臺灣化學教育

2019國際元素週期表年(IYPT)：讓藝術腦撈過界～跨腦學週期表

吉佛慈

國立臺灣師範大學附屬高級中學
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n  前言

中學生對化學的愛恨情仇，往往起因於要記誦的內容太多，造成認知負荷過重。所謂「聽了就忘記，看了知道一點點，做了才完全了解」，雖強調「做中學」的重要性，卻也不全然正確。因著學習者的學習類型不同，有的人聽了就完全了解，也有的人看了就完全了解。

掌管人類邏輯思維的左腦(認知腦)，對化學知識與技能層面的學習承擔著重要責任；而主管藝術與創造的右腦(藝術腦)，則對圖像與音樂等情意層面的學習與陶冶扮演著重要地位。教得愈久，身為老師的我就愈想在教學中尋找樂趣，尋求改變，替化學難以背誦的污名坂回一成，也替化學課室氣氛增添一點非化學的藝術元素，可能是一段故事情節、一抹圖像色彩，或是一節律動音樂，以嘗試跨腦教與學的可能性。

以下將分享有關週期表及沉澱表教學中涉及藝術腦層面的教學活動，介紹一本內容豐富精采的週期表課外書，以及分享學生對週期表元素的創意表現。

n  週期表十六變

對學生而言，週期表(Periodic Table)顧名思義應是一種具有某種規律性的表格。但是多數學生與週期表的第一次接觸卻是在不明白任何規律性之下，單單藉由多次複誦強記下來，就像小時候背誦三字經與千字文一樣。

曾經在澳洲雪梨大學的化學系館佈告欄中，看到一張佈滿著16個週期表的海報(圖一)，乍看之下就像是一隻隻變形蟲，吸引我駐足停留。在後來的教學中，我將之取名為「週期表十六變」。此16張週期表代表著元素的16種性質，包含原子半徑、共價半徑、固體密度、莫耳體積、宇宙大氣含量、地殼含量、導電性、導熱性、第一游離能、電負度、電子親和力、沸點、熔點、汽化熱、熔化熱、液態溫度範圍等。以代表地殼含量的性質為例，週期表圖片就像是一隻爬行於地面上的變形蝸牛，可以明顯看出除了氧、矽、鋁、鐵、鈣、鎂、鈉、鉀元素之外，其他元素幾乎弱化縮減成為一個點或連為一條線(圖二)；若改以沸點高低的性質為例，則多數元素都佔有一定的勢力範圍，其中以金屬鎢和非金屬碳(鑽石)所佔據區域較大，而第18族的惰性氣體則弱化為形似變形蟲的尾巴或觸鬚。(圖三)

  

 圖一：16個週期表的海報   圖二：變形蟲1-地殼含量        圖三：變形蟲2-沸點

    在教學時，建議可將16種元素性質名稱與放大裁切後的16隻變形蟲製成32張圖卡。先以2-3人為一組，每組抽出一張圖卡並依據變形蟲上各元素的面積大小進行對應之元素性質預測；接著由各組上網蒐集此性質的各元素資料並進行資料紀錄與整理；各組再依據所蒐集的資料規律性，將其與變形蟲圖卡的規律性進行比較，並加以判斷是否相符；兩兩一組進行結盟，以代表地殼含量的變形蟲為例，先分享彼此抽到的變形蟲形狀(變形蝸牛)、性質預測(地殼含量)、資料佐證(地殼含量元素表)與性質確認(核對預測性質與佐證資料查詢結果是否相同)。接著互換彼此的變形蟲卡片與佐證數據，找不同組進行結盟。建議可以比賽找出在規定時間內與最多組結盟，並獲得最多變形蟲與元素性質的配對關係的組別，予以加分或表揚，並於課後收回學習單作為多元評量成績之一。

n週期表口訣之故事與圖像

中文字具有單音節的特性，用中文讀出週期表元素遠比用英文讀的音節數少得許多，也容易的多。由於歷年學測範圍多以原子序前20個元素為主，且社會組學生大多無法依照原子序1到20的順序，流利的說出20個元素。因此我在101學年度時以諧音法設計了週期表口訣，以5個元素為一組字詞，將4組字詞賦予新意，串成一個纏綿悱惻的故事，並由當時一位學生繪製成四張圖(圖四到圖七)。以原子序1到5為例，將「氫氦鋰鈹硼」轉換為「青海裡皮棚」，取其含意為「在青色的海裡，有一個獸皮縫製成的帳棚」。至於原子序6到20元素諧音部分，則建議老師能依此原則自行發揮創意與想像力，勾勒一個合乎邏輯的故事，故事情節可以盡量曲折離奇一點，介紹故事時也可以添油加醋，激發聽覺型學生的專注力；同時以PPT呈現色彩鮮明的口訣圖片，吸引視覺型學生的目光焦點；另外可搭配元素圖卡的抽取競賽或排序活動，使觸覺型學生可以在圖卡排列的操作過程中記下元素的原子序順序。

     

 圖四：原子序1-5    圖五：原子序6-10   圖六：原子序11-15   圖七：原子序16-20

n週期表口訣之國中生成效測試

由於高中生在入學前大多已能掌握元素的大概位置，雖然不能依照原子序的順序背出，但多能以族為單位背出週期表各族的元素，因此每年在新班級教授前述故事口訣時，學生大約都能在五分鐘內記下故事諧音並完整背出前20個元素的名稱。

為了解此搭配諧音法(聽覺刺激)、故事情節法(聽覺刺激)、鮮明圖片法(視覺刺激)、圖片抽取競賽(觸覺刺激)、圖片排序活動(觸覺刺激)等學習週期表口訣以記憶原子序1～20元素的系列方法，對國中學生的學習成效如何，特別挑選四位八年級的國中生(二女二男)進行試驗。由實驗前的訪談發現，四位學生中有兩位已經超前學習週期表，而且可以概略背出原子序1-10的元素。教學活動包含：運用元素撲克牌依序排出原子序1～5、6～10、11～15、16～20等四組元素並尋找口訣(圖八)、抽取圖卡進行元素心臟病遊戲(圖九)、用原子序1～20共20張元素圖卡打亂順序後進行排序競賽(圖十)。活動結束後，四位同學中有三位可以流利且正確的背出原子序1～20的元素，另一位則經由複習口訣的故事後，也能正確背出。而此位學生本來完全不會依原子序背週期表，且在活動前表示要背下週期表很難，不可能在一節課背起來，沒想到後來表現竟超出自己的預期，並在後測問卷中表示口訣方法很實用、很有趣，記憶很深刻[1]。

     

    圖八：排序並尋找口訣     圖九：元素心臟病遊戲      圖十：元素排序競賽   

n沉澱表口訣之六階段教學活動

元素的性質並非都像半徑、金屬性、電負度一樣，可由週期表上相對應位置看出大致規律性，以沉澱反應為例，電中性元素發生電子轉移形成陰陽離子後，在水溶液中是否發生離子沉澱反應，必須經由實驗建立沉澱與否的規律性，而後才能運用此規律性作為分離或檢驗混合物所含離子之判斷參考。

過去在進行沉澱表教學時一共設計六階段活動(圖十一)，並且運用本校自然科教師專業團隊發展的「沉澱查詢機」(圖十二)與「快打沉澱表」(圖十三)兩個App。階段一是以App進行的雲端實驗取代實體實驗，運用「沉澱查詢機」所得結果填寫實驗記錄；階段二是由各組抽選一種陰離子，運用聯想力將與此陰離子是否發生沉澱反應有關的數個陽離子進行故事性設計與組合；階段三是運用七組設計的聯想結果，進行沉澱反應配對競賽；階段四是介紹老師版的口訣並學唱由五月天學長作曲、佛慈老師作詞、樂研社學長主唱的「沉澱ING」歌曲，並進行各組接唱挑戰賽；階段五是運用陰陽離子圖卡進行沉澱心臟病活動；階段六是運用「快打沉澱表」答題成績找出五位沉澱表高手。

  

圖十一：六階段教學流程     圖十二：沉澱查詢機App      圖十三：快打沉澱表App 

前述六階段均設計大量的視覺、聽覺與觸覺輸入及刺激，且限制各組進行各階段時所花的時間。觀察學生行為時，可以看到各組學生由剛開始的坐著討論，到後來自動會有具領導特質的人站起來引導全組，甚至有組織力很強的組別早已快速排出各項活動競賽的選手代表序。

   

  圖十四：用平板進行實驗    圖十五：絞盡腦汁創口訣   圖十六：運用口訣玩配對

設計口訣時，建議老師可以融入各校的特色元素，讓學生產生共鳴就更容易記住。我設計的7個口訣是以陽離子的諧音進行故事情節聯想，共包含兩位主角三位配角，以天文社和桌遊社的活動為內容，以社團中學長與學妹的對話為橋段。最後將7個獨立情節(口訣)串成一個有意義的故事後，再用畫圖的方式將故事情節表達出來(圖十七到圖十九為其中3個口訣)。以口訣1為例，遇陰離子「全溶」的陽離子為「IA⁺ H⁺ NH₄⁺」，諧音為「IA 請安」。故事情節是天文社社長一大早踏進校門時遇見學妹IA(先設計一個名叫IA的理由)，當學妹微笑跟學長道早安時，學長就就全溶(陶醉其中)了。

  

圖十七：沉澱表口訣1      圖十八：沉澱表口訣2   圖十九：沉澱表口訣3

將沉澱表以歌曲的方式呈現，主要原因是高中生喜歡音樂或喜歡唱歌的比例很高，其次是因為本校畢業典禮時，高三老師們總有人能挑選一首歌曲進行歌詞創意改寫，然後一起用唱的、跳的、或演的方式送給畢業生。因此我便著手挑選合適的歌曲、構思離子沉澱與溶解的陳述方式、挑選合適的歌詞韻腳、以提出「解離說」的「阿瑞尼士」作為第一段歌曲的主角、將調皮精明的「蠟筆小新」改為「粉筆小新」以配合老師的職業並作為第二段歌曲的主角、將「不理不理王國」改為「不理」(代表相互不理而不沉澱，如圖廿) 和「不離」(代表發生沉澱而不分離，如圖廿一)現象，再配合字數、旋律、節奏做調整，最後終於將知名校友五月天創作的歌曲「戀愛ING」成功改寫成「沉澱ING」(如圖廿二)。而此首改寫曲上傳youtube[2]之後曾在交大「喀報」中被報導出來，作者林婉婷(2013)不但觀察到臺灣教育界興起一股「音樂學科學」(包含物理公式、化學沉澱反應、生物構造、科學方法)的風潮，並提及化學歌詞「將沉澱的口訣改得更精簡且符合節拍，可達到邊唱邊記的學習效果」。

     

  圖廿：不理=離子不反應   圖廿一：不離=離子不分離   圖廿二：沉澱ING歌曲(youtube)

n週期表之原子公寓圖解版

人類生活離不開化學，讓學生從小開始接觸科學知識，引發對生活中科學現象的好奇心及科學原理的想像力，是許多先進國家已經著手推動的事。各大圖書館的漫畫區座位常常是青少年讀者的必爭之地，漫畫的借閱率與書籍破損率也常常高居各類圖書之冠。以全球暢銷1000萬冊且風靡大小孩的臺灣尋寶記、日本尋寶記、英國尋寶記……等36國36本《世界歷史探險系列》暢銷套書為例，許多小讀者的出國初體驗就是陪著書中漫畫人物布卡與麥克到世界各國四處尋寶，以尋找線索、解開謎題的任務來學習世界古明與人類歷史。

化學的紮根也應如此。2014年初曾受邀推薦中文版的《原子有話要說～元素週期表【原子公寓圖解版】》(圖廿三)，當時有幸先試閱由日本元素週期研究會編寫的日文原文書，打開書本發現編者將週期表元素設計成118位(當時僅112位)個性鮮明的漫畫人物(圖廿四)，與我的右腦教學理念不謀而合；再加上書中將各元素人物安排住在對應週期表位置的七層樓公寓共118間套房之中(圖廿五)，此方法正和我在軌域教學時所經營的附堡豪華商旅(4類房型、7樓層、59間房號、118個床號)有相類似的套房譬喻(圖廿六)，教學時讓學生搭配此書的118位房客(元素)，恰好可以把人物性格(元素性質)及建物各樓層房間配置圖(軌域種類、軌域個數及最末填入的價電子數)等國高中化學元素概念完全融入並掌握。

         

圖廿三：書腰上有推薦者  圖廿四：元素氫的內容       圖廿五：七層樓元素套房

    目前市面上有3～4本以漫畫風格介紹週期表化學元素的書籍，碰巧都是賦予每個元素一個人形外貌(圖廿七)，個人認為能夠系統性且詳盡提供每個元素獨特資訊的入門書，還是非這本《原子有話要說～元素週期表【原子公寓圖解版】》莫屬。該書除了以原子序為門牌號碼，以鮮明的性格彰顯元素的特徵之外，還提供「房客資料卡」(圖廿八)——包含房客的珍貴指數(如︰購買價值)、親密關係(如︰與日常生活之關係、對社會的貢獻度、與人類的契合度等)、危險程度(如︰毒性、活性、放射性等)等三類資料，另外設有「冷知識」專欄—包含相關有用情報、特殊話題、讓人感動之事等，以及「科學數據」專欄—包含特性、發現年分、發現者、名稱由來、原子量、密度等。

     

圖廿六：附堡豪華商旅1S房    圖廿七：1號房的小氫     圖廿八：小氫的個資

n週期表之教師節感謝板

能將化學元素應用於日常生活中，應該是學生對化學元素的接受度發揮到極致的表現。在任教的經驗中，多數化學有關的創意是在教室布置或班服的設計時，畫上蒸餾裝置或是錐形瓶、試管等化學實驗設備。印象中較特殊的是在教室門上用海報紙貼著四個大符號「H-Li-B-N」(表示該班班號)，也有一些學生會在作業或考卷的座號欄位填寫Mg號、Al號，還有的學生在段考考卷姓名欄位填寫著「Li-Mn-Zn」、「P-U-Ga」等等。

記憶中收到學生最特別的感謝卡，就屬104學年度教師節前夕收到的高二社會組男生班送的超大珍珠板的週期表感謝板了(圖廿九)。兩位貼心的化學小老師先是將全班34位同學寫給我的小卡片按照座號順序整齊排列並黏貼在珍珠板上，再用34張便利貼浮貼覆蓋在34張小卡片上，並在每張便利貼上書寫座號(原子序)、元素符號、元素中文名稱、原子量、熔點、沸點等資訊(圖卅)。身為化學老師，除了對社會組學生將教師節卡片設計融入週期表元素的創意感到驚艷外，更開心這些文組傾向的學生上化學課總能專心聆聽、積極回應問題，並能寫出喜歡化學課、期待化學課之學習反饋(圖卅一)。

     

   圖廿九：週期表感謝板   圖卅：融入週期表之設計創意   圖卅一：學生的學習反饋

n  結語

2019年是國際週期表年，在慶祝元素週期表150歲生日的同時，有幸能藉此機會感謝前仆後繼發現118個元素的各國化學家們，因著他們鍥而不捨的精神，我們才能一再窺知未知元素的新風貌。而身為高中教師，期許自己能讓學生不畏懼化學、不排斥化學，甚而帶給學生一點點學習化學的熱情與動力。

n  參考資料

1.      Kendra Cherry. Understanding the Myth of Left and Right Brain Dominance. https://www.verywellmind.com/left-brain-vs-right-brain-2795005

2.      WebElements: the periodic table on the web。https://www.webelements.com/shop/product/periodic-table-cartograms-poster/

3.      元素週期表研究會(編)、鈴木幸子(繪) 劉佳麗譯(2014)。原子有話要說！元素週期表之原子公寓圖解版。臺北市：漫遊者文化出版。

4.      右腦開發的傳聞與真相。泛科學。https://pansci.asia/archives/15552

5.      吉佛慈 (2018)。中學化學App教材與教學：從化學心臟病到沉澱App。台灣化學教育電子期刊，2018年1月。http://chemed.chemistry.org.tw/?p=26575

6.      沉澱查詢機app。https://apkpure.com/tw/%E6%B2%89%E6%BE%B1%E8%A1%A8%E6%9F%A5%E8%A9%A2%E6%A9%9F/air.air.PrecipitationTable

7.      沉澱ING。https://www.youtube.com/watch?v=bc4pj2AbZc8&list=RDbc4pj2AbZc8&index=2

8.      林婉婷。唱出新滋味，不打「科」睡。交大喀報，第171期。2013/10/20。http://castnet.nctu.edu.tw/castnet/article/5692?issueID=437

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