臺灣化學教育

高中化學教材教法專書導讀：
第十章  化學示範教學

楊水平

國立彰化師範大學化學系
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n  前言

《高中化學教材教法專書》第十章〈化學探究教學〉的重點為：一、整理十二年國民基本教育自然科學領域綱要中的化學示範實驗；二、說明化學示範教學的理論背景，作為化學教師實施示範教學方法的根據；三、介紹化學示範教學事前規畫的考慮，以達成在正式教學時的有效性和成功率；四、說明化學示範教學在正式演示時的三面向和四步驟；五、歸納整理化學示範的研究重要結論和化學示範大師對示範教學的名言，作為本章的結語。以下簡介該章的部分內容，作為讀者閱讀本章的導讀，詳細完整的內容以及未在此處提到的部分，請參閱本專書的紙本版（楊水平，2020）。

n  自然科學領域綱要與化學示範教學

在自然科學領域的「教材編選」（國家教育研究院，2018a）中提到：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，其中高級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。透過自然科學課程綱要詳加整理，第五（高中）學習階段中的學習表現（含必修和加深加廣選修）編列七項化學示範實驗，詳見本專書的紙本版。然而，教師要如何設計這七項示範實驗成為具有教育性和娛樂性的教學，以激起學生學習的興趣，有待教材編撰者和現場教學教師細心規劃。

n  化學示範與魔術表演的同異處

化學示範與魔術表演有何相同之處？有何相異之處？以「燒不破的紙鈔」為例（蔡睿謙等，2011），如圖一所示。這是化學示範嗎？還是魔術表演？

圖一：燒不破的紙鈔（蔡睿謙等，2011）

在「燒不破的紙鈔」的過程中，觀眾的腦海中出現了什麼符號（， 。 ！ ？ ； ： 、 …）呢？觀眾先驚訝（！）後疑惑（？）。雖然魔術師給觀眾創造驚訝和疑惑，但是沒有給觀眾解決或回答疑惑。化學教師是否可以在教學或示範中如魔術師一樣給學生創造歧異事件？當然也可以。化學教師與魔術師相同之處：兩者都在創造歧異事件；化學教師與魔術師相異之處：教師幫助學生對知識的理解，而魔術師則避而不談。

n  化學示範的理論背景

Liem (1987) 提到：藉由引人注意的示範和歧異事件（discrepant event），教師精心規劃的教學策略可喚起學生的學習。Kibler (2019) 提到：為了探究特別的現象，歧異事件使學生產生興趣和好奇心。

認知發展論是著名發展心理學家皮亞傑（Jean Piaget）所提出。皮亞傑提到適應（Adaptation）指的是個體的認知結構或基模因環境限制而主動改變的心理歷程，其過程會產生兩種彼此互補的心理：同化（assimilation）和調適（accommodation）（Wikipedia, 2019）。當個體感受同化或調適新知識時，心理上原本失衡（disequilibrium）自然地會感到平衡（equilibrium）。科學教師可以藉由示範、實驗或其他實作活動、影片或引入不一致或令人費解的事件來引起認知失調或失衡的調整（Appleton, 1993）。亦即，歧異事件創造認知失調（cognitive dissonance）。更詳細的化學示範的理論背景，請見本專書的紙本版。

n  化學示範教學的事前規畫

心理學家相信歧異事件可以促進學生高階的思考和有意義的學習。當正確的演示時，學生會有更好的訊息回想和長期記憶。化學教師用心地事前規畫和正式演示化學示範能夠改善學生的學習環境，而且對教師的教學有莫大的幫助。化學示範事實上是一種表演，而且在演示之前一定要考慮許多因素和預演。化學教師在什麼時機揭露歧異事件所涉及的化學概念和原理給學生或觀眾呢？Liem (1987) 研究指出「對學習者展示的直覺抵觸事件，教師提出科學原理的時機必須在該事件下以不立刻揭露的方式為佳。」

在進行示範教學之前，化學教師應該事前考慮三件事（Chiappetta和Koballa, 2014）：一、教師教學第一件事應該考慮什麼？選用合適的教學法（例如：詳述教學法、討論教學法、示範教學法、實驗教學法、探究教學法、問題導向教學法等）去教想要教的特定主題或單元。二、第二件事應該考慮什麼？若想要用化學示範教學，你要教的主題是否有合適的示範實驗可供利用。三、第三件事應該考慮什麼？一旦決定用示範教學，必須考慮其他的方面（Chiappetta和Koballa, 2014）：(1)便利性：器材和藥品容易取得嗎？(2)視覺度：學生能夠看到所有的器材和藥品嗎？(3)注意力：示範過程能夠引起學生的注意嗎？(4)成功率：必須事先預演嗎？關於示範教學事前考慮三件事，本專書的紙本版有非常詳細的說明並舉出很多的實例。

在教師示範實驗之前，也應該事先寫出在示範期間詢問學生什麼問題，可利用兩項技術來展現：一、在寫作技術方面（Bybee, Powell與Trowbridge, 2014）：(1)隨筆撰寫：要求學生做筆記並記錄數據，然後寫下示範的總結（包括現象和解釋）。(2)紙筆答題：要求學生寫出問題的答案，以便知道他們是否確實理解示範所涉及的概念和原理。二、在口頭技術方面（Bybee et al., 2014）：(1)口頭詢問：要求學生描述示範的目和總結。(2)口頭答題：提出一些問題，讓學生應用新學過的化學概念和原理到日常生活中。通常，有用的評量問題涵蓋四項問題（Bybee et al. 2014）：(1)有關「描述示範步驟」的問題；(2)有關「觀察變化現象和紀錄實驗數據」的問題；(3)有關「說明變化現象和實驗結果」的問題；以及(4)有關「連結新學到的原理和概念到日常生活」的問題。在示範教學時事先設計向學生詢問的問題，有兩個方面可提出：(1)事先設計低階和高階思考的問題（如上提到的四項問題），和(2)透過POE或POEC策略設計問題。至於如何設計具體的問題，請參見本專書的紙本版。

n  化學示範教學的正式演示

在演示化學示範實驗後，教師就要開始講述概念和原理嗎？化學示範從開始到結束能夠使學生主動地參與嗎？教師如何改變「以教師為中心」成為「以學生為中心」的教學？化學示範教學以互動討論方式進行是改變成為「以學生為中心」教學的關鍵。教師提出的問題能夠讓學生有機會思考，並且有機會參與學習，進而學到化學的原理和概念。

讓學生主動地參與化學示範有三個面向（Kindsvatter, Wilen與Ishler, 1996）：介紹面向（introduction phase）、演示面向（presentation phase）、以及結論面向（conclusion phase）。簡述如右：一、在介紹面向中，教師要建立示範的目的以及讓學生認識器材和藥品。在示範實驗中，要不要告訴學生實驗的結果，是教師值得深思之事。若教師想要用示範，使學生起始探究，教師應該很少提到實驗結果。二、在演示面向中，維持學生的注意力是非常重要的，創造歧異事件是有用的成功策略。三、在結論面向中，以「學生為中心」的互動討論方式進行，教師必須幫助學生理解在演示的面向中所涉及的化學概念或原理。亦即，觀察發生變化現象（What），然後解釋變化現象（Why）。在本專書的紙本版中，舉出兩個示範教學的實例以對應這三面向的教學過程。

n  結語

當今世界級化學示範大師Shakhashiri (2011) 提到：化學示範有助於集中學生的注意力在化學行為和性質上，並提高學生的化學體認和知識。在示範中直接觀察現象可以刺激觀察者立即形成該現象的概念。…演示應該是一個過程，而不是一項單一的事件。綜合觀之，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。因此，科學示範是一種非常有勁道的教學策略。

n  參考文獻

國家教育研究院（2018a）。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（107年版）。取自https://www.naer.edu.tw/ezfiles/0/1000/attach/63/pta_18538_240851_60502.pdf

楊水平（2020）。化學探究教學。出自邱美虹主編，素養導向系列叢書：高中化學教材教法（131-151頁）。臺北市：五南。

蔡睿謙等（2011）。燒不破的紙鈔（Non-Burning Paper Bills）。科學Online。取自 http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=40449

Appleton, K. (1993). Using theory to guide practice: Teaching science from a constructivist perspective. School Science and Mathematics, 93(5).

Bybee, R. W., Powell, J. C., & Trowbridge, L. W. (2014). Teaching Secondary School Science: Strategies for Developing Scientific Literacy. Upper Saddle River, N.J.: Pearson Education.

Chiappetta, E. L. & Koballa, Jr. T. R. (2014) Science Instruction in the Middle and Secondary Schools, 8th Ed., Pearson, Upper Saddle River, N.J.

Kibler, J. (2019). Cognitive Disequilibrium. Retrieved from https://link.springer.com/referenceworkentry/10.1007%2F978-0-387-79061-9_598

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

Shakhashiri, B. Z. (2011). Chemical Demonstrations: A Handbook for Teachers of Chemistry (Volume 5). Madison: University of Wisconsin Press.

Wikipedia (2019). Schema (psychology). Retrieved from https://en.wikipedia.org/wiki/Schema_(psychology)