臺灣化學教育

如何引導特教學童實作化學實驗–以變色的蝶豆花為例

劉佳綾

新北市三重區永福國小

國立臺北教育大學自然科學教育學系碩士在職專班

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壹、 前言

科學學習的方式與過程，應以學生對科學的好奇心以及主動求知的意願為出發，引導從先備知識出發，實作經驗與探索，使學生保有科學核心知識與探究實作的能力。十二年國民基本教育自然科學領域核心素養的內涵包含：（一）提供學生探究學習、問題解決的機會並養成相關知能的「探究能力」；（二）協助學生了解科學知識產生方式和養成應用科學思考與探究習慣的「科學的態度與本質」；（三）引導學生學習科學知識的「核心概念」。

筆者為輔導老師的角色，面對學習障礙與輕度智能障礙的學童，教學與輔導的過程首要目標即為了解兩位在學習上的限制，並能讀懂孩子的心理需求。學習上的限制包含兩位對於注音符號與拼音仍落後於同學齡學童，識字量亦不及同儕，故一般課堂中的講述式學習對兩位特教學童而言是較有挑戰性且容易打擊自信心，無法滿足Maslow的自尊需求層次。

本實驗的教學過程中，透過簡短影片欣賞，讓孩子口述操作的步驟，教師簡單說明流程後，讓孩子嘗試重述過程，最後進行實作實驗。筆者認為本實驗操作過程屬於安全性高，較無危險性，可連結孩子的生活經驗，舉例：學習障礙學童曾提及：「學校附近有一家飲料好厲害！可以有好幾種顏色耶！」。本次操作學習過程技能中的觀察與傳達與實驗等技能。最後，附加效益則是在教學輔導過程中建立良好師生關係，創造孩子的成功經驗，進而提升自信心。

    生活中處處充滿著化學，而目前科技媒體的便利性，教學習慣以數位媒材輔助，甚至有取代實作經驗的學習機會，特技生的學習更是偏重於國語與數學的補救，生活中的科學經驗較少被探討。本次實驗選擇蝶豆花的原因如下：食材為孩子的生活經驗，且為孩子喜好的素材，以學生的經驗為出發，而色彩變化鮮明且易觀察的蝶豆花是可食用且安全性高，透過實際的操作與觀察，發現相關科學知識，理解科學就是生活中的一部分。

貳、蝶豆花簡介

     蝶豆（學名：Clitoria ternatea），又稱為藍豆，是豆科蝶豆屬植物。中文名叫蝶豆花，藍蝶花，藍蝴蝶、蝴羊豆、豆碧等別名。原產於中南美洲，分布地區包含熱帶亞洲的爪哇、印度、斯里蘭卡等地。是一種典型的熱帶蔓藤植物，生態環境是開闊向陽的草生地；灌木叢乃至裸露地間，日照越充足，生長情形越良好。

一、        蝶豆花的價值

(1)               營養價值:

    具有豐富的維生素A、C、E，可提升免疫力與減少膠原蛋白流失，同時亦可抗憂鬱與抗壓力，具有鎮靜與緩和情緒等保健功能。

(2)               藥用價值

    根與種子可以治療慢性氣管炎、利尿、減緩便秘，可作為緩瀉劑與利尿劑。蝶豆花的花青素可以改善夜盲症與近視，護眼效果佳，亦可預防白內障與青光眼。

(3)               經濟價值

    中南美洲與東南亞等地國家，善用蝶豆花的天然色素來製作糕點與調製成茶飲作為迎賓茶飲與接待賓客的飲料。泰國市集中看到的藍色甜點，大多是用蝶豆花色素提煉而成。

(4)               副作用

    豐富的花青素容易造成凝血效果不佳，建議孕婦盡量避免食用，另外，若於生理期的女性與平時經血量大的女性，也建議避免食用。大量過度使用可能造成嗜睡、拉肚子或精神沮喪等。

參、實驗原理

一、       蝶豆花在酸鹼值的顏色變化

    蝶豆花溶於水的花青素成分讓蝶豆花本身溶液呈現藍紫色。其因浸泡時間越久，溶出的花青素越多，顏色會越深。藍色的花青素還會隨酸鹼度不同，呈現出不同顏色，花青素在鹼性環境中會呈現藍色、中性呈現紫色、酸性則呈現紅色。

二、       顏色漸層

      溶液中會有顏色分層是因物質其密度不同與溶液濃度的概念。就密度原理而言，物體於溶液中的浮力就是排開的液體重量，故溶液中的含糖量提升時，密度亦會有所改變，密度較大的（溶質濃度高）物質會往下沉；而密度較小的（溶質濃度低）會浮在密度大的上方。

      做溶液分層的時建議加入冰塊。水結冰後體積膨脹，分子間間距增大，相同質量的水其結冰時的體積大於溶液狀態。同理，相同體積的冰和水，水的質量較大，則分子較多。水的密度為1；冰的密度則是 0.8。換言之，相同體積水和冰，以冰塊放置於溶液中其液體容易上浮，溶液的分層效果更加。

肆、實驗學習目標

      一、學生能透過觀看影片、教師的口語引導，了解實驗的操作過程。

二、學生能透過石蕊試紙檢測溶液酸鹼性。

三、學生能利用蝶豆花製作分層溶液。

伍、課前準備–材料與器材

一、溶液

名稱		數量
1	牛奶(東海牧場)	100ml
2	可爾必思	100ml
3	雪碧	100ml
4	奧利多水	100ml
5	寶礦力水得	100ml
6	統一無糖豆漿	100ml
7	莎莎亞椰奶	100ml
8	Tree top 蘋果汁	100ml
9	果汁時刻100%柳橙汁	100ml
10	小蘇打水	100ml 濃度20%
11	蝶豆花(乾燥)	一包200克

二、       器材

名稱		數量
1	果糖	1瓶
2	冰塊	5包
3	燒杯/量筒	11個
4	滴管	11支
5	鑷子	2支
6	紅/藍石蕊試紙	一卷

陸、教學活動設計

一、課程引導

第一階段：認識酸鹼

    教師示範如何透過石蕊試紙進行溶液酸鹼測試 →教師說明石蕊試紙顏色變化代表意義 →學生操作石蕊試紙檢驗溶液酸鹼 →觀察石蕊試紙顏色變化 →學生能口述該溶液的酸鹼性。

第二階段：蝶豆花觀察顏色變化

    連結生活經驗作為引起動機 → YOUTUBE影片欣賞 → 請學生回想喝過的飲料或是想實驗的溶液　→　思考蝶豆花實驗需要的材料　→　口頭說明操作實驗的器材與溶液　→製作分層飲料的溶液加入順序　→學童討論自己的加入順序的想法 →(先放果糖→冰塊加到滿→倒入飲料→滴入蝶豆花) → 觀察各溶液顏色變化情形。

第三階段：評量

1.          教師口頭詢問各溶液顏色的變化

2.          教師請學童思考剛才實驗步驟與需要改善的操作過程

3.          教師請學童完成學習單

　　　第四階段：評量

      實驗後一週填寫教學回饋單，檢視學習成效

二、學生特質

      本次實驗由一位輔導背景老師（即為本次實驗教學者）指導兩位特教學童進行，兩位二年級學童特教身分分別為學習障礙中的讀寫障礙與輕度智能障礙，兩位學童亦有專注力不足過動症，學習上有著先天限制影響學習成效。兩位學童在課業表現未盡理想，係因本身對於注音符號拼音與識字能力皆未達該同年齡層之水平，且對於聆聽講述的上課時間無法維持超過15分鐘，透由操作性實作活動期待提升孩子的學習動機，並增加其專注時間。

     兩位特教學童受輔經驗為本學期初開始，教學者觀察兩位特教學童對於能提高視覺專注的方式為透過影片引起學習動機，而聆聽技巧的指導上則必須具體簡化的條列式說明與引導，並藉由複述教學者的指令，確認兩位學童聆聽與理解的內容。透過與導師訪談以及輔導經驗中，兩位同學在操作中的專注力與學習興趣明顯高於傳統講述式的教學法。

      三、實作過程

　　  (一)實驗步驟

       1、將蝶豆花(乾燥)放入熱水中，觀察蝶豆花水顏色，等待靜置變涼。

       2、將欲操作之溶液倒入燒杯中，再由鑷子夾石蕊試紙，進行溶液酸鹼檢測。

　　   3、學童進行觀察並於學習單畫下各溶液檢測出之石蕊試紙顏色變化。

　     4、讓學童進行製作分層溶液，材料包括果糖、冰塊、溶液、蝶豆花，測試方
          式如下：

　　　    (1)讓兩位學童回顧觀看影片與思考操作的

　　 4-1溶液→蝶豆花

     4–2 蝶豆花→溶液

     4–3 果糖→溶液→蝶豆花

　 　4–4 果糖→蝶豆花→溶液

     4–5果糖→冰塊→溶液→蝶豆花

     4–6 果糖→冰塊→蝶豆花→溶液

           (2)實驗討論

 　 1觀察蝶豆花滴入溶液的分層顏色變化，哪些溶液相同，哪些不同。

    2石蕊試紙檢測出之溶液酸鹼性與蝶豆花滴入時顏色變化關聯性。

    3放入冰塊影響溶液分層顏色變化的原理。

    4回顧實驗過程，思考操作實驗時需要注意或是修正的步驟。

    　    (3)實驗過程照片

圖一:選取孩童接觸過的飲品作為滴入蝶豆花之溶液，並於此實驗前先用石蕊試紙檢測飲品的酸鹼性。	圖二:蝶豆花放入水中攪拌。
圖三: 東海牧場牛奶、可爾必思、雪碧、奧利多水、寶礦力水得滴於石蕊試紙上的顏色變化情形	圖四: 統一無糖豆漿、莎莎亞椰奶、Tree top 蘋果汁、果汁時刻100%柳橙汁滴於石蕊試紙上的顏色變化情形
圖五: 東海牧場牛奶、可爾必思、雪碧滴入蝶豆花做飲品的顏色變化情形。	圖六:奧利多水、寶礦力水、統一無糖豆漿滴入蝶豆花做飲品的顏色變化情形。
圖七: 莎莎亞椰奶、Tree top 蘋果汁、果汁時刻100%柳橙汁滴入蝶豆花做飲品的顏色變化情形。	圖八:二位學童觀察飲品滴入蝶豆花顏色變化紀錄於學習單上。

柒、 教學成果

    教學者設計學習單評量，透過實際操作後的觀察結果畫下，考量到兩位特教學童的識字量與書寫國字之程度，故以畫出觀察顏色的方式呈現。下圖左側為小二輕度智能障礙學童所呈現之觀察結果；下圖右側為小二學習障礙中讀寫障礙類別學童所呈現之觀察結果。

圖九: 輕度智能障礙學童觀察飲品滴入蝶豆花顏色變化的學習單。	圖十: 學習障礙學童觀察飲品滴入蝶豆花顏色變化的學習單。

捌、教學回饋

筆者透過口頭晤談與實驗後一週的課後回饋單進行評量學習成效

一、學生做實驗的感受？有類似生活經驗嗎？　

筆者於實驗過程結束後一週與兩位學童晤談，回顧當時做實驗的感受，學習障礙學童表示：「這是第一次做實驗，以前都沒有這樣上課過，覺得很好玩很有趣！」；輕度智能障礙學童表示：「好好玩！顏色會變，好神奇！」

兩位學童目前皆為小二階段，正式課程中與自然或是生活經驗相關的即為生活課，但是生活課內容沒有直接談及自然實驗與操作的課程，故本實驗為兩位學童的學習生涯中第一次的自然實驗，也提升了學童對於自然科的學習動機。

      生活經驗包含了喝過類似的飲料，兩位學童並未明確說明是哪一種飲料名稱，但是說明了一杯飲料有兩個顏色，搖一搖混一起後就是同一顏色，感到很厲害，對學童而言，飲用較有顏色變化的飲料是特別的經歷，驚艷其認知。

二、評量學生對於實驗過程的記憶　

　筆者透過課後回饋單的方式讓孩子回想實驗所需的器材與實驗操作步驟，發現如下：

1. 關於準備的器材－兩位特教學童回答一致，正確記憶包含：果糖、冰塊、量筒、滴管、燒杯、鑷子。兩位特教學童唯一遺漏的是石蕊試紙。

2. 關於使用的溶液－兩位特教學童回答一致，正確記憶包含：牛奶、雪碧、奧利多水、豆漿、蘋果汁、可爾必思、寶礦力水得、莎莎亞椰奶、柳橙汁、蝶豆花。兩位特教學童皆忘記一項小蘇打粉調製出的小蘇打水。

3. 做出分層效果最好的溶液－學習障礙學童描述的順序為：果糖→冰塊→飲料→蝶豆花，四個步驟皆為正確。輕度智能障礙學童描述的順序為：果糖→冰塊→蝶豆花→飲料。這也是實驗的過程之一，但是分層效果並非是最佳，第一與第二步驟正確，但第三與第四步驟描述錯誤。

4. 石蕊試紙測酸鹼－學習障礙學童僅記得鹼性溶液的顏色變化；輕度智能障礙學童則是酸鹼顏色變化皆正確，錯誤的是中性溶液的顏色變化。

     三、小結：

1. 兩位特教學童對於實驗操作過程有九成是的過程記憶是正確的，實驗後一週進行評量，具有短期保留效果。

2.          兩位特教學童對於實驗所需溶液與準備材料有九成是回答正確，顯示由學生自行口述與實作後，具有保留效果。

3.          引導式實驗包括教師講述引導與學生實作，學生對於實作過程之記憶保留勝於教師口述直接給予之認知性內容。

4.          教師深究如下：石蕊試紙在這個實驗過程中會讓學生遺忘的原因，應為這是第一次操作，且操作前筆者僅說明一次，故對石蕊試紙印象不深刻，對於其檢測結果更難以完全正確。使用溶液部分，可以飲用的飲料皆為兩位學童口述提出，唯有小蘇打粉是教師自行準備，並非學童主動提出，且對其生活經驗是陌生的，故遺忘了此項。製作分層效果溶液的實驗時，其效果最佳的順序是由學習障礙學童所提出的順序，故對其而言印象深刻。輕度智能障礙學童回憶的製作分層溶液順序後面有誤，推測原因有二，其一是這步驟是輕度智能障礙學童自行提出；其二則是對於程序性記憶力較為薄弱。 

圖十一:小二輕度智能障礙學童所呈現之教學回饋	圖十二:小二學習障礙中讀寫障礙類別學童所呈現之教學回饋。
圖十三:於實驗結束一週，透故學習單檢測學生的記憶保留程度，並請學生畫下自己做實驗時的感覺

玖、教學省思

   一、關於實驗設計

　　  本實驗挑選之飲料為多為弱酸性與中性飲料，顏色較無明顯變化，未來再次嘗試相關實驗時，要思考溶液的酸鹼性，讓學童於觀察時可以明顯發現溶液的酸鹼性。實驗設計的過程也要思考蝶豆花熱水浸泡的時間愈久，蝶豆花水溶液呈現的顏色(藍色)愈深，表示釋放出來的花青素愈多。避免於剛開始溶出花青素時立刻作酸鹼檢驗。

　　  若溶液溫度差異太大，則易因對流作用較旺盛而影響漸層的能見度，一段時間就會混在一起。建議可以將冷溶液先加於底層，再將較熱溶液加於上方，減少對流現象，較易形成分層溶液。當兩種溶液溫度接近時，則加入密度較大的溶液，本實驗過程則是先加入果糖當為底層，再加入冰塊到達杯口，再來放入學生所選擇的溶液，最後，則是慢慢滴入蝶豆花，會較容易成功做出漸層效果。加了冰塊後，再加入上層溶液，是能明顯觀察到溶液分層效果。實驗後得知，欲成功作出分層溶液，就是加入冰塊，本次操作則是將冰塊加到快至杯滿。

二、關於學生操作

    小二學習障礙學童於本實驗進行前能做到專心觀察相關影片，並能說出加入溶液的先後順序與能分別慢慢加入或是快速倒入，教學者透過口頭評量方式了解學習成效。操作實驗時，則是可以做到細心慢慢加入，但因其相當期待顏色會有變化而加入蝶豆花速度較快之情形，而影響到實驗成果。

    小二輕度智能障礙學童於本實驗進行前欣賞影片時無法相當專心，教學者於影片後詢問該學童製作變色溶液的順序，發現學童的程序性記憶需要被訓練。關於加入蝶豆花後溶液的顏色變化，則是該學童預測較準確，教學者認為也許是影片中提取片段記憶所影響，但詢問該學童時，學童卻表示自純粹猜測。

    兩位學童嘗試說出調出分層溶液的順序時，教學者本次未做到詢問兩位學童思考的脈絡，未來嘗試相關實驗時，教學者應將學生思考與組織脈絡呈現。

n   謝誌

    在此感謝國立臺北教育大學自然科學教育學系106學年度第1學期化學特論周金城教授與全體同學在百忙之中提供許多建議並協助修改本文，在此謹深摯謝忱。

n   參考資料

1.臺灣藥用植物雜誌第十一期（2013.03.01）。台中市藥用植物研究會發行。

2.科學少年（2017.02）–夢幻漸層飲品蝶豆花茶。

3.國際農業學程國外農業訓練專刊第十五期（2015.09）。泰國農業研習報告。國立中興大學農業暨自然資源學院發行。

4.曾俊維、呂宗諭、黃子軒。蝶豆花漸層飲料。國立台南高工。

5.丁怡雯、顧欣晏、藍冠柏。蝶豆花融合手工酵素之漸層飲品變化。達德商工。

6.科學 online。2017 年 2 月 28 日，取自 　　http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=22981

7.自製夢幻飲品－冰涼蝶豆花神秘飲【LIS實驗室】https://www.youtube.com/watch?v=JcqrI9VvI_Q

8. 翁子國小蝶豆花飲料汽水+碎冰+糖水+鮮奶https://www.youtube.com/watch?v=4V12nCyG5mU

9. [好奇兄妹實驗室]蝶豆花製作

https://www.youtube.com/watch?v=6eTCdbLdU0o

n   附錄

附錄一 實驗過程學習單	附錄二 課程回饋單