臺灣化學教育
Chemistry Education in Taiwan化學教育之見聞行
邱美虹
國立臺灣師範大學科學教育研究所特聘教授
[email protected]
n 前言
走過漫長的歲月的中國化學會在今年歡慶成立90週年。中國化學會於1932 年 8 月 4 日在國立編譯館於南京召開的「化學家討論會」，會中邀請45 位來自歐美日代表會議中主要是討論化學譯名、國防化學、大學和高中化學課程綱要等議題，在是日晚間召開會議中宣布學會正式成立。彭旭明院士認為這是「歷史的偶然，亦是歷史的必然」 (詳見https://youtu.be/u3JqLgL7C4Y)。
n 化學會的四個時期
為了記錄化學會走過的歲月，化學會將出版專書介紹學會的沿革和學術與推廣的成果，書中將90年分成四個階段:即1932-1950 為學科救國、艱苦創業；1950-1980:在臺復會、篳路藍縷；1980-2000:與時俱進、開創新局；2000-迄今:
永續發展、邁向未來(詳見彭旭明，2022)。在(這期間各階段皆有相當值得讀者瞭解的重大議題與成果，譬如第一階段開始辦理學術研討會和期刊(會誌、化學、化學通訊)；第二階段的期刊復刊，顯示化學人任重道遠的使命感，以及IUPAC大陸與臺灣代表權的協議；第三階段，強調科學紮根與科學教育，(並以學術獎勵肯定化學人對學術和社會的貢獻；第四階段為持續強化國際交流，並多元發展推廣科普、綠色化學、化學安全、教師增能、產學合作與女化學家交流。這些化學會的事跡都值得化學人前仆後繼以接棒的方式追隨前人的腳步，繼續往前邁進，傳承前人的使命感與爭取更多的榮耀。
n 化學教育學術活動
化學教育學術交流一開始以化學家對於教育的熱誠與使命感而進行課程、教學與評量的評介為主，後來逐漸有更多的化學教育專業者和教師參與，使化學家和化學教育家的互動頻繁，也建立大學教育和中學教育的人才培育有對話的平台。譬如2004年作者於臺灣南部和北部各辦理一場為期三日的「高中化學種子教師專業成長教師」研習營，會中邀請彭旭明教授介紹國內外化學課程、牟中原教授針對高中化學教育的過去、現在和未來加以評析、陳竹亭教授引介課程與教學、陳家俊教授的化學新知、余岳川教授科學玩具實驗、吳心楷教授和王文竹教授的媒體教學統整課程以及廖淑芬和何振揚兩位化學教師分享化學評量等等進行研討，當時擔任化學會理事長的吳澄清博士亦到場主持綜合座談，現場討論相當熱絡，並針對大學和中學化學教育所面對的挑戰與可能的機會提出具體的意見。在南部成功大學舉辦的第二場工作坊除專題演講外(包括蕭次融、許桂芳、許鏵芬、蕭世裕、林弘萍等教授和黃得時老師)，則著重在化學新知(如奈米材料、生物製藥光電化學材料)的介紹與到業界參訪，其中包括台灣神隆公司、南科管理局、台鹽公司和聯電公司，對高中教師而言能結合化學理論與化學實務工作對於教學與引導學生面對未來大學選科系有很大的幫助。後來教育部成立化學學科中心，不僅結合一群熱心且專業的種子教師不間斷的研發與分享課程外，也透過這一群種子教師的力量將課程與實驗的核心價值與內容透過辦理不同主題的工作坊(包括化學概念的學習、微型實驗、教學策略、擴增實境等新興科技融入化學課程)
推廣到全台各地，對於推動化學課程改革與教師專業成長影響甚鉅。
除教師工作坊外，中美雙邊化學會學術研討會「化學教育」是在1992年提請國關小組評估並於化學會成立60周年慶中邀請美國化學會會長L.Elierl來台會商。1994年中美雙邊合作國際不對稱合成研討會決議於1996年至加州舉辦化學教育研討會，美方即我方各8名講員，講題包括化學通識、課程、資優教育、大學化學、化學科技與社會、實驗安全、化學教育改革等。主題多元反映兩地化學教育的關心議題與解決問題的策略。只可惜這樣的交流後來有就停擺了。
此外，1996年的第一屆化學教育學術研討會和1999年第二屆化學教育學術研討會會中邀請國內外專家學者就國內外化學教育之現況、問題與危機，以最為規劃對未來化學教育之研究、教學及師資培育之參考。還有海峽兩岸化學教育學術研討會的舉辦，譬如筆者於2002年在國立臺灣師範大學(簡稱臺師大)舉辦，主任委員是當時理學院院長陳昭地教授和清華大學廖俊臣院長(也是當時化學會會長)，負責辦理的是化學系方泰山教授和我本人。會中特別邀請當時中央研究院李遠哲院長和印第安那大學知名化學教育專家Dr.Dorothy Gabel擔任大會主講人。座談兩場分別是大學課程與教學由臺大化學系彭旭明教授主持，和中小學師資培育和課程改進，由臺師大化學系王澄霞教授主持，最後則由李遠哲院長就化學教育的改革進行綜合座談。這些前輩們豐富的經驗與真知灼見，讓後進們深獲啟發。會中同時也邀請9位大陸學者進行專題報告，受邀者有北京大學化學學院的常文保教授、段連運教授和清華大學薛芳渝教授等就大陸高等學校化學教育與人才培育途徑進行深度分析，內容精彩引起許多兩岸化學教育學者的對話；而臺灣的代表則是台大化學系牟中原教授、陳竹亭教授；吳嘉麗教授、周進洋教授、楊定亞教授、傅麗玉和段曉林教授等10人。中方與台方在教育上面臨類似的考試領導教學的問題，但又希望面向以學生為中心的化學教育，因此討論激烈與深入，對教學思維頗有啟發。兩岸的互動持續一段時間，直到後來在2000年之後，化學教育學者與北京師範大學王磊教授、上海華東師範大學王祖浩教授和東北師範大學鄭長龍教授互動與交流更加頻繁，除在兩地舉辦的研討會上給予專題演講外，也相互辦理化學「同題異課」教學觀摩(臺灣曾派代表出席，也曾在臺由新北高中鍾曉蘭化學教師辦理)，以及進行教科書撰寫的經驗交流與分享。這些活動不僅促進大學教授之間學術性的互動外，也提供第一線的中學教師有彼此觀摩學習的機會，拓展彼此對化學教育的視野與對話。
此外在國科會推動的化學概念全國學生調查計畫中(2000-2004)，來自八所大學的教授(黃萬居、蘇育任、周進洋、林煥祥、莊奇勳、許良榮、李賢哲和我)針對國中小及高中生進行概念診斷，當時參與此計畫的還有中學教師和博士後(如梁家祺和周金城教授)，這大型計劃一共持續四年，所研究的學生另有概念包括粒子概念、電化學、有機化合物、酸鹼、氧化還原、化學平衡等概念。研究成果發表在International Journal of Science Education (SSCI)期刊中，成為到目前為止IJSE以單一國家支持的研究成果做為該期刊的專刊，實在不易。
n 化學教育的推廣
1980年代起，國立臺灣師範大學化學系蕭次融教授開始推動化學教育，不僅在各種場合教導不同年齡層的人有趣的化學，同時也在迪斯尼頻道演示化學實驗和傳遞學化學的樂趣。蕭教授被大家尊稱為化學界的頑童，常用有趣且簡單的化學實驗引起學生的好奇心與求知慾，同樣的實驗在蕭老師的演示下總是令人驚豔，百看不膩，無人能出其右。常言道，教學是門學問也是一種藝術，其中充滿專業的素養與溝通的創意表現。蕭教授的沉浮玩偶、七個神奇的杯子、鐵粉自燃、酒精養樂多瓶禮砲等等，無一不是化繁為簡的有趣實驗，學校化學教學若也能如此，相信學子們必定熱愛化學並想一探究竟這奇妙的學科!
2011年是居禮夫人獲得諾貝爾化學獎100周年，同時也是拉塞福發現原子核模型的100周年慶，聯合國宣稱2011年為化學國際年(The International Year of Chemistry，IYC)。在這一年內由國際純化學暨應用化學聯合會(International
Union of Pure and Applied Chemistry, IUPAC)負責推動各項活動並鼓勵世界各國以不同形式的活動來共襄盛舉，讓社會大眾對化學有正確的概念與態度，以及引起社會大眾對化學在人類發展上的貢獻有所認識。其中一項是在全球各地測水質，瞭解生活處處是化學。當年巴西共有八萬多人參與這項活動，可謂空前的盛大。臺灣為與國際大型活動銜接共襄盛舉因而舉辦多項活動，譬如在台北市士林科教館臺師大辦理國際化學教育委員會(Committee on Chemistry Education, IUPAC)所推廣的化學年輕大使(Young Ambassadors for Chemistry)動手做實驗的科學傳播科普活動；還有淡江大學由王伯昌教授啟動的「化學下鄉」活動，將小貨車改成行動化學車，帶動偏鄉化學教育，在2019年就已達到累積造訪500所學校的紀錄，令人欽佩。2019年聯合國為慶祝化學界的圖騰-門得列夫發現週期表150周年慶而訂定為「國際化學元素週期表年」(International Year of the Periodic Table of Chemical Elements, IYPT)，由作者和化學會合作，在科技部和教育部以及其他諸多政府和企業的贊助下，辦理諸多活動，其中包括在五大博物館的化學元素週期表特展、化學元素週期表易拉展環島巡迴展、台北101點燈、彩繪臺北捷運車廂等等，寓教於樂，以輕鬆又不失主題性的方式讓社會大眾和學生能一窺化學面面觀，跨出學校教育的範疇，導入生活就是化學、化學無所不在的觀點。今年到明年六月底聯合國訂為「基礎科學促進永續發展國際年」(International Year of Basic Sciences for Sustainable Development, IYBSSD)，強調基礎科學研究對醫學、能源、農業、水資源、環境、通訊、建築等的永續發展，扮演舉足輕重的角色，在目前環境變遷與數位環境劇變之時，重視基礎研究是刻不容緩之事。在國科會自然處的支持下，由臺師大、台灣大學、成功大學、中央大學和近40所大學、政府單位、化學會、物理學會和五大博物館等等共同辦理各項基礎科學研討會、科學傳播活動和跨國合作計畫等，以響應「科學平權」、「科學啟蒙」、「全民參與」和「國際連結」四大訴求，透過學術專業領域、科學傳播、國際鏈結三大主軸，設計多元系列活動，如「科學零距離–百名科學家說故事」、國際女科學家研討會、IUPAC女性科學家早餐、城市科學節、彩繪「科學」X「永續」列車等等，呼應「全民參與」核心主題，以升民眾對基礎科學和永續發展的關注。企盼政府能重視基礎科學研究的重要性，挹注應有的研發經費、提升民眾科學素養與啟發學童科學興趣以及培育基礎科學人才等要務(邱美虹、鄭原忠、李旺龍、楊仲準、趙奕姼，2019)。
2019年IYPT開幕式
2023年IYBSSD開幕式
(擷取自台師大網頁https://pr.ntnu.edu.tw/ntnunews/index.php?mode=data&id=20974)
圖 1 慶典活動照片
n 化學教育電子期刊
「臺灣化學教育」是由邱美虹、楊水平和周金城共同創立的電子期刊，在2014年5月4日發行創刊號，是日恰為倡議「德先生(Democracy)」和「賽先生」(Science) 的五四運動日。五年後於2019年成為化學會的正式期刊，旨在引介化學化學教育的重要學理和教學策略，以及新興科技的發展和化學新知，並將大學研究和中學的化學教學連結起來，並藉此作為提升化學教師的專業知能與分享教學經驗的平台(http://chemed.chemistry.org.tw/)。創刊以來至今年6月已歷經8 年出版47期，刊登785篇文章，約325萬字，造訪人數超過1600萬人次。發刊至今都未脫稿，深獲國內外大學化學和師培單位的教授、以及中學教師肯定，並作為化學教學的重要參考資料來源。各期專刊主題相當多元，包括有節慶與化學、藝術與化學、競賽成果報導、科學建模、飲食文化與化學、化學探究教學、示範和微量實驗、化工、新興科技與化學、女科技人、永續化學、科學展覽、社會性科學議題和國際重大化學活動推動等等(見圖2)，以期提供讀者多元視野與創新教學策略。
圖 2 「臺灣化學教育」期刊封面
n 化學教育的國際交流與國際化學組織的參與
早期化學界前輩們與亞洲各國辦理各項化學研究領域的研討會，再加上同處亞洲，在文化與價值觀的相互瞭解與尊重也較西方人士為高，因此亞洲化學學者的互動頻繁，且建立良好的關係，為日後亞洲學者之間的網路與合作奠定穩固的基礎。為促進亞洲化學教育的深度與永續交流，由韓國Choon Do教授、日本Ito Masato和作者及其他代表數人(見附件)簽下備忘錄共同發起亞洲化學教育者網絡(Network for Inter-Asian Chemistry Educators，NICE)，以每兩年由臺灣、日本和韓國輪流辦理，為了與IUPAC於偶數年辦理國際化學教育研討會(International Conference on Chemistry Education, ICCE)錯開，第一屆NICE於2006年假韓國舉辦，之後便以奇數年辦理NICE國際研討會(臺灣分別由邱美虹教授、李賢哲教授和周金城教授負責辦理2007、2013, 2019年的國際研討會，請見http://www.chemistryeducator.org/)。馬來西亞於2019年正式參與NICE舉辦國會議，並申請在2021年辦理，惟因新冠疫情嚴峻，遂延至2023年於馬來西亞古晉市辦理第九屆NICE國際研討會。此會議基於促進大學與中學的化學教育交流，一開始即規畫各國代表團成員是三名教授和三名教師，其餘名額是屬於自由報苗。在各國大力鼓吹並積極推動NICE研討會之下，各國大學化學教授和中學教師的參與非常熱絡，除支持國內辦理的活動之外，中學教師甚至自費積極參與國際間的研討會，拓展國際交流的觸角，並與國際人士交換化學實驗設計或教學心得(可參看本期刊有關研討會專刊的報導)。除NICE國際研討會之外，作者也爭取在臺灣辦理2010年IUPAC的化學教育學術研討會(International
Conference on Chemistry Education，ICCE)，會中有來自世界各國的學者和化學會理事長的專題演講和論壇，其中包括李遠哲院長、Richard Zare, Akira Fujishima, Terry Collins, Jorge Ibáñez等知名化學家和Joe Krajcik, John Gilbert, David Treagust, Ilka Parchmann和王磊教授等知名化學教育家進行專題演講和論壇，這些講員都是一時之選，成為後來其他國家辦理ICCE的參考模式，讓臺灣的化學教育能量在亞洲甚至國際間受到重視。
在積極參與這些國際性的學術研討會之際，在國際學術組織中各項職位的參與也是為臺灣爭取在國際舞台有發聲的機會之途徑。而要在學術組織中占一席地位是需要長時間的培養與歷練，才可能培養出應有的視野與信任。當我們的國際正式友邦有限之際，能在國際學術性組織內發生影響力是學者們可以努力的方向，在學術的交流中以學術成果的分享為主不涉及敏感的政治問題，學者之間的交流顯然較為單純，也正因為如此，與國際友人可以更加暢談對化學教育的願景與挑戰。譬如，在化學界最大的組織IUPAC中，早期淡江大學化學系陳幹男教授擔任聚合物委員會委員、清華大學汪炳鈞教授擔任有機化學委員會委員，以及牟中原教授擔任化學教育委員會的國家代表都為臺灣化學界付出許多，在研究之餘能做服務工作提升臺灣的能見度，令人敬佩。在牟教授的推薦下，作者接棒IUPAC化學教育委員會國家代表、持續服務多年後被各國國家代表票選為化學教育委員會主席、IUPAC委員會委員，以及最高指導執行委員會委員(臺灣第一位被票選為此職位者，連選得連任(前後票選分別是以第二高票和第一高票當選)，以另一個職位來為化學教育和臺灣服務。在2022年當選國際科學理事會(International Science Council, ISC)治理委員會委員，成為繼李遠哲院長和廖俊智院長之後臺灣第三位ISC委員(第一位臺灣女性當選委員)，在擁有200多個科學組織的最高層級組織內與其他專家學者共同推動科學是促進全球人類福祉的學科。
2011年NICE在韓國首爾舉辦
2015年NICE在日本東京舉辦
2019年NICE與會者至新北市三重高中參訪與進行教學觀摩 (周金城提供)
圖3 2011, 2015, 2019 年NICE研討會大合照
n 化學教育的永續發展願景
1. 學術活動:研討會或是期刊論文撰寫應該都是學科學術交流的重要命脈，應該持續並積極地參與接受挑戰與研究成果分享。同時可以帶動教師成為研究者(Teachers as Researchers)，目的是希望教師不斷自我反思教學目標與教學成效，根據學生學習表現改進教學策略與評量方式，以提供適性化的學習環境。最後，宜成立化學教師學會，提供相互學習的平台與促進教師的交流與發展。
2. 化學傳播:化學研究需要有轉譯能力的科普人將其深奧難懂的化學以學生或是社會大眾可以理解的方式傳遞出去，譬如演講、表演、演示實驗或是動手做實驗的方式，讓國人可以理解食衣住行育樂都脫不了科學，也和化學息息相關。同時，也要能培養社會大眾以理性的科學態度面對社會性的科學議題(如粉塵暴、空氣汙染、氣候變遷、碳零排放)等等。近年來，科學的普及與傳播特別重視偏鄉弱勢族群和女性的科學教育，充分展現聯合國永續發展的第十項目標(SDGs)是消除不平等，使科學得以平權。
3. 化學人才培育，聯合國永續發展的第四項(SDGs)的目標是優質教育，第五項目標是性別平等。在化學教育之下，除重視資優教育化學奧林匹亞競賽和辦理科學班等的人才培育外，也應向下扎根，以全民科學教育為目標。化學人才的流失往往因為在中學階段升學制度的影響，使教學無法正常化，致使學生失去對化學的學習興趣和動機。若從長遠的人才培育目標來看，考試制度的短線交易，將會造成嚴重的人才流失。而重視女學生在化學的潛力也將是人才培育一環中不可或缺的。甚至是到高等教育後如何支持女性化學家投入化學研究都是刻不容緩的議題。
4. 教師專業成長:有優質的教師方能有優質的學生。國家發展的基礎需有優質的教師去培育有創造力和批判力的國民。因應108課綱新的內容與對學生學習的期待，教師專業素養也需與時俱進，化學新知與創新產業不斷推陳出新，教育主管單位要能提供教師終身學習的機會，以確保國民受教的內容可以與世界並駕齊驅甚至超前具前瞻性。
5. 與國際連結: 當全世界在關心化學教育如何能吸引更多的人才投入化學或化工領域，或是化學與跨學科領域的合作之際，臺灣研究能量與化學/化工的產能都是不容小覷的，從IUPAC對會員影響力的計算方式(包括研究論文、專利數量、化工產量等)即可得知一二，而這樣的優勢讓臺灣在與國際連結上獲得相當高的重視。國內學者可以積極參與國際學術團體的委員會，藉此有位臺灣發聲的機會，讓臺灣被看見。除此之外，在國際化學教育上的重要議題，如系統思考(systems thinking)，除應深入瞭解外，更應積極投入進行不同階段的化學教育改革，配合本土的需求，創造兼具國際趨勢與在地需求特色的化學教育課程與教學，以回應國際上化學教育改革的呼聲與提出值得參考的經驗，
n 結語
化學教育的目的是要啟發孩童對化學的認識與好奇心，激發學生探索化學領域的相關議題，培養化學學習的興趣與正確的態度和技能，同時對於社會大眾也應具有提升全民化學素養的社會責任。教育是需要一群有熱誠的人不斷前仆後繼的努力以及需要長期經營的志業，方可產生教育對社會的影響力，尤其是人才的培育與全體國民素養的提升，當然化學教育也不例外。最後，本文僅介紹在化學教育中作者所參與的一小部分活動，還有許多熱愛化學教育而持續不斷的在臺灣每個角落默默付出的化學家、化學教育家和化學教師，都值得我們敬佩，在此無法一一詳述，還請多多包涵。
附件一 NICE Charter (擷取自http://www.chemistryeducator.org/Charter%20for%20NICE.htm)
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Charter for Network of |
1. Preamble
The original idea of the Network for Inter-Asian Chemistry Educators (NICE) was
initiated by three members of IUPAC Committee of Chemistry Education (CCE),
Prof. Choon H. Do (Korea), Prof. Masato M. Ito (Japan), and Prof. Mei-Hung Chiu (Taiwan) during the International Conference on Chemical Education (ICCE) in Turkey in 2004. In February 2006, the delegates from the three countries had a
preliminary meeting in Korea and decided to establish an organization to promote chemistry education in Asian region. The chemical societies of each country will support NICE. The delegates planned to hold meetings regularly. The first symposium was planned to be held in Seoul in conjunction with the 19th ICCE, 2006.
2. Name
The name of the organization is Network of Inter-Asian Chemistry Educators
(NICE).
3. Purposes
The purposes of the NICE are
(1) To enhance interaction and friendship among chemistry educators in Asian
countries,
(2) To put chemistry education research into practice, and
(3) To exchange and share experiences and ideas on chemistry teaching and learning.
4. Organization
Membership of NICE is open to every country which wishes to join NICE. Chairperson’s terms: The terms of the first three chairpersons will be as follows:
1st – From February to December of 2006 – Prof. Do
2nd -From January to December of 2007 – Prof. Chiu
3rd -From January 2008 to December of 2009 – Prof. Kamata
5. Activities
To accomplish the purposes of NICE, NICE may perform following activities
(1) holding symposiums,
(2) publishing,
(3) providing information through internet, and
(4) other activities
6. Symposium and responsibility of the chair country
NICE will hold a symposium. First symposium was held in Seoul, Korea, in conjunction with the 19th ICCE. Second symposium will be held in Taipei,
R.O.C., in 2007. The third symposium will be held in Japan in 2009.
Thereafter, the symposium will be held biannually. Chair country has
responsibilities to hold a symposium. The host organizer needs to find
resources to cover counterpart delegates’ accommodation and registration fee.
7. Others
Other matters follow procedures and ways agreed by the member countries.
8. Amendment of the charter
The delegates of the member countries discuss to make any necessary amendment.
9. The charter was drafted on February 21, 2006 and approved on July 31, 2007.
10. The names of delegates when the charter was approved.
註: 國內代表依序是邱美虹、周金城、林靜雯、佘瑞琳、鍾曉蘭
n 參考文獻
周金城、鍾曉蘭(2019)。第八屆亞洲化學教育國際研討會之高中參訪活動–讓高中生變成主角，第33期，http://chemed.chemistry.org.tw/?p=35127。
邱美虹、鄭原忠、李旺龍、楊仲準、趙奕姼(2019)。基礎科學促進永續發展國際年 (IYBSSD)活動簡介，第47期。https://reurl.cc/nON5Me
彭旭明(2022)。化學會的九十年會史。https://youtu.be/u3JqLgL7C4Y
劉廣定(2008)。科學教育為永續發展之必要。《科學月刊》，頁4-5
蕭次融(2003)。邁向化學教育的第一步–簡單而有趣的化學演示實驗。科技大觀園，https://scitechvista.nat.gov.tw/Article/c000003/detail?ID=84b7e41a-1eaa-40a8-9b2b-ebfab0de794c
NICE Charter: http://www.chemistryeducator.org/Charter%20for%20NICE.htm