臺灣化學教育

大學普通化學實驗室規劃與實驗課程:

東海大學化學系普化實驗室及特色介紹

楊俊豪¹、劉信宏、張仁宗、吳明珠、郭珊綺、杜澄達、賴英煌²

東海大學理學院化學系¹
[email protected]; ²[email protected]

■ 前言

普通化學實驗是修習化學課程驗證理論、理解化學原理的重要過程之一。安全，符合課程需要、動線合宜的現代化普通化學實驗室是化學系的基本配備。因此，適當的化學實驗環境、人員配置及導入學習軟體是規劃實驗課程時須重視的幾個重點。感謝臺灣化學教育的邀請，藉此機會介紹本系普通化學實驗室。祈使有意瞭解東海大學理學院化學系的讀者一窺究竟．同時讓對化學教育有興趣的讀者多一分瞭解實驗室現場的情況。

■ 化學系普化實驗現況

一、地點及空間

東海化學系大學部設立於建校之初，由1955年至今已有67屆學生。由20人的小班制逐漸擴增為化生組及化學組兩班，目前每班約45人，大學部在籍學生共371人。學士班課程安排依組別不同，由基礎逐漸加深加廣至專精弘通。系上的必修實驗課程有普通化學、普通物理、生物化學、有機化學、分析化學、物理化學及儀器分析化學等實驗。上述實驗課程除了儀器分析實驗安排於化學館儀分實驗室外，其餘皆安排於本校2005年竣工的基礎科學實驗館六樓。此樓層是化學系專屬的大學部基礎實驗空間，如圖1。

圖1：東海大學基礎科學實驗館及六樓主要走道

二、人員配置

每一門實驗課程除了普通化學授課教師外，安排有專職助教帶領實驗進行，保持高品質實驗課程的教與學，目前系上共有七位助教執行實驗教學，其中有五位助教參與普化實驗的進行。杜澄達助理教授負責一門全英文普化實驗課程。各實驗課程系上會安排碩士級研究生輔助化學實驗順利進行。此外，為落實每位學生都能瞭解實驗內涵並實際操作設備及器材，因此以一人一組規劃進行。單一普通化學實驗室最大可進行組別達60組。

三、與時俱進的課程規劃

東海大學為綜合型大學，目前有九個院．其中理學院、工學院、農學院及國際學院中的八個學系課程有安排普通化學實驗，上下學期合計開授19門，十分重要。因此，每學年投入不少資源在實驗室的軟硬體維護及提升。本系支援校內所有普通化學實驗的開授。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。然而，科技快速進展，學生對實驗變化及數據的掌握能力已有質上的提升，對應之道是逐漸引入新式教學設備，讓實驗上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。近年系上所開授的必修實驗課程與時俱進，基於永續環境、綠色化學及銜接新世代科技，部分實驗朝達到實驗目的；瞭解原理；可觀察現象等前題下進行減量，調整藥品，更新設備等多面向執行。值得一提，自111學年度開始嘗試普化實驗專題。學生4人一組，自由組隊，由目前普化實驗課沒有列入的實驗，請學生從講義撰寫及簡報，並製做一個完整的普化實驗，實驗課最後請學生上台發表成果。讓108課綱薰陶下的學生有機會發想，並著手執行。

四、普化實驗課程的軟硬體

硬體：化學實驗室規劃符合國家法規，亦是校內外勞工安全及環境安全展示演練場域。每一實驗室進出口都有兩個，窗戶通風良好，光線充足。逃生標示清楚，滅火裝置完整。實驗室設有置物櫃，供學生放置個人物品。各實驗組別會配置完整實驗器材，放置於可上鎖的專屬櫃位。所有實驗室並配有空調，在實驗助教評估下可讓上課學生在適宜環境進行化學實驗。實驗室內有實驗進行區；天秤室；助教作業區及藥品存放區，請見圖2。安全設備有抽風及抽氣設備，淋浴室、緊急沖淋洗眼器設備、護目鏡、滅火器、濃煙逃生袋及緊急安全器材櫃等。加熱設備全面採用加熱板。安全設備定期維護檢修及更新。此外，廢棄物品、廢液、廢棄化學品按法定回收種類區分及收集。圖3為上述各區域相片集。

  

圖2：實驗區、天平室及助教行政作業區、藥品存放區

 

     

圖3：（上）淋浴室、緊急沖淋洗眼器及滅火器；（下）濃煙逃生袋、緊急安全器材櫃及廢液暫存區

軟體：１.所有進入實驗室的教職員生須接受完整安全教育訓練，方能進入實驗室執行化學實驗。２.專屬實驗課程網頁，每一班實驗課程皆可上網查詢課程綱要，實驗內容及進度，請見圖四。３.實驗教學影片製作，本系助教製作普通化學實驗教學影片並對外開放搜尋。普通化學實驗內容隨時可進行的有42個，現行課程常安排的30個實驗已拍攝完成，如表一。４.實驗報告繳交：實驗預報有傳統紙版報告繳交及上網檢核兩種形式交替進行，實驗結果線上登錄並批改，此部分特別感謝教育部教學實驗計畫提供補助。使教學現場學生自課堂上抄寫報告的現象明顯下降。實驗結果報告形式亦逐漸朝向無紙化方向進行。５.本校建置的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。

隨著資訊軟體使用程度提升，學生可提前觀看實驗重點，搭配線上檢核降低學生課堂趕實驗報告的情況，以及電子檔報告繳交大幅減少紙張使用量。這些部分都是在學學生很有感的改變。目前學生表達對實驗環境能與時俱進十分贊同，但檢核試題的數目及多樣化可持續精進。實驗環境的軟硬體還有更多可進步及調整空間，有賴各方一起努力。

 

圖4：各教學實驗室專屬網頁及普通化學實驗室網頁

表1：東海大學普化實驗課程內容。現可執行42個實驗，其中30個有拍攝實驗影片

註1，已拍攝實驗影片並開放網路蒐尋

五、化學教育推廣場域

化學系支援大學部實驗課程外，亦積極投入舉辦科學活動及傳播科普知識。正課時間外亦提供場地及設備給經過申請通過的研習活動；大學先修課程（ＡＰ課程）；大學社會責任活動（ＵＳＲ）；寒暑假科學營等。由2014年開始執行的高中實驗教學活動已超過100場次，見圖五範例。期間與多所高中合作進行實驗教學，其中包括精誠中學、建臺中學、彰化女中、台南二中、大甲高中、嶺東高中等等全國北中南各地公私立學校。更有來自馬來西亞的寬柔中學，到東海化學系的實驗室進行科學教育實驗活動。在既有的軟硬體資源下，發揮最大的功效，服務最多有興趣於科學的群組。不少化學系學生在過程中參與科學教育實驗活動，除了正式課程上的學習，也在不同類型的科學實驗教學活動中受益。

 

圖5：2022年中山高中實驗教學活動及樂齡科普實驗。

■ 化學系普化實驗特色

最後透過條列的方式，羅列東海大學化學系普通化學實驗室的幾個特點:

1.     實驗設備新穎，實驗環境符合法規。

2.     專業實驗助教，優良的教學品質。

3.     資訊軟體使用程度與日俱增，實驗預報、結報及實驗數據數位化。

4.     拍攝實驗影片，學生易掌握實驗重要環節。

5.     落實化學藥品減量、減廢理念。

6.     化學教育推廣重要場域。

7.     學生可參與普化實驗專題。

■ 結語

東海大學化學系擔負每學年普通化學實驗課程的正常開授，期許進入實驗室的學生可在規劃良好，符合法規、安全及適宜的環境下學習。在專業實驗助教帶領及研究生的協助下，修課學生可以獲得良好的學習資源。學校每學年投入資源提升實驗室的軟硬體，促使教學實驗現場持續進步，以保持學習內容符合時代需求。能力所及本系亦樂意提供環境及師資協助推廣科普。

■ 致謝

感謝教育部教學實驗計畫對教學現場遭遇問題的重視，並提供經費改善，計畫編號PMS1100231。