臺灣化學教育

翻轉教室在基礎化學課程實施的經驗談

翁榮源

靜宜大學應用化學系
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n  前言

所有的事情全部得回歸到去年教授休假回來說起，有一陣子沒上課了，多少有點興奮感，但從開學第一天開始，逐步的發覺，現在的大學生和以前已經有極大的不同。最主要的是科技工具的進步，大學生人手一部iPad/iPhone不定時的上網和同學Line，已經是每一位年輕同學生活的一部分。至於本人個人從有機金屬化學合成研究跳到化學教育研究領域已經二十多年，幾乎每年都在從事化學教育的改進，不管是學校和科技部的計畫，好像每年不做一點進步，就跟不上時代與科技的浪潮。縱使個人做任何的努力，總是會有一部分的同學睡覺╱打手機╱聊天/寫報告，在大學的化學教育課堂上，似乎只能放棄跟不上的學生群，精英教學的魔咒永遠無法脫離一般大學化學教師的教學困境。

n  臺灣的翻轉教室

臺灣的教育界從2015年開始，中山女高的張輝誠老師與臺灣大學的葉丙成教授登高一呼，似乎有一股翻轉教室的旋風開始在臺灣的教育界捲起教與學的翻轉，到處都有一些新學校與新教師投入翻轉教室的行列。尤其是在Youtube上有一大堆教學影片，自己也開始思考，化學教育能否也能進行教室還給學生的翻轉教室模式？花了許多的時間經過縝密的設計，終於進行了臺灣第一個大學化學翻轉教室。

臺灣大學葉丙成教授提到翻轉教室有兩種：一種是廣義的翻轉，只要教師與學生的角色互換，從傳統的集中授課以教師為中心變成新式的以學生為主體的學生為中心方式就是廣義翻轉。由於各種不同的執行模式，教師不再像過去一樣的在課堂授課，因此造成一些同學與家長的指責，成效不如預期，許多教師翻轉半天，最後還是回到較為簡單也沒有爭議的傳統教學法，尤其是不使用任何科技的黑板粉筆教學。另一種為狹義的翻轉，透過精密的規劃，也就是中山女高張輝誠老師的「學思達」模式：最重要的執行要點有三：(一)、把教室講台還給同學，教師不再授課，學生在家看影片章節內容自學。(二)、到學校做作業並討論答案，透過預先安排好的小組在同儕間討論建構知識。(三)、所有的知識由同學解釋完成，教師只能設計引導讓同學自行講出答案。因為規畫明確，執行起來較無爭議，成效較為明顯，目前廣泛的被大多數教師採用。

n  靜宜大學基礎化學翻轉教學

下面是本人在靜宜大學大一基礎化學翻轉教學，兩年來執行的過程：

一、  上課前

靜宜大學基礎化學課程是3個學分，每個禮拜有3節課，本人的翻轉教室執行模式主要是以問題引導為主軸，除了一定的課本內容以外，系上也有要求一定的英文教科書與化學基礎知識內容必須完全的照顧到。因此找到美國ACS大學化學測驗題做為核心[1]，每一個章節找出15題核心知識內容單選題，一節課以5題為重心，一般而言是本人先設計好，再透過E-Mail給化學教育專家修正建議，定案後公告給學生預先搜尋答案及其原因。接下來就是把過去上課的PPT投影片做大幅修正，每一章濃縮成15個投影片，一個投影片就是一個核心概念，盡量地不說出問題的真正答案，讓學生自己思考出答案。影片是使用Microsoft的免費OfficeMix軟體進行錄影，將影片內容放在Youtube平台上，透過FaceBook粉絲團發布訊息，學生在上課前會有題目和影片，先預習完再到課堂上課。

所有學生在第一節課時就被要求要上FB粉絲團按讚（見圖一），並依照化學程度自行找好組員，分配不同角色，隊長統籌一切，教練╱師兄╱徒弟╱跟班，各個角色互相協助互動，教師則從旁鼓勵引導。本人在成績設計上給予隊長學期總分90分起跳之優惠（沒有缺課請假），事後發覺非常有用。由於學生在家已經進行學習活動，因此真正上課時本人會將時間濃縮，變成每節課只有30分鐘左右，上課一開始就是小組討論，互相討論答案和原因（為什麼很重要），10分鐘以後再進行抽籤問答，討論期間教師遊走於小組間，督促隊長盡到領導工作，跟同學討論答案，找出沒有準備課程內容同學，督促與追蹤其下一次之預習行為。所有修課同學必須到FB粉絲團按讚，所有課程相關訊息都在FB粉絲團公告，當然每次下課後之平時考試連結與時間截止日期都會在這裡提醒。任課教師當然也必須立即在FB粉絲團中公告所有上課各組加分情形和缺課同學扣分名單以及未及時提交平時測驗同學名單等等訊息。也就是FB粉絲團就是老師與同學的交流平台，同學與老師都可以在這個平台上互相交流，任何課程內容觀念不了解的地方也可以透過這個平台與找到正確解答，或者溝通澄清。

圖一：靜宜大學大一基礎化學課程FB粉絲團

 

二、  上課了

本來是準備兩個籤筒，一個是組別籤，一個是角色籤，但想到科技進步到這個程度，總可以有更進步的方法。找到程式碼設計本翻轉教室的抽籤網頁[2]，可以掛在任何伺服器上使用，當然也可以直接連結網址，直接更改姓名使用。剛開始上課，所有同學按照小組坐在一起，每一節課（50分鐘）花10分鐘時間討論5題關鍵單選題（預先公告在FB粉絲團）[3]，重要的是不只要知道答案，要了解與說明為什麼是這個答案，只知道答案沒有用。教師則到處遊走，鼓勵同學討論，抓出沒準備同學，引導隊長主導討論流程。

停止討論後，逐題抽籤問答，答錯立刻由其他各組舉手搶答，只要是正確答案，立刻問〝為什麼？〞，把原來要教的內容，靠教師預先準備的引導流程，透過個人的主持功力，想辦法從同學口中說出來（見圖二）。原則上依照排定的角色，隊長答對時整組+1分╱教練答對時整組+2╱師兄答對時整組+3╱徒弟答對時整組+4╱跟班答對時整組+5，搶答時不照角色限制，任何人搶答答對整組+5，第二次補充答對整組+4，第三次補充答對整組+3，第四次補充答對整組+2，第五次補充答對整組+1。原則上答案會在第三次就補充答題完成，教師則盡量控制自己千萬不要講出答案，所有知識內容一定要透過學生口中完成。所有題目以及答案內容完全依照之前傳統教學時之內容修正而成，預先寫清楚〝關鍵話句〞會最好。

 

 

圖二：實際上課時同學互相分組討論以及抽籤搶答情形

在此舉兩個例題：原子結構和物質三態，如下所述。

第一個範例：原子結構

l  傳統教學時，解釋原子結構：以原子核為中心，原子核非常的小，如果原子像棒球場一樣大，原子核只佔一隻小螞蟻一樣大。電子繞著原子核永久不斷的運動，正負電荷吸引力與離心力互相抵銷。

l  翻轉教室時，討論原子結構的題目：如果原子像棒球場一樣大，原子核的大小大約為(a)西瓜  (b)投手  (c)汽車  (d)螞蟻  (e)房子

答案是(d)螞蟻，為什麼？原子核的體積只占原子體積的幾千億分之一。然而，在這極小的原子核裡卻集中了約99.95％的原子質量。原子核極其渺小，如果將原子比喻為操場的中間有一個顆棒球，這就是大致的原子與原子核比例大小。電子則是幾乎不占任何體積，並且繞著原子核不斷旋轉，永生不息。為什麼不會正負電中和，離心力與吸引力互相抵銷，所以電子運動速率要非常快，幾乎跟光速一樣。

第二個範例：物質三態

l  傳統教學時，解釋物質三態：氣體（蒸汽），分子與分子間距離極大，在教室空間中立即擴散，具有無限大體積。液體（如水），具有固定體積，但分子會自由移動，到到容器中會改變形狀，但體積固定。固體（如冰），具有固定體積，而且不會任意移動。

l  翻轉教室時，討論物質三態的題目：有一魔術骰子，可以丟出任何所要的號碼，最主要的原因是骰子裡面有(a)鉛  (b)汞  (c)鈦  (d)矽  (e)硫 

答案是(b)汞，為什麼？需要拿出市售的魔術骰子給同學參考，另外也讓同學看一下破解的魔術骰子結構。6點的那一面是個蓋子裡面有兩種液體（汞和油）。液態的水銀的比重非常大，但是要如何丟出來所有你要的號碼？骰子的中心為空心，灌入一半的水銀和一半的沙拉油。丟骰子時，需要讓骰子中的液體略為沉澱在底部，由於液態汞的比重非常大，丟出去時一下子無法變動，就會丟出你所呈現的號碼。氣體立即充滿容器，固體形狀不會變動，「液體會隨容器變動形狀」是關鍵語句，這就是教師所要傳遞的關鍵化學知識訊息，只要同學講出這一段關鍵話語，這一題討論題就結束了。

三、  下課後

1.        透過Google表單，設計平時考試繳交機制，所有學生必須在12個小時內提交答案（所有題目和答案都已經在課堂上充分討論，尤其是為什麼是這個答案的原因與關連，記憶猶新）。所有學生提交資料再透過Flubaroo外掛程式自動更改考卷，並且將所有成績匯入Excel檔案，教師將所有成績資料轉入Access學生資料庫中管理。

2.        原則上每個禮拜進行一個章節之進度，也就是15個該章的核心概念（討論題目）之內容，讓學生透過翻轉教室的機制，直接由學生個人自己建構完成化學知識。

3.        透過FB粉絲團，即時地溝通所有學生的成績進度，讓學生自己控制每一個同學的學習狀況。

4.        嚴格地管控課程時間，既然要求學生上課前必須預習觀看學習內容影片，實際上課時間就必須比平常上課時間縮短（本人的教學模式約70%），否則會引起學生反彈和抱怨，認為花太多時間在這門課上。

透過相關的數據比較分析，本人有兩項較為明顯的發現，如下所述：

1.        女性學生比較適合化學課程的翻轉教室學習模式。

分析其原因大致是一般而言女性比較喜歡合作學習模式，而且女生比較喜歡教導別人功
課，喜歡在群組中發表意見，因此翻轉教室的合作與討論方式較適合女生學習。

2.        一些平常較低成就的學生，在翻轉教室學習模式中，比較能突破傳統圍籬，在成績表現上比傳統模式要好很多。

分析其主要原因可能是一些低成就學生，在小組討論中透過聽講/參與/表達等等學習環境，較能夠自行建構知識，進而瞭解化學原理。

n  結語

化學是一門實驗科學，非常重視做中學和學中做，相關的實驗與生活化展示在學習過程中非常重要，如何設計一些生活化展示內容在課程的進行過程中，是十分重要的，否則化學課容易淪為填鴨與背誦的無聊課程。翻轉教室在化學教育上只是教學模式的改變，教學的好壞最後還是回歸到最原始的本質：〝教學內容的設計〞，如何透過有趣的生活化學展示與課程設計，將所要傳達的化學知識內容透過有趣的搶答與引導建構出有效的學習模式，應該是所有化學教師不斷在追求的目標。

目前有許多的大學化學教師用傳統的教學法，既直接又簡單，省很多時間，教的內容又多。綜觀本人在化學教育研究領域度過那麼多年，從最早的DVD輔助教學 → 網路教學 → 手機簡訊教學 → FB臉書教學 → 平板APP教學 → 到現在最熱門的翻轉教室。學生在一開始都有極大的好奇心，但不管哪一種教學法最後還是回歸到做教師的教學內容。只會教學生背誦知識的壞教師，不管用哪一種教學法，永遠是一個不適任的壞教師。能夠把教學內容用最有趣最明顯的教學工具呈現給同學，縱使使用最原始的粉筆黑板，還是學生心目中最敬重的好教師。翻轉教室是目前最能夠將學生做為學習中心的教學模式，做起來不難，但所有課堂設計，關鍵教學內容如何透過影片預習和問題引導傳達給學生，若沒有精密的設計和教師引導，則學生在學習過程中很容易走到岔路去。因此翻轉教室中最重要的門檻，還是在於教師如何扮演一個最佳主持人的角色，在適當的時機說出最關鍵的話語，透過精彩的教室互動過程誘導同學說出最正確的知識，是化學教育翻轉教室成功與否的關鍵，自己仍不斷在進步當中，願與所有熱心化學教育先進們共勉之。

n   參考資料

1.          美國ACS化學學會的大學化學各章節關鍵知識測驗題目，https://goo.gl/yFJXy9。（可以直接連結下載pdf檔，也可以直接與作者聯繫。)

2.        本翻轉教室的抽籤網頁，http://adm2.chemistry.pu.edu.tw/pick_number.htm。（可以直接下載網頁程式碼，修改後放在自己網站中使用，也可以直接在網頁開啟時直接輸入同學姓名使用，若仍有任何問題請直接與作者聯繫。）