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 Leave a comment

竹山高中多元選修:創意科學志工

     陳映辛12*、馮松林12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

*cs60006@gm.cshs.ntct.edu.tw

  • 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:

()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。

()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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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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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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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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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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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

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.     FeCl3K2C2O4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::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()
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()
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()
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()
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()
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

 

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