臺灣化學教育

化學課程與教學論學術年會暨兩岸同課異構高端論壇—羥基官能團現場教學演示與專家點評心得

劉曉倩
 

國立彰化高級中學

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n  前言

2019年8月與邱美虹教授於亞洲化學年會巧遇，邱教授在化學教育的貢獻有目共睹，當筆者受邀參與第十六屆大陸化學教育課程與教學論學術年會暨兩岸同課異構教學演示時，心裡卻掙扎很久。所謂同課異構就是臺灣與大陸的教師針對同一個教學主題各自設計課程，再進行30分鐘實際教學，教學結束後再由現場的教育學者專家、科學家及教授進行現場點評。本次教學主題主要是以大陸人民教育出版社出版的高中化學教材內容為主，同課異構主題分別是高一的「氯」以及高二的「羥基官能團－醇與酚」，而筆者主要負責的教學內容是「羥基官能團－醇與酚」。雖然筆者有二十餘年的教學經驗，其中不乏多次公開授課，但是與大陸高等學校教師進行同課異構教學及接受現場點評還是頭一遭！此外會議舉辦的時間在12月底，地點是哈爾濱，十二月的哈爾濱氣溫在攝氏零下20度至40度之間，對於出生在亞熱帶的我們是一大挑戰！想著前幾年跟隨美虹教授至上海教學參訪時帶來的強國震撼，還有北京參訪時感受到大陸教學的進步及成長，雖然不知道此行會面臨什麼樣的挑戰，但是只要願意去嘗試，願意去改變，相信自己可以飛得更高，看得更遠！這些難得的經驗非得要自己去感受才行，這是讓自己蛻變的道路，也是美虹教授不斷地引領我們的道路，有時雖然會感受到壓力，但是也是一種動能，如同平凡的石墨在高溫高壓下才能成為鑽石！

n  同題異構教學前的準備

一接到大會寄來的大陸人民教育出版的高中化學教材內容時，筆者仔細地將內容看過，發現課本內容與臺灣高二課本有些出入。以筆者所教授的「羥基官能團－醇與酚」為例，大陸對於醇與酚的介紹，除了醇的基本定義、分類、物理性質及化學性質外，更重視醇類的反應（取代反應及脫去反應）。而臺灣的高二必修基礎化學（二）課本中對於醇及酚的介紹，除了醇酚的定義、分類、物理及化學性質外，對於醇酚的命名及異構物著墨很多，至於醇酚的取代及脫去反應則是在高三選修化學（下）第七章有機化學才會學到。筆者認為主要原因可能在於大陸的高中課程必須在兩年完成所有化學課程內容，高三則著重在於高考準備。反觀臺灣的高中化學課程採取螺旋式教學方式，高二上學期的基礎化學（二）是所有高中生的必修課程（自然組及社會組同學都要），所以對於醇與酚的學習只需在定義、種類、命名、異構物、物理及化學性質有基本概念即可。有鑑於2015年筆者曾在北京見識到大陸高中有機化學的內容除了基本的反應以外，還有難度較深的有機合成及應用，於是利用暑假期間將大學有機化學（Organic Chemistry by Wade）的醇與酚的章節重讀，並將臺灣各個版本的教科書中相關的單元及實驗部分重新看一次，希望可以給自己多一些教學深度及靈感。

準備期間也將完成的教學活動設計多次請益邱美虹教授、鐘建坪老師及蔡孟祐老師。但是教學活動設計初稿仍然擺脫不了傳統講述法（引起動機、定義及性質說明…），雖然安排了學生分組實驗實作，但是教學活動設計仍停留在學生實驗驗證定義的階段，亦即教學亮點不足。

9月時筆者將實驗活動設計落實在學生的專題實驗課中，師生多次討論實驗的細節及可以進一步規劃的探究方向。過程中教師提供了研究的主題，學生在實驗過程打開了新的視角，透過師生有質感的對話，無形中把重要的概念深植在心中，整個探究的過程中彼此都獲得很大的成就感（如圖1所示）。

圖1：教學演示前與筆者學生進行試做實驗及準備工作

12月初「羥基官能團－醇與酚」教學活動設計有了進一步的發展，規劃如下：

一、設計理念：

此次教學活動課程設計理念在於啟發學生科學探究的熱忱與潛能、建構科學素養，使學生具備基本的科學知識、探究實作能力及科學態度，且能於實際生活中有效溝通、參與公民社會議題的決策與問題解決，同時對媒體所報導的科學相關議題能理解 ，例如汽車抗凍劑及飛機除冰劑的主要成份，經由科學實驗數據檢測其可信度，培養求真求實的科學精神。進一步地奠定學習科學與運用科技的基礎，養成學生對科學正向的態度、學習科學的興趣以及運用科技學習與解決問題的習慣，為適應科技時代之生活奠定良好基礎。

二、總體學習目標：

1.學生可以理解教師所講授的學習內容，例如：醇與酚的定義、命名、物理性質、化學性質、常見的化學反應及生活中常見的應用。

2.學生透過探究實作，提升其思考智能、並能想像創造、推理論證、批判思辨及建立模型。

3.學生能從一系列的觀察、實驗中取得科學數據，並依據理論及方法進行比較與判斷資料，進而以批判的論點來檢核資料的可信性，並提出創新與前瞻的思維來解決問題。同時能反思實驗過程的優、缺點，藉以修正實驗模型。

三、本教學活動根據學生特質與教學需求分為以下四個階段進行

1.第一階段─理解與認知（5分鐘）：

（1）教師解說醇類在生活中常見的用途，使學生體會生活中醇酚的運用，並能感受科學影響生活的重要性。

（2）教師示範「魔術點菸」，刺激學生思考可能使用的化學藥品為何。

2.第二階段─學生分組實作探究（10分鐘）：

（1）各種醇類與金屬鈉的反應性差異。

（2）各種醇類與過錳酸鉀的反應性差異。

3.第三階段─分組發表（10分鐘）：

學生透過實驗與組員對話、刺激，學會將實驗結果釐清概念，整理出可能的答案，進行發表。

（1）由實驗結果分析各種醇類與金屬鈉反應快慢與醇類結構的相關性。

（2）由實驗結果分析各種醇類與過錳酸鉀反應快慢與醇類結構的相關性。

4.第四階段─學習經驗的統整（5分鐘）

教師統整學生發表結果，歸納出實驗背後的原理原則。

12月中旬筆者先將實驗所需的藥品、玻璃器材、教學所需的電腦相關設備及教學白板，請四川師範大學劉瑞教授協助準備，接下來的工作就是教學講義、簡報及教學演示的準備事宜。

n  北國好風光，盡在黑龍江

哈爾濱地處黑龍江省南部，冬季嚴寒漫長，夏季涼爽短促，是世界著名冰雪旅遊和避暑勝地，以其國際冰雪節和濃郁的歐陸風情而聞名，更是大陸歷史文化名城。哈爾濱由於其地理位置特殊，是20世紀初期蘇聯聯繫中國的橋頭堡，也是國際商貿都市。至今哈爾濱的城市建築風格仍帶有早期俄羅斯及東歐、猶太人等各類歐式建築風格。不過自從中華人民共和國成立後，逐漸被改造為工業及商業並舉的中心城市。然而在筆者心中，哈爾濱勾起了少年時期閱讀的小說「哈爾濱之霧」，這本是由梅濟民教授寫的作品，書名雖然浪漫，但是小說內容講述的是俄軍殘害中國百姓及日僑的慘痛故事，小說中所描寫的哈爾濱令人嚮往，是個民族融合的大城市， 除了中國人之外，還有俄僑與日僑，年輕時的我讀到這裡， 也不禁神遊其中。

此次行前在許多旅遊書籍及網誌讀取冬遊哈爾濱時需要注意的保暖事項（三明治穿著、防風褲、防風手套、止滑靴、各種暖暖包…），趁機買了一堆抗寒衣物。但是12月24當晚一下飛機，迎面而來的濕冷刺骨寒風，仍令人不禁打個哆嗦。由於在大陸網路聯繫不似在臺灣方便，所幸透過美虹教授協助，順利抵達飯店，也深刻地體驗了在零下25度雪地拉著行李箱舉步維艱的感覺。

隔天上午完成會議報到手續之後，哈爾濱師範大學兩位研究生引領我們前往交流學校—哈爾濱市第三中學(簡稱哈三中)進行器材準備與教學場地會勘。哈三中的實驗室硬體設備雖然十分先進，但是筆者教學演示所需的藥品、器材仍有很多不足之處，加上實驗室內雖有暖氣設備，但是氣溫在攝氏10度以下，進行配藥及分裝藥品時仍是寒冷凍手。中午哈三中帥氣的梁主任帶著我們到學生食堂用餐，即使是出太陽的正中午，校園覆蓋皚皚白雪，彷彿穿越白色的沙漠，獨行於晶瑩而神祕的廣袤，沿路樺木挺拔，白雪中校園景觀令人讚嘆（如圖2所示）！

圖2：筆者與蔡孟祐老師（左一）、鐘建坪老師（右二）及哈三中梁主任（右一）於哈三中校園合影留念

盤點完後仍有部分器材及藥品還需採購及準備，第三天我們依然前往哈三中持續為教學交流準備（如圖3及圖4所示），巧遇也是來做場勘的同題異構江蘇省教育科學研究院王峰老師及哈三中李洪濤老師，言談之間發覺王老師個性沉穩、思考敏銳，此行正是與筆者同題異構進行教學演示。李洪濤老師個性活潑、豪爽大方，十分健談，他直言此次教學演示面臨很大壓力，他的指導教授暗示臺灣來的老師中有一位具有化學作業環境測定甲級技術人員的證照，所以在實驗設計上要更加小心。我們邊準備邊聊天，了解到大陸的教學是以升學導向為主，平常很少給學生做實驗，但是這幾年政府在進行新課綱的改變，推行核心素養為本的教學設計與實施，與臺灣的108課綱精神相符，希望透過同題異構教學演示及專家點評，激勵國家一線教師深化教學，透過探究實作的教學活動設計，讓學生動手做，深入探究及自主學習。不過大陸的高中班級人數太多，以哈三中為例，一個班級學生人數約45~60人，進行課綱實驗已經很不容易了，更何況是探究實作！？

當天完成教學演示的實驗準備已經是下午5點鐘了，哈爾濱師範大學的兩個研究生帶著我們三位來自臺灣的老師到松花江上散步及賞冰雕，積雪厚實的松花江雪飄迷濛，站在冰封的松花江上隨時都有跌倒的風險，但是一夥人還是執著於眼前的冰雪美景。哈爾濱從1960年代即開始舉辦冰燈博覽會，至今已近60年，享譽國際。冰雕材料中一塊塊乾淨完整晶瑩剔透的冰塊來自松花江，雕刻師傅首先將晶瑩剔透的冰塊雕成雛型（以建築及動物為主），細節的各個小部分，用水和碎冰粘合起來，零下30度的氣溫，足以將這些部位牢牢地粘在主體上，粘著力比任何膠水還要強大！經驗豐富的師傅甚至會將砌好的冰塊上鑿出冰槽，將低溫燈帶放入其中，夜空下白茫茫，五顏六色的冰雕、冰滑梯及冰城堡映入眼簾，煞是好看（如圖5及圖6所示）！

圖3：哈三中學校實驗室硬體設備先進               圖4：教學演示前的器材藥品分裝

圖5：松花江上的巨型冰雕圖              圖6：冰磚內鑿出冰槽放入低溫燈照明

 

n  兩岸同課異構教學演示現場及專家點評

12月27日一早6點40分坐上第一班交通車抵達哈三中教學演示現場，一進校園清晨白雪在朝陽的照射下呈現純淨的美，還未被踩過的雪潔白鬆軟，樺樹下的樹掛似乎快滴落而下，陽光穿透過皚皚白雪產生了溫柔的透明感，冷風下微微搖動的樺樹顯得靜謐而柔弱，大陸各省到場的老師震懾於校園美景，靜聲穿過長長的走道直達教學大樓。因為筆者是第一個進行教學演示的老師，趕緊跟幾個哈三中老師將前一天分裝好的器材藥品先安置就位，哈三中高二學生有45位參與教學演示，現場約30位教授及500位教師一就座，教學演示即開始。

由於實驗藥品仍未齊全，筆者在前一晚內心十分忐忑，但是心態轉個彎，反思教學的重點在於學生的「學習成效」，只要能讓現場的學生學習聚焦在教師所要表達的概念及重點，如同邱教授提醒我們的，哪些知識概念是學生在這堂課中可以帶得走的，就是「有效教學」！看到現場的教授、老師及學生，心裡已不再緊張甚至還帶著些許的感動及興奮呢！筆者一開始進行的教師示範實驗活絡了現場緊繃氣氛，雖然與學生是第一次見面，但是哈三中的學生比想像中活潑親切，學生分組進行實驗活動時，對於老師的提問，回答十分踴躍，而且實驗進行時遇到問題也會舉手發問，40分左右的教學過程，讓學生從實驗中探究醇的結構與其反應性的關係，雖然未能完成整個教學探究過程，師生意猶未盡（如圖7及圖8所示）。

圖7：筆者進行同課異構教學演示活動

圖8：教學演示現場學生親自動手做實驗，學生反應熱烈

教學演示結束後，一位四川來的老師衝到前面找我聊整個教學課程，他很喜歡今天的探究實作教學引導，他說感覺上是很有系統的教學過程，他覺得大陸的教育還是停留在老師在「教」，學生在「學」的認知階段，教學過程中學生的自主學習太少，今天的教學演示讓他開了眼界！他也想要這樣教學生（如圖9所示）！

圖9：來自四川的高中老師與筆者進行教學交流

兩個同課異構主題（羥基官能團及與氯及其化合物）四位老師完成教學演示後，負責點評羥基官能團單元的教育學者專家有四位。第一位學者專家是華東師範大學王祖浩教授，他讚揚臺灣老師上課十分活潑且讓學生動手探究，了解醇分類的方式，跳脫傳統講述法的方式。雖然醇的分類用講述法三分鐘就教完了，但是讓學生花了三十分鐘去探究，學生內心才是真的學到了！第二場教學演示的大陸王峰老師使用證據推理讓學生對於模型有所認知，進一步讓學生了解模型的變化，接著再以表格讓學生推理水與醇的電負度變化，學生獲得有系統的知識，兩場都是很成功的教學演示

第二位點評的專家是寧波大學王存寬教授，他提到臺灣劉老師的教學方式啟發學生主動發言、動手做，透過科學探究了解科學原理，最重要的是生活化的實驗，利用生活中常用的塑膠片及牙籤，就能動手做實驗，符合綠色化學精神！而大陸的王老師培養學生拔尖精神，從四個問題面讓學生去思考，若是能讓學生多提問一些，應該會更好！

第三位點評專家是大陸科學家上海華東師範大學姜雪峰教授，他說從教學方式可以看出兩岸教育目標的差異，臺灣的教育著重於學生動手作及自主學習；而大陸的教育重視知識的深度。同時，他也指出王峰老師的軌域理論講得很精彩。

第四位點評專家是臺灣師範大學邱美虹教授總評，她提醒做中學的重要，臺灣的劉老師在學生思考智能方面讓學生推理論證及建立模型，啟發學生自主參與，若是能再使用預測–觀察–解釋–比較(POEC)教學可以讓學生自主學習更完整。而大陸的王峰老師的教學採取提供實驗數據的方式，讓學生思考智能、建立模型，課程內容深入淺出，若是可以讓學生動手做實驗應該會更好。邱教授強調新課綱培養學生科學素養及素養導向的教學，可以讓學生開啟學生新的學習視野，成為終身學習者（如圖10所示）！

 

圖10：筆者與邱美虹教授（左1）及鐘建坪老師（中間）合影留念

會後哈爾濱師範大學化學系主任廖志剛教授特別提到臺灣老師對課程的認真，對學生的熱情，印象十分深刻。希望日後有更多的交流的機會，期待可以有更加深入的合作。兩岸文根相同，文脈相通，但是教育發展模式卻不同，確實在教育上從觀念到做法都存在諸多的差異，是非常有互補性的。

n  煙幕下的哈爾濱

這次的冰城之行，雖然時間短暫但是最深刻的當屬天公作美，十幾年未曾出現的大風雪幾天內都全展現了出來，走在聖索菲亞教堂旁的街道，白茫茫的雪花直下，有著偶像劇般的浪漫，卻又帶著些許煤灰味（如圖11所示），大樓旁的煙囪冒著灰黑的濃煙，因為實在太冷，一般人家只能燃煤生火取暖，對於可能引起的空氣汙染大家也只能將就。大夥走在街道上太冷，隨興踏入教堂周圍的道里市場，市場內販賣鮮肉、紅腸、黃金蛹、俄羅斯套娃、巧克力及論斤賣價格公道的好酒，可以深入感受細緻的風土人情（如圖12所示）。

圖11（左圖）：灰矇矇的聖索菲亞教堂 圖12（右上）道里市場內的論斤兩賣酒

n  後記

此行參訪哈爾濱過程感受哈爾濱師範大學廖志剛教授團隊全方位照顧，點滴在心。回國的當天還因為遇到大風雪機場關閉，飛機停飛的窘境，所幸美虹教授及廖志剛教授及時協助才得以在附近的飯店安歇。幾次追隨美虹教授參訪大陸，感受教授對於科學教育的專業及熱誠，甚至在教學演示前一晚對於深化探究教學及翻轉教學的指導，讓我反思及強化教學的層次。此外同行的鐘建坪老師及蔡孟祐老師相互切磋與砥礪，如同家人般閒聊、加油打氣，讓此行參訪交流溫馨不孤單。省思當我們教師面對緊鑼密鼓的教育洪流挑戰時，永無止境的教育改革壓力，我們老師應該把握機會練就改變教學的能力，臺灣雖只是地圖的一個小點，但是經過教育的改變，經過教師相互學習，教育的改革道路可以繼續往前，終有一天學生會成長，定能發出鑽石般的光芒！

n  參考資料

1.第十六屆化學教育課程與教學論學術年會及海峽兩岸同課異構高峰論壇會議手冊，2019年大陸哈爾濱

2.大陸人民教育出版社出版的高中二年級化學科教材

3.選修化學（下）實驗活動紀錄本，南一書局