臺灣化學教育

中學化學App教材與教學：化學蜘蛛! G/G了嗎? – 化學APP在教學上的應用

張明娟^1,2，吳德鵬^1,2

¹桃園市立武陵高級中學

²教育部高中化學學科中心

[email protected]¹

[email protected]²

 

n  前言:

根據十二年國民基本教育課程自然科學領域課程綱要¹所歸納出的發展趨勢中：(1)朝向科學素養的培養，注重與日常生活之聯結。(2)重視科學概念發展與新興科技的連貫統整。數位科技及軟體的使用也是目前各學科教學增強教學模式的方式之一。本文介紹的兩個免費而實用的APP，目前可以直接應用於教學現場，除了本科的專業知識外，更可融入資訊科技的便利性，就如同高級中學階段核心素養中：U-B2 具備適當運用科技、資訊與媒體之素養，進行各類媒體識讀與批判，並能反思科技、資訊與媒體倫理的議題。以GoodGuide App為例，讓學生從日常生活用品中，反思化學成分對健康與環境的影響，並建立綠色化學的使用觀念；而化學教師更可利用此App與家政科教師進行協同教學，發展跨領域課程。資訊科技融入教學²就是教師運用資訊科技之技術於教學活動上，以培養學生終身學習的習慣和態度。另一個ChemSpider App可以作為有機教學的輔助使用，有效建立學生對分子立體結構的模型表徵，讓學生更容易連結分子的微觀模型，讓教學方式更具互動性，進而培養學生「運用科技與資訊」的能力和「主動探索與研究」的精神。

 

n  ChemSpider軟體簡介³:

由英國皇家化學學會 (英語：Royal Society of Chemistry，簡稱RSC) 推出了一種免費的數據庫：ChemSpider，可以對超過六千多萬種的化合物進行多方搜索，包括其名稱、結構或其特徵等方式搜索。被喻為化學方面的百科全書，就像維基百科一樣，任何人都可以回饋網站使其網頁更為完善。筆者就iOS系統的Apple Store下載免費的App進行實際的課室應用，並大概介紹其使用方式。下圖為ChemSpider APP頁面。

圖1：ios系統ChemSpider APP

一、   就名稱(name)搜尋：

    一般搜尋包含系統命名、商品名稱、同義字和登錄號，想要搜尋的化合物名稱，例如：Aspirin，就會出現Aspirin的各種名稱，接著觸控Open，打開後看到Aspirin的平面結構式，再點選3D的圖示，就會出現3D互動模型：JSmol，用手觸控就可以轉動3D的分子模型。下圖使用程序。

圖2：利用Chemspider 搜尋分子結構步驟圖

二、   利用畫出分子結構搜尋：

    觸控頁面下方的苯環就可以畫出想搜尋的分子，例如畫出鄰苯二甲酸的結構，再按搜尋就會出現鄰苯二甲酸的各種名稱，接著觸控Open就會出現3D互動模型：Jsmol；滑動頁面，下方還可搜尋到鄰苯二甲酸的熔點、沸點、比重等物理與化學性質。下圖使用程序。

圖3：利用Chemspider 畫出物質結構的搜尋步驟

三、課室應用：

        筆者在目前教學中剛好進行高二有機化合物的部分，對剛開始學有機的高二學生來說，對於有機分子的形狀，由於VSEPR內容屬於高三範圍，因此學生很難從平面的結構來想像有機分子在空間中的構造，因此筆者就利用此App，讓學生可以直接畫出有機分子結構，並了解其3D構造，下圖8、9即為學生在課堂上進行此App的使用情況。

圖3：利用Chemspider 課堂間學習情形

     筆者就以106指考化學試題為例: 分子馬達是依靠分子中化學鍵的旋轉，在可控制的條件下，使分子進行有方向的轉動，並輸出動力，例如一個烯基可在照光或加熱下進行異構化反應。三個有機分子甲、乙、丙的結構如下圖：

 

 

 

 

 

 

下列有關這三個分子的敘述，哪些正確？

(A)甲分子是一個平面分子

(B)常溫下，丙分子只有一個烯基

(C)丙分子有順、反異構物

(D)常溫下，乙分子有3個可自由旋轉的碳–碳鍵

(E)甲分子具有順、反異構物

 

  在此題選項(A)提到：甲分子是一個平面分子，對學生來說很難從題目所附的平面結構了解甲分子是否為平面，就讓學生利用此App畫出分子甲的構造進行搜尋，接著再請學生利用3D互動模型：JSmol，學生就會發現上述的甲分子不是一個平面分子，並要求學生擷取其畫面，傳至筆者信箱。

圖4：學生利用Chemspider繪出分子馬達的結構，並學習立體結構的判斷 

四、使用心得:

    在現在這個手機不離手的資訊時代，學生在上課時很容易分心滑手機，尤其教師在進行到比較枯燥的教學活動時，更會出現這種現象；在這次結合ChemSpider App的教學活動中，不僅學生可以正大光明的「玩｣手機，而且要求學生必須在上課期間在App上繪出有機分子的結構，進而搜尋其化學性質與3D結構，並擷取畫面，繳交作業。學生在上課過程中是很「忙｣的，無暇玩手機內的其他遊戲軟體，而且在這次的「資訊融入教學｣回饋也表示：這次的APP很受用，讓學習有機化合物不再只是「靠背｣的，可提升對有機化合物的學習興趣！筆者建議老師可以試試這個APP在實際教學中，相信讓課室的活動更添專業與趣味性。

n  GoodGuide軟體簡介:

    這個目前免費的App，iOS以及android版都可下載，也可以直接使用網站查詢資料，所以很適合大家嘗試使用。剛接觸時因為是英文介面，所以原以為不易上手，但就如其網站上的敘述 ” Let us guide you to what’s good. Search for healthier products” ⁴，它能使消費者在進入賣場購物時，面對一大堆產品要選擇，並非僅僅以價格或是知名度來做挑選，可以在購買產品前，提供了查找產品配方成分的綠色程度，更進一步對個人健康及社會責任的友善程度，提供消費者參考，進而做出購買與否的決定，所以對於更有心的消費者，在面對未知的新產品，能簡單的在購買前做出更準確的判斷。所以筆者願意在嘗試使用此App後，也提供給對生活化學有興趣的讀者，分享使用方式與心得，讓大家也能更進一步參考認識，綠色化學產品的挑選資訊，甚至可以應用於教學上。

一、操作體驗:

一開始的介面簡潔明瞭，可以利用搜尋 (SEARCH)，鍵入想知道產品的名稱，搜尋出相關的評分以及資料，例如鍵入 ” Body shop ” ，則會出現所有產品的相關評分，點入Company可以看到品牌的總評分。下圖為GoodGuide的使用介面。

圖5：GoodGuide的搜尋及評分介面

鍵入品牌 (Brand) 後，可以看到有資料的產品總數，還可以利用類別(CATEGORY)或者過濾(FILTER)，較快速的找到想要查詢的產品，因此可以直接先查詢清楚相關產品的特性。值得一提的是，產品的成分 (INGREDIENTS) 除了標示清楚外，點入各個成分後，還有此成分對健康、環境的初步說明相關資料，對健康有疑慮的成分，也會依照危害程度以顏色標示，然後再列出不含此危害成分的類似產品，提供相關資料，讓消費者有更多的選擇空間。所以使用此APP，不僅能學習到各種化學成分對環境及健康的影響，也能了解各種生活日常用品及食品，所含的各種成分及其用途，將相關的化學知識與生活作連結運用。下圖為產品成分介紹。

圖6：單一產品的成分相關資訊與疑慮成分以彩色圓點揭露

   有化學等相關科學背景的人，如果覺得資料提供不夠詳細，那就再推薦使用本文的上一個軟體” ChemSpider ”進一步對各種物質的物理及化學性質做查詢。

   值得一提的是軟體的評分系統，是基於環境和健康科學領域的專家來建議的方式來評比。每個評分主要是針對對產品的成分進行評估，其提供產品成分是否會造成民眾健康問題的參考資訊，另外針對食品的部分，還進一步地拿其中的營養成分做為評分依據。評分也包括了產品是否提供了正確的成分資料。其中評分範圍從0（低）到10（高），數字愈高代表是愈好的綠色產品，分數可以簡單而快速的提供資訊，也可以直接點入了解得分高低的原因，來作進一步判斷。下圖為產品綠色程度的評分方法。

圖7：產品的綠色程度評分方法

二、實際應用Scan a UPC code:

使用掃描通用商品碼Universal Product Code (UPC)尋找商品，個人的使用經驗是，在賣場比較商品時，這個方式查詢商品就比較方便了，例如現場比較商品時，可以利用條碼進行掃描，大約3~5秒後，如果是資料庫內建的商品，就會出現相關資料，馬上就可以參考評分、查詢成分，以做為購買參考。但是筆者到美式大賣場實際測試時發現，目前資料庫中的商品種類，還是以美加地區生產的為主。下圖為美式賣場體驗。

圖8：美式賣場的產品抽樣實測

  

  但測試結果發現，目前並沒有台灣生產的產品資料，也就是此App在台灣的日常生活用品中，能查詢比較得到的商品實在有限，以目前台灣的生活用品來說，是無法享受其查詢的便利性，所以期待台灣也有類似的資料庫，讓綠色產品在台灣也能夠建立良性循環，使消費者對產品的成分能更認識，也更能幫助推廣。

圖9：美式賣場的產品抽樣實測

三、BROWSE CATEGORIES:
    也可以直接依照種類去搜尋，分類大致上有四類，包括個人護理產品、包裝食品、家庭用品以及嬰兒用品等，超過75,000以上的產品評比，所形成的大型資料庫，此功能才是用在生活化學方面教學的重大利器，例如想研究肥皂安全性的相關問題，便可以鍵入Household，再利用類別 (CATEGORY) 勾選Soap，便能較快速的找到想要查詢的產品，以及查詢到類似商品所含的成分，便可以延伸出各種化學成分在生活中，應用於各種產品的用途。下圖為分類搜尋的方式。

圖10：分類搜尋的過程

    想進行食安等相關問題討論時，例如探討巧克力棒其共同成分，或可能不健康的成分為何? 可以鍵入Food，然後再點選candy裡面的Chocolate Bar，可以找到資料庫裡相當多的商品種類，比較其中共同與不同的成分作為探討依據，也可以針對特定的目的做篩選，例如有機的原料、素食(Vegan)、或是對麩質過敏產品的挑選，都能在購買前提供更多的資訊，也可以在教學討論時，提供較多的實際產品相關資料。

圖11：有食安疑慮的產品搜尋及資訊揭露

四、使用心得:

    即使老師們對化學物質的性質已多所知悉，也了解相關資料的搜尋方法，但不如此文所介紹的App方便，較難直接應用於教學上，因此學生也不知道有此適合的工具，可以仔細研究家庭生活用品的詳細成分，以及可能對個人健康、環境保護造成的影響。隨著綠色產品越來越受大家重視，這種能將科學知識帶入生活的方便App，能夠進一步的提升社會大眾的化學素養，也藉由介紹此免費的應用軟體，讓教學有更多的素材可以應用。

 

n  參考資料:

1.      十二年國民基本教育課程綱要總綱發布版

https://www.naer.edu.tw/files/15-1000-7944,c639-1.php?Lang=zh-tw

2.      十二年國民基本教育科技領域課程綱要

http://www.naer.edu.tw/files/15-1000-10471,c1174-1.php?Lang=zh-tw

3.      ChemSpider軟體網站: http://www.chemspider.com/

4.      GoodGuide軟體網站，詳見https://www.goodguide.com/