大學入學考試與化學評量:學測試題融入化學App的開發與教學 / 陳昭錦、江青釗、廖靜宜

星期五 , 8, 五月 2015 Leave a comment

大學入學考試與化學評量:
學測試題融入化學App的開發與教學

陳昭錦*、江青釗、廖靜宜

國立臺灣師範大學附屬高級中學
*t35116@ntnu.edu.tw

n  「化學尋寶」與學測試題

「化學尋寶」是常見的定性分析實驗,最早出現於遠哲科學趣味競賽中,經國立臺灣師範大學化學系蕭次融教授的研發並積極推廣,屢見於各校或各區的化學能力競賽中,也有許多化學教師發展實驗試題,應用於教學現場中的實作評量。「化學尋寶」這類實驗題材,涉及陰、陽離子的沉澱反應和鑑定分析,有助於刺激學生活用既有的化學知識,並培養學生分析和解決問題的能力。在高中化學或是國中科學奧林匹亞的國手訓練營中,也常列入「化學尋寶」和離子鑑定分析為培訓課程。「離子沉澱反應」是現行高中課綱中《基礎化學》的必修內容,103學年度以前,編於《基礎化學(一)》,屬於學科能力測驗(簡稱學測)自然科第一部分之命題範圍。自103學年度起,因應課綱微調,編於《基礎化學(二)》,屬於學測自然科第二部分之命題範圍。回顧歷年的學測自然科試題,「離子沉澱反應」出現的頻率相當高,單題或題組型式都有,測驗的內容不限於基礎知識,透過命題者的巧思,不僅測驗考生基本的科學知識和概念,進而測驗考生分析、應用與推理的能力。

93年和104年學測自然科試題中兩個代表性題組為例,其試題內容如下「學測化學試題舉隅」所示。這兩個題組分屬兩種類型的化學尋寶,第一種是藉由外加物質(如酸鹼試紙或指示劑等)與未知溶液反應後,從反應結果尋找線索並歸納推理,綜合各項發現完成鑑別。第二種類型則是不使用任何外來物質,純粹由未知溶液彼此相互反應,由反應結果進行推理,此類型較注重對實驗者對各未知溶液性質的掌握及解題策略的有效性。

n  學測化學試題舉隅

93年學測自然科–58-60為題組】

58-60. 有一已磨成粉末的混合物試樣,是由下列六種物質中的數種等量組成:

(A)NaCl                    (B)KCl                 (C)CaCl2

(D)CuSO4(無水)       (E)Na2SO4            (F)Na2CO3

為了要確定該粉末試樣的成分,王同學先查了資料後,自己研擬了一個檢驗粉末試樣的流程圖,並請李老師指導。李老師認為整個實驗都相當安全,基於鼓勵學生多做「探究學習」,同意王同學在化學實驗室中進行實驗,並要求王同學確實記錄實驗過程,並檢討每一實驗的必要性。以下是報告的一部份:

實驗一:用燒杯取粉末試樣約2克,加蒸餾水約100毫升,攪拌後形成無色的透明溶液X

實驗二:在溶液X中加了鹽酸,則見在溶液中陸續產生氣泡,至溶液不再冒氣泡,溶液仍為無色透明(貼上標籤Y)。

實驗三:在無色透明的溶液Y中,滴加BaCl2溶液,即見白色沈澱。

實驗四:繼續滴加BaCl2溶液,至白色沈澱不再產生後,過濾分離出白色沈澱,得到透明的無色濾液Z

實驗五:在濾液Z中,滴入AgNO3溶液,則見白色沈澱,加入稀硝酸,沈澱不溶解。

58. 根據上述報告,原粉末中一定沒有哪兩種物質?(從(A)-(F)中選兩項)。正解:CD

59. 原粉末中,一定含有哪兩種物質?(從(A)-(F)中選兩項)。正解:EF

60.  若王同學只需回答問題5859,你認為王同學不需要做哪兩個實驗?(應選兩項)。正解:DE

(A)實驗一  (B)實驗二  (C)實驗三  (D)實驗四  (E)實驗五

104年學測自然科–9-10為題組】

9-10. 濃度均為0.1 M的五種水溶液,其溶質為clip_image003clip_image005clip_image007clip_image009clip_image011。這五種溶液彼此間的關係如圖2clip_image001圖中每條連線表示兩端的溶液可以發生化學反應,產生沉澱或氣體,均以肉眼就可辨識。請先確定代號1~5是什麼溶液後,回答910題。

9. 已知與溶液2的反應,可以產生氣體或沉澱,則溶液2的溶質是什麼化合物?正解:D

(A)clip_image013  (B)clip_image005  (C)clip_image007  (D)clip_image017  (E)clip_image011

10. 已知與溶液4的反應皆為沉澱反應,且其中有一種沉澱的顏色為黃色,則溶液4的溶質是什麼化合物?正解:E

(A)clip_image013  (B)clip_image005  (C)clip_image007  (D)clip_image017  (E)clip_image011

n  學測試題融入化學App的開發

93年學測試題出現的題組屬於第一類型,在當時令人耳目一新,解題關鍵有二,其一是實驗一中混合物溶於水且呈無色,由此可排除有色離子及共存後會沉澱的組合,其二則是混合物可與酸反應產生氣泡。題目的設計確實能鑑別學生是否具備基本化學概念,進而探測其分析及推理能力。104年學測的題組屬於第二類型,五種未知溶液彼此相互反應,其中一種可與其他四種發生肉眼可見的化學變化,此題組成功將化學尋寶實驗轉化為學測考題,一方面滿足學測試題要求的鑑別度,另一方面則展現引導高中實驗教學的企圖。因應學測自然科試題中實驗題型的多樣化,化學教師除了加強學生的化學知識和實驗技能外,更關心的是,如何協助學生能將課堂所學的化學知識與能力正確地展現在升學考試上。大考中心對學測試題中實驗題型的積極研發,促使教學現場的教師體認實作評量的必要,並亟思如何克服實驗教學的限制。

相信高中化學教師都認同培養實作能力和真實性評量的重要性,然而受限於課綱編製的食譜式實驗與教學時數,且各校提供教師的實驗支援程度不一,再者綠色化學對實驗室藥品減量呼聲日切,有心發展這類能提升學生應用、分析與推理能力實驗教學的老師們,很可能心有餘力不足。有鑑於此,國立臺灣師大附中自然科教學團隊與校內資訊中心合作,102學年度在「信望愛文教基金會」的贊助下,自行研發三款以陰、陽離子沉澱反應為主軸,可供免費下載的化學App,分別為化學尋寶、沉澱查詢機及快打沉澱表,並在103學年度修訂完成後公開上架,參見圖一~圖七。

國立臺灣師大附中發展化學App的構想源自「化學尋寶」實驗,希望藉由雲端題庫突破學校資源及教學時間的限制,讓教師及學生模擬實驗過程,在行動載具的系統中體驗實驗操作涉及的觀察,並據此發展分析、推理能力及解題策略。此外為使學生熟悉各種離子相互反應的結果,透過遊戲方式讓學生充分練習,因此以模擬化學尋寶實驗為主要目標,輔以沉澱查詢機及快打沉澱表,發展寓教於樂的創新教與學模式。研發過程中首先將常見的化學藥品彼此交互作用的反應結果拍攝成影像,建置化學陰、陽離子反應資料庫。進而研發各種難易度的化學尋寶題庫,未知物由三個到八個不等,題型皆為未知溶液相互反應的形式,堪稱具原創性的教學策略及學習模式。

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圖一:化學尋寶(左),圖二:沉澱查詢機(中),圖三:快打沉澱表(右)

(請到國立國立臺灣師大附中自然科團隊「平版專區」下載檔案並安裝。)

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圖四:化學尋寶登入畫面(左),化學尋寶選題畫面1(右)

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圖五:化學尋寶選題畫面2(左),化學尋寶模擬實驗畫面(右)

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圖六:沉澱查詢機登入畫面(左),沉澱查詢機實驗畫面(右)

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圖七:快打沉澱表查詢畫面(左),快打沉澱表遊戲畫面(右)

n  化學App教學與回饋

國立臺灣師大附中自然科教學團隊研發的三款化學App103學年度正式上架後,快打沉澱表下載次數超過1000,其他兩款的下載次數也達500~1000,由此推測學生對於遊戲取向的快打沉澱表接受度較高,需要分析及推理能力的化學尋寶,期待更多化學教師能認同這類設計並協助推廣。筆者蒐集師大附中學生的使用心得如下:

l  可實際了解如何將化學課堂上學到的沉澱表應用在實際的問題解決。

l  比紙筆測驗更有實際操作的感覺。

l  可以反覆練習,不受時間及場地限制。

l  具有挑戰性,可獲得成就感。

l  可以個人獨立進行,亦可團隊合作。

l  可以進行趣味競賽。

l  可訓練解題的思路。

筆者蒐集校內、外教師的使用心得則包括:

l  使學生實驗課程的學習更安全且有效率

l  未知物辨識為學測或指考常考之試題,透過虛擬實驗,提高學生的學習興趣。

l  學生可自主學習,增進學習成效。

l  可以用較有效率的方式培養學生分析及解決問題的能力。

l  不會受限於學校實驗室的支援。

l  節省教師課前準備實驗器材和藥品的大量時間。

l  沒有環保廢液處理之疑慮。

l  可在班級中全班同步進行模擬實驗或課後由學生自行演練。

l  學生可在社群討論解題策略。

l  發揮行動載具之學習成效。

前述教師和學生的心得符合發展團隊的期待,但我們也須提醒教師,此教學模式畢竟無法完全取代實驗室中真實的操作經驗,學生仍應在實驗室實作實驗,化學App只是一種輔助,它可以提升學生學習頻率和效率,但是教師的引導思考和教學鋪陳仍扮演最關鍵角色。國立臺灣師大附中首開風氣之先自行研發化學App,主要目的是結合校內教師的人力和外界資源為臺灣的化學教育盡棉薄之力,提供全國教師及學生化學實驗教與學更有效率的選擇,進而能縮小城鄉的學習資源差距,也期望拋磚引玉,將來可見到更多學校教師願意投入開發行列,共同努力提升學生在化學上的概念認知與實作能力。

 

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