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中學化學App教材與教學:美啦!MEL Chemistry─化學APP在教學上的應用
游珮均
新北市立新莊高級中學
在科技與學習理論與實務1一書中談到科技的角色說到:「科技是支持知識建構的工具,科技是探索知識以建構學習的工具,科技是有情境脈絡的以支持做中學」。科技是學習的輔助工具,而教學設計是關鍵。靳知勤在「提升國民與科學相關的知識與能力」一文2提到科學教育內容可藉由媒體教學,使學習內涵具體化,並培育學生的好奇、興趣、人文價值觀。
隨著手機平板的普及,智慧型裝置在人們的生活中已成為不可或缺的工具,其作業系統主要有Android、iOS,筆者所介紹的「MEL Chemistry」可由Google play及Apple store免費下載,教師們可在課室中提供不同的學習方式,以資訊融入教學,提升學生的學習興趣。
n 「MEL Chemistry」APP介紹
MEL Chemisty3是由外國的業者開發的app,他們創立了MEL Science並聚集了一群對科學家,其目的在於 「how to pass the knowledge about science in an easy, interesting and effective way」。於是,他們定期發售科學實驗套件,並將實驗課程的難易及危險程度分級,方便學生可以在家安全的進行科學實作。MEL Science在2017年獲得SVOD (Silicon Valley Open Doors)大獎。筆者使用iOS及android手機下載「MEL Chemistry」,可以在手機畫面中看到下列圖示(見圖1)。
圖1:MEL Chemistry在智慧裝置中的圖示,左android系統,右ios系統
進入MEL Chemistry主畫面中,最下方列有「Reagents」、「Experiments」兩個選項(圖2)。在「Reagents」中可以得到分子及晶體物質的化學式及球棍模型的資訊,並可以使用VR(虛擬實境)中觀察原子、分子、離子。在「Experiments」中,MEL Chemistry有提供化學實驗影片、操作步驟、科學原理及藥品等資訊。以下為筆者使用的情形。
圖2:MEL Chemistry主畫面
一、「Reagents」:
進入到「Reagents」中,可以看到80種化合物的化學式及其填充模型(圖2),筆者點選其中一個化合物後,進入該化合物的填充模型畫面,在畫面的底部出現了7個選項圖示(圖3),以下為選項的說明。在右側的4個選項由右至左依序是:「」可顯示化合物的填充模型、「
」可顯示化合物的球棍模型、「
」可顯示化合物的結構式、「
」可顯示化合物形成晶體的狀態。
圖3:「Reagents」底部右側4個圖形對應的畫面,以水分子為例
藉由手指滑動手機畫面可將化合物放大、縮小及旋轉。特別的是,兩種圖示轉化時會有動畫呈現,填充模型會先轉換成球棍模型再轉成結構式,藉由動畫可增進學生對於化學式的瞭解,結構式只是表示原子間的鍵結情形,而非分子形狀。另外,點選畫面中的原子可出現該元素的原子序、電子組態、原子量、氧化數及電負度的資訊。相關資訊如下圖所示。
圖4:以水分子為列,點選原子可顯示原子資訊
另外在畫面左下側有3個選項由左至右依序是:「」可顯示一個邊長為5Å的正立方體、「
」可顯示畫面中球體代表的元素符號、「
」可將手機裝入化學學科中心與國立大甲高中研製的Google Cardboard4,以虛擬實境(VR)來觀察化合物。此app提供的填充模型、球棍模型、晶體皆可以VR觀看,隨著筆者頭部的轉動可從不同角度觀看化合物。尤其在觀看晶體時,每個原子會朝著筆者緩慢飛來,但不能停止。筆者有種身歷其境的感覺,彷彿進入原子的尺寸來觀看化合物,對於化合物與晶體的形狀勝於圖片的表達,使得微觀世界的想像變得具體。相關資訊下圖所示。
圖5:圖左為Google Cardboard4、圖中為單分子VR畫面、圖右為晶體VR
二、「Experiments」:
進入到「Experiments」中可以發現有許多實驗課程供點選,每個實驗提供了實驗影片或圖片、安全性建議、使用藥品、操作步驟及流程圖、廢棄物處理、預期結果、實驗原理及用途、有趣的資料等內容,全部的描述皆以英文書寫,並未翻譯成中文。
筆者以鎂帶燃燒來介紹,MEL Chemistry不同一般的說明,在畫面(圖六)上方除實驗名稱外,並用一句簡短的說明實驗的現象,另外在第二列則是實驗的「Difficulty(困難度)」、「Danger(危險性)」、「Duration(實驗時間)」的圖示,提供使用者簡易的分類方式,輔以Youtube影片,讓筆者很快瞭解該實驗的大致內容。當點選試劑(reagents),即可得到鎂的藥品資訊。相關畫面如下圖所示。
圖6:「Experiments」鎂燃燒實驗的說明畫面
對於實驗的細節部分MEL Chemistry也注意到,;往下滑動螢幕,還可發現實驗操作的流程圖(step-by-step instruction)、預期結果(expected result),在實驗說明最後,提出該實驗相關問題及延伸資料。相關資訊如下圖所示。
圖7: 「Experiments」鎂燃燒實驗的教學指引資料
n 課室應用
MEL Chemistry在課室中的應用,高一生對於化學式的認知僅止於分子式,可應用在基礎化學(一)的化學式單元中,包含實驗式、分子式、結構式及示性式的介紹,瞭解各化學表示式間的關聯。
對於高二生,在學習基礎化學(二)的化學鍵結中,可以請學生觀察原子間連接的方式,找出電子得失、共用價電子的差異,推得化學鍵的共價鍵、離子鍵結。在離子化合物談到離子化合物只有實驗式而無分子式,亦可由MEL Chemistry找出晶體堆疊的重複性、規律性,例如NaCl的Na+被6個Cl–包圍。下圖為苯分子的填充模式,可藉由畫面中提供的分子形狀,引導學生推論苯分子的共振式、鍵長、鍵數等關係。
圖8:苯分子的相關資訊畫面
MEL Chemistry所提供的實驗影片,可分別在不同授課單元中,依教師授課需求,加入課程中,提升學生學習的興趣及效果。
n 使用心得
在人手一機時代下,學校不再需要購買模型供學生花時間組裝化合物,只要使用MEL Chemistry APP操作,就可以從任何角度放大、縮小來觀察分子,藉由動畫的提升了學生對於微觀粒子的想像,甚至使用VR就能身歷其境,幫助學生建構分子模型,探究各化合物間的差異。
MEL Chemistry APP因為無中文介面,操作的過程需全程使用英文介面,在「Reagent」部分可由學生自行操作觀察,筆者發現80個化合物中,SiO2、CuO、CaO並不正確,這部分教師可在課程中請學生來找碴,讓學生試著解釋看看。在「Experiments」對於英文程度不佳的學生,教師可先引導學生如何閱讀或重新編輯教材,對於英文程度佳的學生,則可以鼓勵學生嘗試看看,而這何嘗不是探究學習的一種。
MEL Chemistry中提供了課室中一種學習化學的方法,筆者藉本文期待科技的進步能帶給科學教育更優質的發展。
n 參考資料
1. 沈中偉與黃國禎(民101)。科技與學習理論與實務(第四版)。心理出版社。
2. 靳知勤(民96)。科學教育應如何提升學生的科學素養—台灣學術精英的看法。科學教育學刊,第十五卷,第六期,627-646。
3. MEL chemistry官方網址。 https://melscience.com/en/。
4. 廖旭茂與黃維靜(民105)。3D分子博覽會。科學研習月刊,第五十五卷,第七期,36-44。
5. MEL Chemistry App store下載位置,https://play.google.com/store/apps/details?id=com.melscience.melchemistry
6. MEL Chemistry Google play 下載位置,https://play.google.com/store/apps/details?id=com.melscience.melchemistry