臺灣化學教育
Chemistry Education in Taiwan社會性科學議題導向的化學教學：食安議題的化學教學 / 李 暉
星期二 , 7, 6 月 2022 本期專題, 第四十七期/2022年6月 在〈社會性科學議題導向的化學教學：食安議題的化學教學 / 李 暉〉中留言功能已關閉社會性科學議題導向的化學教學：食安議題的化學教學
李 暉
國立東華大學 教育與潛能開發學系
學校科學教育中常忽略偽科學這部分，以致學生普遍存在偽科學信念。因此學校科學應教導學生認識偽科學，並教他們如何以批判思考的方式評鑑偽科學的宣稱。 (Martin, 1994)
n 前言
食安議題關乎每位國民的健康，而媒體中卻偽科學充斥，影響至鉅(鄭怡卉，2013)，相關報導為求點閱率常流於嘩眾取寵，引起大眾的食物驚恐(food scare)，民眾缺乏相關知識，往往理盲而濫情，基於對「化學」的恐懼和對公務機關的不信賴，造成驚恐而莫知所從。本文介紹之課程與教學就是為改善此一現象，而以食安議題為主軸的化學教學。
n 食安、媒體與化學
媒體是社會大眾得知時事與獲取新知的重要資訊來源，有關科學議題的報導更可能是一般人在離開校園後少數可以接觸到科學資訊的管道(Norris, Phillips & Korpan, 2003；引自鄭怡卉，2013)。
黃俊儒和簡妙如(2008)也指出，科學新聞中「醫藥∕健康∕食品」類(佔22.7%)屬於高頻次的科學知識領域類型。此一類型議題是由來已久的民生問題，其中的食品健康新聞又多半是一件件食安事件所累積而成。民眾從媒體(而非教科書)中接觸到「三聚氰胺」、「順丁烯二酸」、「銅葉綠素」、「塑化劑」……等詞彙時，伴隨的都是「毒害」、「污染」、「致癌」、「慢性自殺」……。無怪乎只要談到「化學」，一般民眾直覺產生「有毒的」、「害人的」印象，甚至「恐懼」而希望生活中不會出現任何化學品。
資深化學家Mark Lorch在2014年5月在The Conversation網站發文指出，在新聞、廣告和常見的用法中，「化學的」這個詞彙常常被暗示它們是有害的。由於情感性的語言往往與「化學品”結合使用，導致一系列的迷思出現。他列舉了其中五個最嚴重的迷思。包括：
1. 你可以擁有一個不含化學品的生活
2. 人工製造的化學品都是有害的
3. 人工合成的化學品會導致癌症
4. 化學物質像是定時炸彈
5. 我們是不受管控的實驗中的白老鼠
無獨有偶，2016年3月，專欄作家David Robson在BBC上發表一篇文章《讓我們忽視真正危險的「化學恐懼症」》，指出：
大約從20世紀60年代開始，一種古怪的恐懼氛圍開始在發達國家蔓延開來—有人認為，有一種有毒物質正在對我們構成威脅，入侵我們的身體。它不僅改變了我們食用的食物和呼吸的空氣，甚至改變了我們給孩子購買的玩具。這個「眼中釘」究竟是什麼？「化學製品」。或者更確切地說，是人工化學製品。即便已經有大量證據證明合成物質是安全的，但還是有很多人一定要選擇天然替代物，認為天然植物提取物肯定比工廠裏生產出來的東西更加安全。科學家給這種恐懼症起了一個名字—「化學恐懼症」。
上述的化學恐懼症又與媒體的推波助瀾息息相關。食安事件透過新聞媒體的傳播，已經成為一般民眾生活中的夢魘，究竟什麼能吃？什麼不能吃？影響民眾的資訊幾乎全都來自媒體。另一方面，近年來智慧型手機與社交媒體的誕生，資訊傳播網絡之廣，傳遞速度之快，更是甚於以往。每日被灌入之訊息數以百計，更別提主動瀏覽社群活動時廣告與內容農場的轟炸。這些訊息往往以聳動的標題，未經證實的內容，基於民眾對「化學」與「疾病」的恐懼，不僅誇大其詞，甚至無中生有。在民眾恐慌之餘，遂行其廣告之實，或騙取點閱。許多民眾亦基於善意提醒，不經查證(也不知如何查證)就全數分享，以致於相關單位或學者一再澄清，卻實效有限(李暉，2016)。
科學訊息原本就背負「不確定性」的沉重包袱。就邏輯上來說，要證明一個否定命題是非常困難的。基於每個人的體質差異，要承諾大眾群體「吃XX是絕對安全的」確實存在邏輯命題上的困難。人們要求肯定，但他們只是得到了概率，說 「XX物也許有毒」，簡單幾個字，就遠遠抵得過說 「據我們所知，XX物迄今並未發現有危害」。事實上在社會性科學議題(Socio-Scientific Issue, SSI)中，對食物安全的質疑，少數科學家(或醫師)的言論，往往抵銷了官方機構的權威性影響，少數具有科學身份的人會比贊成食用XX物的全部同行産生更大的影響。哪怕這些人即使是無名之輩，平庸之才，沒有聲譽，甚至在科學界只是極少數，這都無妨。只要和食物恐慌連在一起，就會在社會中產生不對稱的作用。
另一方面，在已開發國家無溫飽問題時，對於健康問題日益重視，社會大眾在飲食議題上，多採小心原則，寧信其有，即便看似無害，也先採觀望態度。對於飲食小心的程度或嚴或寬原本是個人抉擇，但現況卻是因為對相關知識與邏輯的欠缺，導致在某一方面小心翼翼，另一方面卻門戶大開，這種情況屢見不鮮。例如民眾對於癌症的恐懼，只要提到「致癌」或「致癌物」就容易引起恐慌。事實上在WHO公布的致癌物分類中，除了第1類和2A類，其餘儘管有風險(沒有絕對的零風險)，可能性卻極低，或並無發現任何案例。常見有人堅決拒用第3類的「三聚氰胺」，卻不排斥危險性更高2B類的「手機輻射」，甚至已確定危害性第1類的「酒精飲料」和「香煙」。
n 課程背景
十二年國教重視素養之培養，成敗關鍵在教師，因此教師科學媒體素養與教學能力之培養至關重要。然而Ching (2014)指出，師培機構課堂生活的複雜現實與師培課程中所教的理論原則存在著差距。
東華大學教育系科學教育碩博士班教育目標之一即為培養中小學科學師資，在課程設計上為符合教育部國小教師加註自然領域專長，在科學專業科目上共開授物理特論、化學特論、生物特論以及地球科學特論四科各3學分課程，以增進國小師資之科學學科知識(content knowledge)。本人科學專業背景為化學，故化學特論一科多年來一直是本人擔綱，課程內容以普通化學和生活化學為主。近年來許多修課學生大學非自然科背景，對於化學一科甚感恐懼與誤解，因此在課程設計上即以食安、美食為主題，期望吸引學生學習興趣，並增加食安議題之專業知識。
n 課程規畫
以最近一次(110-1)開課之為例，教學計畫如下：
一、教學目標：
化學係科學教育之基礎學科之一，是學習科學內容知識不可或缺的一環。本課程著重於認識與精研中小學化學教材，普通化學基本概念、科學媒體識讀、自然領域化學相關教材與實驗，以培養及增強學生的化學學科內容知識(chemical content knowledge)。
二、課程內容：
1. 普通化學基本概念
2. 美食中的科學與食安議題
3. 化學相關之生活事例
4. 基於證據的化學探究與實作
三、實施方式：
講述、實作、討論
四、評量方式：
1. 參與(出席與討論) 25%
2. 口頭報告 25%
3. 實作 25%
4. 期末報告 25%
五、課程參考書目(見附錄一)
六、課程綱要及教學進度(見附錄二)
n 課程實施
本課程之實施如附錄二課程綱要及教學進度，但在實施面向上可分以下四項
一、以生活相關事例解說化學基本概念
許多學生對於化學概念的學習常感枯燥，但融入生活議題就常能吸引學生注意與參與。例如：
• 在氣體方程式的討論中，以瞬間氣化引發之體積變化，在限制體積不變的情況下將導致壓力驟增而引發爆炸，說明爆裂物原理以及密閉系加熱的危險，再導入實驗室安全守則。
• 以市面實售之濾水器說明各種淨水原理與選購考量。
• 以不同材質的塑膠解說合成聚合物的性質與用途，再以實物體驗其區別。
二、以簡單實驗增進學習印象
化學原本就是實驗科學，讓學生親自操作會有極佳的效果，未能在各級學校廣為運用主要在於教師擔心進度、教室經營與準備工作繁重。但是以簡易的操作讓學生親為，會有很好的效果，對進度亦影響不大。例如：
• 在討論將溶液混合體積與熱效應時，直接以酒精與水混合實測體積變化及溫度變化。
• 將油與水混合攪拌，再以果汁機攪拌以及加入少許界面活性劑攪拌，說明溶液不互溶時的界面效應與乳化效應。
• 以簡易的花青素(紫色高麗菜)在不同酸鹼值溶液中的呈色變化體驗酸鹼指示劑的實驗。
• 以水果電池及實際拆解乾電池認識化學電池的作用與結構原理。
三、美食議題與體驗帶入化學概念以吸引學生興趣
美食是吸引人的。這樣的主題主要是貼近生活，而且吸引學生，繼而從中學習科學原理。例如：
• 以酒類為題，討論發酵原理、蒸餾原理與設備。並以數種不同酒類介紹生活中的飲酒文化與禮節，在實際微量試飲後，更能留下印象。
• 以乳酪為題，討論乳類發酵、酪清分離現象，並藉以學習膠體溶液的性質(膠體粒子之凝聚、廷得耳效應、布朗運動等)。再實際品嚐市售乳酪約10種，感受其中因製程不同而產生之差異。
四、SSI(食安議題)之討論與查證
Hobbs (2010)在一項關於《民主社會信息需求的數位與媒體素養建議白皮書》中指出，當代媒體素養的教學實踐通常包括記錄媒體使用日記，使用信息搜索和評估策略，閱讀/查看/收聽和討論，縝密分析，跨媒體比較，遊戲/模擬/角色扮演，以及多媒體的組成成分。本課程參考其建議，在教學設計上採用以下策略：
• 閱讀或觀看媒體中的科學報導
• 通過識別報導者、目的和觀點，評估內容的可信度
• 查找科學訊息來源與提供者
• 查找相關科學內容之學術報告
而在主題內容上，主要討論「基因改造食品」與「食品添加物」，從化學學科的角度討論容許量(tolerance)與毒性的關係，介紹毒理學之父巴拉塞爾士(Paracelsus, 1493-1541)的名言「所有物質都是毒物，沒有一種不是毒物。只要劑量正確，就可以把毒物變成仙丹。」，以及政府安全標準的訂定。
此外，在上述課程中，特別向學生推薦林慶順教授的facebook「科學的養生保健」網站。林慶順教授是微生物學/分子生物學博士，在加州大學舊金山分校（UCSF）醫學院擔任教授22年(現已退休)，擁有40年的醫學研究經驗，在世界知名醫學期刊發表近200篇研究論文，擔任60多家醫學期刊的reviewer。他在2020年榮登首屆台灣生物科技與醫學名人錄。「科學的養生保健」網是以evidence-based的論述，以國際著名期刊之學術著作駁斥許多媒體傳言。介紹學生知道此一網站，期望他們從中學習查找可信的證據的方法，與相關食安知識，並藉此瞭解社會媒體的特質與影響。
n 結語
本課程之實施並非一成不變，事實上自2002年至今已授課近20年，從早期的完全的普通化學概念講授，逐漸增多實驗活動，再因應學生非理科背景增多而趨向教材生活化，近年則因媒體傳播社會事件而導入食安議題的媒體識讀內容與SSI的討論，期望修課者在擔任教師面對學生時，於化學議題上能引導學生探究與實作，釐清社會議題的本質，培養出媒體識讀的理性思維。
以上僅係個人工作分享，雖然在逐年授課中不斷改進以求教學效果，也能從畢業學生在教職上傳達正確的觀念，但不可否認其缺失仍多，尚祈諸方賢達不吝賜教。
n 參考文獻
李暉(2016)。嚇死我了―這些究竟能不能吃?科學研習，55-10，14-19。
鄭怡卉(2013)。新聞中的「偽科學」內容分析研究。新聞學研究，116，47-90。https://doi.org/10.30386/MCR.201307_(116).0002
黃俊儒、簡妙如(2008)。「科學家發明了什麼？！」─解析學生對於科學新聞中的科技產物意象。科學教育學刊，16(4)，415-438。https://doi.org/10.6173/CJSE.2008.1604.05
Ching, C. P. (2014). Linking theory topractice: A case-based approach in teacher education. Procedia-Social and Behavioral Sciences, 123, 280-288. https://doi.org/10.1016/j.sbspro.2014.01.1425.
Hobbs, R. (2010). Digital and Media Literacy: A Plan of Action. Washington, D.C.: The Aspen Institute, Communications and Society Program. Retrieved Dec. 22, 2019 from https://assets.aspeninstitute.org/content/uploads/2010/11/Digital_and_Media_Literacy.pdf
Lorch, M. (2014). Five myths about the chemicals you breathe, eat and drink. https://theconversation.com/five-myths-about-the-chemicals-you-breathe-eat-and-drink-26849
Martin, M. (1994). Pseudoscience, the paranormal, and science education. Science & Education, 3(4), 357-371. https://doi.org/10.1007/BF00488452
Robson, D. (2016). 讓我們忽視真正危險的「化學恐懼症」。BBC英倫網。 https://www.bbc.com/ukchina/trad/vert_fut/2016/03/160304_vert_fut_chemonoia-the-fear-blinding-our-minds-to-real-dangers
n 附錄
附錄一 課程參考書
(一)基礎化學
1. 陳偉民譯(C. Cobb & M. Fetterolf原著)。(2009)。打造化學力(上)(下)。天下文化。
2. 方嘉德等編譯(Chang原著)。(2003)。普通化學。普林斯頓國際公司。
3. 師明睿譯(J. Schwarcz原著)(2004)。蘇老師掰化學。天下文化。
4. 葉偉文譯(J. Schwarcz原著)(2004)。蘇老師化學黑白講。天下文化。
5. 葉偉文譯(J. Schwarcz原著)(2004)。蘇老師化學五四三。天下文化。
6. 莊勝雄譯(J. Emsley原著)(2000)。分子博覽會―輕鬆瞭解生活中的化學物質。商周文化。
7. 呂慧娟譯(R. Hoffmann原著)(1998)。迴盪化學兩極間。天下文化。
8. 蔡信行譯(P. Ball原著)(2003)。現代化學(I)―改變中的傳統觀念。天下文化。
9. 周業仁、李千毅譯(P. Ball原著)(2003)。現代化學(II)―跨領域的先進思維。天下文化。
10. 林秀麗譯(D. Bodanis原著)(1999)。我和我的秘密家庭―24小時的生活科學。新新聞文化。
(二)食安議題
1. 林慶順(2018)。餐桌上的偽科學：加州大學醫學院教授破解上百種健康謠言和深入人心的醫學迷思。一心文化。
2. 林慶順(2019)。餐桌上的偽科學2：頂尖醫學期刊評審用科學證據解答50個最流行的健康迷思。一心文化。
3. 林慶順(2021)。偽科學檢驗站：從食安、病毒到保健食品，頂尖醫學期刊評審的50個有問必答。一心文化。
(三)美食化學
1. 陳維真、張簡守展(譯)(2015)。料理的科學The Science of Good Cooking(原作者：The Editors at America’s Test Kitchen & Guy Crosby, Ph D.)。大寫出版。(原著出版年：2012)
2. 邱文寶、林慧珍、蔡承志(譯)(2009)。食物與廚藝On Food and Cooking: The Science and Lore of the Kitchen(原作者：Harold McGee)。大家出版社。(原著出版年：2004)
3. McGee, H. (2004). On Food and Cooking: The Science and Lore of the Kitchen. New York: Scribner.
4. 潘昱均(譯)(2015)。廚藝好好玩：探究真正飲食科學，破解廚房秘技，料理好食物Cooking for Geeks: Real Science, Great Hacks, and Good Food(原作者：Jeff Potter)。奇光出版。(原著出版年：2010)
5. 陳正益、鄭初英(譯)(2013)。廚藝解構聖經The 4-Hour Chef: The Simple Path to Cooking Like a Pro, Learning Anything, and Living the Good Life(原作者：Timothy Ferriss)。三采文化事業。(原著出版年：2012)
6. 莊靖（譯）（2014）。味覺獵人：舌尖上的科學與美食癡迷症指南Taste What You’re Missing: The Passionate Eater’s Guide to Why Good Food Tastes Good（原作者：Barb Stuckey）。漫遊者文化出版。（原著出版年：2012）
7. 梁曼嫻、蒲欣珍(譯)(2010)。認識分子廚藝：顛覆傳統美食體驗的料理革命Traité élémentaire de cuisine(原作者：Hervé This)。積木文化出版。(原著出版年：2002)
8. 蒲欣珍(譯)(2010)。創新前衛的分子料理Petit Précis de Cuisine Moléculaire(原作者：Anne Cazor & Chirstine Liénard)。積目文化出版。(原著出版年：2008)
附錄二 課程綱要及教學進度
|
週次 |
日 期 |
進 度 |
教學方式及備註 |
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一 |
09/23 |
課程介紹、認識化學與基本觀念 |
因疫情改線上上課 |
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二 |
09/30 |
化學計量、水、大氣與氣體 |
講解(線上上課) |
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三 |
10/07 |
食安、藥物、飲料 |
講解(線上上課) |
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四 |
10/14 |
溶液與溶解 |
講解與實作 |
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五 |
10/21 |
酸與鹼(含指示劑實驗) |
溶液配製與指示劑實驗 |
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六 |
10/28 |
基改食物與食品添加物 |
討論 |
|
七 |
11/04 |
酒的化學 |
講解與體驗 |
|
八 |
11/11 |
美食化學—麻婆豆腐中的科學 |
講解與討論 |
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九 |
11/18 |
期中考 |
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十 |
11/25 |
聚合物(塑膠)、衣料、紙張 |
講解與實物觀察 |
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十一 |
12/02 |
澱粉的化學 |
講解與實作 |
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十二 |
12/09 |
乳酪與膠體溶液 |
講解與實作 |
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十三 |
12/16 |
燃料與能源 |
講解與討論 |
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十四 |
12/23 |
油脂化學 |
講解與討論 |
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十五 |
12/30 |
氧化還原與防銹、電池 |
講解與實作 |
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十六 |
01/06 |
蛋白質化學與梅納反應 |
講解與實作 |
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十七 |
01/13 |
清潔劑、污染之防治 |
講解與討論 |
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十八 |
01/20 |
彈性補充教學(期末考) |
社會性科學議題導向的化學教學：社會性科學議題(socio-scientific issues)的化學教學 / 李啟讓、洪振方、柯承亨
星期一 , 6, 6 月 2022 本期專題, 第四十七期/2022年6月 在〈社會性科學議題導向的化學教學：社會性科學議題(socio-scientific issues)的化學教學 / 李啟讓、洪振方、柯承亨〉中留言功能已關閉社會性科學議題導向的化學教學：社會性科學議題(socio-scientific issues)的化學教學
李啟讓1 *、洪振方2、柯承亨3
1國立屏東女子高級中學
2國立高雄師範大學科學教育暨環境教育研究所
3國立高雄師範大學科學教育暨環境教育研究所
n 前言
一0八課綱希望教育現場思考，學生未來要面對的挑戰更多、更難，教師要怎樣激發學生的自主學習能力，讓學生成為能夠解決問題的終生學習者。臺灣2021年12月18日的公投題目有兩項屬於能源社會性議題，一為你是否同意核四啟封商轉發電？二為您是否同意中油第三天然氣接收站遷離桃園大潭藻礁海岸及海域？(即北起觀音溪出海口，南至新屋溪出海口之海岸，及由上述海岸最低潮線往外平行延伸五公里之海域)。從能源角度分析，此兩項公投涉及三個問題；一為核四安全，二為電力供應，三為碳排空汙。科技的進步將使我們面臨社會性科學議題(socio-scientific issues, 縮寫「SSI」)的困境，因為在科技時代，我們已經開始跨越了一個重要，但卻很少受到檢視的門檻；將來我們勢必在SSI這方面做出選擇 (Wilson，2021)。將社會性科學議題真實性情境的學習素材納入教學中，除可強化學生科學知識與生活實例相關的認識外， 亦能培養學生運用所學擴及到社會性科學議題，並能更深入的思考與批判，進而發展問題解決和探究之科學素養(邱美虹，2018)。
n 社會性科學議題
社會性的科學議題，其內容從環境化學、食品安全、水質純化、空氣汙染、碳循環，到氣候變遷與永續發展，在於探討水、大氣、 食品、綠色化學等議題，可使學生認識化學、生物科技、或化工對人類生活與環境的影響（United Nations, 2015）。社會性科學議題的特徵是具爭議性、做決定上兩難；Betsch & Haberstron
(2005)認為「做決定」包含了「確認問題、列出可行的方案、蒐集資訊、評估與選擇、行為實踐」等五種能力。「做決定」其實是一個複合、複雜的能力，並非想像中的簡單；正因為如此，過去的研究顯示，學生在做決定時出現了許多缺失； 例如：對問題缺乏全面性的檢視、依直覺判斷(Betsch & Haberstroh, 2005)、只仰賴個人的價值觀(Bell & Lederman, 2003)
、容易受限於偏見、被當時的情緒影響、 無法使用一致性的方法，甚至只會依循先前經驗，做出品質不佳的決定(Betsch & Haberstroh, 2005)。依據上述學者的發現，我們得知學生｢做決定｣的能力仍不足，而這些缺點則必須藉由教學加以導正。學生若能接受與做決定技巧有關的教學，通常較能做出品質較佳的決定(Eggert & Bögeholz, 2010)。在做決定時，學生若能重新思考與反省自己所做的決定，那麼所做出的決定將更謹慎與成熟。而反省和評估是一種後設認知的能力，若能善用後設認知的技巧，將會協助學生選用最適當的策略，進而提高做決定的品質(Gresch & Bögeholz, 2013)。
■社會性科學議題融入化學教學—結合GRR四階段教學模式與TAP論證模式
陳聖謨(2021)認為責任漸進移轉(gradual release of responsibility, GRR)的結構化四階段教學模式，讓學生承擔愈來愈多的學習責任，有助於培養學生成為獨立自主的終身學習者，如圖1所示。
圖1漸進式責任移轉架構 (引自陳聖謨，2021)
GRR四階段教學模式 ，一、課堂目標的掌握：教師於教學中闡述以傳達自己對科學議題的認知與對教學目標的期待。二、學習歷程指導：經由師生互動的交流，協同學生在學習情境中，有效尋找資料、判斷相關的資訊、何者是正確的訊息、或何種是合理的解釋等。三，協作學習：透過學生群組互動、同儕合作的方式進行問題解決的任務，幫助學生相互學習或發展溝通與學習以科學語言表達其觀點。四、獨立學習：重視學生個別實作，著重如何思考自己的思維，發展後設認知能力，以及依據自己的學習如何採取行動(自我調解)(陳聖謨，2021)。
Toulmin(1958)的論證模式(Toulmin Argumatation Parttern, TAP)，已透過驗證在自然科教學有正面的學習成效(邱美虹，2018)，如圖2所示。
圖2 TAP論證模式 (引自邱美虹，2018)
TAP論證模式六個主要概念，一、資料(Data)：用以支持主張的證據。二、主張(Claim)：依據證據提出合理的說法。三、理由(Warrant)：解釋資料與主張之間的因果關係。四、條件(Qualifiers)：使主張成立的特定要求。五、佐證(Backing)：支持理由存在的假設。六、反駁(Rebuttal)：與證據、理由、條件或佐證相互牴觸的論點(邱美虹，2018)。TAP論證模式在小組論證架構的建立歷程中，組內需取得足夠的資料，進一步將資料轉換成理由，設立特定條件來弱化反方的衝擊，重視多元資料數據及數據解讀的重要性。而在組間論證例時，經由小組合作提出實用的結論，可增強說服力，培養學生發展｢有一分證據，說一分話｣的科學態度。
本文結合GRR四階段教學模式與TAP論證模式，以臺灣的再生能源、核能與火力發電方式對生活與環境之影響的社會性科學議題，設計教學流程如附錄1所示。臺灣的再生能源、核能與火力發電方式對生活與環境之影響的社會性科學議題的教學，需要兩節課時間。第一節課﹔第一階段課堂目標的掌握，進行學生分組、挑選正方與反方主題、授課說明(附錄2)、課程評量規準說明(附錄3)、以投影片講解台灣不同能源發電方式、以投影片講解空氣汙染、以投影片講解水汙染的防治與再利用。第二階段學習歷程指導，學生閱讀課本及自行查找與整理資料、完成學習單(附錄4)，教師以問問題、提示、指引或直接說明指導學生。第二節課﹔第三階段協作學習，首先進行組內相互教學、小組論證架構的建立、製作科學海報(附錄5)；再進入同儕交流學習、不同主題的正方與反方小組將各自製作的小組科學海報張貼於黑板進行組間TAP論證活動。第四階段獨立學習，老師在黑板上書寫激發學生發展後設認知的問題、鼓勵學生自我對話、學生修正學習單或科學海報、並填寫教學回饋問卷 (附錄6)、教師鼓勵學生利用課餘時間獨立完成小論文寫作。
n 結語
素養導向的學習是108新課綱的核心元素，教師調整傳統講述教學方法，可以培育學生具備核心素養、成為自主獨立學習者 (陳聖謨，2021)。社會性科學議題是現象式學習與跨領域學習，學習課程素材強調學習主題取自真實世界的社會現象，藉由真實情境中問題的引導，多元識讀、資料蒐集、分析、表述與論證，提升學生之資料整合能力、閱讀能力、口語表達能力與自主學習的科學素養。GRR教學模式的第四階段獨立學習，大部分學生較難完成教師要求，建議教師提供適當的獎勵，利於達成教學目標。
n 參考文獻
邱美虹(2018)。臺灣教育評論月刊，7(10)，1-7。
Wilson, E. O. (2021)。人類存在的意義：一個生物學家對生命的思索。(陳玉苹譯)。臺北市：大雁文化。(原著出版於2015)
陳聖謨(2021)。素養導向學習的實踐很近或很遠？以GRR架構為例。在洪如玉(主編)教學藝術–素養、創新、多元、議題(頁47-68)。台北市：五南圖書。
Bell, R. L., & Lederman, N. G. (2002). Understandings of the nature of Adobe Acrobat Pro DC
science and decision making on science and technology based issues. Science Education, 87(3), 352-377.
Betsch, T., & Haberstroh, S. (2005). Current research on routine decision-making: Advances and prospects. In T. Betsch & S. Haberstroh (Eds.), The routines of decision-making (pp.359-376). Adobe Acrobat Pro DC Mahwah: Lawrence Erlbaum Associates.
Eggert, S., & Bögeholz, S. (2010). Students’ use of decision-making strategies with regard to socioscientific issues: An application of the rasch partial credit model. Science Education, 94(2), 230-258.
Gresch, H., Hasselhorn, M., & Bögeholz, S. (2013). Training in decision-making strategies: An approach to enhance students’ competence to deal with socioscientific issues. International Journal of Science Education, 35(15), 2587-2607.
United Nations (2015). 17 Goals to Transform Our World。取自 https://www.un.org/sustainabledevelopment/
n 附錄1
台灣的再生能源、核能與火力發電方式對生活與環境之影響教學流程
n 附錄2
授課說明
一、評分: 依據課程評量規準、針對課程的發問表現(只加分、不扣分)
二、授課方式:
1.以2週完成一個社會性科學議題學習活動，每個社會性科學議題都有一個科學影片或投影片，由老師導讀說明。
2.以五人為一組討論完成學習單與科學海報內容，小論文寫作個人獨力完成(有意願者)。
3.老師會提供與社會性科學議題相關的文章或網站給同學參考，以利深入討論主題，各小組口頭發表挑選主題的想法，最好能結合學習單內容之討論心得。
4.每個社會性科學議題最後一週是小組補充或修正學習單內容時間，並加入對於其他組想法之評論。
5.每個單元結束當天收小組學習單，遲交1天扣5分(該組成員)
n 附錄3
課程評量規準
n 附錄4
學習單
組別：
一、自評與同組互評
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組員資料 |
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座號： 姓名： |
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自評個人表現(1-10) |
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對小組貢獻度(%) |
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說明:根據提問、回答、資料收集及解讀、討論發言次數、協助小組互助合作等表現，給予自己和組員評分。
二、問題與討論
1.請說明再生能源(太陽能、風力及水力)、核能與火力發電原理？
2.比較分析台灣近五年發購電在再生能源、核能與火力發電的發購電比有何趨勢？建議上台電網站(https://www.taipower.com.tw) 查詢。
3.台灣能源局統計，二0二0年電力排碳係數0點五0二，也就是每度發電產生0點五0二公斤二氧化碳排放，比法定目標0點四九二高，也比IEA(國際能源署)訂出的目標值還要高。為推動二0五0年淨零排碳目標，你認為台灣能源配比應如何規劃？
4.空氣品質指標為依據監測資料，將當日空氣中臭氧 (O3)、細懸浮微粒 (PM2.5)、懸浮微粒 (PM10)、一氧化碳 (CO)、二氧化硫 (SO2) 及二氧化氮 (NO2) 濃度等數值，以其對人體健康的影響程度，分別換算出不同污染物之副指標值，再以當日各副指標之最大值為該測站當日之空氣品質指標值 (AQI)。不同汙染物的付指標值換算表，請參閱環保署網站(https://airtw.epa.gov.tw/cht/Information/Standard/AirQualityIndicator.aspx)
紀錄屏東居住地前一週的空氣品質指標值 (AQI)？建議上行政院環境保護署網站(https://airtw.epa.gov.tw/cht/Information/Standard/AirQualityIndicator.aspx)查詢。
5.舉例說明化學知識的應用，能為空氣汙染、水污染的防治與再利用，帶來了那些改變？
n 附錄5
科學海報
組別：
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組員資料 |
座號： 姓名： |
座號： 姓名： |
座號： 姓名： |
座號： 姓名： |
座號： 姓名： |
科學海報你們的主題是：
預定報告重點請以條列式寫在以下空白處
n 附錄6
教學回饋問卷
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說明：老師希望藉由這份問卷，瞭解同學目前學習狀況，做為教學的參考，這份問卷，不須註明身分，同學可以安心作答，感謝同學的協助。 |
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1.你覺得社會性科學議題上課時，會不會給你壓力？ □壓力非常大 □壓力很大 □偶爾有壓力 □壓力很小 □沒有壓力 2.社會性科學議題上課時，你喜歡與同學討論嗎？ □非常喜歡 □喜歡 □偶爾有喜歡 □不喜歡 □非常不喜歡 3. 你喜歡社會性科學議題的上課方式嗎？ □非常喜歡 □喜歡 □偶爾有喜歡 □不喜歡 □非常不喜歡 4. 你覺得課後與同學討論相關社會性科學議題多不多？ □非常多 □太多 □剛剛好 □太少 □非常少 5.整體而言，你覺得社會性科學議題學習過程是快樂？還是不快樂？ □非常快樂 □快樂 □普通 □不快樂 □非常不快樂 6. 你覺得社會性科學議題學習是有收穫，還是沒有收穫？為什麼？ 理由：
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社會性科學議題導向的化學教學：社會性科學議題融入小學自然科學領域化學教學之可行性探討 / 陳致澄、王瑞壎、李孟憲
星期日 , 5, 6 月 2022 本期專題, 第四十七期/2022年6月 在〈社會性科學議題導向的化學教學：社會性科學議題融入小學自然科學領域化學教學之可行性探討 / 陳致澄、王瑞壎、李孟憲〉中留言功能已關閉社會性科學議題導向的化學教學：社會性科學議題融入小學自然科學領域化學教學之可行性探討
陳致澄1、王瑞壎2、李孟憲3
國立臺南大學應用數學系1
國立嘉義大學教育行政與政策發展所2
桃園市龍岡國中3
n 前言
《十二年國教自然科學領域課程綱要》（以下簡稱108課綱）已於 2019年正式於中小學各階段正式實施。薛雅純（2018）指出，108課綱中強調教師應提供學生探究學習與問題解決的機會，協助學生瞭解科學知識產生的方式並養成應用科進行思考與探究的習慣。此外，108課綱之《基本理念》亦提到：「…生活在現代，我們周遭充斥著不斷創新的科技產品、紛至沓來的各項資訊以及因資源開發而衍生出的環境生態問題。因此，未來公民更需要具備科學素養，以瞭解科學的貢獻與限制、能善用科學知識與方法、以理性積極的態度與創新的思維，面對日常生活中各種與科學有關的問題，做出評論、判斷及行動」（教育部，2018）。靳知勤（2014）也指出，科學學習若不能與個人生活及社會需求相關，則將無法有效培養學習者的思考智能、解決切身問題以及與人合作的社會技能。由此可見，若能在自然科學的課室中，提供學生有關現代生活中，因「科學」帶來的便利與因之產生的限制與不利之兩難困境 (dilemma problem)問題，此問題可能涉及個人所持道德與理性間的衝突、可能因時空變遷造成的衝突、不同領域間（例如：宗教與法律、自我利益與公共或他人利益…等）觀點的衝突或是實然面與應然面（例如：理想與實際…等）之衝突（溫明麗，2000），讓學生真正運用或搜尋相關的科學知識與方法，以理性、積極的態度與思維，思考這些日常生活中所出現的各種與科學有關的問題，並做出評論、判斷與行動，應是落實108課綱核心素養導向教學的一條可行之徑路。
「社會性科學議題」(socio-scientific issues，以下簡稱 SSI)是在概念或程序上，與科學有關聯的爭議性社會議題 (Sadler, 2004)，Zeidler與Keefer (2003)認為，將SSI應用於教學，對於科學教學提供了一種啟示性的作法。究其原因，乃源於近代科技發展增進人類的生活福祉，但在社會中導致的爭議亦層出不窮，而這些爭議性的議題影響的範圍，小至社區或地方（例如：土地開發與否、垃圾處理的方式…等），大至整個社會甚至全球（例如：全球暖化的威脅、複製人式…等）（靳知勤、胡芳禎，2016），若在科學教學的課室中以此些議題作為討論的主題，有別於傳統的科學知識傳授方式，能引導課室中同儕間、師生間的互動對話與協商合作，有助於教學文化的變革。若將SSI與上述兩難困境問題相互對照，彼此恰具一致性的特性與功能。因此，運用SSI於科學課室作為教學的一種方式，不僅能培養學生具備未來公民所需之科學素養，也符應當前108課綱素養導向教學的理念與趨勢。
n 小學階段的化學教學主題分析與SSI議題選擇
然而，檢視小學階段自然科學領域所涉及的學習內容，包括「自然界的組成與特性」、「自然界的現象、規律及作用」以及「自然界的永續發展」等三類課題，而這三類課題在國小階段都是以「跨科」的方式進行教學。研究者藉由國中階段的「主題」以及高中階段之「次主題」分析，選擇與SSI議題融入「化學」教學有關的次主題如下表1所示：
表1：國小階段與化學教學有關的主題/次主題分析
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課題 |
跨科概念 |
主題 |
次主題 |
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1.自然界的組成與特性 |
物質與能量 (INa) |
物質的組成與特性 (A) |
物質組成與元素的週期性(Aa) 物質的形態、性質及分類(Ab) |
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能量的形式、轉換及 流動(B) |
能量的形式與轉換(Ba) 溫度與熱量(Bb) |
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構造與功能 (INb) |
物質的結構與功能 (C) |
物質的分離與鑑定(Ca) 物質的結構與功能(Cb) |
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2.自然界的現象、規律及作用 |
交互作用 (INe) |
物質的反應、平衡及製造(J) |
物質反應規律(Ja) 水溶液中的變化(Jb) 氧化與還原反應(Jc) 酸鹼反應(Jd) 化學反應速率與平衡(Je) 有機化合物的性質、製備及反應(Jf) |
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3.自然界的永 續發展 |
科學與生活 (INf) |
科學、科技、社會及人文(M) |
科學、技術及社會的互動關係(Ma) 科學發展的歷史(Mb) 科學在生活中的應用(Mc) 天然災害與防治(Md) 環境汙染與防治(Me) |
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資源與永續性(INg) |
資源與永續發展(N) |
永續發展與資源的利用(Na) 氣候變遷之影響與調適(Nb) 能源的開發與利用(Nc) |
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註：「灰底」的內容乃本文推論而得，適合將SSI議題融入進行課程設計之次主題。 |
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據此，我們可進一步深入思考如何選擇相關的SSI議題，以符應「與化學教學有關」的目標。邱美虹（2018）指出，SSI議題的內容，可從環境化學、食品安全、水質純化、空氣汙染、碳循環甚至到氣候變遷與永續發展等面向進行蒐集與設計，藉由探討水、大氣、 食品、綠色化學…等議題的討論，可讓學生藉此認識化學、生物科技或是化工如何裨益人類生活以及對於人類居住環境的影響。此外，聯合國也在2015年宣布《2030永續發展目標》 (Sustainable Development Goals, SDGs) ，其核心目標共計17項，期能藉此指引全球共同努力、邁向永續
(United Nations, 2015)。研究者探究其中與「化學教學」有關的目標，包括清潔飲水與衛生設施、經濟適用的清潔能源、確保永續消費和生產模式、氣候行動、保育及維護海洋資源、保育及維設生態領地等議題。
綜合上述邱美虹（2018）對SSI議題之建議以及本研究綜整SDGs有關化學教學之項目，接下來，我們再從SSI議題落實於課室教學的情況，來思考：究竟上表1中呈現的次主題，那些適於結合SSI來進行課程設計？對此，Osborne、Erduran 與Simon (2004)提到，SSI議題融入自然科學課程中進行設計，教學上經常會採用「論證」的形式進行。並且，Osborne等人進而提出「論證」教學的五個層次。筆者分析這五個層次的描述，認為SSI議題融入自然科學課程進行論證教學之設計，則此SSI議題應包含以下特性：該議題能形成正向與反向主張（或是不同主張）、各項主張（含反駁性的主張）均存在相關的資料或理由予以支持。若以此特行重新檢視上表1之次主題，則能量的形式與轉換(Ba) 、科學、技術及社會的互動關係(Ma)、科學在生活中的應用(Mc)、環境汙染與防治(Me)、永續發展與資源的利用(Na)、氣候變遷之影響與調適(Nb)、能源的開發與利用(Nc)這些次主題因為具有「科學發展與道德維護」以及「人類生活與環境永續」等符合上述SSI議題之特性，容易讓學生產生衝突與兩難的情境，故，建議教師可思考將當將當前出現的SSI議題融入這幾個次主題之中。
接續，筆者再搜尋、整理近年來國內外與「化學教學」有關之SSI議題，以108課綱中小學階段自然科學領域學習內容的三類課題為架構，再輔以SDGs作為參考，形成具有「曾被普羅大眾熱烈討論」、有「正面與反面的資訊」出現且與「化學」概念相關的社會性話題內涵如下圖1所示：
圖1：與化學教學有關之SSI議題
上圖1所提供與「化學教學」有關的SSI議題，都與我們日常生活息息相關，並且議題容易再課室中產生上述「科學發展與道德維護」以及「人類生活與環境永續」的衝突與兩難情境，應能作為國小階段自然科學課室中，「化學」主題教學之探究與討論的議題。舉例來說，新聞傳播媒體TVBS報導「越來越多食品科學研究指出，牛奶的營養價值可能比想像中的低，對人體也有可能是弊大於利」這種看似「有憑有據」之似真亦可能為假的社會性話題；網路於2014年刊載之「綠色帝國基金會說：每公升牛奶有兩千萬的活躍細菌跟 7.5 億個膿細胞」這種具有「科學數據」且與人類生活有關的社會性話題（參見https://pansci.asia/archives/98038）…等，圖1中蒐集之SSI議題，多具有「科學發展與道德維護」以及「人類生活與環境永續」之衝突與兩難特性，且該主張的文句內容又淺顯易懂，故，適宜作為國小階段教師將此些議題融入有關「化學教學」的課程設計之中。
n 國小階段實施SSI導向化學教學注意事項
那麼，國小階段除了在自然科學的課堂中SSI導向化學教學外，是否還有其他時段或其他課程可茲進行此較為深化、應用的課程呢？108總綱之《課程架構》一段提到，十二年國民基本教育課程類型可分為「部定課程」與「校訂課程」二大類。其中，「校訂課程」是由學校安排，藉此達成形塑學校教育願景以及強化學生適性發展之目標。而「校訂課程」在國小階段即為「彈性學習課程」，其內涵可包含跨領域統整性主題/專題/議題探究之課程、社團活動與技藝課程、特殊需求領域課程以及本土語文/新住民語文、服務學習、戶外教育、班際或校際交流、自治活動、班級輔導、學生自主學習、領域補救教學等其他類之課程。由此看來，將SSI導向的化學教學置放於「彈性學習課程」亦是可行的方式。再者，白玉玲（2021）指出，「主題課程」 (Thematic courses)是依據學生或教師感興趣的主題，針對該項主題進行深入探討的課程。此課程強調自主學習，重視學生內在學習動機的培養，是一個教與學互動的歷程，是符合 108 課綱自發、互動、共好核心要素的課程類型之一。若將SSI導向化學教學與「主題課程」相互對照、比較，彼此間恰有共通的特性與功能。因此，研究者藉「主題課程」實踐的注意事項，提出小學階段實施SSI導向化學教學應注意之事項如下：
一、課程規劃與實施需具備完整性
若將SSI導向化學教學規劃成為「校訂課程」，則須將整體SSI導向教學進行完整且全盤性的規劃，學生須在同一主題下進行統整性與脈絡化的學習，才能完整習得該主題脈絡的知識、技能與態度。考量此類課程跨域的面向以及所需專業師資，必要時，還需引入不同專業領域之師資進行協同教學。
二、討論任務與活動的安排須能促發學生主動學習的意願
鑑於SSI導向教學之議題選擇，乃源於一般生活中息息相關的話題，且以學生或教師有興趣的主題做為開端，相信必能在「起始活動」中，扮演好引起動機的功能。然而，在後續「發展活動」中，建議教師仍應注意學生的學習狀況，依學生當下的反應（例如：查詢資料是否遇到挫折？同儕溝通是否意見相左？…）進行適度引導與調整。此外，教師也須事先規劃好要提供那些事例和提問？以利學生經由閱讀、觀察、實驗、思考、討論 等途徑去發現相應的科學原理與原則，以掌握問題解決的方法與步驟，以隨時保持學生探究學習的主動性，感受到這是一個充滿挑戰性的學習歷程。
n 結語
Zeidler, Sadler, Simmons 與Howes (2005)指出，SSI 是一種理論，亦是一種方法，是將特定的爭議性議題融入教學進行設計，營造出兩難的困境，教學過程中關注學生同儕間的討論與互動，期能促發學生在彼此對話及論證的過程中建構知識。過去，已有一些研究（例如：林樹聲，2012；靳知勤、胡芳禎，2016）證實，學生能經由討論、解釋及推理的過程，參與決策並獲得探究的技巧，也學會如何有效提問的論證能力。本文透過108課綱分析，從中獲得國小階段與化學教學有關的跨科概念；並透過中學階段主題與次主題的分析，輔以聯合國《2030永續發展目標》核心目標的對應；再蒐集過往與化學生活有關的新聞議題，提出一些能在小學階段落實的SSI導向化學教學議題。最後，提出有關小學階段實施SSI導向化學教學應注意的事項，期能協助小學教師未來規劃規劃規劃SSI導向化學教學設計之參考。
n 參考文獻
白玉玲（2021）。108 課綱彈性課程主題化的實踐與反思。臺灣教育評論月刊，10（8），47-52。
邱美虹（2018）。以科學素養為導向的新課綱─從社會性科學議題融入課程談起。臺灣教育評論月刊，7（10），1-7。
林樹聲（2012）。在科學課堂中應用爭議性議題教學促進國小六年級學生道德思考。科學教育學刊，20（5），435–459。
教育部（2018）。十二年國民基本教育自然科學領域課程綱要。臺北市：作者。
靳知勤（2014）。台灣所需優先解決的科學教育問題─科學與科學教育學者的觀點。教育學報，42（1），53-76。
靳知勤、胡芳禎（2016）。如果可以這樣學自然! ─ 國小學生在社會性科學議題教學中知識、動機與合作能力的改變。教育學報，44（2），101-126。
溫明麗（2000）。兩難。國家教育研究院雙語詞彙、學術名詞暨辭書資訊網。資料檢索自https://terms.naer.edu.tw/detail/1306143/。
薛雅純（2018）。從十二年國教課綱看自然科學素養導向的探究教學。臺灣教育評論月刊，7（5），259-262。
Osborne, J. F., Erduran, S. & Simon, S.(2004). Enhancing the quality of argument in school science. Journal of Research in Science Teaching, 41(10), 994-1020.
Sadler, T. D. (2004). Informal reasoning regarding socio-scientific issues: A critical review of research. Journal of Research in Science Teaching, 41(5), 513–536.
United Nations (2015). 17 Goals to Transform Our World. Retrieved from https://www.un.org/ sustainabledevelopment/.
Zeidler, D. L., & Keefer, M. (2003). The role of moral reasoning and the status of socio-scientific issues in science education: Philosophical, psychological and pedagogical considerations. In D. L. Zeidler (Ed.), The role of moral reasoning on socio-scientific issues and discourse in science education (pp. 7–38). Dordrecht, the Netherlands:
Kluwer Academic.
Zeidler, D. L., Sadler, T. D., Simmons, M. L., & Howes, E. V. (2005). Beyond STS: A research- based framework for socio-scientific issues education. Science Education, 89(3), 357–377.
社會性科學議題導向的化學教學：國小綠色化學視訊實驗活動設計與實踐 / 黃琴扉
星期六 , 4, 6 月 2022 本期專題, 第四十七期/2022年6月 在〈社會性科學議題導向的化學教學：國小綠色化學視訊實驗活動設計與實踐 / 黃琴扉〉中留言功能已關閉社會性科學議題導向的化學教學：
國小綠色化學視訊實驗活動設計與實踐
黃琴扉
國立高雄師範大學科學教育暨環境教育研究所
n 綠色化學理念與重要性
生活中的所有一切，包含食、衣、住、行、育、樂等各部分，都與化學息息相關，而保育環境並協助人類永續發展的關鍵因素，即為綠色化學（green chemistry）概念。近年來， 能源危機頻傳、環境意識高漲、全球傳染病也引發世界反思永續環境議題，而化學教育也從過去單獨談論化學知識，進而深度探討化學與生活之間的關係，更提倡綠色化學科普推廣， 強調在化學反應的研究過程中，透過將能源效率提高、損耗降低以及對環境的傷害減少，提升環境保護的目標。
為了降低化學物質對環境的影響，1998 年由 Anastas 和 Warner 兩位學者發表「綠色化學： 理論與實踐（Green
Chemistry: Theory and Practice）」一書，並於書中明確定義綠色化學的相關概念；而行政院環保署毒物及化學物質局則進一步將綠色化學定義為「從源頭完全阻止環境污染的化學」，換句話說，所謂的綠色化學就是從源頭開始，就充分利用原料和能源，並將有害物質降到最低，以減輕對環境的衝擊（黃琴扉等人，2021）。而來自英國的三位學者-Tang, Smith 和 Poliakoff 則提出，綠色化學的理念需要透過一種更朗朗上口的方式，讓一般民眾快速掌握其概念與實踐，因此創發「PRODUCTIVELY」一字，串聯綠色化學 12 項原則，協助民眾快速記憶，以下針對綠色化學 12 項原則進行說明(表 1)：
表1 綠色化學 12 項原則說明 (參考自黃琴扉等人，2021；行政院環境保護署毒物及化學物質局網站 https://www.tcsb.gov.tw/cp–306-2973-bcbb0-1.html)
雖然綠色化學理念良好且對地球永續發展十分重要，但是要將此概念推廣給國小學童是較為困難的，因此設計一套適合國小學童的簡易化學實驗活動，並從中置入綠色化學部分概念是迫切需要的。
n 國小綠色化學視訊實驗活動設計與實踐
承上所述，針對國小學生發展綠色化學實驗活動是當代亟需的科學活動之一，然而從2019 年全球爆發 COVID-19 疫情迄今，近三年時間，國內中小學課程時常因應疫情變化改採視訊授課，又因為化學實驗相對有較高的危險性，因此許多老師在視訊授課過程中均放棄化學實驗的操作；然而化學實驗是科學教育脈絡中十分重要的環節，學生透過對實驗的觀察與實驗操作技巧，可以全面提升科學素養，為了解決視訊課程中操作實驗的不便，並期許能將綠色化學觀念置入實驗中，因此本文作者自行創發一套適合國小學生安全使用，且可以透過視訊引導的綠色化學實驗，希望藉此文拋磚引玉，與教育先進共同激盪視訊實驗課程的可行性。
(一) 實驗器材的準備
為了讓學生在家裡透過視訊課程，也能親自操作安全簡易的化學實驗，因此本計畫自行研發「線上綠色化學實驗材料包」，並配送到每位學生家中，讓學生在家裡搭配視訊課程操作實驗(圖 1)。
圖 1(左)本文作者自行研發的線上綠色化學實驗材料包外觀(右) 綠色化學實驗材料包體積小易配送
由圖 1 的左圖中可以發現，「線上綠色化學實驗材料包」外觀是一個體積不大的小手提箱，提箱內可以裝上實驗所需的所有器材，並可經過手提箱的卡榫扣緊，以避免器材掉落，該材料包不但體積小、重量輕巧，也十分容易配送。本文作者運用此方式，與高雄國立科學工藝博物館合作，開放 24 名國小學生參與課程，並透過小紙箱裝置宅配材料包(如圖1右)，發現材料包運送過程十分順利，學生接到材料包時器材的擺放均十分完整，沒有器材掉落或損毀情形。再者，國小學生對於材料包的裝置均表達十分喜愛與驚奇。
圖2(左) 綠色化學實驗材料包內容物示意圖(右) 線上綠色化學實驗材料包內裝樣本
由圖2(左)中可以發現，「線上綠色化學實驗材料包」的內容物包含許多器材， 而圖2(右)則可以發現所有器材的裝置方式，以下針對材料列表進行說明(表 2)：
表 2「線上綠色化學實驗材料包」內容物列表及材料包特色
其中，值得一提的是，本文作者創意發想出「運用橡皮筋固定試管」的方式，取代了傳統的試管架(圖 3)。
圖 3 運用 5 條橡皮筋綁在小提箱上即可取代試管架
(二) 線上實驗活動操作模式 (共 120 小時，含休息 10 分鐘)
1.教學策略步驟一(10 分鐘)：大家一起開箱趣!
在視訊課程中，學童可能比較難以專注教師的動作與步驟，為了提升樂趣，本課程在視訊的一開始，就啟動「大家一起開箱趣」。引導國小學童將小手提箱材料包的內容物逐一擺放在桌面上檢查(圖 4)，講師並透過視訊鏡頭講解每一個器材的名稱與功能(圖 5)。
圖 4講師與國小學生共同進行「大家一起開箱趣!」以盤點器材並引發學童注意
圖 5講師說明每一個器材的名稱與功能，學生們均專注聆聽
2.教學策略步驟二(40 分鐘)：運用 POE 教學策略，引導學生進行溶解的觀察
為了讓學生熟悉器材的操作與使用，並且能有巨觀的現象觀察，本實驗課一開始先運用 POE(預測–觀察–解釋；Prediction-Observation-Evaluation)教學策略，引導學生觀察溶解現象。以下針對教學步驟進行詳細說明(表 3)：
表 3 教學策略步驟二之歷程說明
3.教學策略步驟三(60 分鐘)：引導學生進行溶液密度實驗
上一個步驟讓學生了解溶解度之後，後續課程將引導學生自行配置不同濃度溶液，並滴加食用色素，引導學生製作彩虹漸層水。以下針對教學步驟進行詳細說明(表 4)：
表 4 教學策略步驟二之歷程說明
n 結語
綠色化學的理念，講求防廢、保安、低毒、思危，因此如何開創出減少廢棄物又安全的實驗，是近代中小學科學教育與化學教育中不容忽視的環節；而 COVID-19 疫情肆虐之下， 許多課程轉成視訊授課，如何在視訊授課過程中掌握學生的實驗安全與成效，更是當務之急；有鑑於此，本文作者研發國小綠色化學視訊實驗活動設計，期待能透夠過此活動設計解決國小視訊課程中實驗活動的問題，並且將綠色化學理念融入其中，希冀本文能提供部份淺見，以開啟諸位教育先進後續相關視訊實驗課程辦理之參考。
n 致謝
本文感謝行政院環保署毒物及物質化學局 110 年度「補（捐）助民間團體及學校推廣綠色化學」計畫支持，並感謝國立科學工藝博物館協辦本綠色化學實驗活動視訊課程。
n 參考文獻
行政院環境保護署毒物及化學物質局（2021）。何謂綠色化學。20210707 檢索自https://www.tcsb.gov.tw/cp-305-2972-75e5e-1.html。
黃琴扉、林寬禮、施雪雯、陳盈瑗（2021）。讓化學陪著地球永續發展－淺談綠色化學。國立科 教 館 生 活 補 給 站( 電子期刊) ， 60(5) 。https://www.ntsec.edu.tw/LiveSupply-Content.aspx?cat=15571&a=6829&fld=&key=&isd=1&icop=10&p=1&lsid=17191
Anastas, P. T., & Warner, J. C. （1998）. Green Chemistry: theory and practice. Oxford: Oxford University Press.
高中多元選修課程介紹 漫遊幸福川~生活中的化學 / 林威志
星期五 , 3, 6 月 2022 化學課程與教材, 第四十七期/2022年6月 在〈高中多元選修課程介紹 漫遊幸福川~生活中的化學 / 林威志〉中留言功能已關閉高中多元選修課程介紹
漫遊幸福川~生活中的化學
林威志
高雄市立高雄中學
本校多元選修開設年段原先只有高一，但隨著108課綱的推進，目前高二也已開設相關課程。多元選修課程，可提供同學增廣學科視野，發掘多元潛能，並有加深加廣的選修機會，增加學生動手做的能力。而本校鄰近幸福川（二號運河），因此藉由相關水溶液介紹，期望學生能理解並進而珍惜環境資源，達到永續發展的概念。
n 課程設計理念與評量方式
一、課程設計理念
這門多元選修課程內容主要設定在生活中的化學，內容包含最貼近學生的兩大主題：食物化學與衣物化學，讓學生可以在進入學校的高一生活中，先增加實作經驗，以彌補國中端實驗操作課不足缺憾，並藉由這堂課期望學生能先藉由生活中最熟悉的項目，建立起「喜歡化學、願意思考並動手實作」的重要精神（見表1），進而培養學生從不同角度看事情，理性分析、判斷對錯的思辨能力；嘗試將想法付諸實行，勇於嘗試的實踐力；並由同儕間溝通互動，與科學宅急便的闖關活動，利用口語、文字、圖像、影音或實物等表達方式，有條理且具科學性的陳述探究成果，並與他人分享，達到社會參與的科學人精神。
表1 課程設計理念與學習目標規畫
課程名稱
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中文名稱：漫遊幸福川~生活中的化學 |
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英文名稱： Chemistry in life |
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課綱核心素養
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A自主行動： A2.系統思考與問題解決, |
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B溝通互動： B2.科技資訊與媒體素養, |
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C社會參與： C2.人際關係與團隊合作, |
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學生圖像
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思辨力：從不同角度看事情，理性分析、判斷對錯。 1.培養批判和獨立思考的能力。 2.運用科學化的方式分析、統整思緒。 3.從多面向角度檢視客觀事實。 實踐力：將想法付諸實行，勇於嘗試。 1.釐清計畫目標，分析計畫需求，擬訂可行計畫。 2.針對計畫所需，尋求且妥善運用校內外資源。 創意力：面對任務時，運用各種心理技巧來產生創意的能力。 1.在學習領域中呈現多面向的思考模式。 . 2.在學習過程中建立多元價值觀。, |
學習目標
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1. 啟發學生對環境的關心及如何應用學校學到的知識解決生活中的問題。 2. 培養學生正確的研究方法及設計出適當的實驗解決問題。 3. 培養學生團隊合作精神﹑多媒體運用能力﹑精準口語報告實驗結果。 4. 擔任化學宅急便闖關關主時，能以清楚口語配合簡易實驗解釋生活中常見化學現象。 |
二、每週教學進度內容與評量方式
教學內容與規畫大致上可分為三大段落（見表2），分別以段考時間來做為區分，先由實驗室安全與器材使用介紹開始，分別為：實驗器材的選擇與使用時機、玻璃儀器的準確度介紹、氣體收集方式與最重要的實驗室安全守則的說明，作為第一堂課的重點項目，以培養學生能建立正確且安全的操作器材設備，以利後續本學習課程能順利運行。
食物化學中可分為幾個主題，分別為：
l 食物標籤解讀：先讓學生選擇某食物包裝後方的標籤含量表，讓學生上網搜尋 (主要參考網站：行政院衛福部—食品添加物使用範圍及限量暨規格標準)[1] 這些成分的化學結構、添加的優缺點、甚至是否食用過量可能會造成哪些疾病等，讓同學對於日常食用的食物有基本的了解，也可避免長期食用某特定添加物等危害，可培養學生批判和獨立思考的能力。
l 成分檢驗介紹與實作：本課程是檢驗市售食醋與維生素C錠的含量百分比，在課程開始前會先介紹酸鹼中和與氧化還原基本概念，練習化學反應式的平衡，並說明滴定的操作技巧及相關原理，培養學生能建立正確且安全的操作器材設備。而在實驗操作後，也可學習到系統性的收集定量的資料數據，並練習高一課程中學到濃度的概念，驗證食品標示與實驗結果的差異程度。另外也配合高一課程，介紹混合物分離技術，分堂練習從咖啡或茶包中萃取出咖啡因、利用層析方法分離出菠菜汁中的不同色素等實作練習。最後在環境永續的部分，也介紹到界面活性劑的使用，說明清潔劑的分解難易程度，並延伸至生活中冰淇淋乳化劑的應用，讓學生實際體會是否添加乳化劑，對成品冰淇淋的口感差異，並能與同儕分享討論、調整配方比例，找出最佳口感的冰淇淋配方。
l 專家學者食安介紹：本學期邀請福智基金會講師，介紹食安問題並搭配食物實作 (色素汽水) 提升學生興趣，並由學生繳交心得報告，作為評量成績使用。
最後則是衣物化學上場，原定主題包含有：植物染布、花瓣香水、手工皂製作與光氧化還原製作藍曬四大主題，期望藉由學生前面學習到的萃取技術、氧化還原原理與實驗操作技術，來自行收尋資料與設計相關實驗，達到作中學，並能將所學應用於解決日常生活中的問題。但因疫情影響，很可惜只操作了藍晒創作，但學生可以藉由藍晒創作，從過程中培養科學探究的興趣，體會生活中處處都會運用到科學，而能欣賞科學的重要性。並結合美感設計，培養未來跨領域相關人才，並理解科學知識發展的歷史是與社會、文化、政治、經濟緊密相關連結的。
評量方面，由於是多元選修課程，並不想帶給學生太大的壓力造成反效果，因此出席分數佔總分的30%，若該學期全勤則可獲得30分滿分，請假一次則扣1分，以此類推。作業共7次 (包含1次心得報告)佔70%，給分方式以整組為單位，只需書寫上課的學習單，下課後繳回即可，不讓同學帶回以免造成後續繳交的困擾，也可練習學生的分工合作能力，學習單若問題皆有完整回答即可得到A (約9分)。若該節上課有成品產出，則由同學各組互評，增加同學間競爭的趣味，也可讓彼此互相觀摩，未來有更好的進步空間。
表2 課程規畫設計與評量方式
教學
大綱
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操作 時間 |
單元/主題 |
內容綱要 |
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1週 |
課程簡介 |
分組並介紹實驗室安全守則與器材使用時機 |
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4週 |
食物中的化學[2][3][5] |
1. 解讀食品標籤中的各種成分，並進行簡單檢驗 2. 介紹食物中的化學成分，並進行簡單檢驗 3. 介紹食物的酸鹼值，並進行簡單檢測 4. 利用密度及酸鹼製作蝶豆花飲品 (成品作業10%) 5. 介紹膠體溶液及製作果凍 (成品作業10%) |
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期中考週 |
考試加油~ |
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5週 |
食物中的化學[6][[7] |
1. 介紹藥品中的化學成分，並進行檢測 2. 萃取茶水，進行檢測 3. 泡咖啡，萃取咖啡因 4. 進行菠菜層析，分析菠菜中成分 5. 介紹乳化劑，製作冰淇淋 6. 邀請大學教授、專家或業師等到校與學生進行講座交流。繳交心得報告 (10%) |
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期中考週 |
考試加油~ |
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4週 |
衣物中的化學[4] |
1. 植物染布 (成品作業10%) 2. 利用花瓣製作香水 3. 手工皂製作 (成品作業10%) 4. 利用光氧化還原製作藍曬 (成品作業10%) |
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1~2週 |
課程分享 |
每小組報告學習成果與經驗分享約10分鐘 (成品作業10%) |
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學習 評量 |
成品呈現70%，學習態度30%。 |
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對應 學群 |
數理化、醫藥衛生群 |
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n 學生成品與上課花絮
一、學生學習單
每個主題上課時，由於高一學生尚未修習必修化學課程，以滴定主題為例：上半節會由本文作者先教授酸鹼中和觀念與滴定器材操作，並說明指示劑使用與標定，這些說明會放在學習單內容中，方便學生後續查看，也不須一直筆記而錯過上課重點說明，接著說明該節課要挑戰的條件與目標 (例如：標定出未知的氫氧化鈉與鹽酸濃度)，並將實驗操作與結果記錄在學習單上。下半節則是讓學生去討論與規劃，(例如：如何以類似的實驗去檢驗市售的醋酸濃度)，並詳細將實驗設計與結果記錄在學習單上 （見圖1至圖3）。學習單每次皆在上課完成，一來可減輕學生回家作業負擔；二來也可讓學生練習實驗操作分工，有效在時間內完成操作並記錄。
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利用沉澱規則測試表，測試不同試劑種類， 理解沉澱表，並寫出可能之方程式 |
練習濃度配製，與序列稀釋的概念 |
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圖3 醋到底有多酸 練習酸鹼概念，與滴定技術操作，證明標示是否符合 |
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二、上課花絮與活動照片
學生操作時，老師就是負責巡邏、回答問題與協助記錄相關照片，有時可以拍到超棒的笑容畫面，所有照片我們皆用Google Classroom上傳雲端紀錄，學生未來也可下載使用作為學習歷程檔案紀錄（見圖4至圖9）。由於是多元選修課程，因此評分較為寬鬆，若學生皆正常出席，並能在該堂完成實驗記錄學習單，就可獲得不錯的成績。
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圖4 藍晒成品展示 |
圖5 酸鹼滴定操作 |
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圖6 氧化還原–電解紫色高麗菜汁 |
圖7 食物化學–椪糖實作 |
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圖8 猜猜我是誰–黃金雨 |
圖9 期末線上分享與合照 |
n 學生回饋與教學反思
本學期課程的介紹與操作，學生參與上課情況良好，最後的回饋也覺得選修此課程非常值得，不但可以驗證學習內容，同時實驗操作技術也大為精進，以下為學生的回饋（見表3）：
表3 學生期末線上回饋內容
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u 在這學期的課程中，我學到仔細操作實驗的重要性，透過每次細心的觀察，嘗試找出蛛絲馬跡並做合理的推理。此外，在藍晒圖的實作中，不但瞭解化學原理，更提升美感素養，將藝術創作運用於其中，使生活變得更多采多姿。 |
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u 不同於理論課的紙上談兵，經由這堂專為化學實驗所開的課程學到了許多實驗操作技巧，包括滴定管的使用、溶液濃度測量等，收穫滿滿。 |
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u 在學期的課程中不僅讓我了解許多化學知識，更讓我訓練出不怕挫折的態度以及對於問題的解決能力，使我對於各項事務都會全力以赴的去完成 |
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u 這門課不只教會我化學知識、實驗的方法與態度，也讓我了解自己的專長與特質，更讓我有更開闊的視野，讓我發現我對於化學領域有很高的興趣，但具有的知識並不足，這激起我想要更深入研究化學、甚至自主進行探究。 |
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u 這是一堂多采多姿的課程，學習的不只是實驗，還有實驗精神！ |
另外，同學也將此課程轉為多元選修歷程檔案，做為未來升學的相關佐證資料（圖10）。
圖10 學生多元選修歷程檔案
經過這學期的多元選修操作後，有幾點不足處可與大家分享：
1. 課程設計上可再縮少一點實作量，增加學生重複操作與討論實驗的空間，例如：咖啡因萃取實驗時，只有少數組別有真正看到咖啡因結晶，大部分都無法在時間內完成結晶操作，但因下周又有預計的主題，因此對於討論實驗為何失敗（或變因控制上）這塊比較不足，是未來開課老師可以斟酌調整的部分。
2. 此次開課節數是兩節連堂，我的安排是一節介紹基本原理與相關操作，另一節開放同學實際操作，因此主題挑選上受限於時間關係，多為相對簡易的食譜式實驗。未來可建議老師安插部分探究式實驗（或POEC式實驗），可增加該課程的深度與廣度。
3. 本課程建議老師要培養多位小老師，讓他們可以協助配藥、器材整理等相關工作，否則單憑老師一人準備其實是相當大的負擔，善用小幫手才能讓本課程開設長久，且未來也可有一兩次空白時間讓同學自行準備器材發想實驗，而非只靠老師一人單打獨鬥。
4. 較為可惜的是在第二次期中考後，因為疫情的影響轉為線上課程，變成只能由學生在家自行操作簡單的生活實驗，雖然還是有部分的探究過程，但是與在實驗室操作相比，就少了那麼一點感覺。
n 參考資料
1.衛生福利部食品藥物管理署（2017）。食品添加物使用範圍及限量暨規格標準。 https://consumer.fda.gov.tw/Law/FoodAdditivesList.aspx?nodeID=521
2.鍾曉蘭、呂慧伶（2013）。家庭化學實驗：紫色魔法汁。科學研習，52(11)，20-27。
3.臺大化學系教學網（2022）。維生素C之定量。https://teaching.ch.ntu.edu.tw/gclab/doc/demonstration/quantitative_analysis_of_vitamin_C.pdf
4.廖旭茂（2017）。黑白記憶：銀鹽相紙的製作與沖印。臺灣化學教育，18。取自http://chemed.chemistry.org.tw/?p=22162
5.廖旭茂（2015）。2015亞洲化學教育國際研討會：極具巧思和創意的工作坊交流與分享。臺灣化學教育，9。取自http://chemed.chemistry.org.tw/?p=9897
6.顧展兆、楊水平（2020）。化學示範起始探究與實作：漂亮結晶的教師示範和學生實作。臺灣化學教育，40。取自http://chemed.chemistry.org.tw/?p=39601
7.陳映辛、馮松林、劉融諭（2020）。竹山高中多元選修: 生活科學家及科學志工。臺灣化學教育，35。取自http://chemed.chemistry.org.tw/?p=41903
n 附錄(部分空白學習單)
綠色創客-4：微型電磁攪拌器模組的設計、製作與應用 / 廖旭茂
星期四 , 2, 6 月 2022 微型化學實驗, 第四十七期/2022年6月 在〈綠色創客-4：微型電磁攪拌器模組的設計、製作與應用 / 廖旭茂〉中留言功能已關閉綠色創客-4：微型電磁攪拌器模組的設計、製作與應用
廖旭茂
台中市立大甲高級中等學校
教育部高中化學學科中心
n 簡介
攪拌均勻是化學反應過程必要的加工程序，電磁攪拌器使用不沾黏的鐵氟龍塑膠來包覆磁石，馬達帶動的攪拌機構，不必直接接觸溶液，並可依溶液的體積或黏滯性來調控磁石的轉速，具有方便清理、節省人力、穩定可靠的優點；當使用電熱式加熱功能時，可取代明火的使用，屬於安全的熱源，因此目前已列為普通高中化學實驗室的標準配備（”Magnetic stirrer”, 2022）。
然而實驗室的電磁攪拌器體積龐大、笨重，不易攜帶的特色；當教室內進行實驗，或戶外實驗教學活動時較不方便。本文章將介紹一款適用微型實驗、便於攜帶、可使用行動電源或乾電池的電磁攪拌器；使用太陽能實驗的小馬達、搭配兩顆小型的強力磁鐵製作的鐵氟龍磁攪拌子旋轉的驅動器；使用可變電阻，調控馬達與磁石的轉速；使用6P3段切換開關，適時變換乾電池與USB兩種電源；搭配針筒、螺桿、緊固套環的滴定管模組，可進行酸鹼滴定、氧化還原滴定等實驗。下圖為微型電磁攪拌模組裝置圖。
圖1：微型電磁攪拌器模組的外觀。
本文除描述「微型電磁加熱攪拌器」的製作方法外，亦提供微型蒸餾輔助（廖旭茂，2020）等數種教學使用示例。期盼透過本刊物的分享，提供讀者自行製作攪拌器的參考；並期待拋磚引玉，吸引更多的教師自行設計微型教具，落實實驗減量、減廢，實踐環境友善與綠色永續的教學目標。
n 器材與藥品
1. 太陽能馬達 RF-300，DC 0.5~6V，軸徑2mm。
2. 磁攪拌子驅動器，含圓形強力磁鐵直徑6mm，厚度2mm兩個及橢圓形壓克力板一個。
3. USB母頭線
4. 3號電池盒
5. 6P3段切換開關
6. 可變電阻，500Ω
7. 烙鐵30W，1支（含焊錫）
8. UV膠組（含紫光燈）
9. 熱熔膠槍組（含膠條）
10. 撥線鉗。下圖為所需材料圖
圖2：微型電磁攪拌器所需材料。
n 製作微型電磁攪拌器
1. 概念發想：在可攜式、微型及可延伸應用性用的原則下，設計改良的重點五個方向：
(1) 如何縮減電磁攪拌器的大小，方便組裝與攜帶。
(2) 如何不使用複雜電路，僅使用可變電阻來調整轉速。
(3) 如何使用易取得的低電壓直流電源，如1.5V的乾電池或5.0V的USB行動電源，來驅動馬達，減少電能的浪費。
(4) 提供易維修的穩定支撐平台。
(5) 平台可安裝可調式支架，與套環模組，方便利用針筒進行微量滴定實驗。
2. 固定支撐架的加工與組裝：此部分包含壓克力元件切割與組裝兩個部分。
(1) 雷射切割：打開雷射切割軟體Rdworks中，導入機構設計的數位檔案，依照需求調整雷射切割的速率與功率的設定，接著取一塊厚度為5mm的透明壓克力板，放置雷射切割機平台，進行雷射加工，共切割出前後立面各1個、上下支撐底板各1個，及瓶身固定套環大小2組，以及攪拌子驅動器1個。下圖為各機構製圖。
圖3：雷射切割壓克力機構設計圖
(2) 上底固定支撐架的組裝：取兩個直徑5mm圓形強力磁鐵，以棉花棒沾取少量uv膠塗抹在磁鐵上，將磁鐵置入上底板的預切孔中（藍色圓孔），隨後以uv手電筒照射約30秒，待乾備用。1根M6的螺絲攻，在標記的M6鑽孔位下孔，製作一M6的螺牙，將一螺桿旋緊並安裝可移動針筒套環。下圖為完成組裝的支撐架。
圖4：完成的攪拌模組的支撐架
3. 各元件固定與電路的焊接製作：包括乾電池座、usb母座、小馬達、切換開關、可變電阻的膠合固定，與線路連接兩大部分。
(1) 乾電池與usb母座的黏合固定：取熱熔膠槍，接上電源，3分鐘後，擠出些許的熱熔膠於後立面的壓克力板上，將乾電池座黏合在壓克力板上，紅、黑電源線穿出壓克力板預留的孔洞；隨後擠出一些熱熔膠於usb座預留孔，接著將母座置入預留孔，緊壓約1分鐘，待冷卻黏合固定後鬆手。下圖為完成黏合圖。
圖5：乾電池與usb母座的黏合固定圖
(2) 可變電阻的黏合固定：取前立面壓克力板，以熱熔膠槍擠出些許熱熔膠塗布在將一可變電阻的旋鈕把手穿出預留孔洞，用力緊壓約1分鐘，待冷卻黏合固定後鬆手。下圖為黏合過程圖。
圖6：可變電阻的黏合固定過程
(3) 切換直流電源：將切換開關放置在預切開的方孔中，以小螺絲開關的把手與可變電阻的旋鈕把手方向一致朝外，以小螺絲將切換開關緊固在前立面壓克力板上。若想左右滑動切換開關時可選擇直流電源的來源時，可分別將乾電池紅、黑電源線以焊錫連接到切換開關的1、1’兩個腳位，usb的紅、黑電源線連接到切換開關的3、3’兩腳位。
(4) 調整馬達的轉速：小馬達的紅、黑電源線分別連接至可變電阻的a腳位與切換開關的2’腳位；可變電阻的b腳位連接至切換開關的2腳位。下圖為雙電源可調速微型攪拌器的電路設計示意圖。
圖7： 可調速微型電磁攪拌器的電路設計
(5) 磁攪拌子旋轉的驅動器的製作：取一預切完成橢圓形的壓克力片，在左右兩個凹洞內擠入少許的uv膠，隨後將兩個5mm的強力磁鐵放置兩個凹洞內，接著將馬達的軸心沾取少許的uv膠後，穿進驅動器的中孔，隨後以uv光源照射約30秒，進行黏合；當小馬達轉動時，像是一根轉動的磁棒，可以帶動燒杯中的磁攪拌子隨之轉動。特別注意的是兩個磁鐵面的極性必須相反，一端為N極，另一端為S極。下圖為操作過程。
圖8：攪拌子驅動器磁石的安裝
(6) 小馬達黏合固定：沾取少許的uv膠均勻塗在小馬達下，將小馬達放置於壓克力下底板圓圈處，隨後以uv光源照射約30秒，完成黏合。下圖為操作過程。
圖9：磁攪拌子驅動器與小馬達的黏合過程
(7) 前後立板的固定與磁石的黏合：取兩顆5mm的磁石，塗上少許uv膠，放置在前後立板預留的凹洞內，接著以uv手電筒照射約30秒，固定磁石；接著將前後立板以uv膠與壓克力下底板接合，接著以uv手電筒照射約30秒，固定前後立板，隨後將上底版蓋上，完成微型攪拌模組的製作。完成後前後立板與上底板兩部件的磁石可緊密相吸，形成一個可掀蓋的活動裝置。下圖紅圓圈處為磁石位置。
圖10：磁石黏著固定的完成圖
n 教學應用
攪拌模組包括電磁攪拌主體、平台上的螺桿支架，以及可固定針筒、樣本瓶等容器的各式套環。主要是用於需要「快速攪拌均勻」的實驗活動，比如酸鹼中和滴定、氧化還原滴定、蒸餾實驗、酵素催化反應等。使用電磁攪拌可以使反應物充分混合反應、減少實驗誤差、並節省人力。茲將幾個實驗應用分述如下：
1. 微型酸鹼中和滴定：以氫氧化鈉滴定未知濃度的硫酸為例–溶液充分均勻反應
(1) 取1個5毫升的透明樣本瓶，以1毫升的分度吸量管吸取未知濃度的硫酸0.4mL，接著加入1.6 mL的蒸餾水，滴入2滴地酚酞溶液後，將樣本瓶放置在壓克力攪拌平台的圓圈中心。
(2) 把1個長10mm的攪拌子置入樣本瓶中，接著將電源切換開關滑至左邊，使用乾電池來驅動馬達；順時針旋轉可變電阻的旋鈕，調整馬達的轉速。下圖為操作過程。
圖11：圖左為切換電源開關，圖右為轉速的調整
(3) 微型滴定管模組的使用：取1支3.0毫升的螺口針筒，吸取0.1M的氫氧化鈉溶液至刻度3.0毫升。螺口前端連接一個塑膠雙通閥（閥門呈現關閉狀態），雙通閥的另一端連接一個塑膠針頭。將針筒穿過小套環，並旋緊螺絲穩定固定針筒，接著取出針筒拉桿，打開閥門，讓溶液流下至針頭尖後關閉閥門。讀取針筒內液面刻度，為2.95mL。打開閥門開始滴定，觀察溶液的顏色；當溶液中心出現紅色時，代表當量點快到了，此時必須控制閥門，放慢溶液滴入的速度，至樣本瓶內溶液全變為紫紅色時，立即關閉閥門，讀取針筒內溶液的刻度為2.15mL。下圖為滴定前後刻度的讀取。
圖12：圖左為切換電源開關，圖右為轉速的調整
2. 微型氧化還原滴定：以已知濃度的高錳酸鉀滴定未知濃度的硫酸亞鐵為例–快速攪拌均勻
(1) 取1個5毫升的透明樣本瓶，以1毫升的針筒吸取未知濃度的硫酸亞鐵製刻度為1.00 mL，隨後將針筒穿過套環，固定在微型滴定管模組上。打開閥門，讓針筒內的溶液緩慢地滴入樣本瓶中，並開始計數滴入的滴數；當針筒刻度為0.00毫升時，關閉閥門，並計算針筒滴出1滴溶液的體積（53滴≒1mL）。隨後滴入5滴6M的硫酸溶液後，酸化溶液，並將樣本瓶放置在壓克力攪拌平台的圓圈中心，調整馬達的轉速後，準備滴定。下圖為操作過程
圖13：未知濃度的亞鐵離子的準備及操作過程
(2) 取1支3.0毫升的螺口針筒，吸取0.01M的高錳酸鉀溶液至刻度3.0毫升。隨後按上述的步驟，將針筒穿過套環，固定在微型滴定管模組上。讀取針筒內液面刻度（約為3.00~2.90mL）。打開閥門開始滴定，觀察溶液的顏色，並計數溶液滴入的滴數；當溶液中心出現粉紅色時，代表當量點快到了，此時必須控制閥門，放慢溶液滴入的速度，至樣本瓶內溶液全變為粉紅色時，而且顏色不再變化時，立即關閉閥門，並讀取針筒內溶液的刻度（約為2.00~1.90 mL）。下圖為滴定前後顏色變化與刻度的讀取。
圖14：滴定過程與刻度的讀取
3. 蒸餾攪拌防突沸：紅酒的蒸餾–預防突沸使用，首先將支架螺桿上的小套環換成大套環，接著將電熱式蒸餾瓶約10毫升的紅葡萄酒倒入電熱式蒸餾瓶後，再置入一個小型攪拌子（長10mm*直徑3mm），隨後調整可變電阻的旋鈕至適當轉速後，蓋上矽膠塞，接線通電開始加熱、蒸餾。下圖為蒸餾裝置圖。
圖15：微型電磁攪拌器結合微型蒸餾器進行紅酒的蒸餾
4. 酶催化反應：雙氧水的酵母催化分解為例–非均質混合物的充分均勻反應。取一個50毫升的錐形瓶，倒入1.0M的H2O2(aq)5毫升、19毫升的蒸餾水及1%的酵母液1毫升，總體積約25毫升，再置入一個小型攪拌子（長25mm*直徑8mm），並以支架螺桿上的大套環固定瓶身；隨後調整可變電阻的旋鈕至適當轉速，穩定旋轉後，塞上矽膠塞，開始攪拌。接續連接塑膠管的公接頭後，可以利用壓力感測器開始收集數據（廖旭茂，2021）。下圖為雙氧水的酵母催化分解的攪拌過程。
圖16：微型電慈攪拌器應再在雙氧水的酵母催化分解的攪拌過程。
n 安全注意及廢棄物處理
1. 本次實驗所用的CO2雷射切割機，為高能灼熱的熱線，眼睛不可直視，切割加工過程切勿離開現場，以免起火燃燒，引發火災；產生的氣體與粉末可能對健康有害，加工前後，務必全程開啟抽風機和空氣清淨機。
2. 紫外光燈對眼睛有極大傷害，須戴上抗uv的護目鏡。
3. 利用烙鐵焊錫，溫度可達200℃以上，操作過程，不可直接碰觸，請戴上防熱手套，以免燙傷。
4. 5mm的強力磁鐵吸力極強，欲分開兩塊磁石時，宜用手指左右滑開磁石。
5. 所有實驗後的廢液，依規定回收處理。
n 教師教學提示與建議
1. 製作微型磁攪拌器的材料，多可以在電子材料行購得，滴定模組所需的螺口針筒、螺口針頭尖、M6不鏽鋼螺棒、M6長螺母可在拍賣網站購得。
2. 焊接的工作區很小，馬達、電池盒的電線很細，焊接時請小心，避免燙傷。
3. 微型滴定管模組，因是塑膠材質做完實驗，為避免殘留，應立即以蒸餾水清洗、50~60 ℃烘乾後，備用。
4. 塑膠針筒刻度的讀取，可能會有誤差，可以溶液每滴的體積或質量進行校正。
n 參考資料
1. Magnetic stirrer. (2022, Feb 20).Retrieved fromhttps://en.wikipedia.org/wiki/Magnetic_stirrer
2. 廖旭茂（2020）。綠色創客-3：微型電熱式蒸餾器的設計與製作。台灣化學教育電子期刊，期40，2022年3月參考http://chemed.chemistry.org.tw/?p=39263
3. 廖旭茂（2021）。利用壓力感測器調查雙氧水的催化分解。台灣化學教育電子期刊，期43，2022年5月參考http://chemed.chemistry.org.tw/?p=40821
基礎科學促進永續發展國際年 (IYBSSD)活動簡介 扎根科學 永續臺灣 / 邱美虹、 鄭原忠、李旺龍、楊仲準、趙奕姼
星期三 , 1, 6 月 2022 國內外化學教育交流, 第四十七期/2022年6月 在〈基礎科學促進永續發展國際年 (IYBSSD)活動簡介 扎根科學 永續臺灣 / 邱美虹、 鄭原忠、李旺龍、楊仲準、趙奕姼〉中留言功能已關閉基礎科學促進永續發展國際年(IYBSSD)活動簡介
扎根科學 永續臺灣
邱美虹1* 鄭原忠2 李旺龍3 楊仲準4 趙奕姼5
1國立臺灣師範大學科學教育研究所
2台大化學系教授/自然科學及永續研究推展中心主任
3成大材料科學及工程學系教授
4中原大學物理系教授
5中央研究院兼任研究員
「基礎科學促進永續發展國際年」(International Year of Basic Sciences for Sustainable Development, 簡稱IYBSSD)是由聯合國宣布自2022年1月1日起至2022年12月31日止的國際年，後因疫情影響而延後到2022年7月8日正式開幕並將慶祝活動延長到2023年6月30日止，主辦單位國際純粹及應用物理聯合會(International Union of Pure and Applied Physics, IUPAP)邀請全球各組織或團體共同推動一系列活動以強調基礎科學對於邁向永續發展目標(Sustainable Development Goals, SDGs)之重要性與貢獻。臺灣在科技部自然司的規劃下，號召一群沉浸於基礎科學研究的科學家與關心科學傳播的科普人共同策劃支持IYBSSD@Taiwan。以下簡介IYBSSD活動背景與臺灣系列活動，歡迎各界人士共襄盛舉，使國人更加重視基礎科學研究對社會的影響與貢獻，以及珍惜自然界的資源與生活物資，唯有全體國民的科學素養提升，才能讓社會走向永續發展，也才有可能讓地球得成為人類最適合且最友善的生活環境。
IYBSSD2022的背景
2015年聯合國核准在2030年達成17項永續發展目標(Sustainable Development Goals, 簡稱SDGs)的倡議，楬櫫保護地球環境並促進社會發展的決心，其目標包含消除貧窮、飢餓，改善衛生、健康、倡議優質教育、性別平等、經濟與社會權益以及負責任的消費與生產，且應能因應環境變化與發展夥伴關係等；為慶祝IUPAP成立100周年，理事長 Michel Spiro則向聯合國提出IYBSSD來強調基礎科學研究對於推動永續發展的重要性，並獲得歐洲核子研究組織(The European Organization for Nuclear Research, CERN)、國際純化學暨應用化學聯合會(International Union of Pure and Applied Chemistry, IUPAC)等26個國際科學組織支持而聯合提案，並獲得超過80多個國家學術團體、國家科學院、研究和教育中心的支持，倡議透過IYBSSD讓全球重視基礎科學與永續發展。
IUPAP主席Michel Spiro認為「基礎科學提供面對重要挑戰的必要手段，例如全球需要的食物、能源、健康照顧和通訊技術」，基礎科學是達成永續發展的必要條件，即便基於好奇心的研究往往一開始無法看見研究結果的應用層面，但當我們面臨環境改變或挑戰時，由基礎科學研究所累積的知識才是我們面對逆境最重要的資產；如同COVID-19肆虐的這兩年，雖然帶給人們巨大的威脅，但是若沒有過去基礎科學研究所累積對於病毒、疫苗、基因序列的瞭解，COVID-19將會帶給人們更不堪設想的結果，因此永續發展將奠基在基礎科學上(詳見https://www.iybssd2022.org/en/home/)。
藉由IYBSSD慶祝活動希望能達到以下四大效益:1.科學平權，增加參與科學的包容性：所有人對基礎科學進步都至為重要，不應受性別、年紀、職業、社經地位或所處地理位置限制，2.加強教育與科學培訓：激發並延續人們對科學研究的興趣，將科學方法與好奇心帶入職場與日常生活中，有助於培育負責任和自主的公民；3.資助基礎科學：呼籲各國增加對於基礎科學研究的投資以促進經濟發展與國際影響力。4.擴展開放科學：開放科學資源是科學研究和創新發展的首要任務，以實現全世界的永續發展目標。以下針對四大議題做進一步的說明。
一、IYBSSD的四大議題（Main topics）
1. 加強科學參與的包容性
所有參與的個人，無論他們的出生、社會地位、地區或性別，對於基礎科學的發展都至關重要。因此IYBSSD提倡：
- 證實包容性研究的需求，並引領倡議以推進這樣的研究；
- 突顯最高層級的女科學家；
- 邀請政治領導人促進科學家們的交流、參加科學會議以及為獎學金與交流計畫共同努力。
2. 加強教育與科學培訓
從小開始的科學教育能提供人們對於科學研究的興趣，並鼓勵人們從事科學相關的職業，這對人類的發展十分重要。此外，科學方法和好奇心可以用在個人、職業和社會生活的許多其他領域，這也提供了公民責任與自主性的教育。因此IYBSSD提倡：
- 促進基礎科學教育和師資培育；
- 促進優良作法的宣傳；
- 突顯在此領域取得顯著發展之國家的成功案例。
3. 資助基礎科學
在世界許多地區，各國承諾將其國內生產總額（GDP）的1%甚至3%用於資助研發計畫。雖然已經有實例顯示這些費用能發展經濟和國際影響力；然而大多數國家距離這個資助目標仍然十分遙遠。因此IYBSSD提倡：
- 突顯對基礎科學的經費支援的例子；
- 展示他們的成果；
- 邀請政治領導人兌現自己的承諾，為基礎科學提供資金。
4.推廣開放科學
為實現世界各地的永續發展目標，開放科學是發展科學研究和創新的首要因素。宣傳基礎科學成果及其研究過程所需的所有文獻都是極其重要的。因此IYBSSD提倡：
- 聚焦成功的開放科學倡議；
- 促進知識的全球性流通，及鼓勵科學家之間的互動和分享；
- 為政府、國際組織和編輯提供機會，以可接受的成本、持續以開放取用的方式出版。
二、IYBSSD的六項主題（Main themes）
IYBSSD的制定是根據教科文組織（UNESCO）和聯合國確定的優先主題。它鼓勵科學家與各類利益相關者之間的交流，無論是來自基層社區、政治決策者或國際領導人，以及協會、學生和地方當局。主題包含以下六項，
1. 婦女參與度和能見度的提升
2. 基礎科學作為國際對話與和平的來源
3. 科學是一種全球公共利益
4. 創新與經濟發展
5. 教育與人類發展
6. 全球挑戰的因應
三、17項永續發展目標（SDGs）
聯合國在2015年宣佈了《2030年永續發展議程》，為未來15年訂定了使地球更加和平與繁榮的目標。該議程中認為終結貧困、改善健康及教育、減少不平等和促進經濟成長應齊頭並行，同時也要應對氣候變化並保護環境；因此提出了17項永續發展目標（SDGs），17項核心目標共涵蓋了169個具體的細項，透過這些目標提倡全球各地採取行動共同為經濟、社會和環境的永續發展努力。
1. 消除貧窮No Poverty
2. 消除飢餓Zero Hunger
3. 良好健康和福祉Good Health and Well-being
4. 優質教育Quality Education
5. 性別平等Gender Equality
6. 潔淨水與衛生Clean Water and Sanitation
7. 可負擔的潔淨能源Affordable and Clean Energy
8. 尊嚴就業與經濟發展Decent Work and Economic Growth
9. 產業創新與基礎設施Industry, Innovation and Infrastructure
10. 減少不平等Reduced Inequalities
11.永續城市與社區Sustainable Cities
12. 負責任的消費與生產Responsible Consumption and Production
13. 氣候行動Climate Action
14. 水下生命Life Below Water
15. 陸域生命Life on Land
16. 和平正義與有力的制度Peace, Justice and Strong Institutions
17. 夥伴關係Partnerships for the Goals
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圖1 17項永續發展目標與IYBSSD臺灣Logo，中譯名詞採用教育部出版之永續發展目標(SDGs)教育手冊－臺灣指南。
四、臺灣為響應基礎科學促進永續發展國際年所規劃的一系列活動
為響應「基礎科學促進永續發展國際年」並彰顯臺灣基礎研究的能量與在永續發展上的成果，本活動團隊邀集國內公部門、學界、民間等機關（構）及團體發起多項慶祝活動共襄盛舉，包含融入SDGs議題的專業學術交流研討會議，城市及偏鄉的科學傳播推廣活動，以及國內與國際團體或人士交流的活動等，從科學家與受眾的對話、偏鄉與城市的共好、海洋與陸地的關懷到人類向大自然取經的多元方式觸及民眾，藉由提升全民對基礎科學的重視、正視人才的培育、關心生活周遭科學議題並採取適當的行動與正確的態度，以達到與社會共融和自然共榮的永續發展目標。同時，也期盼藉由一系列的活動可以彰顯臺灣基礎研究與在永續發展上的成果與努力，同時也可以引起社會重視永續相關議題以及瞭解基礎科學對社會的影響，並期待國人能從認知到永續發展的重要性後，能付諸於行動來珍惜地球上有限的資源。
這一系列的活動理念為「扎根科學、永續臺灣」，意旨透過科學研究的向下扎根與人才培育，以科學行動解決社會重大議題，達成臺灣這個島嶼永續發展的崇高理想，也期盼藉IYBSSD一系列在臺的活動，可以讓全世界看到台灣在基礎科學、科學傳播與永續發展的卓越成就與努力。
IYBSSD的官方Logo如下圖(左)，而本活動將使用的臺灣Logo如下圖(右)，其設計理念為將臺灣化成一片綠葉，代表永續發展已於這塊土地上扎根。加上具有原子及星體軌跡意象的三個不同色環，象徵在不同廣度與深度下，基礎科學在永續發展上的多元樣貌。地球代表本計畫的國際視角，以及與世界的永續發展趨勢接軌，並期待臺灣能在這全球性的國際永續發展年中，扮演關鍵的角色（設計者:葉明勳）。
圖2 IYBSSD Logo
(左,
下載於https://www.iybssd2022.org/en/downloads/)與IYBSSD@臺灣Logo
(右)。
本系列慶祝活動以三個活動主軸面向來響應IYBSSD，期許透過三主軸提升全民對於基礎科學的關注，進一步貼近永續發展之目標。活動第一主軸（專業領域）：藉由引領各基礎學科的學會及組織舉辦的論壇活動，以永續發展為議題，增進學術研究對於如氣候變遷、潔淨能源等議題之探討，促進永續發展目標中所需的基礎科學知識之探索，以及該會議領域之人才培育。活動第二主軸（科學傳播）：是以大眾為對象的活動，主辦單位相當多元，包含學會、各大學之科學教育中心、永續發展中心、長年在地方耕耘的各縣市全民科學週團隊，以及持續關注永續發展的國家部會組織，如國家衛生研究院、國家實驗研究院國家高速網路與計算中心、五大博物館、行政院科技會報辦公室等，透過科普活動將提升參與者對於科學的認識、增進基本科學素養，影響更多人關注基礎科學，以達成永續發展目標。活動第三主軸（國際鏈結）：透過有國際組織IUPAP、IUPAC參與的在地活動，增進臺灣與國際間的連結，以及基礎科學之交流，促使臺灣與國際發展更堅強的夥伴關係。活動規劃將針對不同的受眾以三大主軸圍繞著科學平權、科學啟蒙、全民參與、國際串聯等核心概念來響應IYBSSD，期許學術界、大眾與國際夥伴皆得以透過對於基礎科學的關注、傳播、教育與研究等，增進對於永續發展的認知，並且願意投注基礎科學為永續發展盡一份心力。最後藉由IYBSSD的一句話來說明基礎科學與永續發展的關係。
Basic sciences are the sine qua non for sustainable development
(引自https://www.iybssd2022.org/en/about-us/)
致謝
感謝科技部自然司的指導以及所有參與活動的學者、單位和團體的大力支持，在此致上最高的敬意與謝意。
《臺灣化學教育》第四十六期（2022年3月）
目錄
n 主編的話
u 第四十六期主編的話／邱美虹〔HTML｜PDF〕
n 本期專題【專題編輯／林震煌】
u 化學與藝術的融合 ∕ 林震煌〔HTML｜PDF〕
u 化學與藝術的融合：國寶「康熙臺灣輿圖」實體絹本重建技術 ∕ 陳鴻興〔HTML｜PDF〕
u 化學與藝術的融合：金屬版畫的修復研究探討–以楊英風作品為例 ∕ 王瓊霞〔HTML｜PDF〕
u 化學與藝術的融合：黏著劑應用於書畫裝裱及修護的再思考 ∕ 許兆宏〔HTML｜PDF〕
u 化學與藝術的融合：自然探究實作與美感教育之結合 ∕ 王慶豪〔HTML｜PDF〕
u 化學與藝術的融合：藍苒˙藍染的化學世界 ∕ 江慧玉、姚月雲〔HTML｜PDF〕
u 化學與藝術的融合：陽明山藍染棒繪具試做說明與紀錄 ∕ 郭雅倢〔HTML｜PDF〕
u 化學與藝術的融合：濕壁畫實習記 ∕ 許惠媛〔HTML｜PDF〕
n 教學教法／多元教學法【專欄編輯／洪振方】
u 繪本融入自然界永續發展議題提升學生探究之能力 ∕ 李佩蓉、洪振方〔HTML｜PDF〕
n 課程教材／化學課程與教材【專欄編輯／鍾曉蘭】
u 竹山高中多元選修: 創意科學志工 ∕ 陳映辛、馮松林、劉融諭〔HTML｜PDF〕
n 課程教材／化學課程與教學【專欄編輯／楊水平】
u 透過遠距教學推廣科普活動 ∕ 李俊穎〔HTML｜PDF〕
第四十六期 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
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]
我自幼追隨薛清茂老師習畫，主攻山水，勾皴擦染點五個基本功法，由近而遠，由濃到淡，在宣紙上每一筆都要思考過再落筆，否則來回的走筆痕跡將毫無保留的呈現在畫面上。早期習作以黑白為主，墨色就成了主角，如何在一支畫筆中展現時而渲染時而毛澀之感，那就非得要對毛筆、紙張、墨條、水量有所掌握，俗稱筆性、紙性、墨性和水性要了然於心，假以時日的反覆練習與心領神會，方能完成一幅堪稱有山有水的畫作。隨繪畫筆觸工法逐漸精熟，在老師的指導下開始使用顏料為畫作上色，藤黃、花青、赭石、石青、胭脂等等都跳上石頭、樹木、花朵、人物、屋舍，突然畫作變得有生氣了，那真是作畫時最愉悅的一刻了。張大千的中西合璧、在具象與虛象之間的遊走，用色大膽、豐富鮮麗，其中使用過的「中國藍」就是出自於一位有化學背景的宋國華先生註，張先生的畫中有些頗具特色的藍便是來自宋先生的花青、石青、石綠等的調和，這些顏料的化學成分含有靛藍(C16H10N2O2)、亞鐵氰化鐵(普魯士蘭，Fe7(CN)18⋅14H2O)、碳酸銅礦〔俗稱藍銅礦，Cu3(CO3)2(OH) 2)〕、水合鹼式碳酸銅〔俗稱孔雀石，Cu2(OH)2CO3〕。為黑與白的國畫添色就如同將一個木偶賦予生命而成為一個真正的男孩（皮諾丘）一般，多令主人雀躍啊！
多年後因孩子們學畫之故，我因緣際會的重拾畫筆但這次學的是西方的油畫和壓克力畫，發現東西方在繪畫上真是大異其趣，油畫由遠而近、由淡到濃，反覆疊加的畫法，與國畫迥然不同。剛開始畫油畫時，老改不掉謹慎下筆的態度，孰不知後續堆疊就可以將不稱職的顏色或是不經心的筆觸蓋過去，如此說法似乎對西畫有所不敬，我學西畫時間不長只能很粗淺的描述心中不成熟的想法，不能在此班門弄斧。兩年前在一個偶然的機會知道化學系林震煌教授在美術系開修復畫作的課程，剛好與我的背景和興趣有關，獲得林教授首肯後便去旁聽了幾堂課，林教授娓娓道來分析化學儀器和原理在修復畫作的應用，如從化學的角度去看修復時的顏料如何正確選擇(是否符合畫作當代就已經發現的顏料)，也從藝術的角度去看化學顏料如何融合去展現藝術之美，這門課是個跨界的課程甚是有趣，實在是個值得探索的領域，誰說化學不是就在我們身邊嗎?!這讓我想起多年前學油畫時，油畫老師告訴我，俄羅斯的修復畫作的碩士學位要求學生必須有化學背景才能入學，的確，要修復一幅畫，顏料、紙張等的挑選，以及材料的分析在在都是學問，豈可輕忽兩者之間密不可分的關係。化學與藝術共同譜出一首美妙的圓舞曲!
本期專題為「化學與藝術的融合之旅」，特邀甫從國立臺灣師範大學化學系改為美術學系與化學系合聘的林震煌教授擔任客座主編。本特刊除林教授的導讀外，還有臺灣科技大學陳鴻興以科學方法找出常設展展場之展示照明的合適性，以及數位重建的未來。國立臺灣師範大學美術系的文物保存維護研究發展中心王瓊霞以修復楊英風的金屬版畫「常新」為例說明掌握材質特性的重要性以及修復的要點。故宮國寶裝裱修復師許兆宏撰文介紹黏著劑的耐久性、王慶豪的植物色素萃取與染布課程設計、江慧玉和姚月雲，以及國立臺灣師範大學美術系郭雅倢的藍染、許惠媛的濕壁畫，篇篇都精彩，值得一讀再讀拓展吾人對化學與跨領域的認識。至於常態性文章則有李佩蓉和洪振方透過永續發展為主題的繪本設計傳達節能減碳的探究精神與環保意識。陳映辛、馮松林、劉融諭的做中學，以「竹山高中科學宅急便」科學闖關活動和植物萃取等實驗，提供學生進行探究、實作、到志工服務活動，將所學以科學語言再傳達給其他同學，該課程有助於培養學生科學素養與提升溝通能力。李俊穎因應全球新冠肺炎的疫情而採用遠距線上實驗教學，並於教學前寄送實驗材料包至學員家中，使實驗課仍得以實施，可供教師參考。
註: https://www.taiwan-panorama.com/Articles/Details?Guid=507d31a4-1f01-4058-bed4-48f0c458dc39
化學與藝術的融合
林震煌
國立臺灣師範大學美術系教授、化學系合聘教授
最近藝文界最熱門的話題莫過於台灣本土第一位雕塑家黃土水與《甘露水》～百年尺度的遺產與見證。1921年黃土水的大理石雕塑《甘露水》入選了日本帝國美術展覽會。在那之後，作品歷經了戰亂、動盪、棄置、封存、追尋…，這次驚艷地又再次展現在世人之前（北師美術館展出中：2021.12.18 -2022.04.24）。這是刻劃一名面容充滿自信的女子，頭微微仰起，姿態挺直，是臺灣第一件女性裸體雕刻創作。精湛的雕刻技巧，使得這尊大理石作品被讚譽為「台灣的維納斯」。主持這次黃土水大理石雕塑修復的森純一教授，他目前是台師大美術系的客座教授。他與黃土水同為東京藝術大學畢業，這一齣學長雕刻、學弟修復的故事也成了一段台、日間的美談。試想在一百年前的那個年代(大正10年)，能獲得一塊巨大的、雕刻等級的義大利大理石並不容易。黃土水用的大理石是介於雕刻等級與建築等級之間的大理石。他非常巧妙的將大理石最好質地的部分，用在臉部的雕刻，完成一件等身高的現代大理石雕刻。這大理石雕像經過近半世紀躺在木箱的塵封時間已不如黑白照片中潔白，顏色泛黃並有多處髒汙。森教授修復大理石污漬時，我們經常討論墨漬的成因，例如可能是普魯士藍或鐵膽墨汁造成的影響…等。現代雕像修復除了靠經驗，其實也很仰賴科學，尤其是化學。修復用的素材、藥品也都非常講究。常用的有碳酸氫鈉、碳酸氫銨、氨水、EDTA、甲基纖維素、次氯酸鈉、過氧化氫、環氧樹脂、B72黏著劑…等。最後上蠟、拋光，還有防霉劑的選擇，例如常用的有苯扎氯銨，樣樣都是一門學問。
本期專題為「化學與藝術的融合」，共有七篇文章。內容包括數位科技藝術、版畫、書畫裝裱、顏料與染色及濕壁畫。首先，臺灣博物館典藏之「康熙臺灣輿圖」是描繪17、18世紀臺灣社會文化生活及清初對臺灣地理知識的一個縮影。該圖是臺灣西部由北到南的山川地形、兵備部署與城鄉生活等景觀最早的記載。它可能是在庚子之亂的時候，從北京流出到國外。當時的臺灣總督兒玉源太郎知道以後，設法取回後就放在臺灣總督府的博物館，當作鎮館之寶。台灣光復後，移放到歷史博物館長年展出。2003年原圖送至日本進行修護。費時兩年的時間，於2005年12月完成修護工作，得以更佳的面貌重現於國人眼前。2016年進行數位重建。本期專題特別邀請到了數位重建的計畫主持人台科大陳鴻興教授撰寫專文。文章將介紹影像編輯與影像修復方式，並介紹如何以多圖層架構完成輿圖內整體元素之數位重建工作。內容包含文字、竹叢、樹林、水田、旱田、石城、兵營、草屋、土屋、山脈、河川、人物、牛、馬、犬、兔、鹿與船等元素。此外，文章中將提及如何使用多頻譜LED光源光箱系統，用來重建並模擬臺灣博物館常設展展場之展示照明，並決定出最為適當的色彩重建展示版本。這些數位重建與複製品評價技術，都可能是未來博物館、美術館在展示古地圖、書畫等典藏作品的一項新技術。
X射線螢光分析是一種快速的、非破壞式的測量方法，廣泛用於元素分析和化學分析。特別是在地球化學、法醫學、考古學和藝術品，例如油畫、版畫和壁畫。本期邀請了台師大美術系臺師大文物保存維護研究發展中心王瓊霞撰文，以修復楊英風的金屬版畫「常新」為例，檢測分析該金屬版材質。科學檢測的結果可提供修復人員在進行修復前，掌握材質的特性，以便在進行修復時對移除鏽化物有所判斷與根據。該文將以此案例，探討並介紹修復方針與內容、展示與保存形式。
書畫裝裱是項傳統的工藝技術，而漿糊是裝裱時主要的黏著劑。漿糊會與材質介面有著緊密地接觸，因此被認為是影響書畫保存的重要因素。書畫裝裱用的漿糊跟一般文具紙張用的漿糊是完全不一樣的層次。裝裱必須使用完全無筋的麵粉（又稱澄粉或淀麵）。這是一種從小麥提取澱粉所製成的一種不含麵筋(蛋白質)的麵粉。除了漿糊之外，布海苔及甲基纖維素也是現代書畫修護時會使用的黏著劑。黏著劑的老化程度可由儀器設定溫濕度、紫外光照射時數等環境條件來檢驗。在修護材料及文物的劣化現象上，透過現今科學的分析及實驗，可讓修復師獲得許多知識並指引正確的解決方向。本期邀請了故宮國寶裝裱修復師許兆宏撰文，介紹黏著劑的耐久性，並參酌相關文獻來思考後續的研究方向。
108課綱開始實施迄今已三年，各個學校紛紛開展出屬於自己學校特色的探究與實作課程。本期邀請建中王慶豪老師撰文，介紹教師在課堂如何引導學生進行植物色素萃取與染布。染色的效果會受到染色材料的好壞、媒染劑、染色時的溫度、時間等因素而產生細微的差別。因此每次染色都可以創造出不同的藝術效果。故須設計相關的課程加以引導，讓學生探究的方向能稍微收斂不至於太過發散以減輕實驗室準備藥品器材的壓力。文中介紹了「紫草」、「芡草根」、「紅花」、「蘇木」及「黃梔子」等植物染材料，讓同學學習不同萃取植物染料的技術、探討金屬媒染劑所造成染液變化，並可利用手機辨色應用程式或RGB配色表定義顏色種類的不同，練習以色碼做為描述顏色的工具。
探究與實作改變了高中的實驗教學。學生學習的知識不再侷限於課本內容，而是向外延伸，擴及到更多素養、能力與態度的養成。這樣的訓練之下，可以使學生具備解決問題的能力來面對生活及未來的挑戰。在化學學科領域中，動手做實驗一直是學生最感興趣的部分，尤其是具有「變化」現象的實驗，例如顏色變化或是產生氣體、沉澱、爆鳴聲等，在在都能引起學生熱烈的討論與嘗試。本期邀請北一女江慧玉老師撰文，就以『藍色』為主軸，分述顏料或染料的獲得及製作。同樣在「追藍」系列中，另外邀請了台師大美術系郭雅倢撰文，敘述如何使用陽明山的藍染顏料，製作類似於彩色墨條的繪畫用具：「棒繪具」。在台灣，「棒繪具」常被應用於膠彩創作的打底色層，以及文物保存修復上。由於台灣並沒有生產「棒繪具」，所需品必須自日本購入。日本產的「棒繪具」，藍色系以本藍、美藍、日本發酵藍為常見。其中，陳年日本發酵藍棒最為珍稀而價高。台灣過往曾有輝煌的陽明山藍染歷史文化，若能夠研發出陽明山藍染「棒繪具」，一定可以促進文化的活化，發展具有台灣特有色相之顏料。
文末特別要介紹的是「濕壁畫」。國內最早的「濕壁畫」畫家是師大美術系陳景容名譽教授。他是台灣當代一位極具才華的藝術家，不論在藝術、學術、社會的回饋和奉獻等成就斐然。陳景容教授在師大美術系畢業後赴日留學，畢業於國立東京藝術大學壁畫研究所，因此擅長油畫、素描、版畫、嵌畫、濕壁畫。中正文化中心國家音樂廳壁畫「樂滿人間」就是他的作品。他也是最早引進繪畫正統修復觀念的專家。我本身是理工科背景，在師大化學系任教多年，去年因緣際會跨領域轉聘到師大美術系文物保存科技組。在一次偶遇的機會中，陳教授邀我到他的個人畫室畫畫，於是我就這樣竟然也拿起了畫筆！本期邀請同一畫室的畫友許惠媛撰文，描述我們跟著大師學習「濕壁畫」的過程。
最後，非常感謝邱美虹教授邀請我擔任這一期的客座主編，也非常感謝編輯群的協助。歡迎本期刊讀者的你們，跟我們一起進行一趟化學與藝術的融合之旅！