臺灣化學教育
Chemistry Education in Taiwan疫情下線上化學實驗和探究與實作課程： 完整的線上探究與實作教學實務分享 / 陳育仁
星期四 , 8, 12 月 2022 本期專題, 第五十期 / 2022年12月 在〈疫情下線上化學實驗和探究與實作課程： 完整的線上探究與實作教學實務分享 / 陳育仁〉中留言功能已關閉疫情下線上化學實驗和探究與實作課程：
完整的線上探究與實作教學實務分享
陳育仁
新北市立明德高級中學
n 緣起
110年3月份開始，隨著國內新冠肺炎疫情的擴散，同年5月17日高中職以下意外的停課了，這也馬上打亂了我們自然探究與實作課程原來的進行步調。在停課前學生已對水火箭模組進行了兩週的課程，對現象的觀察、初步的實驗規劃構想，以及實驗器材(水火箭)的製作等已有一些進展。
停課馬上帶來了如何在線上遠距進行，這種以實作為主的課程之挑戰。我們幾位合作協同的老師，馬上召開了一場線上會議，研究設定了新的線上課程的進度與規範。為了不中斷學生過去兩週的學習，我們決定延續原來的主題，但對原先排定的課程流程及規劃稍做調整。並且保持邊做邊修正的機動與彈性，開始進行這場遠距教學的新挑戰。
n 線上課程馬上面對困難
在準備線上課程之初，我們幾位老師就梳理出了五項馬上會面對的挑戰，同時為了能順利有效授課，也都全力與時間賽跑，找出解方，茲分述如下：
一、建立線上教室確保所有學生都能順利「到課」
在線上課程開始時面對的首要困難，就是如何確保所有學生都能夠順利到課。這次停課來得突然，我們沒有時間好慢慢去教學生，或確保學生能掌握各類不同的線上教學軟體，所以決定要選用一個他們馬上可以上手，各科目皆統一使用的方式來進行。以確保所有學生能夠順利到課。
學校的資訊組在這項困難上幫了很大的忙，他們為每個班設立了一個Google classroom，其上建置好一個各科目通用的meet會議室連結，再以班上師生們的校務帳號來建立參與成員。這項設定的好處就是同一班的學生全部都直接到這個線上教室上課，由老師跑到不同班的線上教室授課，因為老師相對來說比較能掌握資訊的技巧，也避免學生需因不同的老師，就要使用不同的軟體、跑不同的線上教室上課，反而會讓資訊能力較弱的學生因而缺課了。這一策略有效的解決了我們的第一個困擾，除個別課堂請者之外，學生到課率是100%。
二、線上會議室可滿足小組討論不干擾他人和不受他人干擾的討論空間
「討論」是自然探究與實作課程中一個相當重要的元素，所以我們幾位協同合作的老師希望小組能有一個不受干擾，也不干擾他組的線上討論空間，確保他們可以討論，同時不因為討論而破壞線上教室的發言秩序。
經討論後，我們最後決定以成立小組的meet會議室來解決。這是立基在因為學生上課都是用meet會議室，所以這個軟體是不用另外教學，馬上可以保證所有學生都會用的線上教學系統，而且也可以有效避免學生因不知道怎麼用新的軟體，可能導致落掉課程中的討論環節的困擾。
在執行討論教學的過程中，我個人是在學校以大電視同步開啟10組(我們上課分10組)討論室的視窗、開啟電視喇叭，但不接麥克風。所以可以在同一時間聽到各組討論的情況，其教學效果遠比實體課好太多，實體授課時當老師靠近哪一桌時，其他桌的組別之討論我們是聽不太到的，但經大電視觀察時，10組的聲音基本上是同步的，所以老師可以同時間非常清楚的觀察到各組的討論情況(如圖1)。而且從學生的聲音及視窗的發言標示，就可以分辨是哪一組的討論內容。同時可以用另外一台電腦來點入到特定組別的討論室裡，去提供學生必要的引導或提示。
圖1 以大電視同步觀察各組討論
由圖1中可知，雖經要求學生把攝影機都打開，但許多學生還是因沒有攝影機或網路頻寬不夠等因素而沒有畫面。這凸顯資訊資源在家庭上差距，而且也多少會影響到授課的順利與否。另外，這種小組討論室學生只能夠進到自己所屬的討論室，他並無法如實體授課時，可以參考其他組別的討論情況。這一點上明顯減少了學生間可以跨組向討論較佳進行組別學習的機會。
三、雲端硬碟能即時取得學生作業並可即時回饋
能夠即時針對學生的作業給予回饋，方便學生隨時修正、精進是自然探究與實作課執行上一個很重要的環節。我們決定把實體課程時用來收取學生作業的雲端硬碟，延伸建置了不同的子目錄，讓學生能上傳他們隨堂的所做的東西，即便是小組的記錄把大家討論所得手寫了，再拍照上傳亦可。接著由老師在全體的大教室裡去做分享與回饋，學生只做說明及回應。這做法一來可以有效解決了即時回饋的需求，此外，可以避免學生因個別資訊設備或資訊能力的限制而影響畫面分享的流暢及上課的節奏。最重要的還是因為學生原已熟悉雲端硬碟的操作，不需要另外花時間做操作教學，學生也不會因為不會操作而導致缺漏課。
四、解決停課後學生無法在家進行實驗測試來修正計畫的問題
停課後導致學生無法在家裡做水火箭的實驗測試，也使得他們無法依測試結果來做其實驗規劃的修正，如調整控制變因的量值(如水量)，或操縱變因的測量範圍(如氣壓的改變範圍)等。
為了解決學生沒辦法操作測試實驗的困難，我們決定由老師來代為操作實驗的方式克服這項挑戰(圖2)。我們同步收集了所任教的五個班級，所有組別學生希望測試的所有問題後，由老師在學校代為操作這些測試實驗，拍成影片後放在線上讓學生下載來看，學生再依影片中的測試實驗結果，來檢視其實驗規劃是不是要做修正。
這做法能有效的改善學生不能做測試實驗的困擾，而且學生經由老師代為操作的測試實驗所得結果，也確實能提供足夠讓他們精修其實驗規劃的資訊。
圖2 各代操之測試實驗影片截圖
五、解決學生無法在家實驗取得數據問題
這次線上教學所面對更艱困的挑戰，是學生沒辦法在家裡做水火箭實驗取得數據。我們使用的解決方法是提供學生，前一學期上課的學生所測試的原始數據做選擇使用，當成他們的測量結果。在這一個做法上確實有一些不理想的地方，學生在數據的選擇上，有一定程度的實驗誤差，他們未經精確實驗測量，也無從知道實驗的哪個環節會出現什麼問題。所以學生可能單由數據量的多寡等因素來挑選數據，甚至有些組別所挑選的數據與他們想要探究的內容並不那麼一致。特別是在測量的過程中會面對什麼樣的挑戰、是什麼樣的錯誤導致數據的不可靠等等，在測試錯誤(try and error)的學習體會方面較欠缺。
但是學生還是可以從過去的原始數據中，在數據的分析、建模等素養上，達到一定程度的學習效果。
n 線上課程進行不易評估學生的課程參與度
當線上課程開始進行，一些原來未預想到的挑戰馬開始一一浮現。馬上引起我們幾位老師注意的是：如何去正確的評量？
在實體課程中，我們容易同時觀察所有學生的參與狀況，但在線上課程中反而不容易同步觀察到全部學生的課堂參與度，特別是當我們發現有些學生是因其資訊設備的限制，導致較不易即時回應教師提問、參與討論或提供上傳分享的畫面，我們沒有辦法知道他是不是正在專心聽講、努力幫忙記錄，或者他真的沒在用心參與。因為看不到學生的完整參與過程，故無法100%的了解學生的參與程度，所以會擔心提高課堂參與度評估的誤差，我們只能以「從寬認定」來盡可能降低評估的差異性。
圖3 線上課程學生的自評與他評較極端，更多被評為無貢獻
進行線上課程而浮現的科技貧富差距現象，也同步引出了在實體課程與線上課程間，學生的自評與他評結果產生明顯差異的問題(如圖3)。一些在實體課中較活躍、積極的學生，會因為他的資訊能力，或是資訊設備，導致他在線上課程中無法表現自己，比如有同學因家中資訊設備不允許而無法參與小組的線上共同編輯等。這問題間接影響了他的自評與他評結果。依本次課程執行的結果看來，電腦網路設備落差確實會引起另類的不公平，這問題值得我們認真思考克服策略。
n 線上課程進行後的反思與建議
有了這次的線上教學實務經驗，我們幾位合作的老師也做了以下的四點反思：
一、遠距教學所突顯的，電腦網路設備落差造成的不公平必須注意及尋找對策。在線上課程施行前先確保學生能取得最基本、足夠課程需求的設備，以盡可能減少這項不公平。
二、線上實驗(探究與實作)課程還是應該改為居家可以取得材料、一個人可以完成的實驗來取代比較理想。讓學生更能理解測量上的限制及各項測量上應注意的細節。
三、線上課程中學生會減少跟同儕間互相學習的機會，若讓學生把自己的實驗錄影上傳到網路分享可以稍微改善這問題，但同時也帶來了增加約生額外的錄製負擔、增加網路頻寬或流量不足的學生不能下載觀看的問題。
四、應該可以確定一個線上教學更有效架構跟流程，當任一模組在執行的時候，應該要有某些遠距教學架構與流程，讓資訊或教育的傳遞上是比較有效的。
希望這次線上探究與實作教學完整的實務分享，能給未來欲開發線上探究與實作或實驗課程的老師，提供有價值的參考。
疫情下線上化學實驗和探究與實作課程： 宅實作—天然酸鹼指示趣探究 / 林于人
星期三 , 7, 12 月 2022 本期專題, 第五十期 / 2022年12月 在〈疫情下線上化學實驗和探究與實作課程： 宅實作—天然酸鹼指示趣探究 / 林于人〉中留言功能已關閉疫情下線上化學實驗和探究與實作課程：
宅實作—天然酸鹼指示趣探究
林于人
國立花蓮高級中學
[email protected]
n 緣起
2021年5月19日全台進入疫情三級警戒開始，接踵而來的學校實體停課讓教學場域一夕間全線上化，原本對線上教學仍有滿多疑問的老師們無暇思考太多，只能立即化身直播主，學習如何透由網路影像與學生們互動。當時我的高三班級皆已期末考結束了，因此我只有每週兩節的高一課程要進行線上教學，讓我可以從容備課之外也能慢慢熟悉Google Meet 及Classroom的操作介面，開始架構我想要呈現的線上化學課程模式，並努力構思如何讓學生們仍能體驗『做中學』才有趣的化學實作！
那時我在線上教學內容已介紹「酸鹼指示劑」（張煥宗，2021），高一的學生可以舉例說出他們曾學過的酸鹼指示劑，如石蕊試紙、酚酞，並說出會如何變色來判斷溶液的酸鹼性，因此我以「自製酸鹼指示劑」為主題（蕭次融，2009)，開始引導學生進行他們的「宅實作」。在線上能給學生「陽春式」教學資源：除了提供主題相關的實驗影片，教師親自示範一些簡易測試來引發學生提問；讓學生自己開始搜索文獻資料、選擇在家中能取得的天然材料、嘗試如何製得指示劑並測試其酸鹼型顏色，再以自製的酸鹼指示劑來測試家中有的酸鹼物質。
n 教師宅實作的教學歷程
一、在Google Classroom建立『作業』及『課程資料』
（一）『自製酸鹼指示劑』 作業的簡易說明
選用可取得的『植物』來測試日常生活中的酸鹼物質！拍照上傳你的測試結果(圖1)。
圖1 Google Classroom『自製酸鹼指示劑』作業說明
(二) 酸鹼指示劑有趣實驗影片
我所選用的影片資料主要是來自LIS ( Learning in Science )情境科學教材，這個團隊成立於2013年7月，是一個非營利組織，致力於為國中小自然教師及學生，設計有別於填鴨教育的科學教材，協助教師進行STEAM和科學素養導向的教學，讓教師更簡單地進行教學創新，幫助更多學生找回對科學的學習動機，並培養解決問題的能力。
圖2 YouTube【自然系列-化學 | 酸鹼01】拉瓦節の酸鹼變色大作戰【下】
(三)教師示範「簡易且不完美」測試記錄
如表1所示，列出的圖片記錄是以家中喝水的一般玻璃杯進行實作，材料也都是廚房現有可選用的，測試結果拍照看起來變化並不明顯，仍如此呈現給學生當作教材，其實是希望學生覺得『宅實作』可以很家常，也可能會看到不怎麼完美的實驗結果，但重點是願意嘗試！
表1：紅莧菜汁與廚房中酸、鹼物質的顏色紀錄
二、師生留言區的互動問答
首次施行「宅實作」的我在作業說明的內容不多，學生似乎也不明白如何運用所給的課程資料，所以他們在作業留言區提出許多疑問（見圖3），有學生提出擔心防疫期間無法準備「專業的」的器材和藥品，所以無法完成這項作業。也有學生不確定自己要如何選擇用哪種材料來製作酸鹼指示劑才合適，看到老師用的是「紅莧菜」，但不一定能和老師一樣用某種蔬菜，所以我回應說：「不一定要用菜菜呀~也可以用花花草草果果皮！」
這樣的留言互動讓教師可以明白學生對課程的疑慮有哪些方面，也可適時協助學生面對問題如何解決，讓學生體驗到不是食譜式實驗課程，而是108課綱推動『科學探究與實作』的重要精神（段曉林，2021）。
圖3：Classroom師生留言區
n 學生宅實作的學習記錄
從5月24日在Google Classroom發佈這份作業，到6月28日繳交截止後看到學生們上傳的報告，我著實感動他們願意突破自身限制！原先在留言區擔心專業設備材料不足的學生們皆克服居家環境條件限制並努力完成自己的作品，並回饋表達自己有享受這種探究實作過程，反思學習到能觀察身邊事物，及動手做的行動力，甚至發掘到可繼續研究的主題，並將這份線上作業在整理更完善之後提交為他的學習歷程檔案。
一、學生作業特色
（一） 居家環境、設備&材料，學生推論自己觀察到的實驗結果
學生作品居家感來自環境背景通常是廚房，設備是飲食器具，蒐集家中各種酸、鹼物質（見圖4），指示劑材料是果皮，如葡萄果皮（見圖5），或火龍果皮（參考附錄：學生作品1）。
圖4：家長側拍學生記錄自己完成酸鹼指示劑的線上作業
圖5：學生用熱水萃取色素，並對實作結果進行推論
（二） 重溫國小階段所學的酸鹼實驗
學生運用紫色高麗菜汁測試家中各種酸、鹼物質的結果（見圖6）
圖6：實驗材料（左起：馬桶通劑（濃／稀）、小蘇打水溶液、肥皂水、紫高麗菜汁、檸檬水、白醋加水）
（三） 學生準備專業藥品&器具
表2 作業中出現學生認為專業藥品和器具
二、學生作業心得反思
以下這位學生在他的報告（附錄：學生作品2）裡寫下的心得與反思（圖7）最令我感動，因這份宅實作讓他已開始朝向培養108課綱所要積極推動的核心素養『三面九項』的能力（教育部，2014），並思考解決生活情境中所面臨的問題。
圖7：學生對這次宅實作的心得與反思
三、學生作業延伸探討問題
學生由這次的宅實作過程中發掘到可繼續延伸探究的一些研究議題（圖8），代表學生體悟到科學探究過程不會只停留在單一層面的問題，而是由實作過程中會衍生出一連串的跨領域議題（段曉林等，2020， p.15）。學生也將此列入他的高一自主學習計畫當中，以期能解惑！
圖8：學生經實作後延伸探討的跨領域議題
n 結語
由學生提交作業呈現的不同風貌，讓人發現『宅實作』有著意想不到的科學探究啟發的學習效益，雖然整個過程中學生提出對完成作業的許多疑慮，只要學生自己一旦願意開始嘗試動手做，宅實作的教學實質效果也才能顯著呈現！
n 參考資料
段曉林（2021）。國中自然科學探究與實作：新課綱的精神。臺灣化學教育，41。取自http://chemed.chemistry.org.tw/?p=39807
段曉林、林淑梤、靳知勤(2020)。中學自然科學領域探究與實作教材教法。台北市：五南圖書出版有限公司。
張煥宗（2021）。普通型高級中等學校 化學(全一冊)。新北市：龍騰文化事業有限公司。
教育部（2014）。十二年國民基本教育課程綱要總綱。臺北市：教育部。
蕭次融（2009 年9 月）。國中理化實驗設計學習模組－酸與鹼。科學研習月刊，48-5。取自https://www.ntsec.edu.tw/LiveSupply-Content.aspx?cat=6838&a=6829&fld=&key=&isd=1&icop=10&p=1&lsid=7038&print=1
n 附錄
學生作品1
學生作品2
疫情下線上化學實驗和探究與實作課程： 探究與實作、實驗與專題研究之設計 雄女3C白袍魔法科學家 ／呂雲瑞
星期二 , 6, 12 月 2022 本期專題, 第五十期 / 2022年12月 在〈疫情下線上化學實驗和探究與實作課程： 探究與實作、實驗與專題研究之設計 雄女3C白袍魔法科學家 ／呂雲瑞〉中留言功能已關閉疫情下線上化學實驗和探究與實作課程：
探究與實作、實驗與專題研究之設計
雄女3C白袍魔法科學家
呂雲瑞
高雄女中化學科
■前言
面對108新課綱規劃的探究實作課程，得知科學的學習成效與學生本身的動機有很大關聯性。如果將日常生活與學科知識相互鏈結，應可大幅提高學生的興趣，進而自發性的閱讀思考，跳脫傳統教科書的窠臼，正呼應了目前教育改革的首要目標—自主學習。
冀望培養聽、說、讀、寫科普基礎人才，使科學、原理及意涵等艱澀知識，藉由影音、圖像或文章寫作等創意方式，變成社會大眾容易閱讀吸收的資訊。提升科普人力素質及科普文章品質，落實科普傳播之推動與發展。以淺顯易懂的文字敘述，將多種化學原理融合在主題事件中，期望啟發學生的好奇心和求知慾，並能將課堂或書本中獲得的化學知識，應用在觀察各種日常現象，養成正確的推理思考習慣。主題的編排方式循序漸進，從學生既有的知識技能，提供符合邏輯並較為多面向的思考模式。在每次的課程裡，開放式的問題設計可讓學生討論，教師從中發現不同學生差異性，一點一滴地體認自然科學的奧秘，培育學生具有正確的科學素養。
當課程進行一定段落後，建議教師可參與學生討論，修正或補強其相關基本概念，利用網路科技搜尋連結相關事件，此種開放式多元化的編寫精神，是本課程較為特別之處，期待這類科普小論文實作課程，可作為E世代學子多元選修之參考範例(如圖1所示)。
圖1 課程主軸概念圖
-
課程說明與規劃
(一)本課程3C精神
Curiosity～永保好奇探索之心；Creativity～具備創新與創造力；Culture～營造喜愛閱讀之文化。藉由高中自然科學各領域的部分重疊性，設計出有效提升學生科學素養、培養學科興趣並能積極參與科學活動的特質。本課程將拓廣潛在課程，奠定學生科學知識的基礎、強化學生實驗操作的能力、加強學生對相關課題探究、執行的能力(見表1)(課程實施規劃請見附錄)。
(二)基本知能為發展目標，強調跨領域交流的學習
以108新課程為基準，學程模式為主的設計概念。藉由教師引導規範，培育學生科學素養與倫理，完成自然科學的實踐觀察與創意研究方法。將合科之課程拓廣，以奠定學生科學知識的基礎、強化學生實驗操作的能力。
（三）以高一必修化學課程為主軸，設計螺旋式合科課程
普及科學教育的精神、培養相關領域之興趣，並積極參與科學性質的活動和服務學習。加強學生對相關課題探究、執行的能力，期望培育出未來具有創新思考與國際視野的台灣本土的科學家。
■課程實行現況
(一)先進行基礎能力的教學，再進入師生相關主題的討論
教師根據近三到五年內科普時事或新聞議題，自行編製講義教材或是課外讀本。運用教學經驗，設計相關主題或概念，讓學生將問題點提出作討論，藉以提升學生高層次的思考及解決問題的能力。
教授內容如下
1.科學知識：主要偏重於加深、加廣學生們在基礎化學暨自然學科，以補充教材或是課外閱讀來建立學生吸取科普知識的習慣。
2.科普推廣：身處科技生活的現代，每個人都需要具備基本科學常識，教師選取相關報導或文獻導讀，培育學生獲取科普知識的習慣。
(二)結合時事及生活議題的領域研究
讓學生根據自己的興趣與能力，從發現問題、產生疑問、蒐集資料、設計問題、進行研究，最後再利用科學方法，歸納、推論而得到一個屬於個人或小組獨特新穎的結論、發現或發明的新知識。
執行方式如下：
1.科學小實驗或演示：透過實驗操作，訓練學生們在實作方面的能力及技巧，授予他們對實驗應有的正確態度及觀念。
2.專題探討研究：根據學生的興趣學科，選擇研究之主題，訂定計畫，有效地蒐集相關文獻資料後，須與教師討論出適當的研究方法。後續實驗操作與數據資料分析，進而形成執行研究的能力。
表一 3C課程實施情況
■線上課程設計與評量的調整方式
由於新冠肺炎的影響，109下學期第二次段考舉行後，全國各級學校大停課，老師需要立即使用網路教學；在沒有空間的限制下，本實作課程需要利用多媒體的影像·圖片·聲音讓學生在自家的環境下學習科學；每週課程開始前，授課教師從網路找尋上合適教材做成簡報，三天前放到雲端硬碟或學校提供的網路空間提供給學生下載預習。課程內容需即時錄製成影片，並後製提供網路連結播放。此外，不定時進行師生互動問答模式，讓她們即時理解主題內容，這樣就能測試學生上課情況，因為他們能明白老師問的是什麼問題，再作出相應的回答；每次下課前，指派簡單的學習單(心得)繳交或下次論流各組小論文進度報告，利用電子郵件或google classroom交作業非常方便，並建立師生的line群組，相關訊息可以直接交流，不至於讓學生有一週就上這次網絡課程而已。
■學期成績計算修改方式：分組成績(60%)+個人成績(20%)+期末報告(20%)
3C課程成績評分表
分組成績以教師成績為主，可搭配同儕互評，評分表由授課教師自行設計。先以等第評分(A~X，相關說明見附錄)，再依據個人貢獻程度與適當比例調整
(一)分組成績(60%):小論文完稿(最多三人，授課教師依據同組學生貢獻比例調整修正)
1.書寫格式規定:
(1)舊制: (110學年度之前)
內容包括：壹、前言，貳、正文，參、結論，肆、引註資料
(2)新制:(110學年度以後)
內容包括：壹、前言，貳、文獻探討，叁、研究方法，肆、研究分析與結果，伍、研究結論與建議，陸、參考文獻
2.這學期若無法完成的小論文，請以研究計畫或創意說明書方式撰寫(參考格式)
內容包括：研究題目、研究動機、研究目的、研究方法、參考資料。
表二 小論文完稿格式暨未完成的研究計畫書
(引自全國高級中等學校小論文寫作比賽格式說明暨評審要點)
參考網址: (1)全國高級中等學校小論文寫作比賽格式說明暨評審要點_110.pdf
(2)pta_14399_1631670_58508.pdf
(二)個人成績(20%):教師搜尋網路科普影片，請同學自行觀賞
分享影片連結網址(複製連結):
(1)寫出600~1200字心得(可包含標點符號/A4單面)
(2)未來想要往哪一學科(類別)的專題研究(數學/物理/化學/生物/工程/人文科學:擇一論述)
其原因或哪位人事物影響了妳?(可包含標點符號/A4單面)
(3)文件格式: 中文:標楷體；英文:Times New Roman
邊界2cm、單行間距、頁碼置中(10ppt 寬度1cm)。
(4)電子檔名: 信件名稱:相關科普主題心得(專題研究類別:學科) 須按照規定格式~請注意唷
班級/座號/姓名(例: 110/01/呂胖胖) e-mail繳交: [email protected]
deadline:06/28/am12:00 (以免信件遺漏~請留下個人寄件備份)
表三 網路科普影片
參考網址: 科學不一樣 – YouTube、流言追追追 (pts.org.tw)
3.期末報告(20%):同學可分組或個人完成
主題:最有效(或方便)的居家防疫方法(可加入自己的創意或改良方法~)
圖四 醫師票選七大防疫方法
圖片來源:https://med-net.com/cmscontent/Content/802
繳交方式:兩者擇一即可
(1)直接錄製3~5分鐘影片(格式:mp4)
(2)5~10張投影片(須加旁白並轉成格式:mp4，請參考投影片轉檔)
http://aries.dyu.edu.tw/~lhuang/class/Camtasia/ppt_record.htm
上傳到個人雲端硬碟或youtube或資料庫，將其網址連結(分享)寄到老師e-mail即可
格式如下：
信件名稱: 最有效(或方便)的居家防疫方法
信件內文:
(1)網址連結(分享)
(2)(班級/座號/姓名(例: 110/01/呂胖胖))
e-mail繳交: [email protected]
須按照上述規定~請注意唷
deadline:06/28/am12:00 (以免信件遺漏~請留下個人寄件備份)
-
結語
一、教師主題式教學
教導學生學習及應用以化學為主軸，融入物理與生物相關議題的探究式課程。根據筆者實際執行經驗，發現高一學生需強化其先備知識，不同學科融入的議題有限。建議授課教師協同融入部分如下: 物理學科:能量學、近代物理。生物學科:分子生物學、生態學 。地球科學:颱風、地震、天文學。
(參考附錄：課程規畫表第二~三週，教師自我評估學校教學環境設備與學生學習狀況，自然科教師協同教學或共同擬定教授主題(每學期一至三個跨(合)科，結合時事議題即可)
二、學生小論文寫作與心得報告
了解日常生活議題論及的科學概念與相關報導形成的關係，提升學生的批判思考及媒體識讀能力。訓練學生運用證據資料形成科學主張，具有基本的文書處理能力(word編排與excel作圖)。最後以科學概念與科學原理作為依據，進行科學論述與寫作活動。
三、藉由大學參訪或學者演說，獲得更多人生經驗，得以探索自我，自我定位(期末彈性時間)
與畢業學生或校友(就讀鄰近大學，支付鐘點費或獎助金)，建立專題課程或科普活動的師徒制穩定關係。利用108課綱的彈性或社團時間，回母校協助帶領相關課程活動；本課程與當地大學建立合作關係(中山大學)，藉由學有專精教授的指導或演說，結合大學部分儀器學術資源，誘發學生對自我能力的肯定與發展。
■參考文獻
1.朱延平（1999）。多媒體在教育上的應用。資訊與教育雙月刊，72（8），15-25。
2.李心緻、鍾孰捐（2000）。新世紀的閱讀趨勢。PC WORLD，135。
4.沈慶珩（2004）。資訊科技融入教學之概念、應用與活動設計。教育資料與圖書館學，42（1），139-155。
5.蔡德祿(2003)。淺談 e-Learning 與SCORM標準。2007年3月13日，取自
http://www.iii.org.tw/ICmagzine/cs276/cs2761.htm
6.吳美美(2004)。數位學習現況與未來發展。圖書館學與資訊科學，30(2)，92-106。
7.許天威(2001)。行為改變之理論與應用。彰化市：復文出版社。
-
附錄
課程規劃表
疫情下線上化學實驗和探究與實作課程： 模擬化學實驗與遠距化學實驗課程 ／周金城
星期一 , 5, 12 月 2022 本期專題, 第五十期 / 2022年12月 在〈疫情下線上化學實驗和探究與實作課程： 模擬化學實驗與遠距化學實驗課程 ／周金城〉中留言功能已關閉疫情下線上化學實驗和探究與實作課程：
模擬化學實驗與遠距化學實驗課程
周金城
國立臺北教育大學自然科學教育學系
n 前言
我從來沒有思考過大一普通化學實驗課程，如果學生沒有到化學實驗室做實驗要如何上課？2021年9月時，因為疫情再度爆發，大學開學延後而且開學前三周全面遠距教學，而我要上大一普通化學實驗課程，我才開始思考要如何讓大學生遠距做化學實驗的問題。
科學實驗模擬軟體在小學科學教學上的使用，我很早關注這樣的教學方式。我自己先前的科技部專題計畫，曾採購一套全校授權的Yenka科學實驗模擬軟體，放在本校電算中心網站上，開放全校學生使用，師培生與在職教師的回應都很良好，也有不少師培生變成正式教師後都繼續在課堂上使用。但我卻沒有在大學的普通化學實驗課程使用過，因為我仍不確定是否可行，而且覺得複雜的大學普化實驗應該不能使用模擬軟體來進行，應該只適合中小學。
n 大一普化實驗遠距實驗初步嘗試
前面提到大學開學延後而且開學前三周全面遠距教學，學生無法到學校做普通化學實驗，因此我利用手邊的Yenka科學實驗模擬軟體，設計酸鹼滴定實驗給學生模擬操作，透過google meet同時開設16間討論室讓學生三人一組在線上做化學實驗，並透過google 表單收集學生實驗結果，如下圖1所示。由於每一位學生操作化學實驗模擬軟體的步驟不同，學生的答案也會有不同的實驗結果，甚至還會有實驗誤差，我對這樣的結果感到很意外，因為這就像真的做實驗一下，許多學生的答案都是不一樣的(如圖2)，因此我認為YENKA化學實驗模擬軟體是一個停課不停學下取代實際動手做實驗的替代方案。
n 化學模擬實驗與化學實驗課程結合讓學生進行探究
要如何讓學生自由地進行科學實驗探究呢?我們以化學實驗探究為例。要讓學生進行化學實驗，教師通常有下列考量:1.準備適當的器材(可以提供多種的器材嗎?)；2.準備適量的藥品(可以提供多種的藥品嗎?)；3.準備適量的設備(電子溫度計、pH計等)；4.準備適合的實驗場地(實驗室、抽風設備、實驗桌與水槽)；5.準備適當的防護工具(實驗衣、手套與護目鏡等)；6.準備廢液回收；7.其他(安全性、費用、時間等)。由小學到大學的實驗課，一般而言都是依照實驗手冊來準備實驗藥品與器材，因此實驗課不會準備多餘的藥品與實驗器材讓學生自由的進行科學探索。做實驗時，每一項藥品與器材都是教師所準備好的，而且每一項都是實驗過程中需要用到的，數量也都是剛好。因為藥品是與器材室並不會開放給學生任意拿取，尤其是化學藥品，有些需具有危險性或是較昂貴，因此無法自行取用，想要自行設計或改變實驗的過程幾乎是不可能。利用科學實驗模擬軟體，是有機會讓學生進行科學探索，設計變因來進行實驗操作，並收集資料(周金城，2018)。
化學模擬實驗與化學實驗課程結合，可以有兩個面向上的探討。第一、設計可以在普通化學實驗課程中使用的化學模擬實驗：由於疫情下的遠距化學實驗課程是一個需要被解決的問題，因此化學模擬實驗的設計有其必要性。另一方面，化學模擬實驗如何在真實的動手做普通化學實驗課程中前後如何被融入使用，也需要進行討論。第二、提供給學生設計與修改化學實驗的探究與實作機會：因為普通化學實驗課程時間有限，而且化學實驗具有一定的危險性，加上化學實驗廢液與藥品的處理繁複，因此學校很難有機會讓學生在普通化學實驗課程自行修改與設計實驗。透過化學模擬實驗軟體，可以提供給學生設計化學實驗的機會，如此可以提升學生化學探究與實作的機會。
n 科學探究是要培養學生的科學過程技能而非實驗操作技能
108自然科學領域課綱的探究能力區分成思考智能和問題解決。思考智能包含想像創造、推理論證、批判思辨、建立模型。問題解決包含觀察與定題、計劃與執行、分析與發現、討論與傳達。依據108自然科學領域課綱課綱，描述高中生的自然科學學習特性，在加廣課程中，「可較大幅放入微觀、抽象思考、基本運算與理論推導的層次，並建立科學模型與理論的系統性思考方式。」 因此可以透過科學實驗來幫助學生建立科學模型。
一般科學過程技能，包含八項基本過程技能與五項統整過程技能。八項基本的過程技能包括：(1)觀察(Observing)；(2)測量(Measuring)；(3)應用空間／時間的關係(Using space time relationships)；(4)傳達(Communicating)；(5)分類(Classifying)；(6)預測(Predicting)；(7)應用數字(Using numbers)；(8)推論(Inferring)。五項統整過程技能包括：(1)控制變因(Contorlling variables)；(2)下操作型定義(Defining operationally)；(3)解釋資料(Interpreting data)；(4)形成假設(Formulating hypotheses)；(5)設計並執行實驗(Experimenting) (魏明通，2006）。上述的這些科學過程技能，是在解決生活中各種問題的通用能力，選擇何種指示劑來判斷酸鹼滴定，是一個化學實驗技能，雖然化學實驗技能也是我們要培養學生的能力之一，但科學過程技能會是更重要培養學生學會的通用能力。因此普通化學實驗課的重點除了是「實驗操作技能」，還有「科學過程技能」。而數位化科學實驗模擬軟體，其軟體設計可以聚焦在「科學過程技能」，讓學生多一些時間思考操作變因與控制變因來自行設計模擬化學實驗，而非只是精熟「實驗操作技能」上。
n 提供給學生測試自己化學實驗假說的做實驗空間
利用科學實驗模擬軟體，來設計探究取向實驗融入課程中，讓學生也可以利用科學實驗模擬軟體學習科學探究能力。108自然領域課綱高中部分強調「學生能從一系列的觀察、實驗中取得自然科學數據，並依據科學理論及方法進行比較與判斷資料，進而以批判的論點來檢核資料的可信性，並提出創新與前瞻的思維來解決問題。學生能運用較為複雜的科學模型、理論與儀器等，獨立規劃完整的實作探究活動，進而根據實驗結果，反思實驗過程的優、缺點，以修正實驗模型或創新突破。」因此，模擬化學實驗室軟體是可以給大一普通化學生進行前述「獨立規劃完整的實作探究活動」的機會，並且「根據實驗結果，反思實驗過程的優、缺點，以修正實驗模型或創新突破。」
Fukami (2013)有一篇發表在最頂尖期刊之一的Science文章，就是強調史丹佛大學針對大學生物實驗教學設計探究取向課程。課程結構是每週有一個小時的講述課程與四個小時實作課程，讓學生大量數據進行假說測試(hypothesis testing)。我認為利用科學實驗模擬軟體，是可以讓學生進行假說的測試，透過科學模擬實驗是可以輸入資料，並且產生數據，再讓學生依此數據建立模型，相信能提升學生的探究能力，並且透過科學模擬實驗也大大縮短學生做實驗等待的時間。
Yenka化學實驗模擬軟體，能提供給學生測試假說實驗的機會，但不會造成化學教師帶實驗準備上的麻煩。當然在設計的過程中仍有很多需要克服的地方，例如模擬化學實驗室的藥品櫃沒有我們所需的藥品，所以需要在模擬實驗事先反應出我們所需的藥品後才能進行實驗，我也是需要花費很久時間才完成實驗模擬設計。這部分其實也可以給學生挑戰，讓學生來設計出項真實實驗一樣的模擬實驗，這對學生化學實驗訓練將會是高層次的練習與挑戰。
大一學生利用我所設計雙氧水加二氧化錳催化分解生成氧氣的模擬實驗（見圖3），可以操作後得出數據，並計算出反應速率定律式、反應級數與反應速率常數。當然，我要特別說明的是這個實驗結果不一定會和真實的實驗結果一致，但是真實實驗要操作與計算的過程，是和這個模擬實驗一模一樣的。因此，學生透過這個模擬實驗，就可以學習到如何計算出反應速率定律式、反應級數與反應速率常數的方法。
圖3 模擬實驗擷取畫面
n 結語
化學模擬實驗可以提升學生的高層次科學過程技能: 一般科學過程技能，包含八項基本過程技能與五項統整過程技能。這些能力都有機會透過開放式的實驗課程來達到但是受限時間、安全性與經費等各種因素，無法提供給學生任意使用藥品的開放式實驗。透過YENKA虛擬化學實驗室軟體，可以讓學生任意的取用藥品、器材、加熱裝置與電子天平等儀器設備。
化學模擬實驗能部份解決疫情下線上動手做化學實驗，因為新冠肺炎疫情的停課，觸發了我想要嘗試設計模擬化學實驗給大一普通化學學生實驗的可能性。如前述，我也真的實際進行過遠距的化學模擬實驗，初步看來算是有還不錯的結果。當然，模擬化學實軟體不會真的能取代真實的動手做實驗，但是如疫情停課不停學特殊情況，化學模擬軟體實驗還是會比完全沒有實驗動手做實驗更好。
我從來沒有想過要利用化學模擬軟體實驗在大學普通化學實驗課上，真的是因為COVID-19疫情改變了我們對於很多事物既定的觀點，也讓我有機會驗證在大學普通化學實驗課上，讓化學實驗實際動手做與模擬軟體兩者結合的可能性。
n 參考文獻
周金城（2018）。軟體與平台在中小學化學教學上的應用。臺灣化學教育，24期。http://chemed.chemistry.org.tw/?p=27197
魏明通（2006）。科學教育。台北市:五南圖書公司。
Fukami, T. (2013). Integrating inquiry-based teaching with faculty research. Science, 339(6127), 1536-1537.
n 附註
1.Yenka軟體連結位置https://yenka.com/，教師可以寫信到[email protected]聯繫下載試用版。
2.若您有下載試用版，就能開啟我所設計的雙氧水加二氧化錳催化分解生成氧氣的模擬實驗，下載位置:https://drive.google.com/file/d/1oHsXtryt6ZH9dN236O5COmY96arUG5I4/view?usp=share_lin
3.Yenka軟體的國內代理商聯繫https://www.kyst.com.tw/，提供給讀者參考。
淺談TIMSS(Trends in International Mathematics and Science Study) 國際數學與科學成就調查之參與經驗 ／張美玉、李哲迪
星期六 , 3, 12 月 2022 國內外化學交流, 國內外化學教育交流, 本期專題, 第五十期 / 2022年12月 在〈淺談TIMSS(Trends in International Mathematics and Science Study) 國際數學與科學成就調查之參與經驗 ／張美玉、李哲迪〉中留言功能已關閉淺談TIMSS(Trends in International Mathematics and Science Study)
國際數學與科學成就調查之參與經驗
張美玉1、李哲迪2
國立清華大學教育與學習科技學系1
國立臺灣師範大學科學教育中心2
臺灣在1999年第一次參加教育成就評鑑國際協會（International Association for the Evaluation of Educational Achievement ，簡稱IEA）所主辦的國際調查──第三次國際數學與科學教育成就研究後續調查（Repeat of the Third International Mathematics and Science Study，簡稱TIMSS-R）（曹博盛，2005）。該次只有調查八年級學生。2000年，在教育部與國科會的支持下，臺灣師範大學負責籌組TIMSS 2003的研究工作。以當時臺灣師大理學院院長物理系張秋男教授為研究計劃的主持人。研究團隊的共同主持人有臺灣師大科學教育研究所：邱美虹、李田英、楊文金、譚克平；臺師大數學系：洪有情、曹博盛；臺師大化學系：方泰山、洪志明；臺師大生命科學系：林陳涌、張永達；臺師大地球科學系：張俊彥、傅學海；臺師大環境教育研究所：張子超；國立新竹教育大學應用數學系：林碧珍、蔡文煥；國立新竹教育大學教育系：張美玉；臺北市立教育大學數學資訊教育學系：林保平；臺灣師大科學教育中心：張殷榮、羅珮華等教授及研究員。自 TIMSS 2003 以後，TIMSS 所代表的意義改變為 Trends in International Mathematics and Science Study，有別於 TIMSS-R 的 TIMSS 所代表的意義。TIMSS研究的主要目的在提供各國長期追蹤學生數學和科學成就的趨勢，蒐集課程、教學、學習環境、家庭背景、以及教師等與學習成就有關之因素的資料，藉以了解各國的課程規劃與實施結果，並作為後續改進的參考。
TIMSS調查每四年舉行一次，至TIMSS 2019，臺灣已連續參加六次調查。為了感念當年台灣師範理學院張秋男院長率先整合TIMSS研究團隊，建立良好的工作模式。而且，2003年TIMSS測驗主題涵蓋較多面向，之後的測驗，就有所調整。因此本文特別以TIMSS 2003的成就測驗為基礎做介紹。
TIMSS 調查的對象是以國中二年級（即八年級）和國小四年級學生為母群。在TIMSS 2003，參加四和八年級的國家和地區共有51個（部份國家僅參加單一年級），到 TIMSS 2019，參與數則增加至 64。臺灣TIMSS研究團隊的主要工作內容為提供命題架構的意見、數學和科學試題的命題、題本的翻譯、翻譯的確認，學校聯絡人講習、監試人員講習、試測（field test）資料收集、實測（main survey）資料收集、測驗實施的訪視、辦理閱卷、參加國家研究協調人會議、國際資料分析會議等。整個施測過程，在IEA的監督，以及TIMSS主持單位（位於美國波士頓學院的國際研究中心，International Study Center， Boston College，簡稱ISC）的主導下進行。
試測與實測的抽樣是依照TIMSS的規定，先由我國提供全國國中與國小學校的編碼、各校受測年級之人數和班級數，送至加拿大統計局（Statistics Canada）抽取受測學校；再由臺灣師大科教中心使用軟體WinW3S 抽取受測班級。至於參與的規模，以 TIMSS 2003 為例，臺灣的實測（main survey）在 2003年5月19日至6月6日舉行，國中和國小各抽測150校，每校一班，共有5379位八年級學生和4661位四年級學生受測（張秋男，2005）。
TIMSS試題形式除了選擇題，還有非選擇題，稱為自由反應試題（Free Response Test Item），自由反應試題須由人工閱卷。為確保閱卷品質，ISC非常重視閱卷的信度，包括：重複閱卷信度、趨勢題閱卷信度（Trend Scoring reliability）以及跨國閱卷信度（Cross Country Scoring reliability）（張秋男，2005）。
前面已提及TIMSS施測目的主要在提供各國長期追蹤四年級和八年級學生數學和科學成就的趨勢，以及是否與課程、教學、學習環境、家庭背景、教師因素等有某種程度的相關性。這些資料可提供各國教育行政機構推動課程與教學變革時，做為規劃的參考依據。臺灣參與TIMSS的目的，除了暸解我國四年級及八年級學生數學與科學學習成就之外，更在藉著國際比較的結果，掌握我國在規劃二十一世紀國中小數學及科學課程的發展方向。此外，學者專家亦可利用TIMSS資料庫，了解我國學生數學與科學學習成就與家庭背景（張芳全，2011）、學習環境、教師教學等因素的關係（魏瑞汶、 張美玉、 陳義隆 ，2020），並進一步做國際比較分析。藉由參與國際合作的調查研究，也能讓學者專家及研究人員進一步了解評量學生學習成就的新方法（曾建銘、吳慧珉、 趙珮晴 ，2019），提升研究人員資料分析的能力（張秋男，2003）。TIMSS調查分成數學和科學兩個學科，而且分別在四年級和八年級進行調查。以下主要以TIMSS 2003的評量架構為例，簡單說明各科各年級的施測內容。
四年級數學所涵蓋的主題包括：數（number）、測量（measurement）、幾何（geometry）、數型和關係（patterns and relations）、資料（data）。數的主題又分為自然數（whole number）、分數和小數、整數（比、比值、比例）等。測量主題又分為屬性、單位、工具、方法和公式。幾何則包含邊和角、二維和三維形體、全等與相似、位置和空間關係、對稱與交換。數型和關係包含數型、方程式、和公式及關係。資料則含蓋蒐集及組織資料、呈現資料及解釋資料等（林碧珍、蔡文煥，2005）。
八年級數學所涵蓋的主題和四年級略有差異。八年級的主題有數（number）、代數（algebra）、測量（measurement）、幾何Times New Roman及統計（data）。各主題涵蓋的內容，數方面包括自然數（whole numbers）、分數、小數、正數、比、比例，以及百分比等；在代數方面包含樣式（patterns）、代數式、公式以及關係（relationships）等；在幾何方面，包括線、角、二維與三維的圖形、全等與相似、位置（location）與空間關係、對稱與變換（transformation）；統計方面則包含資料蒐集與組織、資料呈現、資料解讀、不確定性（uncertainty）與機率等（曹博盛，2005）。
在科學領域，四年級有生命科學、物質科學與地球科學等三個學科。物質科學包含化學和物理，生命科學與地球科學也包含一些自然資源保育和環境變遷的議題。生命科學的主題含生物的類型、特徵和分類法；生物體的結構、功能和生長過程；生物的生長和生命循環；生殖作用和遺傳；自然法則的多樣化和適應性；生態系統和人體健康。物質科學的主題含物質的分類和成份；水的特性和使用；化學變化；物質的物理形態和改變；能量的類型、來源和轉換；熱和溫度；光；電和磁力；力與運動等。地球科學的主題含地球的結構和物理面貌；地球的形成、運行軌道和歷史；地球與太陽系和宇宙的關係（張美玉、羅珮華，2005）。
八年級科學分為生物、化學、物理和地球科學四科。生物的主題有特徵、分類、與有機體的生命進程；細胞與其功能；生命週期、繁殖與遺傳；多樣性、適應性與自然天擇；生態系統；人類健康等。化學的主題有化學的分類與分子組成；化學分子的屬性；化學變化等。物理的主題有物理的狀態與變化；能量轉換；熱能與溫度；光；聲音；電與磁；力與運動等。地球科學的主題含地球的構造與其物理特徵；地球的運行、週期與歷史；地球的資源、使用與保護；地球與太陽系及宇宙等（張俊彥，2007）。
這些主題好比是十二年國教課程綱要裡的學習內容。TIMSS的評量架構另有認知領域，包含認識、應用和推理三個向度，這好比是十二年國教課綱的學習表現。以TIMSS 2003四年級科學試題所佔的配分比例來看，生命科學佔43%，物質科學佔35%，地球科學佔22％；而TIMSS 2003四年級科學認知領域的配分比例則是認識能力佔35%，應用能力佔42%，推理能力佔23%，科學探究佔17%。
TIMSS 2003的評量架構將科學探究和科學本質融入各學科，且認為須包含知識內容和技能兩方面，所以調查時，用較長的問題解決試題或探究的任務來測驗學生，包含要學生找出問題、形成假設、設計探究方法、收集資料、分析和解釋、下結論或根據證據說明等；在四年級科學中，涵蓋了約10%的科學探究評量。這些試題的形式不只是選擇題，有些需要學生繪圖，有些必須用自己的話來回答問題。這些非選擇題的評量包含簡短回答和申論說明，也是IEA發展多年的表現評量（Performance Assessment）的一部分（Wolf，1994）。到了TIMSS 2019，測驗改為電腦施測。非選擇題的測驗方式更多元化，包含與電腦互動的實驗設計試題（Cotter, Centurino & Mullis, 2020）。
TIMSS 2003四年級科學以選擇題佔最主要部分，其次是簡短回答，申論說明只有5題，而國中二年級學生的測驗，有21題申論說明，這應該和小四學生對較長文字的論述能力較有困難有關（張美玉、羅珮華，2005）。
TIMSS國際研究中心使用定錨法來描述「成就基準點」；這是一種訂定標準點的方式，用以描述學生的成就表現。國際研究中心為四和八年級的數學和科學訂出四個等級的基準點：優級基準點是625分，高級基準點是550分，中級基準點是475分，初級基準點是400分。針對四個基準點，研究中心將試題的難度參數接近每個基準點的試題挑選出來，然後針對每個基準點，綜合地描述答對對應的這些試題所需的知識和認知能力。如此，這四個基準點就能將分數轉化成為有意義的描述（張美玉、羅珮華，2003）。在分析四年級科學或成就基準點時，發現學生是否能正確回答問題以及其成就表現，可能受到許多因素影響。（一）知識內容的深度和廣度；（二）問題內容的抽象程度；（三）科學探究的技能；（四）能否了解圖示和圖表；（五）回答的完整性。根據基準點與成就表現，可以知道學生的科學認知情形，例如四年級科學成就達到優級基準點的學生，能夠應用科學知識，並開始進行科學探究；而達到初級基準點的學生只能初步的了解一些地球生命和自然科學的知識（張美玉、羅珮華，2005）。
在TIMSS 2003，四年級科學前五名平均成就: 新加坡學生的平均分數（565分）最高，臺灣（551分）排名第二，日本（543分）、香港（542分）和英國（540分）排名第三，美國（536分）排名第四。從各國學生的科學平均分數多重比較可以看出，我國四年級學生的平均科學成就顯著低於新加坡學生，而顯著高於日本、香港和英國學生。八年級科學國際平均是474分。我國八年級學生科學平均（571分）顯著高於國際平均，在各參與國中，排名第二，與排名第一的新加坡並無顯著差異。第三名為韓國，平均得分為558分。香港排名第四，平均得分556分。愛沙尼亞552分，日本也是552分，分別排名第五及第六（邱美虹，2005）。有關四和八年級各國科學分科表現可參閱我國國際數學與科學教育成就趨勢調查2003報告（張秋男，2005）。
TIMSS 2003 四年級學生的數學成就表現，第一名為新加坡，平均分數為594分，第二名為香港，平均分數為575分，第三名為日本，平均分數565分，臺灣第四名，平均分數564分，第五名比利時，平均分數551分。至於八年級數學，第一名新加坡，平均分數為605分，第二名韓國，589分，第三名香港，568分，第四名臺灣，585分，第五名日本，570分。總之，與他國比較，臺灣學生的數學和科學成就表現優秀，男女生差異小（張秋男，2005）。
從TIMSS 1999到2019，我國四和八年級學生數學與科學平均成就優異。數學成就有持續進步的趨勢。表 1為我國歷屆數學與科學平均成就排名。此外，值得一提的是:我國四和八年級數學與科學學習落後學生百分比逐漸下降；我國四和八年級學生數學和科學成就在性別差異上不顯著（李哲迪，2021）。
表 1 歷屆TIMSS我國排名與平均學科成就
註：TIMSS 1999年僅調查八年級。
括號內的數值為標準誤。
*：與前一次調查相比，具有顯著差異（p <.05）。
在內容領域和認知領域的成就表現上，以最近一次實測TIMSS 2019為例，我國學生表現如下（李哲迪，2021）：
一、內容領域的成就表現
（一）我國四年級學生在數學「測驗與幾何」表現最好，在「資料」表現最差。
（二）我國四年級學生在科學「物質科學」、「地球科學」表現最佳，在「生命科學」表現最差。
（三）我國八年級學生在數學「幾何」和「代數」表現最佳。
（四）我國八年級學生在科學「化學」表現最佳，在「物理」表現最差。
二、認知領域的教育成就
（一）我國四年級學生在數學「認知」領域表現最佳，「推理」領域表現最差。
（二）我國四年級學生在科學「應用」和「認識」領域表現最佳，在「推理」領域表現最差。
（三）我國八年級學生在數學三個認知領域的平均成就，沒有顯著差異。
（四）我國八年級學生在科學「認識」領域表現最佳，在「推理」領域表現最差。
在學習興趣、學習自信與學科評價方面，以TIMSS 2019為例，我國四年級學生不喜歡學習科學，對科學學習沒有自信的百分比與國際平均沒有差異（張美玉，2021）；而不喜歡數學、對數學學習沒有自信的百分比遠高於國際平均（林碧珍，2021）。八年級學生不喜歡數學和科學，對數學和科學學習沒有自信，也不重視數學和科學的百分比，也遠高於國際平均（曹博盛，2021；楊文金、謝易伸， 2021）。如何提升學生對學習數學和科學的興趣和自信心，是我們可以繼續努力的地方（李哲迪，2021）。
其他和數學與科學學習的相關因素中，僅就較為明顯的部分說明如下。我國四年級和八年級的數學與科學成就，仍然有城鄉教育差距存在（黃敏雄，2015），但至2019，城鄉教育差距有改善跡象（李哲迪，2021） ；教學因素中，顯示我國數學與科學師資優秀；我國四年級和八年級學生的數學與科學成就，沒有因為學校資源匱乏程度而有差異（張瑋寧，2021） ；在課程安排方面，我國四年級數學與八年級科學的教學總時數，與國際平均相當，四年級科學和八年級數學的教學總時數高於國際平均。我國四年級數學、四年級科學、八年級數學、及八年級科學的教學總時數為: 147小時、86小時、157小時、136小時；國際平均則分別為：154小時、73小時、137小時、137小時。
建議：
1.針對我國學生對數學和科學學習的疏離問題，建議落實108課程綱要，強調數學和科學素養能力的培養，落實素養導向的數學教學與科學探究與實作活動，積極提升學生的學習興趣與自信。
2.有關我國四年級學生生命科學領域呈現退步現象，建議於中、低年級科學課程調整相關主題內容及比重，並且與體育和健康課程領域共同研議，將人體健康與生命週期的學習內容落實於健康與體育，以及生命科學中關於國中與國小數學和科學成就城鄉差異的問題，建議持續關注，並且長期追蹤資源的挹注與師資程度的掌握。
■參考資料
李哲迪（2021）。第十章：結論與建議。在張俊彥（主編），TIMSS國際數學與科學教育成就趨勢調查2019國家報告。臺北市：國立臺灣師範大學科學教育中心。
邱美虹（2005）。TIMSS 2003臺灣國中二年級學生的科學成就及其相關因素之探討。在張秋男（主編），國際數學與科學教育成就趨勢調查2003國家報告。臺北市：國立臺灣師範大學科學教育中心。
林碧珍（2021）。第四章：TIMSS 2019 臺灣四年級學生數學成就及相關因素探討。在張俊彥（主編），TIMSS國際數學與科學教育成就趨勢調查2019國家報告。臺北市：國立臺灣師範大學科學教育中心。
林碧珍、蔡文煥（2005）TIMSS 2003臺灣國小四年級學生的數學成就及其相關因素之探討。在張秋男（主編），國際數學與科學教育成就趨勢調查2003國家報告。臺北市：國立臺灣師範大學科學教育中心。
張芳全（2011）。家長教育程度， 文化資本， 自我抱負， 學習興趣與數學成就之關係研究。台中教育大學學報，25(1)，29-56。
張秋男（2003）國際數學與科學教育成就趨勢調查2003期中報告（第三年）行政院國家科學委員會補助專題研究計畫成果報告。臺北市：國立臺灣師範大學科學教育中心。
張秋男（2005）TIMSS 2003緒論。張秋男主編，國際數學與科學教育成就趨勢調查2003國家報告。臺北市：國立臺灣師範大學科學教育中心。
張俊彥（2007）TIMSS 2007國際數學與科學教育成就趨勢調查。在張俊彥（主編），國際數學與科學教育成就趨勢調查2007國家報告。臺北市：國立臺灣師範大學科學教育中心。
張美玉、羅珮華（2005）TIMSS 2003臺灣國小四年級學生的科學成就及其相關因素之探討。張秋男主編，國際數學與科學教育成就趨勢調查2003國家報告。臺北市：國立臺灣師範大學科學教育中心。
張瑋寧（2021）。第九章：TIMSS 2019臺灣國中小數學與科學學習之學習環境。在張俊彥（主編），TIMSS國際數學與科學教育成就趨勢調查2019國家報告。臺北市：國立臺灣師範大學科學教育中心。
曾建銘、吳慧珉、 趙珮晴 （2019）。臺灣學生數學學習內容表現之探討: 來自 TASA 和 TIMSS 的跨資料庫比較。測驗學刊， 66(1)， 27-50。
曹博盛（2021）。第六章：TIMSS 2019 臺灣八年級學生數學成就及相關因素探討。在張俊彥（主編），TIMSS國際數學與科學教育成就趨勢調查2019國家報告。臺北市：國立臺灣師範大學科學教育中心。
曹博盛（2005）TIMSS 2003臺灣國中二年級學生的教學成就及其相關因素之探討。張秋男主編，國際數學與科學教育成就趨勢調查2003國家報告。臺北市：國立臺灣師範大學科學教育中心。
楊文金、謝易伸（2021）。第八章：TIMSS 2019 臺灣八年級學生科學成就及相關因素探討。在張俊彥（主編），TIMSS國際數學與科學教育成就趨勢調查2019國家報告。臺北市：國立臺灣師範大學科學教育中心。
黃敏雄（2015）。學生數學表現的城鄉差異。教育研究集刊，61（4），33-61。
魏瑞汶、 張美玉、 陳義隆 （2020）。 臺灣四年級學生在 TIMSS 2011 和 TIMSS 2015 科學答題表現分析。 科學教育學刊， 28(2)， 119-141。
Cotter, K. E., Centurino, V. A. S., & Mullis, I. V. S. (2020). Developing the TIMSS 2019 achievement items. In M. O. Martin, M. von Davier & I. V. S. Mullis (Eds), Methods and Procedures: TIMSS 2019 Technical Report (pp. 1-36). Chestnut Hill, MA: TIMSS & PIRLS International Study Center, Boston College.
Wolf, R. M. (1994). Performance assessment in IEA studies. International Journal of Educational Research, 21(3), 239-245.
「柏林圍牆倒塌 (Falling Walls) 」科學高峰會議- 打破學科藩籬共創人類美好的未來 ／邱美虹
星期五 , 2, 12 月 2022 國內外化學交流, 國內外化學教育交流, 本期專題, 第五十期 / 2022年12月 在〈「柏林圍牆倒塌 (Falling Walls) 」科學高峰會議- 打破學科藩籬共創人類美好的未來 ／邱美虹〉中留言功能已關閉「柏林圍牆倒塌 (Falling Walls) 」科學高峰會議-
打破學科藩籬共創人類美好的未來
邱美虹
國立臺灣師範大學科學教育研究所特聘教授
[email protected]
n 前言
「圍牆倒塌」(Falling Walls)基金會是一個連結科學、企業和社會的全球性非營利組織。該基金會主要是促進研究並討論具有創新性和影響力的想法和發現，以共同致力於打破學科之間的藩籬來塑造人類的未來。這個目標驅動該基金會努力不懈去尋找繼1989年柏林圍牆倒塌後「下一個會倒塌的牆是什麼的? 」，這是跨領域也是全球性的問題(Falling Walls, 2022)。該基金會獲得德國聯邦教育及研究部、Robert Bosch基金會、Helmholtz Association以及其他知名學術機構、基金會和公司的資助與支持，並於每年11月9日柏林圍牆倒下紀念日舉辦Falling Walls Conference國際科學會議(Deutscher Akademischer Austauschdienst [DAAD], 2022)。
n 活動簡介
「柏林圍牆倒塌科學高峰會議(Falling Walls Science Summit in Berlin)」是一個國際性、跨學科和跨政府部門的論壇，由「圍牆倒塌」基金會所辦理的。該活動旨在促進全球科學領袖與社會之間的對話，並肯定具突破性的科學研究(Break Through)。該活動於每年11月7日至9日在柏林舉行，以紀念柏林圍牆在1989年11月9日倒塌事件。這項高峰會議共頒發出十個獎項，分別是生命科學、理化、工程與科技、社會科學與人文、藝術與科學、未來學習、科學和創新管理、新銳人才 (主辦小組:Falling Walls Lab)、科學啟蒙(主辦小組:Falling Walls Venture)和科學投入(Falling Walls Engage)。
在三天之中演講和競賽活動是平行辦理的，首先是11月7日由「圍牆倒塌實驗室(Falling Walls Lab)」所負責的新銳人才（Emerging Talents）「圍牆倒塌專案 (Falling Walls Pitches) 」的競賽，目的是在挑選出具潛力的年輕學者或創業家，參賽資格是只要年滿18歲，各學科領域的學士/碩士/博士學生、博士後、青年研究人員、企業家、學者，均可報名參加（請注意已取得學位者，學士應為10年內、碩士7年內、博士5年內。其次是11月8日的「圍牆倒塌圈(Falling Walls Circle)」，主要是各領域的頂尖研究人員分享與對話科研成果與全球科學性議題，並說明如何獲得創新的想法與做法。最後一天11月9日的重點活動「圍牆倒塌年度科學突破獎(Falling Walls Science Breakthroughs of the Year)」。這項科學高峰會議集合來自學術界、政界、業界、媒體和民間社會的全球科學領袖討論科學突破性研究在解決全球重大議題、面對挑戰和塑造永續未來的活動，同時也希望打破科學和社會之間的隔閡，讓大家更可以有跨領域的對話與成果。
n 「突破」是為了給下一代更美好的未來
筆者這次出席「柏林圍牆倒塌科學高峰會議」的任務主要是擔任「圍牆倒塌實驗室(Falling Walls Lab)」所負責的新銳人才（Emerging Talents）競賽的評審，第一次參加這個會議，也是第一次在一天之內評審來自54個國家80位年輕學者和學生口頭報告他們且具突破性的研究或創意想法，每位參賽者只能在3分鐘內以3張投影片說明自己的研究，頗具挑戰性。
今年在這一項類別中，獲得「圍牆倒塌實驗室年度突破獎(BreakThrough) 」首獎是由來自南非比勒托利亞(Pretoria)的塔姆林-莎夏-奈杜（Tamlyn Sasha Naidu）獲得，她的研究主要是因為看到家鄉的水受到採礦而造成汙染和土地流失的問題，於是利用來自煉油和農業部門的廢棄物來處理採礦的廢水，
大會手冊 大會評審團現場
大會演講廳 大會演講台
三組評審團團長 第一名 Tamlyn Sasha Naidu
第二名 Emma Hora 第三名 Ayush Chauhan
除「圍牆倒塌實驗室(Falling Walls Lab)」頒發的新秀獎（Emerging Talents）以外，大會還頒發生命科學、理化、工程和科技、社會科學和人文、藝術和科學、未來學習、科學和創新管理、科學創業、科學參與（Falling Walls Engage）、包容性科學獎、和科學先驅者獎等類別的項目。在 科學研究領域是以突破性的研究為主；”科學參與”類，主要是表彰那些促進科學知識移轉、加強科學交流以及將社會納入科學進程的專案。今年的獎項由Anna Berti Suman和她的項目Sensing for Justice (Breaking the wall to Civic Evidence of Environmental Harms)團隊獲得。該項目研究了由基層推動的環境監測作為環境正義訴訟的證據來源以及作為環境調解工具的潛力。此次參加各項競賽的合計有66個國家的193個項目。其中包容性科學參與特別獎由來自加拿大Carrie Boyce的《科學是一種拖累》(Science is a Drag)項目獲得。這是第一個完全以科學為主題的變裝秀，旨在挑戰科學家的異性戀刻板印象，為同性戀科學家和科學傳播者提供一個安全的平臺。
最後一天，由20位來自17個國家的獲獎者介紹他們的獲獎項目，包括針對兒童和資源缺乏社區的科學和STEM計畫、水監測、獲取知識和科學變裝秀。在科學冒險創業（Falling Walls Venture）類中，主要獎項頒給Ribbon Biolabs生物科技公司的執行長Harold de Vladar，肯定其最能結合研究專長(DNA合成)和卓越創業的創新想法。至於年度科學突破獎則頒給來自荷蘭的初創公司QPhox，該公司致力於開發第一個量子數據機，該設計有助於擴展量子電腦並將其連接到未來的量子互聯網網路中。該組評審委員會主席Stefan von Holtzbrinck指出，”只有科學加上創業精神才能確保我們星球上的永續繁榮。正說明這項競賽的意義。另外，今年有25家初創企業在科學峰會上現場展示他們的成果，主題包括疾病的快速和早期診斷、未來營養、肉類和蛋白質生產的新方法以及加速研究和開發的軟體解決方案，特別是在製藥方面 (https://falling-walls.com/science-summit/)。在工程和科技獎是由柏克萊大學的Ting Xu教授獲得科學研究獎，她主要的研究主題是發展出嵌入酶的聚合物的，使其在製程、使用和丟棄時可以修正或降解(degradation)，雖然利用生物降解塑膠品部是新鮮的研究題目，但通常過程相當緩慢，通常需要2-3年才可以分解掉。但是Xu教授的團隊發現一種酶可以讓塑膠再5-6週分解 (詳見大會網站https://falling-walls.com/people/ting-xu，以及其在柏克萊大學的個人網站https://xugroup.berkeley.edu/)。還有一個藝術和科學獎也甚有創意，是由Monika Seyfried, Cyrus Clarke, Jeff Nivala的生物體中心(Organism-Based Data Centers)的「數據花園」(Data Garden)獲獎，「數據花園」是一個負碳資料(carbon negative data)基礎設施的互動裝置平台，其特點是以文本、圖像和音效檔將煙草植物和阿拉伯芥的DNA儲存起來，目的是在做綠化數據以及即時測量所吸收的二氧化碳量(https://growyourown.cloud/data-garden/)。科學與創新管理獎則是頒給知名影星小勞勃道尼(Robert Downey Jr.)和瑞吉兒-克羅帕(Rachel Kropa)，他們最主要的貢獻就是以創新且快速的撥款模式資助有潛力的科學家良好的研究環境，並使科學家們能夠透過平臺直接與大眾接觸，分享他們對氣候和生物多樣性危機的研究成果。其審查的過程大約在一個月左右即可知道審查結果，讓有想法的科學家即時擁有資源可以進行創業與研究，不似一般贊助單位的審查既耗時又金額不大難以發揮。
n 總結
Falling Walls Science Summit (圍牆倒塌科學高峰會議）在11/9柏林圍牆倒塌的紀念日落幕。
短短三天除看到年輕研究者對基礎科學的熱情與成果外，也聽到學界跨領域專家和企業家對基礎科學、工程、科技、醫學、社會人文、藝術和天文等的研究和創新產業。每場都在短短的3-20分鐘左右完成，讓與會者可以在有限的時間內有寬廣的視野但又聚焦的演講中捕捉當代在地與全球的問題。大會有兩個大會場分在不同地點，每一個會場又都有許多平行場次，實在無法都顧及，難免有遺珠之憾，甚是可惜，若國內有更多人認識這樣的活動帶來的影響力，並與各界專家學者有更多的互動機會，將可更加強化國內基礎科學研究和國際接軌的交流與互動。能參加這樣大型的全球性活動，聆聽獲選專家學者的研究，瞭解研究主題的脈動，實在是很幸運，更何況可以擔任評審委員，聆聽來自世界各地青年學子的創新想法，真的是項殊榮。基本上個人認為，這些活動有三項值得一提的觀點，1.鼓勵跳出思考框架(Thinking Outside of the Box)的研究與創業，並讓年輕人有可以展示他們才華的舞台，2. 傳承的價值，與會的有老中青三代的研究與創業家，建立學習典範是很重要的，3.鼓勵並資助有創新想法的研究或企業，讓他們可以在穩定中發展，對人類永續發展有所貢獻。希望這些經驗可以作為明年臺灣辦理第四屆Falling Walls Lab Taipei的參考。
n 後記
德國學術交流資訊中心(DAAD, Deutscher Akademischer Austauschdienst, 英文為German Academic Exchange Service)在臺灣辦理Falling Walls Lab 2023年即將邁入第四年，期待有更多年輕學者和創業家可以共襄盛舉。本人因為執行國科會推動聯合國「基礎科學促進永續發展國際年(International Year of Basic Sciences for Sustainable Development, IYBSSD)」，有幸能參加這次的活動，見識到此項活動的大格局與企圖心，甚是佩服。IYBSSD這項臺灣系列活動團隊，明年將與DAAD合作，並由化學會合作辦理初賽選出臺灣代表出席柏林的總決賽，除可藉此機會讓年輕人有展現創新想法與作為的舞台外，也提供獲獎的年輕學者或創業家到國外與他人交流和學習。歡迎18歲以上的年輕人明年踴躍報名，屆時也希望教授或教師們多多鼓勵學生或年輕學者/創業家參與，讓自我挑戰不受限。這種經驗將是一場知識與行動的饗宴!
「歷史不會被遺忘只是換另一種形式」。這次的活動雖然是由非營利組織「柏林圍牆倒塌基金會(Falling Walls Foundation) 」，但仍有政府的補助、諾貝爾獎基金會的支持以及學界和業界的贊助，除讓資深研究人員能分享研究成果鼓勵年輕學者或創業家，同時對德國整體科學的提升以及國際互動的影響有極深遠的影響，值得我們的政府借鏡。
n 致謝
感謝國科會自然處經費補助(STC 111-2627-M-003-001)以及德國學術交流資訊中心(DAAD – Deutscher Akademischer Austauschdienst , German Academic Exchange Service)金郁夫主任(Dr. Josef Goldberger)的協助，使此行順利。
n 參考資料
DAAD (2022). https://www.daad.org.tw/zh/2022/03/14/2022-falling-walls-lab, 2022 Falling Walls Lab德國創新挑戰賽在臺灣： 3分鐘改變世界
Falling Walls (2022). https://falling-walls.com/
Falling Walls Science Summit (2022). https://falling-walls.com/science-summit/science-summit-winners-2022/
化學與物理：理一分殊
洪文東
華夏科際整合聯合總會監事
前國立屏東教育大學化學與生物學系教授
前美和科技大學護理系教授
前國家科學委員會副研究員
n 前言
自然科學中主要研究非生命系統的科學稱之為物質科學(Physical Science)，而研究生命系統的科學則謂之生命科學(Life Science)。物質科學的主要分支又分物理、化學、地球科學等。其中化學是一門探討研究物質變化的科學，而物理是探討研究自然界萬物現象的科學。
n 自然規律即一理
先從宇宙自然來看，地球是太陽系中第三個行星，其繞太陽運轉軌道有自然一理，德國天文學家 刻卜勒(Johannes Kepler )發現此一理而提出行星運動三大定律。地球依此【一理】而產生一年四季春、夏、秋、冬，地球環境中自然萬物因季節更替而【分殊】出萬象變化。地球環境有大氣圈、生物圈、水圈、岩石圈等。大氣圈即大氣層內各種氣體:氧氣、氮氣、水蒸氣、二氧化碳等。生物圈包括各種動物、植物。水圈則包括海洋、河流、湖泊等，岩石圈則有高山、盆地、峽谷、丘陵、平原、台地等各種地貌，在自然環境中產生水、火、土、氣等事物，在自然現象中產生聲、光、熱、電等現象，自然萬物、自然萬象各【分殊】出各種不同的變化，然而這些變化總結而歸納出自然規律，換言之，此自然規律即【一理】。
n 化學與物理:理一分殊
再由自然界物質科學觀之，英國化學家道爾頓(John Dalton )探究物質的變化，以一理:【質量不滅定律】，歸納總結物質變化的道理，亦即化學反應前後反應物的質量總和與生成物的質量總和是相等的。依此【一理】將各種物質材料分析與合成，而推理【分殊】出各種新的物質產品。另一方面，物理學家牛頓(Isaac Newton) 探究自然現象，以一理:【運動定律】，歸納總結自然萬物運動彼此間受交互作用力的影響，作用力(F)乃物體質量(M)與其加速度(A)的乘積，寫成數學方程式: F=MA。並依此【一理】說明自然萬物各種力與運動、作用力、反作用力等【分殊】現象。
n 水的化學:理一分殊
水對自然界各種生命形式都是不可或缺的物質，它是兩個氫原子與一個氧原子鍵結組成的化合物。水是純物質，此乃【一理】，但它有各種不同性質，而【分殊】出物理性質、化學性質。就物理性質而言，諸如:它有一定的沸點:攝氏100度，也有一定的凝固點:攝氏0度。就其物理變化而言，水由液態冷卻凝固結冰，或由液態加熱氣化為水蒸氣，所【分殊】出固態、液態、氣態的變化，仍然不改變水的本質，此種水的本質即其【一理】。就化學性質而言，水是極性分子，水分子間的氫鍵作用使水分子彼此之間有較高的內聚力。也因其極性與氫鍵作用，水是重要的溶劑。水也是常見的緩衝溶液，水的pH值固定為7。再者，就其化學變化而言，水參與很多化學反應，諸如:酸鹼中和、氧化還原反應、光合作用、生化反應、沈澱反應、水合作用、水解作用等，在這些反應前後水還是水，水即是【一理】，水所參與的各種化學反應，而【分殊】出各種不同的生成物。
n 結語
【理一分殊】乃宋明理學所論述的一理與萬物分殊關係。其思想源自唐朝【華嚴宗】與【禪宗】。華嚴宗認為自然界唯有一理，此一理能在萬事萬物所分殊的萬象中得到體會。宋朝儒家朱熹首先以【太極】觀點來論述此【理一分殊】命題。朱熹並舉出【月印萬川】與【隨器取量】兩個例子加以印證。【月印萬川】說明:天上只有一個月亮，但在地面上所有江河湖泊所倒映的月亮，有成千上萬個。其實，月亮只有一個，此月亮就是【一理】，晚上因月光照射在萬川上，而【分殊】出成千上萬的月亮。另一例子【隨器取量】說明: 以杯子取水，隨杯子大小而取水量有多寡，隨杯子形狀方圓而取水成方形、圓形。此水乃是【一理】，杯子就是器，因器的大小、形狀差別，而【分殊】出所取水量的多少與水的不同形狀。朱熹可說是宋明理學思想之集大成者，尤其【理一分殊】哲理貫穿其整個哲學體系。
《臺灣化學教育》第四十九期（2022年9月）
目 錄
n 主編的話
- 第四十九期主編的話／邱美虹〔HTML｜PDF〕
n 本期專題【專題編輯／陳藹然】
- 台日高中生交流會 ／陳藹然〔HTML｜PDF〕
- 台日高中生交流會： 推動高中化學教育臺日交流／陳竹亭〔HTML｜PDF〕
- 台日高中生交流會： 高中生專屬的化學交流盛宴／ 陳藹然〔HTML｜PDF〕
- 台日高中生交流會： 一場又一場場的盛宴／陳藹然〔HTML｜PDF〕
- 台日高中生交流會：難忘的科學之旅／李承典、張簡琦麗〔HTML｜PDF〕
- 台日高中生交流會：疫情下台日高中生的化學交流／許文綺〔HTML｜PDF〕
n 課程教材／化學實驗室【專欄編輯／楊水平】
- 銀奈米粒子的微量合成和鑑定／楊水平〔HTML｜PDF〕
n 課程教材／化學課程與教材【專欄編輯／邱美虹】
- 高中化學教學經驗分享 ／ 曹淇峰〔HTML｜PDF〕
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。