思源科學創意大賽Plus:北一女中「化學探究及創意設計」特色課程之一 /(上) 周芳妃、詹莉芬、張永佶

星期四 , 5, 三月 2015 Leave a comment

思源科學創意大Plus
北一女中「化學探究及創意設計」特色課程之一(上)

周芳妃1, 2、詹莉芬1, 2, *、張永佶1, 2

1臺北市立第一女子高級中學
2教育部高中化學學科中心
*leefeng1126@gmail.com

n  前言

有意義、有挑戰的科學活動,如何讓學生更有信心參加?由財團法人思源科技教育基金會自2002年起,每年舉辦的「科學統合競賽」,至2007年更名為「思源科學創意大賽」,到2014年則由財團法人交大思源基金會接手舉辦「思源科技創意大賽plus」,每年提供科學活動的舞台給全國的高中生,學生從建構人文故事、應用化學、物理等科學原理,經統整後設計關卡,到能夠以實作、同儕合作方式呈現,是一個具教育性、挑戰性的競賽,活動詳細資料可參考:財團法人交大思源基金會,http://www.spring.org.tw/

北一女中一直以來都非常落實「選修課程」,這五年在高一化學選修課程中開設過「化腐朽學神奇」、「造化弄人」及「出神入化」等課程。因應十二年國教的教育制度改革,本學期的高一「出神入化化學探究及創意設計」特色課程繼續延伸之前的選修課程精神,以增進學生對科學的熱忱與探究能力、落實學生動手實作學習,培養學生能成為有科學指導能力關主等目標出發。「出神入化化學探究及創意設計」課程主要有:認識科學活動與準備方向、Color Chem、奈米新鲜識探究課程、生活中或考題中的化學、奈米科技與分子自組裝、化學實驗能力競賽培訓、創意化學實驗關卡設計等系列課程,本校化學課程還結合國家科技部專案的研發教案設計,或本校獲獎教案,具有連貫性、循序漸進,從認識科學到興趣啟發,從探究動手實作到以「創意化學實驗關卡設計」為綜合應用展現,課程內容簡介可參考:北一女中高一特色課程,「出神入化化學探究及創意設計學探究班群 課程簡介,見圖1

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1:北一女中高一「出神入化化學探究及創意設計」特色課程簡介

影片來源:103出神入化,https://www.youtube.com/watch?v=nMFpU3PLn_I&t=24

n  創意化學實驗關卡設計

經過五年來課程的實施與修正,使北一女中高一「出神入化化學探究及創意設計」的特色選修課程更臻成熟,以103學年度的高一「出神入化」特色選修創意化學實驗關卡設計」課程為例,介紹本校課程實施的方式與經驗分享。

l   課程名稱:創意化學實驗關卡設計」。

l   課程精神:跨科學習、統整科學能力、解決問題策略。

l   課程時間:安排在下學期,學生經過上學期各種科學能力的養成訓練後,才進入本課程,時間安排為七週,每週2小時,但配合學校各種活動,並非連續七週。

n  核心目標、教學方法與活動流程

一、  介紹微型實驗/第一週/04/30

A.      核心目標

·           學生能認識綠色化學實驗的減毒、減廢、減量原則。

·           學生將先備知識應用,並能小組分享閱讀資料。

·           學生能認識國內專業期刊。

B.       教學活動流程

1.        教師介紹國內有關[微型實驗]的設計概念與原理,並寄發「微型實驗」參考文獻電子檔資料(組長為收件人)。

2.        學生能認識國內專業期刊資料並學習搜尋方式。

3.        教師授課解釋綠色化學的十二項原則,並能將綠色化學實驗的減毒、減廢、減量原則融入創意化學關卡設計。

4.        學生將先備知識應用,並進行分組閱讀:[微型實驗]期刊資料。

5.        學生分組討論關卡設計,教師指導學生所設計之關卡可行性。

6.        教師提醒:交通大學辦理全新的「思源科學創意大賽plus」將於519日報名截止,2014年的主題是「Surpise」,http://exam.nctu.edu.tw/spring/

C.      學習單摘要(A4一張)

「出神入化化學探究及創意設計」之「創意化學實驗關卡設計」課程學習單

組別:

組員班級、座號及姓名:

關卡設計:

化學反應式:

小組心得:

為自己的「播映會」期勉:

二、  創意化學實驗關卡設計/第二週/05/07

A.        核心目標

·           學生能發揮創意,並善用綠色化學實驗的減毒、減廢、減量原則,來設計化學關卡實驗。

·           學生能認識校內實驗室學習資源。

·           學生能了解並評估自己設計實驗的原理和可行性。

·           學生能觀摩全國得獎作品,消化再轉換為自己的創意,從而學習到更多知識。

B.         教學活動流程

1.        教師引導學生觀摩全國賽得獎作品影片,消化再轉換為自己的創意,進而學習到更多知識與解決問題的辦法。

2.        學生能認識校內實驗室的學習資源,使用校內電腦進行校內藥品器材搜尋,並練習填寫本校實驗室管理辦法之[領取藥品器材]申請書;教師檢查各組撰寫的[領取藥品器材]申請書是否合宜,並刪除危險藥品。

3.        學生能知道學校實驗室可提供的器材種類,並規劃自備的其他補充元件。

4.        學生能發揮創意,並善用綠色化學實驗的減毒、減廢、減量原則,分組設計化學關卡實驗,並能評估自己設計實驗的原理和可行性;教師以教師走動式管理,檢視各組實驗設計狀況。

5.        教師安排小組上台分享關卡設計,學生繳交關卡設計雛型報告。

6.        教師討論下次校外教學預備工作,預告並安排下次上課的校外教學指引,發放參訪路線圖(台北市天水街、太原路、長安西路)。

C.        學生關卡設計「雛型報告」舉隅

透過「創意化學實驗關卡設計」課程的教學活動,兩件學生的作品:化學關卡甲和化學關卡乙,分別如圖2和圖3所示。

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2:學生設計之化學關卡甲

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3:學生設計之化學關卡乙

因為這是學生第一次設計關卡,學生們努力將國中階段學過的化學知識放進關卡中,盡情發揮想像力。以下是針對兩件作品設計內容有關化學部分的介紹。

A.       化學關卡甲

1.     燒杯內的醋酸溶液流入裝有碳酸氫鈉的水溶液,發生反應,生成大量二氧化碳氣泡。其化學反應,如式[1]所示:

NaHCO3(aq) + CH3COOH(aq) → CO2(g) + H2O(l) + NaCH3COO(aq)    [1]

2.     注射筒注入鹽酸,鋅粉與鹽酸反應,生成大量氫氣。化學反應式如下:

Zn(s) + 2HCl(aq) → H2(g) + ZnCl2(aq)    [2]

3.     甲基橙是一種酸鹼指示劑,倒下後溶液依次流入下方五個燒杯中,呈現不同的顏色。甲基橙變色範圍為pH 3.1~4.4pH < 3.1時變紅,pH > 4.4時變黃,pH3.1~4.4時呈橙色。

B.       化學關卡乙

1.     酚酞是一種酸鹼指示劑,其變色範圍為pH 8.2~10.0pH < 8.2時無色,pH > 10.0時變桃紅色,pH8.2~10.0時呈淡粉紅色。

2.     燒杯內的碳酸氫鈉溶液流入裝有醋酸的水溶液,發生化學反應,生成大量二氧化碳氣泡。其化學反應,同式[1]所示。

三、  校外教學到鄰近購物資源/第三週/05/14

A.        核心目標

·           學生能將知識與生活經驗結合。

·           學生將認識校外實驗藥品器材的學習資源。

·           學生能規劃預算與執行經費,找尋適合的物件來評估自己設計實驗的可行性。

·           學生能解決問題,將創意落實為可具體操作的實驗關卡。

B.         教學活動流程

1.        教師邀請化學科多位教師共同帶隊,共同任教,安排優秀高三學生(已經申請並錄取大學科系)擔任隊輔,請學校行政安排交通車。

2.        教師事先拜訪店家,說明校外教學模式與目的,並感謝店家給予的協助,於教學活動進行時,教師時時巡邏,並協助學生與商店店家的互動,不打擾到商店做生意。

3.        學生能將教室內知識與生活經驗結合,藉由實際拜訪商家的學習資源,認識並蒐尋更多藥品及器材,學生能規劃、預算與執行經費,找尋適合的物件來評估自己設計實驗的可行性,化為可具體操作的化學實驗關卡。

4.        教師使用書面報告及影音器材記錄學生的學習狀況,包括事前參訪計畫書、1分鐘校門口出發願景、拜訪商家過程及課程結束前1分鐘心得報告。

C.        參訪計畫與心得說明書摘要(A4一張)

「出神入化化學探究及創意設計」校外教學「北一女中鄰近的購物資源」學習單

組別:

組員班級、座號及姓名:

問候語:

預期尋找的器材或用品:

所看到有興趣的器材用品(至少3項,建議說出店家名稱):

今天校外教學的心得:

祝福自己的實驗設計:

推薦店家與推薦原因:

D.        教師規劃之參觀地圖指南:店家位置與商品種類

1.          點名與攝影時間地點

·           出發攝影15:20 ~ 15:30,北一女中校門口集合。

·           第一階段參訪攝影:隨機採訪。攝影老師尋訪下列五個地點:台北市長安西路276號、台北市天水路39~43號、台北市太原路100號、台北市鄭州路31~33號、太原路與長安西路交叉路口,如圖4

·           第二階段心得攝影:台北地下街Y13出口一樓(電扶梯),16:50 ~ 17:10,就地解散。

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4:尋找指定地點

2.          商家與商品種類

l  商品和商家位置:電子類(1)、炊具(2)、化學(3-6)、膠業(7-8)、油漆五金(9-13)、瓶瓶罐罐容器(14-17)、彈簧(18),如圖5所示。

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5:尋找器材與藥品供應商店

E.         學生參訪商家的過程,老闆熱情講解全紀錄(見圖6

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6:在商店尋寶

四、  創意化學實驗關卡實作準備/第四週和第五週/05/2806/04

A.        核心目標

·           學生能領取及管理藥品器材箱。

·           學生能調製自己實驗所需要的藥品配方。

·           學生能設計出關卡及連動裝置。

B.         教學活動流程

1.        教師進行實驗室安全管理,將實驗室內與實驗室走廊做空間規劃,讓各組學生能就定位,讓各組學生實作演練關卡實驗。

2.        教師須協助學生調製自己實驗所需要的藥品配方。

3.        教師引導學生進行化學劑量評估,以維持實驗安全,並不斷評估學生是否落實綠色化學原則。

4.        教師建議學生實驗設計失敗時的修正方式。

C.        學生進行「創意化學實驗關卡實作」準備(見圖7

 

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7:關卡設計試做

五、  創意化學實驗關卡執行與演示/第六週/06/11

A.        核心目標

·           各組學生能在指定時間內完成自己的創意實驗關卡布置。

·           學生啟動並成功演示自己的關卡。

·           學生能在實驗結束後完成整理工作。

B.         教學活動流程

1.        教師先將實驗室內與實驗室走廊做空間規劃,並規劃表演順序、關卡比賽規則,讓各組學生能就定位其演示舞台位置。

2.        教師須進行實驗室安全管理,讓各組學生實作演練關卡實驗。

3.        提醒學生在指定時間內進行實作準備可以啟動並完成自己所設計的創意實驗關卡。

4.        教師以攝影方式記錄學生演示的創意化學關卡結果。

5.        教師指導學生整理、清洗歸還器材,物歸原狀,維持實驗室整潔有序。

6.        教師指導學生處理化學藥品,包括藥品回收或廢液處理。

C.        學生進行「創意化學實驗關卡」執行與演示(見圖8

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8:關卡展示與驗收

六、  意化學實驗關卡影片播映會第七週06/18

A.        核心目標

·           學生經驗分享與同儕學習,智慧流通,創意火花交流。

·           學生學習依據科學原理進行評分的準則。

B.         教學活動流程

1.        教師整理數週來學生活動的攝影紀錄,與相關書面報告書。

2.        教師指導學生如何進行關卡評分。

3.        教師播放影片,學生欣賞同學成果,也對各組創意關卡設計進行評分。

4.        教師引導並鼓勵學生觀賞影片結束後的心得分享,並一起探討創意實驗設計成敗關鍵因素。

 

〔續〈北一女中「化學探究及創意設計」特色課程之一(下)〉

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