臺灣化學教育

2015亞洲化學教育國際研討會：
大會專題演講議題分享

傅麗玉

國立清華大學師資培育中心
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n  研討會簡介與專題演講

第六屆亞洲化學教育國際研討會（6th International Conference on Network for Inter-Asian Chemistry Educators, 6th NICE Conference）於今年7月29日到7月31日於日本東京的日本東京的國立新興科學與創新博物館或稱日本科學未來館（National Museum of Emerging Science and Innovation, Miraikan）舉辦。東京學藝大學（Tokyo Gakugei University）主辦，大會主席是東京學藝大學的鎌田正裕（Masahiro Kamata）教授。在國立臺灣師範大學邱美虹教授的鼓勵與推動下，臺灣化學教育學者、教育部高中化學學科中心教師及優秀高中學生一行37人出席大會。除在地國日本之外，臺灣的團隊是出席人數最多的國家，與會者合影如圖一所示。

圖一：2015NICE研討會與會者合影

（照片來源：http://www.u-gakugei.ac.jp/~nice2015/）

本屆NICE研討會的研討重點，包括學生的概念與概念改變、教學策略、生活中的化學與化學態度、實驗室活動、科展經驗與成果分享、課程教科書的再現。大會的活動包括大會專題演講、口頭發表、海報發表、示範實驗與工作坊，以及高中學生特別活動。研討會的第三天還特別安排東京學藝大學附屬中學的學生化學專題研究交流以及化學教學演示活動（見圖二）。此外，本次研討會邀請與會各國推薦高中生參與研討會。有專門時段安排高中升上台做化學研究專題成果發表，也有海報發表。臺灣有三位高中生上台發表，可說所有與會國家中，臺灣的高中生是最積極表現的。雖然這是筆者第五次參加亞洲化學教育研討會，但是每一次參與都有新的學習與體驗。

   

圖二：筆者參觀學藝大學附屬中學為2015NICE辦理的化學教學演示活動

筆者獲邀擔任本屆研討會的其中一場大會專題演講，同時全程參加三場的大會專題演講。四場專題演講的講者來自四個不同的國家，以不同面向的觀點與途徑，提出化學教育的建議與研究成果。筆者期望透過本文，分享在2015NICE專題演講的學習與議題探討心得。

n  第一場演講／德國Bolte教授

第一場演講是7月29日上午由德國Freie University Berlin（柏林自由大學）的Bolte教授主講「Towards the Enhancement of Scientific Literacy and the Role of Chemistry: Wishes & Necessities（邁向科學素養的提升與化學的角色：願望和必要性）」（見圖三）。Bolte教授認為「強化科學素養」是科學教育的最高目標。在科學教育中這項目標與化學教育的「科學素養」目標有什麼不同的樣貌？如同科學教育的改進，化學教育的改進應該是使化學教育更具吸引力，尤其要能吸引年輕人進入化學的學習。Bolte教授在歐洲以2700位與化學教育領域相關的人士為樣本，以科學素養相關的不同面向問題，探討其「科學素養」與「化學素養」的相關概念、看法以及期望，並且做一些比較的研究。希望能有助於確認到底應該如何努力才能提升歐洲國家的科學素養，或許也能有助於亞洲提升科學素養的工作。

Bolte教授發現發展創意科學教材模組應該有助於加強科學素養，而其中教師是最重要的因素。因此Bolte教授應用一套以科學教師與科學教育學者合作關係為基礎的教師專業發展模式continuous professional development（CPD）（持續專業發展）。在CPD模式下，教師的角色是課程發展伙伴，打破科學教育學者與科學教師之間的隔閡。在歐盟所補助的一個名為「PROFILE（Professional Reflection-Oriented Focus on Inquiry-Based Learning and Education through Science）（透過專業反思導向的科學探究學習與教育）」的計畫下，CPD模式在歐洲數個國家的相關機構試做，結果相當成功。顯示CPD計畫的模式有助於提升教師的專業態度與自我專業效能，有助於提升科學教學與學習成效。

Bolte教授以CPD模式中的一個生物科課程該模組發展為例，該模組是德國柏林的科學教師與科學教育學者合作發展，由科學教師在課堂中進行教學與評量。評量的重點在於檢測學生在經過該模組教學後，是否有更強的科學學習動機。幾年前類似的模組也在德國與日本合作的一個計畫「German-Japanese Chemistry Class of Its Own（德日自有化學課）」實施。這個計畫的成果顯示CPD模式對於日本的化學教育也是有所幫助。

圖三：德國Freie University Berlin的Bolte教授的專題演講

n  第二場演講／臺灣傅麗玉教授

7月29日上午第二場演講由筆者擔任，題目是「Creating a Multicultural Chemistry Learning Opportunity in a Digital World（在數位世界中創造多元文化的化學學習機會）」（見圖四）。筆者首先說明數位科技在當今各領域的影響力已經不容忽視，化學教育必然是無可避免受數位科技的影響。而在多元文化教育潮流中，數位化的化學教育將是化學學習的一種機會。本演講中，筆者提出五個過去執行完成的計畫成果分享，包括「我家門前有大河」、「原住民華碩科教獎」、「飛鼠部落原住民3D科學動畫」、「雲端飛鼠部落科學遊戲繪本」以及「WOLF教學模組產生器」。「2001年筆者成立「飛鼠部落」原住民科學教育網站後，即展開一系列數位學習的教材與學習活動的開發。

在本演講中，呈現主要的幾項活動與教材，包括「我家門前有大河」，該活動邀集新竹市與新竹縣共有的母河「頭前溪」沿岸的七所學校一起進行水質監測。七所學校所在的社區屬不同的文化背景，從頭前溪上游的泰雅族部落、中游的客家族群聚落，到出海口的閩南族群聚落。大家一起監測河水，並定期將監測數據上傳到「飛鼠部落」網站的「我家門前有大河」的專區。該活動促成以學生為主體，專家為輔的科學田野調查，同時原住民族的學生參與後，以其部落水質環境為研究題材，參加全國科展，並獲得獎項。

「原住民華碩科教獎」從2009年開辦至今，已經進入第七屆，是目前全世界唯一的原住民族雲端科展活動。「飛鼠部落原住民3D科學動畫」是2005年開拍。目前已經形成一系列的動畫，正在製作第三季「吉娃斯愛科學」。「雲端飛鼠部落科學遊戲繪本」已經完成六集並上架到Google Play供民眾公益下載，而使用者的反應呈現，該繪本可讀性高，有助於提升民眾學習科學的興趣、幫助大眾瞭解原住民族文化中的自然智慧。「WOLF教學模組產生器」則是筆者長年開發建置的成果，已經上架到「飛鼠部落」網站，供教師隨時取用教學模組，幫助其以在地原住民族文化為題材，設計學科教學所需的教學模組。該演講引熱烈討論，有不少提問，顯然演講內容涵蓋與會專家學者關心的議題。

圖四：國立清華大學傅麗玉教授的專題演講

n  第三場演講／韓國Dae Hong Jeong教授

第三場演講是7月30日下午韓國Seoul National University化學系Dae Hong Jeong教授的演講「Authentic Thinking with Argumentation in Science Class for Fostering Problem-Solving Ability」（見圖五）。在科學課堂中以論證思考活動，培養學生問題解決的能力。針對論證的真實思考（authentic thinking with argumentation, ATA），讓學習者參與認識論方式的思考、反思與討論。ATA採用日常生活議題，以利凸顯問題解決的真實性。對學習科學而言，ATA包含互助的歷程、POE（Prediction–Observation–Explanation）（預測–觀察–解釋）以及DOE（Design–Observation–Evaluation）（設計–觀察–評量）。

Jeong教授以「浮力」與「為下身麻痺患者設計泳衣」為例，整合成為一個ATA模式的小組活動。參與者是一群來自資優生中心的18位九年級生。用Toulmin的論證架構，Toulmin論證架構的過程包括資料（data）、主張（claim）、理由（warrant）、支持（backings）、限制（qualifiers）與反例（rebuttal）。學生要製作錄影、對話錄音、報告與泳衣廣告海報。接著是追蹤協商（negotiation）。學生們是用Claim–Evidence–Reasoning（主張–證據–推理）為工具，進行推理與證據論述，證明（verify）科學正確性。整個活動將「浮力」概念的科學模式擴增到非科學模式。參與的學生在瞭解科學模式後，能建立泳衣的功能性，而且在決定功能後，又能以直覺思考創造出吸引人的設計，讓泳衣功能符合下身麻痺患者的需求，又有設計美感。ATA有助於學生透過合作的方式，共同解決問題並學到真實的科學概念。

圖五：韓國首爾國立大學化學系Dae Hong Jeong教授的演講

n  第四場演講／日本Akira Ikuo教授

第四場演講是日本東京學藝大學的Akira Ikuo教授主講「Making Electronic Textbook Linked with Computer Graphics for College Chemistry Experiment」（見圖六），採用電腦繪圖為大學生設計基礎化學實驗的電子教科書，除了一般電子書的優勢之外，該電子書的最大特色是可以同步呈現化學反應現象的影音、化學反應式與概念，以及相關分子結構的轉變（見圖六）。Ikuo教授示範幾個實例，例如：談到有關雙原子分子的形成，以碘化氫（HI）為例，碘化氫（HI）的氫原子（H）與碘原子（I）碰撞產生HI分子。又如：一氯甲烷（CH3Cl）的羥基化（hydroxylation）反應，也就是用羥基（–OH）取代碳上的氯原子（–Cl）的反應，這可以透過電腦繪圖具體呈現。此外，該電子書甚至還可以具體生動地呈現比較複雜的瓦耳登翻轉（Walden Inversion）的分子結構的構型翻轉。電腦繪圖可以立即呈現化學反應的特性、機制等概念，以及經由球形與棒狀模型或是空間填滿模式呈現電子以及位能改變，同時展示實驗設備操作、實驗的過程與現象。使用該電子教科書，學生可以安全地順利進行實驗。透過這種結合數位圖像的教學，經驗「現象」、「概念」與「分子」三種面向的學習，學生們就能整合可觀察的實驗與不可見的分子世界，深入地學習動態的化學反應機制。

 

圖六：日本東京學藝大學Akira Ikuo教授研發電子書呈現可見的化學反應現象影音、化學反應式與概念圖像，以及具體化的相關分子結構轉變

n  結語

整體而言，四場專題演講之中，有兩場是有關數位教材的研發，有一場是關於論證活動與科學素養，還有一場是教師專業發展與科學素養。顯示數位教材開發是近日相當重要的發展重點。但是從四位講者的論述與研發成果可看到，無論是實體的世界還是雲端的數位世界，無論是以學生為主體的化學學習活動，動手做、探究活動或論證活動等，還是數位教材的研發，甚至教師的專業發展，科學素養、概念學習、問題解決能力、探究能力與思考能力的培育仍然是當今化學教育重要的核心。