臺灣化學教育

大學普通化學實驗室規劃與實驗課程內容介紹

¹李賢哲²陳皇州

國立屏東大學應用化學系
¹[email protected]、²[email protected]

■ 前言

我們本期(51)台灣化學教育能順利付梓，客座主編與副主編謹此對其中六篇的執筆同仁，致上萬分的感謝與敬佩。當前高等教育面臨的少子化與當代應用科學的發展，更顯得加入化學領域的舉足輕重，而本期內容在編輯委員會指導下，規劃國內大專校院普通化學實驗之規劃與內容特色介紹。撰稿師長更於百忙之中，就其提供高中學子初跨入高等教育學府，即將親身體驗之普通化學實驗內容與實施，對鼓勵與激發後起之秀進入化學各專長領域的研讀，實有拋磚引玉的舉足輕重功效!一般言之，普通化學實驗涵蓋後續有機、無機、物化、分析和生化等相關領域，對於同學的化學領域專研，扮演密不可分之關係，期待這六所國內大學化學師長之呈現圖文並茂，能提供學子對化學領域初步的瞭解，以能激發更多的學子加入化學領域的大家庭，並同時對國內人民扮演著提高化學素養之重要功效，而化學素養之提升也表國力的提升，讓台灣後續的科學發展能於世界舞台上發光發熱!

■  本期專題文章簡介

本期專題的第一篇介紹是由國立高雄大學應用化學系李頂瑜主任執筆，其中從普通化學實驗課程(普化實驗)的價值認知切入強調其重要性(ACS Public Policy Statement 2020-2023)、文章涵蓋高雄大學普化實驗之目標期望、實施方法、與未來精進之策略，尤其實施方法分為課前預備、實驗紀錄與課後反思等項目之報告撰擬，實驗課程中訓練學生試著調控操作變因，以收其應變與引發學生好奇和相關原理之引述，增進所有修習普化實驗的學子對於原理與應用有更佳的學習成效。除此，高雄大學應化系正籌劃綠色化學與永續發展的概念融入普化實驗具體執行，而普化實驗與自動化、AI結合的構想也是規劃方向之一，值得大家期待。

本期專題第二篇文章，由高雄醫學大學醫藥暨應用化學系李建宏與陳慧芬教授撰擬，揭櫫其實驗課程為使與必修學科間有更好的鏈結，並強化實驗內容的完整性。已與原普化實驗刪減濃縮後，結合分析化學的檢驗、定量概念，整併入化學實驗一，重整過後的實驗內容配合新制大一學生普通化學的進度；大一下的普化實驗課程調整為分析及有機基礎實驗技能設計，將基礎分析實驗與有機純化技巧訓練規劃為化學實驗二，例如該學系在大一下學期阿斯匹靈的製備實驗中帶入銅錯合物的製備，呈現生物體內存有一些微量金屬，這些微量金屬與體內生物分子結合形成錯合物，於生物代謝和醫藥上扮演著舉足輕重的角色。進入大二階段以整學年進行有機化學技能訓練，與學生連結技能及知識應用於進階的實驗課程，以更瞭解化學合成的流程，為進入系所教師的研究領域實驗室專研作準備持續精進。

本期專題第三篇文章是由中原大學化學系陳志德教授與莊敬主任執筆，鑒於該系對學生化學專業之訓練涵蓋大學至研究所博士班，故僅以學士班簡述，揭櫫對化學教育之目標，其普通化學實驗課程採每班三十位同學以下進行，選擇重要且與一般生活息息相關之題材，同時對應長年來同學反應高中端化學教育於實驗學習方面較匱乏之內容，以為普化實驗設計一般基礎化學實驗操作技巧與各類器材之操作方法，於動手學習瞭解相關化學原理，協助學生培養實驗操作基礎與觀察技巧，以嘗試解決問題的思考方向等，並引入化學合成與鑑定的基本技巧，奠定同學們之後銜接之有機/分析/物化/材料實驗所需的基礎實驗能力。

本期專刊第四篇文章，由國立彰化師範大學化學系楊水平教授撰稿分享，該系普通化學實驗室提供普通化學實驗、化學科教材教法、化學科教學實習及自然科學領域探究與實作專題等科目的教學場所，聚焦之普通化學教材內容以基礎的分析化學、物理化學及無機化學為主，且輔以入門觀念的有機化學、生物化學及核化學相關學理。所有上課教材以數位存放在該校「雲端學院」網站之「普通化學實驗」課程，而其教材來源，分別國內外各大學化學實驗網站、國內外期刊網站和自編教材。例如參考JCE(2021)進行模擬疫情期間在家進行酸鹼滴定實驗頗具當代之意涵，其滴定操作以重量分析的酸鹼滴定法（gravimetric titration method）規劃，以食用醋或食品級檸檬酸溶液家用品作為酸鹼滴定劑，測定胃乳液中氫氧化鎂的含量，而以天然資源提取的食用色素作終點判定的指示劑，可為受疫情肆虐中的化學學習，開啟一扇窗。

本期專刊第五篇由東海大學化學系楊俊豪與賴英煌主任撰擬，鑒於該校理學院、工學院、農學院及國際學院等所屬八個學系安排普通化學實驗，上下學期合計開授19門。該系支援所有普通化學實驗的開授，學校也投入相當資源於實驗室軟硬體維護及提升。實驗課程內容按授課教師要求及系所屬性搭配普通化學課程安排進行，以達到理論與實驗上的驗證。鑒於科技快速進展，學生對實驗變化及數據的掌握能力已有質的提升，勢以引入新式教學設備，讓實驗的觀察及記錄過程資訊化，並搭配適當的軟硬體以提升學習的品質。為與108課綱薰陶的學生有機會發想，自111學年度開始嘗試普化實驗專題，自由組隊4人一組，由目前普化實驗課尚未列入的實驗，學生從講義撰寫及簡報，並製做一個完整的普化實驗，最後由學生上台發表成果。同時著手執行建置iLearn系統，提供學生線上資源及執行實驗前檢核，並提供學生線上課程，降低COVID-19疫情對需動手操作實驗的影響。

本期專刊之第六篇是由國立屏東大學應用化學系鍾旭銘主任撰稿，目前該系已建置符合應用化學系課程之普通化學實驗室、有機化學實驗室、分析化學實驗室與生物化學實驗室等專業教室。鑒於該校於2014年由高教、技職與師培合流的大學，俱備專長之動手作普化實驗課程，同時亦規劃針對國小教師培育之課程，例如：熱冰實驗、葉脈書籤、化學花園、天氣瓶製作與濾紙色層分析等實驗；而規劃之抗菌潔手露、防曬隔離霜、紫雲膏與萬金油等產品製作課程，提供學生瞭解如何運用乳化反應、萃取技術與藥劑調配等化學技術運用於生活用品之製備。

■ 結語

所謂萬丈高樓平地起，莘莘學子在諸多化學領域專研過程中，普通化學實驗應可作為起樓的重要里程碑，本期專刊藉由六所大學化學相關師長執筆，介紹各普通化學實驗之規劃與內容，祈能對有志於化學相關領域進修之學子，提供重要之參考，並就教於相關之師長先進以作為後續改善之重要依據。

■  參考文獻

Kuntzleman, T. S, Corts, S., & Schmidt, A. (2021).At-home titration magnesium hydroxide in milk of magnesia using an inexpensive apparatus. Journal of Chemical Education, 98(8), 2592–2595.

The American Chemical Society (2022). Importance of hands-on laboratory science. Retrieved on  November
17, 2022  from https://www.acs.org/content/acs/en/policy/publicpolicies/education.html