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

星期四 , 12, 3 月 2020 Leave a comment

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。

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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。

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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。Change2020 

 

  • 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16~19http://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

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