第三十三期主編的話
邱美虹
國立臺灣師範大學科學教育研究所特聘教授
國際純粹化學與應用化學聯盟(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]
我常在想一個科學概念需要在課堂上教多久,才算是理想的教學? 最近有機會到美國密西根州立大學參訪兩週,有個機會到與Joe Krajcik教授合作的斯巴達高中去觀課,觀課的班級是由Art老師任教,他的教學目標主要是讓學生預測兩個溫度感測器(一個放在容器內的冰裡,一個放在容器上方的出口處)在冰塊加熱到沸騰時,溫度的變化曲線圖為何並說明為何如此預期。學生必須先畫下預測的兩條溫度線,然後利用Pasco的藍芽儀器進行實驗紀錄冰塊加熱變成氣體的溫度上升曲線,當實驗結束,學生必須針對預測曲線圖和真實曲線圖之間進行比較,並提出自己對實驗結果的觀點。這個實驗對這一群十年級的學生而言其實並不難,但是從開始繪圖學生就有許多討論了,究竟兩條線是要從原點開始畫呢?還是從縱軸上方的某處開始畫呢? 起點要相同嗎?縱軸和橫軸的單位應該是什麼呢?隨時間增加那兩條線的斜率要一樣嗎? 若不一樣,那該怎麼畫呢?每組學生都七嘴八舌地討論著,真有趣,要找個共識還真不容易。不僅如此,要如何將藍芽溫度計探針放在錐形瓶中、如何架裝置讓本生燈均勻加熱等等,看似相當簡單的實驗,卻可以看到學生專心投入探究實驗的沉浸學習,很讓人感動。單單這個實驗就是一個81分鐘的課程,若以效率和成效來看,這個活動或許看似是個沒有效率且過度簡單的實驗,但是若從培養學生探究與實作的角度來看,讓學生經歷這些實驗技能的運用與提供論證的歷程,慢慢自我建構,其學習的意義應該是迥然不同。我們願意讓學生如此探究嗎?我們願意等待嗎? 學習的價值觀究竟是什麼呢?這個以專題導向的學習(project-based learning, PBL)計畫是由密西根州立大學Joe Krajcik教授主持的計畫,許多密西根州底特律地區的高中和加州洛杉磯市的教師都參與的大型跨州的計畫,計畫目的是希望能透過實驗活動建立模型、評價模型再到修正成科學模型,將研究成果運用在實踐面,強化教師教學專業知能,影響所及令人佩服。臺灣也正在實施新課程,強調核心素養與能力的提升,我們期待教師的專業可以引領學生進行有意義的學習。
本期專題是以七月在國立臺北教育大學舉辦的亞洲化學教育研討會為主,此活動由韓國、日本、和臺灣在2006年共同發起,至今已分別在三國辦理八次活動,參加的人由當初的18為代表到現在近百人的規模,實在不易。自2021年起將加入馬來西亞為主辦國,使主辦國由三國增加到四國,更加促進亞洲化學教育人的互動與分享。在這些年間亞洲各國化學家與化學教育家們也都建立起深厚的友誼,大家的共願就是讓學生喜歡化學、享受做實驗的樂趣、並能發展成具有化學素養的國民。此次專刊由大會主辦人周金城教授擔任特約主編,就其主辦的第八屆亞洲化學教育學術研討會做一回顧性報導。專刊文章有周教授的NICE活動特色介紹、林靜雯教授和李宜諺的論文發表情形速寫、廖旭茂老師和程慧文老師指導學生參加與擔任科學志工經驗分享、周金城教授和鍾曉蘭老師的中學參訪、何慧瑩教授針對籌備會議的經驗彙整與分享,為讀者勾露出大會的精采原貌。其中尤其是廖旭茂老師和程慧文老師一文中學生對於參加這次會議擔任實驗講員的心得與收穫,特別讓人感動,其中一位學生提到:「我覺得這大概是我這輩子高中生涯裡最值得紀念也最有意義的一次活動了。」我相信任何一位老師聽到來自於學生這樣的回饋,內心絕對是激動的,廖老師應該尤是。給孩子們舞台,他/她們會讓我們驚豔的!感謝所有教授、老師和學生的參與與支持,你們都是最優的化學大使,尤其是主辦人周金城教授的團隊,每位教授和學生都投入相當多的時間與精力在籌備與辦理活動上,尤其是周教授運籌帷幄,使大會得以圓滿落幕並完成一項成功的化學教育國民外交,恭喜周教授。除此之外,本期還有廖旭茂老師的平面微型電化學電池的設計與應用,和李啟讓老師等人的運用虛擬實驗討論教學策略在氣體定律探究與實作教學上,這兩篇內容都非常實用,值得作為探究與實作課程設計的參考。
第八屆亞洲化學教育國際研討會
周金城
臺北教育大學自然科學教育學系
n 前言
由韓國、日本與台灣所發起的亞洲化學教育國際研討會(International Conference on Network for Inter-Asian Chemistry Educators, NICE)今年7/30~8/1日已完成第八屆NICE研討會三天活動的辦理,各國參加的人數也趨於穩定,常常可以看到許多熟識的面孔,包含各國的大學教授與高中老師,於第八屆馬來西亞也加入了核心國家的行列中。而我也自NICE籌備會開始參與,每一屆NICE研討會都參與,也擔任過台灣辦理NICE研討會大會秘書,一直到這次擔任大會主席,要負責申請校內外經費,並籌畫整個活動的進行。每一屆參與NICE也都在吸收各屆辦理的優點,思考要如何避免缺點的發生,這是一個漫長的學習歷程。
n 留下活動的軌跡
辦完NICE研討會後,將NICE研討會辦理的軌跡留下,提供給以後想辦理的夥伴參考也是重要的,因此邀請參與的核心夥伴分別撰文將這些紀錄留下。
第一篇由我所撰寫的文章是〈亞洲化學教育國際研討會辦理回顧與第八屆活動特色介紹〉,先描述由NICE研討會籌備到後續七屆辦理的NICE研討會的情形,且寫出比較不一樣的活動設計,以及設計這些活動時的背後考量。經費是活動設計上的最大考量,本屆的研討會由註冊費收入的經費大約總經費的四分之一,也就是四分之三的費用並須由其他管道申請。在有限的經費下要辦理有特色的研討會,是相當不容易的事。親力親為可以減少人力費用的支出,例如大會網站就是由我親自建置,就可以省下好幾萬的費用,但也耗去我相當多的時間。
第二篇由台北教育大學自然科學教育學系的林靜雯教授所負責撰寫〈第八屆亞洲化學教育研討會論文發表情形速寫〉針對本次研討會的文章進行分析整理,除了有各國參與的人數,針對投稿發表類型是口頭發表、海報發表或是示範實驗進行分析。也針對投稿的主題進行分析,發現本次NICE研討會上的投稿是以教室對話分析與教學策略與日常生活中的化學主題為最多,可以讓我們對整體的學術活動輪廓有一個清楚的圖像。
第三篇是大甲高中廖旭茂老師撰寫〈指導學生參加2019年亞洲化學教育研討會擔任科學志工心得分享〉一文,則是針對他為設計研討會所設計的化學闖關遊戲前後歷程,並帶學生全程參與NICE研討會三天兩夜的整個心得。NICE研討會創造了給高中學生的舞台,而廖老師則把握的這個機會,大力的推了學生們一把讓他們有機會參與國際學術活動。由他文章中的學生心得,可以看出他的學生可以在參與研討會的過程前後,獲得許多成長的機會。
第四篇是新北市立新北高中的鍾曉蘭老師撰寫〈亞洲化學教育國際研討會之高中參訪活動–讓高中生變成主角〉一文,針對如何安排NICE研討會的高中參訪活動流程與訓練學生擔任英文導覽解說員與化學實驗活動的英文助手,都有詳細的說明。最重要的是讓高中生由活動參與者,變成活動的執行者,創造給學生舞台,也盡力幫助學生在舞台上發光發熱。
第五篇是由台北教育大學自然科學教育學系的何慧瑩教授所撰寫〈第八屆亞洲化學教育國際研討會之場地與議事組準備經驗交流〉一文,則是將繁雜的事務工作規劃做一個紀錄,讓大家了解研討會是有很多工作要同時規劃處理。找學生幫忙工作是目前大學困難的任務,因為要事先辦理保險並繳費,但是學生後來臨時有事不能來,但是保險費早已繳納,也無法向學生求償,這是找尋協助研討會人力上最大的困難點。
n 結語
第八屆亞洲化學教育國際研討會網站上,有詳細的會議議程與論文手冊資料,有關學術活動部分是比較容易了解的,但是其他沒有在網站上出現的內容才是更需要被了解。這次的第八屆亞洲化學教育國際研討會投審稿系統,是採用中華民國計算機語言學會所建置的線上會議管理系統,除了投審稿系統也有這註冊繳費的金流系統可以繳費租用,可以節省大量的時間與精力。租用系統所需繳納的費用不會很多,聯繫接洽上也不複雜,問題提出與解決都是透過網站聯繫,處理問題相當有效率,非常推薦使用,聯繫的窗口地址是位於中央研究院的資訊研究所內,若有興趣辦理國際研討會者,在經費有限的情況下,可以多加利用此管道來建置線上投審稿系統與線上繳費金流系統,應該是相當安全的,畢竟駭客也隨時隨地在等待綁架我們網站。
第八屆亞洲化學教育國際研討會辦理回顧與第八屆活動特色介紹
周金城
臺北教育大學自然科學教育學系
第八屆亞洲化學教育研討會大會主席
n 前言
亞洲化學教育研討會(International Conference on Network for Inter-Asian Chemistry Educators,簡稱NICE)是兩年辦理一次的會議,目前的主要核心國家是日本、韓國、台灣與馬來西亞。前八屆都是由韓國、台灣與日本輪流主辦,第七屆研討會時NICE委員會開會決定讓馬來西亞加入委員會,並決定讓馬來西亞主辦第九屆亞洲化學教育研討會,而第十屆則是再度回到日本主辦。要申辦NICE研討會必須在四年前向NICE委員會提出申請,若有興趣辦理的其他國家可以於第九屆NICE研討會時向委員會申請辦理第十一屆亞洲化學教育研討會。辦理的日期最好能配合主要核心國家的學校暑假時間來辦理,由於日本暑假開始的時間是在七月下旬,所以研討會辦理的時間主要是在七月底,以利日本的教授、高中老師與學生參與。
表一 第一到第八屆亞洲化學教育研討會與舉辦資料
地點 |
主辦學校 |
日期 |
大會主席 |
|
第一屆* |
韓國首爾 |
淑明女子大學 |
2006/8/14-16 |
Prof. Choon H. Do |
第二屆 |
臺灣台北 |
臺灣師範大學 |
2007/30~8/1 |
邱美虹教授 |
第三屆 |
日本東京 |
東京學藝大學 |
2009/7/29-31 |
Prof. Masahiro Kamata |
第四屆 |
韓國首爾 |
首爾大學 |
2011/7/26-28 |
Prof. Choon H. Do |
第五屆 |
臺灣屏東 |
屏東教育大學 |
2013/7/25-27 |
李賢哲教授 |
第六屆 |
日本東京 |
東京學藝大學 |
2015/7/25-27 |
Prof. Masahiro Kamata |
第七屆 |
韓國首爾 |
首爾大學 |
2017/07/26-28 |
Prof. Dae Hong Jeong |
第八屆 |
臺灣台北 |
臺北教育大學 |
2019/07/31-8/1 |
周金城教授 |
Prof. Choon H. Do同時間與場地辦理第19屆Internatonal Conference on Chemical Education與第一屆NICE研討會,之後為了讓兩年一次的NICE和兩年一次的ICCE研討會錯開,所以第二屆就由2007年起辦理兩年一次至今。2021 年第九屆亞洲化學教育研討會將於馬來西亞古晉辦理,2023 年第十屆亞洲化學教育研討會將於日本山形大學(Yamagata University)舉辦,歡迎大家後續參與。
舉辦亞洲化學教育研討會的主要目的,在於促進亞洲各國化學教師之交流,並交換各國實際推動化學教育之策略與方法,以及具體成效之分享。因此成立亞洲化學教育學會(Network for Inter-Asian Chemistry Educators, NICE),以利亞洲地區的化學教育間的合作與推動。於2006年2月在韓國光州舉行第一次亞洲化學教育研討會籌備會議,三個國家的化學會正式代表出席的有臺灣的邱美虹教授、韓國的Choon H. Do教授與日本的Masato M. Ito教授。籌備會上決議,以後應該每兩年舉辦一次研討會,每次研討會為期兩天,每一個國家至少派六位代表參加,六位補助的代表中至少有三位是中學化學教師。主辦國提供另外兩個國家各六人的住宿安排,各國與會人員機票自理。亞洲化學教育研討會和一般國際研討會最大的不同的是鼓勵高中老師參與研討會活動。由第三屆起,增加了加強各國高中師生進行交流的機會,辦理整天的高中參訪,包含有化學實驗動手做活動與高中生海報競賽。
圖 2006年2月21日於韓國光州大學所起草的Network for InterAsian Chemistry Education文件簽名資料
辦理研討會的場地各國也是不同的考量,由於都是大學主辦,因此場地大多也都辦理在大學校園中,但有時也會辦理在其他地點,如第五屆NICE的大會主席是當時的屏東教育大學李賢哲校長,由於經費充足,所以第一天是屏東教育大學中,當天晚上就驅車前往墾丁,第二天則是在福華飯店內辦理。第六屆整個活動是辦理在東京的日本科學未來館,是在一個現代科學展覽館內舉辦、第七屆是在韓國首爾的昌德女子中學辦理,這是一所強調STEAM教育的學校。
n 行政支援簡介
第八屆亞洲化學教育研討會於 7/30~8/1 日辦理,由自然科學教育學系為執行單位,此次研討會申請獲得科技部、台北教育大學研發處補助、台北教育大學理學院與台北市政府秘書處補助,以及報名註冊費等收入,讓大會辦理經費還算充足。感謝本系廖欣怡主任暨系辦助教們的全力支援人力與經費,本系林靜雯教授團隊統籌論文審稿與手冊製作,何慧瑩教授團隊負責報到資料、禮品與議事協助、蕭世輝教授團隊負責場地布置協助、李昆展教授負責大會秘書處繁雜事務聯繫、盧玉玲教授團隊協助活動報到與現場經費處理,以及自然系全體師生的各方面協助,國北教大研發處、總務處、學務處、主計室同仁在行政各方面的協助,還有新北市立新北高中化學科教師鍾曉蘭博士、台中市大甲高中化學科廖旭茂老師也都給予人力與經費的支持,讓大會舉辦得以順利完成。
除了經費支援,很重要的是第八屆NICE也向International Union of Pure and Applied Chemistry(IUPAC)組織的申請認可(endorsment),雖然IUPAC不會給予經費補助,但若通過認可,則2019NICE在國際上的能見度會增加很多,會讓更多的國外學者來參與本次會議。能順利通過認可申請,這最主要感謝臺灣師大邱美虹教授的協助,她目前IUPAC組織下的執行委員會委員,非常熟悉國際化學事務的運作,讓申請工作得以在短時間內完成,有助於我們對科技部研討會經費補助的申請。
圖2019NICE大型海報架
n 大會參與人員概述
本次研討會報名人員,總共有 206 人,國內 133 人,國外 73 人。其中日本 28 人、韓國 15 人、菲律賓 13 人、馬來西亞 5 人、美國 4 人、中國 2 人、越南 2 人、南非 2 人、尼泊爾 1 人、泰國 1 人。論文總共接受 88 篇投稿,其中台灣有 31 篇,相關的投稿資料分析,可以參看本期林靜雯與李宜諺的《第八屆亞洲化學教育研討會論文發表情形速寫》。
n 大會特色活動安排
NICE研討會通常會有大會演講、口頭論文發表、海報發表與實驗演示等活動。相關主題與內容,有興趣的讀者可以研討會網站下載大會議程與論文手冊。本次辦理比較特別有趣的是會議兩天中午用餐接續下午海報時度由大甲高中學生所設立的化學闖關攤位,第一天的化學行動車與布袋戲西遊記融入化學實驗橋段、與晚上於海霸王大會晚宴的歡唱卡拉OK,第二天的大會閉幕式前的2019國際化學元素週期表年論壇,貓空纜車文化之旅、與第三天的早上的2019國際化學元素週期表年特展參觀,以下將簡要描述。
(一) 高中學生所設立的化學實驗闖關攤位
這是由大甲高中廖旭茂老師向我提出的構想,設立動手做化學實驗攤位。過去NICE研討會都會同時有書商的書展與廠商的儀器展,本屆也不例外,但是設立動手做化學實驗攤位算是第一次,在緊湊的兩天研討會時間中,已經切不出時間給動手做化學實驗攤位,要如何解決成為我的難題。既然廖老師都願意遠從大甲帶高中生學生到國北教大設立動手做化學實驗攤位,我要想辦法來解決這個問題。如何讓人員集中到到動手做攤位,且不需要走很長的距離,因此我將午餐區、茶敘區、廠商儀器展展區與動手做化學實驗攤位與海報展區,全部都集中到本校二級古蹟的大禮堂中。而且在時間安排上,午餐後接續海報展,再接續茶敘,這樣會形成比較長的時段,且所有的人都集中在禮堂中,應該會讓會場看起來人很多。後來,的確這樣的安排的很好,與會者會有時間去每個攤位看展示,闖關攤位的學生也可以和許多國內外的與會者進行實驗交流。下一場活動已開始,很多人還留在禮堂努力的闖關。若想知道吸引大家來闖關的化學實驗活動有哪些,可以參看本期大甲高中廖旭茂老師與程慧文老師所寫《指導學生參加2019年亞洲化學教育研討會擔任科學志工心得分享》一文,就可以找到答案了。
圖 動手做化學實驗攤位
(二) 化學行動車與布袋戲西遊記融入化學實驗
能夠邀請到淡江大學科學教育中心化學車與陳錫煌傳統掌中劇團到NICE研討會上進行展演,要感謝淡江大學研發長王伯昌教授與淡江大學科學教育中心質執行長高憲章博士的安排,由於化學車全台走透透活動相當忙碌,還好我們已提早一年前就邀約。原本是要在理學院的廣場上演出,但考慮前幾天都還有突如其來的午後大雷雨,臨時移到本校篤行樓一樓的廣場雨遮內。布袋戲劇本是西遊記中的金角與銀角大王的化骨水橋段,利用布袋戲孫悟空的金箍棒攪動酸鹼指示劑的化學變色實驗。現場的演奏也都是傳統樂器直接鏗鈧演奏,聲勢驚人。因為是講台與又沒有翻譯字幕,只有大會手冊上的英文劇情簡介,有些國外學者並不是很清楚演出的劇情,但仍可以看出台灣化學教育下鄉的用心。之後,還有科學教育中心示範粉塵爆炸實驗,現場是響起一片掌聲。會想要邀請化學車到NICE來,主要是因為2017年在韓國的NICE研討會就有安排化學車展示,但可惜只有車輛展示沒有實際的實驗展示,因此這次我們就安排的實際的實驗與表演。布袋戲融入化學實驗,也是淡江大學科學教育中心近期的節目,下鄉是深獲好評,學生都很喜歡,未來或許可以設法將此內容加以英文發音或字幕,可以走向國際舞台上。
圖 陳錫煌傳統掌中劇團演出
圖 行動分析車展示與同仁示範粉塵爆炸實驗 |
(三) 大會晚宴的歡唱卡拉
不少的國際研討會會晚宴都收很多的費用,所以參加的人都很少,我覺得很可惜,因為晚宴也是研討會的一部分,高中學生也應該要有機會參加。因此,我決定一人只收600元,不足的部分我們由其他省下的經費來補貼,果真有一百多人參加大會晚宴,辦了12桌,我覺得非常開心。大會晚宴在海霸王舉行,租用台北市市區公車走公車專用道,下午五點半下班時間由國北教大到中山北路海霸王竟然不用30分鐘。晚會的表演活動安排總是讓主辦單位費盡心思,在有限的經費下也無法找到高品質的表演節目。於是我們想到找卡拉OK,因此我們租用了整套設備與播音的DJ。但是另一個問題出現了,台灣的卡拉OK大多是臺灣的歌曲,來自各國的與會者要唱什麼呢?還好我們想到了,透過手機找YouTube的影片,只要有連結網址,播音的DJ就可以將音樂播出讓大家歡唱了。剛開始大家還不好意思上台去唱,在幾杯黃湯下肚後,平常嚴肅的教授與老師們,大家都熱鬧起來,紛紛透過手機點歌,尤其各個高中生也不甘示弱,紛紛輪流獻唱,好像是小型演場會,好不熱鬧。歡唱到晚上接近九點,才搭車離開。我們在第一天晚上就辦理晚宴,這樣熱鬧的氣氛會延續到隔天,也會拉近大家彼此間的距離。
圖各國與會者紛紛上台一展歌喉
(四) 2019國際化學元素週期表年論壇
因為今年剛好是慶祝俄國門德列夫提出周期表150周年,國際上有國際化學元素週期表年慶祝活動(2019IYPT),我們就請臺灣師大邱美虹教授在閉幕式前安排一個論壇,讓臺灣、日本、韓國與馬來西亞各國代表,上台告報告在他們國家辦理元素週期表年慶祝活動有哪些。而且可以與台下與會者有很好的互動,我們也可以看到亞洲各國對於化學教育活動的推展不遺餘力。過去的閉幕式前,比較少會辦理像這樣形式的論壇,但我覺得這是我們辦理NICE的特色之一。
圖 2019國際化學元素週期表年論壇 |
(五)貓空纜車文化之旅
7/31日下午大會閉幕式後,我們舉辦免費的貓空纜車文化之旅,採事先登記的方式。原本預期只有國外學者參加,國內與會者應該比較少參與,後來發現也有不少國內的與會者參與,因為他們還真的沒有搭過貓纜。
圖貓空纜車文化之旅照片 |
(五)參觀2019國際化學元素週期表年特展
8/1上午在參訪新北高中前,我們安排與會者先到位在士林的臺灣科學教育館參觀由邱美虹教授所主辦的2019國際化學元素週期表年特展一個小時。特展中有元素方塊,元素光雕投影、盲人點字周期表、中學生眼中的化學元素等展示品,因此與會者都很喜歡這些展示設計。雖然展示品都是中文呈現,但是元素符號確是世界共通的,因此國外的學者也都能大致了解展示的內容。由於早上八點半由國北教大出發到新北高中,會順路經過臺灣科學教育館,因此就不會增加太多交通時間,但可增加整天活動的多元與豐富性。到新北市立新北高中參訪,本期的另一篇文章已有詳細的描述,在這裡我就不再重複描述。
圖參觀位於臺灣科學教育館內的2019國際化學元素週期表年特展
n 結語
要主辦一場大型的國際學術研討會,真的很不容易,要花的時間與精力是外人所無法想像的。雖然以前也協助過邱美虹教授辨理國際研討會,但協助辦理與主辦還是相去甚遠,要決定的事情非常的多,也需要拜託很多人來幫忙。尤其台灣夏季常有颱風,我最害怕的就是天氣這個不確定的因素,很多事情可以靠提早準備來克服問題,但是若是颱風來襲,飛機停飛、停止上班上課等問題,這都難以防備。記得在舉辦研討會的前幾天,台灣地區天天都有大雷雨,當時真的很擔心,所以也去廟裡拜拜許願,希望老天爺在研討會舉辦的時間可以讓天氣晴朗。研討會辦理前後幾天,果真的天氣非常晴朗,讓整個大會活動能夠進行得非常的順利,感謝老天爺的幫忙。感謝大家的支持與協助,讓這次的NICE研討會圓滿結束,這個會議下一次在輪到在台灣舉辦至少是八年後了,希望有志投入化學教育的先進們,可以在這幾年的時間都固定參與NICE研討會,以瞭解整個會議的活動流程,並規劃接手辦理的工作。
第八屆亞洲化學教育國際研討會論文發表情形速寫
林靜雯*、李宜諺
國立台北教育大學自然科學教育學系
n 前言
第八屆亞洲化學教育研討會(The 8th International Conference on Network for Inter-Asian Chemistry Educators)於2019年7月30日到8月1日於國立台北教育大學舉辦並已順利結束活動。本次研討會報名人員,總共有206 人,橫跨11個國家,依序為:台灣133 人、日本28 人、韓國15 人、菲律賓13 人、馬來西亞5 人、美國4 人、中國2 人、越南2 人、南非2 人、尼泊爾1 人、泰國1 人。本文之主旨希冀報告研討會論文的發表情形,藉此描繪亞洲各國於化學教育方面所關注的焦點與貢獻。以下將先介紹本次整體投稿文章於大會八大主題下的分布狀況,接著說明各國,以及不同學習階段於此八大主題關注的情形。最後,本文也分享本次研討會中特殊的亮點,包括:因應國際化學週期表年的相關發表,以及獲得最佳海報獎的發表特色,希望藉此讓未能與會的化學教育同好能一窺究竟,也讓參與此次盛會的社群伙伴們再次回味。
一、整體投稿主題的分布情形
研討會論文分為三種形式發表,包含口頭、海報與實驗示範,而本次研討會論文分為八大主題,分別為1.跨學科化學的遠景(Vision of inter-disciplinary chemistry)、2.教室對話分析與教學策略(Analysis of classroom discourse and instructional strategies)、3.各國化學教科書的表徵與呈現(Representation of textbooks)、4.日常生活中的化學(Chemistry in daily life)、5.微型實驗(Micro-scale experiments)、6.多媒體教材在課室中的使用(Use of multimedia as instruments in classrooms)、7.學生對化學的態度(Attitude toward chemistry)、8.各國優秀科展作品觀摩與分享(Sharing / demonstration of chemistry projects for science fairs)。口頭發表投稿數為48篇、海報為33篇、實驗示範為7篇。有關發表形式與發表主題的分類呈現如圖一。整體而言,投稿數較多的為主題2.教室對話分析與教學策略(n=26, 29.55%);與主題4.日常生活中的化學(n=21, 23.86%),其中又以口頭發表占最多數;投稿數較少的為主題7.學生對化學的態度(n=2, 2.27%),以及主題3.各國化學教科書的表徵與呈現(n=1,1.14%)。
在口頭發表方面,發表文章於八大主題投稿類型的分布與整體趨勢相同,皆以2.教室對話分析與教學策略(n=19, 39.58%);與主題4.日常生活中的化學(n=14, 29.17%)為主,兩類別總和將近七成。而在海報發表方面,最突出的類別是1.跨學科化學的遠景(n=9, 27.27%),其次是2.教室對話分析與教學策略(n=5, 15.15%)與微型實驗(n=5, 15.15%)。演示部分,則以4.生活中的化學最為突出(n=3,42.86%)。
圖一、投稿類型分布
二、不同國家於不同主題投稿的分布情形
本次研討會88篇論文中,台灣(n=30)、日本(n=25)、韓國(n=13)、菲律賓(n=10)為投稿最多的國家,菲律賓為非主辦國家,此次有10篇投稿,表現亮眼。其他國家總和亦為10篇。圖二為不同國家於不同主題投稿的分佈,台灣方面,八大主題皆有投稿文章,最多文章的主題為2.教室對話分析與教學策略(n=8, 26.67%),最少的為3.各國化學教科書的表徵與呈現與7.學生對化學的態度,皆僅有一篇(3.33%)。其中比其他國家投稿比例高的主題為5.微型實驗(20.00%)與6.多媒體教材在課室中的使用(16.67%),可以發現到台灣除了在教學策略上的發展外,也著重在實驗方面的題材,不僅可以提升學生的學習興趣,也可以融入不同的教學方式。而日本方面,其投稿主題除了缺乏3.各國化學教科書的表徵與呈現與7.學生對化學的態度外,也概括了其他六大主題,其中占最多數的為4.日常生活中的化學(n=10, 40%),此主題亦比其他國家投稿比例高出許多。次多的投稿主題為教室對話分析與教學策略(n=7, 28%),其比例大約與台灣相當。而韓國與菲律賓的投稿文章最多的主題為2.教室對話分析與教學策略(韓國n=7,53.85%;菲律賓n=3,30.00%),但是韓國較多以海報形式發表。而韓國比其他國家投稿比例高的主題為1.跨學科化學的遠景(23.07%),這可能顯示韓國在教學方面有不同的想法與策略,也想將化學帶入跨領域的方向前進,韓國近年來積極推動STEAM教育,應該有對其研究方向有所影響。此外,菲律賓有一篇發表關注主題7.學生對化學的態度(n=1),是在各國發表類別中較為特別的。至於「其他」國家中投稿數最多的主題則是4.日常生活中的化學(n=3,30%)。
圖二各國投稿於八大主題中的分布情形
三、不同學習階段於不同主題中關注的分布情形
而在這些投稿文章中,主要的研究對象也分成許多不同的學習階段,包含小學(n=7)、國中(n=17)、高中(n=35)、大學(n=11)以及在職教師(n=3),另外有3篇文章橫跨學習階段(n=3)。但也有部分研究並不關注在學習階段,因此並沒有提供相關學習階段的說明(n=12),圖三為投稿文章研究對象的學習階段分布情形,可以發現到研究對象以高中生占最多數(39.77%),學習階段為在職教師(3.41%)及小學的為少數(7.95%)。有關高中生的化學學習以主題2.教室對話分析與教學策略(n=9, 25.71%)、4.日常生活中的化學(n=7, 20.00%),與8.各國優秀科展作品觀摩與分享(n=6,
17.14%)為主。比較特殊的是,高中階段有將近兩成的各國優秀科展作品觀摩與分享,而這是有別於其他階段特別的地方。當初設立亞洲化學教育研討會的目的,有部分便是希望能夠交流各國優秀高中科展的作品,如果對科學展覽有興趣的老師,其實可以找機會到亞洲化學教育研討會中觀摩,尋找靈感,近距離與優秀科展作品的作者交流。
四、發表亮點
(一)最佳海報獎
本年度海報發表有四位得主,廣島大學Koga教授的團隊(Koga & Kodani,2019;Koga, Kodani, & Yamamoto, 2019)包辦了兩個獎項。這兩篇文章主要是在研究高中生的化學實驗在日常生活中運用的加熱劑“Heat Pack”適用於緊急逃生和戶外活動時的使用,它是CaO和Al粉末的混合物,在加水時具有明顯的放熱效果;以及利用遊戲方式模擬化學實驗,開發了一系列名為“Transpapific Traveler 1-6”的遊戲來進行化學動力學的教學,兩個主題內容新穎有趣,也發揮了對於化學教育的創意性,因此深受評審與民眾喜愛。另兩個獎項則由台灣的團隊獲得,其中一個為台灣美和科技大學教(Yeh,2019)的發表海報,他利用大家熟悉的excel作為數據處理的主要工具,教導學生利用簡單的工具來解決分析化學問題(例如導數、化學計量學等),透過平常大家會接觸到的電腦工具,更能引起大家的共鳴,也成功吸引學生與評審的注意。而台灣慧燈高中教師(Lu,2019)開發chembox數位實驗軟體,希冀透過軟體來實行化學實驗或是科學展覽,不僅有助於建立科學概念,同時也有助於線上模擬各項實驗技能,創新與有趣的數位教學,獲得評審委員的青睞。
(二)國際化學元素週期表年相關發表
2019年為「國際化學元素週期表年(International Year of the Periodic Table of Chemical Elements, IYPT 2019)」,紀念門得列夫(Dmitri I. Mendeleev)發表其第一版化學元素週期表(1869年)150週年。為慶祝IYPT,本次研討會投稿文章中也有三篇跟IYPT主題相應的文章:日本高等學校教授Nagao團隊(Nagao,Kobayashi & Sakamoto,2019)結合原子與週期表等結構,讓五年級學生嘗試著表現自己的想法來設計遊樂場設備與各種玩具,例如週期表樓梯與可以翻轉的元素圖案瑜珈墊等遊樂設施,並做出模型供展示。讓學生提出自己的想法,不僅可以提升孩子們對化學的興趣,更能幫助往後設計遊樂設施或玩具時讓兒童安全地玩,也能在日常生活中接觸到化學並能熟悉化學知識,真的是非常有趣的想法呢!而在台灣也有不同的慶祝方式。台灣的邱美虹教授團隊(Chiu,2019)介紹了台灣在國立台灣科學教育館舉辦「國際化學元素週期表年」特展,利用不同形式展現週期表的特色與歷史,展出內容包含元素方塊週期表、光雕投影、元素大事記、元素海報、各國特殊週期表、元素週期表問與答、與元素相關之文學作品與收藏品以及擴增實境與虛擬實境的展示等,內容相當多元與豐富,期間可以讓瞭解民眾與學生對化學元素與日常生活中的關係,也能促進對於學習化學的態度與觀點,來達到科普傳播的目的。此外,林靜雯教授團隊(Lee, Tsai, & Lin, 2019)辦理南花蓮全民科學週,配合IYPT活動設計了專屬於南花蓮地區的元素拼圖。南花蓮全民科學週搭配台灣科普環島列車活動(科技部,n.d.),分別訂定玉里與光復兩車站的元素為鎂與氧,藉此,不僅可以了解到台灣南花蓮特色,更能學習到元素的小故事,讓週期表增添了許多趣味性。
五、結語
兩年一度的亞洲化學教育研討會在彼此密切交流下,劃下句點。今年的發表重點可以看到各國普遍關注教室對話分析與教學策略,並較為集中在高中階段。各國關注焦點中,較為突出的是日本的相關研究也重視與日常生活的連結,這從發表的類別,以及獲獎的海報論文中可見一般。此外,今年是國際化學週期表年,在這個會議上,我們得以略窺台灣與日本兩國在此慶祝活動上的一些努力,也希望大家在此研討會中相互交流,帶回各國後,激盪起更多創意的火花,將化學的種子深植於學子心中。
兩年後的亞洲化學教育研討會將由新加入的馬來西亞承辦,新地點,新氣象,期待兩年後,各國致力於化學教育的學者與教師,再次聚集一堂,分享大家這兩年來的新成果和新進展!
六、參考文獻
1.科技部(n.d.)。台灣科普環島列車。查詢日期:2019年9月22日,檢自http://pstrain.colife.org.tw/。
2.Chiu ,M.H.(2019, July).Celebration of the 2019 international year of the periodic table of chemicalelements. Paper presented at The 8th International Conference on Network for Inter-Asian Chemistry Educators.Taipei, Taiwan.
3.Lee.Y.Y., Tsai, J.Y., &Lin, J.W(2019, July).Jigsaw of chemical elements.Paper presented at The 8th International Conference on Network for Inter-Asian Chemistry Educators.Taipei, Taiwan.
4.Lu, T. C.(2019, July).Application of chembox in chemistry exploration experiment.Paper presented at The 8th International Conference on Network for Inter-Asian Chemistry Educators.Taipei,Taiwan.
5.Nagao,A.,Kobayashi,K.&Sakamoto,Y.(2019, July).Playground equipments for children to be familiar with the periodic table.Paper presented at The 8th International Conference on Network for Inter-Asian Chemistry Educators.Taipei,Taiwan.
6.Koga, N., &Kodani,S. (2019, July).Thermochemistry of daily-use heating agent: Astepwise inquiry in high school laboratory. Paper presented at The 8th International Conference on Network for Inter-Asian Chemistry Educators.Taipei, Taiwan.
7.Koga, N., Kodani, S., &Yamamoto,Y. (2019, July).Classroom activity on chemical kinetics using a series of games: Transpacific traveler.Paper presented at The 8th International Conference on Network for Inter-Asian Chemistry Educators.Taipei, Taiwan.
8.Yeh, T. S.(2019, July).Using open source software for analytical chemistry.Paper presented at The 8th International Conference on Network for Inter-Asian Chemistry Educators.Taipei, Taiwan.
第八屆年亞洲化學教育國際研討會指導學生參加與擔任科學志工心得分享
廖旭茂1, 2, *、程慧文1
1台中市立大甲高級中等學校
2教育部高中化學學科中心
*[email protected]
n 前言
NICE結束了,回到學校,這群學生被學校安排在朝會時分享參與國際科學志工的心得,看著一張張流轉的照片,心情不自覺的翻騰起來……故事就從九個月前金城教授拜訪學校後,開始了這場驚奇之旅。指導高中學生在國際研討會的場合上擔任年輕化學大使,分享創新實驗,是一項全新的挑戰與經驗;從動心起念、提議、溝通、協調、布局、設計、籌畫、教育訓練、練兵、上場、到最後的感動,能帶領這一批學生參與整個亞洲化學教育研討會,歷程甚是漫長又精采;心境的跌宕起伏,更是筆墨難以形容的(下圖為NICE活動的開幕式合照)。
圖1:NICE研討會的開幕式合照
回顧臉書,我曾寫下了這些文字,當時的文字真實的傳遞了當時的直接感受!
NICEAGAIN-完攻、完工!
NICE重頭戲結束了,回飯店漱洗完畢,一個人在街頭看到了虱目魚粥的招牌,立馬進去,點了一碗虱目魚肚粥,妄想在熙來攘往的城市裡找到故鄉的滋味⋯⋯
為什麼那麼忙,兩天裡個人工作坊與學生闖關活動所呈現的創意、細膩的實驗內容可以說明一切;美國、日本、韓國、中國、馬來西亞與菲律賓等參與者們驚訝、驚喜的讚嘆,對大家的「用心」做了最佳的佐證,記得出發前跟學生勉勵的:「今天沒有其他團,只有甲中團,此刻你所代表的是甲中(大甲高中),也是台灣。國外與會者會透過你們的表現來評論台灣的水準,要把最好的表現出來,贏得外人對我們的敬重……學生們聽進去了,也辦到了,沒有辜負我茂茂老師與信任我的周金城教授、邱美虹教授所搭建的舞台!茂茂感到無比的榮幸!
當然學科中心夥伴的支援與鼓舞給了很多力量,他們當中很多都是犧牲假期、自掏腰包、不遠千里迢迢前來相挺的,我誠摯的感謝她們綿延又澎湃的友情!謝謝甲中學校裡,好同事物力、人力的全力支持;謝謝家裡的老婆大人…只靠一個人想完工是真的沒辦法的!想把一件事情做好的意志,讓所有有形無形的資源到位,讓一切趨於圓滿!
最後美虹教授的叮嚀,有點重量的壓在肩上,不過創意難教,每個世代也都有格自的特色與優點,或許只要立下了好的榜樣,優雅身影會引領著下個世代踏出屬於自己的華麗舞步…..
下個完工亮點在哪?其實我也不知道,我只知道不是當下,當下茫茫,需要很多很多的休息…………
n 上場之前…..
這次參與科學志工大都是在高二修過與東海大學合開的「探索化學」選修課的學生,這個班學生都有比較多的實作經驗;調查後有15個同學願意到台北參加活動,但活動期間適逢學校第一次升高三學測模擬考,這對學生而言有著蠻大的心理壓力,對帶隊老師而言更是一種意志試煉,加上食衣住行各方面上有太多不確定的因素,撐住壓力,聚焦解決各種問題成了首務。還好在金城教授的協助下,確認學生在活動期間可以住宿國北教大的優質宿舍,讓老師們先鬆了一大口氣。
接下來是決定演示分享的化學實驗闖關活動,實驗最重要的是場地,考慮擺攤的地點在活動中心的場地後,經不斷的沙盤推演最後確認四個實驗活動關卡以及一個官能基爬爬樂桌遊關,每個關卡有三位同學擔任關主;實驗的內容都是微型實驗,不需要使用大量用水所以適合在大禮堂進行,而且大多是我最近開發的實驗內容,是偏向微型化綠色化學的實驗設計內容,近幾年也在國際上風行,展示的過程贏得相當多的讚許,印證了「綠色」當道的氛圍。本活動為了吸引來賓來參與而設計了闖關卡,所有人只要過一個關即可蓋章,集滿五個章,即可獲得本校自行開發的桌遊組,下圖為闖關卡設計圖。
圖2:上圖為闖關卡正面,闖關章蓋在容器空白處(本圖由本校黃維靜老師設計)。
n 學生國際交流活動的初試啼聲
在7月29日來臨之前,學校接待了一個越南的交流團,來賓是胡志明市教育大學的師培生,為了讓志工學生們有實際交流的機會,雖然很倉促,不過還是很勇敢的接下這個案子,安排了一場科學闖關的體驗活動,並要求他們一定用英文與對方交流,畢竟月底的活動關係到的不只是個人榮譽,而學生對伸出觸角對外交流展現出異常的熱情,從歡迎會的起手式,到講解科學原理時的賣力演出,最後開心的合照,活動的安排據暨南大學教授轉述,頗獲稱許。會後學生深受鼓舞,各組相互討論的機會增加,該說的、沒說清楚的、有瑕疵的,都主動要跟老師約時間再練習,學生自我要求度明顯提升。下圖為體驗交流活動時的照片。
圖3:台越交流科學闖關活動組圖
n 關卡介紹
上次交流練兵之後,修改部分內容與流程,NICE的關卡內容分述如下:
一、微型離心管中合成奈米磁顆粒
第一關是奈米磁流體關,英名為“Synthesis of magnetic nanoparticles in microcentrifuge tubes”,主要任務是教導闖關者在離心管中合成奈米磁顆粒,合成的磁顆粒在磁鐵的吸引下,如果有明顯的突出峰就算成功;因為反應物的使用量僅滴數,產物四氧化三鐵磁顆粒的共沉澱實驗在離心管狹長的空間中進行,混合的均勻度與否,讓這樣的實驗存在一些不確定的因素,學生必須事先經過不斷的練習,並考慮各種可能的變因,難度不低。闖關的部分學生設計了「搶救喜羊羊」大作戰的趣味活動,在規定時間內利用磁鐵釣竿釣起本實驗的反應物或產物,即闖關成功,下圖是奈米磁關的實作過程照片。
圖4:圖左為奈米磁顆粒靠近磁鐵時產生的變化,圖右為設計的闖關遊戲
二、利用鈷氯錯合平衡製作感溫變色棒
第二關是感溫棒的製作,英名為“Making thermochromic tube via the cobalt chloride equilibrim”,主要的任務是利用氯化亞鈷與氯化鈣兩種溶液,調配出不同顏色的溶液,藉此探討濃度對平衡移動的影響;並利用配置的溶液,注入細玻璃管,製作感溫棒,完成的感溫棒可置入冰、熱水中,觀察顏色的變化,藉此探討溫度對平衡移動的影響。下圖是感溫棒關的實作過程圖。
圖5:感溫棒的製作與測試的過程
三、利用微型電池探索電化學原理
第三關是微型電池關,英名為”Exploring the principle of electrochemistry via micro-electrochemical cell“,主要的任務是讓來賓們利用學校開發的微型電化學電池模組,來量測不同金屬電極組合的電位差;嘗試由關主提供的電極材料,組合出兩組高效能的電池,並點亮LED燈,即算闖關成功。此微型教具是剛研發改良,詳細的製作與教學應用可參考本期2019年九月份刊出的文章:平面型電化學電池的設計與應用。下圖為微型電池關的實作過程。
圖6:圖左為濾紙鹽橋上添加硫酸銅溶液,圖右為串聯兩組電池點亮LED燈的過程
四、綠色蝕刻鑰匙圈製作
第四關為綠色蝕刻關,英名為”Making the key ring via green etching“,主要的任務是引導來賓體驗本校開發的綠色電化學蝕刻教具,不使用強酸的情況下,在一塊方形的黃銅板上,藉由直流電與鹽水,蝕刻出此次活動的LOGO文字,並製作成鑰匙圈,鑰匙圈很有紀念價值,頗受來賓喜愛,相關類似的製作的原理與方法可參考台灣化學教育網站文章1。下圖為綠色電化學蝕刻關的實作過程。
圖7:圖左電化學蝕刻的過程,圖右為鑰匙圈的完成圖
五、官能基爬爬樂桌遊
第五關為官能基爬爬挑戰關,英名為”Functional Group PaPaGo Board Game“,主要的任務是引導來賓先認識分子撲克牌的設計原則與使用規則,再配合Functional Group PaPaGo桌遊布進行遊戲闖關,最先到達終點者得勝,此桌遊是本校開發用來學習有機化合物,認識分子2D、3D結構的創新教具。關於如何設計與使用可參考科學研習月刊上發表的文章2。新改版的官能基爬爬樂桌遊如下圖所示。
圖8:新版的官能基爬爬樂桌遊
n 活動開麥啦
緊張興奮的時刻終於來了,因為器材繁多,長途奔波不便,阿茂老師前一天自行開車將闖關活動實驗器材、海報以及辦理工作坊所需的材料載到會場安置,做好準備工作。同學則於隔天一早六點由慧文老師帶領搭乘學校租賃的中巴一起前往台北教育大學。
一、闖關活動:
學生們一大早六點集合,由大甲出發,約八點多到達國立台北教育大學會場,同學帶著惺忪的睡臉將行李搬下車,在門口碰巧看到大會的大型看板,在老師的邀請下,開心的在看板前留影,隨即小跑步前往自然系系辦放置行李,接著將各組的實驗器材搬往活動中心,並完成辦到手續後,最後趕忙前往會場參加大會九點整的開幕式。下圖為活動前合影
圖9:活動前匆忙的合影
為不影響正常議程,闖關活動的時程安排在第一天與第二天中午的12點到下午2點,開幕式後同學轉戰大禮堂開始布置,將實驗活動的器材擺置好,接著先提早用午餐,並稍作休息。很快的上午的兩場大會專題演講結束,與會者們陸續返回大禮堂用午餐,學生志工們隨即上場。下圖為各關闖關活動過程。
圖10:各組闖關活動
為激勵同學的使命感與自我要求,行前做了一些心理建設,同學們知道自己代表的不只是大甲高中,自己是台灣唯一上場的科學志工團隊,自己在2天裡將擔任台灣化學大使,向國際友人傳遞,並呈現化學教育方面的實驗創新成果;為鼓勵同學能夠放開心胸,勇於跟來賓互動,我設計了小組間的競賽活動,各組可以主動跟來賓合照、要簽名以及交換名片,但不可勉強來賓,最後按簽名與合拍數量來決定勝負,贏的組別可以獲得老師的神秘禮物。正式上場時,學生剛開始有點緊張,熱身後隨即大展開,努力地扮演自己好化學大使的角色。下圖為各關闖關活動與來賓開心的合照。
圖11闖關活動合影
活動中心下午三點後都是作為海報展會場,所以研討會的人潮湧向會場,7月29日~30日原本兩點結束的活動延續舉行,一直到四點半才結束。
二、晚宴活動
第一天活動後學生的晚餐,原本沒有幫學生報名繳費大會晚宴,但在金城教授的安排下,免費讓志工同學跟所有的與會學者們一起到海霸王餐廳參加晚宴,為了答謝金城教授的好意,活動前學生除練習實驗操作、口語講解外還一起排練了一首歌-The thousand years。參加晚宴的學者們來自四面八方,除了有經常參加的NICE研討會的熟悉面孔外,此次更多了許多第一次參與來自東南亞、南非、美國的學者、老師,雖然彼此間並不熟悉,當晚宴開始時,學生被主持人要求上台熱場,學生在老師要求下,有點靦腆的上場(其實他們有很多隱藏版的歌王、歌后,恨不得掌控麥克風,SOLO歡唱)。學生一上場隨即炒熱現場,同學很主動的把新認識日本的帥哥Yamakawa Haruki帶上台合唱,年輕學子悠揚的歌聲帶給現場的是無敵的青春活力,縮短了人與人之間的距離,也解除了對外在陌生世界人我的武裝,我的血液瞬間熱了起來…
圖12晚宴上的大合唱
第二天的闖關活動在經過晚宴活動的宣傳後,更加熱絡,志工們更加忙碌;海報展活動結束,所有學者參加了閉幕式,為了善後,同學們則是忙著整理實驗器材而未參加閉幕式。第三天是高中參訪活動,學生分別參觀了科教館展出的元素週期表特展,此特展是由臺灣師範大學科教所邱美虹教授策畫,讓學生們大開眼界;十點半後到下午四點則是參觀台北市新北高中,並參加由鍾曉蘭博士所舉辦的美容品DIY活動,以及學生海報展,DIY活動由慧文老師當任翻譯工作,教導各國的學者、老師、學生一起DIY,活動在輕鬆的氣氛下結束;頒完海報獎後,大夥一起行動搭車班鮮少的海線自強號回到大甲,結束三天精彩的活動。
n 學生心得
活動結束,要求學生趁記憶猶新寫心得報告,用心得報告換大會頒贈的志工證明書,茲將學生的心的簡述如下:
昀柔:在這兩天的闖關活動中,聽到最開心的一句話莫過於「你是位好老師!」聽到這句話十分感動,我們的努力別人看到了….當然這一切都是茂茂老師的功勞,沒有您活動也不會這麼成功,聽別組說有些教授想要您的名片勝過遊戲,闖五關只為了您的名片。謝謝邀請我參加的好友們,讓我的高中生涯不留下遺憾。
芷彤:在這次的活動中,我很清楚的感覺到自己與其他人的差距。無論是同樣參加活動的學生,還是志工同學,在面對國外的嘉賓對答如流,精確的做出示範,同時加以註解。而參加海報展的同學更加厲害,除了純英文的海報外,還得面對各國教授的提問。這樣的場面,或許是不夠熟練,常常忘詞,甚至不知如何回答外國老師的提問,說來有點丟臉。在即將到來的高三,及未來的日子中,我會努力充實自己,增強自己的實力,以面對未來的任何挑戰。
光哲:即使當天成功率大約一半一半,但我覺得關主與闖關者們都度過了美好的時光。在那二天,我看到了因成功而欣喜的表情,好似發現新大陸般興奮的表情,看到因失敗而有點小落寞。其中有位教授,我特別有印象,因為他連續兩天都有來,因為第一天的不成功,所以他再來挑戰一次,我十分佩服這種不服輸的精神。看著一雙雙熾熱的眼神,眼裡散發著熱情。即使眼前的他看來是四、五十歲,但給我的氣息,活力卻跟一位一二十歲年輕人一樣,可能這就是他們對化學的熱忱吧!一路走來,我十分感謝這些老師同學,我們相互幫忙,運用各自的長處完成這樣艱難的任務,不僅顧好各自組別,還會一起幫忙其他組。還有當初邀請我的同學,謝謝他們讓我有機會參加這活動。縱使耗費掉許多玩樂、讀書、社團甚至是模擬考的時間,但我覺得一切都值得了。
育暄:透過參加化學營這個機會,讓我體驗到了不一樣的經驗。在這三天的過程中,不僅僅認識到其他國家的朋友、教授、老師,也讓我有了更大的動力及憧憬了吧!因為看著其他地方的朋友有這些傑出的表現,讓自己對自己的現狀有了更大的期許,期許自己有朝一日也能在自己喜愛的事物上有所成就。其中更加體會到國際語言的重要性了,雖然說很多時候能用肢體語言來表達,可倘若能直接明瞭的說出口來還是比較方便的,所以英文很重要,能說,會聽更重要。很感謝這次的活動讓我有了個難忘的回憶,交到一個可愛的日本朋友;感謝茂茂老師這段日子的細心指導與付出,也感謝夥伴們的互助,大家都辛苦了!
宗諺:從第一次做奈米磁顆粒的失敗,到在NICE上的成功,這中間經過了許多的挫折,像溶液比例到底要是1:2還是3:5?廢液倒得乾不乾淨?磁力突出峰的明不明顯?我們不斷的利用課餘時間不斷的做實驗、測試條件。這三天,我看到了來自日本,韓國甚至還有越南和南非的教授和各國的學生來參加這場化學盛會,精彩的國際化學海報展覽、各場教授的華麗演講。更讓我發現到這世界上也有許多跟我們一樣年紀的人正在為自己的人生奮鬥;因為NICE我有了更廣擴的視野,因為NICE我得到了很多知識,因為NICE我成長了。
宜柔:非常榮幸能參與第八屆亞洲化學教育研討會,感謝主辦單位能給我們擺攤布置活動的機會,在這場活動中,接待了許多來自不同國家的教授、學生,這既能增加我與外國人士交流的機會,也能更了解其他國家對於化學的看法及不同的理解方式,拓展自己對於這個世界的視野。因為這個活動,我們必須分組共同布置不同的遊戲,最能感受到的就是大家的合作精神,以及不分你我他的一家人關係,大家都抱持著有難同當,有福同享的態度,互相扶持,當然最偉大最辛苦的還是我們的茂茂老師,指揮我們每一項步驟順序,替我們準備好所有的材料,在準備前往台北時,還不忘時時的提醒我們,要把我們最好、最棒、最完美的那一面表現出來,不能讓這幾個月下來的熱身準備付諸東流,我們代表的不只是大甲高中,還是台灣!並鼓勵我們,放輕鬆,其實這個活動並沒有想像中的那麼令人緊張,要帶著謹慎及愉快的心情去接待每一位參加者。
翊菲:我覺得這大概是我這輩子高中生涯裡最值得紀念也最有意義的一次活動了。活動過程中,我學得了好多新的東西,也認識了來自越南及日本的朋友;活動期間許多人對我們這組做的感溫棒很感興趣,有來自日本的兩個姐姐看到氯化亞鈷變色驚呼了一聲すごい
((;゚Д゚)),還有來自日本的老師告訴我,她要學起來然後回去教他的學生。謝謝茂茂老師及主辦單位讓我有機會參加到這麼好的活動。
靜如:我負責是官能基爬爬樂關,經過這次的活動,我收獲良多;除了和日本小帥哥交朋友之外,也和許多不同國家的人進行交流。此次的活動也讓我的英文口說有明顯的進步。很高興可以和大家一起參加這個活動,也很開心可以和大家一起留下這美好的記,也希望我們以後還有機會參加。Thank you for the memories that we created together in these three days. Hope to see you again in the future.
淳煜:在這次擺攤活動中,其實比我原本想像中的還要得到很多東西。其中最珍貴的是和許許多多的國內、國外老師以及教授們聊天、交流。像是國外教授,你可能就會了解自己的表達能力的侷限,在聽不懂得情況下該如何想辦法解決。面對國內的老師,那就是你的表達條列要清楚,其中會產生很多想法上的碰撞,比如選用新的材料,或是實驗方式的改善。真的很開心有這樣一個機會,可以參與這個活動。
可妮:我們是微型電化電池關,為了能讓所有的來賓都能體驗這項活動,我們都花上好幾天的時間裁切足量的金屬片與材料,並磨平利邊。過程中與夥伴一起早起,一起努力,一起做實驗,一起互相加油,珍貴情誼是過程中最大的收獲之一。有非常多來自國外的學者來參與這個活動,很開心能跟他們互動、交流,引導他們完成實驗任務,當看到他們利用電化電池點亮LED燈時露出的笑容,內心有滿滿的成就感。
持續對外交流,努力跟全世界交朋友是台灣該走的路。
這幾年台灣在改變,各階層的高中向外交流的機會激增,往往造成學校行政一定程度的負擔,但想想如果可以讓孩子多一些舞台,多一些接觸外界的機會,這些辛苦似乎是值得。本次在亞洲化學研討會上的科學闖關活動,感謝金城教授與美虹教授的支持與協助,讓鄉下的孩子有機會接觸到外界,並提升看世界的視野,從中汲取他人的新觀念、新作為;感謝蕭校長與怡君主任全力的支援,讓志工服務工作圓滿成功;最後感謝化學科夥伴,無怨無悔指導同學。科學推廣志工雖說只是一小步,但如果能成功地擔任年輕的化學大使,讓國外的學者、專家驚艷、叫好,不啻讓台灣化學教育的聲望往前邁了一大步。
志工們,老師以你們的表現為榮。
n 參考文獻
1. 廖旭茂、黃維靜(2016),化學學習新體驗:3D 分子博覽會。科學研習月刊,55(7),36-44。網址:https://www.ntsec.gov.tw/FileAtt.ashx?id=3084。
2. 廖旭茂、黃維靜,行動電化學蝕刻─印台和金屬書籤的製作。台灣化學教育期刊。2014(7),期2。http://chemed.chemistry.org.tw/?p=2174。
第八屆亞洲化學教育國際研討會之高中參訪活動–讓高中生變成主角
周金城1*、鍾曉蘭2
臺北教育大學自然科學教育學系1
新北市立新北高中2
n 前言
今年7月30到8月1日舉辦第八屆亞洲化學教育國際研討會(NICE),而大會於第三天安排高中參訪行程,這是自2009年的第三屆亞洲化學教育國際研討會開始加入的。當時的大會主席東京學藝大學Masahiro Kamata教授安排參與者參訪東京學藝大學附屬中學,當時的活動是由學校老師進行導覽,由各國教授或教師上台到高中班級中進行實驗實驗教學,相當有趣。之後,每屆的亞洲化學教育國際研討會的第三天就會安排參與者到高中進行參訪,並且加入了不同國家高中生一起做化學實驗以及高中生專題海報發表競賽的活動,讓不同國家高中生之間可以有許多學習與觀摩的機會。
n 到新北市立新北高中辦理參訪
於大會第三天上午十點半抵達新北高中,這次能到新北高中辦理NICE研討會高中化學教育參訪活動,大會非常感謝新北高中倪靜貴校長以及化學科教師鍾曉蘭博士的全力支持,讓高中參訪活動得以順進行。創建自1997年的新北高中是一個校園面積大,軟硬體設備均優的學校,校園中有很好的科學教學設備與實驗室,讓來參加NICE研討會的學者,印象深刻。
圖1 到新北高中參訪校門口合影
圖2 對大會參與者進行學校簡介
n 分組參觀學校的科學教育設施
新北高中校內有一個小型的科學博物館,內容比較多是收集生物與地科的相關模型與材料,可以讓教師在教學時有效利用。之前幾屆的國際化學教育研討會的高中參訪,都是由各校的英文老師負責相關解說。今年的則是由新北高中的教師訓練學生負責英文解說與導覽,這可以給學生很好的訓練機會,增加學生直接參與國際交流活動的機會。
圖3 新北高中校內就有小型自然科學博物館 |
圖4 由新北高中的學生擔任英文導覽員 |
除了小型博物館,還有座可以容納整個班級人的星座投影天球儀,是由新北高中的老師進行導覽解說,利用天球儀可以觀察南北半球的星空與星座,這是需要運用高度空間能力想像的學習主題,但是透過星座投影天球儀可以讓學習變得容易些。
圖5 星座投影天球儀播放室
大家最有興趣的還是參觀化學實驗室,實驗室中12組實驗桌,每一張桌子都有配置兩個水槽,每張桌子的上方都有配置萬向抽氣罩,牆邊還有配置數座通風櫥,因此可以讓學生放心的在實驗室裡進行各種化學實驗。而實驗室講台後方則是有很大間的實驗準備室並與實驗器材室與實驗藥品室相通,讓化學教師在實驗器材準備上相當的方便。化學實驗室相當的重要,若有安全方便的化學實驗場地、充足的實驗器材與設備,化學教育就可設計相當多的實驗活動讓學生進行。化學實驗室也是NICE參與者參觀的重點,想要觀摩學習各國在化學實驗室上的設計與安排,作為設計改進的參考。由於整個高中的科學教育設施相當完善,其中一位韓國的高中老師還詢問說這是一所私立學校或是特別的科學高中嗎?當我們告訴他們這是一所一般的公立高中時,他們都表現出非常訝異的表情。
圖6 化學實驗室
n 化學實驗DIY活動
七月的下午天氣是是相當炎熱的,若所有人到化學實驗室做實驗,可能會很會流很多汗。新北高中很貼心地將中午的午餐場地、下午的化妝品與乳液的DIY製作活動、高中生化學海報發表都安排在圖書館會議室,一方面洗手乳與乳液的DIY製作活動沒有藥品汙染的危險性,另一方面都在相同場地,大家也就不需要再移動位置,而且圖書館會議室是冷氣的。
下午實驗活動是由鍾曉蘭老師負責,她設計了洗手乳與乳液的DIY製作活動,先統一進行基本實驗原理與過程解說後,就進行分組實驗活動。每一組實驗活動,都由一位新北高中學生來負責英文解說帶領小組的其他組員進行實驗操作。新北高中的學生事都已經過訓練,表現得非常好,能帶領大家添加正確的試劑的比例,每人完成一罐洗手乳與一罐乳液並且可以帶回去,與會者都相當的開心。
圖7 化妝品與乳液的DIY製作活動 |
n 高中生化學海報發表競賽
在實驗過後,最重要的就是高中生化學海報發表競賽,這對各國高中學生來說都是有相當的壓力的。畢竟化學專題研究本身就已經有相當的難度,還要使用英文來進行解說。但是這些上場的學生都表現得相當沉穩,並沒有膽怯的樣子,而且可以和參觀海報者的提問,進行回答都表現都表現的相當好。這次的海報展總共有六組學生報名參展,主要是來自日本、韓國與台灣。我們由日本、韓國與台灣的教授中,各找一位代表來進行評分,再將三個評審的成績加總計算,第一名與第二名都是來自大甲高中的學生獲得,第三名則是來自東京學藝大學附屬中學的學生獲得。很高興台灣的學生表現亮眼,這要歸功大甲高中的指導老師廖旭茂老師願意全力付出的指導學生,才能讓將學生展現出此能力,廖老師每年都有指導學生參與台灣的全國科展活動,也經常得到全國很好的名次,他會進一步鼓勵高中生再將研究成果轉成英文海報,在經過英語發表訓練就可以參與這個競賽活動。其實各國高中生能有勇氣能站在這裡分享研究成果,就已經相當不簡單了。
圖8 各組高中海報作者與參與者互動之照片
n 參訪活動閉幕
隨著高中生化學海報發表競賽頒獎結束,由上午開始的高中參訪活動就結束了,而整個NICE研討會三天的活動也就隨著落幕。自2009年加入高中生參訪與高中生海報競賽,整個NICE研討會就年輕活潑了起來,也打造了一個給專屬給高中生參與國際化學教育學術活動的舞台,而高中化學老師扮演了一個很重要的關鍵角色,就是要如何將學生推上這個國際的舞台。亞洲化學教育國際研討會經過大家多年的努力,搭建出了這個專屬高中生展現化學學習成果的舞台,希望更多的化學老師能夠注意到這個舞台,幫助學生躍上這個舞台。
圖9 下午四點半離開新北高中前的中庭合影
n 結語
目前國內高中接待國際參訪工作愈來越頻繁,也顯示教育部推動國際交流具有相當的成效。由於台灣越來越重視英語教育,所以高中生的整體英語能力相較於以往有顯著提升,而且有些高中學生就已經可以通過中高級的英語檢定,使用英語進行溝通與表達已完全沒有問題。因此高中老師會訓練這些英語能力較佳的學生,擔任國際參訪工作的接待或導覽解說人員。這次的亞洲化學教育國際研討會接待、導覽與帶化妝品DIY實驗工作,就是由新北高中學生來直接負責的。早期的各國高中參訪主要是學校老師扮演主要的導覽與實驗教學活動角色,到這一次已經可以讓高中生來負責部分導覽與實驗教學活動,這是一個很重要的轉變。若能鼓勵學生積極投入化學教育活動,相信可以培養更多高中生在大學選讀化學相關學系,增加未來化學領域的相關工作人員。這次的高中參訪是相當成功的,也讓亞洲化學教育國際研討會的第三天高中參訪的形式有了新的面貌。
第八屆亞洲化學教育國際研討會之場地與議事組準備經驗交流
何慧瑩
國立臺北教育大學自然科學教育學系副教授
在本次大會主席周金城教授的盛情邀約下,本系林靜雯、李昆展、蕭世輝和我等四位自然系教授開始投入協助研討會之前置準備工作。林靜雯教授負責投稿與議程相關事宜;李昆展教授負責聯絡與邀請講者事宜;我和蕭世輝老師主要是負責場地借調、布置、報到、場地、議事、以及所有工作人員調度等庶務工作;大會主席周金城教授的工作則是統籌各組之進度,許多找不到人做的事,他都需要自己親自操刀。這次會議雖有些許不足之處,但以我們如此有限的人力完成這件工作,我個人認為大家都為了研討會全力準備了。本篇參與研討會的心得,主要是介紹我和蕭世輝教授所負責的庶務工作,雖然這工作無關乎化學教育研究,卻是研討會能否進行順暢的關鍵,以往很少有人將之紀錄下來。以下我將從會前準備工作和研討會當天特別的部分來說明我們工作的安排。
經費與人力總是所有活動最重要的考量。在大學內舉辦國際研討會活動,設備、場地與人力的支援,比在會展中心與飯店辦理來的容易些。國外的國際研討會經常會辦理在會展中心與飯店,並將整個活動委託會議公司來協助辦理,但是這樣的活動報名費通常收費也會收的相當高。為了讓國內外中學化學老師與學生都可以參與,本次研討會針對高中教師與學生都收費相當便宜,因此在大學內辦理可以省下一些設備與場地租用的費用。而工作人員招募首先要考量的也是經費問題,再來就是要如何吸引學生來參加。由於經費相當有限,除了循一般程序要於活動一個月前聘兼任助理並辦理勞健保並核發費用外,我們另外從國北自然系的大二服務學習課程招募學生,並提出一些可以吸引他們來參加的亮點,然後在Facebook上本系所建立的自然系社群貼出人員招募公告,有興趣的學生就會主動聯繫我,很快地就將工作人員找齊了。
由於七月底暑假宿舍已關閉,非常不容易招募到能來協助的學生,不過我們還是順利招募到16位學生來協助。接著,將學生大致上分6組,訂定各組人員的主要負責工作 。主要的有工作有攝影人員、報到人員、午餐茶敘人員、各分組場次人員、大會主會場工作人員、路徑引導人員與機動支援人員等。為了加強工作人員的識別,我們統一訂製了背心。此外,過去的活動舉辦,常會訂製統一的上衣,但是連續多天的活動衣物換洗不易,而且工作人員也不一定喜歡衣服的材質與設計,因此統一製作背心給工作人員穿著,這樣方便替換與送洗,而且以後的相關活動也可以繼續使用,是比較環保與省錢的作法。
圖一工作人員穿著統一的背心
重複場勘與模擬各種可能的情況,是準備工作上所必須的。台灣的夏季是經常有颱風的,雨天備案在籌備會討論的時間可能比正式會議流程討論還要長,這是外人所無法了解的。尤其當有戶外活動時,研討會的第一天下午的化學行動車與布袋戲化學實驗表演的戶外表演如何移到有雨遮的地方,還有的第二天傍晚的貓空纜車文化之旅,因為雨天貓空纜車是會停駛的,如何在傍晚時間臨時安排大家到具有台灣特色的室內場地,讓我們傷透腦筋來解決,但這還僅是與雨天備案。若是遇到放颱風假,整個活動要如何因應更是棘手,因為若放颱風假整個學校行政人員都是不在學校的,即使風雨不大整天會議仍將被迫取消,這些問題在籌備會上討論後我們並沒有討論出解決方案。尤其國外的學者已經搭機來台,要延後辦理也是不可能的事,這是在台灣夏季辦理研討會很大的風險。若研討會選擇在大型飯店內辦理,即使颱風天仍可以在飯店內如期舉辦活動,不受颱風假影響。還好我們很幸運的是這三天的研討會天氣晴朗,不需要動用到任何的雨天備案。
圖二各演講與實驗活動的事前整理與檢查工作
會議流程細目表是依據會議流程所安排的人員調度表,其中包含需要準備的物品與負責人員。此表中應詳列每一位工作人員在會議當日所處的時間、地點、與工作內容。尤其是人員的移動過程一定要清楚列在工作細目中,以利工作人員能於會議當日確認自己的行程。在安排人員時,一定要有工作人員的休息時間,也就是機動人員,他們在意料之外的事情發生時,第一時間就能進行處理,沒事時就輪流休息。早些年的研討會都會看到工作人員使用耳機與對講機進行聯繫,來解決突發狀況,但是近年來利用手機通訊軟體Line建立即時通訊群組相當方便,我們也利用Line建立聯繫群組。不論是報到處參與者的收據問題、午餐與茶敘加訂、臨時器材的支援、晚宴臨時加桌與增加素食等、要大會司儀臨時宣布事項等,透過Line群組都可以獲得即時的處理,比電話聯繫處理還要更快更有效率,也不需要採購對講機等通訊設備,相當方便。
會議所需之物品相當多且繁瑣,一定要清楚列出各項物品的細目、數量、以及完成時間。當然,由哪誰負責也要清楚標示出來,以利籌備委員會定期開會時確認進度。前置工作包含議程海報、大會提袋、會議手冊、標示牌、大型海報架、海報展示架、名牌、餐卷、簽到資料、收據領據製作等。會議上有些是一次性消耗品,有些是可以保留下來的,我們在會議所需材料製作上,盡量減少消耗品的製作,例如減少場地展架與飄旗製作數量,會議論文手冊也不再印刷出來,放在大會網站上讓大家下載即可。但是將大家比較會留下來物件製作精美一些,例如大會手提袋。
名牌需要放本次會議的圖樣、還有與會者的國家、姓名、職稱、工作單位、報名序號。籌備委員會討論後,決定能把議程和地圖也加入。經過設計之後,我們決定使用1張A4紙製作成兩張名牌,雙面列印之後剪裁。名牌吊帶需要能調整長度,我們也利用吊帶的顏色來辨別國家,因此我們選用了自然系的實驗課所剩餘材料(串珠和珠寶線)來製作,環保又具有特色。
圖三大會名牌的設計與製作
為了讓晚宴和文化之旅卷看起來比較有質感,我們選銅版紙來印製。文化之旅的照片是採用場勘人員於會議前親自到貓空進行場勘時所拍攝的照片。因為製作後的成品很像書籤,所以有些與會者參加時希望我們不要將票卷回收,他們想要保留下來紀念。
圖四大會晚宴的餐券
圖五文化之旅的活動卷
圖六大會手冊提袋是一個高品質的多功能書法袋
籌備委員會討論後,希望這次的禮品能具有臺灣的特色,而且還要克服經費的限制。於是我們想到利用系上採購於教學上使用的3D列印機來製作每一位與會者的個人化禮品,於是臺灣造型的鑰匙圈成為首選,我利用臺灣地圖製作鑰匙圈的模板(利用Inkscape軟體),然後每一位與會者的姓名放在地圖上方,這樣就成了利用3D列印製作的個人化禮品了,並可以選擇不同顏色的線材來加以列印(利用Tinkercad線上建模軟體製作)。每一件都是由我親自逐一列印出來的,大家來報到時拿到有自己名字的客製化禮品都非常的開心。
圖七利用繪圖軟體所建的模型檔 圖八實際由3D印表機所列印出來的圖形
除此之外,在會議前製作的3D個人化鑰匙圈,可能會有姓名列印錯誤需要及時修正,或者是有人想再多做幾個作為紀念,因此,我們也招募了本校教職員的小孩,是兩位國中生與一位小學生,會議之前進行2天的訓練,在會場時已能完全控制3D建模與列印,兩天共客製化約20幾個不同外觀的鑰匙圈。許多參加會議的人都很好奇看到小朋友來幫忙,增添了會場的歡樂氣氛。
圖九於會議當天在大禮堂設置3D個人化鑰匙圈現場處理攤位
研討會能否順利完成,在於全體人員彼此間的溝通與合作,以及事前的準備工作是否確實進行。我很高興自己能有這機會協助2019亞洲化學教育國際研討會,會議期間雖然很累,但看到自己和蕭世輝教授所規劃的人員調度發揮了作用,整個會議進行得相當順暢,我們都感到無比的欣慰。我相信讓校內與系上的學生參與研討會的事務性工作,可以提供他們學習成長的機會,畢竟系上也不是經常辦理大型的國際研討會,有些屆學生由大一日入學到大四畢業也沒有遇過,相信參與同學們的收穫會比付出的更多,最後感謝各位工作人員相挺,讓會議圓滿成功!
平面微型電化學電池的設計與應用
廖旭茂
台中市立大甲高中
教育部高中化學學科中心
[email protected]
n 影片觀賞
本實驗影片由國立大甲高級中學提供,方型電化學電池的製作與使用介紹。
影片網址:https://youtu.be/4f_kGVioDjI,YouTube.
n 簡介
國高中的電化學實驗課程中,電化學電池(electrochemical cell)涉及有毒重金屬鹽類的使用,以及廢液的排放,加上傳統實驗燒杯器皿容積過大、擔任鹽橋的U形玻璃管容易打破、難以進行電化學電池活性序列的調查,以及電位變因探究等諸因素,造成實驗教學不易進行的刻板印象。在108新課綱中,高一的基礎化學也取消電化學電池的實驗課程。
課綱取消電化學電池的緣由難以探究,不過電化學電池概念牽涉綠色化學、能源永續等前瞻思維的養成;新的電池科技也蘊含著龐大商機,其重要性與未來性無庸置疑。如何透過創新設計,改善傳統電化學電池使用上的諸多缺點,並遵循綠色化學原則,減少實驗藥品用量、有效降低有毒廢棄物排放,讓中學的老師們願意帶學生進實驗室,著實是一件重要的工程。
20年前芬蘭手機大廠一句有名的slogan-“Human Technology”(在台灣翻譯為科技始終來自人性,此意與原文可能不完全一樣),其強調所有科技創新除了功能性取向外,還必須要考慮人機介面的親和性、直覺性與需求性等,“User side thinking”漸漸取代”Supply side thinking”。筆者之前在本刊1以及科學研習月刊2發表過創客版的微型電化學電池模組,歷經1年多來老師們教學使用後的回饋與建議,決定針對設計造成的不便性,進行修改。藉此減輕中學老師的負擔,提高進行實驗的意願。
新型的電化學電池模組,利用雷射切割機來進行製作開發,外觀上依舊是將電化學電池平面化,涉及電子轉移的氧化還原反應不在燒杯中進行,而在壓克力雷射切割出的方形凹槽裡;以硝酸鉀溶液沾濕的濾紙作為鹽橋,濾紙形狀為方便加工,由圓弧形改為長方形;為改善接觸不良問題,金屬片電極由抽取式改為固著式,放置於同形狀的凹槽內,並由不鏽鋼螺絲固定接觸;金屬片電極的面積加大,方便更換,且降低內阻。下圖為兩種微型電化學實驗模組的比較。
圖1:圖左為舊款的微型電化學電池,圖右為改良後的微型電化電池
期盼透過本實驗模組的分享,能啟發並鼓勵中小學的教師們「自己的教具,自己做」外,真正願意帶學生進實驗室做實驗,讓中小學的化學實驗能真正達到減量、減廢,並符合綠色化學原則;進而培養富行動力、責任心,以及綠色思維的現代公民,落實永續教育的經營目標。
n 器材與藥品
1. 功率80 W的雷射切割機。
2. 透明壓克力板60 cm × 40 cm,厚度8 mm及5 mm各一塊
3. 螺絲攻牙器1組,以及固定虎鉗【購自五金材料行】
4. 鑽孔機1台(含鑽頭)
5. 手擰螺絲(Φ=6 mm,長12 mm)數個【購自五金材料行】
6. 平頭一字螺絲(Φ=4 mm,長12 mm)數個【購自五金材料行】
7. 鎂合金、鋅、鐵、銅金屬片數片(尺寸為2.5× 2.5cm,厚0.5 mm)
8. 厚0.5 cm碳纖維片(單支尺寸為100.0×2.5 cm,以美工刀裁成2.5 × 2.5 cm)
9. 紅光LED燈、藍光LED燈各1個。
10. LED母插頭連接線,線長20公分,
11. 紅、黑鱷魚夾1組,綠色鱷魚夾導線1組(兩頭夾,線長約10公分)
12. 光膠筆1支
13. 濾紙(單張尺寸為40× 40 cm,以美工刀裁成2.5 × 5.0 cm)
14. 2.0硝酸鉀(Potassiumnitrate, KNO3)溶液、1.0 M硫酸銅(Copper(II) sulfate, CuSO4)溶液、1.0 M硫酸鋅(Zinc sulfate, ZnSO4)溶液、1.0 M硫酸亞鐵(Ferrous sulfate, FeSO4)溶液、1.0 M硫酸鎂(Magnesium sulfate, MgSO4)溶液各10 mL,盛裝在點滴瓶內。
n 微型電化學電池裝置的製作與使用
一、 發想設計優化流程
1. 發想:延續綠色化學原則,減量、減廢的考量,在線路接觸穩定、電極片方便使用、耗材濾紙容易裁剪,以及可重複使用的原則下,優化前的設計思考有幾個方向:
(1) 如何在方形的空間,進行一組或多組的電化學電池實驗。
(2) 金屬片的形狀、擺放位置的安排,以及如何其他電極的金屬片連接。
(3) 鹽橋的形狀簡單,方便老師自行剪裁。
(4) Led燈座的設計,改善線路接觸不良的狀況。
2. 以Adobe CS3 Illustrator繪圖軟體,依設計原稿尺寸72╳60 mm繪出數位的ai圖檔。下圖為軟體輸出的數位設計圖。
圖2:微型電池的底座(左)、上蓋(中)以及燈座(右)
3. 電池底座與Led燈座的雷射加工:因電池底座與燈座都是使用8mm的壓克力板,所以一併切割。在雷切軟體Rdworks中,導入ai設計檔,然後依圖層依序填色,並調整雷射切割的速率與功率。藍色的區域是利用雷射掃描雕刻,刮除方形區塊,造成1.5~2.0 mm深的凹陷;紅色的區域是利用雷射切割,完成切除直徑5mm的圓洞,方便螺絲攻製作M6的螺孔;中間長條黑色外框是雷射切割,將功率調低,在壓克力板上描畫出一個長方形;最後,最外面黑色方形框線是利用雷射切割,將功率調到最高,完整切割出一塊長72 mm,寬60 mm,厚8mm的電池底座。下圖為底座與大、中、小三個圓板燈座完成圖。
圖3:微型電池的底座雷射完成圖
4. 電池上蓋雷射加工:電池上蓋是使用5mm的壓克力板,所以與底座分開切割。黑色的文字是利用雷射掃描雕刻,刮除文字區塊,造成類似印章陰刻效果;最中間紅色的圓圈區域是利用雷射切割,完成切除直徑6 mm的圓洞;另外四個紅色小圓圈是利用雷射切割,完成切除直徑3.3mm的圓洞,方便螺絲攻製作M4的螺孔;最後,最外面黑色方形框線是利用雷射切割,將功率調到最高,完整切割出一塊長72 mm,寬60 mm,厚5mm的電池上蓋。下圖為上蓋完成圖。
圖4:微型電池的上蓋雷射加工完成圖
5. 螺孔攻牙:以虎鉗將方形的壓克力底座穩地的固定住,接著取一支螺絲攻板手,安裝M6攻牙器後,雙手穩握住板手,與壓克力圓盤保持垂直,隨後順時針方向旋轉,在預先雷切的中心孔位(直徑5mm)緩慢地攻出一個直徑6mm,深8mm的螺牙。取下M6攻牙器後,重新安裝M4攻牙器,隨後順時針方向旋轉,在5mm壓克力上蓋預先雷切的中心孔位(直徑3.3 mm)緩慢地攻出一個直徑4mm,深5 mm的螺牙,下圖為攻牙的過程。
圖5:圖左螺絲功牙過程,圖右為壓克力底座攻好的螺牙
6. 電化學電池組合:取4個M4平頭的螺絲旋入4個螺孔取出切好的壓克力上蓋,螺柱朝上;再取一長12
mm且6 mm的手擰螺絲(預先旋入一個M6的透明塑膠墊片),穿越上蓋並旋緊底座固定。下圖為方形電化學電池的完成圖。
圖6:微型電池底座(左)及其上蓋(右)
7. Led燈座的製作:取雷切的中、小兩個圓板,將兩個圓板置中疊合,再取LED母插頭連接線的長方形插座從中型的圓板掃描的凹洞處插入,將兩個中、小圓板貫穿,隨即在兩個圓板接觸處擠入少量透明光膠;打開光膠筆另一端紫光led的開關,以紫光led燈照射塗抹光膠處約20秒,待乾。將插頭紅、黑兩條連接線塞入中型圓板的雷切溝槽,再與雷切的大型圓板緊壓堆疊,隨即在兩個圓板接觸處擠入少量透明光膠;再以光膠筆的紫光led照射塗抹光膠處約20秒,待乾。下圖為Led燈座的製作過程。
圖7:燈座的製作過程
二、平面微型電化學電池的使用
1. 取出微型電化學電池,鬆開螺絲,底座上有標誌1, 2, 3,4的四個方框,打開上蓋將長方形濾紙橫跨標示1、2兩個正方形方框,放置在底座的相對位置,並滴加數滴硝酸鉀溶液濕潤濾紙作為鹽橋。下圖為濾紙鹽橋的位置。
圖8:方形濾紙鹽橋的位置
2. 在長方形濾紙的一邊滴入1滴的硫酸鋅溶液,隨即將一方形的鋅片放置在紙片上方(方框1內);在濾紙的另一邊滴入1滴的硫酸銅溶液,隨即將一方形的銅片放置在紙片上(方框2內),蓋上上蓋將螺絲旋緊,完成一組鋅銅電池。鋅銅電池如下圖所示。
圖9:鋅銅電池的使用
3. 單個電池電位差的測量:取一個三用電表,將旋扭轉至DCV,刻度2000mV,隨即以紅、黑鱷魚夾導線的一端分別連接銅、鋅兩極的螺絲,讀取三用電表的數字,即為鋅/銅電池的電位差。下圖為鋅銅電池的測量圖(鋅銅電池的標準電位差為1.10V)。
圖10:以三用電表測量Zn/Cu電化學電池的電位
【動動腦1】此鋅/銅電池何者為正極?______,何者為負極?_______
【動動腦2】請問方框1內發生了甚麼反應?______反應(填入氧化或還原),其反應式為_____________________________________;方框2內發生了甚麼反應?______反應(填入氧化或還原),其反應式為 _____________________________________。
4. 串聯電池的電壓測量:取另一長方形濾紙橫跨放置在標示3、4的兩個正方形方框內,並滴加數滴硝酸鉀溶液作為鹽橋。於長方形濾紙的一邊滴入1滴的硫酸鋅溶液,隨即將一方形的鋅片放置在紙片上方(方框3內);在濾紙的另一邊滴入1滴的硫酸銅溶液,隨即將一方形的銅片放置在紙片上(方框4內),蓋上上蓋將螺絲旋緊,完成另一組鋅/銅電池。
5. 順向串聯:老師提供綠色的雙頭鱷魚夾導線作為兩個鋅/銅電化電池的連結之用,若將綠色鱷魚夾兩頭連接方框2螺絲與方框3螺絲,隨即以三用電表的黑色鱷魚夾連接方框1的螺絲(鋅電極),而紅色的鱷魚夾線連接方框4的螺絲電極(銅電極),測量串連後的電壓值為多少伏特?________。並請在下圖的四個空白方框標示正負極。(以+, –表示)
圖11:順向串聯接法與電壓的測量
6. 逆向串聯:老師提供綠色的雙頭鱷魚夾導線作為兩個鋅/銅電化電池的連結之用,若將鱷魚夾兩頭連接方框2螺絲與方框4螺絲,隨即以三用電表的黑色鱷魚夾連接方框1的螺絲(鋅電極),而紅色的鱷魚夾線連接方框3的螺絲電極(鋅電極),測量串連後的電壓值為多少伏特?________。並請在下圖的四個空白方框標示正負極。(以+, –表示)
圖12:逆向串聯接法與電壓的測量
n 教學應用
1. 初階版:測定電化學電池電位差1:(提供給一般食譜式教學的參考)
取Mg、Zn、Fe、Cu、碳纖維片(因銀片過於昂貴,價格較低廉,導電性佳的碳纖維可取代銀金屬)五種不同的電極,及對應的鹽類溶液分別為硫酸鎂、硫酸鋅、硫酸亞鐵、硫酸銅以及硝酸銀五種溶液。電化學電池組合操作步驟與上述「方形微型電化學電池的使用」步驟1~3相同,以三用電表的黑色、紅色鱷魚夾線連接螺絲電極1、電極2,測量任何兩組電化學電池的電位差,並將測量結果填入下列表格,並與標準電位差互相比較,並嘗試說明偏差產生的原因。
表1:不同電極組合下電位差。[註]:電極1接三用電表負極,電極2接三用電表正極
電極2(+)
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Mg
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Zn
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Fe
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Cu
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C(Ag)
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Mg
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Zn
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Fe
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Cu
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C
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【動動腦3】請問哪一種電極組合電池的電位差最大?______,此時電壓的______伏特,此時負極為______,發生的陽極的半反應為__________________________________________。 正極為_______,發生的陰極半反應為_____________________________________________。
2. 進階版:
(1) 「如何串聯製造高效能電池?」以上五種不同電極組合(可重複使用),如何串聯可產生最高的電位差,並點藍光LED(點亮藍光LED約需3.0 V的電壓,點亮紅光約需2.0
V的電壓)。
做法:承上,由老師提供的金屬片,同學們經討論,向老師領取所需材料,自行經串聯組合成最大的電位差。同學可以跟串聯實驗結果填入下方簡圖中,說明正、負極位置,如何串聯,以及三用電表的使用。
圖13:如何串聯製造高效能電池的簡圖
(2) 「看誰最來電?」─判斷金屬活性的大小、並決定未知金屬身分(引導式探究學習)
做法:任取A~E五種大小相同的未知金屬片,以硝酸鉀為鹽橋溶液,讓學生由電子的流動方向和電池電位差高低,來判斷這五種未知金屬的活性大小。建議步驟如下:
a. 取出方形微型電化學電池,鬆開螺絲,打開上蓋將長方形濾紙橫跨標示1、2兩個正方形方框,並滴加數滴硝酸鉀溶液作為鹽橋。
b. 在電極區1, 2分別置入A、B兩金屬片,以三用電表的紅黑兩鱷魚夾測量兩金屬間的電位差,並藉由電子的流動方向,判斷A、B兩金屬的活性大小。
c. A金屬片不變,將B金屬抽換成C金屬,以三用電表的紅黑兩鱷魚夾測量兩金屬間的電位差,並藉由電子的流動方向,依此結果判斷A、C兩金屬的活性大小。
d. 承上,A金屬片不變,將C金屬抽換成D、E金屬,以三用電表的紅黑兩鱷魚夾測量兩金屬間的電位差,並藉由電子的流動方向,依此結果判斷A、D與A、E兩金屬的活性大小。
e. 根據三用電表的測量結果,作圖繪出各金屬片的氧化電位高低,並藉此說明五種金屬的活性大小
f. 揭開謎底,公布五種金屬的名稱,讓學生比對實驗結果,並指出A~E最後身分。
g. 想想看,除了電化學的方法外,還有甚麼方法可以驗證五種金屬的活性。
n 原理與概念
方形電化學電池教具改良自傳統國高中課本提供鋅銅電池實驗,電子自鋅銅電池中活性較大的鋅片流出,經導線流入活性小的銅片電極,並以平面型的「濾紙鹽橋」取代玻璃U形管,保持兩極溶液的電中性。標準電極電位Eo,分為標準還原電位Eo red (一般教科書多以還原電位來表示),與標準氧化電位Eoox。標準還原電位越高,代表物質越容易得到電子,為越強的氧化劑;標準氧化電位越高,代表物質越容易失去電子,為越強還原劑。電池電位差的計算,以鋅銅電池反應為例:
陽極(負極,氧化反應):Zn(s) → Zn2+(aq) +2e-Eoox= +0.76 V
陰極(正極,還原反應):Cu2+(aq) + 2e-→ Cu(s) Eored= +0.34 V
電池的電位差Eocell = 陽極的氧化電位Eoox+ 陰極的還原電位Eored
= 陽極的氧化電位Eoox – 陰極的氧化電位Eoox
=陰極的還原電位Eored– 陽極的還原電位Eored = 1.10 V
五種電極的電池組合中,共可產生十組不同電位差的電池。本實驗的Mg、Zn、Fe、Cu、C(Ag)五種電極所組成的自製微型電池與課本提供的兩種電化學電池的標準電壓大小,如表1所示:
表2:各種電化學電池電位差大小及其比較
電壓電池組合 |
標準電位差(V1) |
微型電池電位差(V2) |
ΔV=V1-V2 |
Mg-Zn |
1.61 |
0.59 |
1.02 |
Mg–Fe |
1.93 |
0.92 |
1.01 |
Mg–Cu |
2.71 |
1.43 |
1.38 |
Mg–C(Ag) |
3.17 |
1.88 |
1.29 |
Zn-Fe |
0.32 |
0.35 |
0.03 |
Zn-Cu |
1.10 |
1.01 |
0.09 |
Zn-C(Ag) |
1.56 |
1.37 |
0.19 |
Fe-Cu |
0.78 |
0.62 |
0.16 |
Fe–C(Ag) |
1.24 |
1.03 |
0.21 |
Cu–C(Ag) |
0.46 |
0.38 |
0.08 |
從結果來看,活性大的金屬鎂當陽極時 ,與其他金屬所組成的電化電池與理論值的偏差ΔV較大,電位差比標準值來的低約1.0~1.3V,據文獻探討[3]推測是活性大的鎂金屬在中性與酸性的溶液中會發生氧化,生成鎂離子(或氫氧化鎂),以及與水發生還原反應產生的氫氣。產生的氫氣吸附鎂電極的表面,造成電極的極化現象,加上鎂電極的表面生成難溶於水的氫氧化鎂,限制了鎂金屬的腐蝕速率,導致增大電池的內電阻,電化學電池的電壓因而下降。相關反應如下式所示:
金屬活性大者作為負極,活性小者作為正極。當兩組電池串聯時,串聯符號為負、正、負、正,此為順向接法,兩組電池的電位差相加;當兩組電池串聯時,串聯符號為負、正、正、負,則為逆向接法,兩組電池的電位差相減。電池組合中以鎂/碳電池的電位差最大,單組鎂/碳電池約為1.88V,兩組鎂銅電池的串聯電壓可達3.74V左右,可點亮藍光LED(LED燈插入燈座時須注意,燈腳長者為正極,與紅線相連;短者為負極,與黑線相連,切勿混淆),下圖為鎂碳電池串聯圖。
圖14:兩組鎂/碳電池串聯點亮藍光LED圖
在中學教學上,老師習慣用氧化電位來進行電池電動勢的教學:「活性大的金屬,屬於高氧化電位,活性小的金屬氧化電位低,兩者間有電位差,造成電子由高氧化電位電極流向低氧化電位電極流動;電子流可比喻為水流一樣,水在不同高度存在位能差,因此水由高處流向低處。所以電池的電動勢(電位差),即為兩者的氧化電位之差。」
n 安全注意及廢棄物處理
一、本次實驗所用的CO2雷射切割機,波長為1064nm,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。
二、每次實驗後,應以自來水清洗壓克力,並以砂紙磨去金屬片上的氧化物,擦乾置入封口袋保存;紙鹽橋可用擦拭用的不織布取代,水洗後可回收重複使用。
三、放電一段時間或長時間未使用,水分會蒸發,內電阻會加大,電壓會下降,使用者可滴加1~2滴純水即可恢復。
n 參考資料
1. 廖旭茂,綠色化學實驗模組的設計與應用-1:電化學模組。台灣化學教育電子期刊,2018(11),期28,http://chemed.chemistry.org.tw/?p=2174.
2. 廖旭茂,綠色創客:微量電化學電池的設計與應用。科學研習月刊,2017,卷56,期11,頁54~62。
3. Tianran Zhang,ZhanliangTaoa and Jun Chen (2014). Magnesium–air batteries: from principle to application. Mater. Horiz., 2014,1, 196-206.
虛擬實驗討論教學策略在氣體定律探究與實作教學的應用
李啟讓1 *、洪振方2、李坤3、李柏林4
1. 國立高雄師範大學科學教育暨環境教育研究所博士
2. 國立高雄師範大學科學教育暨環境教育研究所教授
3. 國立高雄師範大學科學教育暨環境教育研究所博士班
4. 國立陽明大學生物醫學工程學系碩士班生醫材料組
十二年國教普通高中自然科學新課綱10-12年級「科學探究」歷程分為,發現問題、規劃與研究、論證與建模,表達與分享。「實作學習內容」為實際操作的科學學習活動,例如:觀察、測量、蒐集資料與分析、歸納與解釋、論證與作結論等(教育部,2016)。虛擬實驗討論教學策略在氣體定律探究與實作之學習歷程為:透過真實化情境動畫的觀察、發現問題、辨別變因類型、提出假說和操作虛擬實驗、蒐集與分析數據,將數據繪製圖形、建構數據模型,從圖形的變化趨勢尋找規律性形成結論,以文字或符號表徵數學模型,應用模型解釋或推論問題(李啟讓,2019)。虛擬實驗討論教學策略在氣體定律探究與實作本質上是科學探究與數據建模的過程,與十二年國教普通高中自然科學新課綱10-12年級科學探究與實作的學習重點是一致的。
虛擬實驗討論教學策略在氣體定律探究與實作的流程包括:1.現象觀察:線上觀看氣體定律虛擬實驗影片;2.提出問題:提出可以探究的研究問題;3.選擇變因:選擇研究問題的操縱變因、控制變因、應變變因;4.實驗預測:由操縱變因與應變變因的因果關係提出待驗證的假說;5.實驗數據選擇與表格設計:決定操縱變因實驗數據間距的大小、設計可記錄操縱變因與應變變因數據的適當表格;6.進行虛擬實驗:線上操作互動式虛擬實驗、詳實記錄實驗數據;7.繪製實驗結果的數據圖形:選擇適當的數據圖形、決定數據轉換成圖形X-Y軸的座標軸名稱、組織與建立數據模型;8.
比較實驗結果與實驗預測:驗證實驗結果與實驗預測的假說是否一致,假說是否獲得支持;9.形成結論:解釋數據圖形變化趨勢表徵數據圖形的意義,以符號建構數學模型;10.即時評量:表達與分享,應用數據模型或數學模型描述、解釋、預測或推論原來情境或新情境的問題。
虛擬實驗討論教學策略在探究與實作的教學設計,參照吳英長(1988)的小組討論教學流程、歐陽鐘仁(1996)解決問題討論教學及Nelson(2013)的問題焦點討論設計而成。本虛擬實驗討論教學的教學策略分成教學前、教學中、教學後三個過程,分別說明如下:
(一)教學前過程:
1. 分組:
(1)使用前一次化學期中考成績排序後以S型分組或社交計量分組,每組3~4人,全班分成10~11組,每組指定一位小組長負責評分及記錄同組組員發言次數。上課時小組成員提出問題或回答問題,其他小組長依據評分標準給予其他小組加1~3分,並記錄在小組互評表(如表1)。而發言小組則記錄發言組員提出問題或回答問題次數列入貢獻率。為了能夠讓不擅言詞或學業成績不佳學生有發言機會,除了自由提問(或回答)外,教師亦會適時以較能夠回答出來的問題抽問不擅言詞或學業成績不佳學生,來鼓勵他們參與討論。
(2)小組互評表評分給分標準:提問給分範圍1~3分,回答給分範圍1~3分(黃國禎,2016)。
① 給3分:能清楚描述問題並提供足夠理由說明問題重要性(提問)。使用合宜的資訊清楚回答同學的問題(回答)。
② 給2分:能描述問題但提供的理由不夠周全(提問)。試圖回答同學的問題(回答)。
③給1分:未能描述問題及其重要性主題不明確(提問)。僅以最基本的答案回答同學問題,或未能解答(回答)。
(3)貢獻率:同組有發言,小組長紀錄組員提問或回答累計次數列入個人平時成績加分參考。
表1小組互評表(班級:組別 組長姓名: )
組別
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座號
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組員姓名
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總分
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第
一
組
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第
十
一
組
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2.角色分配:指定一人為小組長負責評分與紀錄,其他成員為組員。
3.安排座位:同組成員併桌坐在一起上課。
4.設計討論題目:從氣體定律虛擬實驗軟體中設計問題作為提問討論的題目。
(二)教學中過程:如圖1所示。
1.第一階段虛擬實驗討論教學流程:觀察→提問→建立模型(物理模型)→提出待檢測第一個假說,以教師占課堂10%時間提問,以占課堂40%時間進行小組討論教學。
(1) 觀察:學生從虛擬實驗影片的情境中,認識問題的本質,產生各式各樣的思考,從問題的結構找出主要變因。
(2)提問:學生根據找出主要變因決定提出待答的問題。
(3)建立模型:針對現象中操縱變因、控制變因、應變變因的因果或聯合關係發展出暫時性的模型(物理模型)。
(4)提出待檢驗假說:進行各種角度的系統化觀察與分析事物,活用先備知識與推理,提出研究 假設。從變因的因果關係提出待驗證的第一個假說,以「當…時,若…則….」的形式表示。
圖1虛擬實驗討論教學策略
2.第二階段虛擬實驗討論教學流程:設計驗證第一個假說實驗→蒐集與分析數據(由圖形建構第一個數據模型)→解釋數據模型→結論(支持第一個假說得到第一個數學模型)→應用與解釋。以教師占課堂10%時間提問,以占課堂40%時間進行小組討論教學。
(1) 設計驗證假說實驗:透過控制變因實驗,設計並操作虛擬實驗,選擇合適數據進行實驗操作。檢驗模型中各種可能的因果關係是否成立?
(2) 蒐集與分析數據:製作表格登錄實驗數據,以X-Y座標軸(操縱變因與應變變因)將數據轉換成圖形,組織與建立數據模型。
(3) 釋數據模型:盡可能結合課程單元科學概念或數學概念中,各個有關因素之間存在的因果關係,從圖形所獲得規律性形成解釋。
(4) 結論:當實驗結果支持待答所對應的研究假設,據此形成結論。從實驗所發現的規律性用一個數學式子,可以進一步提出什麼待答的問題,建立第一個數學模型。虛擬實驗討論教學的探究與實作規劃—以波以耳定律為例,如表2。
(三)教學後過程:
應用與解釋:應用波以耳定律數據模型與數學模型,進行描述或解釋原來情境或新的情境問題。用焦點問題討論法以四個焦點層面問題(如表3小組學習單—-浮沉子),分別為觀察性問題(如表3問題1)、反思性問題(如表3問題2)、解釋性問題(如表3問題3)及決定性問題(如表3問題4),提供學生應用數據模型與數學模型完成個人學習單與小組學習單。個人學習單與小組學習單的差別在於表3問題4,個人學習單的問題4內容為:你認為,水中浮沉子上升或下降的現象為何可以用氣體定律解釋的理由是:。
表3小組學習單—-浮沉子
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虛擬實驗討論教學在探究與實作教學的應用,從真實化情境問題出發,問題本身可以從不同角度切入,在培養學生的觀察力、引發學生科學思考與增進邏輯思辨能力,擴展學生思考廣度和推論能力。隨著數位網路的進步,教師的教學策略與學生的學習方法都需要有所調整,方能提升學生的專注力。de Jong、Linn與Zacharia(2013)認為虛擬實驗可將無法觀察到的變化過程與可以觀察到的現象,與符號或公式相互連結,幫助學生學習抽象概念的表徵。採用虛擬實驗討論教學策略作為探究與實作教學方式,課程設計原則建議如下,1.虛擬實驗的提問題目,答案要由學生說出來。2.操作虛擬實驗、蒐集與分析數據,將數據繪製圖形,要由學生做出來。3.學習單最好先完成個人的學習單後,經小組討論再完成小組的學習單。學生自己操作實驗所做出結果的歷程,都會透過數位工具都已記錄下來,教師可以即時掌握同學的學習狀況,瞭解學生哪些觀念較為不清楚,適時給予補充或釐清觀念,增進學習成效;並且學生可以自我監控學習歷程,提升學生的自主學習能力。
參考文獻
1. 李啟讓(2019)。運用虛擬實驗翻轉教學與虛擬實驗討論教學促進高中生對氣體定律的數據建模能力之研究。國立高雄師範大學科學教育暨環境教育研究所博士論文,高雄市。
2.吳英長(1988)。國小學生小組討論運作方法之初探—以萬芳國小為例。台北:928文化。
3.教育部(2016)。十二年國民基本教育課程綱要—國民中小學暨普通高級中等學校自然科學領域草案10-12年級。台北:國家教育研究院,頁27-38。
4.黃國禎(2016)。翻轉教室理論、策略與實務。台北:高等教育文化。
5.歐陽鐘仁(1986)。科學問題的探究方法。台北:幼獅文化。
6.De Jong, T., Linn, M. C., &Zacharia,Z. C. (2013). Physical and Virtual Laboratories in Scienceand Engineering. Science, 340(6130),305-308.
7.Nelson, Jo.(2013).The Art of Focused Conversation for Schools.The Canadian Institute of Cultural Affairs, Toronto, Ontario, Canada.
《臺灣化學教育》第三十二期(2019年7月)
目 錄
n 主編的話
u 第三十二期主編的話/邱美虹〔HTML|PDF〕
n 本期專題【專題編輯/邱美虹】
u 兩岸化學教育高峰論壇:「自然科學探究與實作」之我見— 以在客廳可以實作的化學反應為例/蕭次融〔HTML|PDF〕
u 兩岸化學教育高峰論壇:科學探究教學研究與實踐/段曉林〔HTML|PDF〕
u 兩岸化學教育高峰論壇:教師模型、建模內容知識與建模本位教學內容知識之發展/林靜雯〔HTML|PDF〕
u 兩岸化學教育高峰論壇:創造性探究模型在探究與實作教學的應用範例分享/林芬如、段曉林〔HTML|PDF〕
u 兩岸化學教育高峰論壇:科學建模本位的探究教學對學生化學電池的心智模式改變情形/曾茂仁、邱美虹〔HTML|PDF〕
u 兩岸化學教育高峰論壇:化學模擬實驗軟體在國中八年級理化的探究與實作應用/陳子聖、周金城〔HTML|PDF〕
u 兩岸化學教育高峰論壇: 公開觀課:同題異構–週期表/鍾曉蘭〔HTML|PDF〕
u 兩岸化學教育高峰論壇:公開觀課:同課異構–濃度對反應速率的影響/曹雅萍〔HTML|PDF〕
u 兩岸化學教育高峰論壇:綠色創客-2:霍夫曼微型電解水模組的設計與應用/廖旭茂〔HTML|PDF〕
n 課程教材/多元教學法【專欄編輯/丁信中】
u 科技大學學生對化學的學習信心和學習興趣/丁信中〔HTML|PDF〕