臺灣化學教育

綠色化學:綠色化學創意競賽—掀起綠色實驗探索新風潮

廖旭茂

台中市立大甲高級中學
教育部高中化學學科中心
nacl880626@hotmail.com

 

•  綠色實驗正風行

    很幸運在臺灣師大邱美虹教授的帶領、提攜及引薦下，自2010年開始，有機會參加國際研討會，接觸到國外一些實驗教具的設計高手–如日本東京學藝大學Masahiro Kamata教授的設計。深具巧思、巧手的微型實驗總是吸引著與會者的目光，代表減量、減廢，促進環境永續的概念也在化學教育領域中受到關注。受此股氛圍感召，筆者開始以學校實驗室為基地，與學校工科老師合作，結合木做、機械製造、數位繪圖與雷射切割等跨領域技術，致力開發出獨樹一格，符合綠色化學原則的微型實驗教具，並推廣、應用於實際的實驗教學上；多年下來，已經累積不少創作，其中最受喜愛的是「電化學蝕刻教具」^{[1], [2]}，這項教具以乾電池為電源，免去強酸、強鹼等高腐蝕的使用，僅需數滴的食鹽水就可在不鏽鋼等金屬上進行蝕刻；簡單、創新的設計，驚奇的效果總是贏得參與體驗的來賓讚賞。下圖為2019國際周期表年閉幕典禮（IYPT2019 CLOSING CEREMONY）東京展覽會場剪影。

圖1：參觀綠色電化學蝕刻體驗的來賓合照(左圖的左邊為作者) 

 

• 綠色化學推手

為鼓勵更多綠色化學教育小尖兵，自從2014年教育部與環保保署共同舉辦第一屆高中職「綠色化學（減毒減量）創意競賽」^[3]以來，隨後每兩年一次，分別接續於2016年、2018年各辦理相關活動；以創意為名，鼓勵全國高中時生，利用日常生活隨手可得的材料，發揮想像力，進行實驗改良的研究；以減量、減毒、減廢、物盡為目標，為培育綠色思維、動手做人才，付諸實際行動。

在臺灣化學教育主編邱美虹教授的邀請擔任本期專題主編，本次專題總共邀請到第三屆比賽7位參賽得獎的指導老師，分享得獎作品與指導心得，內容包羅萬象；有國立竹南高中林麗悅老師指導的『「灰灰乎」必有餘地』，學生利用回收廢棄的粉筆與粉筆灰，製作對人、環境無害的土壤栽培介質，取代原有的珍珠岩、硅藻土，此作品因跟生活校園生活連結，並利用學校既有的設備，接地氣的優異表現，榮獲高職組的金牌；有高雄高工的洪鼎惟老師指導的「天然環保強力清潔劑」，學生分別自茶籽粉與檸檬皮中萃取茶皂素與檸檬烯，按不同比例調配出不同配方，並測試立可白、指甲油等汙垢的去汙效果，作品利用天然植物的成分，清除日常生活中的污垢，獲得不少肯定；有政大附中姚月雲老師指導的「漂白水–醇類的老化殺手」，介紹利用漂白水取代高錳酸鉀或二鉻酸鉀重金屬氧化劑的使用，探討醇類的氧化過程，達到減毒、取代的目標。政大附中也是比賽的常勝軍，為綠色化學人才培育付諸行動。

    接下來有北一女中周芳妃老師等化學科團隊共同撰寫的「多元選修課程與綠色化學小論文設計」，內容說明北一女中發展綠色化學多元選修課程內容，並引導學生進行綠色化學創意論文的設計過程，並分享得獎的作品的教師指導心得。自99課綱開始，北一女中化學科目光獨到，開風氣之先，由周芳妃老師領軍，大力推動綠色化學教育，培育精英，績效顯著；還有原來服務於臺北市立中崙高級中學，目前在無界塾服務的洪敬明老師撰寫的「植物色素分離與鑑定」，文章除了介紹植物葉綠素與花青素的分離與鑑定外，並分享完整教案，闡述實際教學歷程，是難得的跨科實驗，此實驗在2019年七月在亞洲化學教育年會上發表，得到大會海報獎，在筆者的邀請下撰文分享。

    利用Arduino開源的微控制器，撰寫程式，結合各種感測器來調查溫度、照度、濕度、等環境的變化已蔚為風潮，台南一中的劉獻文老師指導的『倒「洗」相「螢」–螢光棒毒性降低之研究』就是利用廉價的Arduino結合照度計等感測器，取代螢光光譜儀，紀錄螢光棒的反應過程，並提出以洗衣粉內添加的增白劑(CBS)螢光棒內的染料成分，達成低毒與可解的目標；近來大量的電子3C產品問世，如鋰電池，ITO導電玻璃的大量使用，使得鋰、鈷、銦等金屬日漸匱乏，台南女中陳俊佑老師指導的「新式TDESs之研發並應用於戰略金屬回收」，研發以電化學沉積的方式回收高純度的稀有金屬，取代強酸高腐蝕溶液的使用，有效降低對環境傷害。

    每篇文章的方向都不同，各有精采之處，希望可以為有興趣的老師帶來一些啟發與參考。

• 綠色思維：我們可以做些甚麼？

    一般而言，高中的化學實驗室環境都是大同小異，如固定的空間配置、硬體設施，一樣的實驗器具、藥品；雖然教科書有版本問題，但各年級常規的實驗也幾乎是一樣的。從踏入教職，進入學校實驗室的第一天開始，腦海出現一個念頭–「我的天啊，可以不要嗎？」

    為什麼燒杯的體積都是固定，有1000毫升、500毫升、250毫升、100毫升、50 毫升，為甚麼就沒有10
毫升；為什麼實驗室加熱只能用酒精燈或本生燈；為什麼一定要用U型管來當鹽橋，塞口的棉花還常常滑進正、負極的燒杯中？為什麼安全吸球好像不怎麼安全？有關於實驗室林林總總的限制，我想有很多老師跟我有同樣的疑問與念頭。

  不想被框架綁住，就只能努力改變它；改變燒杯的大小，讓實驗在多孔盤中進行；改變藥品的使用，減少毒化物的使用；加熱的方式，讓實驗過程更安全；改變實驗的器材，取材日常生活的回收，物盡其用。教師基本思維模式的改變–越少量、越綠色，依筆者的經驗，會帶來很多好處，因為所有減量、減廢、減毒、物盡的友善環境的作為，可以帶來給學生更安全的實驗環境，更減少教師在實驗室內手忙腳亂的機會，學生學習的專注度與互動性都會提升。下圖為亞太化學教育研討會報告簡報截圖。

圖2：微型實驗的優點整理圖

「綠色」的風潮已起，衷心期盼「Green maker」可以趁勢揚帆，也期待越來越多老師投入改造自己的實驗室，改良不適切的實驗，讓綠色漫延到台灣校園的每一個角落。Change，2020！ 

 

• 參考資料

1.      廖旭茂，家庭化學實驗：行動電化學蝕刻。科學研習月刊，2013，卷52，期11，頁16~19。http://blog.ntsec.edu.tw/index.php?tid=531&id=228。

2.      廖旭茂、黃維靜（2014），行動電化學蝕刻──印台和金屬書籤的製作。台灣化學教育期刊，第二期，http://chemed.chemistry.org.tw/?p=2174。

3.      2018年得獎名單，參閱自綠色化學教育網，https://chem.moe.edu.tw/green/AwardsDetail/ef324f3a-7b72-417d-9da8-9e126e67b6ed