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POE教學策略融入科學營隊活動對高中生
奈米概念學習之影響(下)
丁信中1, *、陳東煌2
1嘉南藥理大學兒童產業服務學位學程
2國立成功大學化學工程學系
*[email protected]
【承〈POE教學策略融入科學營隊活動對高中生奈米概念學習之影響(上)〉】
n 研究結果
一、 奈米科學營隊活動辦理
生活化學系列科學實驗活動模組的辦理包含:面板下的秘密:透明導電玻璃、染料敏化太陽能電池、磁性奈米吸附劑:從水質淨化到生物醫學應用、環境污染處理的小幫手:探索光觸媒的真面目等。考量實驗操作的安全性、儀器設備等限制,每梯次學員數上限為50名,採網路報名,學員實際報到率為九成。
各次課程的活動流程規劃為8:00開始,學員報到、前測時間、課程介紹、中場休息、實驗講解、實驗操作(示範)、午休、儀器介紹、實驗操作、後測時間、課程總結及問題與討論、16:00活動結束,頒發證書等,如表一所示。除了前後測問卷的施測,本研究也進行各梯次營隊活動的攝影與晤談,了解學員們對於當日活動的看法,適度微調當日的活動內容與流程,並提供日後科學營隊活動設計和辦理的參考。
表一:生活化學系列科學營隊活動之課程規劃
08:00~08:30 |
學員報到 |
08:30~09:30 |
課程介紹 |
09:30~09:50 |
中場休息 |
09:50~10:30 |
實驗講解 |
10:30~12:00 |
實驗操作 |
12:00~13:20 |
午餐及午休 |
13:20~14:10 |
參觀貴重儀器設備 |
14:10~14:30 |
中場休息 |
14:30~15:30 |
實驗操作 |
15:30~16:00 |
課程總結及問題與討論 |
16:00~16:10 |
頒發證書 |
POE前測在「課程介紹」的時段施測,POE後測在「實驗操作」的時段施測,成就測驗和學習感受則在「課程總結及問題與討論」的時段舉行。
1. 課程介紹:提供實驗操作所需的科學知識,課程內容包含透明導電膜簡介、透明導電膜實例、常用透明導電膜優缺點等。其活動如圖一至三所示。
圖一:講師講解當日課程內容
圖二:說明變色導電薄膜可有效阻擋太陽光
圖三:透明導電玻璃的導電功能測試,通電後可使燈泡發亮
2. AZO溶凝膠的製備與動手實驗:講解透明導電膜之乾式製程與濕式製程方式,透明導電膜在觸控式面板、太陽能基板、及平面顯示器等熱門產業的應用情形。其活動如圖四至六所示。
圖四:說明AZO溶凝膠的製備方法與氫氣熱處理方式
圖五:說明滴管如何設定刻度及AZO溶凝膠的製備步驟
圖六:AZO溶凝膠溶液放入超音波震盪機器,使其溶液均勻,並讓學員實際操作
3. 透明導電玻璃的實作活動:分組學員在講師與助教的指導下,進行AZO溶凝膠的製作,透明導電玻璃的塗佈、煅燒、與氫氣熱處理等實驗操作,最後進行煅燒後玻璃片之導電性的測試。其活動如圖七至九所示。
圖七:讓學員進行實驗操作,塗佈AZO溶凝膠液於玻璃表面
圖八:塗佈後玻璃的高溫煅燒與煅燒後玻璃片進行氫氣熱處理
圖九:以三用電表測量煅燒後玻璃片之導電性,及四點式探針儀器的使用方法
4. 貴重儀器之介紹:說明X光繞射儀、掃描式電子顯微鏡、低解析度穿透式電子顯微鏡的使用方法與相關數據資料的分析。其活動如圖十至十二所示。
圖十:介紹X光繞射儀的使用方法及數據資料的分析
圖十一:介紹掃描式電子顯微鏡及相關器材
圖十二:說明低解析度穿透式電子顯微鏡影像投影及拍攝結果之影像分析
5. 問卷施測、綜合討論與頒發研習證書:POE學習單後測、透明導電玻璃的科學概念測驗、科學活動學習感受問卷等學習成果的施測。講師進行當日課程的總結,綜合問題之提問與討論,及頒發研習證書。其活動如圖十三至十五所示。
圖十三:後測問卷施測說明及課程總結
圖十四:研習活動總結及互動討論
圖十五:頒發學員研習證書
二、 學員學習成效分析
各梯次的活動名額為50位,採網路報名,額滿為止,皆於一週內報名額滿。此梯次(面板下的秘密:透明導電玻璃)報到人數為預期錄取率的八成,參與學員為26位男生,15位女生。參與活動的學員主要為台南區第一志願(台南一中和台南女中)的學生佔該梯次人數的75%,其他高中生的比率為25%。
(一)透明導電玻璃的科學概念測驗
從科學概念測驗的結果來看,學員的學習成就測驗優良,整體學員的平均成績為84分,台南區第一志願高中學員的平均成績為89分,其他學員平均成績為70分。
(二)POE學習單之分析
藉由學員於POE(預測–觀察–解釋)活動單中前測–預測與後測–解釋之答題比較可以發現,多數學員於活動過程能認識透明導電玻璃的相關奈米知識與概念,舉例如下。
1. POE前測
2. POE後測
POE教學策略在先前的研究中多用於長時間的科學探索活動,然而透過適當的實驗觀察規劃與活動設計,POE策略也能應用於假日科學教育推廣活動,讓學員的學習成果更加具體與豐碩。
(三)科學活動學習感受
科學活動學習感受問卷的結果顯示,學員們對於此次活動是滿意的,整體滿意度為3.2(滿分為4);其中學員對於A.課程小講義、B.透明導電膜的實驗活動,能增加相關微奈米知識、C.活動內容安排,包含:課程、實驗、參觀、D.對於透明導電膜如何應用於科技生活的學習興趣等滿意度較高。
開放性問答的結果顯示,多數學員對於活動印象最深刻的事物是大型貴重儀器的參觀。對於活動的建議則希望能增加實作實驗的操作機會。關於學員回答的結果,舉例如下。
質性晤談的分析顯示,多數學員提到中學實驗課的比例偏低,很少有機會進行科學實驗,更甚而實驗室的許多基本儀器設備都沒有操作過;因此,他們對於營隊活動規劃的動手實驗有著高度的學習興趣。
n 研究結論與建議
POE的活動單有助於學員聚焦於活動當日的主要科學概念的學習。參與活動的學員的學習成就測驗優良,藉由多數學員於POE(預測–觀察–解釋)活動單中前測–預測與後測–解釋的答題比較可以發現,學員們於活動過程能認識透明導電玻璃的相關奈米知識與概念,POE教學策略在先前的研究中多用於長時間的科學探索活動,然而透過適當的實驗觀察規劃與活動設計,POE策略也能應用於假日科學教育推廣活動。
透明導電玻璃的學科知識對於高中生有一定的難度,因此相關科學基本概念的授課是必需的;學員們整體上課的專注度良好,然而分組競賽更有助於提升學生的學習興趣。若可以提供貴重儀器的示範操作,將有助於學員們了解這些儀器的實際功用。學員們對於科學實驗的操作有高度的學習興趣。如何在有限時間、人員編制、課程難度、實驗儀器等條件的考量下,安排更多的動手實驗,及營隊活動後的延伸學習,將是假日科學營隊活動規劃的重要課題。
n 致謝
感謝國科會NSC 100-2515-S-041-001-MY2、NSC 101-2120-S-006 -001計畫經費的補助。
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