高中化學教材教法專書導讀: 第十三章 化學科展指導與應用 / 周金城

星期四 , 2, 9 月 2021 Leave a comment

高中化學教材教法專書導讀:

第十三章 化學科展指導與應用

周金城

國立臺北教育大學自然科學教育學系
ccchou62@tea.ntue.edu.tw

n  前言

十二年國民基本教育課程綱要自然科學領綱強調重點之一,是培養學生探究與實作的能力教育部,2018,除了在探究與實作課程中進行,其實每一個化學單元教學,都可以結合來訓練學生探究與實作的各階段能力。108自然領域課綱針對探究能力區分成思考智能與問題解決,而其中思考智能包含想像創造、推理論證、批判思辨、建立模型;問題解決包含觀察與定題、計劃與執行、分析與發現 、討論與傳達。學生若要能完成好的科展作品,需要前述各項能力的整合。教師可藉由前述的各項度來分析全國科展作品,教學時就會有學生較容易理解的實際範例來說明在科學探究的過程中,各項度是如何被執行的過程。相信學生透過閱讀與分析全國科展作品報告書內容,相信可以逐步幫助提升學生探究與實作的能力。以下就高中化學教材教法專書中邱美虹等,2020,第十三章化學科展指導與應用內容來簡要說明1

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1 化學科展指導與應用內容心智 (引自周金城,2020)

n  化學的探究活動

科展活動中包含一個探究實驗的過程,可以讓學生歷經如同科學家問題解決的過程。相信許多高中化學老師,都希望可以帶學生經歷真實的科學探究歷程,並完成一個能進地方科展甚至是全國科展得獎的科展作品,但這不是一件容易達成的挑戰。師生能想出一個好的科展的題目就已經很不容易,學生願意花時間的投入科學探究,撰寫完整的書面報告,以及有能力在口頭報告與問答時對評審清楚說明,都是影響得獎與否的因素。針對全國科展歷年化學組的報告進行分析,可以讓學生對化學科展的整個過程能有大致的瞭解。

在瞭解科展評分要項上,學生若能知道評分標準,就比較能掌握一個好的科展作品書需要具備的要項。在科展實施要點中有列出科展的評審標準,建議教師可以依照實施要點內容製作科展評分表給學生,並讓學生依據評分表的各項指標來對科展作品進行評分。教師可以由科教館的全國科展作品網站上,下載幾份科展作品讓學生分組討論與評分,並讓學生評定哪作品比較好,學生評定並寫下建議後,教師再公布由全國科展評審來評定的結果,教師可以確認各組學生的評審評定的結果,有沒有和評審評定的結果相似,如此可以知道學生的評判能力。我們知道每一個參加國展的作品,不論有沒有得獎。評審都會在最後寫下評語,這也可以讓學生去討論報告內容要如何改進,並探究是否還有更好的方法來進行實驗過程的改進,這都可以提升學生在科學認知上的評鑑與創造的能力,教師在準備教學工作上也不會花費很多的時間,是一個可行的應用方法之一。

n  科展研究的分類

針對歷屆的全國科展參展報告書,師生可以進一步來分析與課本內容的相關性,和化學研究相關主題,主要是在科展化學組,但也可能會出現在應用科學組、生物組、物理組與地球科學組的研究過程中,透過科展報告分析後也能讓學生進一步認識科學探究其實是需要跨科整合的能力。常聽到學生說我喜歡某科學科目不喜歡某科學科目,但對科學探究以解決生活中的問題來說,通常是需要跨科整合的知識,問題解決是沒有學科分野的。

對應到高中化學探究實驗活動上,可以由孔恩(Kunh1970所描述常態科學的三類活動來對應,第一類:擴展由典範化學課本理論所指出的事實,可將課本理論進行更精確地描述。2.證實典範化學課本的理論與自然兩者相符,可以將理論與生活中的實際現象能有更多的對應。3.精鍊典範,深入了解典範化學課本理論,可以將理論的質性描述以更精確的方式描述,尤其可以用精確的數學關係是來表示。前述這三類的活動,都可以在科展的報告書中 找到相似的研究。在這裡要特別說明的是。課本所呈現的化學理論,因為受限於內容篇幅,常常會有其模型理論的限制上無法完整描述。因此,學生常常會有很多的問題,或許在其他的進階文獻研究資料中,也許可以看到問題的解答,但是這仍是很適合讓學生進行實驗探究的活動。 

此外,化學課本的某些單元主題,會找到比較多的科展報告,例如反應速率、化學電池等,但有些主題則是很少人研究,例如原子結構、週期表等。教師可以引導學生思考為什麼大家不做這方面的主題,是因為大家沒想到,還是因為這樣的主題不容易設計實驗呢?此外,有些實驗結果的觀察不容易進行,沒有靈敏設備是無法觀察紀錄的。有些研究是自製儀器的實驗,設計出來的成品可以達到市售的靈敏度,或是成品不及市售的靈敏度,但是因為價格便宜、或攜帶簡便等優勢,也是可以被接受的成果。將科展中的科學探究活動分類,讓學生理解分類的架構,可以幫助學生思考科學探究的問題可以由哪些方向提出。

n  蒐集分析全國科展化學組參展報告書

分析2020年的第60屆進入國展高中化學組的作品,主題有:疏水性塗料的研發、二次電池效能提升研究、催化反應機制的探討、影響鹽類溶解度的離子因素探討、自製磁性物質並測量磁性、利用手機APP以比色法測量溶液濃度、利用吸光度測量溶液之抗氧化力、利用聲波檢測乎出氣體的二氧化碳濃度、自製震盪觀測儀器測量震盪反應、以吸光度法測量空氣中還原性氣體濃度、生活植物製作碳奈米點的螢光特性探討、不同原料發酵製作酒精之研究、二次紙電池的研究、乙醇燃料電池催化反應等、研究的結果大多包含有實際應用面向的探討。有些實驗過程需要使用到特殊儀器設備。但仍有不少實驗需要的藥品與器材仍是在高中實驗是可以完成的工作。而研究過程中,有不少研究內容包含自製檢測儀器,這部份的工作需要創意設計。

進行學校化學實驗活動的改進。也是一個很好的研究方向。我自己是很喜歡這樣的科展研究方向,因為這需要的是創意,而且具有實際教學的推廣性,甚至可以改變課本中的設計,以國小教科書胡蘿蔔催化雙氧水分解製造氧氣的實驗,當有科展作品找到金針菇取代胡蘆蔔效果更佳後,之後課本實驗就修正使用金針菇來進行催化了。

n  利用工具尋找化學科展研究的內容

由於科教館上已將參加全國科展作品整理上網,對師生在科展資料蒐集相當方便,建議可將報告下載逐一閱讀,但仍需要不少時間。建議可再利用軟體同時對多個檔案進行全文檢索,就能快速找出和化學教學相關的科展報告。教師除了能講此科展報告作為課程內容的延伸閱讀資料,也可以提升學生科學探究的興趣。

利用全國高中化學科展的報告資料,適合在化學相關主題上引導學生思考的方向,可以針對研究問題、研究流程、研究結果與討論、研究結論與後續應用等面向進行思考改進的探討,學生有可能在分析探討的過程中找的新的研究方向。科學新聞也是一個科展實驗問題設計的來源,有不少科展是由電視媒體的報導,來進一步思考設計的。例如禁用塑膠吸管的政策上路後,當年度就有很多針對環保吸管的設計的研究。

n  結語

教師可以利用科展報告來延伸化學教學中,並鼓勵學生根據科展報告一步進行分析來近探究的方式之一。這些科展報告是來自全國各地學校的學生作品,有些也未必是頂尖學校的學生才能完成得獎科展作品,因此教師可以鼓勵自己的學生來完成一份高品質的科展報告。

即使學校受限於場地與設備等因素,無法讓學生實際進行科展中的實驗操作,但在問題解決步驟中的觀察、定題、計畫等面向上仍可以進行,在思考智能的各向度也都可以引導學生投入學習。全國科展報告是一個有用的教學資源,它不僅在科展研究上可以利用,也可以在課本內容教學上使用,建議教師可以多加利用於教學上,來提升學生對的科學探究的能力與興趣。

針對高中化學教材教法專書內容邱美虹等,2020,受限於本文篇幅沒有辦法針對其內容仔細說明,而且科展資料每年都會更新,所以藉由這篇文章撰寫的機會,將在專書中沒有提到到的部分內容補充說明,希望讀者有機會再閱讀專書內容,會有進一步的了解。

n  參考文獻

周金城(2020)。化學科展指導與應用。載於邱美虹(主編),素養導向系列叢書:高中化學教材教法223-240 頁)。臺北市:五南。

邱美虹鍾曉蘭曾茂仁王嘉瑜劉俊庚楊水平鐘建坪周金城馮松林2020)。素養導向系列叢書:高中化學教材教法。臺北市:五南。

國立臺灣科學教育館全國科展歷屆作品, 2021/09/11引自 (ntsec.gov.tw) https://twsf.ntsec.gov.tw/Article.aspx?a=41&lang=1

教育部(2018)。十二年國民基本教育課程綱要自然科學領綱。2021/09/11 引自 https://cirn.moe.edu.tw/WebContent/index.aspx?sid=11&mid=6852

Kuhn, T. S. (1970). The Structure of Scientific Revolutions(2nd edition). Chicago: University of Chicago Press.

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