臺灣化學教育

化學探究教學：融入綠色化學
於化學探究課程設計（上）

周芳妃^1, *、張永佶¹、詹莉芬¹、陳祖望¹、繆慧娟^2, *、
林依萱¹、王琳嘉¹、林采緹¹、鄭如芬¹

¹臺北市立第一女子高級中學
²工業技術研究院綠能與環境研究所
^1, *[email protected]、^2, *[email protected]

今年初受邀為《臺灣化學教育》的專題〈化學探究教學〉撰文，此時也正值北一女中化學科團隊受邀協助工業研究院辦理教育部專案計畫，籌備第二屆全國綠色化學教育種子教師培訓研習的工作，因此本文就一起引入本項研習工作的報導，也舉例說明本研習中的「綠色化學—探究與實作（I）、（II）」課程。

n  科學探究課程與綠色化學有何關係？

很多人聽到「科學探究課程」這名詞，第一個想法往往是「帶學生做實驗」，其實探究課程的設計不是只有做實驗這件事，但是，科學探究課程的多元設計中，一定也要有「動手做實驗、動腦飆科學」的實驗課程，進行實驗課程又涉及到實驗資源與藥品管理的多層問題。如果缺乏謹慎設計的科學探究課程，以目前國內所有高中職學生人數的規模，課綱的設計要求全部週週進行動手做實驗的科學探究課程，後果可能又重新陷入學校物資過度浪費以及處理廢棄物之費錢費工、或是經費不足導致無法開課的我國科學教育的老問題。

在1992年里約熱內盧舉行的地球高峰會（Earth Summit）是聯合國重要會議之一，同年，聯合國設立永續發展委員會（The United Nations Conference on Environment and Development, CSD），自1992年起一直是每年舉辦的高級論壇，以落實里約高峰會議的後續行動。多年來，永續發展委員會的焦點主題包括能源永續發展、工業發展、空氣與大氣層污染以及氣候變遷等重要議題，都與化學產業發展息息相關。急速走入低碳社會與能源轉化及輸送的迫切研究議題，使全球的化學技術與化工產業整合發展出綠色化學（Green Chemistry）原則，許多國家都確立了環境保護、防止污染及資源再生的國策，發展採用最少資源和能源消耗，並產生最小污染排放的化學技術。我國的學術界與工業界很早就推動綠色化學議題與研究交流，經由國內多方力量的整合，教育部在民國104年也成立「綠色化學教育網」（見圖一），來協助國內高中職教育的實驗課程，並整合到我國107新課綱課程中的「探究與實作」課程與化學實驗課程中。

圖一：民國104年教育部成立綠色化學教育網（網址：http://chem.moe.edu.tw/green）。

n  如何謹慎設計科學探究課程？

進行探究式教學中，學生必須有假設、預測、操作、提出問題、追尋答案…等經驗，以便建構新的知識。學生在分組進行活動或討論的過程，過程本身就是一種學習。如果教師希望著手設計科學探究課程時，課程主題可涵蓋多元方式，但是在教與學的歷程，教師扮演著引導與協助的角色，進行的課程內容是由學生主動學習，主動建構知識。

在高中的科學實驗課程中，實驗教學設計可簡分為數種層次，這些層次的實驗教學設計，在在都要考量人、事、地、物、時間與經費等因素，才能落實課程的執行（見圖二）。高中實驗課本所介紹的課程設計大都是按照步驟操作，並且希望可驗證課本知識的教學策略，此策略就類似「食譜式」教學。國內也有很少數的中學科學教師們會承擔了指導學生參加科展的任務，每年也只有很少數的學生有機會接受教師的專題研究個別指導，科展指導就是高中科學實驗課程中最高層次的教學策略了。回顧我國四十多年來的高中科學實驗教學設計，大多教師就以這兩種教學策略為主。

圖二：我國四十多年來的高中科學實驗教學設計，大多教師就以食譜式及科展指導的教學策略為主，在在都要考量人、事、地、物、時間與經費等因素，才能落實執行課程。

因應我國中小學科學教育中，採取探究式教學對於我國未來人才培育工作益發重要，科學教師想要落實探究與實作課程時，教師應因學生的個別差異來提供引導，建議採用下列的科學實驗課程的設計指標做為參考，可收事半功倍之效。依據實驗問題、步驟、答案的分項控制，控制「給予」或是「開放」，可將科學實驗課程的設計指標分為四層（見圖三），有文獻指出第壹層為結構式探究（structured inquiry），第貳層為引導式探究（guided inquiry），第參層是開放式探究（open inquiry）。探究式教學課程的入門設計可以從第壹層、第貳層開始，科展指導教學策略通常屬於第參層的教學策略。基於因材施教、有教無類的教育宗旨，教師進行實驗課程設計時，務必考量學生程度與教學時間，也可將實驗教學設計的四個層次加以活用，搭配到不同教學進度之中。

圖三：著手進行實驗課程的設計指標，務必考量學生程度與教學時間，也可將四個層次的實驗教學設計加以活用，搭配到不同教學進度之中。

n  科學探究課程設計有校外教學的範例嗎？

科學探究是否一定要搭配實作課程？實作課程的設計是否一定就要在實驗室呢？在此介紹「北一女中鄰近的購物資源」的校外教學設計（見圖四A、B、C），簡單說明科學探究實作的課程設計富有很大的彈性。目前北一女中高一跨班選修的化學科選修課，一學期為單位，每週2小時課程，上、下學期共開了4個班級，學期課程名稱為「科學探究課程與創意關卡設計」， 其中校外教學的課程已經執行到第六年，目前在這門課中安排2次的校外教學課，套用實驗課程的設計指標如表一所示，表格中提及的科學創意關卡設計在此不詳細介紹，就欣賞一些活動照片（見圖五A、B）。

表一：套用實驗課程的校外教學課設計指標

圖四A：「北一女中鄰近的購物資源」的校外教學設計教案，評量方式為結束攝影活動的分組報告1分鐘。

圖四B：「北一女中鄰近的購物資源」的校外教學通勤。

圖四C：「北一女中鄰近的購物資源」的第二次校外教學設計，評量方式為當日需上傳書面到課程社群，介紹分組心得報告與活動照片合照1張。

圖五A：北一女中高一跨班選修的化學「科學探究課程與創意關卡設計」，學生在化學實驗室進行關卡佈置，準備執行驗收自己的創意設計。

圖五（B）：北一女中高一學生各式各樣的科學創意關卡設計。

〔續《化學探究教學：融入綠色化學於化學探究課程設計（下）》〕