臺灣化學教育

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^{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／科學探究班群 課程簡介」，見圖1。

圖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」特色選修之「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5月19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）

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。

圖2：學生設計之化學關卡甲

圖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 3.1~4.4，pH < 3.1時變紅，pH > 4.4時變黃，pH在3.1~4.4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 8.2~10.0，pH < 8.2時無色，pH > 10.0時變桃紅色，pH在8.2~10.0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）

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。

圖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。

圖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）

圖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／05/28和06/04

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）

 

圖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、清洗及歸還器材，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）

圖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）〉〕