臺灣化學教育
Chemistry Education in Taiwan第四十九期 主編的話
邱美虹
國立臺灣師範大學科學教育研究所特聘教授
國際純化學暨應用化學聯合會（IUPAC）執行委員會常務委員
國際理事會(International Science Council)治理委員會委員及Fellow
中國化學會（臺灣）教育委員會主任委員
美國國家科學教學研究學會（NARST）前理事長
[email protected]
為了讓科學社群和社會大眾瞭解國際純化學暨應用化學聯合會（International Union of Pure and Applied Chemistry, IUPAC）在化學新興科技發展以及對地球永續上對人類的貢獻，IUPAC在它成立100年的2019年時，發起一項選出化學中對地球永續發展有貢獻的十大新興科技計畫(https://iupac.org/what-we-do/top-ten/)。誠如GomollÓn-Bel (2019)所言，要找出歷史上的今天所發生的大事並不難，但是要辨識出對當代化學有突破性的發現則是一大挑戰。因此IUPAC非常重視這項計畫，也廣邀世界各地的知名化學家和相關科學家在眾多傑出的論文和專利中評選出當年度最具代表性的新興科技。
自2019年開始所評選出來的新興科技不論是潔淨能源、高效節能、解決能源危機、或是醫藥的突破，在在都顯示出化學對改善人類生活有深遠的影響。以2019年為例(GomollÓn-Bel, 2019)，十大新興科技中第一項便是奈米殺蟲劑，以加拿大Vive農作物公司為代表。在面對2050年世界人口將要達到100億的驚人數字時，如何增加農產品的生產量、減少環境的影響、如土地的利用和殺蟲劑的使用，無疑的解決糧食問題是當務之急，刻不容緩。這項新興科技無疑呼應聯合國永續發展目標二: 消除飢餓，該目標的主要訴求便是確保糧食安全與充足、維護農業生態與土壤品質，以增強生產力，讓農業永續發展。又如2021年的所選出的RNA和DNA的藥物化學合成(見圖1)，在新冠疫情期間mRNA-based COVID疫苗成功提供有效的喝止疫情蔓延，也彰顯化學合成基礎研究與業界合作(如Bausch, Biogen, Lomb, Merck)的貢獻，未來在DNA和RNA的研究上勢必還會對癌症和糖尿病等疾病提出治療的藥劑(GomollÓn-Bel, 2021)。此外2021年也選出因為生產氨而產生大量二氧化碳的問題，在許多業界的努力下不斷尋找取代化石燃料的方法與原料。因此這些新興科技未必是已經成熟的化學成果，有些被確認的成品是具有很高的潛能，希望年輕化學家可以持續去研究出更具環保與永續價值的產品與科學方法。
圖1: 節錄自IUPAC 官網(https://iupac.org/what-we-do/top-ten/)
化學在人類發展史上扮演重要的角色，尤其是在重大的事件上除化學基礎研究與畫工業界的轉化與應用之外，近年來人類所面臨的流行病、癌症、全球暖化、能源與實務的問題等等，也逐漸顯示出跨學科的研究與合作是未來的趨勢，單靠一門學問是無法處理複雜的問題，而以創意解決問題，也需要跨領域的腦力激盪與交流，才能提出有效的解決方案和維持永續發展的目標。
最後，本期專題特別邀請陳藹然博士擔任專刊客座主編，陳博士擁有日本東京大學化學博士，從她對日本文化的瞭解以及第一手接觸「高中生化學大賽」的經驗，為本期刊讀者揭開被譽為「化學的甲子園」對人才培育的核心價值。本期專題計有5篇文章，每篇文章都訴說著不同的故事，但皆可見作者們為孩子們打開國際視野的熱誠與感動。日本有這樣專為高中生舉辦的競賽，深耕基礎科學教育，我們應該珍惜這些讓孩子們挑戰自我的機會，也應該見賢思齊，積極培養人才，提供孩子們展現自己能力的舞台。在常態性文章部分，這一期有楊水平教授繼上一期的主題「金奈米粒子的微量合成和鑑定」，延伸為本刊讀者介紹一鍋合成法的「銀奈米粒子的微量合成和鑑定」和曹淇峰老師以長期投入化學教學榮獲教育部師鐸獎的獲獎心得之分享，以鼓勵年輕教師投入化學教育，期能任重而道遠。感謝上述作者們對本刊的愛護，提供卓作以饗讀者。
參考資料
GomollÓn-Bel, F. (2019). Ten chemical innovations that will change our world: IUPAC identifies emerging technologies in Chemistry with potential to make our planet more sustainable. Chemistry International, 41(2), 12-17. https://doi.org/10.1515/ci-2019-0203
GomollÓn-Bel, F. (2021). IUPAC Top ten emerging technologies in chemistry 2021: Breakthroughs for a circular, climate neutral future. Chemistry International October-December, 13-20. https://doi.org/10.1515/ci-2021-0404
台日高中生化學交流
陳藹然
前國立臺灣大學科學教育發展中心執行長
參與台日高中的科學交流是2006年春天，那年我即將從東京大學取得博士學位。我在臺灣的恩師，臺灣大學化學系陳竹亭教授聯繫我，問我願不願意跟著他和多位台灣高中職校長一起去參訪日本名門高校之一，筑波大學附屬駒場高等學校，正好是我日本指導教授中村榮一的母校。這是我第一次踏入日本高校，接觸日本高校的師生，看到日本高校的實驗室。在交流過程中，首度了解社團活動對日本學生進行化學研究的重要性，驚異於日本化學教師工作的辛勞與低薪。取得學位回到台灣後，因緣際會擔任臺灣大學科學教育發展中心執行長，由於我的化學專長、留日背景與職務性質，我開始協助一些零星的台日間高中生交流活動，例如大阪千里高校和大阪丘高校在台北的實驗與課程等行程安排和接待。其中「高中生化學大賽（高校化学グランドコンテスト Grand Contest on Chemistry for High School Students）」是每年最重要也是最盛大的活動。這個競賽原是一個日本全國性、由大學端發起支援高中化學專題研究的活動；與台灣科展的核心精神相同，發揚PBL教學，同時寓教於樂，以誘發高中學生對化學的興趣為出發點。2014年起國際賽邀請臺灣與新加坡的高中師生參加，開啟台日間高中的化學教育全新的交流方式。
「台日高中生化學交流」專題由5篇文章組成。第一篇文章邀請臺灣大學化學系榮譽教授陳竹亭執筆，談高中化學教育台日交流歷史。第二篇文章介紹了此次專題的核心活動「高中生化學大賽」，詳細說明競賽起源、精神與賽事規則，還有臺灣參賽的契機與過程。第三篇文章深入擴充描述「高中生化學大賽」的化學與文化交流。第四篇與第五篇文章則是邀請曾經參與競賽的老師撰寫，分別由枋寮高中的李承典、張簡琦麗老師和高雄新莊高中的許文綺老師負責。枋寮高中位於屏東縣枋寮鄉，以偏鄉地區高中的角度談參與國際交流的價值，以及對非都會區高中生的意義。高雄新莊高中是2021年的參賽隊伍之一，適逢COVID-19疫情嚴峻時期，在所有實體交流皆停止的狀態下首度的「高中生化學大賽」，無論是賽前的討論與準備，賽事現場，都是由一場場google meet串起；參賽師生不能赴日實地交流，實為一大憾事。
非常謝謝國立臺灣師範大學邱美虹教授的邀請，能夠有機會擔任這期《臺灣化學教育》的客座主編，策劃這個有意義的特別專題。在規劃專題文章方向與邀請作者時，才赫然發現「高中生化學大賽」的獨特性，竟是臺灣唯一一個專為高中生進行「化學專題研究」國際交流的活動，且台日高中間的化學教育深入交流機會並不多。希望未來這樣的交流能在政府、學界甚至業界支援協助下持續甚至擴大規模辦理。
台日高中生化學交流：推動高中化學教育臺日交流 ／ 陳竹亭
星期三 , 7, 9 月 2022 本期專題, 第四十九期 / 2022年9月 在〈台日高中生化學交流：推動高中化學教育臺日交流 ／ 陳竹亭〉中留言功能已關閉台日高中生化學交流：推動高中化學教育臺日交流
陳竹亭
國立臺灣大學化學系榮譽教授
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- 參與高中化學教育緣起
在國立臺灣大學化學系執教的三十年中，高中化學教育是我長時間關懷，同時在實務工作上長期參與的領域。
回國第二年就被系裡派到教學最前線去教化學系的普通化學。這是一份有相當難度的工作，同時也是一份莫大的榮譽。
時為1987年，化學系普通化學為兩學期課，使用英文教科書；每學期4學分，再加上兩學期各1學分、每學期約12-14週的普通化學實驗，教材是系內教師自編而成。化學系同時兼顧全校逾千學生的普通化學共同課程和實驗，當時系內有十多位全職佔缺助教，所以擔綱本系普化教職，其實是兼管了系裡最大規模課程的教學行政任務。
因此就順理成章地參加了清華大學化學系鄭華生教授主導的全國普化改進計畫，得以及早認識了全國化學學術及高中化學教育學科領袖們和大考、闈場負責人。
在實踐方面，臺大化學系剛巧是負責高中化學教育和化學科大學入學考試的重要單位。1991年，適逢教育部在推行大學多元入學方案，系中資深的羅銅璧院士擔任大學入學考試中心主任，我在劉廣定教授的引介下，參加了大考中心的命題委員工作，因而有了大學聯考命題的訓練機會。
有過大考命題和入闈的經驗，對高中教學實務和試務行政都是難得的經歷，參與高中化學科各種學習、實驗、測驗、評量；教師的評覈、職前或在職的師資培訓工作都是絕對的基礎，也是往後參與高中化學教育各種活動評量的重要資歷。
當然身為化學教授本行的研究經驗及博士訓練的科學哲學和教育哲學的實踐基礎也成了參與高等教育和基礎教育的後盾，使得我參與化學教育工作時學習自己沒有受過的科學教育時，也能與時俱進，逐漸地感到能夠登堂入室。
回國十年後，除了自己本身的學術研究建立了一定的基礎，在高中的化學教育方面也有了些心得，建立了一些經驗與信念。我相信高中化學絕不是普通化學的淺易版，當然普通化學更不是高中化學的英文版！
高中教育自有其教育的主體性質，大學教師在參與高中教育時不宜喧賓奪主。假自身化學前瞻知識的深廣為優越條件，而僭越地扮演中學教育的主導角色。反而必須尊重高中學校及教師的主體角色，相互對話，做好協作任務。
- 科教館科展評審與國際科展
千禧年後，楊寶旺教授從本系退休，就推薦我參加科展評審，於是有機會開始了科學展覽化學組的審查工作。最初是參加縣市科展，通常是台北市的中小學科展，當時因為教師或家長代做科展的傳聞不斷，科展活動對升學的幫助不大。和其他化學競賽相較，學生參加科展的意願也就相對低落。許多同事忙於研究，也不甚願意參加科展評審。我還是秉持著科展是實施「專題導向學習」(Project-based Learning, PBL)的主要方法，認為理當竭力支持。
圖1：「專題導向學習」(Project-based Learning, PBL)活動（照片提供者：陳竹亭）
專題導向學習截然不同於教師講述口授的教學方式，而比較像是高教中的研究法。臺灣的中學向來就很少在日常的課程中實踐專題導向學習，若不是科展開闢了少數學生參與的機會，臺灣中學教育幾乎沒有專題導向學習的存身之處。喜歡或長於動手學習的學生在我國的教育環境中通常是自小就缺乏被啟發的機會。假如他們對授課、考試的學習不熱衷，科展就成了一個很好的學習入口。
更重要的是專題導向學習中有許多元素是講述口授的教學所忽略的。譬如資料查詢、提問、問題探究、討論、推理、論證、建模、表達、溝通等。若不是近年在108課綱中開始了「探究與實作」的學習，我國的中學教育簡直就是一個填鴨的醬缸。多元學習的機會長年來在我們的教育環境中實在是癡人說夢。
我當然也不贊成教師、家長、甚至是補習班替學生捉刀，編製科展作品的情形。但若是因此否定了科展的價值，甚至剝奪科展的機會，那就是因噎廢食。對傾向動手學習的學生將是更加的不公平。基於此，我自2000年起就開始了評審、輔導科展，推動專題導向學習的教育實踐。甚至導致退休前幾年擔任十二年國教108課綱中「探究與實作」領綱召集人的機緣。
自2003年起，就固定的審查全國科展和國際科展的高中組化學作品。科展主辦的單位是國立臺灣科學教育館(簡稱科教館)，我也就開始了長期與科教館的合作。因為科展只是科教館的任務之一，館中還有常設展、主題展和各種科教課程和科普活動。藉著與館中同仁和館長都愈發相互熟稔和更多的合作，就種下了後來推動臺日化學教育交流時，選擇以科教館國際科展為合作對象的遠因。
- 國科會高瞻計畫
2005年國科會廖俊臣副主委與科教處處長林福來率團訪問了日本愛知縣的科學博覽會。因為看到超級科學高中(Super Science High school, 簡稱SSH)的學生能直接參與大學的AI機器人計畫，印象十分深刻。科教處回國後就打算推動一個由高中職主持，大學教授參與協作的新興科學科技融入課程發展的實驗計畫。
廖俊臣和林福來兩位長官找了科教處前處長鄭湧涇、輔英科大張一藩前校長、花蓮師院林煥祥前校長、臺大物理系陳永芳教授等，還有我本人組成諮詢團隊，由林福來處長親自監軍。
計畫取名「高瞻」，簡稱高瞻計畫。執行計畫的高中職以校長領軍擔任總主持人，計畫內容必須是動手做、做中學的新興科學與科技融入高中職的課程研發，正是在基礎教育中落實PBL的實驗計畫。還有大學的合作教授提出協作計劃，輔助課程發展或是追蹤學習績效。
圖2：國科會高瞻計畫（照片提供者：陳竹亭）
第一期高瞻計畫2006-2011歷時五年。諮詢委員會雖然每學期去學校訪視，實質扮演的角色是陪伴、指導計畫的成長，而不過於強調課程發展或學習績效的評核。
初始時，師生們及校長對委員們頗具戒心，但是計畫進行到期中，學校感受到委員們十分公平公正，而且的確是以課程內容的改進和學生的實際學習為關注目標，雙方逐漸建立了很好的互信，委員們也從師生身上獲得了科教實踐的第一手經驗。
高瞻的計畫實施方針包括了探究式教學法、創新課程、做中學的學習進路、由下而上的中學/大學合作。大家不難看出來高瞻經驗正是往後「探究與實作」課程的樣板。高瞻是先行者，其累聚的師資、課程發展經驗和課程成果都是推行「探究與實作」的基礎和範例。
高瞻計畫是我個人職涯投入高中科學教育的重要里程碑。不像以往的參與都只是業餘的角色，參與高瞻計畫，我投入了過半的工作時間與精力。諮詢委員中幾位科教大師都是我的導師。五年的時間，我像是修了一個科教的學位。高瞻計畫也就是我的研究案例。
2014~2016我擔任「探究與實作」領綱召集人，領綱研習委員囊括了學科專家與科教專家，雙方有很多對話的機會。我居中策應，高瞻經驗順理成章成為委員們的課程發展指南。最後學科內容設定為學習載體；學習內容呈現的是科教內涵的科學PBL的能力。最後的領綱相當於我的科教學位論文。也不枉我的五年高瞻經驗。
- 初次訪視日本高中
高瞻計畫的重要任務之一就是推動國際交流。2006年諮詢委員和計畫的校長、老師們組成了一支訪視團，去日本訪視SSH計畫。我向來只有和日本的學者有學術交流，訪視日本高中還是生平頭一遭。國科會在日本辦事處的外調人員替我們安排協調訪視的對象，交通問題也都準備妥當，團隊只需要照表操課訪視。
令人印象深刻的是日本高中教師有完整的教學權。不會受家長的干擾或遭無謂的要求。教師不必承擔學生升學的壓力，所以學生可以有完整三年的高中主體教育。不像臺灣的高中，為了升學考試，高三的教育幾乎完全被放棄，教學被扭曲。學校成了補習班，老師上課教解題的時間可能比教導申論理論概念的時間還多。
從教育理念的角度來看，中學基礎教育一旦嚴重的偏離了正軌，學習淪為填鴨，學生就喪失了青少年時期思考趨成熟、轉大人的心智正常成長機會。也肇使得許多大學新鮮人思想幼稚、缺乏進取心、沒有遠見。
當然在日本升大學並非沒有壓力，譬如許多學生普遍的在高三畢業後如果進不了大學，就需要去補習班補習，因此就會有補習數年才進入大學的情形。換句話說，臺灣的學校和師長必須承擔學生升學的壓力，日本則完全由學生和家長來承肩升學責任。課外補習的情形則是兩國都一般的普遍。
還有一個例子是訪問筑波大學附屬駒場高中時，一位高三學生說到他在國二時曾在臺灣嘉義遊學一年，做交換學生。學校中幾乎天天考試，卻沒有思考、討論的時間，讓他覺得在臺灣上學是一件十分無聊、痛苦的經驗。
駒場高中是日本男生的名校，相當於臺灣的建國中學。學生能夠有見地，和專家、長輩侃侃而談，相信建中的學生也能夠做到。無論如何，這位學生對臺灣教育的剖析的確是一針見血。更難得的是他在少年時期就對學校教育和學習的品質有所期許，而且見解出類拔萃，是我在臺灣的青少年中間較難得一見的！
- 化學甲子園與臺日化學教育交流
2013年我在京都大學擔任訪問教授期間訪問了大阪市立大學。接待的是中澤浩(Hiroshi Nakazawa)教授。中澤教授和我頗有私交，也知道我對高中化學教育有所參與。他在日本正在負責一個由科技催進部 (JST) 支持的高中化學競賽活動—「化學甲子園」。競賽作品從小論文到科展報告都有。他們希望把活動擴張到國際層次。中澤問我臺灣是否有學生願意參加？
學生參與國際學術交流本來就是提升視野的機會。所謂知己知彼，百戰不殆。與國外的人事時地物接觸，有比較，就能啟發內心尚未開拓之處；激發潛力，擴張心智中的已經萌芽的能力。雖然投資較大，不易大規模的實施。若能雙方相互交流，就能大幅增加接觸的效益。
化學甲子園正在規劃提供國外學生及教師提出作品參加他們的活動，不參與競賽，但是作為觀察員，可以和日本學生交流。我認為機會難得，當場就允諾中澤教授，回臺灣之後一定努力促成化學甲子園的交流。
其後，我一方面向臺北駐日辦事處提出報備，請他們與JST就此案相互照會。回到台北後，我聯絡了在臺大科教發展中心(NTUCASE)的陳藹然博士，她是留日的化學博士，十分適合代表NTUCASE主持這個交流計畫。同時，我聯絡了科教館的朱楠賢前館長，請教他是否可以將國際科展當作對等活動，讓科展化學組的師生能夠訪日，也提供化學甲子園得獎的日生可以來臺參加國際科展。交通膳宿費用互惠。
事情發展得相當順利，2013年的10月，藹然博士就帶了當年科展的優秀師生參加化學甲子園。2014年2月，化學甲子園就挑選了兩位學生來臺參加國際科展當觀察員。詳細情形就需要聽陳藹然博士的第一手報導了。
圖3：陳竹亭（左二）與大阪市立大學中澤浩教授（中間）於台北合照。
（照片提供者：陳竹亭）
台日高中生化學交流：高中生專屬的化學交流盛宴 / 陳藹然
星期二 , 6, 9 月 2022 本期專題, 第四十九期 / 2022年9月 在〈台日高中生化學交流：高中生專屬的化學交流盛宴 / 陳藹然〉中留言功能已關閉台日高中生化學交流：高中生專屬的化學交流盛宴
陳藹然
前國立臺灣大學科學教育發展中心執行長
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「高中生化學大賽（高校化学グランドコンテスト Grand Contest on Chemistry for High School Students）」由日本大阪市立大學榮譽教授中沢浩（Professor Nakazawa Hiroshi）創辦的，是一個以日本全國高中生（包含工業專科學校）為對象，進行化學專題研究交流的競賽。第一屆競賽在2004年11月7日於日本大阪市立大學舉行，共有21校（275學生）33件研究作品參賽。2013年（第10屆）起從日本國內賽轉型成國際賽事，邀請臺灣與新加坡組隊參加，競賽規模與影響力大幅上升。近幾年參賽件數平均超過100件以上，且北從北海道南迄沖繩皆有學校參賽，賽事被譽為「化學的甲子園」（圖1）。中沢浩教授因此獲頒《第39屆日本化學會化學教育獎》，獲獎理由為「透過高中化學大賽對化學的普及以及國際化的貢獻」。
圖1 2019高中生化學大賽宣傳海報（資料來源：競賽官網）
n 化學的甲子園的誕生
這樣一個專為高中生辦理的化學研究交流，始於中沢教授剛到大阪市立大學化學系身邊的一個熱議：「為什麼高中生不來念理科（化學）？」理由不外乎「化學太臭了」、「化學很危險」、「化學以後的出路不好，薪水低」……。中沢教授開始重視這個警訊，以科技立國的日本，化學是重要基礎；高中生不來念理科（化學），這只是單純「高中端」的問題嗎？難道大學就沒有責任嗎？看到四周高中生熱血的棒球運動，中沢教授靈光一閃，來辦個可以與「高校甲子園」相比的「高中生化學大賽」吧！這個主意得到文部科學省、大阪市教育委員會、科學技術振興機構（JST）、日本化學會與Panasonic、Springer Nature、第一三共等等企業的支持。
為了讓競賽能夠獲得最好的支持、增加競賽能見度、吸引更多高中參與並發揮最大影響力，「高中生化學大賽」是由學界和媒體界共同主辦。學界部分，一開始是大阪市立大學主辦，然後是和大阪府立大學合辦，近年來參與過共同主辦的學校包含名古屋市立大學、橫濱市立大學等校。媒體界則是邀請了讀賣新聞社（大阪本社）等報社作為共同主辦單位，除了賽事快訊，還有詳細、大篇幅的競賽報導特輯會刊登在讀賣新聞日刊科學版上。（圖2）
圖2 2015高中生化學大賽刊登於讀賣新聞科學板上的賽事特集簡報。內容包含各得獎隊伍研究的簡介、評審講評。中間下方處欄位為2支國際參賽隊伍說明圖文。（資料來源：競賽官網）
n 一切建立在好的發表
既然是大學發起主辦的高中生化學大賽，那大學的角色是什麼？應該有更積極的意義。在「高中生化學大賽」裡，高中生、高中教師和大學教師三者緊密結合。高中端提出研究計畫、檢索閱讀相關研究文獻、提出可能的問題解決辦法，進行實驗、搜集數據、解釋數據；大學端則負責邀請相關領域大學教授進行指導，提供研究支援。報名的隊伍需在規定期限內提出研究計畫，以隊不以校為單位，也不限隊伍的參加人數。經過2個月的研究輔導後提供4頁研究成果摘要，評審依據摘要審查，公布最後決賽的隊伍名單。決賽分為兩部分，只有前10名的隊伍有資格參加口頭報告競賽，其他隊伍為海報競賽當然參賽者。
競賽的重心除了化學專題研究本身，良好的發表更是重中之重。如何做一個好的報告？首先要有一個好的研究，準備好一個結果報告。這個過程有助於培養一個好的學生，同時需要一個好的指導者（老師）。長期下來就能累積建立起一個好的指導環境，變成一個良性循環。這跟108課綱核心的「素養導向」和「探究與實作」，強調科學探究精神，著重表達與分享有著相同的執行方針與目標。
n 邁向國際化，開啟高中生化學的交流
隨著國際交流越來越頻繁，全球化的概念讓中沢教授開始思考高中生國際觀的重要性。時值臺灣大學化學系教授陳竹亭在大阪客座訪問，陳竹亭教授除了是化學系的教授，也是臺灣大學科學教育發展中心（簡稱NTUCASE）的主任。言談中提到NTUCASE的旗艦活動「台積電盃－青年尬科學」競賽，正好也是以訓練高中生表達能力為核心意義，和「高中生化學大賽」的發表有著異曲同工之處。國際化的高中化學大賽應運而生。
2014年是「高中化學大賽」的第10屆，同時也是「高中生化學國際大賽」的第一屆。原先日本主辦單位規劃邀請臺灣、新加坡、中國和韓國等四個地區隊伍參加競賽，之後因為簽證等各種因素，最後只有臺灣和新加坡成行，以觀摩者、口頭報告方式參賽。由於競賽者主體仍是日本學生，大會並未規定須以英文進行發表與交流，但是發表的10個日本隊伍中有9個隊伍自動以英文發表，為競賽國際化和交流打下很好的基礎。
n 你來我往，科學對話不間斷
臺灣參加「高中生化學國際大賽」的隊伍由臺灣大學科學教育發展中心（簡稱NTUCASE）協助邀請，作為臺灣與日本在化學大賽的聯絡窗口。除了負責臺灣隊伍赴日與在日期間的相關事務，同時也輔導隊伍的研究摘要撰寫與發表。隊伍遴選基本上以當年度國際科展獲全國科展得獎隊伍為優先，在徵詢其赴日參賽意願並徵得同意後，提供日方參賽隊伍資訊。由於日方主辦單位負責每個參賽隊伍2位學生與1位指導老師的機票與食宿，隨著每年經費的狀況，參賽隊伍在1-2隊間浮動。歷年參賽隊伍請見附錄一。
「高中生化學國際大賽」近年來每年固定在10月下旬舉行，為期兩天，第一天下午是海報競賽；第二天上午是日本隊伍的口頭發表競賽，下午則是國際隊伍（臺灣與新加坡）的發表、大師演講和頒獎典禮。國際隊伍不參與競賽評分。每隊發表時間為12分鐘加上2分鐘的問答。
對臺灣學生而言，參賽過程最大的考驗和收穫就是語言。首先要用英文寫4頁正式的研究摘要，準備英文報告，上台面對數百位高中師生、大學教授與企業界人士以英文發表，最後還有大魔王：英文問答時間，這對參賽的高中師生們幾乎都是頭一遭。海報競賽又是另一大挑戰，絕大多數的海報都是日文書寫，只有極少數是以英文表示；只要臺灣師生站在展示海報前，日本學生雖然害羞，但是都樂意或看（手機）或背（稿），以英文與臺灣師生說明、分享他們的研究，雙方用簡單的英文或手寫字溝通。在競賽茶會時間，普遍英文都不是很好的台日學生們，從開始的生疏、不自在，在少數主動熱情日本學生的善意互動下，臺灣學生漸漸的願意主動與更多日本學生交談、拍照，進而交換社交媒體帳號。台日雙方師生間克服語言與心理障礙後的交流，每每讓我們以能協助參與這樣的活動而感動。（圖3）
圖3 「高中生化學國際大賽」活動照片（照片提供者：陳藹然）
由於臺灣與新加坡隊伍受邀參加「高中生化學國際大賽」（圖4），禮尚往來，臺灣和新加坡也邀請「高中生化學國際大賽」得獎隊伍分別前往臺灣和新加坡參加「臺灣國際科展 TISF」與「國際科學青年論壇International Science Youth Forum」。經由這樣穩定的高中生科學（化學）國際交流，提供難能可貴的機會，開展高中生的國際視野。
圖4 2018「高中生化學國際大賽」得獎者静岡市立高等學校與奈良女子大學附屬中等教育学校參加2019臺灣國際科展 TISF（資料來源：競賽官網）
n 石の上にも三十年
日本有句俗諺：「石の上にも三年居れば暖まる」。即使是坐在冰冷的岩石上，坐了三年岩石也會變溫暖；也就是有志者事竟成。「高中生化學大賽」的辦理意義在「培育喜歡化學高中生」與「支持並培養充滿激情的高中化學教師」，對中沢教授而言「石の上にも三十年」，為了達到讓高中生不再排斥理科（化學）的目標，3年不夠，10年不夠，那就20年、30年，「高中生化學大賽」將持續下去。希望有朝一日，「高中生化學大賽」的參賽學生在大學畢業後，進入高中擔任化學教師，將自己對於化學的熱情、學習的樂趣與經驗傳達給他的學生；當這樣的老師越來越多時，就可以解決高中生排斥理科（化學）的問題了。
臺灣能有機會加入這個有意義、高中生專屬化學的交流非常難得，2020年受COVID-19疫情影響，競賽首度停辦。2021年改以線上舉行，但是2022年競賽又再度停辦。隨著國境開放，國際交流慢慢回復至疫情前，希望2023年「高中生化學國際大賽」能繼續辦理，臺灣學生再次赴日參與一場專屬高中生的化學交流盛宴。
圖4 中沢浩教授手持高中生化學大賽專書「高中生•化學宣言」。每年高中化學大賽結束後皆會出版「高中生•化學宣言」一書，邀請參賽隊伍寫下了參賽的心路歷程，紀錄並分享研究、發表準備與現場的苦惱、快樂與感動的每一刻。
（圖片來源：大阪府立大學）
n 參考資料
1.「第17回高校化学グランドコンテスト」競賽官網 http://www.gracon.jp/gc/gracon2020 [第 17屆高中生化學大賽競賽官網]
2.大阪市立大學新著情報 (2015.01.21) 高校化学グランドコンテストの功績により中沢教授(理)が化学教育賞受賞 https://www.osaka-cu.ac.jp/ja/news/2014/5w4ejf [大阪市立大學最新消息 (2015.01.21) 理學院中沢教授因辦理高中生化學大賽的功績榮獲化學教育獎]
3.中沢 浩/松坂 裕之【監修】高校生・化学宣言〈PART 8〉高校化学グランドコンテストドキュメンタリ 遊タイム出版 [中沢浩/松坂裕之【監修】 （2015） 高中生・化學宣言〈PART 8〉。高中生化學大賽記實。遊タイム出版社。]
附錄
表一、2013-2021年臺灣參賽隊伍
高中生化學交流：一場又一場場的盛會
陳藹然
前國立臺灣大學科學教育發展中心執行長
[email protected]
對參與的臺灣高中師生而言，「高中生化學大賽（高校化学グランドコンテスト Grand Contest on Chemistry for High School Students）」不只是一個單純的競賽，日本主辦單位還努力安排一個又一個活動。臺灣和新加坡的師生們在日本期間，透過參訪日本當地高中、大學、科學教育設施，從科學、語言、文化等方面認識日本，大幅提升這個活動的價值和意義。對每一位參加過這個活動，特別是第一次出國第一次到日本的學生和老師，都是一個非常珍貴與難忘的回憶。
n 高中生的化學對話
高中生的科學交流，無論國內或國外都很常見，但是限制在「化學」領域交流的「高中生化學大賽」應該是極特別的少數。在「高中生化學大賽」裡，高中生以各自化學研究成果進行對話。日本學生的研究題目非常多元，難易度跨距極大，從非常生活化、鄉土的題目，到專業度很高的研究，在這場高中生專屬的化學盛會裡都可以看到。其中部分研究主題與課程相關，是很好「探究與實作」教學素材。觀察歷年來的研究主題，也可以發現研究主題的趨勢與潮流。2014年起色素、染料、光敏或太陽能電池相關研究主題比例逐年提高。
由於大多數的研究是高中社團完成，研究成員數目有時可以多至20人以上，特別是延續性或需花費多年實驗的研究，累積數代的研究成果。印象中最深刻的福島磐城高校的「Carpanone全合成」，從2009年開始到2013年發表，歷時4年，參與學生29人。
臺灣學生在海報競賽會場從數十甚至上百張的海報中尋找感興趣的主題，並與日本學生互動。由於超過90%以上的海報都是日文，在你不會中文我不會日文的狀況下，雖然台日雙方學生英文能力有限，但是「化學」就是最好、能拉近彼此之間的共同語言，反應方程式、元素符號和研究精神全世界通用。看著日本學生拿出手機或手卡努力且熱情用英語介紹他們的研究，臺灣學生努力試著理解日本學生的解說，瞭解研究的內容細節，討論很快熱烈起來；尤其是看到與自己相似的研究成果，從討論中互相學習，得到新的想法。令台灣學生印象深刻的是，即使大多數的研究主題看起來很簡單，並且只要以基本的化學知識就可以完成的實驗，在解說的過程中卻能讓臺灣學生感受到日本學生的創造力與對科學的熱愛（圖1）。
相較於海報競賽的輕鬆，口頭發表競賽部份就極為正式。能夠進入口頭發表競賽的10支隊伍是這次競賽的前十名，研究主題的學術性比較濃厚，研究結果比較具體完整且有發展性。口頭發表競賽裡，每隊學生皆身著校服或正裝在台上進行12分鐘的發表，再接受2分鐘的問答，在場者不論是教授、高中老師甚至學生都可以發問。競賽現場除了開放觀眾索票入場，同時進行線上直播，讓不能前來現場加油或觀摩的學校師生，能夠在Youtube上看到隊伍發表情形。
「高中生化學國際大賽」並沒有因為有臺灣和新加坡隊伍的加入而規範官方語言為「英文」，仍有部分隊伍以英文或日英文混合方式製作投影片，並且大部分隊伍願意嘗試以英文發表。在上百甚至數百人面前以英文發表，對參賽的所有高中生來說大概是有生以來最大的挑戰，即使事前準備再充分，上台時還是緊張、恐懼和顫抖。但是當開始演講後，同學們表示：恐懼就像一縷煙霧消失了，越講越有信心。不過問答時間是一個大尷尬時段，同學臉上常見的茫然和緊張告訴大家：我們聽不懂教授在問什麼，不知道要怎麼回答。無論如何，能夠順利完成一次英文的公開發表，對同學和老師就是一個值得誇耀的成就和肯定。
圖1 以漫畫表示的研究摘要圖，讓人會心一笑（照片提供者：陳藹然）
在緊張的活動裡，也發生過幾個有趣的小插曲，例如：第一屆國際賽的午餐便當事件。「高中生化學大賽」分兩天舉行，第一天下午是海報競賽，第二天是口頭發表與頒獎典禮，是一整天的活動。或許是第一次有日本以外學生參賽，午餐時間日本師生紛紛拿出準備好的飯糰、便當，台灣和新加坡隊伍則是面面相覷，也不見有工作人員引導至餐廳用餐。原來在日本一般活動是不供應午餐、需自備是常識，又因為競賽在假日，學校食堂不營業。由於午餐休息時間很短，發現問題後，我們趕緊詢問學校附近有沒有商店，衝出去校外的尋找有賣便當的商店，好不容易發現有間賣便當的店，竟然還要現做！最後掐著時間手忙腳亂解決午餐問題。那時腦中唯一的想法是，為什麼校門口沒有超商啊～
n 高中生的文化對話
2013年是「高中生國際化學大賽」的第一年，行程比較單純，除了參加競賽外，並沒有安排其他的活動。但是從2014年起，經費充裕的狀況下（例如申請到櫻花科技計畫SAKURA Science Program），主辦單位積極安排各項參觀與交流活動，同時赴日參賽的行程也隨之增加到5-7天。
能夠有機會前往當地高中，直接參與課程並且進行師生交流，是非常令人驚喜的。在常翔學園（圖2）和向陽高校（圖3）裡，臺灣學生體驗了日本學生為他們設計的日本文化課程。
圖2大阪常翔學園的社團學生展示日本茶道和劍道等文化（照片提供者：陳藹然）
圖3名古屋向陽高校的學生、與臺灣、新加坡學生以分組巡迴方式進行專題研究成果分享、日本文化介紹和體驗（照片提供者：陳藹然）
這幾年來曾三度安排前往大阪府立千里高校參訪。從車站走到千里高校對臺灣學生來說就是一個很新奇的感受，沿途秋葉轉黃至紅，氣候涼爽，是在臺灣平地無法體驗到的秋日風情。在千里高校裡，臺灣和新加坡學生被安排和學生一起上課、一起做化學實驗，中午一起吃便當（圖4和圖5）。在簡單的自我介紹後，學生們開始他們在千里高校的第一堂課：中文課！午餐時臺灣和新加坡的師生散坐在日本師生間，邊用餐邊談天，好奇對方的學校生活，不時聽到笑聲。
圖4 千里高校的參訪安排與午餐交流（照片提供者：陳藹然）
圖5在千里高校的化學實驗課程。直接提供鋰、鈉和鉀金屬給學生進行元素性質實驗，與明火（本生燈）的使用，令人印象深刻（照片提供者：陳藹然）
n 原來日本的大學是這樣啊
除了參訪日本高校，與更多日本高中師生接觸，還有主辦大學的參訪活動。歷年來學生們曾被安排參觀了大阪市立大學人工光合成研究中心、人類生命科學院和化學系，大阪府立大學化學系，名古屋市立大學藥學系和醫學院等處。在大學裡，臺灣師生們除了看到許多貴重儀器如核磁共振儀、電子顯微鏡、共軛焦顯微鏡等（圖6），日本教授們也安排了數個實驗室研究介紹（圖7）和簡單的化學實驗（圖8）。甚至還參加了一堂名古屋市立大學開給大一新生的課程。
圖6學生參觀大學實驗室與醫學院貴重儀器，以及藥用植物園（照片提供者：陳藹然）
圖7大阪府立大學化學實驗室研究介紹（照片提供者：陳藹然）
圖8於大阪府市立大學（左）房屋與環境設計系進行熱電偶實驗（右）物理有機實驗室進行螢光分子實驗（照片提供者：陳藹然）
n 原來日本的科教館是這樣啊
參觀當地的科學教育設施也是重要行程之一，例如大阪和名古屋的科學館。對於熱愛科學的學生來說科學館絕對是必去的地方。其中有兩個讓人印象最深的地方，第一個是大阪科學技術館（圖9）。大阪科學技術館和一般科學館最大的不同在於，這是一個由企業與研究機關贊助成立的科學館，展出企業目前正在使用、最新的科學技術，並且可以親身體驗學習。
圖9大阪科學技術館（照片提供者：陳藹然）
在大阪科學館裡發現一個不尋常的特展，博學連攜角落（Museum-University Collaboration）（圖10）。顧名思義，是在科學館與大阪大學合作，做了一個介紹大阪大學理學院重點研究介紹的特展。這對大學研究科普化是很好的示範，希望未來也能在臺灣的科教館內看到這樣的常設展。
圖10大阪市立科學館博學連攜角落（照片提供者：陳藹然）
n 從臺灣出發的永續化學教育
對赴日參加「高中生國際化學大賽」高中師生而言，這是一趟日本科學冒險之旅。參訪與競賽結束後，日本主辦單位都會邀請參賽隊伍撰寫參賽心得，並集結出版成書「高中生•化學宣言」。節錄部分臺灣學生的感想（原文為英文）。（2013北一女）當我第一次知道我和我的伙伴可能有機會在日本第 10 屆高中生化學大競賽上發表演講時，我非常興奮和高興，很高興有機會與他人分享我們的作品，體驗其他文化。然而，很快我就遇到了三個主要問題。首先是比賽的時間，距離我們大學入學考試只有兩個月的時間，這個考試對所有臺灣學生來說都非常重要。雖然我很在意自己的時間管理，但我就是無法忽視心中對把握機會的渴望。和父母慎重商量後，我最終決定試一試。 [中沢浩/松坂裕之，2014，作者自譯]
（2013 麗山高中）在日本四天的旅行結束後，日本給我的印像是禮貌、熱情。大賽結束後，大家都離開了大廳，但一位老師和幾位學生來到我們這裡感謝臺灣在311地震中的幫助。我對這種行為感到驚訝。我能感受到他們的真誠。似乎每個日本人都有感恩的態度。沒有一顆心比一顆感恩的心更美麗。只有一個小動作，才能非常感動一個人。我也想對大家說聲謝謝。
聽完日本人的介紹，我明白了“Chem is try”。他們研究的大部分想法都很棒，日本學生將它們付諸實踐，甚至使它們成為可能。“天才是百分之一的靈感和百分之九十九的汗水。”當我們進行研究時，我們可能會感到疲倦，有時甚至想放棄，這並不奇怪。但唯一能讓我們走向成功的就是繼續努力。許多日本學生都做得很好，我希望我能和他們一樣。最後，再次感謝大賽。你給了我一個重要的機會去了解這麼多事情。這是我一生中難忘的經歷。[中沢浩/松坂裕之，2014，作者自譯]
(2015 高雄女中) 我們一直在尋找我們的夢想，但似乎還有很長的路要走。細節決定成敗。……演出只有15分鐘，但真的很難想像我們花了多少時間。沒有多少學生會認為這是一件有趣的事情，有的甚至認為不值得。但我們知道，我們從經驗中獲得的比書本更多。
在這5天裡，我們從其他老師和教授那裡得到了很多想法，激發了很多新的想法。與他人討論很有幫助，你可以得到一些你沒有想到的新想法。有趣的是我們和日本學生聊天的方式。我們用英語交談並使用肢體語言，大家都成了好朋友。這不僅是一次有趣的旅行，也是我們學校生活中寶貴的經歷。[中沢浩/松坂裕之，2016，作者自譯]]
（2016台中女中）回想起來，我們的日本之行確實是一次非常特別的旅行。我們不僅對我們的項目獲得了新的見解，而且通過體驗日本的研究文化，我們也開闊了視野。我們在各地遇到的日本學生都有學習和嘗試新事物的動力；他們的熱情和毅力是我們從他們身上學到的最寶貴的事項。有了這些有前途的年輕科學學習者，難怪日本科學家總是站在科學領域的最前沿，日本的創新是行業遊戲規則的改變者。[中沢浩/小嵜正敏，2017，作者自譯]
(2018 中山女中) 我曾多次出國旅行，但這一次無疑是最有意義、最特別的一次。毫不誇張地說，這對我來說是一次改變人生的旅行。作為高中三年級的學生，幾個月後我進入大學時，我很難決定我應該主修什麼科目。看到專業或有抱負的日本科學家的熱情和熱情，我決定在我成為一名大學生時主修化學。
從高中生化學大賽中，我可以看到高校和機構不遺餘力地鼓勵高中生投身科學事業。此外，實驗室的最新設施讓創新的學生和教授能夠將他們的想法付諸實踐。難怪日本有很多偉大的科學家，日本的技術如此先進。所有這些使日本成為高等教育的理想之地。如果有機會，我真的很想在日本繼續深造。[中沢浩/小嵜正敏/笹森貴裕，2019，作者自譯]（2019瀛海高中）從一個微不足道的想法到大阪的高中化學競賽，這段旅程真是太神奇了。我們從沒想過我們的項目會走這麼遠。由於本次大賽的導師、組織者和工作人員等，我們有機會來到日本，為我們打開了廣闊的視野。這些天我們在化學傳奇中學到了很多，我們也遇到了很多同樣熱愛科學的日本高中生。這一定會成為我們一生難忘的經歷。[中沢浩/小嵜正敏，2020，作者自譯]
（2019中和高中）這五天，我不僅學到了很多化學知識，而且有了很大的突破。我比以往任何時候都更有信心和勇氣，我也知道自己的短板，英語能力。我很高興和日本學生交朋友，他們都很友善和熱情。我認為我應該學習他們的努力和勇氣，以使自己變得更好。[中沢浩/小嵜正敏，2020，作者自譯]
這是一場給專屬高中師生的交流盛會，既是化學，也不是化學。
n 參考文獻
- 中沢 浩/松坂 裕之【監修】(2014) 高校生・化学宣言〈PART 7〉高校化学グランドコンテストドキュメンタリ 遊タイム出版。[中沢浩/松坂裕之【監修】 （2014） 高中生・化學宣言〈PART 7〉。高中生化學大賽記實。遊タイム出版社。]
- 中沢 浩/松坂 裕之【監修】(2016) 高校生・化学宣言〈PART 9〉高校化学グランドコンテストドキュメンタリ 遊タイム出版。[中沢浩/松坂裕之【監修】 （2016） 高中生・化學宣言〈PART 9〉。高中生化學大賽記實。遊タイム出版社。]
- 中沢 浩/小嵜 正敏【監修】(2017) 高校生・化学宣言〈PART 10〉高校化学グランドコンテストドキュメンタリ 遊タイム出版。[中沢浩/小嵜正敏【監修】 （2017） 高中生・化學宣言〈PART 10〉。高中生化學大賽記實。遊タイム出版社。]
- 中沢 浩/小嵜 正敏/笹森 貴裕【監修】(2019) 高校生・化学宣言〈PART 12〉高校化学グランドコンテストドキュメンタリ 遊タイム出版。[中沢浩/小嵜正敏/笹森貴裕【監修】 （2019） 高中生・化學宣言〈PART 12〉。高中生化學大賽記實。遊タイム出版社。]
- 中沢 浩/小嵜 正敏【監修】(2020) 高校生・化学宣言〈PART 13〉高校化学グランドコンテストドキュメンタリ 遊タイム出版。[中沢浩/小嵜正敏【監修】 （2020） 高中生・化學宣言〈PART138〉。高中生化學大賽記實。遊タイム出版社。]
高中生化學交流：疫情下台日高中生的化學交流 / 許文綺
星期日 , 4, 9 月 2022 本期專題, 第四十九期 / 2022年9月 在〈高中生化學交流：疫情下台日高中生的化學交流 / 許文綺〉中留言功能已關閉高中生化學交流：疫情下台日高中生的化學交流
許文綺
高雄市立新莊高級中學
[email protected]
n 前言
在2021年暑假時，我和學生才剛比完競爭激烈的全國科展競賽後，同學都非常辛苦，想說終於可以鬆一口氣了，已經脫離不斷實驗和報告的可怕煎熬時，沒想到，我們竟然在八月收到了化學推動中心邀請參加台日高中生化學交流活動，這原本是一個日本國內高校化學研究發表競賽，像是我們的科展，2014年起增加了國際觀摩部分，邀請2支台灣隊伍和1支新加坡前往日本參加競賽，2020年受到疫情影響停賽，2021年賽事恢復，改採線上活動，受邀隊伍參加10/23下午海報交流，但因為線上舉辦，所以我們不用準備交流活動，主要是10/24的口頭報告，準備12分鐘英文報告和2分鐘問答，以3分鐘問答，賽事的準備部分，有化學推動中心的藹然老師全力協助。
收到化學推動中心的誠摯邀請，當下的感覺是一種對自己的肯定，能代表台灣參加國際賽事，對於學校和自我是一份難得的經驗和榮譽，但另外一方面，同學們都感到擔心和焦慮，因為深怕英文能力不佳，報告的不好，無法順利完成報告等等，不過最後，同學都順利完成這次的交流活動，並且都表示說這次活動雖然辛苦，但也是一個寶貴的經驗。
n台日高中生化學交流
一、研究簡介
在我還是剛考上高雄市立新莊高中的第一年的新進教師時，我和學校的呂台華物理老師一起合作，帶領三位學生：林威廷、李采澐、陳冠智一起嘗試科展的研究，由於我們做過藍瓶反應實驗，可利用搖晃使空氣中氧氣溶解產生氧化還原反應，於是便有了想要探討搖晃或振動等物理因素來控制化學反應，這個主題令我感到相當好奇，因此我們先去查詢資料，找到一篇很相關的論文（Hwang et al., 2020）作為參考，規劃設計實驗裝置來進行化學研究，讓液體的化學反應有類似像物理一樣產生漂亮的克拉德尼圖形，並找出其圖形的規律。
剛開始實驗時候，面臨到的最大問題是調配藥品，要調到可以掌握反應變色時，轉換變色時間需要調控好，不能太快或太慢變色，才可以觀察到明顯顏色變化，調完濃度後，再來是調整反應條件，像是底部半徑、液面深度、振動頻率等等實驗條件，嘗試過程中，大部分做出的結果都是渦流或亂流的圖案，沒辦法得到一個穩定及整齊的現象，一直到寒假的最後幾個禮拜才做出規律的研究成果。
最後，我們終於試出可以讓溶液內同時存在不同顏色的氧化還原化學平衡態、酸鹼值的非平衡狀態的實驗條件。調整液體振盪頻率可控制氣體（如O2 和CO2）在水中的溶解，在溶液中產生不同的化學模式（如氧化還原態或酸鹼值之差異），藉由向氣液界面持續供應能量來控制溶液中的化學反應，讓溶液的表面呈現特定的圖案，將溶液狀態分離成具特定圖案的反應模態（圖1）。實驗中觀測不同共振模態時，所對應的特定頻率與駐波圖案，找出使溶液達成共振的決定因素和條件，並進一步探討其未來的應用。
圖1：台日交流活動由我們的英文摘要圖片擷取
二、台日高中生化學交流活動
（一） 英文摘要書寫
對於活動來說，以前都是參加國內的活動，全部都是以中文報告書寫，這次我們都是第一次參加需要全部使用英文的活動，對於學生最大的困難可能就是以英文去書寫摘要，以及製作英文報告內容，同學都是英文苦手，所以在中文報告轉換成英文遇到許多麻煩。首先，我們先創立一個雲端硬碟，裡面放有台灣歷屆參賽的小組摘要和報告當作範本參考，並且，我們也把我們的科展作品中文說明書以及參考資料一併放上去，方便資料查詢比對。
我們訂定好時間規劃，開始寫英文摘要，並以信件方式與藹然老師來回修改摘要。後來我才知道，原來摘要的部分要符合國際發表的科學文章書寫方式，老師一直強調說：寫科學文章不是只有寫說我們做了什麼研究？然後把研究數據上去，之後數據分析和歸納結論。而是要有故事性和邏輯性，我們會先放上一張主要的介紹圖片，讓大家第一眼看到圖片之後，就有初步認識我們的內容。開始介紹的部分，在內文中介紹這個研究主題的背景來源，動機目的（如因為氣候變遷，能源缺乏等原因，讓我們想要去做能源有關的研究探討），讓讀者知道來龍去脈，會覺得這個研究很生動有趣，很吸引人。主要內容的部分，要很有架構，有邏輯性去構思好內容，如把相同的實驗設計歸納在一起（像是我們把藍瓶反應一系列實驗設計都放在一起，如不同容器形狀、液體深度、振動頻率，但是都是歸納放在第一部分的藍瓶實驗內容中），並且要讓不同的實驗變因中有連貫性（後續做了酸鹼指示劑部分探討，和第一部分藍瓶實驗分開，但一樣環環相扣主要主題），參考資料須符合國際的書寫方式去引用。透過跟藹然老師互相修改英文摘要過程中，學生表示學到了正式科學文章的書寫格式，這些確實都是同學未來到研究所時，書寫碩博士論文、科學文章時一項重要的能力。
（二） 英文報告投影片
英文報告內容會跟投影片內容相關，製作投影片的同時，也是會符合我們在口頭上的報告的邏輯次序，投影片內容上，要有大綱說明研究內容架構（表1），主要的研究內容會多使用圖片動畫、影片來呈現，因此，我們把很多研究內容都用電腦繪成圖形，介紹實驗流程是做一系列的圖片動畫，甚至我們在於某些地方會穿插實驗影片來讓報告更活潑生動，最後放上幾張投影片介紹高雄和我們學校特色給他們。
在開始報告時，我最擔心的是學生的口頭報告，因為我和學生英文能力有限，口頭表達能不佳，最怕如果日本教授用英文提問時，學生不容易應對。藹然老師表示說：英文提問只能靠學生現場的臨場反應，畢竟提問的問題是不可預測的，但是老師有安排試講，有藹然老師和詹益慈教授線上討論幫我們訓練英文，由於疫情的關係，線上活動可以不用直接面對到台下觀眾，在報告壓力確實小很多。
表1 英文報告投影片內容架構（報告12分鐘 2分鐘QA）
（三） 報告當天
台日交流活動有兩天，第一天禮拜六是海報報告，有很多線上小會議室有日本學生們的研究報告，我們可以各自挑自己有興趣的主題去加入會議室中聽日本學生們報告，也可以在他們報告完後進行Q&A，活動這天也是高三生的英聽大會考，高三的兩位同學去參加考試，直到下午才來參加活動，不過他們都有嘗試在線上跟日本學生們互動，雖然沒辦法實體見面交流，但是透過線上的問答交流也是相當有趣。
當日演講時，我們都相當緊張，重複確認好講稿以及練習口頭報告，沒想到，意外還是發生了，我們在進入視訊分享畫面出了一些問題，所幸有即時解決，耽誤了一兩分鐘克服解決設備上的問題，也順利完成報告（圖2、圖3）。不過最後到了Q&A時，面對教授的英文問答，還是手忙腳亂不知所措，但有努力試著聽懂，找出答案回答，教授有問到一些好玩的問題，像是說：「如果用真正的音樂的話，會發生什麼事？」，不過可惜我們同學沒聽懂英文提問的意思，對於同學來說，以英文溝通對話也是讓人印象深刻的經驗，報告完後，同學都表示自己英文能力需要再加強，之後會努力去增進自己的英文能力。
最後頒獎典禮時，活動主持人在一一頒獎給日本參賽學生後，看到評審念到得獎組別時，每組得獎的同學都相當激動，有些同學高興雀躍，有些則是感動落淚。得到最大獎項的兩個隊伍，一個來台灣參加國際科展，一個去新加坡國際科學青年論壇。最後，主辦方也有致謝海外的同學來參與這次的活動交流，並有再一次請同學發言表達活動參賽心得。
活動結束幾個月後，我們收到日方寄送過來學校的一面獎牌以及每位同學都有活動證明獎狀（圖4），除此之外，更有一些精美的紀念品，如化學資料夾、元素週期表、胸針等，同學收到從日方寄來的禮物後都相當開心，這些禮物都是相當的獨一無二，而且具有紀念的價值性，都是同學辛苦參加活動的證明。
圖2：當天線上活動演講報告狀況
圖3：當天線上活動演講報告狀況
圖4：參加活動的同學（左：林威廷、中：李采澐、右：陳冠智）
收到到由日本主辦方寄來的台日交流的紀念品及獎狀、獎牌
n 結語
一、活動心得
以往的台日交流活動時，可以直接到日本當地參加這場盛大的活動，並有人引導參觀日本的古蹟或博物館，同學們都相當期待能夠出國去日本玩，很可惜疫情的關係都被取消了，改採線上活動，雖然我們對於沒辦法去日本感到婉惜，但這也是難得的經驗，在直播下，以線上報告方式參與這場日本交流會，也看到許多日本方許多有趣的研究。日本有許多參賽的組別都是在學校內社團活動做的，學生基於自己對化學有興趣去做研究，在許多組別得獎時候那種欣喜若狂心情，可以展現他們對於化學研究全心全意付出和投入，實驗的精神態度都值得我們學習。
我們三位學生的部分，他們都很高興能被邀請參加這次的交流，這真是一段令人難忘的回憶，透過這次經驗我了解到自己不管是報告還是英文能力還有很多的不足，準備這場交流賽時，每位學生一直對英文能力不好這件事，感到十分苦惱，寫講稿的時候無從下手，尤其口語能力也是一個大項，可是當他們真的靠自己的努力去完成活動後，他們自己的能力上有所進步，而且當交流賽進行時，觀摩其他學校的學生報告，讓他們開闊了視野，這雖不是一場完美的講演，但他們也因此學到了更多。
這次活動也是我第一次參加國際的科學活動，很榮幸能受邀參加台日交流比賽這項活動，覺得十分開心，在準備的過程中相當辛苦，陪學生們要把投影片跟講稿從中文轉換成英文，是一項十分艱辛的挑戰，幸運的是學生家長和學校方都全力支持這次台日交流活動，學生們也很積極投入，並且有台大的藹然老師陪同下，幫忙我們許多投影片的細節內容，每次跟老師討論細節時，同學和我總是能學到很多，了解到說如果要到國外比賽或參加科學活動交流時，需要注意英文格式及科學論文寫法，如何帶領學生訓練報告方式，在未來從事高中化學教學上，給我了很多收穫和啟發，我和學生是真心喜愛這個科學盛會，提升視野與和樂氣氛都很棒，也因此認識了好老師，日本學生和教授，會讓人有想要積極往前的動力，也絕對是學生一輩子的難忘經歷。
活動之後，我們的研究有被日本報社報導(圖5)，英文摘要被公布於網站上，更引起我們引用的參考資料中韓國論文作者的興趣，作者寫信與我們分享他的在做這個研究內容，詢問我們如何調配溶液的配方和實驗上的一些細節。他也有在化學教育上發表文章，並分享給我們。隔年，我們看到這位韓國作者發表了一篇新的研究論文（Lee et al., 2022），內容有參考我們實驗方法，沒想到這次台日交流，也變成了台日韓交流，更有如此意外美妙的小插曲，也推廣了化學，也讓全世界進一步看到我們的研究。
圖5：讀賣新聞2021年11月24日，台日交流活動的報導。
圖片取自：http://www.gracon.jp/gc/gracon2020/category/news/
n 參考資料
Hwang, I., Mukhopadhyay, R. D., Dhasaiyan, P., Choi, S., Kim, S. Y., Ko, Y. H., Baek K., & Kim, K. (2020). Audible sound-controlled spatiotemporal patterns in out-of-equilibrium systems. Nature Chemistry, 12, 808–813. https://doi.org/10.1038/s41557-020-0516-2
Lee, I., Hwang, I., Mukhopadhyay, R. D., & Kim K. (2022). Journal of Chemistry Education, 99, 1539−1544. https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.1c01146
高中生化學交流：難忘的科學之旅 / 李承典、張簡琦麗
星期六 , 3, 9 月 2022 本期專題, 第四十九期 / 2022年9月 在〈高中生化學交流：難忘的科學之旅 / 李承典、張簡琦麗〉中留言功能已關閉高中生化學交流：難忘的科學之旅
李承典、張簡琦麗
屏東縣立枋寮高級中學
[email protected]
n 紮根枋寮
說到枋寮，或許你會想起余光中「車過枋寮」這首詩，這裡是南迴鐵路的起點，是一個位於屏東南邊的偏遠小鎮，靠山面海，風光明媚，民風純樸，居民大多以農漁為生，在民國90年，政府考量本地學子就學不便，因此將枋寮國中改制為完全中學（即現稱普通型社區高中附設國中部），讓本地學子，能免去舟車勞頓，在枋寮接受六年一貫的高、國中教育。
本校學子組成多元，除了普通生，更有為數不少的新住民子女、原住民學生以及弱勢學生，所占比例超過1/2，因此更加凸顯學校教育的重要性。本校多年來積極爭取外部資源、申請各類計畫、充實校內軟硬體設備、發展多元適性課程、雙語教育及國際教育，持續努力縮小教育資源的城鄉差距。
為鼓勵學生在多元學習上有更多的嘗試與體驗，學校積極與大學端做連接與互動，引入大學資源，協助學生進行深度的學習探索與研究，有機會跨出枋寮，擴展學習視野。真的很感恩，這些一路陪伴著我們成長的大學教授們，無私的奉獻，成就偏鄉學子的科學夢。
n 放眼世界
國際教育是本校發展的重點之一，我們希望枋寮的學子，不因地域限制，侷限了自己的視野，因此，從參加iEARN國際教育專案計畫，與巴基斯坦學生視訊交流開始，邁出了國際交流的第一步。而過去每年德國斯圖佳高中學生來訪，學生從一開始的羞澀，到能夠用簡單英文與外國學生交談、介紹臺灣的生活、文化、美食…等，甚至能帶德國學生逛夜市、逛廟會，融入本地生活。隨著國際教育2.0與雙語教育的教育政策，這幾年與國外的學校互動機會增加了，透過線上姊妹校學生的視訊交流及辦理日本、韓國與東南亞的國際教育旅行，為學生建立起與世界接軌的橋樑。
科學與科技教育也是本校發展的另一個重點項目，科技部高瞻計畫提供我們許多的資源來發展科技教育課程，學生的課程成果，也成功在 [日本科學競賽和論壇] 2017-KISF & Tsukuba Science Edge 2017，進行口頭與海報發表。同時學生在綠色化學領域研究的成果，也受邀參加日本第十四屆高中生化學競賽，與來自日本、新加坡的學生進行科學交流！在此之前，我們從來沒想到能夠有這樣的機會，用科學帶領學生站上國際的舞台！
本文就從此次參加日本第十四屆高中生化學競賽談起，與讀者分享教師及學生的收穫與改變。
n 夢想的起點
高中生從事科學研究一直以來，是許多學校努力的方向，除了給學生從事研究的機會以外，也增加了學生在多元學習與參與競賽的機會，然而對枋寮這樣的偏鄉學校，是非常難能可貴，除了地處偏遠以外，更缺乏的是設備與資源的提供，回首學生一路的研究過程中，無比的艱辛與充滿挑戰，最後能夠從地區競賽一路到全國科展榮獲高中組化學科第一名，就像是在未知的世界裡找到更棒的視野，我們都像是踩在巨人的肩膀上，渴望發現巨人遺漏的美景。
更開心的是，學生的研究成果獲得青睞，收到日本第十四屆高中生化學競賽的邀請，此次我們以材料與綠色化學領域的主題參賽，進行口頭發表，作品主要研究：使用不同型態的鈀金奈米觸媒催化劑，用以提高燃料電池的效率。透過這個實驗，不僅可以觀察不同型態鈀金奈米催化劑的結構，還可以進一步發現哪一種催化劑的比例，擁有最高的催化活性及穩定性，對於減少污染和保護地球的想法可以有實際的作為(陳映沂、陳姿鳳，2016)。
n 豐碩的科學之旅
日本第十四屆高中生化學競賽由名古屋大學主辦，來自海外的團隊，包含臺灣還有新加坡華僑中學的師生，在為期一週的行程中，除了研究發表的重頭戲外，主辦單位也規劃了精緻專業的參訪共學行程及文化體驗活動，包含名古屋市立大學（醫學院）、高科技磁浮列車展示館、鐵道館、名古屋科學館、豐田產業技術紀念館、熱田神社、名古屋城…等參訪體驗行程，並與名古屋市立向陽高校學生進行科學交流。
圖1：向陽高校分享會發表。 圖2：向陽高校學生準備的摺紙體驗。
（照片提供者：李承典） （照片提供者：李承典）
名古屋市立向陽高等學校是日本文部科學省（MEXT）指定的超級科學高中(SSH)，學校規劃了研究成果分享會，進行學術交流，也是我們此次正式發表的前哨站(見圖1)。在分享會中，向陽高校參與發表的學生們，以流利英文說明研究成果，言談中所展現對科學研究的熱忱與專業、自信的態度，令我們留下深刻的印象，過程中臺灣的學生也透過介紹在地家鄉的美食與文化讓向陽高校的師生瞭解臺灣。分享會後，向陽高校學生安排古箏彈奏、摺紙體驗(見圖2)與劍玉比賽，拉近了彼此的距離，也留下聯絡方式，讓彼此都有機會在社群平台中，關心在不同國度裡，生活與學習的點滴。
在名古屋市立大學的參訪行程中，理學研究科田上英明教授，特別安排我們旁聽一堂生命科學的通識課程，教授以全英文授課，搭配精彩的簡報內容及豐富的肢體語言，對老師而言，是一場非常棒的EMI雙語教學觀摩。在名古屋大學醫學院中，我們體驗外科縫合操作(見圖3)，並參訪了醫學院的實驗室(見圖4)，其中包含了抗癌藥物準備室，了解抗癌藥物製劑必須經過精密計算，在這個自動化的時代，科學家們開發出機械手臂去進行試劑的調配，不僅可以節省人力，也可以防止人為的污染問題。
圖3：外科縫合體驗。 圖4：名古屋大學實驗室參訪。
（照片提供者：李承典） （照片提供者：李承典）
來到Grand Contest的海報發表會場(見圖5)，相比於在臺灣科展的經驗，這裡更多的是和日本學生的交流。我們發現日本學生擁有非常豐富的創造力和想像力，也很擅長從生活中尋找研究題材(見圖6)。例如，其中一組研究是手工製作的塑膠食品模型，就像水果、蔬菜或炸雞一樣。他們之所以做這個實驗，是因為他們覺得食物的模型非常可愛和吸引人，所以他們想自己做。就像田上教授所說：「我們不知道答案，所以我們才研究它。」，雖然是從很簡單的一個小模型發想，但透過團隊討論和不斷的研發改良，做出大家心目中理想的作品，這不正是108課綱探究與實作課程的精神！
圖5：Grand Contest海報發表。 圖6：有趣的自製粉筆探討。
（照片提供者：李承典） （照片提供者：李承典）
雖然有了先前所累積包含區賽、全國賽以及臺灣國際科展的報告經驗，但這次為了準備Grand Contest的口頭發表，國立臺灣大學科學教育發展中心陳藹然博士，多次南下枋寮，親自指導學生簡報製作、口語表達及儀態，以多年競賽指導之經驗，讓學生接受完整的培訓，而當天在發表會場的表現，的確也令人感動與刮目相看，來自偏鄉的學子，能夠站上國際舞台，除了以流利的英文、絕佳的默契完成簡報，在會場面對日本教授提問，更能自信穩健地以英文回應，獲得滿堂喝采(見圖7、圖8)。那一刻我們堅信，只要給予充分的資源，不受地區的局限，偏鄉學子的表現，絕對是可以令人超乎想像。回到臺灣後，學校也安排二位同學在週會時，以英文再作一次簡報，並分享海外交流點滴，她們所展現的成果令人驚艷，激勵了校內學生學習英文與科學的興趣，有意願參與科學專題研究的學生，每年參與人數持續增加，而且形成傳承，在校內形成一股良好的科學研究風氣。
圖7：Grand Contest作品口頭發表。 圖8：由主辦單位授獎。
（照片提供者：李承典） （照片提供者：李承典）
n 這只是開始
這二位參與海外交流的學生，畢業後就讀臺灣大學藥學系與清華大學化學系，當初她們提到了一段話：「我們很幸運有這樣的機會，將研究成果分享給日本的同學，我們想告訴大家，我們來自臺灣的偏鄉小鎮，那裡是一個很美的地方，有一個非常支持我們探尋科學夢想的學校，高中生活因為有這些經歷而更加的充實豐富。科學是推動世界進步的原動力，我們希望所有熱愛科學的人，都能在學習的過程中，享受知識帶來無窮的樂趣，以及努力讓地球變得更乾淨，未來變得更美好。」有了這次的經驗與學生努力後帶來的成果，讓我們深切的了解，哪怕只是從枋寮這樣的小角落出發，沒有什麼不可能的事，這也激勵著我們有更大的動力，帶領著學生持續往科學的道路邁進。
n 致謝
幾年後再回憶起這一段過程，仍是滿懷著許多的感動與感謝，在海外交流期間也同時與來自台北和新加坡的同學一起學習，這一週來的點點滴滴，對學生來說是非常特別的經歷，讓她們更堅定未來努力的方向。非常感謝名古屋市立大學教授團隊以及向陽高校的熱情接待，提供這麼棒的舞台，讓學生分享科學研究的成果，最後非常感謝國立臺灣大學科學教育發展中心以及陳藹然博士的協助，在此謹深摯謝忱。
n 參考文獻
1.陳映沂、陳姿鳳(2016)。全國中小學科展作品第56屆高中組化學科。https://www.ntsec.edu.tw/Science-Content.aspx?cat=12947&a=6821&fld=&key=&isd=1&icop=10&p=7&sid=13079&print=1
銀奈米粒子的微量合成和鑑定
楊水平
國立彰化師範大學化學系
n 簡介
本實驗的目的是透過化學還原法來微量合成銀奈米粒子（silver nanoparticles），利用氫硼化鈉（sodium borohydride）當作還原劑，還原銀離子（Ag+）成為金屬銀（Ag）。氫硼離子（borohydride ions）也當作穩定劑用於分散銀奈米粒子，並使用PVP當作穩定劑。本實驗的微量鑑定方式有廷得耳效應、繞射、聚集、穩定和光譜分析等。為節省藥品用量和保護生態環境，本實驗採取微量實驗和一鍋合成法（one-pot synthesis）；為避免用過的器材造成的污染，直接使用未用過的樣品瓶和PE滴管。
n 實驗原理
一、 奈米材料及其特徵
奈米（Nanometer, nm）是表示長度的單位或尺度，1奈米（nm）等於1微米（μm）的1/1000，也等於10‒9 m。通常，奈米用於表示原子或分子等級的粒子大小或電磁波的波長，例如：銀原子的直徑為0.288 nm，能引起尿結石的細菌最想直徑為50nm；病毒的大小範圍為20-250 nm，可見光範圍約為380-750 nm，紫外線的波長為200-380nm。奈米等級的物體肉眼和光學顯微鏡看不到，需要用電子顯微鏡才能觀察到。奈米材料就是指是指在三維度中至少有一維度處於奈米尺度（介於1-100 nm）或由奈米尺度範圍的物質為基本結構單元所構成的材料的總稱。銀的原子半徑為0.28 nm，假設銀奈米顆粒球形的直徑範圍為1-100 nm，銀原子的數量從30至3.0 × 107個原子。
奈米材料出現兩項重要的特徵。其一為表面原子數激增：與相同質量的巨觀材料相比，奈米等級材料的表面積對體積的比例激增。在1947年，第一代電晶體的尺寸在1 cm以上，在iPhone 11的Apple A13擁有85億個電晶體。現今，一個電晶體長度不到5 nm，縮小程度超過第一代約200萬倍。曾經是世界第一高樓的臺北101大樓，相當於其高度509米縮小到0.25 mm。通常較小的奈米粒子具有較高比例的表面金屬原子，導致較高的催化活性和更具化學反應性。其二為量子效應（Quantum effect）：不同於巨觀世界，量化效應中能量是連續的。當材料由巨觀縮小至接近於原子或分子層次大小時，奈米的能量分布由連續轉變為量化的狀態，從而明顯地影響奈米材料的許多性質。量子尺寸效應（Quantum size effect）是由”限制”的現象所引起的，並且在10 nm或更小的奈米粒子中更為普遍發生。在塊狀材料中，電子的移動被視為波狀，並且可以“自由”在原子之間移動。當縮小粒子為奈米大小時，電子波的空間範圍與粒子的大小相當，電子開始“感覺到”粒子邊界的存在並相應地調整它們的能量。透過這種方式，電子被“限制”在量子化的能階中。奈米材料呈現出量子效應有截然不同的特性，例如：鋁等穩定的材料是可燃的，矽等絕緣體則變成導體。
以光學特性為例，當奈米粒子足夠小時，其光譜吸收能量與奈米粒子的表面有很強的耦合，尺寸在2-10 nm的奈米粒子會表現出離子化的共振效應。這是由於奈米粒子的價電子（valence electrons）當照光時激發至能量較高的導帶（conduction band），然後該價電子的能量以光的形式自發性釋放而回到穩定的價帶（valence band）。這種共振效應通常稱為表面電漿子共振（surface plasmon resonace, SPR）或局域表面等離體共振（localized surface plasmon resonace, LSPR），如圖1所示。不同粒徑的奈米粒子具有不同的能隙大小，表面電漿子共振的能量也不同。（註：開啟圖1的圖片來源網址，雙擊綠色圖示，即可觀察到表面電漿子共振現象。）
圖1：表面電漿子共振的示意圖，左上圖為面極化入射光：波長520 nm，極化方向與短軸平行；左下圖為面極化入射光：波長520 nm，極化方向與短軸垂直；右上圖為面極化入射光：波長1000 nm，極化方向與長軸垂直，步伐生共振效應；右下圖為面極化入射光：波長1000 nm，極化方向與長軸平行，發生共振效應。
（圖片來源：圖解表面電漿共振，國立中正大學，https://bit.ly/3R7txGo.）
以銀奈米粒子的光學特性為例，當金屬銀研磨成為奈米級的大小後，用肉眼可見到其顏色由本來的銀白色轉變成黃色。銀奈米粒子變為黃色是因為此奈米粒子吸收可見光（380~750 nm）中的410 nm波長（藍光），而見到其互補色（黃色），並且吸收藍光的能量與銀奈米粒子表面引起耦合而發生共振效應，使得銀奈米粒子表面的自由移動的電子雲（electron cloud）被極化，亦稱表面電漿子（surface plasmon）或稱表面電漿極化子（surface plasmon polariton）被極化，隨著光波的吸收波長而來回震盪，而發生奈米粒子的共振效應。
銀奈米粒子已廣泛應用於家用器具、醫療保健行業以及食品、環境和生物醫學，例如：在生物和生物醫學的應用抗菌、抗病毒、抗發炎、抗癌和抗癌症等。此外，銀奈米粒子有良好抗菌能力，成為使用最廣泛的殺菌奈米材料，例如：紡織品、冰箱表面和個人護理產品。一般而言，銀奈米粒子大多與二氧化鈦一起作為化學反應的催化劑。
二、 銀奈米粒子的合成
銀奈米粒子合成方法有物理和化學方法，化學方法包括：沉澱法、微乳液法、化學還原法、及電化學還原法。其中以化學還原法最為廣泛，此反應是銀離子還原成為金屬銀，例如：硝酸銀（silver nitrate, AgNO3）當作氧化劑，使用適量的硼氫化鈉（sodium borohydride, NaBH4）當作還原劑，並且用過量當作穩定劑。其反應如式[1]所示。
2AgNO3(aq) + 2NaBH4(aq) → 2Ag(s) + H2(g) + B2H6 (aq) + 2NaNO3(aq) [1]
（還原劑） （銀奈米粒子）
為節省藥品用量和保護生態環境，本實驗採取微量實驗和一鍋合成法（one-pot synthesis）；為避免用過的器材造成的污染，直接使用未用過的樣品瓶和PE滴管。此外，裝在小樣品瓶內實驗畢未用完的銀奈米粒子溶液，學生可以帶回家永久保存。
三、 銀奈米粒子的鑑定
(一)廷得耳效應（Tyndall effect）
廷得耳效應（Tyndall effect）是指當一束光線透過膠體（如銀奈米粒子溶液），面相入射光的垂直方向，肉眼可觀察到膠體裡出現一條明亮光束的散射現象。若光束照射到物體的尺寸大於入射光的波長，則光線發生反射，如圖2的「反射」示意圖所示；若照射物體的尺寸小於或等於入射光的波長，則光線發生的散射，如圖2的「散射」示意圖所示。
圖二：光照射到物體的交互作用：穿透、反射、折射、繞射、吸收、散射的示意圖。
（圖片來源：楊水平，2022）
在化學上，膠體的粒子直徑（1-1000 nm）介於溶質粒子（< 1 nm）與懸浮液粒子（1000-10000 nm）之間。當可見光（波長380-750 nm）照射到膠體(或溶膠)時，可觀察到光波環繞微粒而產生明顯散射，如圖2的「散射」示意圖所示。由於真溶液（true solution）的粒子小於1 nm，以致光線的強度隨粒子體積的減小而明顯減弱，而導致對光線的散射作用很微弱，光線幾乎直接穿透，如圖2的「穿透」示意圖所示。懸浮液的粒子較膠體的粒子為大，是一種可以沉降的非均相流體，當可見光照射到懸浮液時，光線大多呈現反射，如圖2的「反射」示意圖所示，只有少部分粒子具有廷得耳效應。使用雷射筆的紅光照射銀奈米粒子溶液和硝酸銀溶液，藉由廷得耳效應可以區分真溶液、膠體或懸浮液。
圖3：銀奈米粒子（左瓶）有廷得耳效應，而硝酸銀溶液（右瓶）則無。
(二)繞射（Diffraction）
繞射（Diffraction）是指光束遇到障礙物（如光碟片）或小開口（如光柵）時發生不同程度的彎散傳播現象，形成幾何陰影區域的干涉或彎曲，如圖2的「繞射」示意圖所示。若一個障礙物的小開口放置在光源和觀察屏之間，則於觀察屏上會出現光亮區域與陰晦區域，形成明暗相間的繞射現象，如圖4所示。
圖4：紅色雷射光束穿過小圓孔後投射到觀察屏上的繞射圖案（左），來自寬度為四個波長的狹縫與入射平面波的繞射圖案（右）
（圖片來源：Diffraction, https://en.wikipedia.org/wiki/Diffraction.）
本實驗滴加銀奈米粒子溶液在透明玻璃上，乾燥後銀奈米粒子形成固體堆積物。利用雷射光照射，在暗室的觀察屏上可觀察到繞射的圓形圖案，如圖5右所示。
圖5：紅色雷射光照射到有銀奈米粒子固體堆積物時呈現較大的圓形圖案（左），而沒有銀奈米粒子堆積物呈現較小圖案（右）。
(三)聚集（Aggregation）
膠體和懸浮液分散在連續介質中，其顆粒大小的範圍在1~1000 nm之間。超過這尺寸的粒子可能從懸浮液中發生沉澱。奈米材料的尺寸範圍（1-100 nm）是在膠體和懸浮液顆粒的尺寸範圍內，這樣的粒子具有極小尺寸而導致高表面能。為降低表面能，此樣的粒子傾向發生聚集（aggregation）現象。科學家應用金奈米粒子與金屬離子混合會發生聚集的現象，透過簡單快速的比色法可檢測重金屬離子的濃度，如Cu2+、Co2+及Pb2+離子的濃度。
本實驗使用實驗當作聚集物，當銀奈米粒子溶液加入食鹽時，食鹽在水中解離的鈉離子與氫硼離子發生作用，進而造成負電荷層遭受破壞，使得溶液中的銀奈米粒子發生聚集現象，顆粒變大而沉澱析出，如圖6所示。
圖6：銀奈米粒子溶液在蠟層上形成兩顆圓球狀的液滴，左側未加顆粒狀食鹽（黃色），右側有加入顆粒狀食鹽（暗黃色）。
(四)穩定（Stabilization）
奈米粒子結構具有高表面能的熱力學不利因素。透過吸附顆粒表面周圍的穩定劑，可以分散並穩定奈米粒子的結構。適當厚度的分散層對於穩定含有高濃度奈米粒子的膠體十分重要。厚的分散劑層(穩定劑層)會導致顆粒周圍過多的排除體積，以致粒子不穩定；而薄的分散劑層，導致顆粒不穩定而發生粒子聚集。這兩種效應都會降低膠體中奈米粒子存在的最大濃度。
本實驗合成銀奈米粒子，使用過量的氫硼化鈉（NaBH4）當作還原劑，過量的氫硼化鈉在水中會解離出氫硼離子（BH4‒）當作穩定劑，導致銀奈米粒子均勻地分散在水溶液中。這分散的可能原因是銀奈米粒子表面的銀原子有空軌域（缺電子），氫硼離子帶負電（有多餘電子），兩者之間在銀奈米粒子的表面以靜電力相互吸引而包覆一層負電荷層；抑或氫硼離子解離成三氫化硼（BH3）和氫負離子（:H‒），:H‒有孤電子對與銀奈米粒子之間以路易斯酸鹼相互吸引而包覆一層負電荷層，形成穩定的銀奈米粒子溶液，如圖7左所示。
圖7：穩定劑與銀奈米粒子表面銀原子之間的作用，穩定劑為氫硼離子（左）和PVP（右），上面兩圖為示意圖，僅表示銀奈米粒子與穩定劑之間的作用，而不表示銀奈米粒子的大小與穩定劑的數量之間的關聯
本實驗也使用聚乙烯吡咯烷酮（Polyvinylpyrrolidone, PVP）當作穩定劑。PVP分散銀奈米粒子的可能原因是銀奈米粒子表面的銀原子有空軌域，PVP的氧原子帶有部分負電荷（有孤電子對），兩者之間在銀奈米粒子的表面以路易斯酸鹼相互吸引而包覆一層負電荷層，形成穩定的銀奈米粒子溶液，如圖7右所示。
(五)可見光光譜分析（Visible Spectroscopic Analysis）
透過紫外‒可見光譜儀（UV-Visible spectrometer），可測得合成銀奈米粒子的可見吸收光譜。進而找到最大吸收度的光譜波長，並且推知合成金奈米粒子直徑大小。可見光照射到銀奈米粒子溶液的吸收光譜，如圖2的「吸收」示意圖所示。
藉由文獻資料(見參考資料3)提供的銀奈米粒子不同粒徑大小的最大吸收度波長的光譜（見參考資料3），可以轉化成為最大吸收度波長與其顆粒大小的關係之趨勢線，如圖8所示。根據圖8的趨勢線，銀奈米粒子的顆粒越小，其最大吸收度的波長越短。若合成銀奈米粒子最大吸收度的波長為410 nm，則可透過趨勢線推知其顆粒大小為23 nm。抑或，藉由趨勢線的二元方程式y = 0.0108x2 + 0.173x + 400.67，若最大吸收度的波長y = 410 nm時，則其顆粒的大小x = 22.5 nm。
圖8：銀奈米粒子的最大吸收波長與顆粒大小的關係
此外，藉由光譜圖的吸收度最大一半的波峰寬度（The peak width at half the absorption maximum, PWHM）可以判定銀奈米粒子大小的均一程度，PWHM越小表示奈米粒子的大小越均一。圖9為銀奈米粒子溶液的吸收光譜圖，其最大吸收度為1.57，其最大吸收度的一半為0.785（1.57/2），此吸收度與波峰有兩個交點，高波長與低波長之差即為PWHM。低波長之處在375 nm，高波長之處在436 nm，此PWHM為436 nm – 375 nm = 61 nm。
圖9：銀奈米粒子的吸收光譜PWHM
(六)電子顯微鏡圖像（Electron Microscope Image）
藉由電子顯微鏡（Electron microscope）的圖像，可觀察到銀奈米粒子的粒徑大小和形狀。圖10左顯示由銀離子在腐殖酸（humic acid）溶液中形成的銀奈米粒子的穿透電子顯微鏡（Transmission Electron Microscope, TEM）圖像（添加顏色是便於清楚觀察），比例尺代表50 nm，此圖像中的銀奈米粒子的大小並非均一，其粒子形狀也非全部圓形。腐殖酸傾向於吸附在奈米顆粒上（此處可見為淡淡的雲），使之分散在膠體中。圖10右顯示銀奈米粒子的掃描電子顯微鏡圖像（Scanning Electron Microscope, SEM），比例尺代表2 μm（有10格，每格200 nm），此圖像中的銀奈米粒子的粒徑大小並非均一，其粒子形狀也有很大的差異。
圖10：銀奈米粒子的穿透電子顯微鏡（左）和掃描電子顯微鏡（右）圖像
（圖片來源：Silver Nanoparticles, https://bit.ly/3B01X8t; Scanning Electron Microscope Image of Silver Nanoparticles, https://bit.ly/3Avct66.）
n 實驗步驟
一、 銀奈米粒子的合成
使用未用過乾淨的PE滴管，滴加1.5 mL（30滴）新鮮製備的0.0020 M NaBH4（硼氫化鈉）到一個3 mL的玻璃樣品瓶中，此瓶無需清潔直接使用未用過。用附特氟龍蓋，緊緊地轉緊瓶蓋。放置此樣品瓶在一個50 mL燒杯的冰水浴中，使其冷卻。取出此樣品瓶，立即打開瓶蓋。使用PE滴管，立即滴加10滴（0.5 mL）0.0010 M AgNO3（硝酸銀）到此樣品瓶中，滴加速率約1秒1滴，並且滴加時需要搖晃。滴加完畢後，緊緊地轉緊瓶蓋，立即放入冰水浴中，直到溶液變成鮮黃色，如圖11所示。（Yang, 2013）【註：(1)硝酸銀溶液不可連續滴加，否則銀奈米粒子溶液會變黑；(2)燒杯的選用不宜過大且冰水浴水位不宜超過樣品瓶的高度，否則樣品瓶難以直立。】
圖11：冷卻樣品瓶並滴加硼氫化鈉溶液直至溶液呈現鮮黃色，右圖為左圖的放大。
二、 銀奈米粒子的鑑定
(一)廷得耳效應（Tyndall effect）
使用紅光雷射筆，直接照在兩個樣品瓶中含有合成銀奈米粒子溶液和硝酸銀溶液，觀察兩種溶液是否出現一道紅光光束。其操作方式，詳見圖3。
(二)繞射（Diffraction）
取一片乾淨的玻璃片或載玻片，在此片上距離1.5 cm處分別滴加2-3滴銀奈米粒子溶液。使用電磁加熱攪拌器，以微熱狀態，放置此片在加熱板的邊緣位置，慢慢地加熱直到溶液乾燥。在暗室中，用紅光雷射筆對準並照射銀奈米粒子形成固體堆積的區域，在屏幕上觀察是否出現紅光圓點放大。同樣地，雷射光照射到沒有銀奈米粒子堆積的區域，觀察是否出現紅光放大。其操作方式，詳見圖5。
(三)聚集（Aggregation）
取1/4張A4大小的白色紙（或影印紙），使用一小塊白蠟用力地塗上一厚厚的蠟（蠟層不可有孔洞而使溶液滲透到紙張）。在蠟層上距離約1-2 cm的兩處，用乾淨的PE滴管，分別滴加2滴的銀奈米粒子溶液，形成兩個圓球狀的液滴。在其中一顆液滴，加入少量的顆粒狀氯化鈉，觀察其顏色變化，並比較與另一顆液滴的顏色。其操作方式，詳見圖6和圖12。【註：進行聚集之前，不可加入PVP穩定劑。否則，聚集不易發生。】
圖12：進行銀奈米粒子聚集試驗的兩顆圓球狀的液滴
(四)穩定（Stabilization）
為了在穩定的條件下以利保存銀奈米粒子溶液，在樣品瓶中加入5滴約3%聚乙烯吡咯烷酮（Polyvinylpyrrolidone, PVP）當作此溶液的穩定劑，蓋緊瓶蓋子並搖動混合均勻。
(五)可見光光譜分析（Visible Spectroscopic Analysis）
取一支1.5 mL乾淨的塑膠比色管，用乾淨的PE滴管，加入10滴（約0.5 mL）銀奈米粒子溶液到該管中，並用蒸餾水進行等量稀釋。利用紫外‒可見光譜儀（UV-Visible spectrometer），測定合成銀奈米粒子的吸收光譜。透過吸收光譜，找到最大吸收度的光譜。然後，藉由最大吸收度的光譜，推知銀奈米粒子的粒徑大小，詳見圖8。再來，透過製作PWHM，推知自己合成的銀奈米粒子的均一程度，並與別人或他組比較是否較佳，詳見圖9。【註：(1)若已加入PVP穩定劑，則不必加入蒸餾水稀釋；(2)測量吸收光譜後，銀奈米粒子溶液可倒入樣品瓶中。】
(六)電子顯微鏡圖像（Electron Microscope Image）
依照穿透或掃描電子顯微鏡的操作手冊，自己實際操作或由熟悉儀器操作者操作電子顯微鏡。取得圖像後，觀察到銀奈米粒子的粒徑大小和形狀。【註：這實驗是可選的，視學校的設備而定。】
n 教學提示
l 教學時間分配：(1)講解實驗原理和實驗步驟：約20-40分鐘；(2)實驗操作時間：合成方面：約5-10分鐘，鑑定方面：約30-50分鐘（不含電子顯微鏡圖譜的鑑定）。合計時間約55-100分鐘，教師可依照學生的程度，安排教學時間的長短。
l 本實驗可與另一實驗由作者編寫的「金奈米粒子的微量合成和鑑定」合併，上課時間約100-150分鐘（不含電子顯微鏡圖譜的鑑定），可在3小時的實驗課完成。
l 教學流程：本實驗的教學流程可為先解說實驗原理再操作實驗，或先操作實驗（包含合成和鑑定步驟說明）再解說實驗原理。前者為傳統實驗室教學，後者為學生先做實驗對實驗變化現象產生好奇，進而激發學生對科學知識的學習興趣和渴望。
l 上課地點與對象：本微量實驗的操作容易，實驗用器材和配製溶液集中在置物箱，可帶到教室或室外讓國高中學生操作實驗。作者曾經指導學生在教室進行實驗，實施方便且順利。針對國中生，鑑定方面只做容易操作的廷得耳效應、繞射、聚集及穩定；針對高中生，鑑定方面可增加一項光譜分析。
l 硝酸銀價格：有一家商家販賣純度99%，1,260元╱25 g；18,375元╱450 g。有一家電商販賣（未標示純度），15,015元╱500 g；另一家電商販賣0.1 M溶液（試藥級），280元╱100 mL，280元╱500 mL。配製100.0 mL 0.0010 M硝酸銀，用0.017 g，以15,015元╱500 g計，其價格約0.5元；每位學生或每組花費0.0026元；以280元╱500 mL計，其價格約0.56元；每位學生或每組花費0.0028元。其實，本微量實驗硝酸銀的花費單價很低。教師可考慮實驗藥品兩倍用量，增加學生攜帶回家成品的用量。
l 樣本瓶價格：容量3 mL，一盒100個，有臺灣商家販賣一盒價格2,500元，每個25元；有一家境外電商販賣3 mL，一盒100個，新台幣500元，每個5元。兩家價格差異很大。若經費短缺且希望學生攜帶自己的實驗作品回家永久保存，教師可選購便宜的樣本瓶。
l 在合成金奈米粒子之後立即加入穩定劑PVP，可穩定期溶液而不易使之聚集而變黑。但是此舉不利於進行銀奈米粒子的聚集實驗。為成功完成實驗，教師指導學生時應該特別注意實驗步驟的附註。
l 實驗操作時，請學生注意安全防護，必須穿實驗衣、戴乳膠手套和安全眼鏡。
n 參考資料
1. Shui-Ping Yang, Microscale Synthesis and Characterization of Silver Nanoparticles in the Teaching Laboratory, 15th ACC (Asian Chemical Congress) Poster, No. 1318, Singapore, Augest 25-27, 2013.
2. Diffraction, https://en.wikipedia.org/wiki/Diffraction.
3. Silver Nanoparticles: Optical Properties, https://bit.ly/3QXDwxv.
4. Silver Nanoparticles, https://bit.ly/3B01X8t.
5. Scanning Electron Microscope Image of Silver Nanoparticles, https://bit.ly/3Avct66.
6. 圖解表面電漿共振，國立中正大學，https://bit.ly/3R7txGo.
7. 楊水平。金奈米粒子的微量合成和鑑定。臺灣化學教育。第48期，8月，2022。http://chemed.chemistry.org.tw/?p=42346。
n 學生實驗講義
下載學生實驗講義PDF檔—「銀奈米粒子的微量合成和鑑定」
高中化學教學經驗分享
曹淇峰
台北市立建國中學
[email protected]
n 前言
教書已進入第30年的我，很幸運在今年(2022年)獲得教育部師鐸獎的肯定，容我來分享一些高中化學教育的經驗，希望對年輕的高中化學教師擘劃人生藍圖，有一點點幫助。
n 回顧自我成長與學習，感念師恩
我來自彰化果農家庭。國二時，母親中風讓原本貧困的家庭更加雪上加霜！幸運的是，老師伸出援手，讓我的學習不中斷；從到處打工的果農之子，幸運考上臺灣師範大學化學系，在公費資助下完成學業，成為站在講台的化學教師，是教育與老師的愛翻轉我的生命！
化學的英文是Chemistry，拆解出來就是Chem is try，化學在不斷探究的過程中，保持小心求證，求真的精神，和杜威的「做中學」教育理論不謀而合。我們化學系畢業的學生，有一雙會做實驗靈巧的手，如果再加上溫暖的心、創新的腦，會是成就他人的最佳利器。
我曾經帶領台北市建國中學學生舉辦基隆山區小校的科學營，教導學生團隊合作，設計趣味的科學實驗，帶著小朋友一起做實驗，這些高中生們發現扶弱助困，奉獻愛心，原來不是遙不可及的事。回到學校，我請學生做些回饋反思，學生說「這是一趟給予的旅程，然而我們卻得到了更多」、「從孩子天真與好奇的眼神中，彷彿看到以前的自己。」學生們在合作服務學習中，找到人生的價值；在自己所服務的孩童身上，得到滿滿的回饋；感受到「豐盛的生命來自付出，幸福的滋味來自感恩」的喜樂。在班會課的時候，大家居然決議再辦一場，於是台北市中正區弱勢學童科學營誕生了。
在教育這方面，我的座右銘是「大合作，大成就！」同科教師合作教學，可建構完善的教學模式，多元的教學評量。不同科別教師合作教學，可建構學校的特色課程，提升學生學習層次。大學端若與高中教師合作教學，可以追求臺灣卓越，和世界並駕齊驅！
陪伴、感恩、合作是教學的日常，我們陪伴需要溫暖的學生，鼓勵學生做個施比受更有福的人，常懷感恩心，相信教育能翻轉生命，一同合作創造生命奇蹟，擔任教師可以是一生最大的志業。
n 國際化學奧林匹亞競賽讓世界看見臺灣莘莘學子的出類拔萃！
國際化學奧林匹亞(IChO)競賽已經是高中化學競賽的最高殿堂，是我國頂尖化學人才挑戰自我的國際舞台，美國、歐洲的名校更提供優厚獎學金供獲得金牌的各國學生就讀。這項活動從早期的交流為主，到目前已是各國科學教育角力的場合，近年來前幾名幾乎由美國、中國與俄羅斯包辦，臺灣表現優異，經常維持在前5名。
國際化學奧林匹亞競賽每年只能選拔四位國手參賽，競爭非常激烈，化學實作在國際化學奧林匹亞競賽中占分達到 40%，相當關鍵。基於安全考量，學生必須有教師陪伴，才能在化學實驗室進行實驗。二十多年實驗室的陪伴與指導，師徒一步一腳印傳承不只是技術，還有教育的愛。從優秀到卓越，學生們在獲得國際化學奧林匹亞競賽金牌的過程中，豐厚科學素養，開展自己潛能，未來能成為卓越的科學家，甚至改變世界。
負責訓練的國家教練團由大學教授們和一名高中教師組成，高中教師主要擔負學生輔導與試題翻譯打字工作，感謝歷屆主辦教授方泰山教授、姚清發教授、張一知教授的肯定與信任，讓我擔任國家教練團高中教師6次，指導學生榮獲國際化學奧林匹亞競賽6金1銀，同事說我是金牌教師，但我總覺得每次比賽都有一種使命感，大家一起讓臺灣囝仔站上國際頒獎台，讓世界看見臺灣莘莘學子的出類拔萃！如履薄冰的完成任務回國後，我也利用期刊發表（曹淇峰2015，2016）分享參賽經驗，期待更多後進加入國家教練團的行列。
n 教師專業精進，深植高中科學教育的根基
我建議高中化學教師要有自己的一套自編教材，集合各版本的優點，建立自己的教學脈絡，教學專業才能累積。我也認同閱讀的重要，閱讀是孩子帶的走的能力，新課綱的多元選修給了教師很大的開課空間，我曾經開了一門「科普寫作與表達」課程，現在建中則提升層次，將「專題寫作與表達」列為校定必修。這幾年，我開了一門選修課程「化學讀書會」，帶領學生經營讀書會，也頗有意思。現在的學生學習管道與方式都非常多元，我們老師們也要不斷的精進自己，多參加研習，多吸收新的教學方法，才不會被時代淘汰。
幾年前，我擔任國科會高瞻計畫子計畫二主持人 3 年，與邱美虹教授一起帶領建中師生研發探索式化學實驗課程，順應教育新趨勢，將食譜式的化學實驗變成探究式的化學實驗，首先開設選修課程，更在日本靜岡、台日雙邊科學教育(2014)與日本SSH高校進行二次國際課程交流。探究式實驗課程成為現在科學實驗課程的新思潮，108課綱也新增了必修課程自然探究與實作。
n 「六步一條龍教學法」發現問題，提升教學效果
教學方法琳瑯滿目，我最常用的是「六步一條龍教學法」（見圖1），也提供給新進教師參考，希望能幫他們快速上手應用在教育現場。首先「觀察」學生的表情或行為，聽學生提出的「問題」，「覺知」自己教學的不足與學生的困頓所在，再度對「同儕」旁敲側擊，確認問題所在，提出解決問題的「策略」，再藉由「學習環境」的力量輔助，因材施教，提高自己的教學成效。
圖1六步一條龍教學法
有一個學生Nathan雖然在校內化學競賽中筆試獨佔鰲頭，但實作成績卻墊底，「觀察」到這樣的現象，學生告訴我他的問題，他不會做實驗，但我們要「覺知」問題的所在。有一次做滴定實驗，我發現他眼睛看到指示劑變色，手卻沒辦法馬上關閉活栓，透過同學與媽媽的說法，才知Nathan是個安胎兒，先天感覺統合失調，手眼不協調讓他在實驗時感到無比挫折。我鼓勵Nathan：「實作能力可以透過練習來改善，老師可以陪你一起練。」我的改進「策略」是多做實驗，而「學習環境」是化學實驗室與管理員。基於安全考量，一定要有教師在場，學生才能做化學實驗，我與實驗室阿姨，陪著Nathan度過無數次的午休、放學時間，有時只為了修正一個動作，Nathan反覆練習10 次以上，苦不堪言。Nathan的堅毅加上篤信基督教，讓曾經失落的他，慢慢走出低谷。感謝上帝，一年後Nathan真的成為國際化學奧林匹亞國手，榮獲金牌為國爭光。Nathan深信「你手若有行善的力量，不可推辭，就當向那應得的人施行」，他目前已是臺大醫院主治醫師，造福社會。
成功不必在我！成功的制度比成功的人更重要！我們在教育現場，要注重長遠可行制度的建立，例如建中化學科教師團隊合作，共備同年級的課程計畫、共同編製化學實作教材計畫、教學評量聯合命題審題計畫、校隊培訓計畫、擔任特殊班任課教師輪替制度、課程研發計畫…，讓每個學生進來這個學校就讀，遇到的不只是好老師，更是好團隊。除了努力之外，我鼓勵老師們選擇一個值得你投入的團隊，更容易成功。
n 偏鄉服務，提升中小學學生科學實驗操作能力
「提升學生實驗操作能力」是一個難度很高的計畫，該計畫主持人臺灣師範大學(簡稱台師大)姚清發教授，也是中央輔導團自然領域召集人，用心規劃面面俱到，從教師、大學生與中小學學生三方面同時展開（見圖2）。自108年迄今，利用周末在臺灣各縣市辦理提升實驗操作能力計畫教師研習營超過30場，參與化學研習教師超過400人。大學生研習營部分，每年培訓一百多位大學生暑假至全台各地中小學辦理科學營隊，每年受惠的中小學生超過千人。中央輔導團自然領域團隊也直接辦理中小學生的提升實驗操作能力研習營，主要對象是學習或經濟弱勢的學生，在台師大辦理超過 6場，偏鄉5 場，離島5 場，參與研習的優先關懷、偏鄉、離島學生超過4000人（姚清發2019-2022）。計畫目前持續進行中。正所謂「大合作，大成就！」我在裡面雖然只是一個小小的講師，但是每每看到計劃能有這麼多人受益，看到參加研習的教師、大學生們即使犧牲周末、暑假假期，研習後學員們滿滿的肯定和感謝的神情，心靈上真的是莫大的成就。在此特別感謝長期投入提升中小學科學教育的姚清發教授，邀請我加入偏鄉服務的團隊，讓我有機會貢獻己力。我曾是苦孩子，我希望臺灣的苦孩子有機會像我一樣，走出困頓。
圖2（左）周末教師研習營 （右）中小學生營隊
n 杏壇深耕三十載，一步一腳印的美好歷程
我非常感謝學校的行政團隊，堅持「行政支援教學」理念，全力奧援老師們精進教學，化學實驗室謝小姐20幾年來的盡心協助，讓我得以盡情發揮所長，協助學生們得以全心投入為國爭光。
行政支援教學，我也曾擔任支援教學的行政團隊，設備組長、科學班班主任、資優班召集人，在化學課堂以外，支援其他為校為國爭光的教練與選手們。教師會研發組長、自然科召集人、教學輔導教師，聯絡教師感情與年輕教師夥伴一同成長。北市科展評審、教師甄選委員、國中基測推動委員、大考中心試題分析教師、高中輔導團教師、受邀國中講座等，一同為教育奉獻心力。
年少的困苦環境讓我不得不讀公費的師範體系，想不到教師工作一做就是30年，春風化雨的滋味人人感受不同，我鼓勵年輕的教師們，相信現在遇見的，都是上天最好的安排。今年獲學校推薦參與評選，回想教育翻轉生命，創造生命奇蹟的歷程，深深感受教師可以是一生的志業，一生的責任與榮譽。
身為高中化學教師的我，只有教材是我自己編的，學生是我陪伴的，而所有的榮譽都是團隊的成果，扶弱與拔尖是「大合作，大成就」的印證，教師可以鼓勵學生做個施比受更有福的人，因為「奉獻的生活，是最富足的生活」！
n 誌謝
感謝臺灣化學教育主編邱美虹教授的邀請，非常榮幸在本刊與教育界生力軍們分享高中化學教育經驗，希望大家持續保持對教育的熱情與初衷。
林肯總統說過「我不一定會成功，但我定不會辜負我所擁有的」，我很幸運，擁有紅樓才子、擁有建中化學教學團隊、扶助提攜我的貴人們，感謝教育部與國際化學奧林匹亞國家教練團成員們，讓世界看到臺灣學生的卓越，讓國際看到臺灣教師的優秀。
感謝臺北市政府教育局評審委員推薦與肯定，得到教育界最高榮譽「師鐸獎」的鼓勵，讓我們的團隊努力受肯定。
謝謝30年來與我相遇的所有學生，你們都是我生命中美好回憶的一部份，希望我在你們的心中一直是那個「和藹可親，有您就安心」的CFT（見圖3）。
圖3 畢業學生致贈的「好讚」講座，將我的英文名字CFT翻成Considerate Friendly Teacher 。
「你來自哪裡不重要，重要的是你要往哪裡去？」，年輕教師的熱情是教育的活力泉源，期待你們一起帶領學生們成就他人，創造生命的奇蹟。
n 參考資料
曹淇峰(2015)。國際化學奧林匹亞對高中化學教育的影響。臺灣化學教育。第10期。2015年11月。
曹淇峰(2016)。青蒿素。科學研習。APR 2016。NO55-04。
姚清發(2019-2022)。提升國民中小學自然領域實驗操作能力計畫成果報告。教育部國教署。
第四十八期 主編的話
邱美虹
國立臺灣師範大學科學教育研究所特聘教授
國際純化學暨應用化學聯合會（IUPAC）執行委員會常務委員
國際理事會(International Science Council)治理委員會委員及Fellow
中國化學會（臺灣）教育委員會主任委員
美國國家科學教學研究學會（NARST）前理事長
[email protected]
為慶祝聯合國宣稱的「基礎科學促進永續發展國際年」(International Year of Basic Sciences for Sustainable Development, IYBSSD)，由國科會自然處指導，國立臺灣師範大學、臺灣大學、成功大學、化學會和物理學會共同主辦的開幕式選擇8月15日在臺灣最大的海洋調查研究船勵進號上舉辦開幕典禮，來自政府單位和學術單位的人員集結在基隆港碼頭一艘由女性擔任船長的勵進船是具有特殊的意義，這是第一次大型活動在勵進船上辦理。一方面彰顯臺灣重視藍色經濟的推動，另一方面，特選於由臺灣首位女性擔任船長的最大科研船進行啟動儀式，凸顯女性亦可在科學領域佔有一席之地。此次透過開幕來宣揚「扎根科學，永續臺灣」的目標以及活動四大核心訴求「科學平權、科學啟蒙、全民參與、國際連結」，並由總統蔡英文女士鳴笛啟航，響應國際以基礎科學提供解決和開創永續的未來。
開幕式中除長官致詞，活動計畫主持人(本人)做報告外，還有一個橋段就是中央大學物理系楊仲準教授的地磁量測，楊教授帶著偏鄉的小學生和來自全台各地的教師進行現場和線上同步量測地磁，這樣收集的資料未來也將和阿根廷的師生合作分享資料，展現科學無國界、科學零距離。會中阿根廷教授也是國際純粹與應用物理學聯合會(IUPAP)委派理事長Silvina Dawson教授亦錄製影片致詞祝賀活動順利圓滿，也期待雙方在地磁活動上的合作。另一項則是由成大材料系李旺龍教授負責的一分鐘城市科學節介紹影片。整個活動令人感到相當溫馨且彰顯IYBSSD強調婦女參與度和能見度的提升及基礎科學作為國際對話與和平的來源。
此次專刊主題有二，一是慶祝中國化學會成立90周年，另一是由臺灣大學化學系佘瑞琳講師擔任特約主編的「大學化學實驗課程設計與線上教學」。前者包括回顧與展望化學教育相關的學術與推廣活動、論述微觀到巨觀世界的互動、從PISA看科學素養、金奈米和銀奈米的實驗設計設計與運用、化學實驗到探究式文本的應用。後者則是以全國第一次的化學實驗課程設計線上交流會的成果報告為主，當日線上參與者有百餘人，能齊聚一堂共同研討大學化學實驗，實在是令人相當振奮。
與勵進號黃久倖船長合影(2022/08/15)