社會性科學議題導向的化學教學:國小綠色化學視訊實驗活動設計與實踐 / 黃琴扉

星期六 , 4, 6 月 2022 Leave a comment

社會性科學議題導向的化學教學:

國小綠色化學視訊實驗活動設計與實踐

黃琴扉

國立高雄師範大學科學教育暨環境教育研究所

t3944@nknu.edu.tw

n  綠色化學理念與重要性

生活中的所有一切,包含食、衣、住、行、育、樂等各部分,都與化學息息相關,而保育環境並協助人類永續發展的關鍵因素,即為綠色化學(green chemistry)概念。近年來, 能源危機頻傳、環境意識高漲、全球傳染病也引發世界反思永續環境議題,而化學教育也從過去單獨談論化學知識,進而深度探討化學與生活之間的關係,更提倡綠色化學科普推廣, 強調在化學反應的研究過程中,透過將能源效率提高、損耗降低以及對環境的傷害減少,提升環境保護的目標。

為了降低化學物質對環境的影響,1998 年由 Anastas Warner 兩位學者發表「綠色化學: 理論與實踐(Green
Chemistry: Theory and Practice
)」一書,並於書中明確定義綠色化學的相關概念;而行政院環保署毒物及化學物質局則進一步將綠色化學定義為「從源頭完全阻止環境污染的化學」,換句話說,所謂的綠色化學就是從源頭開始,就充分利用原料和能源,並將有害物質降到最低,以減輕對環境的衝擊(黃琴扉等人,2021)。而來自英國的三位學者-Tang, Smith Poliakoff 則提出,綠色化學的理念需要透過一種更朗朗上口的方式,讓一般民眾快速掌握其概念與實踐,因此創發「PRODUCTIVELY」一字,串聯綠色化學 12 項原則,協助民眾快速記憶,以下針對綠色化學 12 項原則進行說明( 1)

1 綠色化學 12 項原則說明 (參考自黃琴扉等人,2021;行政院環境保護署毒物及化學物質局網站 https://www.tcsb.gov.tw/cp306-2973-bcbb0-1.html)

雖然綠色化學理念良好且對地球永續發展十分重要,但是要將此概念推廣給國小學童是較為困難的,因此設計一套適合國小學童的簡易化學實驗活動,並從中置入綠色化學部分概念是迫切需要的。

n  國小綠色化學視訊實驗活動設計與實踐

承上所述,針對國小學生發展綠色化學實驗活動是當代亟需的科學活動之一,然而從2019 年全球爆發 COVID-19 疫情迄今,近三年時間,國內中小學課程時常因應疫情變化改採視訊授課,又因為化學實驗相對有較高的危險性,因此許多老師在視訊授課過程中均放棄化學實驗的操作;然而化學實驗是科學教育脈絡中十分重要的環節,學生透過對實驗的觀察與實驗操作技巧,可以全面提升科學素養,為了解決視訊課程中操作實驗的不便,並期許能將綠色化學觀念置入實驗中,因此本文作者自行創發一套適合國小學生安全使用,且可以透過視訊引導的綠色化學實驗,希望藉此文拋磚引玉,與教育先進共同激盪視訊實驗課程的可行性。

() 實驗器材的準備

為了讓學生在家裡透過視訊課程,也能親自操作安全簡易的化學實驗,因此本計畫自行研發「線上綠色化學實驗材料包」,並配送到每位學生家中,讓學生在家裡搭配視訊課程操作實驗( 1)

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1()本文作者自行研發的線上綠色化學實驗材料包外觀() 綠色化學實驗材料包體積小易配送

由圖 1 的左圖中可以發現,「線上綠色化學實驗材料包」外觀是一個體積不大的小手提箱,提箱內可以裝上實驗所需的所有器材,並可經過手提箱的卡榫扣緊,以避免器材掉落,該材料包不但體積小、重量輕巧,也十分容易配送。本文作者運用此方式,與高雄國立科學工藝博物館合作,開放 24 名國小學生參與課程,並透過小紙箱裝置宅配材料包(如圖1),發現材料包運送過程十分順利,學生接到材料包時器材的擺放均十分完整,沒有器材掉落或損毀情形。再者,國小學生對於材料包的裝置均表達十分喜愛與驚奇。

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2() 綠色化學實驗材料包內容物示意圖() 線上綠色化學實驗材料包內裝樣本

由圖2()中可以發現,「線上綠色化學實驗材料包」的內容物包含許多器材, 而圖2()則可以發現所有器材的裝置方式,以下針對材料列表進行說明( 2)

2「線上綠色化學實驗材料包」內容物列表及材料包特色

其中,值得一提的是,本文作者創意發想出「運用橡皮筋固定試管」的方式,取代了傳統的試管架( 3)

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3 運用 5 條橡皮筋綁在小提箱上即可取代試管架

() 線上實驗活動操作模式 ( 120 小時,含休息 10 分鐘)

1.教學策略步驟一(10 分鐘):大家一起開箱趣!

在視訊課程中,學童可能比較難以專注教師的動作與步驟,為了提升樂趣,本課程在視訊的一開始,就啟動「大家一起開箱趣」。引導國小學童將小手提箱材料包的內容物逐一擺放在桌面上檢查( 4),講師並透過視訊鏡頭講解每一個器材的名稱與功能( 5)

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4講師與國小學生共同進行「大家一起開箱趣!」以盤點器材並引發學童注意

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5講師說明每一個器材的名稱與功能,學生們均專注聆聽

2.教學策略步驟二(40 分鐘):運用 POE 教學策略,引導學生進行溶解的觀察

為了讓學生熟悉器材的操作與使用,並且能有巨觀的現象觀察,本實驗課一開始先運用 POE(預測觀察解釋;Prediction-Observation-Evaluation)教學策略,引導學生觀察溶解現象。以下針對教學步驟進行詳細說明( 3)

3 教學策略步驟二之歷程說明

 

3.教學策略步驟三(60 分鐘):引導學生進行溶液密度實驗

上一個步驟讓學生了解溶解度之後,後續課程將引導學生自行配置不同濃度溶液,並滴加食用色素,引導學生製作彩虹漸層水。以下針對教學步驟進行詳細說明( 4)

4 教學策略步驟二之歷程說明

n  結語

    綠色化學的理念,講求防廢、保安、低毒、思危,因此如何開創出減少廢棄物又安全的實驗,是近代中小學科學教育與化學教育中不容忽視的環節;而 COVID-19 疫情肆虐之下, 許多課程轉成視訊授課,如何在視訊授課過程中掌握學生的實驗安全與成效,更是當務之急;有鑑於此,本文作者研發國小綠色化學視訊實驗活動設計,期待能透夠過此活動設計解決國小視訊課程中實驗活動的問題,並且將綠色化學理念融入其中,希冀本文能提供部份淺見,以開啟諸位教育先進後續相關視訊實驗課程辦理之參考。

n  致謝

本文感謝行政院環保署毒物及物質化學局 110 年度「補(捐)助民間團體及學校推廣綠色化學」計畫支持,並感謝國立科學工藝博物館協辦本綠色化學實驗活動視訊課程。

n  參考文獻

行政院環境保護署毒物及化學物質局2021。何謂綠色化學。20210707 檢索自https://www.tcsb.gov.tw/cp-305-2972-75e5e-1.html

黃琴扉、林寬禮、施雪雯、陳盈瑗2021。讓化學陪著地球永續發展-淺談綠色化學。國立科 ( ) 60(5) https://www.ntsec.edu.tw/LiveSupply-Content.aspx?cat=15571&a=6829&fld=&key=&isd=1&icop=10&p=1&lsid=17191  

Anastas, P. T., & Warner, J. C. 1998. Green Chemistry: theory and practice. Oxford: Oxford  University Press.

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