化學示範起始探究與實作 / 楊水平

星期四 , 12, 11 月 2020 編輯助理本期專題, 第四十期/2020年11月 1 Comment

化學示範起始探究與實作

楊水平

國立彰化師範大學化學系
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《臺灣化學教育》第40期的專題為〈化學示範起始探究與實作〉，延續第37期的專題〈中學化學示範〉，繼續出版之前未出刊的文章，並邀請中小學教師撰寫透過化學示範起始探究的文章，以豐富本期的內容。除了本篇領頭文章之外，這期的專題文章計有六篇，都有化學示範起始科學探究與實作的內涵，大部分符合十二年國民基本教育國民中小學暨普通型高級中等學校自然科學領域課程綱要的標準，這些符合新課綱規範的文章都在其「前言」處有條目編碼的具體描述。期望這些文章對中小學化學教學有所助益，並能立即可用於小中學的現場教學。

本文首先介紹化學示範教學的理論；接著，整理十二年國教自然科學領域課剛中的化學示範；然後，探討化學示範起始科學探究；最後，概述本期專題的文章導讀。

n 化學示範教學的理論

Liem (1987) 提到：藉由引人注意的示範和歧異事件，教師精心規劃教學策略來喚起學生的學習。Kibler (2019) 提到：歧異事件使學生產生興趣和好奇心為了探究有關特別的現象。歧異事件（discrepant event）創造認知失調（cognitive dissonance），因為歧異事件的觀察與學生先前經驗是直覺相反的，使得學生迅速地產生疑問。Cini (2018) 提到：歧異事件是藉由呈現非期望的結果而無視我們對世界理解的事件。這些現象經常被用於科學示範，以吸引觀眾的注意力並吸引視覺學習者。

Shakhashiri (1989) 提到：課堂示範能夠幫助學生在化學反應和化學性質上的注意力，並且增進學生的化學知識和體認。課堂示範應該是一個過程，而不是一個單一事件（作者按：歧異事件）。

化學反應千變萬化，聲光色俱全而且多彩多姿。化學示範（Chemical demonstrations）是透過驚奇有趣的化學實驗來展示化學的奧妙和魅力，在教學中常創造歧異事件以互動方式來引起學生對化學的興趣，進而促進學生對化學知識的理解。因此，化學示範強調娛樂性和教育性，它是一種非常有勁道的教學策略。

n 十二年國教自然科學領域課剛與化學示範

根據「十二年國民基本教育課程綱要國民中小學暨普通型高級中等學校‒自然科學領域」，其實施要點提到「教材編選時應依十二年國民基本教育自然科學領域課程綱要精神與內容，鼓勵學生動手實作體驗，合適安排各年段的實作課程，以達到規定的時數，其中國民中學教育階段應有三分之一節數為實作體驗課。為提高學生學習興趣，增進學習效果，得適時設計示範實驗、戶外教學等活動。」。因此，化學教師設計化學示範實驗是有其需要性。自然科學領域課程綱要在「學習內容說明」有明確地提到教學實施的方式以「示範」來進行，在第四學習階和第五學習階段的綱要描述中，有關化學示範方面整理如下。

(一) 在國中自然科學方面

表一：第四學習階段涉及化學示範的學習內容

主題	次主題	學習內容	學習內容說明
物質的反應、平衡及製造（J）	化學反應速率與平衡（Je）	Je-Ⅳ-2 可逆反應。	2-1 從示範實驗或影片介紹可逆反應的簡單實例。（P. 149）
物質的反應、平衡及製造（J）	化學反應速率與平衡（Je）	Je-IV-3 化學平衡及溫度、濃度如何影響化學平衡的因素。	3-1從演示或實驗影片說明溫度或濃度改變時如何影響化學平衡，不需要記憶反應結果與反應式。（P. 149）
物質的反應、平衡及製造（J）	有機化合物的性質、製備及反應（Jf）	Jf-Ⅳ-3 酯化與皂化反應。	3-1 以示範實驗或實作方式進行酯化與皂化反應。並實際體驗酯類的特殊氣味及肥皂的清潔能力。（P. 149）

(二) 在高中化學方面

表二：第五學習階段涉及化學示範的學習內容

主題	次主題	學習內容	學習內容說明
物質的結構與功能（C）	物質的分離與鑑定（Ca）	CCa-Ⅴc-1 混合物的分離過程與純化方法：蒸餾、萃取、色層分析、硬水軟化及海水純化等。	1-5 示範實驗：萃取、蒸餾及以TLC 片進行色層分析。（P. 201）
物質系統（E）	氣體（Ec）	CEc-Va-5 理想氣體與真實氣體。	5-1 理想氣體與真實氣體之間的差異。以電腦模擬幫助學生建立理想氣體粒子模型與微觀概念。可以示範實驗說明三大定律。（P. 206）
物質的反應、平衡及製造（J）	水溶液中的變化（Jb）	CJb-Va-4 拉午耳定律與理想溶液。	4-3 示範實驗：理想溶液與非理想溶液體積的差異。（P. 207）
科學、科技、社會及人文（M）	科學在生活中的應用（Mc）	CMc-Va-2常見金屬及重要的化合物之製備、性質及用途。	2-4 示範實驗：鐵離子與草酸根形成的錯合物。（P. 212）
物質的組成與特性（A）	物質的形態、性質及分類（Ab）	CAb-Va-2 不同的官能基會影響有機化合物的性質。	2-3 示範實驗：有機化合物的一般性質（揮發性、溶解度等）。（P. 212）
物質的反應、平衡及製造（J）	有機化合物的性質、製備及反應（Jf）	CJf-Va-2 有機化合物的命名、結構及官能基的檢驗與其用途¼。	2-3 示範實驗：常見官能基的檢驗。（P. 213）
物質的反應、平衡及製造（J）	有機化合物的性質、製備及反應（Jf）	CJf-Va-3 常見有機化合物的重要反應。	3-3 苯：僅用示範實驗介紹芳香族與烯類（C=C）的差異。

n 化學示起始探究與實作

有效的化學示範能夠聚焦學生的注意力，在課程或單元中激發學習的動機和興趣，解說重要的概念和原理，以及起始科學探究和問題解決。示範實驗可以有效地展現教師的熱情，激發學生的學習興趣，發起科學探究以及在教室中展示科學現象。

建構主義學習模式包含數種意涵，5E學習環（5E Learning Cycle）是其中之一。5E學習環的模式是一種建構主義的教學策略，它包含在學習發生時5個與認知理論一致的階段：參與（Engagement）、探索（Exploration）、解釋（Explanation）、精緻或延伸（Elaboration or Extension）、評鑑（Evaluation）。在5E學習環的第一階段—參與階段，教師為學生的學習開始著手，此階段也是吸引學生注意力的時機。藉由引人注意的示範（demonstrations）和歧異事件（discrepant events）（Liem, 1987），教師創造方法去「鉤住」學生的學習。歧異事件使學生產生興趣和好奇心為了探究有關特別的現象。歧異事件創造認知失調（cognitive dissonance）或皮亞傑所說的失衡（disequilibrium），因為如此事件的觀察不真正地同化學生既有的理解。

根據「十二年國民基本教育課程綱要國民中小學暨普通型高級中等學校‒自然科學領域」，在「基本理念」方面，在學習自然科學的過程中，學生應培養對自然科學的興趣，成為自發主動的學習者，以符合「自發」的理念。在參與探究與實作的過程中，學生應積極與他人及環境互動，並能廣泛的運用各種工具達到有效的溝通，以符合「互動」的理念。透過對科學本質的了解，學生應學習欣賞大自然之美，善用並珍惜自然資源，以符合「共好」的理念。在「學習重點」方面，自然科學課程應引導學生經由探究、閱讀及實作等多元方式，習得科學探究能力、養成科學態度，以獲得對科學知識內容的理解與應用能力。

在第五學習階段「自然科學探究與實作」課程的學習重點分為「探究學習內容」和「實作學習內容」兩部分。「探究學習內容」著重於科學探究歷程，可歸納為四個主要項目：發現問題、規劃與研究、論證與建模、表達與分享。「實作學習內容」為可實際進行操作的科學活動，例如：觀察、測量、資料蒐集與分析、歸納與解釋、論證與作結論等。探究與實作學習內容各項目未必有固定的步驟順序，可依探究的主題和實作活動採循環或遞迴等方式進行。

n 本期文章導讀

本刊第四十期的專題為〈化學示範起始探究與實作〉，除領頭文章外，還有六篇文章。這些文章的簡介如下：

1. 〈「紙火鍋不著火」的教師示範與學生探究〉：此文章由林秀貞（桃園市立大業國民小學）、林碧玲和周梅雪（桃園市立同德國民小學）撰寫。本文提到：本活動主要的教學目標是使學生了解燃燒三要素中的燃點。本文主要描述教師以示範引導學生發展探究主題「紙火鍋不著火」的科學概念和原理，師生互動討論引導學生找出燃點是探究學習的關鍵。對學生而言，真是一個很有趣的探究！

2. 〈「愛玉成凍」教師示範起始學生探究〉：此文章由李祥菁（臺中市立大道國民中學）、李易儒（新竹縣立東興國民中學）、何莉芳（臺中市立福科國民中學）撰寫。本文提到：本課程設計的探究活動教學，分為兩階段：(一)教師示範教學：此階段採用KWL策略中的K＋W策略，透過科學示範，引入學生到學習情境之中，激發他們的學習興趣和動機。(二)學生科學探究：此階段以5E學習環的探究教學策略並採用KWL策略中的L策略，學生在教室中體驗完成探究活動，引導學生建立科學知識。

3. 〈「蝶豆花漸層變色飲料」的示範和探究〉：此文章由李妙瑟（國立嘉義大學數理教育研究所）、翁秀玉（國立嘉義大學附設實驗國民小學）、段曉林（國立彰化師範大學科學教育研究所）、陳均伊（國立嘉義大學數理教育研究所）撰寫。本文提到：其設計理念為「酸鹼指示劑的蝶豆花水在飲料中能產生漸層變色」的概念，進行自製漸層變色飲料之探究活動，體會「酸鹼指示劑在生活中的應用」，並增加學生藝術創作的驚奇，最後再享用自製漸層變色飲料之興奮與滿足感。

4. 〈快速製造肥皂的教師示範和學生實作〉：此文章由賴愉方（國立彰化師範大學化學系）、施麗姍（國立彰化師範大學化學系）、楊淩宜（臺南市立歸仁國民中學）、楊水平（國立彰化師範大學化學系）撰寫。本文提到：透過冷製法的皂化反應，學生可以學到化學計量的限量試劑和過量試劑之概念。利用冷製法以人工搖動方式可以快速製造肥皂，可以讓學生學習符合新課綱的學習內容—反應速率。再者，親自體驗製造肥皂的樂趣。

5. 〈流血電影特效與勒沙特列原理〉：此文章由陳芷誼（國立彰化師範大學化學系）、蔡欣展（彰化縣立鹿江國際中小學）、楊水平（國立彰化師範大學化學系）撰寫。本文提到：本示範實驗的設計是融入常見於電影和電視的流血特效在課堂上，教師創造歧異事件，使學生的直覺經驗發生衝突，以引起學生學習的動機，進而增強他們對化學平衡和勒沙特列原理的內容知識感到興趣，並以師生互動討論的方式進行示範教學。此示範實驗和學生實作都是藉由硫氰酸鉀與氯化鐵反應，形成紅棕色的硫氰酸鐵離子作為探討化學平衡移動和勒沙特列原理的關鍵物質。

6. 〈漂亮結晶的教師示範和學生實作〉：此文章由顧展兆（國立彰化師範大學科學教育研究所）、楊水平（國立彰化師範大學化學系）撰寫。本文提到：本教材規劃兩階段：(一)教師示範實驗，(二)學生實作實驗。這兩階段作者成功測試結晶法的四種方式產生漂亮的結晶，修飾或設計「黃金雨」、「窗戶上的雪花」、及「瓶中生環」等實驗，吸引學生學習結晶法的興趣，以作為中學教師教學的參考。本教材期望藉由教師示範和學生實作，讓學生瞭解結晶法的原理，並欣賞科學之美。

n 參考資料

1. 十二年國民基本教育課程綱要國民中小學暨普通型高級中等學校–自然科學領域，國家教育研究院，107年。取自：https://bit.ly/2WPsz6I。

2. 中學化學示範，臺灣化學教育，http://chemed.chemistry.org.tw/?p=38925。

3. Chemical Demonstrations in the Classroom, https://bit.ly/3liAkMQ.

4. Cini, S. (2018). A List of Discrepant Event Science Activities. https://bit.ly/37kW9Gl.

5. Liem, T. L. (1987). Invitations to Science Inquiry. Massachusetts: Ginn Press.

6. Shakhashiri, B. Z. (1989). Chemical Demonstrations: A Handbook for Teachers of Chemistry. Univ of Wisconsin Press.

7 Douglas Llewellyn, Teaching High School Science Through Inquiry: A Case Study Approach, 2005, Corwin Press, A Joint Publication With the National Science Teachers Association, Chapter 3, pp. 46-50.