竹山高中多元選修: 創意科學志工 ∕ 陳映辛、馮松林、劉融諭
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
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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。
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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。
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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
?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。
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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)。
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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(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)。
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
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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
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 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 稀釋藥品
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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
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第三周 |
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
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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 |
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 (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
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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
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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 |
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
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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 |
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 |
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 |
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 |
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 |
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 |
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 |
1.紫草根萃取法講解 2.紫草素的介紹 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 |
1. 橘油萃取法介紹 2. 橘油萃取法實作 洗碗精製作 |
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 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 |
科學志工服務學習 心得分組報告 |
成果分享 |