臺灣化學教育

中學化學App教材與教學：3D分子撲克牌App的開發與分享

廖旭茂^{1, 2, *}

¹台中市立大甲高中

²教育部高中化學學科中心
*[email protected]

n  APP安裝位址

3D分子撲克牌大甲高中化學科推出的第一支提供android 手機體驗的APP，下載截圖與位址如下圖所示。

下載網址：Google play, https://goo.gl/PdmaUq

n  簡介

3D分子撲克牌曾是2014年化學學科中心種子教師培訓營中，由大甲高中分享的創新紙牌教具。因應手機行動上網的普遍化，首創將虛擬實境 (virtual reality,VR) 科技，融入行動學習教具的設計，協助高中學生認識有機化學官能基，以及分子3D立體概念的學習。相關研發結果於科學研習月刊發表^1,2。

對高中生而言，化學中分子的微觀結構與其空間幾何是一個相當抽象的概念，與艱澀的認知門檻。分子撲克牌首先以環物虛擬實境（object virtual reality, Object VR）製作技術為核心基礎，開發互動式可觸控翻轉的3D立體分子動畫；以便利性的紙牌，作為52個互動式3D立體分子動畫的承載平台，研發出全世界首創的「分子撲克牌」-Molecule Poker；搭配智慧型手機等行動載具使用，只要掃描撲克牌上的QRcode，即可連結於螢幕上，觸控、翻轉3D立體分子動畫。

受限紙牌製作經費上的沉重負荷，單純分享的概念在推廣上遇到了相當的困難，3D 分子撲克牌APP因應而生；新的形式的推出，賦予了數位版不同於紙牌更多的功能，比如線上評量的設計、2D與3D分子結構轉換等，以下就3D 分子撲克牌1.0版的設計與使用作一簡介。

 

n  3D分子撲克牌APP設計特色與使用說明

一、教學目標：

本單元使用分子撲克牌，及數位板「3D分子撲克牌APP」學習系統，學生能：

1.    知道烴類的分類、二維平面線狀結構以及立體球棍模型

2.    知道生活中常見的烴類如烷、烯、炔、芳香族的名稱、性質以及用途。

3.    知道有機化合物官能基的種類，並能比較結構異構物空間圖像的差異。

4.    了解不同官能基化合物中，原子種類、空間排列的不同與性質的關係。

5.    說出簡單醇、酚、醚、醛、酮、酸、酯、胺類的名稱、結構、性質及用途。

6.    理解有機分子平面線狀結構式與立體球棒模式的轉換過程，並能比較兩者的差異。

二、設計&特色：

3D分子撲克牌，是分子撲克牌紙牌的數位行動版，以「書」的方式包裹呈現。此「書」有以下數種特色：

        1.   條理化的分類：作品所介紹的分子，主要以高中有機化學課本以及生活中常見的分子為藍圖，按照官能基依序共分碳族、烷、烯、炔、芳香烴、醇、醚、酚、醛、酮、酸、酯、胺十三族，對應數字由ACE到K來分類，每個數字包含黑桃、紅心、鑽石、梅花四個花色，分別介紹四個同類分子。教師可以透過這個系統性、富創意的分類法，協助學生有條理的建構學習的脈絡。下圖為同一數字不同花色的四種分子介紹。

圖1：為數字3-烯類的介紹

2.   走到哪，學到哪：除了手機板APP外，還提供HTML5網頁版格式，方便教師利用筆記型電腦或任何行動載具上課使用，不需進行程式安裝的自動執行檔。下圖為可觸控式3D分子動畫呈現在各種載具的螢幕上。

圖2：各種行動載具載入互動式3D立體分子動畫畫面

3.   2D結構與3D結構的概念轉換：大部分教師利用板書教學，使用的是立體投影而成的平面的線狀結構，但長久以往，也造成了迷思概念，難以解釋分子立體構型中化學鍵鍵角與電子對斥力間的關係。本作品同時提供分子3D與2D結構，只要點按分子的立體球棍模式，隨即出現2D現狀結構，供使用者參考比較，避免分子結構迷失概念的產生。下圖為APP中3D、2D結構轉換的畫面。

 

圖3：圖左為頁面中的球棍模式，圖右為2D平面線狀結構

4.   學後即評的線上評量：點按「牛刀小試」標題熱點，出現數道跟該官能基分子的立體結構、性質相關學習評量，完成答題後會出現答對百分比，方便提供老師上課教學使用。

 

圖4：圖左頁面中標題提供牛刀小試熱點按鈕，圖右為學習評量

三、安裝&使用：

    目前3D分子撲克牌APP僅上傳Google Play，可供安卓( android 4.0 以上)系統手機與平板安裝使用；安卓系統載具可於Google Play 中鍵入「3D分子撲克牌」關鍵字搜尋，即可進行APP安裝使用，安裝連結網址如下：https://goo.gl/PdmaUq 。因尚未上傳App store，蘋果系統( ios )的iphone手機與ipad平板暫時無法安裝使用。建議老師可以使用網頁版教學，該內容掛載在大甲高中學校網路上，上網後以瀏覽器(IE、Firefox等)打開操作。連結網址如下：http://web.djsh.tc.edu.tw/~nacl880626/molpoker/molpoker.html#p=1。 下圖為進入畫面。

圖5： 3D分子撲克牌APP的首頁(直式)

四、操作要領：
   安裝後，打開首頁，中間出現一本可前後翻動的書本，於螢幕右下角滑動手勢，即可翻至下一頁。點按首頁，上、下方出現黑色標題列，為控制翻頁、目錄、搜尋、定時翻頁的按鈕。相關說明如下圖所示。

圖6：點按圖中前進後退按鈕，進入圖右狀態。

  1.翻到第二頁是目錄頁，p5~p56分子撲克牌數位版的操作簡介，目錄頁的紫色按鈕為頁面跳轉按鈕，點按後可直接翻到指定頁面。

圖7 目錄頁操作說明

2.   第5頁起至第56頁為數位版的分子撲克牌，黑桃花色頁面設定三個連結按鈕；上方標題為化學名稱，點擊後可連結牛刀小試數道評量試題，答完會有詳解及統計，詳見圖8；文字介紹往下為分子的球棍模式，點擊球棍模式圖片後，會出現該分子的2D平面線狀結構式，這是一般高中老師板書上呈現的，也是學生最熟悉的結構式，詳見圖9；左下方有一個紫色的QRcode，點按後連結一個外部的互動式環物虛擬實境動畫新頁面，使用者只要點按螢幕兩次，即可進入全螢幕模式，用手指即可左右翻轉分子，如圖10所示。

圖8：分子撲克牌頁面牛刀小試的連結說明

圖9：3D球棍模式轉為2D平面結構

圖10：觸按QRcode連結可觸控3D虛擬實境分子動畫

 

n  未來發展

    分子撲克牌結合最夯的3D虛擬實境技術開發數位教材，協助學生可以一種生活化、趣味化的方式入門，讓學生可以旋轉分子、看到分子，甚至遊戲的方式去理解分子結構與性質間微妙的關係，進而提升學生的學習興趣，拉近學生與化學的距離。當然APP並不完美，未來將增加更多互動式的元素，比如拼圖、連連看遊戲等，進行APP優化、升級。當然也會開發支援iOS系統的APP，讓更多行動載具使用。

n  參考資料

1.      廖旭茂、許正欣(2015)，教學現場–行動學習新教具：分子撲克牌的開發，科學研習月刊，54(3)，36-43。

2.      廖旭茂、黃維靜(2016)，化學學習新體驗：3D分子博覽會，科學研習月刊，55(7)，36-44。