臺灣化學教育

武陵師生參與第七屆亞洲化學教育研討會心得

張明娟^1,2，陳柏文¹，張心慈¹

¹國立武陵高級中學

²教育部高中化學學科中心

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前言

第7屆亞洲化學教育研討會（Network of Inter Asian Chemistry Educators, NICE 2017）¹於韓國首爾的未來學校—昌德女中舉行，此次很榮幸受到邱美虹教授的邀請，可以帶武陵科學班升高二的學生參加此次的研討會進行海報展示與說明，而研討會的主題之一是 :STEM(science, technology, engineering, and mathematics)/STEAM(science, technology, engineering, Arts, and mathematics) in chemistry education，在決定要去的同時也確定了我們這次要發表的主題：自造技術融入化學教學；本實驗就是利用既有的實驗方法導入科學、程式語言、數學、工程的訓練培養學生跨領域的能力²。一般硫粒子生成速率實驗原本是利用目視觀察硫粒子沉澱的時間以求得反應速率定律式，本實驗設計改以Arduino結合濁度計測量當濁度計數值達到1.5V的時間做為量化指標求得反應速率定律式，用這個量化指標取代目視觀察，並訓練學生應用電腦統計分析求出本實驗的速率定律式，這樣的觀測方法可以使實驗數據標準化，減少人為誤差，使實驗更具信服度，也達到了培養學生具有STEM跨領域的目的。

經由這個實驗裝置所測得的反應速率定律式為：r=k[HCl]^0.62[Na₂S₂O₃]^1.28與資料分析收集器LABQUEST^R2 所得的反應速率定律式為：r=k[HCl]^0~1[Na₂S₂O₃]^1.37~1.82，而實驗裝置的費用卻相差25倍，本實驗使用可程式化Arduino裝置，連接各種不同的探測器，就可以擴充並測試不同實驗所需的數值，又可讓學生改變不同參數(程式語言)，根據不同實驗需求，自行設計實驗流程，解決實驗所遇到的儀器問題，真正落實到STEM中重視跨領域的能力。

 

實驗內容

硫代硫酸鈉在鹽酸溶液中會產生自身氧化還原反應，其反應方程式如下式：

 Na₂S₂O₃(aq)＋ 2HCl(aq) → 2NaCl(aq)＋ S(s)＋ SO₂(g)＋ H₂O(l)

溶液維持一段時間的澄清透明，突然快速析出硫微粒而顯得白色混濁，而出現白色混濁時間利用Arduino結合濁度計測量當濁度計數值達到1.5V的時間，時間的倒數與反應物濃度的關係以求得反應速率定律式。

實驗器材：以小組為單位

化學藥品：全班共用(10組)

實驗裝置：如照片所示

圖一：Arduino與濁度計連接圖          圖二：Arduino裝置與電腦連接圖

(引自Chang , Chen&Chang, 2017)

                                                                                                                         

濁度計程式碼

 

實驗結果

(一)測定不同濃度的硫代硫酸鈉溶液對反應速率的影響：如下圖三

得到反應速率對[Na₂S₂O₃]呈現1.28級數的關係式(引自Chang , Chen & Chang, 2017)。

(二)測定不同濃度的鹽酸溶液對反應速率的影響：

 

得到反應速率對[HCl]呈現0.63級數的關係式，綜合上述實驗可得反應速率定律式為：

r=k[HCl]^0.62[Na₂S₂O₃]^1.28   eq. (1)

學生心得一陳柏文

在炎熱的七月底，我們來到了距臺灣不遠的南韓進行參訪。南韓夏天的天氣大抵與臺灣無異，但參加NICE後，我彷彿眼界又開闊了些。

學習化學不難，更難的是如何把自身所擁有的知識清晰地傳達給他人。若僅使用傳統的黑板及粉筆，任憑我們說破了嘴，台下的聽眾依舊是一知半解。在NICE上，我看見了各國的老師秉著一股對教育的熱忱，搭配著日新月異的科技，設計出一套套令人驚奇的教學方式。其中我最印象深刻的便為理想氣體常數(R)的測定：不用電解、不用產生氫氣，僅僅測定空氣中的水蒸氣及溫度便可推得R值，更重要的是誤差極小。實際操作體驗後更對這個測定方式感到驚艷。

圖五:理想氣體常數(R)的測定海報

對我而言，參加NICE最重大的挑戰就是要向他國的與會人員報告我和夥伴所做的實驗：利用Arduino濁度計推導硫代硫酸鈉與鹽酸反應產生硫沉澱的反應級數。這個實驗的優勢在於是使用電子儀器而非使用極易產生誤差的肉眼來記錄時間。然而，我在報告時，對於英文尚未完全的掌握，縱使腦袋內有再多的想法仍舊是有口難言。除此之外，我認為我的臨場反應也需加強，一聽到其他教授所提的問題，我的腦中一片空白，只好由我的夥伴上前回答。也許是我對這個實驗仍未完全熟悉，但是無論如何，我認為我需要加強我的英文以及對於無法事前準備的問題的反應能力。

圖六:向與會人員報告實驗內容

當初因為想拓展眼界而參加NICE，而與會後我也的確頗有所得。不僅結交了臺灣、日本等國家的好友，也對化學有了新的想法。也許化學對我而言可以不只是一個科目、不只是一個拚競賽的工具，它可以是一個應用在生活中，帶給大眾無數知識及利益的學問。

 

圖七:台灣與日本參訪昌德女中與會人士大合照

學生心得二－張心慈

果然是熱情的夏天，清晨五點天已透亮。我帶著雀躍的心飛往首爾，準備收穫滿滿的學習與回憶。
       這是我首次參加學術性的研討會，令我大開眼界。NICE, Network for Inter-Asian Chemistry Educators，各國充滿教學熱忱的老師們齊聚一堂，發表、交流著彼此的教學成果、教育推廣，看著台上講者露出對自己努力的成果而自豪的笑容，和緩卻強烈地與我們分享了一種單純的喜悅。
       我們這次的報告內容，是將Arduino程式的濁度計應用結合了一項高中常見的實驗——藉由鹽酸與硫代硫酸鈉產生硫沉澱以計算反應速率定律式。讓相對精準的濁度計將硫沉澱定量化，減少人眼造成的誤差，讓結果更精確可信。雖然不是一個複雜的概念，但我用英文卻難以立刻清楚表達所想，儘管配合動作或道具仍能與人溝通，還是顯得很生疏，不通順，大概因為是第一次用英文報告科學吧！一個講求精確的領域，不可含糊帶過，每一句話都得有根據而確實，更增添了我的緊張。這次報告真是個難忘而難得的經驗，若下次再有這樣的機會，期許自己下次能更自然流暢的，清楚表達自己的想法。

圖八:學生張心慈與陳柏文解說實驗與海報

       在Poster Presentation 及Workshop 中，我看到了很多化學與科技完美結合的報告，讓新穎的資訊與悠久的化學交織、迸出不一樣的火花，點亮開拓了我們學生的新視野。利用程式電控裝置，VR科技抑或是3D立體模型設計，讓學習化學更加有趣而具像化，或是研究對於實驗教學更簡易清楚的演示方法，琳瑯滿目映入眼簾，轉換到大腦的是好多好多的驚嘆號，是有幸能參與了這樣的歷程而感受到的歡喜

 

圖九:南韓教師課程演示

      另外，在參訪Seoul future school時也令我感到驚豔。這是所公立的學校，卻有許多專業新穎而充足的設備，並搭配結合科技的e化教材，資訊化而高效率的學習，培養學生成為未來世界所需的人才，可見其政府對學生培育的重視。

圖十:參訪昌德女中天文望遠鏡  

這次NICE的參訪活動，讓我學習了很多，得到寶貴的報告經驗，欣賞老師們的報告，見識到各國同學們的研究成果，也認識了一些朋友。真是個收穫良多，很”NICE”的回憶呢！

圖十一:參與NICE的台灣與日本學生

結語：

這次的NICE是筆者第一次帶學生參與的研討會，從確定主題到帶領學生實驗操作，大約歷時三～四個月左右，而這個主題是從化學學科中心與高師大自造者基地合作辦理的自造技術融入學科專案中的發想，在今年寒假的研習活動將感測器裝置建置完成；濁度概念與奈米硫粒的製備實驗在新的課綱⁵：CMe-Va-1水汙染之檢測方法，CJb-Vc-1溶液的種類與特性中出現，結合了這兩個概念而發展出的主題，對筆者來說Arduino程式與感測器的結合最為困難，幸好有先生的幫忙(生活科技教師)，才可以完成這跨領域的結合，再者還須將英文論文摘要投稿至研討會，對英文程度不好的我而言，似乎有點難度，投稿的論文摘要被接受後，接下來要煩惱的就是錢的問題了。對高中教師而言出國參加研討會是沒有經費補助的，更何況是高中生，幸運的是邱美虹教授的推薦，大會提供筆者三日單人房住宿和免註冊費的禮遇，而學生的部分也與家長溝通清楚，全程自費參與此次的研討會。這次的研討會不僅讓筆者跨出傳統的教學模式，激勵努力工作的動力，也讓學生開開眼界，為教學領域注入新的泉源。

出國發表，你也心動了嗎？經過這次的歷練發現並沒有想像中的困難。人生的旅途原本就充滿著變數，只差你如何看待，每個變數與挑戰，只要願意欣然接受全力以赴，這些變數與挑戰都會更加豐富我們的人生，套句廣告台詞「不做不會怎樣，做了很不一樣」，一起加入這個冒險旅程吧！

 

參考資料

1.2017 Network for Inter-Asian Chemistry Educators(NICE) July 26-28, Seoul,Korea 

http://nice2017.snu.ac.kr/top.html

2. 《臺灣化學教育》第十一期（2016年1月），科學模型與建模：科學素養中的模型認知與建模能力／邱美虹

3.臺灣2002年國際科學展覽會化學科第一名。界面活性劑對硫奈米微粒形成機制的影響。臺北市立第一女子高級中學。李祐慈。

4. Chang, M.C., Chen, P.W., & Chang, H. T. (2017). Arduino Device Application in Chemistry Teaching. Paper presented at the 7^thNetwork for Inter-Asian Chemistry Educators(NICE) July 26-28, Seoul,Korea.

5. 國民中小學及普通型高中–自然科學領域課程綱要草案http://www.naer.edu.tw/files/15-1000-10469,c639-1.php?Lang=zh-tw