臺灣化學教育

奈米風華—奈米教育之推廣以奈米營隊為例

柯翠菱¹、楊欣旻¹、郭芊汝^1, *、丁信中^2, *、陳東煌^3, *

¹高雄市立三民國民中學
²嘉南藥理大學兒童產業服務學位學程
³國立成功大學化學工程學系
^1, *chainrule@cc.smjh.kh.edu.tw ^2, *hcting607@gmail.com ^3, *chendh@mail.ncku.edu.tw

n  前言

奈米科技的潮流已經衝擊全球的科學教育界，而奈米科技的掌握和發展也代表了國力的進步（潘文福，2004；吳文龍、徐愛均、黃萬居，2012），故世界各國無不盡力地融入奈米科技相關的知識到教學和日常生活中，增加大眾對此科技的熟悉，以利公眾事務的推行，如英國早期的科普活動（public understanding of science，公眾理解科學）。自從震驚全台的SARS風暴喚醒我國對奈米教育的注意力，促使教育部開始辦理奈米基礎教育推廣活動，我國國家科學委員會自2003年便開始推動一系列奈米相關計畫，而本校三民國中擔任奈米種子學校已逾10個年頭，在推動奈米科技教育上不遺餘力，這十年來我們的奈米團隊辦過100場以上的推廣活動，包括奈米營隊下鄉，科工館的奈米魔法營，其中奈米K-12融入教學的計畫中，國中階段的教材即是由本校師生共同討論編纂而來。推廣對象從小學生、中學生、小學老師、國中教師、家長到一般民眾，深入淺出的講解配合動手做，把深奧的奈米科技推廣到各個角落，深受學生、家長、老師好評。

20世紀以來，自從Deway提倡「Learning by doing」的概念，在科學探究和教學的領域裡我們便相當重視實作的部分，尤其是近年來非制式科學教育逐漸受到重視，NSTA（1999）認為非制式教育包括由營隊、博物館、戶外教學等機構所規劃或發展的一些課程或是實作體驗，而且非制式教育因為能夠與制式教育有互補的作用（Laherto, 2012），故在促進學生對科學的學習興趣和科學素養上也有一定的貢獻（Stocklmayer, 2010；鄭瑞洲、洪振方、黃台珠，2013），故近幾年本校三民國中將奈米活動聚焦於融入教學，成為自然領域教學特色。除了原有的奈米營隊之外，增加了師生合作共同編撰，專為國中生設計的奈米教材，融入奈米教材在校內自然科與社團教學、參加奈米科技教學模組競賽，並於國三會考後舉辦奈米週等活動。

去年本校奈米團隊特地為學生規劃一場奈米科學魔法營，活動內容包含4個關卡：奈米特性介紹、彩蝶效應DIY、奈米碳球模型DIY、趣味化學示範實驗與互動，ITEA（2003）提出科學教育應該強調實作，因為親自動手體驗是最能直接強化科技技能，並且能夠訓練孩子自己發現問題（王郁文，2004），故本次化學示範實驗進行方式採用〝先感受驚奇的化學，之後再藉由互動的討論方式以瞭解原理”，並於本次活動中加入反思的部分以期提高溝通、解決問題的能力及跨領域學習的能力（魏明通，1997；范姜林鳳，2009）。

n  活動流程

本次研習活動對象為國小六年級學生和國中一、二年級學生，奈米課程的三位講師對奈米課程的講授都有相當豐富的經驗，楊水平教授更是演示實驗界的翹楚，課程內容及講師的背景如下，奈米特性介紹：由南區奈米中心種子教師郭芊汝師負責，主要講述奈米的尺度、意義及應用；彩蝶效應DIY：由南區奈米中心種子教師李道良老師講授，主要內容為光的性質（色散、折射、干涉繞射）、光子晶體的定義、蝴蝶翅膀的表面構造及彩蝶效應，最後利用光柵片及透明膠帶進行彩蝶效應的模擬實驗；奈米碳球模型DIY：由高雄市國教輔導團自然領域兼任輔導員蔡志清老師擔任，內容包含介紹碳的家族及奈米碳管的發現、種類、結構、特性還有其應用；趣味化學示範實驗與互動：特聘彰師大化學系楊水平教授主講，內容包含壓縮的鋁罐、阿拉丁神燈、瓶中精靈、大象牙膏、蒸汽引擎、燒不破的紙鈔、薑黃紙上畫圖和寫字及酸鹼龍捲風等主題。

活動開始全體學生先共同參加奈米特性介紹的關卡，並且進行奈米成就測驗與科學學習興趣問卷前測，接下來將學生們分成三組，分別輪流進行彩蝶效應DIY、奈米碳球模型DIY、趣味化學示範實驗與互動這三個關卡活動，每個關卡進行一小時後再進行交換，一共輪流3次，使每個學生可以參與到每一關卡（見圖一），最後再進行奈米成就測驗與科學學習興趣問卷後測。

 

 

圖一：奈米特性介紹（左上）、彩蝶效應DIY（右上）、奈米碳球模型DIY（左下）、趣味化學示範實驗與互動（右下）

由於想知道資訊爆炸的現在孩子們對奈米的背景知識及學習興趣是不是與之前的研究一樣，故今年的營隊除了以往的課程外也加入了科學學習興趣問卷及奈米成就測驗學習單的元素並利用統計方法進行分析，茲就其結果與大家分享。

n  資料量化分析之結果

一、認知測驗和學習興趣分析

本研究使用SPSS20.0統計軟體進行量化分析，首先將全體學生共71人的奈米認知測驗和4科學學習興趣量表進行前後測分析，如表一所示。

表一：奈米認知測驗和學習興趣的前後測

經由成對樣本t檢定分析後發現，參與奈米營活動後，整體學生在參與活動後對學習科學的興趣有顯著性的提升（t = 3.772，p < .001），且對於奈米科學認知之提升也有達到顯著性（t = 3.211，p < .001）。

進一步想知道科學學習興趣量表中包含對課後學習科學之興趣、對科學活動之興趣、參與自然課的興趣以及對奈米科學的興趣這四個面向在活動前後是否有顯著不同，故進行多變量變異數分析（MANOVA），結果發現參與奈米營活動後，學生在對課後學習科學之興趣（F = 25.966，p < .001，η² = .271）與對奈米科學的興趣（F = 9.202，p < .01，η² = .116）有顯著性的提升，且對於對課後學習科學之興趣提升達到高的效果量，而對奈米科學的興趣提升也有中的效果量。

二、學生在對奈米認知的學習成效

此外，為了解舉辦奈米科學營隊之活動的學習成效在不同年級的學生間是否有所差異，便將所有的學生依年級分成三組（6年級、7年級、8年級）進行單變量共變數分析（ANCOVA），如表二所示。

表二：學生在對奈米認知的學習成效

發現在不同年級間學生在對奈米認知的提升上明顯的不同（F(2,67) = 5.42 , p < .05），進一步進行事後比較分析後發現，其中7年級及八年級有顯著高於六年級，但7年級與8年級間未達顯著差異，亦即此奈米營的活動雖然對全體學生奈米認知上皆有顯著性的提升，但國中組又顯著優於國小組。

n  學生回饋單內容之呈現

以下是本次奈米研習活動學生的學習回饋舉隅。

l  這次的課程是我第一次上有關奈米的課，讓我更了解奈米科技是什麼結構，讓我知道原來生活中很多的地方都跟奈米有關，我要繼續學，更了解奈米。

l  我覺得很好玩。原本我完全不想來，但媽媽還是幫我報名了，所以只好「勉強」參加，沒想到上完課之後覺得挺有趣的，也增長了不少知識。

l  上了這堂課，讓我更加了解奈米這個東西，金加變成了奈米，熔點就會變低，真神奇。

l  經過這次參加，我對光有了一些了解，還有奈米碳管、奈米科技、巴克球以及光的彎射。

l  感謝三民國中今天舉辦這麼好的活動，可以讓我了解現在的世界已經發明如此高科技的東西，也可以讓我知道以前的科學家，就已經可以發現如此高深的東西，我們應該要學學他們的實驗精神，讓世界更美好。

l  這個營隊使我更了解奈米，以及有許多實驗，使我對自然科的課程更有興趣。

l  讓我更加了解奈米在生活上的應用，也可以用在醫療上呢！還有很多如：汽車、冰箱等等的。原本覺得奈米沒什麼用，現在解了一些覺得很不可思議。

l  上完這次的課程，我學到了碳60的由來，原來碳60的組法式科學家看到了巨蛋而想出來的。

l  上完這次的營隊後，讓我學到更多有關奈米的知識。以前我只知道奈米是個單位（10^–9 m），但這次我學到奈米科技的應用。

n  結語

從以上的量化分析資料中，可以發現利用舉辦營隊、闖關活動這類非制式教育的方式，對於奈米科技認知與對科學學習興趣的提升確實有其效果，此結果與本校協助鄭瑞洲、洪振方、及黃台珠三位教授在2011年假科工館進行為期一天的奈米營之研究結果相符；此外，本研究也發現奈米營活動的效果對於對科學活動的興趣和參與自然課的興趣這兩個面向中，達到顯著性的提升；而在奈米認知的提升上，奈米營對於全體學生的奈米知識皆有顯著性的提升，但國中組的提昇又顯著優於國小組，可能因為這兩個學習階段，在成熟度上仍有不同，故若日後要舉辦此類活動，可能須針對這點在教學設計方面上加以琢磨。

從整體學生回饋單中的質化資料和認知前測中可知雖然現今的資訊很發達，但可能因為奈米科技在國中及國小的教科書中仍著墨太少，所以學生們對於此議題之素養仍顯不足，這也表示對於教科書中未提及的科普知識，需透過非制式教育的方式來進行學習，藉由制式及非制式教育這兩種方法相輔相成，使學生在學習科學上可兼顧系統性及趣味性。

n  致謝

本研究感謝科技部計畫（MOST 103-2120-S-006-006）經費的補助，和高雄市立三民國中自然科團隊教師參與課程設計及教學，並經本期刊審查委員和編輯委員悉心斧正，在此特致謝忱。

n  參考文獻

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Laherto, A. (2012). Using educational research in the development of science exxhibitions. Paper presented at the Annual International Conference of the National Association for Research in Science Teaching, Indianapolies, IN, U.S.A March 25-28, 2012.

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