第八屆年亞洲化學教育國際研討會指導學生參加與擔任科學志工心得分享

廖旭茂^{1, 2,} *、程慧文¹

¹台中市立大甲高級中等學校
^{教育部高中化學學科中心}
[email protected]

n  前言

NICE結束了，回到學校，這群學生被學校安排在朝會時分享參與國際科學志工的心得，看著一張張流轉的照片，心情不自覺的翻騰起來……故事就從九個月前金城教授拜訪學校後，開始了這場驚奇之旅。指導高中學生在國際研討會的場合上擔任年輕化學大使，分享創新實驗，是一項全新的挑戰與經驗；從動心起念、提議、溝通、協調、布局、設計、籌畫、教育訓練、練兵、上場、到最後的感動，能帶領這一批學生參與整個亞洲化學教育研討會，歷程甚是漫長又精采；心境的跌宕起伏，更是筆墨難以形容的(下圖為NICE活動的開幕式合照)。

圖1：NICE研討會的開幕式合照

回顧臉書，我曾寫下了這些文字，當時的文字真實的傳遞了當時的直接感受！

NICEAGAIN-完攻、完工！

NICE重頭戲結束了，回飯店漱洗完畢，一個人在街頭看到了虱目魚粥的招牌，立馬進去，點了一碗虱目魚肚粥，妄想在熙來攘往的城市裡找到故鄉的滋味⋯⋯

n  上場之前…..

這次參與科學志工大都是在高二修過與東海大學合開的「探索化學」選修課的學生，這個班學生都有比較多的實作經驗；調查後有15個同學願意到台北參加活動，但活動期間適逢學校第一次升高三學測模擬考，這對學生而言有著蠻大的心理壓力，對帶隊老師而言更是一種意志試煉，加上食衣住行各方面上有太多不確定的因素，撐住壓力，聚焦解決各種問題成了首務。還好在金城教授的協助下，確認學生在活動期間可以住宿國北教大的優質宿舍，讓老師們先鬆了一大口氣。

接下來是決定演示分享的化學實驗闖關活動，實驗最重要的是場地，考慮擺攤的地點在活動中心的場地後，經不斷的沙盤推演最後確認四個實驗活動關卡以及一個官能基爬爬樂桌遊關，每個關卡有三位同學擔任關主；實驗的內容都是微型實驗，不需要使用大量用水所以適合在大禮堂進行，而且大多是我最近開發的實驗內容，是偏向微型化綠色化學的實驗設計內容，近幾年也在國際上風行，展示的過程贏得相當多的讚許，印證了「綠色」當道的氛圍。本活動為了吸引來賓來參與而設計了闖關卡，所有人只要過一個關即可蓋章，集滿五個章，即可獲得本校自行開發的桌遊組，下圖為闖關卡設計圖。

圖2：上圖為闖關卡正面，闖關章蓋在容器空白處（本圖由本校黃維靜老師設計）。

n  學生國際交流活動的初試啼聲

在7月29日來臨之前，學校接待了一個越南的交流團，來賓是胡志明市教育大學的師培生，為了讓志工學生們有實際交流的機會，雖然很倉促，不過還是很勇敢的接下這個案子，安排了一場科學闖關的體驗活動，並要求他們一定用英文與對方交流，畢竟月底的活動關係到的不只是個人榮譽，而學生對伸出觸角對外交流展現出異常的熱情，從歡迎會的起手式，到講解科學原理時的賣力演出，最後開心的合照，活動的安排據暨南大學教授轉述，頗獲稱許。會後學生深受鼓舞，各組相互討論的機會增加，該說的、沒說清楚的、有瑕疵的，都主動要跟老師約時間再練習，學生自我要求度明顯提升。下圖為體驗交流活動時的照片。

圖3：台越交流科學闖關活動組圖

n  關卡介紹

上次交流練兵之後，修改部分內容與流程，NICE的關卡內容分述如下：

一、微型離心管中合成奈米磁顆粒

第一關是奈米磁流體關，英名為“Synthesis of magnetic nanoparticles in microcentrifuge tubes”，主要任務是教導闖關者在離心管中合成奈米磁顆粒，合成的磁顆粒在磁鐵的吸引下，如果有明顯的突出峰就算成功；因為反應物的使用量僅滴數，產物四氧化三鐵磁顆粒的共沉澱實驗在離心管狹長的空間中進行，混合的均勻度與否，讓這樣的實驗存在一些不確定的因素，學生必須事先經過不斷的練習，並考慮各種可能的變因，難度不低。闖關的部分學生設計了「搶救喜羊羊」大作戰的趣味活動，在規定時間內利用磁鐵釣竿釣起本實驗的反應物或產物，即闖關成功，下圖是奈米磁關的實作過程照片。

圖4：圖左為奈米磁顆粒靠近磁鐵時產生的變化，圖右為設計的闖關遊戲

二、利用鈷氯錯合平衡製作感溫變色棒

第二關是感溫棒的製作，英名為“Making thermochromic tube via the cobalt chloride equilibrim”，主要的任務是利用氯化亞鈷與氯化鈣兩種溶液，調配出不同顏色的溶液，藉此探討濃度對平衡移動的影響；並利用配置的溶液，注入細玻璃管，製作感溫棒，完成的感溫棒可置入冰、熱水中，觀察顏色的變化，藉此探討溫度對平衡移動的影響。下圖是感溫棒關的實作過程圖。

圖5：感溫棒的製作與測試的過程

三、利用微型電池探索電化學原理

第三關是微型電池關，英名為”Exploring the principle of electrochemistry via micro-electrochemical cell“，主要的任務是讓來賓們利用學校開發的微型電化學電池模組，來量測不同金屬電極組合的電位差；嘗試由關主提供的電極材料，組合出兩組高效能的電池，並點亮LED燈，即算闖關成功。此微型教具是剛研發改良，詳細的製作與教學應用可參考本期2019年九月份刊出的文章：平面型電化學電池的設計與應用。下圖為微型電池關的實作過程。

圖6：圖左為濾紙鹽橋上添加硫酸銅溶液，圖右為串聯兩組電池點亮LED燈的過程

四、綠色蝕刻鑰匙圈製作

第四關為綠色蝕刻關，英名為”Making the key ring via green etching“，主要的任務是引導來賓體驗本校開發的綠色電化學蝕刻教具，不使用強酸的情況下，在一塊方形的黃銅板上，藉由直流電與鹽水，蝕刻出此次活動的LOGO文字，並製作成鑰匙圈，鑰匙圈很有紀念價值，頗受來賓喜愛，相關類似的製作的原理與方法可參考台灣化學教育網站文章¹。下圖為綠色電化學蝕刻關的實作過程。

圖7：圖左電化學蝕刻的過程，圖右為鑰匙圈的完成圖

五、官能基爬爬樂桌遊

第五關為官能基爬爬挑戰關，英名為”Functional Group PaPaGo Board Game“，主要的任務是引導來賓先認識分子撲克牌的設計原則與使用規則，再配合Functional Group PaPaGo桌遊布進行遊戲闖關，最先到達終點者得勝，此桌遊是本校開發用來學習有機化合物，認識分子2D、3D結構的創新教具。關於如何設計與使用可參考科學研習月刊上發表的文章²。新改版的官能基爬爬樂桌遊如下圖所示。

圖8：新版的官能基爬爬樂桌遊

n  活動開麥啦

緊張興奮的時刻終於來了，因為器材繁多，長途奔波不便，阿茂老師前一天自行開車將闖關活動實驗器材、海報以及辦理工作坊所需的材料載到會場安置，做好準備工作。同學則於隔天一早六點由慧文老師帶領搭乘學校租賃的中巴一起前往台北教育大學。

一、闖關活動：

學生們一大早六點集合，由大甲出發，約八點多到達國立台北教育大學會場，同學帶著惺忪的睡臉將行李搬下車，在門口碰巧看到大會的大型看板，在老師的邀請下，開心的在看板前留影，隨即小跑步前往自然系系辦放置行李，接著將各組的實驗器材搬往活動中心，並完成辦到手續後，最後趕忙前往會場參加大會九點整的開幕式。下圖為活動前合影

圖9：活動前匆忙的合影

為不影響正常議程，闖關活動的時程安排在第一天與第二天中午的12點到下午2點，開幕式後同學轉戰大禮堂開始布置，將實驗活動的器材擺置好，接著先提早用午餐，並稍作休息。很快的上午的兩場大會專題演講結束，與會者們陸續返回大禮堂用午餐，學生志工們隨即上場。下圖為各關闖關活動過程。

圖10：各組闖關活動

為激勵同學的使命感與自我要求，行前做了一些心理建設，同學們知道自己代表的不只是大甲高中，自己是台灣唯一上場的科學志工團隊，自己在2天裡將擔任台灣化學大使，向國際友人傳遞，並呈現化學教育方面的實驗創新成果；為鼓勵同學能夠放開心胸，勇於跟來賓互動，我設計了小組間的競賽活動，各組可以主動跟來賓合照、要簽名以及交換名片，但不可勉強來賓，最後按簽名與合拍數量來決定勝負，贏的組別可以獲得老師的神秘禮物。正式上場時，學生剛開始有點緊張，熱身後隨即大展開，努力地扮演自己好化學大使的角色。下圖為各關闖關活動與來賓開心的合照。

圖11闖關活動合影

活動中心下午三點後都是作為海報展會場，所以研討會的人潮湧向會場，7月29日~30日原本兩點結束的活動延續舉行，一直到四點半才結束。

二、晚宴活動

第一天活動後學生的晚餐，原本沒有幫學生報名繳費大會晚宴，但在金城教授的安排下，免費讓志工同學跟所有的與會學者們一起到海霸王餐廳參加晚宴，為了答謝金城教授的好意，活動前學生除練習實驗操作、口語講解外還一起排練了一首歌-The thousand years。參加晚宴的學者們來自四面八方，除了有經常參加的NICE研討會的熟悉面孔外，此次更多了許多第一次參與來自東南亞、南非、美國的學者、老師，雖然彼此間並不熟悉，當晚宴開始時，學生被主持人要求上台熱場，學生在老師要求下，有點靦腆的上場（其實他們有很多隱藏版的歌王、歌后，恨不得掌控麥克風，SOLO歡唱）。學生一上場隨即炒熱現場，同學很主動的把新認識日本的帥哥Yamakawa Haruki帶上台合唱，年輕學子悠揚的歌聲帶給現場的是無敵的青春活力，縮短了人與人之間的距離，也解除了對外在陌生世界人我的武裝，我的血液瞬間熱了起來…

圖12晚宴上的大合唱

第二天的闖關活動在經過晚宴活動的宣傳後，更加熱絡，志工們更加忙碌；海報展活動結束，所有學者參加了閉幕式，為了善後，同學們則是忙著整理實驗器材而未參加閉幕式。第三天是高中參訪活動，學生分別參觀了科教館展出的元素週期表特展，此特展是由臺灣師範大學科教所邱美虹教授策畫，讓學生們大開眼界；十點半後到下午四點則是參觀台北市新北高中，並參加由鍾曉蘭博士所舉辦的美容品DIY活動，以及學生海報展，DIY活動由慧文老師當任翻譯工作，教導各國的學者、老師、學生一起DIY，活動在輕鬆的氣氛下結束；頒完海報獎後，大夥一起行動搭車班鮮少的海線自強號回到大甲，結束三天精彩的活動。

n  學生心得

活動結束，要求學生趁記憶猶新寫心得報告，用心得報告換大會頒贈的志工證明書，茲將學生的心的簡述如下：

昀柔：在這兩天的闖關活動中，聽到最開心的一句話莫過於「你是位好老師！」聽到這句話十分感動，我們的努力別人看到了….當然這一切都是茂茂老師的功勞，沒有您活動也不會這麼成功，聽別組說有些教授想要您的名片勝過遊戲，闖五關只為了您的名片。謝謝邀請我參加的好友們，讓我的高中生涯不留下遺憾。

芷彤：在這次的活動中，我很清楚的感覺到自己與其他人的差距。無論是同樣參加活動的學生，還是志工同學，在面對國外的嘉賓對答如流，精確的做出示範，同時加以註解。而參加海報展的同學更加厲害，除了純英文的海報外，還得面對各國教授的提問。這樣的場面，或許是不夠熟練，常常忘詞，甚至不知如何回答外國老師的提問，說來有點丟臉。在即將到來的高三，及未來的日子中，我會努力充實自己，增強自己的實力，以面對未來的任何挑戰。

光哲：即使當天成功率大約一半一半，但我覺得關主與闖關者們都度過了美好的時光。在那二天，我看到了因成功而欣喜的表情，好似發現新大陸般興奮的表情，看到因失敗而有點小落寞。其中有位教授，我特別有印象，因為他連續兩天都有來，因為第一天的不成功，所以他再來挑戰一次，我十分佩服這種不服輸的精神。看著一雙雙熾熱的眼神，眼裡散發著熱情。即使眼前的他看來是四、五十歲，但給我的氣息，活力卻跟一位一二十歲年輕人一樣，可能這就是他們對化學的熱忱吧！一路走來，我十分感謝這些老師同學，我們相互幫忙，運用各自的長處完成這樣艱難的任務，不僅顧好各自組別，還會一起幫忙其他組。還有當初邀請我的同學，謝謝他們讓我有機會參加這活動。縱使耗費掉許多玩樂、讀書、社團甚至是模擬考的時間，但我覺得一切都值得了。

育暄：透過參加化學營這個機會，讓我體驗到了不一樣的經驗。在這三天的過程中，不僅僅認識到其他國家的朋友、教授、老師，也讓我有了更大的動力及憧憬了吧！因為看著其他地方的朋友有這些傑出的表現，讓自己對自己的現狀有了更大的期許，期許自己有朝一日也能在自己喜愛的事物上有所成就。其中更加體會到國際語言的重要性了，雖然說很多時候能用肢體語言來表達，可倘若能直接明瞭的說出口來還是比較方便的，所以英文很重要，能說，會聽更重要。很感謝這次的活動讓我有了個難忘的回憶，交到一個可愛的日本朋友；感謝茂茂老師這段日子的細心指導與付出，也感謝夥伴們的互助，大家都辛苦了！

宗諺：從第一次做奈米磁顆粒的失敗，到在NICE上的成功，這中間經過了許多的挫折，像溶液比例到底要是1:2還是3:5？廢液倒得乾不乾淨？磁力突出峰的明不明顯？我們不斷的利用課餘時間不斷的做實驗、測試條件。這三天，我看到了來自日本,韓國甚至還有越南和南非的教授和各國的學生來參加這場化學盛會，精彩的國際化學海報展覽、各場教授的華麗演講。更讓我發現到這世界上也有許多跟我們一樣年紀的人正在為自己的人生奮鬥；因為NICE我有了更廣擴的視野，因為NICE我得到了很多知識，因為NICE我成長了。

宜柔：非常榮幸能參與第八屆亞洲化學教育研討會，感謝主辦單位能給我們擺攤布置活動的機會，在這場活動中，接待了許多來自不同國家的教授、學生，這既能增加我與外國人士交流的機會，也能更了解其他國家對於化學的看法及不同的理解方式，拓展自己對於這個世界的視野。因為這個活動，我們必須分組共同布置不同的遊戲，最能感受到的就是大家的合作精神，以及不分你我他的一家人關係，大家都抱持著有難同當，有福同享的態度，互相扶持，當然最偉大最辛苦的還是我們的茂茂老師，指揮我們每一項步驟順序，替我們準備好所有的材料，在準備前往台北時，還不忘時時的提醒我們，要把我們最好、最棒、最完美的那一面表現出來，不能讓這幾個月下來的熱身準備付諸東流，我們代表的不只是大甲高中，還是台灣！並鼓勵我們，放輕鬆，其實這個活動並沒有想像中的那麼令人緊張，要帶著謹慎及愉快的心情去接待每一位參加者。

翊菲：我覺得這大概是我這輩子高中生涯裡最值得紀念也最有意義的一次活動了。活動過程中，我學得了好多新的東西，也認識了來自越南及日本的朋友；活動期間許多人對我們這組做的感溫棒很感興趣，有來自日本的兩個姐姐看到氯化亞鈷變色驚呼了一聲すごい
((;ﾟДﾟ))，還有來自日本的老師告訴我，她要學起來然後回去教他的學生。謝謝茂茂老師及主辦單位讓我有機會參加到這麼好的活動。

靜如：我負責是官能基爬爬樂關，經過這次的活動，我收獲良多；除了和日本小帥哥交朋友之外，也和許多不同國家的人進行交流。此次的活動也讓我的英文口說有明顯的進步。很高興可以和大家一起參加這個活動，也很開心可以和大家一起留下這美好的記，也希望我們以後還有機會參加。Thank you for the memories that we created together in these three days. Hope to see you again in the future.

淳煜：在這次擺攤活動中，其實比我原本想像中的還要得到很多東西。其中最珍貴的是和許許多多的國內、國外老師以及教授們聊天、交流。像是國外教授，你可能就會了解自己的表達能力的侷限，在聽不懂得情況下該如何想辦法解決。面對國內的老師，那就是你的表達條列要清楚，其中會產生很多想法上的碰撞，比如選用新的材料，或是實驗方式的改善。真的很開心有這樣一個機會，可以參與這個活動。

可妮：我們是微型電化電池關，為了能讓所有的來賓都能體驗這項活動，我們都花上好幾天的時間裁切足量的金屬片與材料，並磨平利邊。過程中與夥伴一起早起，一起努力，一起做實驗，一起互相加油，珍貴情誼是過程中最大的收獲之一。有非常多來自國外的學者來參與這個活動，很開心能跟他們互動、交流，引導他們完成實驗任務，當看到他們利用電化電池點亮LED燈時露出的笑容，內心有滿滿的成就感。

n   結語

持續對外交流，努力跟全世界交朋友是台灣該走的路。

這幾年台灣在改變，各階層的高中向外交流的機會激增，往往造成學校行政一定程度的負擔，但想想如果可以讓孩子多一些舞台，多一些接觸外界的機會，這些辛苦似乎是值得。本次在亞洲化學研討會上的科學闖關活動，感謝金城教授與美虹教授的支持與協助，讓鄉下的孩子有機會接觸到外界，並提升看世界的視野，從中汲取他人的新觀念、新作為；感謝蕭校長與怡君主任全力的支援，讓志工服務工作圓滿成功；最後感謝化學科夥伴，無怨無悔指導同學。科學推廣志工雖說只是一小步，但如果能成功地擔任年輕的化學大使，讓國外的學者、專家驚艷、叫好，不啻讓台灣化學教育的聲望往前邁了一大步。

志工們，老師以你們的表現為榮。

n  參考文獻

1.      廖旭茂、黃維靜(2016)，化學學習新體驗：3D 分子博覽會。科學研習月刊，55(7)，36-44。網址：https://www.ntsec.gov.tw/FileAtt.ashx?id=3084。

2.      廖旭茂、黃維靜，行動電化學蝕刻─印台和金屬書籤的製作。台灣化學教育期刊。2014（7），期2。http://chemed.chemistry.org.tw/?p=2174。

第八屆亞洲化學教育國際研討會之高中參訪活動

周金城^1*、鍾曉蘭²

臺北教育大學自然科學教育學系¹

新北市立新北高中²

*[email protected]

n   前言

今年7月30到8月1日舉辦第八屆亞洲化學教育國際研討會(NICE)，而大會於第三天安排高中參訪行程，這是自2009年的第三屆亞洲化學教育國際研討會開始加入的。當時的大會主席東京學藝大學Masahiro Kamata教授安排參與者參訪東京學藝大學附屬中學，當時的活動是由學校老師進行導覽，由各國教授或教師上台到高中班級中進行實驗實驗教學，相當有趣。之後，每屆的亞洲化學教育國際研討會的第三天就會安排參與者到高中進行參訪，並且加入了不同國家高中生一起做化學實驗以及高中生專題海報發表競賽的活動，讓不同國家高中生之間可以有許多學習與觀摩的機會。

n   到新北市立新北高中辦理參訪

於大會第三天上午十點半抵達新北高中，這次能到新北高中辦理NICE研討會高中化學教育參訪活動，大會非常感謝新北高中倪靜貴校長以及化學科教師鍾曉蘭博士的全力支持，讓高中參訪活動得以順進行。創建自1997年的新北高中是一個校園面積大，軟硬體設備均優的學校，校園中有很好的科學教學設備與實驗室，讓來參加NICE研討會的學者，印象深刻。

圖1 到新北高中參訪校門口合影

   圖2 對大會參與者進行學校簡介

n   分組參觀學校的科學教育設施

新北高中校內有一個小型的科學博物館，內容比較多是收集生物與地科的相關模型與材料，可以讓教師在教學時有效利用。之前幾屆的國際化學教育研討會的高中參訪，都是由各校的英文老師負責相關解說。今年的則是由新北高中的教師訓練學生負責英文解說與導覽，這可以給學生很好的訓練機會，增加學生直接參與國際交流活動的機會。

除了小型博物館，還有座可以容納整個班級人的星座投影天球儀，是由新北高中的老師進行導覽解說，利用天球儀可以觀察南北半球的星空與星座，這是需要運用高度空間能力想像的學習主題，但是透過星座投影天球儀可以讓學習變得容易些。

圖5 星座投影天球儀播放室

大家最有興趣的還是參觀化學實驗室，實驗室中12組實驗桌，每一張桌子都有配置兩個水槽，每張桌子的上方都有配置萬向抽氣罩，牆邊還有配置數座通風櫥，因此可以讓學生放心的在實驗室裡進行各種化學實驗。而實驗室講台後方則是有很大間的實驗準備室並與實驗器材室與實驗藥品室相通，讓化學教師在實驗器材準備上相當的方便。化學實驗室相當的重要，若有安全方便的化學實驗場地、充足的實驗器材與設備，化學教育就可設計相當多的實驗活動讓學生進行。化學實驗室也是NICE參與者參觀的重點，想要觀摩學習各國在化學實驗室上的設計與安排，作為設計改進的參考。由於整個高中的科學教育設施相當完善，其中一位韓國的高中老師還詢問說這是一所私立學校或是特別的科學高中嗎?當我們告訴他們這是一所一般的公立高中時，他們都表現出非常訝異的表情。

圖6 化學實驗室

n   化學實驗DIY活動

七月的下午天氣是是相當炎熱的，若所有人到化學實驗室做實驗，可能會很會流很多汗。新北高中很貼心地將中午的午餐場地、下午的化妝品與乳液的DIY製作活動、高中生化學海報發表都安排在圖書館會議室，一方面洗手乳與乳液的DIY製作活動沒有藥品汙染的危險性，另一方面都在相同場地，大家也就不需要再移動位置，而且圖書館會議室是冷氣的。

下午實驗活動是由鍾曉蘭老師負責，她設計了洗手乳與乳液的DIY製作活動，先統一進行基本實驗原理與過程解說後，就進行分組實驗活動。每一組實驗活動，都由一位新北高中學生來負責英文解說帶領小組的其他組員進行實驗操作。新北高中的學生事都已經過訓練，表現得非常好，能帶領大家添加正確的試劑的比例，每人完成一罐洗手乳與一罐乳液並且可以帶回去，與會者都相當的開心。

n   高中生化學海報發表競賽

在實驗過後，最重要的就是高中生化學海報發表競賽，這對各國高中學生來說都是有相當的壓力的。畢竟化學專題研究本身就已經有相當的難度，還要使用英文來進行解說。但是這些上場的學生都表現得相當沉穩，並沒有膽怯的樣子，而且可以和參觀海報者的提問，進行回答都表現都表現的相當好。這次的海報展總共有六組學生報名參展，主要是來自日本、韓國與台灣。我們由日本、韓國與台灣的教授中，各找一位代表來進行評分，再將三個評審的成績加總計算，第一名與第二名都是來自大甲高中的學生獲得，第三名則是來自東京學藝大學附屬中學的學生獲得。很高興台灣的學生表現亮眼，這要歸功大甲高中的指導老師廖旭茂老師願意全力付出的指導學生，才能讓將學生展現出此能力，廖老師每年都有指導學生參與台灣的全國科展活動，也經常得到全國很好的名次，他會進一步鼓勵高中生再將研究成果轉成英文海報，在經過英語發表訓練就可以參與這個競賽活動。其實各國高中生能有勇氣能站在這裡分享研究成果，就已經相當不簡單了。

圖8 各組高中海報作者與參與者互動之照片

n   參訪活動閉幕

隨著高中生化學海報發表競賽頒獎結束，由上午開始的高中參訪活動就結束了，而整個NICE研討會三天的活動也就隨著落幕。自2009年加入高中生參訪與高中生海報競賽，整個NICE研討會就年輕活潑了起來，也打造了一個給專屬給高中生參與國際化學教育學術活動的舞台，而高中化學老師扮演了一個很重要的關鍵角色，就是要如何將學生推上這個國際的舞台。亞洲化學教育國際研討會經過大家多年的努力，搭建出了這個專屬高中生展現化學學習成果的舞台，希望更多的化學老師能夠注意到這個舞台，幫助學生躍上這個舞台。

圖9 下午四點半離開新北高中前的中庭合影

n   結語

目前國內高中接待國際參訪工作愈來越頻繁，也顯示教育部推動國際交流具有相當的成效。由於台灣越來越重視英語教育，所以高中生的整體英語能力相較於以往有顯著提升，而且有些高中學生就已經可以通過中高級的英語檢定，使用英語進行溝通與表達已完全沒有問題。因此高中老師會訓練這些英語能力較佳的學生，擔任國際參訪工作的接待或導覽解說人員。這次的亞洲化學教育國際研討會接待、導覽與帶化妝品DIY實驗工作，就是由新北高中學生來直接負責的。早期的各國高中參訪主要是學校老師扮演主要的導覽與實驗教學活動角色，到這一次已經可以讓高中生來負責部分導覽與實驗教學活動，這是一個很重要的轉變。若能鼓勵學生積極投入化學教育活動，相信可以培養更多高中生在大學選讀化學相關學系，增加未來化學領域的相關工作人員。這次的高中參訪是相當成功的，也讓亞洲化學教育國際研討會的第三天高中參訪的形式有了新的面貌。

第八屆亞洲化學教育國際研討會之場地與議事組準備經驗交流

何慧瑩

國立臺北教育大學自然科學教育學系副教授

[email protected]

• 前言

在本次大會主席周金城教授的盛情邀約下，本系林靜雯、李昆展、蕭世輝和我等四位自然系教授開始投入協助研討會之前置準備工作。林靜雯教授負責投稿與議程相關事宜；李昆展教授負責聯絡與邀請講者事宜；我和蕭世輝老師主要是負責場地借調、布置、報到、場地、議事、以及所有工作人員調度等庶務工作；大會主席周金城教授的工作則是統籌各組之進度，許多找不到人做的事，他都需要自己親自操刀。這次會議雖有些許不足之處，但以我們如此有限的人力完成這件工作，我個人認為大家都為了研討會全力準備了。本篇參與研討會的心得，主要是介紹我和蕭世輝教授所負責的庶務工作，雖然這工作無關乎化學教育研究，卻是研討會能否進行順暢的關鍵，以往很少有人將之紀錄下來。以下我將從會前準備工作和研討會當天特別的部分來說明我們工作的安排。

• 會前進行工作人員招募工作

經費與人力總是所有活動最重要的考量。在大學內舉辦國際研討會活動，設備、場地與人力的支援，比在會展中心與飯店辦理來的容易些。國外的國際研討會經常會辦理在會展中心與飯店，並將整個活動委託會議公司來協助辦理，但是這樣的活動報名費通常收費也會收的相當高。為了讓國內外中學化學老師與學生都可以參與，本次研討會針對高中教師與學生都收費相當便宜，因此在大學內辦理可以省下一些設備與場地租用的費用。而工作人員招募首先要考量的也是經費問題，再來就是要如何吸引學生來參加。由於經費相當有限，除了循一般程序要於活動一個月前聘兼任助理並辦理勞健保並核發費用外，我們另外從國北自然系的大二服務學習課程招募學生，並提出一些可以吸引他們來參加的亮點，然後在Facebook上本系所建立的自然系社群貼出人員招募公告，有興趣的學生就會主動聯繫我，很快地就將工作人員找齊了。

由於七月底暑假宿舍已關閉，非常不容易招募到能來協助的學生，不過我們還是順利招募到16位學生來協助。接著，將學生大致上分6組，訂定各組人員的主要負責工作 。主要的有工作有攝影人員、報到人員、午餐茶敘人員、各分組場次人員、大會主會場工作人員、路徑引導人員與機動支援人員等。為了加強工作人員的識別，我們統一訂製了背心。此外，過去的活動舉辦，常會訂製統一的上衣，但是連續多天的活動衣物換洗不易，而且工作人員也不一定喜歡衣服的材質與設計，因此統一製作背心給工作人員穿著，這樣方便替換與送洗，而且以後的相關活動也可以繼續使用，是比較環保與省錢的作法。

圖一工作人員穿著統一的背心

• 事前的場地與活動流程線規劃及雨天備案
  

重複場勘與模擬各種可能的情況，是準備工作上所必須的。台灣的夏季是經常有颱風的，雨天備案在籌備會討論的時間可能比正式會議流程討論還要長，這是外人所無法了解的。尤其當有戶外活動時，研討會的第一天下午的化學行動車與布袋戲化學實驗表演的戶外表演如何移到有雨遮的地方，還有的第二天傍晚的貓空纜車文化之旅，因為雨天貓空纜車是會停駛的，如何在傍晚時間臨時安排大家到具有台灣特色的室內場地，讓我們傷透腦筋來解決，但這還僅是與雨天備案。若是遇到放颱風假，整個活動要如何因應更是棘手，因為若放颱風假整個學校行政人員都是不在學校的，即使風雨不大整天會議仍將被迫取消，這些問題在籌備會上討論後我們並沒有討論出解決方案。尤其國外的學者已經搭機來台，要延後辦理也是不可能的事，這是在台灣夏季辦理研討會很大的風險。若研討會選擇在大型飯店內辦理，即使颱風天仍可以在飯店內如期舉辦活動，不受颱風假影響。還好我們很幸運的是這三天的研討會天氣晴朗，不需要動用到任何的雨天備案。

圖二各演講與實驗活動的事前整理與檢查工作

•  建立會議工作人員配置表與即時聯繫管道

會議流程細目表是依據會議流程所安排的人員調度表，其中包含需要準備的物品與負責人員。此表中應詳列每一位工作人員在會議當日所處的時間、地點、與工作內容。尤其是人員的移動過程一定要清楚列在工作細目中，以利工作人員能於會議當日確認自己的行程。在安排人員時，一定要有工作人員的休息時間，也就是機動人員，他們在意料之外的事情發生時，第一時間就能進行處理，沒事時就輪流休息。早些年的研討會都會看到工作人員使用耳機與對講機進行聯繫，來解決突發狀況，但是近年來利用手機通訊軟體Line建立即時通訊群組相當方便，我們也利用Line建立聯繫群組。不論是報到處參與者的收據問題、午餐與茶敘加訂、臨時器材的支援、晚宴臨時加桌與增加素食等、要大會司儀臨時宣布事項等，透過Line群組都可以獲得即時的處理，比電話聯繫處理還要更快更有效率，也不需要採購對講機等通訊設備，相當方便。

• 以節省地球資源角度思考會議所需之材料

會議所需之物品相當多且繁瑣，一定要清楚列出各項物品的細目、數量、以及完成時間。當然，由哪誰負責也要清楚標示出來，以利籌備委員會定期開會時確認進度。前置工作包含議程海報、大會提袋、會議手冊、標示牌、大型海報架、海報展示架、名牌、餐卷、簽到資料、收據領據製作等。會議上有些是一次性消耗品，有些是可以保留下來的，我們在會議所需材料製作上，盡量減少消耗品的製作，例如減少場地展架與飄旗製作數量，會議論文手冊也不再印刷出來，放在大會網站上讓大家下載即可。但是將大家比較會留下來物件製作精美一些，例如大會手提袋。

名牌需要放本次會議的圖樣、還有與會者的國家、姓名、職稱、工作單位、報名序號。籌備委員會討論後，決定能把議程和地圖也加入。經過設計之後，我們決定使用1張A4紙製作成兩張名牌，雙面列印之後剪裁。名牌吊帶需要能調整長度，我們也利用吊帶的顏色來辨別國家，因此我們選用了自然系的實驗課所剩餘材料(串珠和珠寶線)來製作，環保又具有特色。

圖三大會名牌的設計與製作

為了讓晚宴和文化之旅卷看起來比較有質感，我們選銅版紙來印製。文化之旅的照片是採用場勘人員於會議前親自到貓空進行場勘時所拍攝的照片。因為製作後的成品很像書籤，所以有些與會者參加時希望我們不要將票卷回收，他們想要保留下來紀念。

圖四大會晚宴的餐券

圖五文化之旅的活動卷

圖六大會手冊提袋是一個高品質的多功能書法袋

• 設計具有台灣特色的客製化小禮品

籌備委員會討論後，希望這次的禮品能具有臺灣的特色，而且還要克服經費的限制。於是我們想到利用系上採購於教學上使用的3D列印機來製作每一位與會者的個人化禮品，於是臺灣造型的鑰匙圈成為首選，我利用臺灣地圖製作鑰匙圈的模板(利用Inkscape軟體)，然後每一位與會者的姓名放在地圖上方，這樣就成了利用3D列印製作的個人化禮品了，並可以選擇不同顏色的線材來加以列印(利用Tinkercad線上建模軟體製作)。每一件都是由我親自逐一列印出來的，大家來報到時拿到有自己名字的客製化禮品都非常的開心。

圖七利用繪圖軟體所建的模型檔  圖八實際由3D印表機所列印出來的圖形

除此之外，在會議前製作的3D個人化鑰匙圈，可能會有姓名列印錯誤需要及時修正，或者是有人想再多做幾個作為紀念，因此，我們也招募了本校教職員的小孩，是兩位國中生與一位小學生，會議之前進行2天的訓練，在會場時已能完全控制3D建模與列印，兩天共客製化約20幾個不同外觀的鑰匙圈。許多參加會議的人都很好奇看到小朋友來幫忙，增添了會場的歡樂氣氛。

圖九於會議當天在大禮堂設置3D個人化鑰匙圈現場處理攤位

• 結語
  

研討會能否順利完成，在於全體人員彼此間的溝通與合作，以及事前的準備工作是否確實進行。我很高興自己能有這機會協助2019亞洲化學教育國際研討會，會議期間雖然很累，但看到自己和蕭世輝教授所規劃的人員調度發揮了作用，整個會議進行得相當順暢，我們都感到無比的欣慰。我相信讓校內與系上的學生參與研討會的事務性工作，可以提供他們學習成長的機會，畢竟系上也不是經常辦理大型的國際研討會，有些屆學生由大一日入學到大四畢業也沒有遇過，相信參與同學們的收穫會比付出的更多，最後感謝各位工作人員相挺，讓會議圓滿成功！

兩岸化學教育高峰論壇:科學探究教學研究與實踐

段曉林

國立彰化師範大學科學教育研究所^1,2

[email protected]*

探究教學在海峽兩岸甚至世界各國已經是如火如荼開展的科學課程重點。但是在兩岸推動探究教學的課程時，或許我們可透過回顧美國發展科學探究課程的歷史，了解探究教學為何如此的重要並提供未來的發展參考。另外，我們也須檢驗探究教學是否可落實在臺灣的教學文化中，在落實中會產生那些問題以及會有哪些的學習成效。以下將依序探討這些議題。

段曉林、靳知勤(2018)回顧科學探究的課程發展歷史，需追溯到美國與蘇聯的太空戰爭，蘇聯的史波柯尼號（Sputnik）在 1957年10月4號升空後，使得美國驚覺科學教育的重要性，自此開始美國國家科學基金會(National Science Foundation, NSF)全力重視科學教育課程的研發，並透過研究科學家如何進行科學實驗活動，歸納出十三種科學過程技巧並融入全美的科學教科書中，使得美國的科學課本在實驗部分開始著重十三種科學過程技巧的培養。1983年提出「國家在危機中」(A Nation at Risk)的報告，之後1985年 2061計畫(Project 2061) 誕生。美國的教育開始重視如何培養全體學生成為具備科學素養的公民，使其能應付生活上或是職場上科學技學與數學的事物。在2061計畫中也界定了科學包含科學的本質，科學的企業，以及科學的探究。此時科學探究已經悄悄的取代科學過程技巧。1996年，由美國國家科學院(National Academy of Sciences)主導下，提出美國國家科學教育標準(National Science Education Standards, NSES)( National Research Council, NRC, 1996)。NSES針對科學探究有如下的界定：

美國國家科學教育標準也針對各年級層(K-4年級，5-8年級，9-12年級三階層)界定科學探究。至此，科學探究課程影響到全美以及日後世界各國對科學探究的界定與重視。例如在5-8年級：A.科學是探究：學生應發展進行科學探究的能力；有能力找出探究的問題；能設計與執行科學的探究活動；能利用合宜的工具以及技術來收集分析以及詮釋資料資；能使用所收集到的證據來描述、解釋、預測和建立模型；能利用邏輯思考與批判思考將證據與解釋連結。B.瞭解科學探究的真意：不同的問題應採用不同的探究方式；現今的科學知識與理解主導科學探究的方向；數學在科學探究過程中扮演重要角色；在探究上使用科技有助於科學探究的精確度；科學的解釋強調證據有邏輯一致的論點、利用科學原理、模型和解釋；科學的進步取決於合理的懷疑科學探究所產生的技術、知識與想法有助於新的探究的發生。由於科學教育標準所提出的探究內涵與本質，對於如何培育科學教師，如何教導學生須具備的探究知能以及扮演重要的角色。這些重要的定義影響世界各國的科學課程目標的界定以及科學教育研究的走向，更影響晚近世界各國新的課程發展目標。

    透過過去二十多年來的科學教育研究已經指出探究教學能提升學生的科學學習成就(換言之特定單元的科學成就測驗成績)，學生的認知以及探究技巧(十三種科學技巧)，問題解決策略，學生在小組中的對話溝通能力，以及進行科學探究的能力，協助學生理解科學概念與主動思考策略。許多的科教研究者側重學生在認知上的學習成效，但是個人開始注意學習者情意部分的學習，因為華人對於學習科學的成績可以卓越，但是對於喜歡學習科學的情意面向的成績在國際評比上相較於認知部分是偏低的(佘曉清，林煥祥，2017)。因此如何幫助學生喜愛學習科學，不放棄科學的學習是重要的目標。

(2005) 研究發現探究式教學提供學生日常生活議題進行探究，可引起學生相當大的興趣進行科學學習，經由動手操作體會科學推理與驗證歷程，進而形成科學知識，培養學生操作與解決問題能力。探究教學實施在化學單元(原子與分子，化學反應速率，酸與鹼)可以提升學生的概念改變，成就測驗，動機改變，但是迷思概念仍會存在(施貴善，2005)。這些結果表示在臺灣的教學環境，不論在短期(一個單元)或長期(一個學期或是一年)的實施探究教學，對學生化學單元以及理化科的表現均有顯著成長。

    接著我們思考，科學教師在落實探究教學時，會遭遇哪一些的問題以及該如何的解決。筆者帶領國立彰化師範大學教學碩班生(在職的科學教師)進行為期一年的探究教學行動研究，主要目的在探討科學教師在落實探究教學時所遇到的困難以及學生的學習成效。例如：東慶瑋、段曉林、賴志忠(2011)探討如何透過探究教學來提升學生的科學自我效能。研究者發現第一階段遭遇到的問題分別為學生對探究活動熟悉程度、學生學習社群關係與互動、探究教案設計難易程度與師生間對話模式。第二階段發現低自我效能學生僅會進行操作卻不懂基本科學概念。第三階段所遭遇的問題為段考與模擬考影響教學進度。個案教師採行的策略分別為鼓勵學生的能力，自己先進行實驗活動來降低將教學活動中的困難度，教導學生進行合作，藉由學生間互助以解決理化問題，再將困難的核心問題詢問教師。林姝君、段曉林、余忠潔(2011)透過一年的時間來提升一個課後輔導班弱勢低成就生的科學探究能力與學習動機影響之行動研究。第一階段：實施於八年級上學期，個案教師帶領低成就生進入實驗室課程內容分別為溶液、聲音、光學闖關遊戲、熱與能量、認識物質元素。第二階段：實施於寒假輔導期間進行非制式教學－科學博物館巡禮。第三階段：實施於八年級下學期，課程內容分別為酸鹼溶液大調查、氧化還原－物質經燃燒後的變化、肥皂製作、塑膠分類、虎克定律、摩擦力實驗。個案教師實施探究教學所遭遇的教學困境：1.需多著墨於班級秩序上的掌控與經營。2.低成就生普遍專注性不佳，學習意願低落。3.學生沒有從事過探究教學活動的學習經驗。4.較無法獨立操作，需要教師從旁給予較多的關注。5.對於較開放式的學習單內容感到困擾而輕言放棄。6.學生不喜思考，希望老師直接給予答案。7.初期學習單設計內容對學生而言過於艱難。個案教師的反思與解決策略：1.班級經營掌控上儘量營造鼓勵、讚美的良性互動。2.教案、學習單設計更簡單化，問題內容口語化。3.活動設計內容務求與學生生活背景相近或取材於真實生活經驗以求產生共鳴。4.教師本身要強化發問引導技巧。5.運用多媒體設備，或設計情境實施非制式教學活動。根據課室錄影、回饋單撰寫、問卷統計結果與原班教師晤談發現：本研究的參與學生其低層次探究能力表現情形：a.課堂參與、提問、回答問題次數增加。b.實驗操作仍需教師一個個步驟引導，到後期可獨立操作，並自行設計操作裝置。c.原班實驗課的參與度與從事實驗活動的信心增加。d.口頭發表與溝通能力進步但撰寫能力仍顯不足。其次對於高層次探究能力例如：科學圖表繪製、批判思考、運用合理解釋支持。研究發現這些學生尚無法獨力完成探究，仍需要教師提供框架與設計問題口頭引導。對於研究前後成長幅度平均值的面向最高為「表現目標」，其次為「成就目標」。探究其原因為： a.個案班級學生程度同質性高，加上小班教學，教師容易關注到個別學生學習情形(得到較多重視)。b.探究過程同學有較多表現想法或被認同的機會。c.個案班級進行的科學探究活動較沒有課業進度壓力。學生覺得最有成就感：a.解決一個難題且有作出成果時。b.想法被老師同學接受、獲得老師的讚賞。c.實驗操作越來越有信心與不會害怕。

    上述都是探究教學落實在低成就生或是一般生身上，至於資優生的表現如何?王翠妃(2008)的研究在於探討資優生透過科學探究學習活動，學生在科學推理能力上的成長情形。本研究的學生為個案老師的學校資優班學生，男生18人、女生10人，共28人，並將學生分為六組，觀察學生歷經一年半的探究教學歷程，其科學推理與創造力的轉變情形。個案老師選定學生國二上至國三上三個學期各兩個單元（共六個單元）進行錄影、錄音、及文件收集，以瞭解學生在一年半的探究教學過程中推理類型的轉變情形。探究教學後，學生在科學創造力的成效： 1.學生在論述的過程，針對其所提出的點子，解釋能力提升許多，經由學生實驗考試（兩個問題）論述過程的字數統計，發現學生對於自己組內所提出的點子，想嘗試以更詳細的敘述來說服研究者其想法的合理性。2.學生邏輯推理與謹慎性增加，且可應用的科學知識範圍也加廣。3.從實驗考試中，可觀察出學生在實驗設計的點子上，產生點子的速率增加。4.由單元一至單元六，學生採用推理類型的增加。推理類型呈現階層性轉變，由推論式推理à分析式推理à對話式推理à評價式推理à統整式推理。

    由上述臺灣中學科學教師所進行的一系列行動研究結果，可以看出探究教學確實能對各種程度的學生均有幫助，不但如此學生的學習動機也有提升。當學生的學習動機增加，他們才能持續保持對科學的學習熱情，最終成為具備科學素養的公民。其次，探究教學要落實在課室中，其實遇到的問題不少，因此如何提供持續的支持系統，幫助科學教師解決困難，探究教學才能真正持續落實在科學教師的課室教學中。最後，由美國科學探究課程的沿革中可看出每一個時代的學者專家對探究的定義不盡相同，從非常科學家導向的實驗活動，漸漸轉變為透過生活中的議題找出探究的問題，進而培養學生探究思考的相關能力，這些都是在探究課程的發展歷史中可發現。因此，或許每一位教師或學者對何謂探究的定義不一，但是如何依據自己的文化情境、生命經驗、以及政策的要求找出符合自己學生所需求的探究能力是較為重要的任務。相信隨著時代的脈動，探究會一直成為科學課程的重點。

參考文獻

王翠妃(2008)。探究教學對國中生創造力及科學推理的影響。未出版之碩士論文，國立彰化師範大學教學碩士班論文，彰化市。

東慶瑋、段曉林、賴志忠(2011)。以探究教學提升中學生自我效能之行動研究。文章發表於中華民國第二十七屆科學教育學術研討會。國立中山大學。高雄。

林姝君、段曉林、余忠潔(2011)。探究式教學融入攜手計畫提升弱勢低成就學生科學探究能力與學習動機之行動研究。文章發表於中華民國第二十七屆科學教育學術研討會。國立中山大學。高雄。

段曉林、靳知勤(2018)。科學課程中科學探究與實作的發展歷史。黃政傑、吳俊憲、鄭章華(主編)。分科教材教法問題與展望(137-146)。臺北：五南書局。

施貴善 (2005)。探究式教學對理化學習環境及學生學習動機的影響。未出版之碩士論文，國立彰化師範大學教學碩士班論文，彰化市。

蔡執仲、段曉林(2005)。探究式實驗教學對國二學生理化學習動機之影響。科學教育學刊，13(3)，289-315。

National Research Council. (1996).National science education standards. Washington, DC：The National Academy Press.

Tuan, H. L., Chin, C. C., Hsieh, S. H. (2005). The development of a questionnaire to measure students’ motivation toward science learning. International Journal of Science Education, 27(6), 639-654.

兩岸化學教育高峰論壇:教師模型、建模內容知識與建模本位教學內容知識之發展

林靜雯

國立台北教育大學自然科學教育學系

[email protected]

緒論

模型(model)與建模(modeling)是科學發展的重要元素，也是科學學習中不可或缺的認知與能力(Coll & Lajium, 2011)。即將實施的十二年國教因應國際潮流，將「建立模型」納為探究能力下重要的學習表現（教育部，2018）。在教室中，教師是教、學活動的主要引導者。如何增進學生模型與建模的後設知識以及建模實務(modeling practice)能力以進行科學活動，教師對模型內容知識(content knowledge of models, MCK)、建模的內容知識(content knowledge of modeling, MingCK)和教學內容知識(modeling-based pedagogical content knowledge, MPCK)便是影響學生學習品質的關鍵。而如何設計相應的課程，培育職前或在職教師的MCK、MingCK與MPCK便是科學師資培育者重要的責任。

教師模型與建模內容知識與教學內容知識之相關課程研究

Henze、van Driel與Verloop (2007)認為在科學師資培育課程上，應該重視教師CK與MingCK之培養，並引導這些未來的教師增進PCK，使之在教學技能上能重視如何引導學生討論科學模型的功能、特徵及相關建模活動。在CK部分，僅有少數研究探討一些相關介入所造成的改變。例如：Crawford與Cullin (2004)為14位職前中學科學教師設計Model-It的建立與測試課程（4次，每次3小時）。研究發現受試教師變得較會使用建模的「語言」，但對於科學建模仍然存有不完整的理解。另言之，就短時間而言，Model-It能增進教師對科學模型與建模能力的理解，但對於提升其科學建模能力之功效則仍有限。Valanides與Angeli (2006, 2008) 的研究介紹了兩個大約2.5小時使用Model-It的短教學介入來訓練職前教師設計模型相關的科學課程，所使用的檢測判准包含：1.所建立的模型是否有正確的結構、2.模型是真實或質樸的(real or naïve)、3.是否將探究或表達建模的經驗整合到所設計的科學課程中(Bliss, 1994)。研究結果顯示Model-It有效地支持了職前教師首次建模經驗，使他們能夠快速建構和測試他們的模型，並具可行性。然而，根據結果顯示，教師需要廣泛的學習經驗，以全面了解科學的科學建模過程。因此，師培教育者應謹慎考慮在師資培育階段如何發展教學模式來引導教師增進模型與建模的內容知識，此外，亦須考慮整合模型的使用到相對較為長期的教學實務過程中。

Justi與van Driel (2005)由四個領域：個人(personal)、外在學習活動(external)、實務轉化(practice)、以及結果(consequence)來分析5位教師參與模型與建模實務研習（4次，每次3小時）後，在CK、課程知識(curriculum knowledge)以及教學策略上面的成長。CK部分包括：什麼是模型？建模歷程及建模過程的因子；課程知識部分包括：教師的課程知識以及科學教學時，科學模型的本質。最後一個向度則包括教師所使用之教學模型的目的、建立、使用和建模教學活動的規劃。值得注意的是，他們也將有關學生建立模型的知識歸於此類。最後，Justi與van Driel 建議如要進行教師模型與建模實務之專業成長應1.在設計外部活動時，知道教師模型與建模相關的CK、PK與PCK上已有的知識，並著重在這些知識相應的特徵跟教師討論。2.所設計的活動必須跟教師現在正在進行之模型與建模的教學實務相關，並且挑戰他們去分析其教學實務是否符合模型與建模的精神。3.課程必須很清楚地讓教師經驗提升其學生學習的元素。4.要提供相關的教學實務讓教師知道建模活動如何設計。5.教師必須有機會在他們的教室使用新知識。6.專業成長活動結束時，要提供機會讓老師們反思諸如：哪些活動設計最能促進學生學習？學生學到什麼？沒學到什麼？未來如何改進活動？7.要有明確的點以中介教師的反思。

建模本位師資培育課程的設計及學員表現

根據Justi與van Driel (2005)的建議，本文作者設計建模本位的師資培育課程，並檢視11位修課學員於MCK、MingCK與MPCK三個向度的表現及其影響來源。這11位學員為東部某大學科學教育研究所的碩博士研究生，各自的科學背景殊異（9位理組，包括生物、化學、物理、電機、工業設計。2位文組，專攻語文、特殊教育），研究者依據科學教學年資，將之區分為專家教師(n=6)及生手教師(n=5)，並規劃「課程前」（第1週）進行課程說明與模型本質的前測、「模型與建模經驗分享」（第2-3週）以瞭解學員們於模型與建模相關的CK和PCK上已有的知識，並由教師與學員們之間的相互對話，挑戰學員們對模型與建模教學實務的理解，接著選讀「模型與建模文獻、工具介紹」（第4-10週），而後提供「建模教學範例、文獻及實際設計」（第11-15週），藉以充實學員們模型與建模教學實務的理解，並依據文獻中的重點，跟學員們討論設計相關教學實務時的特徵，及設計的細節。最後，在職教師有教學的場域，但職前教師則缺乏這樣的場域，因此，課程提供「試教及反思」（第16-18週）的機會，讓所有參與的學員有機會在試教過程中使用新知識。為準備這樣的試教，或已經察覺到模型與建模對科學學習的益處，部分學員在試教前，已經先在其教學的班級中施行建模本位的教學，因此，此師資培育課程結束後，每位學員都有相關的教學經驗。而試教過程，所有學員須提供互評，互評的機制除提供教學者具體回饋，也提供互評者本身有分析教學實務的機會。本文作者特別在這五個學習階段皆設立反思的機會，並提供10點信心量表，讓學員們自評其在MCK、MingCK、MPCK的理解及反思心得，研究結果整理成下面三張圖：

圖1 全班、專家教師、生手教師於課程五階段MCK自我信心的表現

圖2 全班、專家教師、生手教師於課程五階段MingCK自我信心的表現

圖3 全班、專家教師、生手教師於課程五階段MPCK自我信心的表現

由上面三圖可知：

一、隨課程演進，學員於MCK、MingCK與MPCK三向度的表現和信心皆逐步上揚。其中以MCK最易習得，而MPCK進步最難。

二、專家教師於MCK、MingCK、MPCK這三向度的表現與信心除了最後於MCK與生手教師相當外，其餘向度，自始至終皆高於生手教師，但生手教師於此三向度的成長幅度則較專家教師大。此外，專家教師自評對這三向度的理解程度及趨勢幾乎一致，但生手教師僅MingCK、MPCK的趨勢較為雷同，且認為這兩向度較難習得。

三、模型與建模文獻、工具介紹，對學員MCK、MingCK、MPCK之理解與表現具有影響，但課堂初始模型與建模經驗分享，以及教案設計過程中同儕的共同討論、設計則對學員們的信心提升較為明顯。其中，專家教師於模型與建模教學經驗分享過程中，獲得對於三向度概念的釐清，信心成長最為明顯，而生手教師則於教案討論與設計過程中因著與專家教師的激盪，信心增強最為顯著。

結論與建議

本課程依據Justi與van Driel (2005)的建議設計建模本位的師資培育課程，學員們雖具有多元的科學背景，但在MCK、MingCK與MPCK的信心與實際表現皆逐漸上揚，這顯示了本課程架構設計的可行性。而這五階段中，教案的設計與試教、模型與建模教學的經驗分享、模型與建模文獻、工具介紹扮演成長關鍵。對專家教師而言，由於這些教師已經有教學的經驗，若能奠基於教師的迷思概念，設計認知衝突的教學活動，將較有助於其教師專業成長。而對於生手教師而言，教案的設計與試教，提供成功機會，加強了生手教師改變教學方法朝往建模本位的教法之信心與信念，其中，同儕討論、互評，增加反思機會，都有助於生手教師深化他們對於建模本位教學的理解。最後，雖然建模本位的教學方式對於專家或生手教師而言，都是陌生的創新教學方法，但依據本文初步研究結果，本文作者建議針對「專家」、「生手」教師培養其熟稔建模本位教學的師資培育課程設計順序或重點應有所不同，有教學經驗的專家需先設計足以衝擊其教學信念的活動，使其體認到原有教法的不足，而對於生手教師則需提供成功的建模教學範例，討論這些範例之所以成功的特徵，並讓生手教師實際設計與執行，而後實際有成功的經驗、能夠看到學生的進步與成長，在這些情形下，將最有助於這兩群不同的教師接受並掌握建模本位教學的精髓並願意持續在其現在或未來的教室中執行。

參考文獻

教育部（2018）。十二年國民基本教育課程綱要國民中小學暨普通型高級中等學校–自然科學領域。臺北市: 教育部。

Bliss, J. (1994). From mental models to modeling. In H. Mellar, J. Bliss, R. Boohan, J. Ogborn, & C. Tompsett (Eds.), Learning with artificial worlds: Computer based modeling in the curriculum (pp. 27-32). London: The Falmer Press.

Justi, R., & Van Driel, J. (2005). The development of science teachers’ knowledge on models and modelling: promoting, characterizing, and understanding the process. International Journal of Science Education, 27(5), 549-573.

Coll, R. K., & Lajium, D. (2011). Modeling and the future of science learning. In M. S.Khine & I. M. Saleh (Eds.), Models and modeling: Cognitive tools for scientific enquiry (pp. 3–21). Netherlands: Springer.

Crawford, B. A., & Cullin, M. J. (2004). Supporting prospective teachers’ conceptions of modelling in science. International Journal of Science Education, 26(11), 1379-1401.

Henze, I., van Driel, J. H., & Verloop, N. (2007). Science teachers’ knowledge about teaching models and modelling in the context of a new syllabus on public understanding of science. Research in Science Education, 37(2), 99-122.

Valanides, N. & Angeli, C. (2006). Preparing pre-service elementary teachers to teach science through computer models. Contemporary Issues in Technology and Teacher Education – Science, 6(1), 87-98.

Valanides, N., & Angeli, C. (2008). Learning and teaching about scientific models with a computer modeling tool. Computers in Human Behavior, 24(2), 220-233.

• 教學成效

利用上述的化學電池心智模式分類方式，將學生教學前後的心智模式分類後將心智模式分佈情形整理於表二，做為討論心智模型分佈情形討論之依據。

「一般教學組」心智模式的分佈情形如表二與圖三所示，教學前，學生的心智模式幾乎集中於「電池概念不完整」高達96.3%，僅有一位同學之心智模式為「電極混淆模式」。透過一般文本教學後，學生的心智模式仍集中於「電池概念不完整」，但比例有下降達55.6%；亦有發展出新的心智模式，即為「電路雛型模式」其比例為25.9%，位居第二。若從圖4-3-0觀察可知，教學前，心智模式多集中於左方的心智模式(初始模式)；教學後心智模式朝右方的心智模式移動(綜合模式)，並且仍可看出教學前後於初始模式由96.3%降低至55.6%；綜合模式由3.7%提高於44.4%，但是，仍未觀察到有科學模式的產生。

圖三　「一般教學組」教學前後心智模式分佈情形

「建模探究教學組」心智模式的分佈情形如表二與圖四所示，教學前，學生的心智模式多集中於「電池概念不完整」高達70.8%，透過建模文本教學後，發現，「電池概念不完整」之心智模式已不存在，並且發展出在前測尚未有的心智模式：電路雛型模式、電路進階模式與類科學模式，教學後所發展出的心智模式其比例皆高於20%。若以圖三的分佈情形來看，教學前集中於左方之心智模式(初始模式)，透過教學朝右方的心智模式移動(科學模式)，並且教學前後於初始模式由87.5%降低至8.3%；綜合模式由12.5%提升至62.5%；科學模式由0%提升至29.2%，可知，透過教學有助於提升綜合模式與科學模式與降低初始模式的比例。

圖四　建模探究教學組教學前後心智模式分佈情形

由上述心智模式的分佈情形可提出以下三個現象：一、教學前，學生的概念過於破碎與不完整，因此，大部的學生於教學前皆屬於「電池概念不完整」的心智模式，透過教學，會發現次現象降低情形顯著，表是透過教學有助於學生改善破碎與不完整的概念；二、教學後，皆有助於降低初始模式，提升綜合模式甚至科學模式的比例，此現象正與第一個現象互相呼應；三、透過不同的教學方式，所達到的最高心智模式不相同。

•  教學反思

Schwarz(2009)提出關於建模本位教學將遭遇的挑戰，可分成兩部分，第一部分來自於教師對於科學課程的信念改變，教師必須從僅提供「固定」答案的教學方式，進而轉換成以證據為導向的知識建構方式進行教學，此教師信念的改變為建模教學現今所遭受的挑戰之一；第二部份來自於學生於科學學習中的情形，建模教學即為學生仿效科學家建立模型的過程，其中，科學家透過發表模型，並使用模型解釋或預測，因此，在建模教學中，必須著重於學生「發表」自行所產生的模型，使學生能夠有機會進行「口頭發表」。此兩部分皆為教學活動中極為重要的角色，因此，建模教學能夠落實，必須克服上述的挑戰。以下將提出本教學的反思內容：

一、建模文本與建模本位探究教學促進學生心智模式的改變

        增加不同情境的探究問題與以學生為中心的方式，屬於建模本位探究教學規劃中的一部份。使學生思考不同情境的問題，以及自行選擇探究的主題皆能夠使得學生的心智模式產生更大幅度的變化，並且擁有更複雜的變化情形。根據研究結果，透過建模教學的學生心智模式改變的情形要一般教學明顯。

二、教學內容的改變

        以學生為中心的教學方式，提供學生更多討論與反思的機會。針對研究問題與研究流程，皆由各小組自行討論與決定，與教師溝通後則開始蒐集資料。本研究中以白板的發表的方式，學生可使用各種表徵，發表各組的研究成果，透過小組間的比較與討論，增高了學生經歷模型效化的機會。從心智模式的改變情形可知，多元、彈性且以學生為中心的教學模式，有利於學生發生心智模式的改變，並且產生更為豐富的心智模式。

三、進行長期建模本位探究教學

。

參考資料

Chi, M. T. (2008). Three types of conceptual change: Belief revision, mental model transformation, and categorical shift. International handbook of research on conceptual change, 61-82.

diSessa, A. A., Gillespie, N. M.,& Esterly, J. B. (2004). Coherence versus fragmentation in the development of the concept of force. Cognitive Science, 28(6),843–900.

Gentner, D. (1983).Structure-mapping: A theoretical framework for analogy. Cognitive science, 7(2), 155-170.geology laboratory-based course. Science Education, 92(4), 631-663.

Schwarz, C. V., Reiser, B. J., Davis, E. A., Kenyon, L., Achér, A., Fortus, D., … & Krajcik, J. (2009). Developing a learning progression for scientific modeling: Making scientific modeling accessible and meaningful for learners.

兩岸化學教育高峰論壇:化學模擬實驗軟體在國中八年級理化的探究與實作應用

陳子聖*¹、周金城²

¹臺北市立敦化國民中學

²國立臺北教育大學自然科學教育學系

*[email protected]

• 前言

科學教學的核心之一是幫助幫助學生培養解決問題的能力，無論在「九年一貫課程綱要能力指標」，或是即將實施的「十二年國民基本教育自然科學領域課程綱要」中，都提及探究教學中，教師需幫助學生學習如何具備問題解決的能力。若身為教師能落實平日教學課程中安排學生進入實驗室動手操作，學生才比較有可能藉由實驗操作的過程，培養問題解決的能力。但是由於部分實驗仍具有危險性，過去並不容易讓學生可以自行設計實驗，並自主測試實驗結果。利用商業化的Yenka Science軟體，教師可以設計物理、化學、數學與工程等主題的科學實驗，讓學生在電腦上親自進行科學模擬實驗操作，並且可以讓學生熟悉實驗步驟並收集數據，進而預測實驗可能的結果。

此次教學研究將以4個八年級上學期理化實驗內容，設計Yenka化學模擬實驗，並進一步比較使用Yenka融入實驗教學與一般教學的八年級學生在學習成效上是否有顯著差異。過程中學生約三人一組藉由觸控平板電腦來操作模擬實驗，熟悉實驗步驟並練習預測結果。透過Yenka融入的實驗組與一般教學的對照組進行比較，發現不論國小或是國中Yenka融入的實驗組教學成效都優於一般教學對照組，且成績進步達顯著差異。

• 研究背景與目的

2019年即將啟動的12年國民基本教育課程綱要(簡稱課綱)中的自然科學課程中，規劃每學期至少包含一個跨科單元，實施跨科主題整合的探究與實作學習，其主要目的並不是取代學科的實驗課程，而是讓學生可以動手將想法實際執行出來，以提升學習成效。因此，在本教學研究中，希望藉由Yenka實驗模擬軟體操作，透過學習單內容設計加入引導式探究的內容，以2~3人為一組進行小組討論，幫助學生在實驗過程中培養探究學習能力，並能解決所教師所設計的實驗問題，例如：在原有課本實驗內容中加入不同物質的溶解度觀察，以瞭解溫度上升是否均能增加溶解度等，延伸實驗的廣度與深度，以提升學生的科學學習成效。故本次教學研究目的有二：

1.      利用Yenka科學實驗軟體融入科學教學活動，幫助學生科學成效是否能有所提升。

2.      利用Yenka科學實驗模擬軟體融入實驗課程時，學生所遇到的問題與解決方式。

•  研究設計

為了確認實驗模擬軟體在國中教學效果，我們選擇台北市某國中八年級學生，將自然與生活科技的四個主題的融入Yenka活動，分別是1.密度的測定、2.混合物的分離、3.溫度對固體溶解度的影響、4.氧氣的製備及性質。研究期程共計共 6 週，每周 4 節課，合計 24 節課，教學對象的２班學生均為常態編班，其實驗組 26 人，控制組 27 人，合計 53 人，實驗模擬軟體均採用Yenka
Chemistry，而實驗影片內容採用康軒版電子書所附內容，每次課程進行前，先進行前測，兩組進行相同時間的教學，再進行後測。茲將教學流程說明如表一所示。

表一：每次實驗課程之教學流程

每次實驗均將以上述流程重複實施乙次，其前後測內容選擇與本次實驗相關的試題進行編修，每回施測內容會包含實驗記錄結果的預測及延伸試題，實驗設計內容主要為八年級上學期康軒版自然與生活科技第三冊課本所附實驗教材，部份實驗亦加入延伸課題，讓不同程度學生均能有學習躍遷機會，合計４個實驗標題如下所示：

1. 實驗 1-2 密度的測定

2. 實驗 2-1 混合物的分離

3. 實驗 2-2 溫度對固體溶解度的影響

4. 實驗 2-3 氧氣的製備及性質

教師進行實驗設計過程中，若部分實驗器材無法在Yenka實驗模擬軟體找到相同的物件，會改用其他替代器材配合相同的實驗方法，儘量讓實驗組學生在使用模擬軟體的過程中同步完成課本實驗步驟與練習器材使用技巧，除了可讓學生熟悉實驗流程外，有利於在真實的實驗室中的操作過程更加安全流暢。

• 教材內容

以下僅列出本次教學研究部份實驗模擬軟體的畫面與搭配實驗所設計的學習單截圖，並非全部教學內容，謹供讀者參考，若有意瞭解全部過程及內容，歡迎私訊討論。

學習單設計過程中，教師可以將不同操作變因依據學生學習能力，調整增加可探究的項目，故可藉此進行差異化教學，讓不同學習能力的學生，可在課本既有的實驗教材中，追加挑戰延伸的實驗課題，充分發揮模擬軟體的可再現性與安全性之優勢。

• Yenka融入八年級自然與生活科技教學能提升學生學習成效我們將實驗組與對照組的前後測成績以統計軟體SPSS進行比較，結果如表二所示。

表二：八年級學生融入Yenka活動前後測成績共變數分析結果

使用SPSS 20分析後，確認前測成績具有同質性 (F=1.129, p=.293>.05)，可進行共變數分析。兩組後測成績差異達顯著 ((F=8.709,p=.005<.05) ，顯示實驗組成績優於對照組。

本次教學研究上，參與Yenka融入實驗教學中，有八成以上學生藉由學習單的結構式引導，均可形成模型並解決問題。且透過Yenka融入的實驗組與一般教學的對照組進行比較，發現Yenka融入的實驗組教學成效都優於一般教學對照組，且成績差異達顯著差異。

• 學生回饋內容

全部教學結束後一周內，對實驗組26位學生實施問卷調查，採五等第量表，其問卷內容設計如下：

1.  Yenka科學實驗模擬軟體操作很方便。

2.  我喜歡老師利用Yenka科學實驗模擬軟體所設計的科學實驗。

3.  透過Yenka科學實驗模擬軟體做實驗，可以產生出如同動手做科學實驗的結果。

4.  用Yenka科學實驗模擬軟體做實驗，可以提升我科學學習的興趣

5.  透過Yenka科學實驗模擬軟體做實驗，可以測試我的科學實驗假設。

6.  利用Yenka科學實驗模擬軟體做實驗，可以收集實驗數據。

7.  利用Yenka科學實驗模擬軟體，可以幫助我建立科學模型觀念。

8.  透過Yenka科學實驗模擬軟體，也會像真的動手做實驗一樣，會產生實驗誤差。

9.  我會想要利用Yenka科學實驗模擬軟體，來設計科學實驗。

10.   我喜歡以小組的方式來使用Yenka科學實驗模擬軟體。

11.   我喜歡以單獨個人的方式來使用Yenka科學實驗模擬軟體。

12.   在教室內利用觸控平板電腦操作Yenka科學實驗模擬軟體很方便。

統計作答結果如圖 5 所示，可得知有近8成的學生對於使用模擬軟體融入實驗課程學習，均感到滿意認同。

圖5 實驗組學生使用模擬軟體進行實驗學習之滿意度調查結果

在回饋問卷中，亦進一步瞭解實驗組學生在課堂中利用Yenkadk 科學實驗模擬軟體協助學習的看法，知道學生同意藉此學習方式能預測實驗結果並熟練實驗步驟，可增加學習成就感與提高真實實驗結果的準確性，茲將部份學生回饋單內容呈現，如圖6-1~6-2所示：

圖6-1 實驗組學生在實驗課程中使用模擬軟體學習的看法1

• 整理本次教學研究的學生看法與教學實施過程省思後，可得知模擬實驗軟體融入學習中的優、缺點，分別如表三、表四所示：

表三：模擬實驗軟體融入實驗學習中的優點

表四：模擬實驗軟體融入實驗學習中的缺點

• 教師的教學省思

經由此次教學研究後，細讀學生填寫的回饋單內容與回想教學歷程時，可以觀察到多數學生都喜歡動手做的課程，對於能進入實驗室也都能抱持較高的學習熱忱，只是在以往的教學方法中，通常難以在一堂課中讓學生很快的熟悉該次實驗的流程與操作技巧，經由Yenka實驗模擬軟體融入教學中，讓學生在進入實驗室前有動手做的機會，便能更加熟悉操作中技巧，瞭解可能遇到的困難；而實際上，實驗組學生相較於對照組學生，因為有多一次操作實驗的機會，打破器皿機會變低，所需實驗時間也縮短，對於實驗結果有事先以軟體預測數值，故實驗紀錄的數據也較能符合預期目標。

給有志採用此一方法提升實驗成效的教師夥伴們幾點建議：

1.   學習單設計儘量以表徵可見為主，避免概念性問題。

2.   應善用微觀粒子模型表徵工具，引導建立微觀思維。

3.   前後測試卷設計，不宜直接使用題庫資料，須根據模擬實驗步驟採用更適性化提問。

4.   對照組學生於後測實施後，仍可藉此模擬實驗軟體補充說明加強學習印象。

•  結語

身為教育未來世界公民的教師，已無法只使用板書或精彩的講義教材進行教學活動，若能善加運用影音媒體或電腦科技，讓複雜的現象或實驗結果透過模擬軟體、影片示範，再加上親自動手作的過程，所獲得的資訊量絕非單純講述或書面資料所能呈現，實驗模擬軟體絕對無法取代真實的實驗操作課程，僅能輔助學習者能在接觸具危險性藥品之前，提供安全、有效率且變動性上的便利優勢，教師們要以身作則，喜歡做實驗、設計實驗、探究未知事物，才能激勵學生們在未來不可知的環境中保持挑戰的熱情。

• 參考資料

http://chemed.chemistry.org.tw/?p=27197

2.   康軒書局(2019)。國民中學自然與生活科技第三冊（第六版）。臺北市：康軒。

Chou, C. C. (2017). The Course of Modeling based Inquiry Chemistry and Physics Simulation Experiments for Preservice Elementary School Teachers. The 7th International Conference for Network for Inter-Asian Chemistry Educators, Seoul, Korea. 2017/7/26-28. (oral presentation)

鍾曉蘭

新北市新北高中

新北市化學科課程發中心執行秘書

[email protected]

一、     前言

2018年12月4日新北市化學科課程發中心受國立臺灣師範大學科學教育研究所邱美虹教授邀請，協助辦理「亞太化學教育研討會」同題異構之公開觀課研習，研習由新北高中倪靜貴校長主持開幕，敬邀新北市教育局何茂田致詞，總參與教師與貴賓近80位。參與同題異構的主要教授有國立臺灣師範大學邱美虹教授、北京師範大學王磊教授、華東師範大學王祖浩教授、東北師範大學鄭長龍教授、美國紐約州立大學柳秀峰教授、國立臺灣師範大學化學系張一知教授、國立臺北教育大學周金城教授及林靜雯教授，教師有北京海淀教師進修學校支瑤副校長、東北師大附中孫磊老師、台北市立中山女中曹雅萍老師及新北市立新北高中鍾曉蘭老師。

二、     公開觀課之同題異構

    隨著十二年國教新課綱的發展，近年來，教師社群發展與共同備課(以下簡稱共備)也日益重要，教與學的歷程中有許多需要教師關注的議題，如哪些概念屬於核心概念？學生在不同的核心概念中持有何種類型的迷思概念？不同類型的核心概念適用的教學策略/教學活動/教學評量為何？這些問題都亟待教師們共同研究與解決。

    公開觀課是近年來教師社群共備方式之一，過程包括三部分：說課、觀課與議課。本次公開觀課的概念為週期表與化學反應速率，特別請兩岸具多年教學經驗的四位化學教師，各自以五分鐘說課：如何根據不同的教學鷹架或活動引導學生探究與建構相關概念，接著觀課：進行25分鐘的同題異構教學，在觀課後商請兩岸知名的化學教育專家進行議課(專家點評)。詳細說明如下表1：

表1  同題異構之觀課主題、分享教師及點評專家

(一)        教學設計理念

本次公開觀課引導學生以建模歷程為學習鷹架，經由數據分析的過程以建立週期表中元素游離能的規律性，讓學生在探究活動中，學習分析、歸納數據的邏輯、關聯或規律，以建立質性或量化關係的模型(如概念圖、關係圖或數學關係式)，用以描述觀察的現象，並依建立的模型用以解決問題或預測新的發展。

科學家在建立科學模型時，有一定的思考過程，稱之為建模歷程(Modeling process)(引邱美虹，2016，參見圖1)。概分為四個階段：(1)模型發展階段；(2)模型精緻階段；(3)模型遷移階段；(4)模型重建階段。

(1)   模型發展階段：科學家經歷多次相類似的生活現象後，便開始從先前概念中選擇適當的物件(成份)、或基本模型；再建立所選物件(成份)、或基本模型的關係或結構

(2)   模型精緻階段：利用已建立的模型之關係與結構進行效化，以判斷、檢驗、或比較模型內部的一致性；利用已效化的模型分析問題，並解釋其適當性(數據演算或推理)

(3)   模型遷移階段：能利用已效化的模型應用於相似情境的問題(近遷移)或運用於新情境的問題(遠遷移)

(4)   模型重建階段：當察覺已效化的模型失效，須增加或減少物件(成份)與關係，以修正為新的模型(弱重建)；最後，察覺已效化的模型整體失效，以重新建立為新的模型(強重建)

圖1  建模取向的教學

(二)        公開觀課活動照片

研習當天活動照片見圖2.1-2.8。

(三)        游離能學習單

週期表的規律性－游離能

一、     建立基本概念(發展基本的概念模型，此部分可請學生以小組查詢相關資料後，再行回答問題)

1.      游離能的定義：為移出氣態原子最高能階軌域之一個電子所需的能量(ionization energy ，常簡稱為IE)，而從原子中移出電子其過程必須______能量，為_____熱反應，因此反應熱ΔH ___0。

n 個電子所吸收的能量稱為第二游離能(IE₂)、第三游離能  (IE₃)、……、第n 游離能。

Q1：請同學預測，影響游離能最重要的因素為何？

A：

二、分析數據與效化概念模型(模型精緻)

【表1-1】週期表前20號元素的連續游離能（kJ/mol）

資料來源：C.E Moore,“Ionization Potentials Ionization Limits from Atomic Spectra,”NSRDS-NBS34,1970

Q2：請同學根據上表，比較同一元素連續游離能大小之關係為何？提出可能的解釋？

Q3：根據上表，比較同一族的元素第一游離能大小之關係為何？提出可能的解釋？

Q4：根據上表，畫出第二週期的元素第一游離能與原子序的關係圖。

Q5：根據上圖，同一週期的元素第一游離能大小之關係為何？提出可能的解釋？

Q6：推測出週期表中第一游離能最大的元素為_____，最小的元素為_______。

Q7：第二週期中，第一游離能最大的元素為_____，最小的元素為_______；第二游離能最大的元素為_____，最小的元素為_______。

推論出：同一週期主族元素之第n 游離能以第______族最小，第______族元素最大。

Q8：鹼金屬族在第幾游離能大幅度增加？原因為何？

推論出：

補充資料：過渡金屬元素同一週期從左至右，由於有效核電荷增加不多，原子半徑減小緩慢，故游離能大小相差不大。

＃結論:

影響游離能大小的因素：

四、    結語

這次「亞太化學教育研討會」同題異構之公開觀課為兩岸高中化學教育開啟分享與交流的極佳管道，不僅是學界與高中教學現場的融合，也是兩岸教學方式的分享與交流，讓我們看到不同的教學策略與思維，值得國內多舉辦與老師們多參與這類型的公開觀課，將有助於現場老師們教學精進與教師增能。

五、    參考資料

邱美虹(2016)。科學模型與建模：科學模型、科學建模與建模能力。臺灣化學教育電子期刊2016年1月專刊。

《2019國際化學元素週期表年特展》活動介紹

邱美虹

國立臺灣師範大學科學教育研究所
[email protected]

《2019國際化學元素週期表年特展》為科技部、教育部國民及學前教育署、行政院環境保護署毒物及化學物質局指導，由國立臺灣師範大學、中國化學會以及國立臺灣科學教育館共同主辦，為慶祝聯合國宣布的2019年為國際化學元素週期表年，同時也是俄國化學家門得列夫(Dmitri
I. Mendeleev)於1869年發表元素週期表150年，希望藉由今年一連串的慶祝活動，彰顯化學元素對人類衣食住行育樂、醫藥、能源、科技發展等各面向的貢獻。此特展將從108年6月1日(星期六)起在科教館展出後，將陸續在國內其他四個博物館展出，並將移展到各中學和大學，以共襄盛舉今年化學界的大事。

凡是上過科學課程的人，沒有不知道元素週期表的，而學過週期表的人也都或多或少會知道金屬和非金屬這些元素在週期表中的位置。如今我們看到週期表中的各元素所在的位置似乎是理所當然，但是門得列夫在1869年時是排列63張卡片時發現元素之間的的規律性而建立週期表的，並大膽地對尚未發現的三個元素進行預測，後來這些元素也都被證實他們的存在，這一步使得他的週期表與其他較為保守的科學家所建立的週期表不同且更具前瞻性，雖然現今週期表的排列方式是以原子序為主，有別於當年門得列夫以原子量排列的方式，但無損於門得列夫在科學上的崇高地位與貢獻。

此次特展分為六大展區，展出內容都是精心設計的展品，包含元素方塊週期表、光雕投影、化學元素大事記、化學元素海報、視障者點字元素週期表、女性科學家與週期表、稀缺元素週期表、中學生眼中的週期表、元素文學小品、元素郵票展、擴增實境(AR)和虛擬實境(VR)等。其中有幾項展品特別值得在此一提，如元素光雕投影(魔方118)以中國風的方式呈現元素的特性，這應是是全球首創；盲人點字週期表嘉惠盲人、臺灣學生的藝術創作週期表以及新興科技與化學學習的連結等，同時展品中的稀缺元素週期表更是讓我們必須正視因科技所帶來的化學元素瀕危之衝擊，希望能透過這些展覽品傳遞化學元素對人類科學發展的貢獻、激起社會大眾對化學與化工的正面觀點、建立基本的化學與化工的認識、提高對環境與永續發展議題的關心、積極發展永續化學的行動力，以達到科普傳播與提升民眾科學素養的目標。

  光雕投影創作理念分享——魔方118

演講者：劉育樹導演（光點吉樹工作室）

2019年是為聯合國(UN)公布之「國際化學元素週期表年」，亦是俄羅斯化學家門得列夫(Dmitri I. Mendeleev)提出元素週期表的150周年。正因為元素週期表在人們眼中是西方科學界的產物，因此我們藉由此光雕投影將元素週期表結合中國風，以呈現獨特的東方風格，其中尤以傳統臺灣特色為主。

影片內使用了大量東方元素來結合西方的元素週期表：以風水羅盤的圓形排法替換週期表的矩型排法，除了以圓象徵人類生存之地球，更代表著週期表中的所有元素皆是存在於這個圓中──即地球上。中文字也是東方文化中重要的元素之一，影片中將週期表元素的英文字替換成中文字呈現，其用意在於將熟悉的西方週期表以東方詮釋表達東方對於化學界亦有所貢獻，而非僅止於推崇西方科學。

影片中亦會列舉人類生活中的重要元素，並呈現該元素的材質、顏色或特性等，讓人們認識到生活周遭其實有很多物品都和化學元素有關；此外，象棋是華人世界眾所皆知的棋藝遊戲，透過使用象棋作為化學元素的象徵物，把虛幻的化學元素實體轉化為熟悉的象棋棋子，讓大眾對於艱澀的化學多了一分親切感。而化學元素除了實體化作為象棋外，亦可以真實的進行對弈，透過分類化學元素，區分成金屬及非金屬兩類型來進行對弈。金屬與非金屬之間的對戰、結合呈現出真實的化學反應，生成一個化合物。藉由這些元素象棋之間的對戰、元素結合成的化合物，讓大眾更加了解這些化學元素在日常生活中是多麼地頻繁出現，皆是出現在我們的生活之中。

作為最後一個東方元素，影片中使用廟宇的籤筒，來呈現傳統臺灣風格的週期表。以矩形週期表旋轉收進籤筒，旋轉即是圍繞成一個圓圈，再度使用圓作為世界的概念，而所有的元素繞著圓旋轉，與開頭的圓互相呼應，串聯整部影片並以東方風格收尾。

特展亮點

1. 入口意象

週年之意涵。

2. 元素方塊

展場內打造118個大型元素方塊，方塊每面分別展示該元素之原子序、原子量、化學性質及與該元素相關之歷史、生活、科技等科學資訊。118個方塊將依週期表排序堆砌成巨型元素方塊牆面，錯落有致的立體牆面搭配光雕影片投射，展現化學元素發展歷史、文化脈絡及生活應用，如同一場知識的聲光饗宴，絢麗非凡。場內另陳列有10x10cm比例的小型元素方塊牆面，118顆方塊皆可取出觀賞六面的設計內容，讓知識可以親手觸摸。

　　　　元素方塊(Md)　　　　　　　　　小型元素方塊牆面

3. 魔方118——光雕投影(光點吉樹設計)

邀請國際知名3D動畫導演劉育樹為國際化學元素週期表年慶祝活動精心設計，透過中西合璧的巧思，將西方科學結合中國風，以中藥櫃的概念呈現獨特的東方特色，展現出全新文創概念的元素週期表。

光雕影片內容將以多媒體動畫形式，傳達化學元素如何存在於我們的身邊，並與我們的生活密不可分。全片中英對照，適合全年齡的民眾一同來感受獨此一門，視覺與聲音的饗宴。

光雕影片投影開始畫面

4.  元素大事記
以時間軸方式展示元素週期表中各化學元素，自紀元前至近代間發現年代之大事記，並將各元素以化學性質分類，於右下角加註圖例說明，方便民眾瞭解人類發掘元素的歷史。

(由國立臺北教育大學周金城教授設計之大事記)

5.  稀缺元素週期表
）所繪之稀缺元素週期表繁體中文版，並搭配與化學元素相關的問答，製成互動式掀牌展板寓教於樂，傳達生活中的化學知識以及稀缺金屬的議題，進而促使大眾珍惜資源，以利永續發展。

6.  中學生眼中的元素週期表
由國立臺灣師範大學邱美虹教授發想，臺北市立大直高中林欣美老師、曾茂仁老師，新北市立三重高中張怡婷老師、李雁婷老師，國立臺灣師範大學附屬高級中學吉佛慈老師，及新北市立新北高級中學鍾曉蘭老師指導，帶領各級學校學生所設計的118幅元素繪圖週期表。以活潑生動的藝術形式，將化學元素融入你我的生活。

7. 最古老的現存教室用週期表(現場展示為複製品)

於2014年英國聖安卓大學(University of St. Andrews)整理校內演講廳儲藏室時所發現。此週期表的內容與門得列夫1871年發現的週期表很相似，但已有1875年發現的元素鎵(Ga)、1879年發現的鈧(Sc)，但尚未紀錄1886年發現的鍺(Ge)，故推論這張海報約於1879-1886年間製成，距今已有約140年的歷史，極有可能是現存最為古老的元素週期表。

8. 視障者點字元素週期表

由國立彰化師範大學楊水平教授所發想設計，與校內師生合作重新構思週期表，並製作透明自黏膠片點字，將兩者相結合成世界第一幅針對視障者使用的元素週期表，並於特展內展出，讓化學教育不再侷限於生理，歡迎參觀者皆前來觸摸點字週期表的特殊魅力。

9.   元素海報
張於特展中陳列展示。

10.    化學元素與女性科學家

11.   元素藝廊

       以集郵及文學的角度切入，用藝術的角度呈現化學元素如何與我們的生活緊密結合。現場展示有珍稀元素週期表、名人科學家等紀念郵票及明信片收藏，並分門展示與化學元素相關之台灣郵票；文學小品集則彙集了中外名人與週期表、化學元素相關之箴言，或摘錄的文句，期待以柔性的方式引導民眾親近化學。

12. AR/VR互動體驗

場內設置臺師大邱美虹團隊研發之擴增實境(AR)和虛擬實境(VR)教材互動區。在AR活動區，設有DNA雙股螺旋、極性分子鍵結、有機分子撲克牌和奈米碳管等擴增實境模型，拿起手機下載App，即可觀賞立體化學模型；在VR區則可體驗「雅典學院與大師對談」虛擬實境，內容包括畫作除黴、化學元素分類與配對、電解實驗、氧化汞實驗等互動遊戲。以新型態的科普教材，傳達化學與民眾生活息息相關！

　  AR區奈米碳管教具　　　　　　VR區  畫作除黴遊戲場景

開幕活動

化學元素變變變——實驗演示說明
主題一：應用新型電解水器電解飽和食鹽水與產物身分鑑定
演示講師：臺中市立大甲高中廖旭茂老師
分鐘

十九世紀初期，科學家開始利用電流來進行化學反應，並從化合物分離出元素出來，英國的戴維就利用這個方法發現了鉀、鈉、鈣、鍶以及鋇等元素。電解法是用來提煉元素的最常見方法。

1866年，德國的霍夫曼教授發明的電解水器(Hofmann voltameter)問世，電解器外型似H型玻璃製的聯通圓管，白金電極貫穿橡皮塞，與帶刻度的圓柱形玻璃管底部相連接；玻璃製的材質因為安全性與不方便考量，慢慢被塑膠材質的電解槽所取代的。下圖為新製的電解水器，壓克力容器主體，結合收集氣體的塑膠針筒以及提供產物檢測的三通閥。

本演示將公開自製的新型電解水器進行飽和食鹽水的電解，並分析鑑定陰、陽極產物的身分。新研發的電解水器擁有以下特點：

1.          應用雷射切割技術，壓克力製的電解槽結合塑膠針筒與三通閥，具有組裝容易，不易摔破、攜帶方便的優勢。

2.          以低廉、高強度的碳纖維棒取代昂貴的白金，與易折斷的石墨棒。

3.          陰、陽電極固著於塑膠螺絲上，方便自由拆卸、更換，可提供電解的變因探究。

4.          可用於電鍍反應調查、分析合金相組成、回收有毒重金屬離子、清除有毒有機物、製作可逆式燃料電池。

 主題二：五彩繽紛的焰色反應
演示講師：國立臺灣師範大學附屬高級中學吉佛慈老師
國立臺灣師範大學謝東霖碩士生
分鐘

對大多數人來說，顏色是個容易分辨物質的方式。早在魏晉南北朝時期的《本草經集注》就有記載「強燒之，紫青煙起，仍成灰。不停沸如樸硝，云是真硝石也。」紫色的火焰正是燃燒硝酸鉀所產生的顏色。18世紀德國分析化學家馬格拉夫也成功的用火焰顏色的不同分辨出碳酸鈉與碳酸鉀兩種化合物。而後其他科學家陸陸續續發現了不同鹽類的不同顏色火焰，奠定了焰色分析法的基礎。現在每逢節日就會看到五顏六色的煙火，也是利用焰色的原理。

本演示選擇幾種常見的鹽類，並設計出安全性極高的實驗，展現五彩繽紛的焰色反應：

1.          利用酒精膏的方式，降低實驗過程所帶來的危險性。

2.          教學上除了可探討不同元素在電子躍遷過程的放光現象，酒精膏製作也可用在分子間的作用力相關教學上。

動手做攤位

開幕典禮現場設有四個動手做攤位，10:15-12:15開放體驗，每攤體驗時間大約是5-10分鐘。收集任三個攤位的體驗印章即可兌換限定版特展紀念胸章一枚，一起來實作體驗化學的樂趣吧！

1.元素方塊摺紙（國立臺灣師範大學）

元素方塊摺紙「氧」的樣張

元素週期表已於2015年由第七周期的「气奧」(Oganesson,Og)作為目前元素週期表的最後一個元素。在這些元素中，有我們相當熟悉且應用層面也相當廣泛的元素，也有我們未曾接觸過甚至連科學家都還在尋找特性的元素。化學元素方塊即為邊長6公分的立方體，讓民眾自行摺出一顆立體的元素方塊，並且能夠閱讀各面元素的「化學性質」、「相關實驗」、「生活中常見的狀態或應用」、「發現的國家或科學家」與「臺灣或其他國家文化常見的例子」等特性。

2.元素拼圖（國立臺北教育大學）

以Y（釔）、U（鈾）、LI（鋰）元素拼出玉里的英文名

為慶祝化學元素週期表150週年，科技部選出城市代表車站及相對應的化學元素，以科普列車串連各全民科學週計畫。

其中南花蓮全民科學週計畫負責玉里與光復站。玉里是台灣最大蛇紋石盛產地，蛇紋石的主要成分是氧化鎂，是國內提煉鎂的重要來源，代表元素為「鎂」。光復站因花蓮的好山好水好空氣，則選定「氧」為代表元素。鎂燃燒時會與氧氣發生反應產生氧化鎂(MgO)，並產生強光，氧化鎂也是糖廠製糖時的脫色劑以及製冰時pH的調控劑，與光復著名的光復糖廠相互呼應。光復與玉里兩站代表元素的結合形成氧化鎂，代表兩車站交接與傳承。

計畫為此特別設計與在地連結的元素拼圖，其正、反兩面各有12個圖案，共24個圖案。透過折疊，每4個圖案，可以形成1個故事，分別呈現：鎂、氧、玉里、光復馬太鞍、元素週期表及國際週期表年IYPT共六個故事。

開幕當天邀請國立臺北教育大學擺設元素拼圖體驗攤位，讓民眾可透過動手製作拼圖來了解化學元素及家鄉的故事，提升科學學習動機與興趣，一起愛鄉土也愛科學！

3.元素拼豆樂x創意週期表（國立臺灣師範大學附屬中學）

180顆拼豆拼出週期表

2019年是值得化學人慶祝的日子，國立臺灣師大附中吉佛慈老師特別把今年在校慶設計的「串起元素大家族，拼出創意週期表」動手做活動，搬到國立臺灣科學教育館的國際化學元素週期表年特展開幕現場，希望讓現場參觀民眾能藉由組合10種不同顏色的拚豆，製作自己專屬的紀念拼豆週期表，重溫中學時背誦週期表的記憶。

「元素拚豆樂」只要將180顆拚豆，依照現場模板排列即可，民眾也可以將相同數量不同顏色的拚豆互換位置，自創不同組合的繽紛週期表。

敢接受辨色考驗嗎？想製作專屬的紀念小物嗎？敢跟附中學生PK元素週期表密碼嗎？歡迎親子前來共同體驗「元素拚豆樂」！

4.金屬蝕刻與鑰匙圈製作（臺中市立大甲高中）

早期的蝕刻（Etching）是應用在版畫上，畫家在金屬板上先塗上一層蠟，以針等尖銳器具在板上作畫，蠟會隨著描繪的線條被刮除，再將金屬板置入硝酸或腐蝕液中，未附著蠟的金屬部分會被侵蝕凹陷，可用於塗佈顏料，進行版畫創作。

現代可以強酸腐蝕、電化學電解以及物理電漿蝕刻等方式，進行各種材質的表面加工。但透過化學濕式的蝕刻，常用到強酸、強鹼等高腐蝕性溶液，在美麗的背後通常都要付出不小的代價。

本次動手作活動，係利用電化學電解原理，使用外加電壓讓金屬（通常為活性小或不易氧化的合金）在電解質溶液中氧化溶解，進而使金屬表面出現具有立體凹凸的圖案。

過程中將使用一個自製的蝕刻印台，在一塊事先貼好膠膜的金屬表面上，隔著以硫酸鈉水溶液沾濕的化妝棉，數分鐘內即可完成電化學蝕刻實驗，可免去強酸腐蝕液使用及處理的顧慮，符合減量、減廢的綠色化學原則，歡迎開幕當天一起來體驗神奇的電解蝕刻實驗！

若蝕刻的金屬為銅片，則其兩極的反應，如式[1]和[2]所示：

）：→ H₂ (g) +2OH^–(aq)   

歡迎本刊讀者與好友擇期到科教館參觀。本特展及國際化學元素週期表年系列慶祝活動之相關訊息，歡迎至IYPT活動官網查詢：http://iypt2019.chemistry.org.tw/。特展期間辦理之化學元素探索實驗研習活動，請至科教館官網報名:https://www.ntsec.gov.tw/survey/default.aspx。

2019國際元素週期表年(IYPT)

邱美虹

國立臺灣師範大學  科學教育研究所

[email protected]

2019年為聯合國(UN)公佈之「國際化學元素週期表年」(International Year of Periodic Table of Chemical Elements, 簡稱為「國際週期表年」，簡寫為IYPT)，此源於紀念俄羅斯化學家門得列夫（Dmitri I. Mendeleev）於1869年所提出的元素週期表至今150週年，而2019年也恰好是國際純化學和應用化學聯合會(IUPAC)成立 100 周年，這歷史性的意義著實令人佩服科學家對人類文明的貢獻以及對宇宙探索不懈的努力。

鉿(Ha硒(Se, 34)]，這些元素要不是科技產品所需的元素，就是能源的來源。此時，IYPT的到來，是提供我們正視這些問題的良機

門得列夫因發現元素週期律而建立週期表至今已長達150年，它不僅找出元素之間系統性的關係，同時它也開啟科學研究的新頁，門得列夫的週期表雖然不是第一個以週期性來表示相似性質的元素之間的關係，但它的重要性就在於它充分展現其有助於科學家對物質型態和性質所能進行的強大預測力之價值。

吉佛慈、李雁婷)、元素性質(連經憶、張榮耀、許之音)，合計13文章，無疑是在此時向偉大的門得列夫致敬，除緬懷門氏過去的成果，同時期待展望未來，展現化學元素對人類發展不可或缺的地位。