《臺灣化學教育》第五十三期（2023年9月）目錄

n  主編的話

u  第五十三期主編的話／邱美虹〔HTML｜PDF〕

n  本期專題【專題編輯／鐘建坪】

u  國中自然科學彈性課程設計與教學／鐘建坪〔HTML｜PDF〕

u  國中自然科學彈性課程設計與教學： 校訂課程精進作為：以一所國中自然彈性學習課程為例／張純寧〔HTML｜PDF〕

u  國中自然科學彈性課程設計與教學： 三峽區自然探究與實作課程向下扎根計畫／陳育仁〔HTML｜PDF〕

u  高中化學銜接教材如何轉化為國中彈性課程／鍾曉蘭、鐘建坪〔HTML｜PDF〕

u  國中自然科學彈性課程設計與教學： 108課綱下龍山國中彈性課程的樣貌／鄭志鵬〔HTML｜PDF〕

u  國中自然科學彈性課程設計與教學： 自然科學領域彈性學習課程：細菌檢測／曾茂仁、王秀勻、楊全琮〔HTML｜PDF〕   

u  國中自然科學彈性課程設計與教學： 發展探究與實作取向的水質檢測彈性課程／鐘建坪〔HTML｜PDF〕

n  教學教法／多元教學法【專欄編輯／周金城】

u  新北市自編雙語自然教材課程實踐 —The Fire Triangle／簡敏如〔HTML｜PDF〕

n  課程教材／化學小故事【專欄編輯／楊水平】

u  以現代化學觀點 詮釋一篇給呂薩克定律的回憶錄／游文綺、胡景瀚〔HTML｜PDF〕

第五十三期主編的話

邱美虹

國立臺灣師範大學科學教育研究所名譽教授
國際純化學暨應用化學聯合會（IUPAC）執行委員會常務委員

國際理事會(International Science Council)治理委員會委員及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]

2023年國際純化學暨應用化學聯合會(International Union of Pure and Applied Chemistry, IUPAC)雙年會於8月17日-8月25日在荷蘭海牙舉辦，因為新冠疫情所致，此次是事隔四年後再次以實體會議的方式來辦理，相識(見圖1)與不相識的人皆以雀躍的心情來出席這次的會議，彷彿歷劫歸來喜獲重生，話語和眉目之間不時流露出喜相逢之感。

話說本文作者與IUPAC的結緣，源自於牟中原院士在2002年將我引進IUPAC擔任化學教育委員會國家代表，屈指一算至今已21個年頭了，歲月總是在不經意中從指間滑過。在過去這段期間，個人有幸參與IUPAC各類型計畫案和擔任不同職位，因而有了服務社群和向同行學習的機會，基本上算忠誠度很高，也感謝化學會多年來給予的支持與信任，讓我有機會更深入瞭解這個組織的結構與使命以及認識一群來自世界各地熱心化學事務的志工，展開一趟繽紛的化學教育之旅。

上過理化課的人可能知道世界上有個組織負責化學元素的命名，也有可能有些人知道那個組織是IUPAC，但可能僅止於元素命名的工作項目而已。IUPAC在1911年由一群化學家於巴黎所成立，主要是體認到化學標準的重要性與必要性，針對元素和化合物命名、單位、符號等要進行標準化，以使世界各國的科學家可以有一個共同遵行的準則。2011年還由聯合國宣稱該年為化學國際年(International Year of Chemistry)慶祝IUPAC成立100年以及瑪麗居禮獲得化學諾貝爾獎100年。IUPAC有50多個國際組織所組成，設有理事會、八個常設委員會(以學科內容屬性分類，如無機化學、高分子化學、分析化學、化學與環境等)和14個委員會(如化學教育、化學和工業、專有名詞、命名和符號的跨組委員會等)，IUPAC除了透過各委員會在運作外，同時也經由各類型的計畫案來推動化學教育、化學安全、永續與綠色化學、新興科技、環境與化學、女性平權以及協助年輕學者成長等等，讓世人可以更加瞭解化學與生活的密切關係、以及化學對藥物、環境、能源、科技發展及人才培育等的貢獻，尤其是針對開發中國家提供化學教育和化學專業知識與實驗技能的服務更是不遺餘力。目前IUPAC有大約1200-1400位志工協助各項計畫的執行。在過去的20年間，本文作者因緣際會先後參加年輕化學大使(Young Ambassadors for Chemistry, YAC)計畫培訓種子教師，帶領學生和社會大眾一起進行簡易、安全且具知識性的化學實驗活動，進而推廣生活中的化學，降低社會對於化學的距離感與迷思。此外，也負責和參與IUPAC化學教育委員會，不定期透過邀請學者(Flying Chemistry Educators Program, FCEP)前往開發不同區域的國家推展化學教育並強化教師專業知能，足跡遍及菲律賓、斯里蘭卡、緬甸、衣索比亞、泰國、巴拿馬、墨西哥、克羅埃西亞、南非、模里西斯、蒙古等十多國。同時，亦代表IUPAC參與國際科學理事會(International Science Council)的性別差異全球調查計畫，並以該計畫共同主持人的身分和11個科學組織的代表們合作，執行女性在科學、科技、工程、數學（Science-Technology-Engineering-Mathematics，簡稱STEM）領域中參與研究及在職場上所面臨的問題之差距、論文發表趨勢以及相關的影響因子的分析，並提出建議方案，以作為改善工作、求學和研究的環境和條件之參考。

如今在服務年資屆滿的情況下，終於要說再會了，天下沒有不散的宴席，回首望向來時路，從以前對IUPAC只是教科書中的名詞–是化學元素命名的組織，是那麼遙遠那麼崇高不可及的學術團體，到成為臺灣在IUPAC化學教育委員會的國家代表、化學教育委員會的主席、IUPAC理事到成為理事和最高執行委員會委員(理事選舉是由各國代表團投票分別以第二和第一高票榮任兩屆八年的委員)， 這些不同層次的職位給予個人能力與見識的磨練與成長外，一路認識來自世界各地的朋友們，更是啟發與支持我的貴人，從他們身上看到的是無私的奉獻–犧牲個人研究與私人時間，有時甚至是冒著風險為事，而這些工作都不會算在升等或學術貢獻的關鍵績效指標(Key Performance Indicator, KPI)中，但無怨無悔付出的人生價值觀，都是我終身學習的對象。雖捨不得離開卻也很快就放下了!這個旅途上必定還有更多年輕學者會貢獻他們的才智與時間、讓世界變得更好。

最後，面對12月即將卸下所有職位，感恩之外還是感恩，這一路走來的所見所聞令人難忘!希望大家對IUPAC有些許的認識後，有機會也能為這個社群或是更廣大的群眾服務，讓旁人感受化學人的努力與付出，是為下一代創造一個更美好的未來。

本期專刊是邀請新北市立錦和高級中學(國中部)鐘建坪化學教師針對「國中自然科學彈性課程設計與教學」進行專題論述，專刊共計6篇文章，分別以國中階段的議題或主題設計探究學習課程和從行政角度看課程落實的問題，如新北市錦和高中張純寧校長的校訂課程說明國中自然彈性學習課程如何面對跨領域教學的挑戰、新北市明德高中教務陳育仁主任推動協作平台及教師共備發揮資源與人才共享的功能、新北市立新北高中鍾曉蘭與新北市錦和高中國中部鐘建坪兩位教師針對國高中課程銜接可採取的策略加以評析、臺北市龍山國中鄭志鵬教師跨越學科的範疇，推動跨領域議題式課程發俺學校特色環境課程、臺北市大直高中國中部曾茂仁、王秀勻、楊全琮三位教師以專題式學習(Project-based learning, PjBL)發展讓學生體會化學就在身邊的課程、以及新北市錦和高中國中部鐘建坪老師發展並落實探究與實作取向的水質檢測活動，強化學生探究問題與實際操作相互結合的科學素養。另外，還有一篇常態性文章由新北市安坑國小簡敏如教師以燃燒三要素作為雙語教學的主題，以不同的中英文用語比例進行教學，雖有重重困難，但終究在學校的支持下得以克服語言與學習內容的挑戰，並反思為來如何落實有效雙語教學。本期內容應可提供教師立即可以借鏡並運用於教學上的素材。

圖1 2021年IUPAC 四位傑出女性化學與化工獎(IUPAC 2021 Distinguished Women in Chemistry or Chemical Engineering)得獎人因當年疫情未能合影，此次特別合影留念

 (由左而右: 美國Marcy Towns, 以色列Rachel Mamlok-Naaman,泰國Supawan Tantayanon, 臺灣邱美虹)

國中自然科學彈性課程設計與教學

鐘建坪

新北市立錦和高級中學
[email protected]

n  彈性課程設計與教學

   十二年國民基本教育課程類型區分為「部定課程」與「校訂課程」。部定課程由國家統一規劃，其中國民中、小學稱為「領域學習課程」，高級中等學校(包括：普通型高級中等學校、技術型高級中等學校、綜合型高級中等學校、單科型高級中等學校)則為「部定必修課程」，包含有一班科目、專業科目，以及實習科目(國家教育研究院，2014)。

   校定課程是指由學校安排，目的在形塑學校願景，以促進學生的適性發展。總綱規劃高級中等學校的校定課程涵蓋有「校訂必修課程」、「選修課程」、「團體活動時間」及「彈性學習時間」，不同類型高級中等學校團體活動為每週2至3節，彈性學習時間為每週1至3節，而校訂必修與選修為3年修習62學分(普通型高中)、42-79學分(技術型高中)、132學分(綜合型高中、單科型高中)。國民中、小學的校訂必修課程教學時數依不同學習階段有所不同，國民小學階段最少每週2至4節，最多4至7節，而國民中學則為每週3至5節或3至6節，其主題可以涵蓋統整性主題/專題/議題探究課程、社團活動與技藝課程、特殊需求領域課程、其他類課程(國家教育研究院，2014)。彈性學習課程強調跨域、適性、選修，不得為部定課程單一科目的重複學習(教育部，2023；黃琇屏，2020)。

   本期的專題是《國中自然科學彈性課程設計與教學》，著重國中彈性課程的規劃與設計，以自然領域為核心結合其他領域，進行議題或主題式的探究學習課程，內容包括行政領導與教師課程設計。共有六篇專文，包括：新北市錦和高中張純寧校長《校訂課程精進作為：以一所國中自然彈性學習課程為例》、新北市明德高中教務陳育仁主任《三峽區自然探究與實作課程向下扎根計畫》、新北市立新北高中鍾曉蘭老師與新北市錦和高中國中部鐘建坪老師《高中化學銜接教材如何轉化為國中彈性課程》、臺北市龍山國中鄭志鵬老師《108課綱下龍山國中彈性課程的樣貌》、臺北市大直高中國中部曾茂仁、王秀勻、楊全琮老師《自然科學領域彈性學習課程：細菌檢測》、新北市錦和高中國中部鐘建坪老師《發展探究與實作取向的水質檢測彈性課程》。

    上述六篇專文的作者群對課程規劃，或有深入的研究，或有豐富的執行經驗，他們的文章內容將有助於教師在國中彈性課程設計符合自然與其他領域進行跨領域探索或是議題探討的施行方針。

n  本期專題文章簡介

    第一篇張純寧嘗試在新課綱課程發展脈絡下，觀察一所國中校訂課程的規劃轉變。藉由訪談個案學校教師，找出該校如何改變原有組織動能以達到落實新課綱彈性課程理念，說明學校如何發展符合自然領綱要求的跨領域統整性主題探究課程。作者發現國中彈性學習課程發展跨領域學習之困境在於沒有進行跨領域的統整，且通常是避免教師超額開設的課程。經由該校校長帶領操作型的課程設計工作坊，將學校願景與課程設計連結，開發出科學閱讀議題「錦中森生」及聯合國永續發展目標(Sustainable Development Goals, SDGs)議題的「能源好好玩」等課程。

    第二篇陳育仁介紹新北市教育局新課綱行動協作平臺推動的高中端向下與國中端合作的扎根計畫。計畫目的藉由新北市資源共享的理念，由高中與附近國中合作，進行教師共備，以自然探究與實作課程作為媒介，協助國中端開設自然探究與實作課程。作者親力親為籌組共備社群，並辦理探究與實作教材教法研習，同時帶領社區國中學校合作開發課程教材，並由新北大聯盟計畫提供課程所需之設備與耗材經費。期待能夠協助開設國中、國小探究與實作課程，以完成自然探究與實作課程推動的一貫性。

    第三篇鍾曉蘭與鐘建坪嘗試將進入高中學習基礎化學之前的高中化學銜接教材進行轉化，設計以適合國中彈性課程使用。作者首先說明高中化學銜接課程的由來與概念內容，接著將重心設定在原子結構的歷史發展，嘗試以問題導向的探究模式，協助學生思考原子是否能夠分割，並佐以實驗影片、模擬動畫的方式協助學生建構不同原子模型的發展歷程。學生在授課過程需要找尋證據，推理不同原子模型的主張。藉此學生不僅可以學習科學模型的轉變歷程，亦可獲得初階的論證能力。

    第四篇鄭志鵬首先分析108課綱的挑戰，再描述龍山國中的區域特性，並介紹塑膠議題的「不塑之課」，以及生態平衡的「北極熊怎麼了」，兩門跨領域議題式課程。作者提出適切的環境議題課程規劃與施做方向，包括：認識問題、思考與規劃解決問題的方案，以及採取行動與反思，並以兩門課程進行實際的說明。

    第五篇曾茂仁等人在Covid-19期間，藉由每天消毒、擦拭殺菌行為，發想以專題式學習(Project-based learning, PjBL)為基礎的課程架構，發展八年級自然科學領域之彈性學習課程。經由規劃與研究、資料分析與詮釋，以及學生成果呈現等階段，讓學生回應營業場所應選用何種濃度的酒精。

    第六篇鐘建坪嘗試以自然領綱探究與實作為課程發展架構，介紹學校周圍溝渠環境，促進學生對於環境議題的理解，並以水質檢測為主題，進行二個循環的探究歷程，包含：發現問題、規劃與研究、論證與建模，以及表達與分享，讓學生探索校園附近溝群的水質，並實際分析環保署網站的公開資料，判定不同地點新店溪的水質，藉此過程培養學生相關的能力，進而促進學生整合相關領域的機會。

n 參考文獻

國家教育研究院（2014）。十二年國民基本教育課程綱要總綱。新北市：國家教育研究院。

教育部（2023）。高級中等學校課程規劃及實施要點。網址：https://edu.law.moe.gov.tw/LawContent.aspx?id=GL001729

黃琇屏（2020）。國中小校訂課程規劃與實施之思考。臺灣教育評論月刊，9(8)，1-14。

國中自然科學彈性課程設計與教學：

校訂課程精進作為：以一所國中自然彈性學習課程為例

張純寧

新北市立錦和高級中學
[email protected]

n  前言

   自2014年公告十二年國民基本教育課綱（以下簡稱108課綱），108學年度正式實施迄今，回顧過去108課綱的推動歷程，在落實十二年國民基本教育課程的整體架構下，讓國、高中成為實踐素養導向學習的場域，培養學生成為未來多元創新的人才，仍是當前教學現場的一大考驗。

   地方政府在課程與教學上，為了給予學校教師更多的支持，並能以系統性思考整合各項外部資源，協助學校建構「以學習者為中心」的課程規劃，藉由國教輔導團，希冀將課綱政策推動至學校現場，然而學校本身組織文化，以及教師接收外部資源訊息、時間點與內在轉化過程，究竟是如何影響教學現場對108課綱課程的理解與實施？值得進一步分析探討。

   本文嘗試分析在108課綱課程發展脈絡下，觀察一所國中校訂課程的規劃轉變，以自然領域彈性學習課程為例，探討個案學校如何改變原有組織動能以達到落實108課綱課程理念。

n 文獻探討

一、108課綱國中階段自然科學領域綱要

    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（以下簡稱自然科學領域領綱），談到「科學學習的方法，應當從激發學生對科學的好奇心與主動學習的意願為起點，引導其從既有經驗出發，進行主動探索、實驗操作與多元學習，使學生能具備科學核心知識、探究實作與科學論證溝通能力。」（教育部，2018）。

    國中階段的自然科學課程提供學生統整的學習經驗，強調跨學科之間的整合，綜合運用七項跨科概念（物質與能量、構造與功能、系統與尺度、改變與穩定、交互作用、科學與生活、資源與永續性），希望能達到學理與實踐相互為用。從科學教育的角度來看，授課教師了解領綱內涵與具備「課程發展與設計」的教學內容知識（pedagogical content knowledge, PCK）是實施這門課程的重要影響因素（陳竹亭，2016）。

   回顧國高中教學現場，教師協助學生進行科學探究，自實作中獲得科學知識與技能，培養自然領域領綱的核心素養是重要科學教育目標（張珮珊，2018）。國中階段，自然領域教師設計彈性學習課程多結合生活科技、閱讀教育、食農教育或是戶外教育等議題，配合校訂課程方向與特色，發展出各式各樣課程設計。例如，在各縣市審定通過的國中校訂課程計畫裡，許多由自然領域教師授課的彈性學習課程，多選擇Science( 科學)、Technology( 技術)、Engineering( 工程)、Arts( 藝術)和Mathematics( 數學)（STEAM）、專題研究、地理實察、戶外教育、探究與實作、科學閱讀、食農教育或是實驗課程等主題。然而，國中教師如何配合108課綱規劃實施校訂課程，則是需要進一步探討。

二、108課綱國中階段彈性學習課程

    108課綱的校訂課程規劃，鼓勵學校能結合願景與各種資源，發展校本位的特色課程。在國中小階段主要是在「彈性學習課程」的時數內，藉由辦理全校性、全年級或班級活動，達到落實學校本位以及特色課程。透過彈性學習課程與時間的規劃，讓學校發展各自特色，同時增加培養學生自主學習的機會（洪詠善、范信賢，2015）。

    校訂課程在國民中學階段，稱為「彈性學習課程」，在國中時數規劃為3至6節。可規劃之課程類型包括：(1)跨領域統整性主題探究課程；(2)社團活動與技藝課程；(3)特殊需求領域課程；(4)其他類課程，包括本土語文新住
民語文、服務學習、戶外教育、班際或校際交流、自治活動、班級輔導、學生自主學習以及領域補救教學等各式課程（教育部，2014）。自110學年度後，本土語課程已納入國七與國八彈性課程規劃必修一節。

    一般而言，校訂課程主要希望提升學生學習興趣，另一方面鼓勵學生能適性發展，學校可依據學校特色與學生需求規劃校訂課程，同時，校訂課程強調跨領域、適性學習以及自由選修，為讓學生能多元學習，所有四類課程不得為部定課程單一科目的重複學習（教育部，2014）。

    然而許多學校在實際發展與實施關於自然與其他領域的跨領域彈性課程之際，皆有內部發展對應108課綱要求的疑慮。有鑑於此，本文作者藉由訪談一所完全中學的國中部教師，觀察該校在發展校定彈性學習課程的困境，與如何發展符合自然領綱要求的跨領域統整性主題探究課程式進行探討。

n  研究方法

一、個案學校介紹

    個案學校為新北市一所國中，學生來源為新北市中和區、永和區、土城區(部分)、板橋區(部分)在地就學為主。學校依據108課綱規劃校訂課程彈性學習時數6節，分別為跨領域統整性主題探究課程3節、社團活動1節、班級活動1節與本土語1節。

二、資料收集方式

    本次研究資料利用文件分析及參與者訪談進行。

（一）文件分析

    使用文件內容包括：個案學校彈性學習課程計畫、課程發展委員會議記錄與領域教學研究會議記錄等，透過文字資料觀察學校課程規劃歷程與自然領域彈性學習課程轉化，藉由參與者訪談形式，描述學校現場的實務面貌。

（二）參與者訪談

    本次訪談對象有二，Ａ教師為個案學校國中部自然領域理化科教師，現為負責國七彈性學習課程教學。Ｂ教學組長負責國中部彈性學習課程計畫規劃與繳交、課程節數安排，以及師資員額調度等相關行政問題。進行訪談可以由客觀的角度，瞭解事件發展的過程與還原當時景況，是質性研究最重要的研究工具之一。實施參與者訪談，得以讓研究者不停修正研究假設與問題意識，找出更適合對該個案的詮釋（簡菲莉，2019）。

    本研究在訪談前，已提供訪談大綱給參與受訪者，訪談問題係以108課綱實施時程為經、個案學校實際進程為緯，盡可能讓參與受訪者陳述己身經驗感受，以及對外部環境與內部條件之剖析，讓研究者在訪談過程中，描繪出學校自然領域彈性學習課程轉變的關鍵時刻以及後續帶來的影響。受限於參與受訪者僅為開課教師與行政人員代表各一人，研究資料詮釋有一定的侷限性。此外，為顧及研究倫理，相關參與受訪者均以代號命名呈現。

 表1：個案學校參與受訪者資料表

n  研究發現

一、國中彈性學習課程發展跨領域學習之困境

    由受訪者回應可知，自108學年度起，教育局為提升國中校訂課程計畫撰寫品質，由國教輔導團資深輔導員與聘任督學、課程督學，合作辦理多次計畫撰寫工作坊與說明會議，主要針對總體課程計畫與彈性學習課程，對學校端進行輔導與協助檢視工作。學校會薦派開課領域之相關教師代表出席，回校撰寫彈性學習課程規劃表。

    實際上從學校108-110學年度開設的彈性學習課程來看，均為單領域課程延伸內容為主，這一點明顯表現在國七的彈性學習課程規劃。根據受訪者Ｂ回顧學校發展彈性學習課程規劃歷程，最初僅是讓要開課的領域學科「各科寫自己的，沒有跨領域的概念」。因為沒有太多外部研習資訊，且108課綱縮減時數已經讓各科無法教完因應國中教育會考。當108學年度上路時，學校決議以各科加一節原有課程內容延伸，例如：讓生物科有時間做實驗課程。

    受訪者Ａ則表示，教師希望可以利用彈性學習課程，補足不夠的課程時數，不會去顧及108課綱精神，「最現實的情況，常常是因為課不夠的學科教師避免超額，不得不去開彈性學習課程。如果課務是足夠的，那麼也不會有人想去開課。」Ａ教師認為在國中現場，授課的節數太少，會讓學生的學習理解力下降，變成「本科學習能力都不保」。

二、教師課務繁重缺乏參與外部研習動機

    學校教師是否有主動參與外部研習，了解國中階段彈性學習課程規劃？受訪者Ｂ表示學校老師因為課務繁重，以及擔任導師較忙不習慣外出，加上當時學校傾向先回補課務需求，因此，行政端跟教師並沒有針對彈性學習課程內涵跟實際教學模式有過深入對話，「甚至一開始會是朝著原班老師授課的模式」。

    受訪者Ａ回答相似，「知道教育局辦的研習，但是場次太遠，並不方便教師出席」，且教育局不一定知道學校課程實質發展到什麼程度。大致而言，學校教師知道教育局有辦理相關研習，但主要還是根據過去的授課經驗為主，至110學年度為止，校內老師對於彈性學習課程並沒有真正的聚焦討論。

    另外，由於學校教師在過去108-110年相關研習次數偏低，而學校領域教學研究會以分工的方式處理課程規劃表，也合乎受訪者Ａ說明以過去的經驗與學校現有的師資條件，先滿足授課節數為主，教師並未關注與討論課堂中怎麼進行教學。學校依循過去經驗重製對彈性學習課程的規劃，至於外部資源對學校幾乎沒有太多影響性。

三、學校重構彈性學習課程的關鍵

    受訪者Ｂ談到學校調整彈性學習課程計畫的原因，最主要是教學正常化未通過。這件事情讓學校行政與教師們備感壓力，也幾次被教育局訪視，但是教師沒有方向，也不知道要怎麼更正相關內容。直到110學年度新任校長就職後，才比較有明確的調整課程發展方向。

    受訪者Ａ表示，校長會說明彈性學習課程的設計理念與108課綱的內涵，直接帶領操作型的課程設計工作坊，「讓教師理解設計跨領域統整性主題探究課程不是食譜式的堆疊」，應該要有主題、議題去涵蓋原來的學科知識，而在設計課程時，知道找對一個主題，就可以縱向串連各項學科知識內容。

    從學校110學年度彈性學習課程相關資料，可以看到第一次辦理工作坊讓各科代表共同出席，將學校願景與課程設計連結，在不影響教師超額以及納入本土語教學的雙重前提下，重新打散彈性學習課程配置，以議題融入領域學科知識，讓自然領域有了在國七授課的機會。學校依據108課綱概念及學校願景，在校訂課程的整體規劃，以國七彈性學習課程為例，強化跨領域、適性學習，包括語文領域合開「英閱視界」、自然領域的科學閱讀議題「錦中森生」及聯合國永續發展目標(Sustainable Development Goals, SDGs)議題的「能源好好玩」等三門課程。

    整體而言，在彈性學習課程的修正歷程，看到學校教師在過往「108課綱就是由現有課程延伸加一節概念」的歷史脈絡，經過教學正常化的外部檢視，加上校長運用課程發展策略，改變教師氛圍及實際運作增能，才修正國中跨領域彈性學習課程規劃，111學年度國七實施調整過的彈性學習課程後，教師改變過去課程發展慣性，選擇新的模式落實彈性學習課程。

n  精進校訂課程—發展自然領域SDGs議題彈性學習課程

一、培養學生學習能力為主的議題課程

    為了符合國中校訂課程提升學生學習興趣與鼓勵學生適性發展之精神，且必須具有跨領域、適性學習之規劃，由學校課程發展委員會會議記錄，可以看出110學年度彈性學習課程規劃表內容有明顯的調整，特別是自然領域彈性學習課程。以議題為主規劃三門課程，其中自然領域教師有意願開兩門課程，分別是「錦中森生」跟「能源好好玩」。

    以「能源好好玩」課程為例，設計課程教師以國七學生在小學階段已有的知識背景，銜接到國中階段，為了要讓學生理解自然領域的學科知識，結合生活科技的動手實作與SDGs永續發展議題，開發「能源好好玩」這門課程。課程架構依據自然領域課程綱要學習內容，將國九理化科教授能源課程，利用SDGs永續發展議題，設計新的實驗課程，帶領學生從實際生活例子了解功跟能量之間的轉換，以及能源到能量的概念改變。例如：從能源危機這個議題，引導學生討論能量轉換的功率問題，同時設計操作節能工具，讓學生更容易理解什麼是功率的應用。

    此外，引導學生做很多議題討論，透過心智圖與繪畫，讓學生慢慢學會以自然科學知識為題材，運用生活科技創作小型物件及手工繪本，在作品裡得到更多生活美感體驗。

圖1：自然領域彈性學習課程「能源好好玩」課程示意圖

 二、結合學校願景的教學活動設計

    學校願景「智慧、創意、優雅與國際」，在設計校訂課程時，融入願景概念，期待強化學生多元智慧與創意思考。由於國小銜接至國中階段，理化科學習內容多是抽象理論，特別是國八、九的理化課程比較抽象，像力學、微觀粒子的概念，都不是學生可以輕易理解的，更遑論引起學生學習動機與激發創意思考。

    為了彌補這部分學生學習困境，設計課程教師在上下學期的教學活動裡，以「再生能源」、「能源危機」與「永續發展」三大主題，循序漸進安排設計思考活動，引導學生了解再生能源，再經由觀察與實作，討論今日能源濫用帶來的災難，同時結合科技教育AR（Augmented Reality）& VR（Virtual Reality）軟體製作各種能源辨識圖片或影片，最後繪製永續發展桌遊劇本、設計桌遊發表。

    設計課程教師表示「規劃議題式的課程教學活動，學科知識只是課程素材，不是課程運作的全部。」少了課本與紙筆測驗，透過分組活動與開放式討論、產製作品，都會引起學生的興趣，並且增進團隊合作、觀察實作能力及科學素養，對於未來在自然領域其他課程的學習極有幫助。

圖2：個案學校國七「能源好好玩」彈性學習課程剪影

三、運用科技輔助增加學生學習興趣

    學校為智慧學習典範基地學校，長年發展科技教育，「以科技向未來學習」做為校訂課程架構主軸，自110學年度起，配合教育部「生生用平板」政策，在彈性學習課程設計上，均大量融入平板教學與虛擬AR、VR實作。以「能源好好玩」彈性學習課程規劃上課空間為例，即是利用圖書館科技輔助自主學習廣場，課程中提供學生使用科技輔助數位學習，並結合永續環境的情境空間，讓學生經由教師課程引導能自主學習探索。

    同時，教師也因應課程內容不時穿插利用Kahoot、因才網教學平台，檢視學生理解程度，增加教學互動外，讓學生更熟捻相關資訊平台的檢索資源及運用策略。在下學期後半段的課程內容，也會利用永續發展公民議題，讓學生發展簡易繪本，未來也規劃掃描放置學校網站展示。

n  結語、未來展望與建議

    本文探討一所國中彈性學習課程在既存的課程發展脈絡下，如何改變原有組織動能與達到落實108課綱理念。在學校的案例中，發現改變的關鍵時刻始於校內教師正確了解校訂課程的定義與操作方式，同時在兼顧授課節數下，願意重新形成共識設計議題為主的跨領域彈性學習課程。教師改變過去課程發展的慣性，跳脫原有的課程思考框架，出現改變課程規劃的驅力。

    以自然領域彈性學習課程「能源好好玩」為例，結合SDGs議題與生活科技跨科概念，培養學生學習能力的議題課程規劃，並能設計符合學校願景的教學活動，導入科技輔助善用數位教學平台，均已跳脫原有的學科課程領域，又能加深加廣讓學生有動手實作與訓練表達力的學習體驗，充分符合108課綱校訂課程強調跨領域、適性學習的精神。

    實際上，教育現場的外部環境與內在因素均會影響課程教學，學校長期用既有的學科教學處理校訂課程規劃，從舊課綱過渡到108課綱沒有產生太大變動，可以見得當教育當局對學校沒有採取有效的實質督導時，僅止於課程計畫的書面形式審查，或是地方輔導團辦理研習，都會讓學校推動108課綱校訂課程的落實度有限。為了精進國中校訂課程設計規劃，有以下兩點建議：

一、結合地方輔導團規劃各校校訂課程教師社群陪伴機制

    以個案學校為例，行政及領域教師利用過去的經驗與學校現有的師資條件，並未產出對應學校願景及教師社群共備預先規劃的意識形態，僅止於領域學科回填課務，顯示學校依循過去經驗再重製對彈性學習課程的安排。儘管教育局安排相關課程研習，對學校現場擾動有限。然而，若能讓地方輔導團針對各校發展方向，規劃到校陪伴校訂課程教師社群，不僅可以提供較新的課程研發資訊，且能給予課程共備的支持與諮詢，陪伴教師課程教學的不斷修正。

二、自然領域可依學校條件發展議題課程取代食譜式實驗規劃

    在個案學校彈性學習課程發展歷程，看到學校文化脈絡、師資條件會影響教師對108課綱課程規劃的理解，外部資源並非是線性的進入學校內部。值得注意的是，國中教師在學科教學普遍仍有課程時數不足的焦慮，加上若缺乏課程設計的先備知識，往往會對於跨領域課程躊躇不前，甚至心生恐慌。

    以自然領域為例，若能妥善引導教師理解領綱課程架構與學習內容，檢擇學習較弱或抽象的概念，規劃議題式課程設計，往往可以收到加深加廣之效，比食譜式實驗規劃更符合108課綱校訂課程精神，且能發展學校特色教學。只是要達到此一目標，除了外部資源持續有效挹注外，更需要教師社群形成制度化運作，方可以穩定學校校訂課程規劃。

 n  參考文獻

洪詠善、范信賢主編（2015）。同行–走進十二年國民基本教育課程綱要總綱。取自http://ws.moe.edu.tw/001/Upload/23/relfile/8006/51171/2e43a379-fee8-43a3-a027-0f98bb59cabb.pdf 

張珮珊（2018）。發展與實施「自然科學探究與實作」課程之研究（未出版之博士論文）。國立彰化師範大學，彰化。

教育部（2014）。十二年國民基本教育課程綱要國民中小學總綱綱要。臺北：國家教育研究院。

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：國家教育研究院。

陳竹亭（2016）。探究是實事求是的第一步！。科學研習，55-02，2-4。

簡菲莉（2019）。十二年國教課綱高中自主學習建制化之實踐研究（未出版之博士論文）。國立臺灣師範大學，臺北。

 以現代化學觀點

詮釋一篇發表給呂薩克定律的回憶錄

游文綺、胡景瀚*

國立彰化師範大學化學系
*[email protected]

n  譯者導讀

在中學自然科學和大學化學的教科書中，常見到給呂薩克定律（Gay-Lussac’s law），此定律是學生不可或缺的學習內容。給呂薩克定律是指在同溫同壓下，氣體反應物相互之間依照簡單體積比例進行反應，並且產生的任一氣體產物也與氣體反應物的體積成簡單整數比。此定律由法國化學家約瑟夫·路易·給呂薩克（Joseph Louis Gay-Lussac, 1778-1850）於1808年發現，其畫像如圖一左所示；並且他於1809年以法文發表一篇論文名為Mémoire sur la combinaison des substances gazeuses les unes avec les autres（Gay-Lussac, 1809），如圖一中所示。這篇英譯名為Memoir on the Combination of Gaseous Substances with Each Other（Henry A. B. etc., 1966），如圖一右所示。這篇論文筆者中譯為《關於氣態物質相互結合的回憶錄》，如見附錄。在此論文中，並沒有提到「給呂薩克定律」一詞，此定律是後人對給呂薩克的研究貢獻以他的姓氏作為科學定律的尊榮。

圖一：路易·給呂薩克（左）、原文法文版本（中）和英譯版本（右）

（圖片來源：http://belkihistory12.blogspot.com/2015/、http://www.numdam.org/item/?id=ASENS_1886_3_3__89_0 和 https://web.lemoyne.edu/~giunta/gaylussac.html ）

在18-19世紀，化學界主要研究項目為物質在不同狀態下的特性和對壓力、熱量的反應。1808年之前，給呂薩克參與當時一個重要的問題：「確定化合物是否以各種比例形成？」與馬塞爾·普魯斯特（Marcel Proust）、克洛德·路易·貝托萊（Claude-Louis Bertholle）、約翰·道耳頓（John Dalton）等人相繼提出觀點。

給呂薩克在發現200份體積的水蒸氣為氧氣和氫氣以100：200份體積比反應，他懷疑氣態物質之間的化合物是以非常簡單的體積比例形成的，經由一系列的實驗發現，氣態物質結合的比例為1：1、1：2或1：3，在固體或液體物質中，這種比例無法觀察到。此外，道耳頓原子說認為由兩種物質組成的化合物中的元素有一定的結合比例。

給呂薩克的《回憶錄》論文提到利用氟硼酸氣體、鹽酸氣體和碳酸氣體，分別與氨氣結合，證明出相等體積的酸和鹼結合會導致中性化；分析氮氧化合物的元素比例得出氣體在相互作用時總是以最簡單的比例結合，這些成果揭示氣態物質在對壓力和熱量的反應存在著規律性。

給呂薩克的《回憶錄》論文有些描述過於精簡或計算過程省略，以致不易理解他發現定律的前後關系。為易於閱讀上的理解，筆者在這篇中譯論文中加註現代的化合物分子式和化學反應式，以斜體字呈現在全形中刮號中，例如：碳酸氣體〔CO₂(g)〕，以便詮釋該論文的重要內涵和探究氣體結合的體積關係；並且加註英文的專有名詞和當時的物質名稱（俗名）在小刮號內，以標準字形呈現，例如：鹽酸氣體（muriatic gas），以幫助讀者知道論文中提到的專有名詞和俗名的意思。筆者加註的分子式和反應式，對當時的給呂薩克來說，他不知道所做實驗化合物的分子式和進行的反應式，也不知道在反應式中的係數是他進行實驗的「體積比」、更不知道是「分子數比」或「莫耳數比」。以下是該文的中英文翻譯的標題；在內文中，除「結論」的次標題之外，其他為筆者所添加。

給呂薩克的《回憶錄》論文有多方面的價值：(1)透過給呂薩克的實驗結果，發現一項科學定律的過程，值得閱讀並理解科學定律的建立；(2)科學定律的建立是基於定量實驗的測量和結果與討論，值得閱讀並仿效其科學方法和過程；(3)透過200多年前的論文，值得閱讀並初探早期科學原理的建立，知道科學歷史的發展過程。

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關於氣態物質相互化合的回憶錄

約瑟夫·路易·給呂薩克

Memoir on the Combination of Gaseous
Substances with Each Other

Joseph Louis Gay-Lussac

Mémoires de la Société d’Arcueil 2, 207 (1809)

n  前言

無論是固態、液態還是氣態下的物質，有一些與內聚力無關的特性；但是這些物質似乎受到某種力量的影響，影響的程度並不確定，也沒有明確的規律。雖然不同物質在受到相同壓力作用下體積改變量是不同的，但是當我們〔指給呂薩克在其論文的第一人稱，以下同〕對所有彈性流體施加相同的壓力時，它們會呈現相同的體積減少，這類結果也適用在熱量對物質膨脹的特性。這個現象暗示著物質在不同狀態下對壓力或熱量的反應不盡相同，且受到其他因素的影響。可能包括分子間的相互作用力、分子排列的結構性特徵以及物質的物理性質等等。我們對於這種力量的影響程度仍需進一步的研究和瞭解。

固體和液體中分子的吸引力是改變其特殊性質的原因，只有當吸引力完全被破壞時，如在氣體中，或是類似條件下的物體，才會服從簡單而有規律的定律。我〔指給呂薩克，以下同〕打算解釋氣體中的規律性來支持這一點。藉由說明物質以非常簡單的方式彼此結合，它們在結合時經歷的體積收縮也遵循規律，使人們瞭解氣體中的一些新特性。希望藉由這種方式來證明一些傑出化學家提出的先進觀點，也許離能夠把大部分化學現象提交給「計算」的時候不遠了。

n  等待解答的事實

「確定化合物是否以各種比例形成？」這本身就是一個非常重要的問題，也是化學家之間討論最多的問題。普魯斯特先生（M. Proust）是第一個注意這個問題的人。他認為金屬只有兩種氧化程度，即最小和最大氧化程度。但是在這個假設下，他被迫接受與物理學相反的原則，才能將同一種金屬的所有氧化物僅僅化約為兩種氧化物。另一方面，貝托萊先生（M. Berthollet）從一般的狀況下和他的實驗中推理：「化合物的形成往往以非常不固定的比例進行，除非受到特殊因素的影響，如結晶、不溶性或彈性。」最後，道耳頓提出這樣一個觀點：「兩種物質的化合物是以這樣一種方式形成的：一個原子與另一個原子的一個、兩個、三個或更多原子結合。」若按照這種方式來看化合物的話，就會發現它們是以恆定比例形成的，且不存在中間體，從這個角度來看，道耳頓的理論就與普魯斯特的先生理論相似，但貝托萊先生在為湯姆森的《化學》（Thomson’s Chemistry）撰寫的引言中強烈反對這一點。我們將會看到，實際上它不是完全正確的，它仍然未得到解決，我希望現在要陳述的這些事實，是一些被化學家所忽略的事實，將有助於闡明這個問題。

n  氣體實驗的結果與討論

根據洪堡先生（M. Humboldt）和我的觀察，我們已經確定水蒸氣的比例為100份氧氣對200份氫氣結合〔O₂(g) + 2H₂(g) → 2H₂O(g)〕，我懷疑其他氣體也可能以簡單的比例結合。為此，進行以下實驗，我準備氟硼酸、鹽酸和碳酸氣體（fluoboric, muriatic, and carbonic gases），分別將它們與氨氣結合。100份鹽酸氣體〔HCl(g)〕體積恰好飽和（saturate）〔完全結合或化合之意〕100份氨氣體積，它們所形成的鹽是完全中性的〔NH₃(g) + HCl(g) → NH₄Cl(s)〕，無論哪一種氣體使用過量都是如此。相反地，氟硼酸氣體〔HBF₄(g)〕以兩種比例方式與氨氣結合。其一：如果先將氟硼酸氣體放入刻度管中，然後再通入氨氣，可以發現兩種氣體以相等體積結合，所形成的鹽也是中性的〔NH₃(g) + HBF₄(g) → NH₄BF₄(s)，可能的原因是氣態NH₃的密度比HBF₄小很多，且相互結合的速率慢，以致在下層的HBF₄只能與適量的NH₃反應而產生NH₄BF₄，其溶液pH值略低於7.0〕。其二：如果我們先將氨氣放入刻度管中，然後在單一氣泡中引入氟硼酸氣體，第一種氣體〔NH₃(g)〕將會相對於第二種氣體〔HBF₄(g)〕過量，所以得到的鹽就會帶有過量的鹼，它由100份氟硼酸氣體和200份氨氣組成〔先反應：NH₃(g) +HBF₄(g) →NH₄BF₄(s)，後反應：NH₄BF₄(s) + NH₃(g) → NH₃BF₄^–NH₄⁺(s)，或以氫鍵結合而形成NH4BF₄·NH₃(s)。可能的原因是氣態NH₃的密度比HBF₄小很多，引入的HBF₄會下沉，且生成的NH₄BF₄也會下沉，以致NH₄BF₄與下層的NH₃繼續結合而產生NH₄BF₄·NH₃或形成NH₃BF₄^–NH₄⁺，其溶液pH是鹼性〕。

如果碳酸氣體〔CO₂(g)〕和氨氣接觸，不論先通入碳酸氣體或氨氣管中，最後都會形成由100份碳酸氣體和200份氨氣組成的亞碳酸鹽（sub-carbonate）〔(NH₄)₂CO₃〕〔CO₂(g) +2NH₃(g) + H₂O(l) → (NH₄)₂CO₃(s)〕。然而，可以證明的是，中性的碳酸銨〔碳酸氫銨，(NH₄)HCO_3，其溶液的pH 7.4-7.6低於(NH₄)₂CO₃的pH 10.3〕由相等體積的這兩種成分組成〔CO₂(g) + NH₃(g) + H₂O(l) → (NH₄)HCO₃(s)〕。貝托萊先生將碳酸氣體通入亞碳酸銨中進行分析〔(NH₄)₂CO₃(s) + CO₂(g)+ H₂O(l) → 2NH₄HCO₃(s)〕，發現它的組成重量為73.34份的碳酸氣體和26.66份的氨氣。現在，如果我們假設它由等體積的成分組成，根據已知的比重〔二氧化碳氣體密度為1.5196 kg/m³、氨氣氣體密度約為0.5902 kg/m³，本文氣體密度皆相對於空氣密度〕，我們可以計算出它的重量百分含量〔等體積組成，密度比即為重量比〕為碳酸氣體約占71.81〔1.5196 / (1.5196 +0.5902) =0 .7203〕；氨氣約佔28.19〔0.5902 / (1.5196 +0.5902) = 0.2797〕，這與前述的比例僅有些微的不同。

如果碳酸氣體和氨氣的混合可以形成中性的碳酸銨〔(NH₄)HCO₃〕，那麼其中一種氣體和另一種氣體將被等體積吸收，但事實上只能藉由水的介入來獲得中性的碳酸銨，因此得出結論，水與氨的親和力競爭，克服碳酸氣體的彈性。只有透過水的介入，中性的碳酸銨才能存在。

因此我們可以得出結論鹽酸、氟硼酸和碳酸氣體皆需要相等體積的氨氣來形成中性鹽〔例如：NH₄BF₄、(NH₄)HCO₃〕，而氟硼酸和碳酸氣體可以由兩倍的氨氣來製成亞鹽（sub-salts）〔例如：NH₃BF₄^–NH₄⁺或NH₄BF₄·NH₃、(NH₄)₂CO₃〕。可以看到不同的酸能夠與相等體積的氨氣中和。因此我懷疑，如果所有的酸和所有的鹼都能以氣態形式獲得，那麼相等體積的酸和鹼結合將導致中性化。

還可以看出一個有趣的現象，無論得到一個中性鹽或者是亞鹽，它們的元素都是以簡單的比例結合在一起，這可以被視為對元素比例的限制。因此，如果接受由比奧先生（M. Biot）和我確定的鹽酸氣體比重，且由比奧和阿拉戈先生（M. Biot and Arago）所提供的鹽酸氣體和氨氣的密度可以發現氨的中性鹽〔NH₄Cl〕的氨氣體對鹽酸氣體重量比為100.0：160.7，與貝托萊的結論100.0：213相差甚遠〔給呂薩克使用的中性鹽（NH₄Cl）密度誤差非常大，因此得到錯誤的結果，氨氣與鹽酸氣體正確的重量比為100：214〕。

同理，可以發現氨鹽類的重量比〔氨氣的密度：二氧化碳的密度 × 體積倍數〕為 

根據前面的結果，可以很容易確定氟硼酸、鹽酸和碳酸氣體的容積比（ratios of the capacity）〔即體積比〕。因為這三種氣體飽和相同體積的氨氣，考慮到鹽酸中含有的水，這些氣體的相對容量〔即相對體積〕與它們的密度成反比〔密度=質量/體積，當質量固定，體積與密度成反比〕。根據上述可以得出結論：「氣體以非常簡單的體積比相互結合」。

根據貝托萊先生的實驗，氨氣的組成的體積比為100份氮氣加上300份氫氣〔N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g)〕。我在《阿爾斯日爾曼學會論文集》第一卷中發現，硫酸（sulphuric acid）〔指硫酸氣體，SO₃〕的組成為100份含硫氣體（sulphurous gas）〔SO₂(g)〕和50份的氧氣〔SO₂(g) + 1/2O₂(g) → SO₃(g)〕。當50份氧氣和100份碳氧化物（carbonic oxide）〔CO〕（藉由鋅氧化物與高溫鍛燒的木炭蒸餾製成），這兩種氣體被消耗，並產生100份碳酸氣體。因此，碳酸氣體可被視為由100份碳氧化物氣體和50份氧氣組成〔CO(g) + 1/2O₂(g) → CO₂(g)〕。

戴維（Davy）從對氮氣與氧氣的各種氧化物中分析，找出以下重量比。〔中括號內的分子式和現代數字為譯者所標示〕 

我們可以承認下表內數字表示氮氣與氧氣的化合物的體積比：〔氣體的體積等於重量除以密度，再相對於氮氣為100。〕

根據我的實驗，含氧鹽酸（oxygenated muriatic acid）〔18世紀化學家將氯化合物稱為含氧鹽酸或氧化鹽酸，直到1811年，戴維博士才將其確認為氯氣，Cl₂(g)〕的重量百分比由氧氣比鹽酸氣體為22.92：77.08組成〔轉換成莫耳數比為1.000：2.987，可能的反應是O₂(g) + 3HCl(g) →2HClO·HCl(g)，此產物是HClO與HCl以氫鍵結合，後面會繼續談到〕，這與舍內維克斯先生（M. Chenevix）的實驗幾乎沒有什麼不同。上述重量換算成體積〔體積=重量/密度〕，我們發現含氧鹽酸是由以下物質形成的。〔在1772年，化學家認為氧是酸中不可或缺的組成，並定義氧為酸生成者，直到1811年，戴維博士才證明部分酸中未含氧原子（高憲章，2015）〕。

氣體的結合體積不僅以非常簡單的比例，正如我們剛才所看到的那樣，而且它們在結合時所經歷的體積外觀收縮也與氣體的體積有關係，或者至少與其中一種氣體的體積有著簡單的關係。

上述曾提到，根據貝托萊先生的研究，當由蒸餾鋅氧化物和強鍛燒木炭製備而成的100份碳氧化物氣體〔CO(g)〕與50份氧氣結合，會產生100份碳酸氣體〔CO(g) + 1/2O₂(g) → CO₂(g)〕。由此可以得知，這兩種氣體的收縮量〔(1 + 1/2) – 1 =1/2份〕正好等於添加的氧氣體積〔1/2份〕。因此，碳酸氣體〔CO₂(g)〕的密度等於碳氧化物氣體〔CO(g)〕的密度加上氧氣密度的一半；或者反過來說，碳氧化物氣體的密度等於碳酸氣體氣體的密度減去氧氣密度的一半。以空氣密度為單位，我們發現碳氧化物氣體〔CO(g)〕的密度為0.9678〔原文提到密度都沒有寫出單位（kg/m³）。氧氣密度為1.10359 kg/m³；二氧化碳氣體密度為1.5196 kg/m³，因此一氧化碳氣體密度為1.5196 – (1/2 × 1.10359) = 0.9678 kg/m³〕，而不是由克魯克尚克斯（Cruickshanks）實驗測得的0.9569。我們還知道，相同體積的氧氣可以產生相同體積的碳酸氣體〔C(s) + O₂(g) → CO₂(g)〕。因此，氧氣體在與碳結合形成碳氧化物氣體時體積雙倍〔O₂(g) + 2C(s) → 2CO(g)〕。由於氧氣可以產生相同體積的碳酸氣體，而且碳氧化物氣體的密度是已知的，因此可以容易地計算這元素的重量比例。藉由這種方式，我們發現碳酸氣體〔CO₂(g)〕的碳：氧重量百分比為27.38：72.62 〔12/(12+16×2)：16×2/(12+16×2)；正確值為27.27：72.73〕；碳氧化物氣體〔CO(g)〕的碳：氧重量百分比為42.99：57.01 〔12/(12+16)：16/(12+16)；正確值為42.86：57.14〕。

進一步研究，我們發現若硫需要100份氧來製造亞硫酸（sulphurous acid）氣體〔S(s) + O₂(g) → SO₂(g)〕，則需要150份氧來製造硫酸（sulphuric acid）氣體〔S(s) + 1.5O₂(g) → SO₃(g)〕。實際上，根據克拉普羅斯、布霍爾茨和里克特先生（M. Klaproth, Bucholz, and Richter）的實驗，硫酸氣體由100份硫重和138份氧重組成〔莫耳數比為100/32.07：138/32.00 = 3.12：4.31 = 100：138，與上面反應的係數比1.0：1.5比較，有些許的誤差〕。

也可以說，2份硫酸氣體是由2份體積的亞硫酸氣體和1份氧氣組成〔2SO₂(g) + O₂(g)→ 2SO₃(g)〕。2份的硫酸氣體的重量與2份亞硫酸氣體重量和1份氧氣的重量相加應該相同，即2 × 2.265加上1.10359，得到5.63359〔原文提到重量都沒有寫出單位（g）〕；亞硫酸氣體比重為2.265，是根據基爾萬（Kirwan）的說法。但是從硫酸氣體的100份硫與138份氧氣的體積比中，硫酸氣體重量包含3.26653份的氧重〔5.63359 × 138/238 = 3.26653 (g)〕，如果從中減去1.10359的氧重，那麼還剩下2.16294亞硫酸氣體重量〔3.26653  – 1.10359  = 2.16294 (g)〕，此重量為亞硫酸氣體中的2份氧重，或者在1份亞硫酸氣體重中含有1.08147份氧重。〔由於這份氧的重量之值約等於氧氣的密度之值，原文作者在下一段文字中嘗試說服讀者，與定量的硫反應，形成100份亞硫酸氣體和硫酸氣體所需的氧氣體積分別為100份和150份〕

由於這最後一個量〔1.08147份氧重〕只比代表氧氣密度的1.10359少了2%。因此得出結論，氧氣在與硫結合形成亞硫酸氣體時，只會經歷其體積的1/50的減少，如果使用的數據更精確，這可能為零。在這最後一個假設下，使用基爾萬對亞硫酸氣體密度之值〔2.265〕，我們發現亞硫酸氣體是由100.00份的硫重和95.02份的氧重組成〔重量比為 (2.2650 – 1.10359)：1.10359 = 100：95.02〕。但是，如果我們採用前述的硫酸氣體比例，並假設100份亞硫酸氣體中含有100份氧氣，並且產生亞硫酸氣體後，還需要再加入50份氧氣才能轉化為硫酸氣體，那麼我們可以得出亞硫酸氣體的重量比為100.0份的硫重和92.0份氧重〔100.0：(138 × 2/3) = 100：92.0〕。以相同假設計算其比重，並參照空氣比重，得到亞硫酸氣體比重是2.30314〔100.0：92.0 = (亞硫酸氣體密度 – 1.10359)：1.10359，得到亞硫酸密度為2.30314 kg/m³〕，而不是基爾萬直接測得的2.2650。

磷和硫有非常密切相關，因為它們的比重幾乎相同。磷在轉變為亞磷酸（phosphorous acid）〔4P(s) + 3O₂(g) + 6H₂O(l)→ 4H₃PO₃(l)〕，需要吸收的氧氣量是亞磷酸轉變為磷酸（phosphoric acid）〔4H₃PO₃(l) + 2O₂(g) → 4H₃PO₄(l)〕所需氧氣量的兩倍〔理論上應為3/2 = 1.50倍，磷酸與亞磷酸所需氧氣比為1.5：1，這與硫與氧結合成硫酸與亞硫酸相似〕。根據羅斯（Rose）的實驗，磷酸的組成為100.0份的磷重和114.0份的氧重〔應為155份重，(16.0 × 3) / 31.0 = 1.55份重〕，亞磷酸氣體包含100.0份的磷重和76.0份的氧重〔理論上應為103份重，(16.0 × 2) / 31.0 = 1.03份重，誤差很大〕。

我們已經看到，100份體積的氮氣需要50份體積的氧氣來形成氧化亞氮（Nitrous oxide）〔N₂O(g)〕〔N₂(g) + 1/2O₂(g) → N₂O(g)〕，而需要100份體積的氧氣才能形成亞氮氣體（nitrous gas）〔NO(g)〕〔N₂(g) + O₂(g) → 2NO(g)〕。在第一種情況下，體積收縮量略大於添加的氧氣體積〔理論上，體積收縮量為(1
+ 1/2) – 1=1/2份，氧氣體積為1/2份〕。根據這假設計算氧化亞氮的比重為1.52092〔1份氮氣密度加上1/2份氧氣密度即可得出氧化亞氮氣體密度〕，而戴維給出的密度為1.61414。但是從戴維的一些實驗中可以很容易地證明，體積收縮量恰好等於添加的氧氣體積。當100份氫氣和97.5份氧化亞氮的混合物通過電火花時，氫氣被破壞，留下102份氮氣〔H₂(g) + N₂O(g) → N₂(g) + H₂O(l)〕，包括幾乎是與氫氣混合的那些氮氣〔體積比為係數比 = N₂O：N₂ = 1：1〕，以及一些逃逸的未燃燒的氫氣剩餘物，在所有的修正後，幾乎等於所使用的氧化亞氮的體積。同樣地，當100份磷化氫（phosphorated hydrogen）〔PH₃〕和250份氧化亞氮的混合物通入電火花時，生成水和磷酸（phosphoric acid）〔H₃PO₄〕，恰好留下250份氮氣〔PH₃(g) + 4N₂O(g) → H₃PO₄(l) + 4N₂(g)，此反應式的係數比（PH₃：N₂O = 100：400）與上述實驗使用體積（100：250）比差異很大，可能的原因是PH₃對O₂敏感而降低其含量，且N₂O對水蒸氣的親和力大而降低其對PH₃的活性〕。另外明顯的證據表明〔2N₂(g) + O₂(g) → 2N₂O(g)〕，氧化亞氮的元素外觀收縮量〔(2 + 1) – 2 =1份〕等於添加氧氣的全部體積〔1份〕。由此看來，與空氣相比，氧化亞氮的比重為1.52092。