竹山高中多元選修: 創意科學志工 ∕ 陳映辛、馮松林、劉融諭

星期三 , 2, 3 月 2022 編輯助理 多元教學法, 第四十六期/2022年3月 在〈竹山高中多元選修: 創意科學志工 ∕ 陳映辛、馮松林、劉融諭〉中留言功能已關閉

竹山高中多元選修:創意科學志工

     陳映辛1、2*、馮松林1、2、劉融諭1

1國立竹山高級中學；2教育部高中化學學科中心

*[email protected]

  • 前言

竹山是位處南投縣南部之偏鄉，各項活動及資源貧乏，學生在知識上的刺激也比較少，尤其對科學的學習更是力不從心。學生視自然科學為高深及難以親近的學科，尤其學生缺乏接觸和學習科學的環境，一直是學習科學的弱勢，因此想用「動手做實驗」這個面向下手，安排一些簡易且趣味性較高的實驗，讓學生克服做實驗的心理障礙，並藉由簡易實驗讓學生習得實驗技巧。

本課程是以科學實驗探究及生活科學實驗為主體，讓學生從簡易且趣味性高的實驗，學習基本實驗操作能力開始，進而學習如何做科學探究（實驗開放度會逐漸增加），並結合生活中相關之科學實驗，讓學生能於日常生活應用科學。

課程最後是以科學活動引導學生做科學探究，透過辦理「竹山高中科學宅急便」科學闖關活動，學生自己設計科學實驗做為闖關實驗關卡，經由小組合作優化關卡內容，並且以服務學習之精神用科學做志工服務。訓練學生善用一技之長、一己之力來服務社會，並從中得到學習科學的成就感，這與12年國教基本理念自發、互動、共好互相呼應，完全落實。

  • 課程設計理念

    學生在學習科學的學習成就不高，所以課程設計以簡單、趣味、實驗基礎訓練、日常生活中的實用性及最後科學志工活動為主軸，課程設計說明如下:

(一)設計理念

1.     課程分為實驗基礎訓練、植物萃取及其應用、科學志工服務學習三部分。

2.     安排趣味性較高的實驗，幫助學生克服做實驗的心理障礙，並藉由簡易實驗讓學生習得實驗技巧。

3.     讓學生利用動手做來認識科學之美。

4.     介紹日常生活常見的化合物及精油，經由簡單方法萃取並檢驗之，並製作成生活用品。

發揮創意將趣味及科學原理結合，發展成關卡，並應用於科學志工活動中。

(二)學習目標

1.     帶領學生認識科學基本知識及實驗中常用的器具及方法

2.     訓練學生動手實作、撰寫報告及表達的能力並提升學習科學的興趣

3.     培養學生思考及解決問題的能力並發揮團隊合作精神

4.     帶領學生認識常用的化合物、簡易的萃取法並檢驗之，最後製作成生活用品 

5.     帶領學生了解竹山高中科學志工的活動及使命。能夠運用自己的一技之長，帶領國小、弱勢團體的學生透過科學闖關活動來認識科學原理及其應用，進而提升對科學的興趣。

  • 課程規劃

    本課程在竹山高中，已經實施5年以上，課程分為三部分，其中第一部分的「實驗基礎訓練課程」和第三部分的「科學志工服務課程」是固定的（陳映辛、馮松林，2020），第二部分課程是可以彈性調整，今年選用「常見物質分離方法及其應用」，以下將依序說明三部分課程。  

課程一：實驗基礎訓

第一個部分的課程為實驗基礎訓練如下附錄一，內容從認識實驗室開始，接著為了延續後面科學志工的計畫，讓學生學習相關的基礎實驗技能。而後則以不同的化學實驗主題進行實驗實作，以讓學生更熟悉科學技能，並了解更多化學概念與實驗類型，讓學生能於後續實驗設計上更為得心應手。其中「食鹽水分層」及「七彩指示劑」為每年固定課程，旨在訓練學生使用電子秤、配藥品及稀釋濃酸、濃鹼，其餘依當屆學生程度調整。評量方式包含學生的實驗報告及實作能力，實驗報告主要看學生撰寫的完整性、實驗結果及歸納能力，實作能力部分則觀察學生主動性、實驗態度、細心度及實驗操作正確性。舉例說明，以食鹽水分層實驗，若分四層，即為60分，多一層就多10分，以此類推。

課程二：常見物質分離方法及其應用

    第二部分「常見物質分離方法及其應用」如附錄二，先讓學生操作「從茶葉中萃取咖啡因」之後，了解萃取的原理及方法後，開始進入今年的主題，「尋找日常生活中的醛類–香茅醛、檸檬醛」，讓學生了解香茅醛、檸檬醛化學結構，查資料了解哪些植物、精油中含有香茅醛、檸檬醛?如何由植物中萃取出香茅醛、檸檬醛?如何檢驗是否有效萃取?如何尋找好的展開液?

    最後，將這些萃取物加以應用，製成日常用品，讓學生了解化學是很貼近我們的生活並常在日常生活中應用之，生活中處處有化學。

評量方式包含學生的實驗報告、學習單及實作能力，實驗報告及學習單主要看學生撰寫的完整性、實驗結果及歸納能力，實作能力部分則觀察學生主動性、實驗態度、細心度及實驗操作正確性。例如層析法原理及應用系列課程中，學生找到展開液比例及分離效果可以給予不同分數，最高給100，最低給70。

課程三:科學志工服務學習

    第三部分的「科學志工服務課程」如附錄三，讓學生可以經由上面的培訓後，自己蒐集資料尋找趣味科學實驗，以安全、有趣、動手做為主，再加入小組的創意，自行設計有趣的關卡，需要學生們討論和腦力激盪，也考驗學生們的表達能力。評量方式為自行設計的趣味創意關卡內容、展示趣味創意關卡的流暢性及安全性、學生的實作能力。

  • 課程教學的實施情形及成果
    上述三個部份的課程教學實施情形與成果分述如下：

一、      實驗基礎訓練

    實驗基礎訓練，以培養學生基本的實驗能力，例如:使用電子秤、安全吸球、配藥品、濃酸、濃鹼稀釋等，學會最基本的配藥品後就開始簡單有趣的實驗，如食鹽水分層、七彩指示劑、藍晒、膨糖等，其中學生最喜歡的是藍晒和膨糖，因為可以發揮自己的創意，學生自己去研究糖和水及小蘇打的比例，還試圖加入不同果汁想試試不同水果味的膨糖，最後，還是覺得原味最好吃（圖1）。


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圖1學生活動與成品照片分別為指示劑、藍晒與膨糖課程

二、      常見物質分離方法及其應用

    第二個部分為常見物質分離方法及其應用，介紹萃取、蒸餾和層析等常見的物質分離技術介紹及其應用，以讓學生了解生活中處處有化學，化學是很貼近我們的生活並常在日常生活中應用之，說明如下:

(一)萃取法來分離物質

 學生非常喜歡咖啡因萃取的實驗，將紅茶加水煮過後，用有機溶劑將咖啡因萃取出來，最後利用昇華，得到針狀結晶的咖啡因，雖然有幾組的結晶不明顯，但是大部分學生很喜歡這個實驗（圖2）。


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圖2學生活動與成品照片分別為茶葉中咖啡因萃取、香茅萃取、橘油萃取

(二)植物中香茅醛、檸檬醛萃取與檢驗

 從新鮮的檸檬香茅中，加入不同溶劑，萃取出香茅醛（圖2）。學生必須先查香茅醛的結構，選用適當的萃取溶劑，並找出條件最佳的展開液，來檢驗是否有效萃取出香茅醛，這些實驗必須由學生自行設計，雖然一開始下手很困難，但是了解情況後就得心應手。一開始學生很容易失敗，常常利用午休時間來補做實驗，所以以後要修正課程，這組實驗要加長為4周。雖然過程中不如預期順利，但是學生可以分工合作，很有耐心地找出適合條件。下圖為學生用香茅、檸檬皮萃取香茅醛及檸檬醛，最後用TLC片來檢驗萃取物中是否含有香茅醛及檸檬醛。並檢驗檸檬尤加利精油、山雞椒精油、香茅油中的香茅醛及檸檬醛（圖3）。


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圖3學生活動與照片，分別為尋找香茅醛（上排）、尋找檸檬醛（下排）

(三)萃取物的應用

萃取物應用這部分課程是學生最歡樂的時候，這學期安排的內容有防蚊液（檸檬香茅萃取物）、紫草膏及護唇膏（紫草根萃取物）和洗碗精（柑橘萃取物），從學生臉上滿滿的笑容就可得知，每次上課都有成品可以帶回去，而且都是可以立即使用在日常生活中，學生還可以根據個人喜好，製作出屬於個人的成品（圖4）。


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圖4學生活動與照片，紫草萃取製成紫草膏及護唇膏（上排），橘油萃取製成洗碗精、防蚊液的製作（下排）                                

三、科學志工服務學習

    本課程最後一項為科學志工服務學習，學生三人一組，先上網尋找科學實驗，在安全的原則下加入趣味性的規則或是比賽，讓實驗更加吸引學童，老師的任務就是和學生一起討論、評估實驗的安全性、趣味性及流暢性，為了讓學生能掌握現場狀況增加臨場應變能力，會在學校舉行一場志工服務活動，讓其他同學來闖關，經過這場校內志工活動，學生提出檢討、反思，再跟指導老師反覆討論、修正，最終定案。於暑假期間，科學志工前往南投家扶中心進行「竹山高中科學宅急便」科學闖關活動。學生們運用一技之長、一己之力來服務社會，真正落實12年國教基本理念自發、互動、共好。設計的關卡有:
酒精槍、滾吧!雪寶、轉吧!紙杯、漂浮球球、膨糖、紫草膏製作、養樂多冰沙、自製防蚊液等（圖5）。


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圖5學生志工活動與照片

  • 課程特色

    本課程採循序漸進的方法，讓學生由「實驗基礎訓練課程」學到基本實驗能力，再經過「植物萃取及其應用」啟發，最後自行研發出趣味創意關卡，是一種探究式的學習。利用科學活動引導教學，讓學生試著藉由討論、實驗、觀察等方法動手實作，最後藉由本課程發揮一己之長，辦理科學志工、科學宅急便闖關活動服務社會。希望藉著我們的科學志工服務，能讓小朋友喜歡科學、不再害怕科學，真正做到科學教育推廣、往下紮根。

    在竹山高中，本課程以有趣、動手做實驗、生活相關、和社會服務結合等特色，每年開課都會滿招，也期待更多學子經由這門課，可以學到更多課本上學不到的知識，最後將科學用在幫助、服務社會，如同愛因斯坦所言，教育的最終目標，是培養能獨立行動和思考的個人，並以服務社會為人生最終目標。

  • 反思與心得

本課程執行超過5年，因為是選修課程，所以學生都是喜歡科學並且喜歡動手做實驗，可是近來發現學生動手做實驗的能力實在是每況愈下，雖然科學實驗是科學教學的基礎，但是在升學壓力之下，學生們走進實驗室的次數越來越少，再加上課本上食譜式的實驗，有時讓學生興趣缺缺，因此本課程的第一部分「實驗基礎訓練課程」用一些簡單有趣的實驗來帶入重要的實驗技巧，學生的接受程度很高。課程的第三部分「科學志工服務課程」，學生必須利用學過的技巧來設計一個趣味闖關關卡，其中不但要考慮到如何正確的闡述科學原理並將之應用於實作上，還要加上創意及趣味來吸引小學生，設計實驗時必須要考慮到安全、減量，這些都是課本上學不到的知識和能力。每次帶學生出志工任務時，看到學生可以很有耐心的用簡單、口語化的方式為小學生解釋這些科學原理，並引導這些小學生安全的進行實驗，小學生驚豔的神情、志工學生自信的笑容，都是本課程的動力!

  • 參考資料

周芳妃、李盈萱、陳靜瑋（2016）。微量化學實驗：小綠綠晶體與藍印術微量實驗（上）。臺灣化學教育。取自http://chemed.chemistry.org.tw/?p=17802

陳映辛、馮松林（2020）。校本必修與多元選修:竹山高中多元選修:生活科學家及科學志工。臺灣化學教育。取自http://chemed.chemistry.org.tw/?p=3642

附錄一

課程一
實驗基礎訓練課程說明

周次/課程名稱

教學內容及教學活動

評量方式

第一周
分組

認識實驗室

介紹課程

1.3人一組，填寫資料表

並選出組長

2.認識實驗室器材配置

3.了解實驗室安全守則

4.介紹此學期課程容，激發學生參與科學實作及科學志工的動機、熱  情，挑戰自我

1.     學生態度:主動性、提問及討論的活動細節

2.     學生學習單:撰寫的完整度

第二周
配藥品

稀釋藥品

 

1.     介紹常用玻璃器材及清洗法

2.     講解電子天平使用方法及如何秤取固體藥品

3.     講解安全吸球使用方法及如何量取濃酸及液體藥品

4.     講解如何配製藥品及稀釋

1.     實驗報告：撰寫報告的完整性、實驗結果的歸納整理

2.     實作能力：主動性、實驗態度與細心程度、實驗操作正確性

 

第三周
食鹽水分層

1.     引導學生如何讓食鹽水分層

(溶液的配製方法)

2.     食鹽水分層技巧練習

1.     實驗報告：撰寫報告的完整性、實驗結果的歸納整理

2.     實作能力：主動性、實驗態度與細心程度、實驗操作正確性

3.     成果分享：將實作成果展示

第四周
七彩指示劑



 

1.     常用酸鹼指示劑的呈色、pH
值

2.     酸、鹼水溶液稀釋及安全注意事項

3.     教師進行多元評量，以指示劑呈色越多種，成果越佳(至少要做出7
種顏色)

1.     實驗報告：撰寫報告的完整性、實驗結果的歸納整理

2.     實作能力：主動性、實驗態度與細心程度、實驗操作正確性

3.     成果分享：將實作成果展示

第五周
藍晒

(周芳妃、李盈萱、陳靜瑋，2016)

1.     由 FeCl3和K2C2O4製作過飽和草酸鐵鉀溶液

2.     草酸鐵鉀晶體析出(收集晶體)

3.     濾液加入赤血鹽，製作藍曬圖

1.     實驗報告：撰寫報告的完整性、實驗結果的歸納整理

2.     實作能力：主動性、實驗態度與細心程度、實驗操作正確性

3.     成果分享：將實作成果展示

第六周
膨糖

 

1.     找出最佳糖:水:小蘇打比例

2.     找出最佳加入小蘇打時間點

 

1.     實驗報告：撰寫報告的完整性、實驗結果的歸納整理

2.     實作能力：主動性、實驗態度與細心程度、實驗操作正確性

3.     成果分享：將實作成果展示

附錄二

課程二
常見物質分離方法及其應用

周次/課程名稱

教學內容及教學活動

評量方式

第七周
萃取法原理及應用

1.     講解萃取的原理

2.     萃取在日常生活的應用

3.     進行簡單的萃取實驗

1.      實驗操作技巧正確性與安全性。

2.      實驗報告：撰寫報告的完整性、實驗結果的歸納整理

3.      學習單

第八周
層析法原理及應用

1.     講解層析的原理

2.     如何找展開液

3.     層析在日常生活的應用

4.     進行簡單的層析實驗

1.     實驗操作技巧正確性與安全性。

2.     實驗報告：撰寫報告的完整性、實驗結果的歸納整理

3.     學習單

第九周
萃取與層析應用(一)尋找香茅醛

1.上網查香茅醛基本資料

2.查出含香茅醛最多的精油

3.萃取植物中香茅醛

4.檢驗精油及萃取物中是否含香茅醛

5.找出最佳條件的展開液

1.     實驗操作技巧正確性與安全性。

2.     教師提問實作技巧，可以了解學生對於整體實驗計的想法與創意

3.     實驗報告：撰寫報告的完整性、實驗結果的歸納整理

4.     成果分享：實作成果展示

第十周
萃取與層析應用(二)尋找檸檬醛

1.上網查檸檬醛基本資料

2.查出含檸檬醛最多的精油

3.萃取植物中檸檬醛

4.檢驗精油及萃取物中是否含檸檬醛

5.找出最佳條件的展開液

1.     實驗操作技巧正確性與安全性。

2.     教師提問實作技巧，可以了解學生對於整體實驗計的想法與創意

3.     實驗報告：撰寫報告的完整性、實驗結果的歸納整理

4.     成果分享：實作成果展示

第十一周
萃取法應用(一)檸檬香茅

1.     介紹蒸氣萃取法原理

2.     蒸氣萃取法實作

3.     防蚊液製作

1.     實驗操作技巧正確性與安全性。

2.     成果分享：實作成果展示

3.學習單撰寫

第十二周
萃取法應用(二)
紫草根

1.紫草根萃取法講解

2.紫草素的介紹

3.萃取應用–紫草膏

1.     實驗操作技巧正確性與安全性。

2.     成果分享：實作成果展示

3.學習單

第十三周
萃取法應用(三)橘油

1.     橘油萃取法介紹

2.     橘油萃取法實作

3.     萃取應用–洗碗精製作

1.     實驗操作技巧正確性與安全性。

2.成果分享：實作成果展示

3.學習單撰寫

附錄三

課程三  科學志工服務學習

周次/課程名稱

教學內容及教學活動

評量方式

第十四周~第十七周
科學志工

服務訓練

1.     提供實驗室可使用「器材」，包括塑膠容器、磁鐵、鐵架等

2.     鼓勵學生發揮，進行科學創意關卡設計

3.     修正學生提出的設計草稿使其更府合綠色化學精神、以環保為原則

4.     進行關卡設計資料收集與初步設計，包括物理與化學

5.     以組為單位，開始進行關卡設計，並能說明關卡科學原理及化學反應

6.     完成科學趣味創意關卡

1.     趣味創意關卡內容

2.     趣味創意關卡的流暢性

3.     實作能力：主動性、實驗態度與細心程度、實驗操作正確性

第十八周
分組報告

科學志工服務學習

心得分組報告

成果分享