臺灣化學教育

武陵高中多元選修課程模組：彩色化學篇

張明娟

國立武陵高級中學

教育部高中化學學科中心

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前言

天下雜誌2010年調查¹：國中生最不喜歡的科學學科是「數學」，高中生則最不喜歡「化學」，近四成學生「都沒做過」科學實驗，顯示台灣科學教育實作太少。身為化學教師的我，一直引以為戒；然而化學是一門實驗科學，做中學學中做，因應新課綱發展多元選修課中，因為是放在高一試跑的一門選修課，如何讓學生有興趣，且老師在原有的課程中不會有太大的負擔，實驗原理以簡單國中曾經學過的出發，重點放在實驗技能的訓練，引發學生學習興趣；然而高一學生化學背景較少，在國中階段大多從未做過實驗，筆者調查過學生中，8成以上都是黑板實驗，因此這門選修課除了實作外，評量部分該如何進行也是這門課的重點。學生大多喜歡以競賽的方式獲得成就感，因此筆者從學科中心的化學闖關中－競賽評分標準中，發展出屬於這門選修課的評分方式(佔70%)，再加上學習單的完成(30%)。此選修課一學期2學分，選修人數上限24人，便於分組，以三次段考為區分，有三個課程模組，筆者發展的課程模組主要是以彩色化學為主題，藉由顏色繽紛引發學生興趣，分別是｢彩色化學之我最精密｣與｢彩色化學之我最準確｣。

 

課程模組一：｢彩色化學之我最精密｣

2012 年由化學學科中心辦理的高中生「化學創意實驗闖關比賽」²中，其初賽題目(二)：我最精密。原實驗說明如下：參與者自行配製不同密度的食鹽水並自行添加不同顏色(水彩)，將不同顏色的食鹽水倒入量筒中，利用食鹽水密度不同，使溶液分層，每個分層至少需 1.5 公分，顏色分層須清楚。筆者在帶學生參與比賽過程中，發現學生必須使用較大量的廣告顏料或水彩，而造成汙染(因顏料內含重金屬)。為了符合綠色化學精神，此課程模組把紫色高麗菜作為顏色的來源，並導入酸鹼指示劑的概念。這個模組操作時間為3週共6節課，其內容分別敘述如下：

第一週：

分組：先花約20分鐘分組，因為選修的學生來自各班，可以將鄰近班級的學生分成同一組，讓彼此方便於課後討論聯絡，選出組長並留下各組組長的聯絡方式，便於老師通知學生。再花約30分鐘介紹進實驗室的安全流程，因為學生來源是高一，大多未進過實驗室，利用這段時間介紹實驗室注意事項與實驗室安全守則，也把實驗室環境介紹，器材的擺設位置，接下來說明此次實驗會使用到的實驗器材及使用方式(圖1)。

 

圖1：實際上課使用的PPT

第二節課給學生實驗流程，讓學生分組討論後自行拿取實驗器材與實驗藥品，公共藥品區放置0.2 M氫氧化鈉2 L、0.2 M鹽酸2 L溶液與一顆紫色高麗菜，其實驗流程如下：

實驗流程

1.      自製酸鹼指示劑(紫色高麗菜汁)

將紫色高麗菜約50克剪碎後以熱蒸餾水50 mL浸泡約5分鐘，過濾後冷卻至室溫備用。

2.      酸鹼稀釋

使用安全吸球與吸量管吸取10mL的0.2 M鹽酸或氫氧化鈉水溶液置於100 mL容量瓶中，加蒸餾水稀釋至標線處，即為0.02 M鹽酸或氫氧化鈉水溶液。

3.      指示劑變色範圍

(1) 在1號試管內加入5 mL的0.2 M鹽酸水溶液與5 mL紫色高麗菜汁溶液

(2) 在2號試管內加入5 mL的0.02 M鹽酸水溶液與5 mL紫色高麗菜汁溶液

(3) 在3號試管內加入5 mL的蒸餾水與5mL紫色高麗菜汁溶液

(4) 在4號試管內加入5 mL的0.02 M氫氧化鈉水溶液與5 mL紫色高麗菜汁溶液

(5) 在5號試管內加入5 mL的0.2 M氫氧化鈉水溶液與5 mL紫色高麗菜汁溶液

老師可趁此時間到各組去了解學生拿取的器材(圖2)，詢問拿取的原因為何，按照實驗流程可得到5管不同的pH值酸鹼溶液，其pH值為若干。

圖2：上課情況與學生作品

第二週：接續上週課程，學生除了調配不同pH值紫色高麗菜汁外，試著加入不同重量的食鹽(圖3)，在量筒內做分層實驗：

圖3：上課PPT與學生作品

學生在這兩節課經由討論、實作找出最佳條件，以利下週成績評比，並利用此時間完成學習單，因為此課程為選修課程，所有的作業或學習單都要求學生在課堂中完成，不須占用課餘時間(圖4)。

 

 圖4：學生於上課完成的學習單

 

第三週：老師告訴學生評分標準，並規定於下課前20分鐘完成實驗(圖5、圖6)。

 

圖5：評分標準語學生上課實況 

 

                                                                                                                                                                                                                                                                     

圖6：學生成品

 

課程模組二：｢彩色化學之我最準確｣

  2010 年由化學學科中心辦理的高中生「化學創意實驗闖關比賽」中，其初賽題目(一)：就是恰好遮住你，其原實驗說明：利用培養皿內的化學反應產生的硫沉澱，在指定時間第n分鐘整恰好遮住桌上的黑色圖案記號。(n=3～10，比賽時現場公布過關時間)有了上個課程模組，學生已經學會了稀釋溶液的實驗技能，這個實驗就可以找出最佳實驗濃度比例，在規定的時間內準確的蓋住黑色圖案記號，理論上學生在國中實驗中應對此實驗感到熟悉，但實際上課過程中，學生反應的確聽過但沒做過此實驗，且對化學反應方程式不熟悉，因此在此課程模組中一樣利用3週6節課，分別敘述上課內容如下：

第一週：

先說明實驗原理並讓學生分組討論所需的實驗器材，公共藥品區放置0.2 M硫代硫酸鈉2L、0.2 M鹽酸2 L溶液與洗碗精溶液100 mL，學生討論後將所需藥品數量與器材與老師確認後，即進行實驗(圖7)。

 

圖7：上課PPT

第二週：延伸上週的實驗，學生須完成學習單並找出最佳配方，以利下週評分(圖8)。

 

圖8：實驗裝置A與C(添加數滴清潔劑)與學習單

 

第三週：因硫粒子遮住的時間點，隨著觀測者不同而有人為誤差，因此在評分時，就以老師為觀測者，這樣也避免分數的爭議(圖9)。

                         圖9：實驗內容說明與評分標準

結語

此選修課程模組除了受學生喜愛外，又可讓老師在準備實驗材料不至於太困難取得，筆者推薦大家可以從化學學科中心取經；化學學科中心已經拍了兩百多部的趣味實驗影片⁴，都可以從影片中加以修改成適合自己學校的選修課程，實驗影片內也大多把實驗條件說清楚了，都是可操作的實驗，希望讀者在開發屬於自己的選修實驗可先看看這些影片，相信對研發教材者會有很大的幫助。

參考資料

1.      天下2010中學生科學教育大調查，20170716取自天下雜誌網址: http://www.cw.com.tw/article/article.action?id=5008245

2. 高中化學學科中心–闖關比賽。20170716取自網址：http://chem.kshs.kh.edu.tw/

3. 十二年國教自然科學領域課綱草案。20170716取自網址：http://www.naer.edu.tw/files/15-1000-10469,c1174-1.php?Lang=zh-tw

4. 高中化學學科中心影片，20170716取自網址: https://www.youtube.com/user/TMCTorg/playlists