具挑戰性的領域——準晶。(why )

2012 年諾貝爾化學獎 G-protein coupled receptor現代藥物標靶—G蛋白偶合受體之研究解析 (why)

2013 諾貝爾化學桂冠，肯定了發展複雜化學系統多尺度電腦演算。運用多尺度電腦模擬綠能催化材料∕生命體而開啟理論實踐之門。(why )

2014 超解析螢光顯微鏡的發明，獲得了2014年諾貝爾化學獎的肯定。光學顯微鏡的進展，究竟是如何將影像解析度從「微米」尺度縮小到「奈米」尺度……(why not)

2015 年諾貝爾化學獎給了 Tomas Lindahl (林達爾)、Paul Modrich (莫瑞克)、與Aziz Sancar 桑賈爾)—–有關核酸修復解釋了細胞如何保護了基因的訊息。 (why )

2016 諾貝爾化學獎 Jean-Pierre Sauvage (索瓦)，Sir J. Fraser Stoddart (史托達特爵士)，和Bernard L. Feringa (費倫加)，這是因為他們開發出了比頭髮還要細上千倍的分子機器，他們將化學分子連結在一起並設計出各種機器分子轉輪與分子馬達(why not)

2017 杜巴謝（Jacques Dubochet）、法蘭克（Joachim Frank）和韓德森（Richard Henderson）三位學者以研發低溫電子顯微鏡，簡化並改善微小冷凍分子成像，共同榮獲  2017年諾貝爾化學獎。(why not)

2018 諾貝爾化學獎—化學中的演化與革命, 阿諾德(Francis Arnold) 反向利用生物演化的概念在開發化學催化劑叫定向演化另1∕2則由美國密蘇里大學的史密斯（George P. Smith） 教授與英國劍橋大學的溫特（Sir Gregory P. Winter）教授平分另1/2 (why not)

2019年諾貝爾化學獎由英國化學家惠廷翰（M. Stanley Whittingham）、美國固態物理學家古迪納夫（John B. Goodenough）和日本化學家吉野彰（Akira Yoshino）三位獲獎，得原因是「對鋰離子電池發展」的重大貢獻。(why not)

2020 年諾貝爾化學獎－神奇的基因剪刀手CRISPR/Cas9 。 本次諾貝爾化學獎是研究細菌的CRISPR/Cas系統，並研發出了一種簡單的基因編輯方法，可望應用於許多領域。(why & why not)

2021 年諾貝爾化學獎，由德國化學家本亞明．利斯特（Benjamin List）與來自蘇格蘭的美國學著大衛．麥克米倫（David W.C. MacMillan）獲得，表彰兩人在構建分子領域的貢獻，促成開發第三類催化劑「不對稱有機催化劑（asymmetric organocatalysis）」。(why not)

2022年諾貝爾化學獎，Sharpless, Bertozzi and Meldal, 點擊化學與生物正交化學。Sharpless & Meldal將化學帶入了功能主義(functionalism)時代，並奠定了點擊化學的基礎。他們與貝爾托西(Carolyn Bertozzi)分享了這個獎項，後者將點擊化學(click chemistry)提升到了一個新的維度，並開始使用它來描繪細胞。她的生物正交化學反應，現在正協助發展更有針對性的癌症標靶治療，以及許多其它應用。”他們的功能化學創造了奇蹟” (why not)

2023 年諾貝爾化學獎Moungi G. Bawendi, Louis E. Brus and Aleksey Yekimov 獎勵他們在量子點(Quantum Dot) 的發現及合成。 量子點的應用包括單電子電晶體、太陽能電池、LED、雷射、單光子源、量子計算、細胞生物學研究， 和醫學成像。(why not)

從1980年代開始，幾乎有一半的諾貝爾化學獎是給予生命醫學相關的領域，有些化學家頗有抱怨。但這個趨勢似乎近6年減少了。這個新趨勢是化學家的研究朝向功能主義化來逆轉。尤其，化學生物學(註 2)是化學家利用化學合成及分析能力的優勢，找到新的研究生命科學方法。這是其他學科尚沒法取代的路徑。將來重大的生命科學問題是會在化學家手上解決。這是「化學生物學」的使命。在能源材料研究，化學也正走上新的功能化的方向。

n  化學作為一門中心科學

該口號因Theodore L. Brown 和 H. Eugene LeMay 的教科書《化學：中心科學》1977 年第 15 版（2021 年）而流行起來。然而，這種觀點是基於種科學化約論（1830）的觀點，當時奧古斯特·孔德提出了科學學科的等級分類。也就是說，化學知識是基於物理學，而物理學又是基於數學，等等。 最近，巴拉班和克萊恩透過系統性的文獻分析得出了當代科學的排序，將化學放在數學、物理之下而作為科學領域分支點的學科。簡而言之，化學是對材料世界及其形成的研究。 這是對元素的研究（19世紀），對分子的研究（20世紀），對分子相互作用的研究（當前）。 從系統思維的角度來看，這是種向內看的觀點。重視學科及其在科學中的地位。卻忽視化學正在發展成解決其他領域問題中。這是一個外向的看法。化學本身滲透其他領域。

化約論方法在後Sputnik時代得到加強，因為美國希望快速培養大量科學家/工程師。 分頭攻克的方法被認為是最合適的。 範例：CHEM Study (化學研究，為高中化學教科書）很大程度上基於化學鍵概念。至於整合是假設知識整合將在大型軍事/工業綜合體中完成。 然而，在 21 世紀，新技術的主要驅動力是大學/新創企業軸。 通常，一家新創公司只有大約 20 名員工專注於創新整合。 因此，整合需要從他們的教育過程中開始。然而，大學化學系對這項變化準備不足。

對化學演化的觀察表明，「中心科學」主題正在日漸轉變。一些觀察：

1. ACS目前有33個技術部門（化學與法律（CHAL）、能源與燃料（ENFL）、小型化學企業（SCHB）等），這表明化學需要與許多其他學科結合。

2. 正是這些新的分支學科從化學核心擴散到日益多學科的領域，使得化學變得脆弱。

3.我們大部分學生不再從事化工行業。 例如：您不會將奈米技術公司視為化學公司。

4. 杜邦公司「透過化學，創造更好的生活」，「透過化學」一詞已被刪除。

        前面，我們看到21世紀頒發的諾貝爾化學獎，我們會發現它們並不符合這種內向的觀點。而是外向的，功能化的。譬如2018 Nobel Chemistry 給了Arnold “反向利用生物演化的概念在開發化學催化劑叫定向演化”。她的問題是道地的化學問題，卽發現新的催化劑，但工具卻是生物分子的演化。

n  功能與系統思考

簡單地說，功能是一個系統的產出。這系統可以是細胞，生命體或是一個工藝品或是一個組織。

學校學的化學知識系統往往並不是爲了某種功能性應用設計的。可能的功能太多了，包括過去的和未來的。我們不可能那樣學習。於是我們學基礎知識，原子，分子，化學，分子作用力，基元反應等等。基礎化學知識已經非常系統化，這是過去化學的重要成就。於是我們說我們的學生學會用化學作「系統化思考」，將來會是有用的人才。

等等，學生畢業後進入職場，很快地就會發現光會「系統化思考」是不夠的。更需要的是「系統思考」，一字之差，但意義卻不一樣。前者是按照一定的步驟、招式（降龍十八掌）有秩序的解決一個明確的問題，是線性的思考，系統化的。但是更多的時候，物質目標並不明確，只是要某種功能（可以賣的），他們更缺的是「系統思考」。後者是考量諸多不同的材料、能源、器材、供應鏈等等整個系統以及它們之間的關聯。缺乏「系統思考」的人就沒辦法去組織，去創新。

進一步說，未來世界的主要問題都是高度聯結的，如氣候變遷、瘟疫、能源。這些問題都很大，不是任何線性思考方式可以了解的。「系統思考」是下一代教育必須的。不過這是一個更大的問題了，超出本文。

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(由Image Creator Google, Dall E3提供，2024/03/12。)

n  參考文獻

GOOGLE.COM

圖片：Chemical Biology | | Content Tag

Google 顯示的圖片來源：www.labroots.com

https://www.labroots.com/tag/chemical-biology

n  附註

註1: 諾貝爾化學獎譯文: 曹一允，蔡蘊明 合譯(https://teaching.ch.ntu.edu.tw/nobel/)

註2: 化學生物學(Chemical Biology)是一門跨越化學和生物學領域的學科。 該學科涉及將化學技術、分析以及通常通過合成化學產生的小分子應用於生物系統的研究和操作。 與涉及生物分子化學的研究以及細胞內和細胞之間的生化途徑調節的生物化學(Biochemistry)不同，化學生物學涉及應用於生物學的化學（生物分子的合成，生物系統的模擬等）。 它興起於1990 年代近十年開始豐收。上面諾獎就有好幾項屬於化學生物學成就: Biological fluorescence(2008), Directed evolution(2018), Bioorthogonal reactions(2022).

註3: 謝謝陳竹亭、蔡藴明、陳振中教授的意見。

《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 在〈《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〉中留言功能已關閉

《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。

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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。

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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）。

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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）

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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 在〈《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〉中留言功能已關閉

《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

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]

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。

clip_image002

 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。

clip_image004  clip_image006

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/.