臺灣化學教育

高中化學教材教法專書導讀：

第十一章 教學科技在化學教育之應用

鐘建坪

新北市立錦和高中國中部
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2020年受到新冠肺炎（COVID-19）蔓延的影響，許多國家封閉實體學校，師生改為線上課程進行教學與學習。臺灣則在2021年5月進入三級警戒之後，教育部宣布採用線上教學，讓學生的學習不致中斷。頓時間教師需要思考如何有效地進行線上教學與評量。

藉由教育科技的輔助，使得教師在新冠肺炎蔓延時仍然能夠進行以學生為中心的教學。學者Campillo-Ferrer和Miralles-Martínezw（2021），在新冠肺炎期間藉由混成學習（blending learning）的策略，進行同步與非同步翻轉教室（flipped classroom）的教學方式，分析學生學習動機的差異，結果發現多數學生對於線上的互動課室活動具有正向評價，同時可增加學生的自主學習能力。

    實際上，在新冠肺炎蔓延之前，教育科技即不斷地發展，有些強調技術的創新，有些強調應用的改進，所有教育科技的發展皆著重在如何使教師的教學與學生的學習能夠更加茁壯為出發點。   

n  教學科技融入化學教學成效

教育科技日新月異，教師教學中運用資訊科技是現代化教學的趨勢，不僅可提升學生的參與意願、學習成效，甚至提供機會讓學生體驗資訊工具可做為學習的工具（Bielik, Dan, & Krajcik, 2019；Chang & Chang, 2013）。

然而科技輔助化學的學習需要同時考量巨觀、符號與次微觀三項表徵之間的關聯（Johnstone, 1991）。以化學平衡為例，巨觀面向強調科技如何協助學生進行觀察顏色改變與實驗操作等，符號部分著重如何呈現化學式與化學反應式的書寫與其意義，而次微觀部分則嘗試連結巨觀與符號，說明分子或反應式的轉變與實驗過程的關係。

目前已發展許多教育科技融入化學教學的策略（翻轉教室、模型為主探究、5E學習環等）以及模擬軟體（PhET、CoSci
Virtual Lab等）。例如：學者Wu等（2021）結合學習環策略與PhET模擬軟體的輔助，在翻轉教室的情境下有效促進學生發展相關化學核心概念。

實際上，教師採用相關科技融入教學時須考量學生的學習差異，有些學生積極主動，而有些學生消極被動，積極主動的學生往往學習成效較消極被動者佳，因此教學時如何透過鷹架的輔助協助學生進行轉變，讓學生從工具操作吸引性的外在動機逐漸轉為學習滿足的內在動機，才能持續讓學生持續投入學習的行列。

n  內容介紹

    《高中化學教材教法》第11章主要強調教育科技在化學教育的應用，尤其著重在行動載具中與化學學習相關的應用程式（mobile application，簡稱app）或網站。內文主要區分為四節（見圖1），包括：引介科技內容教學知識、化學學習軟體介紹、教師實施教學前、中與後應該留意的事項以及運用科技融入教學時教師應該具備的態度等。以下依序分別介紹相關的主題內容。

圖1 教學科技在化學教育之應用內容心智圖 （修改自鐘建坪、周金城，2020）

    首先，第一節主要引介科技內容教學知識（Technological Pedagogical and Content Knowledge, TPACK）的意涵（Mishra & Koehler, 2006）。TPACK是以學科教學知識（Pedagogical Content Knowledge, PCK）為基礎（Shulman,
1986, 1987），再整合科技面向的內涵而形成。在PCK架構中加入科技知識（Technological Knowledge, TK），強化說明科技如何協助教師教學與學生學習。作者並以理想反應方程式說明何種樣態的教學符應TPACK架構。

    接著，第二節是將教學軟體進行概略分類，並說明相關適切的教學策略與學生學習試驗。軟體類別主要涵蓋擴增與虛擬實境、質性與量化建模、電腦模擬實驗、網路探究學習、影音解說與表達、概念影片平台、線上評量工具以及數位應用程式等。以質性與量化建模為例，作者介紹如何藉由SageModeler軟體，將不同種類的變因視覺化（visualize），呈現可能的量化關係再與實際理論值比較差異作為持續修正變因的基礎，並舉相關文獻實際範例（例如：鐘建坪，2018）。作者不僅介紹建模軟體SageModeler，並且引介相關的科學建模作為軟體使用時的理論基礎。

    再來，第三節主要說明教師進行相關教學時的教學準備、相關挑戰與注意事項。作者提供幾項方針提供讀者思索，包括：教學前教師進行教學的目的是什麼、希望學生達成的學習目標有哪些、盤點校內相關器具與設備、課程內容如何取得家長信任讓其相信課堂是真正學習而非進行玩樂、如何增進教學準備度而進行共備等。作者建議教師提早到教室準備以避免設備缺漏或網路不穩的不確定性，教學進行時，同時搭配適切的學習單，並巡視教室避免學生藉由行動載具進行玩樂，更重要的是教師需要找到搭配的教學策略，例如：SageModeler軟體搭配建模教學（Bielik
et al., 2019），協助學生學習以達成教學目標。教學之後能從學生表現與回饋中分析教學的優、缺點，反思如何在下次更為精進，並可定時與教師社群分享教學成果相互切磋。

     第四節從TPACK架構中的元素，思索科技工具融入教學的態度與考量。該節著重在教師檢視自身的教學時，應該從科技內容教學知識（TPACK）內涵著手，包括：內容知識（Content Knowledge, CK）、教學知識（Pedagogical Knowledge, PK）、學科教學知識（PCK）、科技知識（TK）、科技教學知識（Technological Pedagogical Knowledge, TPK）、科技內容知識（Technological Content Knowledge, TCK）之後，才得以整合形成科技內容教學知識（TPACK）。有鑑於此，教師不僅應該強化自身的學科知識，更要與時俱進科技知識，如此搭配教學知識之後，才能形成適切的學科教學知識與科技教學知識，也才得以整合出科技內容教學知識。唯有教師在教學中需要不斷地實踐與修正，才能進一步精進自己的教學。

    最後該章如同其他章節，在結語之後會提供2題課後延伸試題，讓讀者讀完該章節之後，能夠參照章節說明或是相關引用的文獻自行設計出相關的教學內容。而文末附錄亦提供數位工具與學習資料網址以及資訊融入教學教案作為讀者參酌。

n  參考文獻

鐘建坪（2018）。質性與量化的視覺化建模工具—SageModeler簡介。臺灣化學教育，24。http://chemed.chemistry.org.tw/?p=27091

鐘建坪、周金城（2020）。教學科技在化學教育之應用。載於邱美虹（主編），素養導向系列叢書：高中化學教材教法（181-194 頁）。臺北市：五南。

Bielik, T., Dan, D., & Krajcik, J. S. (2019). Shifting the balance: Engaging students in using a modeling tool to learn about ocean acidification. EURASIA Journal of Mathematics, Science and Technology Education, 15(1), em1652. doi: 10.29333/ejmste/99512

Campillo-Ferrer, J.M., Miralles-Martínez, P. Effectiveness of the flipped classroom model on students’ self-reported motivation and learning during the COVID-19 pandemic. Humanit Soc Sci Commun 8, 176 (2021). doi: 10.1057/s41599-021-00860-4

Chang, H. Y., & Chang, H. C. (2013). Scaffolding students’ online critiquing of expert- and peer-generated molecular models of chemical
reactions. International Journal of Science Education, 35(12), 2028–2056. doi: 10.1080/09500693.2012.733978

Johnstone, A. H., (1991). Why is science difficult to learn? Things are seldom what they seem. Journal of Computer Assisted Learning, 7(2), 75-83. doi: 10.1111/j.1365-2729.1991.tb00230.x

Mishra, P., & Koehler, M. J. (2006). Technological pedagogical content knowledge: a framework for teacher knowledge. Teachers College Record, 108(6), 1017–1054.

Shulman, L. S. (1986). Those who understand: Knowledge growth in teaching. Educational researcher, 15(2), 4–14.

Shulman, L. S. (1987). Knowledge and teaching: Foundations of the new reform. Harvard Educational Review, 57(1), 1–22.

Wu, H. T., Mortezaeia, K., Alvelaisa, T., Henbesta, G., Murphy, C., Yezierski, E. J., & Eichler, J. F. (2021). Incorporating concept
development activities into a flipped classroom structure: using PhET simulations to put a twist on the flip. Chemistry Education Research and Practice. doi: 10.1039/D1RP00086A