第八期 主編的話 / 邱美虹

星期二 , 14, 七月 2015 Leave a comment

第八期 主編的話

邱美虹

國立臺灣師範大學科學教育研究所教授
國際純粹化學與應用化學聯盟(IUPAC)化學教育委員會主任委員
美國國家科學教學研究學會(NARST)理事長當選人(President-elect
中國化學會(臺灣)教育委員會主任委員
mhchiu@ntnu.edu.tw

六月二十七日台灣發生一件令人相當遺憾的粉塵爆炸事件,原本該是五彩繽紛的彩色派對,頓時成為哀號遍野的災難現場,傷亡人數不斷增加,對社會造成空前的衝擊。在這起意外中,疑似緣起於活動所使用粉末狀玉米澱粉及火源所致,雖然詳細情形還需等檢調單位謹慎查證方以得知,但是讓我們先來談談燃燒三要素:有可燃物、有助燃物、達到燃點的概念。粉末狀玉米澱粉的顆粒細小、當堆疊起來時表面積很小。當噴灑在空中,玉米澱粉粉末分散開來,顆粒的表面積就會增加非常多,原本不可燃的玉米澱粉變成可燃的物質可燃物,加上空氣中的氧氣有助燃物,而且現場有火源達到燃點,在這樣的情況下玉米澱粉粉末就會合乎燃燒三要素而快速且激烈地燃燒起來,造成粉塵爆炸(請觀賞註一的相關影片)。除此之外,有些不自燃的物質,當它的顆粒大小在極為細小的尺度範圍時,亦有可能因摩擦產生火花而燃燒,例如微細鐵粉的自燃,雖然鋼絲或鐵線不能燃燒,但是當在空中釋放極細的鐵粉時,因為此鐵粉已到達奈米尺度的大小,表面積非常大,所以就會出現自燃的現象。若又有火源,則燃燒將更加劇烈。若鐵粉的顆粒不夠細小,則需要火源才能引起燃燒。然而,我們的學習科學有時可能因知其一不知其二,例如:不知粉末狀的玉米澱粉會激烈燃燒,誤以為玉米澱粉粉末是不可燃;也不知用二氧化碳滅火器噴灑玉米澱粉粉末會造成大量的粉塵飛揚,以致表面積增大,而造成快速燃燒,反倒是弄巧成拙,造成更大的傷害。同時,粉塵的細小顆粒對於人體呼吸系統或是心血管也有可能造成不可挽回的傷害;甚至粉塵對於環境所造成的影響,恐怕皆是始所未料的影響了我們居住的環境品質與汙染問題。既是如此,這些事件的慘痛經驗不得不讓我們對於學校教育更加警惕與省思,如何使知識得以活用並與生活情境結合,甚至是跨學科之間的整合與應用、以建立正確的概念,凡此種種實在是科學教育的當務之急。

本期專題以「綠色化學」為主,強調環境保護、減毒、減廢氣物、減進料、低危險物質、減少衍生物、轉化等的概念,以達永續發展的目標(請參見註二)。國內在這方面的努力也是有目共睹(請詳見註三),除化學家透過各種科學方式進行相關研究,在綠色化學教育的落實上也不遺餘力。此次專題計有九篇文章,介紹高中職學校在綠色化學競賽上的成果,以及師生透過動手做科學實驗的經驗分享教學歷程。特別感謝葉名倉教授和繆慧娟研究員積極邀稿與撰稿,以及執行編輯楊水平教授的協助,使本期的內容在綠色化學落實高中職教育的現況與師生共構研究成品的歷程能以多樣的風貌展現在讀者面前,於此特表致謝之意。本期兩位專題主編在其領頭羊的文章中針對高中職「綠色化學(減毒減量)創意競賽」做了詳細的背景說明,並對參賽作品的評審辦法加以闡述,供有意參賽者參考。其次,繆慧娟研究員等作者說明其於2012年起心動念開始設計替代實驗,目前研發團隊已設計14個實驗以減毒和減量為主要概念可用於高中教學上。他們同時指出,在教育部的積極協調與各縣市教育局處主動協助下,使用列管毒化物的學校已由444校遞減為241校,減少了46%,成績斐然。廖靜宜老師和王威傑、周秉滽同學設計微量的沉澱實驗,將記憶性的沉澱表轉化為真正理解的實驗探究活動,實展示活化學習的意義。陳欣怡老師和林聖揚、顏宏宇同學的實驗設計中將高中課本有關化學平衡的實驗從原本具有毒性的硫氰化鉀改成較不具毒性的草酸與鹽酸,同時也將指示劑以無毒性的紫色高麗菜和薑黃來取代。陳恆毅老師與陳怡仁、周育柔、陳冠綺、林千程同學的電解水實驗看似新瓶裝舊酒,但是其所使用的材料皆是順手可得,完全符合綠色化學的原則,譬如使用對環境沒有汙染的紫色高麗菜作為天然酸鹼指示劑、洋菜粉作為水溶液凍結的材質、導電材質是可反覆使用的惰性電極—石墨。陳欣怡老師和陳芊君同學則以改良「過錳酸鉀滴定草酸鈉」實驗出發,將原本高中實驗所使用的過錳酸根離子改為鐵離子,此一改良大大降低反應物的毒性;同時也降低反應溫度,減少能源耗損、以洗米水取代澱粉,達到回收再利用的環保目的。陳怡真、賴惠敏同學和陳振信老師此次得獎作品是探討漂白水中有效氯含量分析實驗藥品減量的可能性。陳振信老師另外也指導劉怡如和黃淑雯兩位學生進行「維他命C含量測定實驗」,以降低濃度、使用量、腐蝕性,以達到綠色化學減量、減廢的宗旨。陳振信老師指出,東部學生雖在學科基礎能力上不如西部的學生,但可塑性高,在適當的引導下,學生其實頗具潛力,這是讓他最感動的地方。最後一篇則是陳弘欽、詹秉澄、陳昭華同學和黃玄智老師的二氧化錳的回收再利用,看似一個簡單的想法,卻需要不懼嘗試錯誤的失敗與擁有意志堅強的毅力方可達成,這一群來自花蓮的學生提到在實驗室總共進行了數百次的實驗,方有些許成果。總之,此次九篇文章的作者,不論是學生或是教師都指出透過做中學,使教與學不再只是書本上的知識和實驗的操作,學生增進溝通表達的能力與技巧,而教師的教學也獲得肯定,師生共同創造win-win雙贏的局面。而面對永續的全球問題,綠色化學中減量減毒等都是不容忽視的議題。

除本期專題外,另外還有一篇特邀稿件以及常態性文章九篇。延續蠟燭的化學史的翻譯工作之後,胡景瀚教授繼續翻譯化學名著,此次以亞佛加厥於1811年《論述關於測定化合物中基本分子的相對質量,以及它們在化合物中的比例之方式》的論文,以饗讀者。此篇論文在被忽略了近50年之久方才受到學界的重視,為科學家在研究之途的孤寂再添一筆!胡教授並在導讀中特別指出亞佛加厥所使用的「基本分子」(elementary molecules)一詞可視為道耳吞的原子。透過(翻譯)經典文章可讓讀者或學習者對化學觀點有更深入的認識,這樣的史料實值得在中學化學教學中進行論證活動以認識化學發展史。除此特邀稿外,常態性文章有傅麗玉教授的化學與粳粽的文章,所介紹的「澱粉糊化」反應是大家所熟悉的概念,但將它與飲食文化結合讓化學更是無所不在。廖旭茂老師帶著學生(陳嬿竹、羅珮綺、林芳瑜)探索多彩紅綠燈的實驗。在紅綠燈變色反應的實驗中他們利用靛胭脂作為酸鹼指示劑(也是一種氧化還原指示劑),以葡糖糖在不同酸鹼、氧化還原環境下多彩顏色的變化,以證明反應速率與C6H12O6NaOH的濃度的正相關性。方金祥教授的微型實驗再次使用取材容易、趣味性高、安全性高的實驗來進行化學減量實驗,其中簡易環保電解裝置,經濟又環保,可供教師參考。同時黃琴扉教授、梁騏霖老師、劉嘉茹教授一文恰與此次綠色化學的主題相契合,利用創意的方式,開發新型環保電池,以取代容易造成汙染與廢棄物堆積的乾電池達到環境保護的目的。黃仲佑老師和周金城教授運用日本佐藤學大師提出的分組合作學習教學法探討五年級學童在水溶液酸鹼概念上的學習歷程。郭芊汝老師等人介紹推廣奈米教育之營隊實施成效,透過實驗展示、動手做、模擬實驗、智慧闖關活動等等,達寓教於樂之效,深受學生、家長、老師好評。最後是由祁明輝老師針對一年一度的國中教育會考自然科中理化部分的試題進行分析,供教師與學生參考。

n  附註

註一:有關塵爆的實驗,提供下面影片給讀者參考。

1.        塵爆,https://www.youtube.com/watch?v=69QD6RBEGhU

2.        [公視-HD]流言追追追粉塵爆炸,https://www.youtube.com/watch?v=5nuxmP5b7Wo

3.        Dust Explosion Using Corn Starch, https://www.youtube.com/watch?v=gLFUlDv8n8M.

4.        Dust Explosions – Cool Science Experiment, https://www.youtube.com/watch?v=jENpGlJ0dzA.

註二:聯合國的永續發展目標,https://sustainabledevelopment.un.org/topics/sustainabledevelopmentgoals.

註三:綠色/永續化學網路資源共享網http://gc.chem.sinica.edu.tw/.

 

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