臺灣化學教育

2015亞洲化學教育國際研討會：
高中學生大會報告和參與心得分享

廖心妍¹、廖旭茂^{1, 2,} *

^{1, 2}國立大甲高級中學
²教育部化學學科中心
*[email protected]

n  前言

在我（第一作者）的書架上，亮眼奪目的鋁製小巴克承載了在日本參加第六屆亞洲化學教育研討會短暫三天的回憶，卻訴不盡這個夏天所有的美好…..。鋁製小巴克是日本山形大學（Yamagata University）的Yasunao Kuriyama教授在我大會報告後贈送的碳六十組合模型，如圖1所示。

圖1：日本Yasunao教授贈送的碳六十組合模型

這次我感到非常榮幸，能在臺灣師範大學科學教育研究所邱美虹教授的推薦下，擔任臺灣的學生代表之一，在日本東京科學未來館舉辦的第六屆亞洲化學教育研討會（6th Conference on Network for Inter-Asian Chemistry Educators, 6th NICE Conference）大會上發表自己的學習心得，並參加在東京學藝大學附屬中學舉辦的海報展，在這裡和大家分享這趟東京NICE行的經歷與個人心得。

n  高中生代表大會報告

七月二十八日，活動前一天，懷著既忐忑又期待的心情，從桃園機場出發來到達東京的台場，因大大小小的托運的行李中有此行在大會報告上的秘密武器，行程中顯得格外謹慎。到達飯店已經傍晚，出外用完餐後，立即回到飯店惡補隔天上台的講稿。圖2為我的大會報告的秘密武器。

圖2：超級巴克球（Super Buckyball）攝於大甲高中科學館

隔天早上，因居住飯店離科學未來館很近，索性直接步行到未來館，因時間較早，尚未開館營業，我們由員工出入口近到七樓的大會議廳，完成報到手續。大會演講廳是可容納超過300人的空間，此次亞洲化學教育研討會議程的安排除了大會大師演講、口頭報告、實作工作坊、海報展之外，第一次嘗試讓高中學生在大會中發表，此次由日本、韓國和臺灣一共四位高中生代表發表自己的研究學習心得報告。

我這次報告主題是The learning paradise of molecule in Taiwan（分子的學習樂園）。首先用影片介紹了四年前由大甲高中的卓慶良老師與廖旭茂老師（通訊作者）團隊設計，師生協作完成，也是學校最具代表性的化學裝置藝術—搖滾巴克球。球體是以球棍模式呈現，由六十顆紅色的撞球和九十根不鏽鋼棒所組成（分別代表碳六十分子中的碳元素與化學鍵）¹。上下以兩個軸承聯結弧形鋼架，因為可以像地球儀一樣自由地旋轉，故稱為搖滾巴克球。圖3為搖滾巴克球的製作過程圖。

圖3：搖滾巴克師生一起努力的製作過程與成品

接下來，我介紹了學校老師在這方面教學上使用了廣泛最能引起學生共鳴的方法—動手做分子模型，幾種會被老師拿來當作教學用的材料，比如摺紙、串珠和塑膠管模型，茲將上述三種不同材質的巴克球做簡單的介紹。

一、  摺紙巴克球模型

每一個巴克球這是由60張，每邊10公分的正三角形海報紙組合而成，每一張海報紙可按下列方法摺成一個摺紙巴克球的最小單位。

圖4：摺紙巴克一個小單元的製作過程與成品

最小單元的中心代表的是碳原子，旁邊的三個圖出稜角代表的是化學鍵，而只要將這些角按照順序黏在一起，就能組成摺紙巴克球²。圖5為摺紙最小單元和摺紙巴克球完成品。

圖5：摺紙最小單元（左），完成的摺紙巴克球（右）

二、  塑膠管巴克球模型

這是一個模擬分子結構的球棍模型，購自東元奈米科技公司，紅色的塑膠球代表碳原子，白色的塑膠管代表化學鍵，只要清楚分子的構造，很容易就能做出來。這種模型是學生們最容易理解的表示方式。圖6為球棍模型的組裝流程圖

圖6：塑膠管巴克球組裝流程圖

三、  串珠巴克球模型

串珠巴克球與摺紙模型和球棍模型巴克球不同，每顆珠子代表是化學鍵而不是碳原子，因而容易搞混。每顆巴克球是由90顆珠子組成，代表90個稜邊，其中包括12個正五邊形及20個正六邊形。可以兩個不同顏色來代表分子中的單、雙鍵。若以紅色代表單鍵，白色代表雙鍵，則十二個五邊形都會是紅色，白色的球只會出現在六邊形。圖7是串珠巴克球的製作流程。

圖7：串珠巴克的製作過程與成品

根據價鍵原理（Valence bond theory），一個巴克球裡包含60個單鍵（紅色珠子）和30個雙鍵（白色珠子），而碳原子就是夾在3顆珠子排成的三角形之間。圖8是串珠巴克球中的珠子連結及其代表鍵結的鍵數。

圖8：珠子的連結：紅珠代表單鍵、白珠代表雙鍵、3顆珠連接處代表碳原子

n  令人驚豔的超級巴克球

接下來則是整個八分鐘中的高潮，我介紹了遠從2000公里外的臺灣帶來的超級巴克球，當舉起巴克球的那一刻，台下掌聲響起，內心的激盪，低迴不已……

話說去年十二月，學校老師給了我一個想法：巴克球中的巴克球。一顆小串珠巴克是由90顆珠子所組成，而巴克球中的巴克球則是由90顆小串珠巴克球所組成，也就是說要組成巴克球中的巴克球必須用到8100顆珠子。當下因為覺得這個想法很酷，而且我做巴克球也非常感興趣，沒怎麼多想這過程會有多辛苦，純粹在有趣的情況下，就接下了這個挑戰（當然也不會知道自己竟然有機會靠完成這顆球，站在亞洲化學教育研討會的舞台上）。

剛開始覺得很有動力，因為一切對我來說都很新鮮有趣，十分期待能趕快看到成品的樣子；但做了30顆、40顆之後，慢慢覺得累了，其實這是一件艱辛的苦差事，每一顆小串珠巴克球都必須盡可能的鋼性緊密；才能避免90顆小串珠巴克球組裝聯結在一起成為超級巴克球時，因為強大拉力造成球體結構的凹陷，每一顆小串珠巴克球製作時，都必須用力拉扯，甚至多次穿線，才能穩固堅硬，也為了做出一顆顆堅實的串珠巴克球，手指與手心的皮膚長繭，手指上也出現了許多被釣魚線割開的傷口，疼痛異常，加上高中課業繁重，當時腦海中不時出現了放棄的念頭，幸好在老師的鼓舞下，熱情才沒被澆熄，堅持了下來。前前後後共花了三個月左右的時間，完成了那90顆小的串珠巴克球，再花了近3小時，組起那顆大巴克。完成的時候真是一種難以言喻的踏實和成就感。超級巴克球的組裝可參閱如下影片：

（影片來源：Making Super Buckyball, https://youtu.be/dSGkPHI2kNE）

回顧過去，在那三個月裡，除了準備校外的英文演講比賽之外，加上一個看似空泛的目標—超級巴克球，致使課業成績一落千丈，那時除了肢體上的疼痛，內心更承受了極大的壓力。走過那段時光，因為兌現了承諾，發覺自己漸漸可以承擔責任；對於化學多了一些熱情，在學習上多了一分堅持，而在奮戰的過程中所留下的烙印，也讓整段回憶變得更難忘。圖9為巴克球的製作過程。

圖9：小串珠巴克球巴克球製作過程（左），超級巴克球的組裝（右）

n  台上台下

其實能到東京參加NICE研討會，真是機緣，當被告知可以在大會報告時候，感到非常驚喜，但並不緊張。在老師的協助下，從準備上台的簡報PPT開始，依大會規定製作7分半鐘的內容，每一張投影片，應該放甚麼照片、影片，搭配說甚麼話，需要多少時間，原本上台報告會跟以前參加英文演講比賽差不多，只要非常熟悉稿子、記得保持微笑，依樣畫葫蘆及可，但是在準備的過程中，發現並沒有想像中的簡單，稿子雖然可以用英文演講的方式背誦，但並不是一味地把整篇的稿子糊裡糊塗地念完而已，我還必須配合著投影片，放慢說話的節奏，好讓全場了解我所要表達的意思。

到了真正上台的時候，雖然手上拿著小抄，開始以各國問候語問後台下聽眾時，結巴透漏了我緊張的情緒，所幸迎來的掌聲在無意間給了我滿滿的自信，讓我意識到「這是我的舞台」，不是演講比賽，是一個需要戰戰兢兢的怕說錯話的地方；透過精采的影像，我努力地分享過去難忘的學習經驗，台下聽眾也給了我難忘的熱烈回應。雖然整個口頭報告，站在比賽角度看並不完美，但這是一個有別於以往、重要的奇妙體驗；對我來說，也是一個在演說技巧上面有著長足的邁進。圖10為第一作者於台上演說和主席頒獎過程。

圖10：筆者上台大會報告（左），大會主席Kamata教授頒發證書及紀念品（右）

n  意外收穫

除了大會口頭報告，此行最大收穫是可以認識其他國家的新朋友，透過大會精心安排的晚宴、東京學藝大學附中的藍染工作坊，以及學生海報展活動，可以與其他國家高中生們相互交流，連事先在臺灣準備的一些碳二十串珠模型，也成了交友利器，有效拉近彼此間的距離。尤其韓國學生。也許因為年齡相仿，又多是女生，參加的活動大多在一起，甚至住還住在同一家飯店，所以見面的機會很多，雖然有一點語言之間的隔閡，但是她們的熱情多少拉近了我們之間的距離，我們也留下了彼此的聯絡方式。能到日本參加亞洲化學教育研討會，對我來說，真是一個充實又難忘的經驗啊！圖11為參加活動時跟日本、韓國學生交流的情形，以及與Yasunao教授合影。

圖11：藍染工作坊情形（上），海報展交流（左下）， Yasunao教授合影（右下）

n  教師指導心得

此次心妍同學很榮幸能夠代表上台，進行七分半鐘的演說，除了介紹大甲高中在推動「做模型，學化學」課程上所做的努力外，也發表自己獨立完成組裝超級巴克球的心得與感想。心妍同學喜愛動手做實驗，手很巧，同時也是代表學校參加英文演講比賽的選手；超級巴克球的組裝過程中，我（通訊作者）只有擔任「交代功課」的角色，她只要在校慶「化學宅急便」活動前完成組裝即可。這個沒有加分，更不會有獎狀的辛苦任務，對現在大多數的高中學生不具有任何吸引力，心妍卻願意為了這一個微不足道的目標，花了近三個月的課餘時間在上面，讓當老師的我不得不心疼與佩服。六月中旬，當知道可以上台的那一刻起，從討論海報內容、拍照、影像編輯、到字字斟酌地準備演講稿，製作PPT，最後把超級巴克打包帶到東京，上台演說最終贏得滿堂彩止，這一趟偶然的驚奇之旅，終於劃下了完美句點。

「機會是給準備好的人」，美虹教授這麼說著，也因為她的引薦，才讓心妍同學有這麼好的機會，能夠在東京科學未來館的第六屆亞洲化學教育研討會的舞臺上，讓大家看見大甲高中老師的付出，及年輕學生的傻勁。對大甲高中或心妍而言，這份提攜之情，都是永遠感念在心的啊！

n  後語

臺灣有關於串珠分子模型的製作方法都直接或間接師法於國立臺灣大學化學系金必耀教授，有關芙類（fukllerenes）分子串珠模型和90 × 90大型巴克—Sierpinski球的製作，可參考《化學》季刊上刊載的〈串珠分子模型的美妙世界〉³和〈THE BEADED MOLECULES 串珠分子模型的美妙世界〉⁴。至於，由金必耀教授與北一女中師生合作的大型的串珠雕塑—超級珠璣碳球，更是令人驚豔之作，其詳細的製作方法可見《化學》季刊上刊登的〈分子雕塑—超級珠璣碳球的結構與製作〉⁵。

n  參考資料

1.        Buckminsterfullerene, Wikipedia, https://en.wikipedia.org/wiki/Buckminsterfullerene.

2.        Origami Buckyball, Bill Simon, YouTube, https://goo.gl/524oqY.

3.        金必耀、莊宸、左家靜，串珠分子模型的美妙世界，化學，2008, 66, 73-92.

4.        The wonderful world of beaded fullerene, Bih-Yaw Jin, Taiwan, http://goo.gl/8UwJlt.

5.        金必耀，分子雕塑—超級珠璣碳球的結構與製作，化學，2012, 70, 271-279.