中學化學App教材與教學：從化學心臟病到沉澱App ／吉佛慈

星期四 , 11, 1 月 2018 編輯助理本期專題, 第23期/2018年1月留言功能已關閉

中學化學App教材與教學：從化學心臟病到沉澱App

吉佛慈

國立臺灣師範大學附屬高級中學
[email protected]

n 簡介

身為化學老師的我，時常幻想自己是一位超神力魔法師，不但帶領學生在實驗室調製出一道道迷人的化學試劑，同時也陪伴學生在教室裡盡情激發創意，以輕鬆幽默的方式與學生共同思考化學、探究化學、玩樂化學及記憶化學，也因此被學生冠上「化學女神」的封號。

以化學反應中的沉澱反應為例，上課場域從實驗室轉換到教室，沉澱反應容器從試管到透明片，化學藥品從以毫升計量到以點滴計量，搭配精心設計的「聯想大考驗」、「配對快狠準」、「沉澱心臟病」、「沉澱接唱賽」等活動，本來以為其中的實驗活動設計已經符合藥品減量的精神，直到民國101年9月，本校與信望愛基金會合作辦理教育平台實驗計畫，全校高一學生人手一台平板電腦，才有機會重新思考調整既有的教學模式，轉而善用平板電腦的資訊化及帶著走的優勢。下圖為沉澱接唱賽活動之影片連結。

影片連結：沉澱ing，https://www.youtube.com/watch?v=bc4pj2AbZc8。

n 設計緣起

一、廢液減量的趨勢

從減量實驗到微型實驗到「雲端實驗」，是本校自然科團隊的設計理念，相信也是全國許多高中化學老師努力追求的目標。其實雲端實驗除了表面上的減少試劑使用之外，也減少了教師準備器材，學生取用器材、實驗室管理員處理廢液及學生清洗器材所花費的時間，也省下每學期購置全校實驗藥品的經費。

二、共享氛圍的感染

2012年9月，在平板電腦尚未普及、校內網路頻寬不足及上網學習不太暢通之時，信望愛基金會便與台北市六所高中進行教育平台實驗計畫，大手筆捐贈平板電腦，並派技術人員到校內開設多場教師研習，協助教師熟悉平板內建軟體在教育上的應用方式及功能。當我們自然科團隊了解信望愛基金會捐贈這麼多平板電腦給學校，目的就是希望學校老師在使用時，能將所設計的教案內容分享出去，使基金會在下一階段將實驗計畫擴及到偏鄉學校時，能夠有第一期參與計劃的學校教師設計好的教案，提供偏鄉地區教師的授課資源與學生的學習資源，我們就已深深感染到這個實驗計畫的共享精神與扶助偏鄉教育的希望。

n 製作過程

一、主題發想與分工

　　從思考主題到分工合作，再到設計App功能，只是短短幾周的時間。我們挑選了三個需要了解並記憶的單元主題，分別是「沉澱反應」、「電解電池」與「水溶液中的化學反應」，全體化學老師們很快就自動分為三組，且每組人數相當，分別構想出各主題App需要具備的功能及操作的介面。

　　「沉澱反應」主題是由我、張荊壢老師（當時的教務主任）及吳孟修老師共同負責的。我們模擬實際上課情境，希望以App取代陰陽離子反應的實驗，一則是因為此實驗需耗費許多藥品，另則實驗目的僅單單觀察沉澱與否，若改由老師先做一次並拍下來，保留實際實驗圖片供學生觀察，便可達到完全免用化學藥品進行實驗的目標，因而構想出「沉澱查詢機」的雛型。但是離子的種類繁多，經由我們三人小組討論的結果，決定只挑選19種常見的陽離子與13種常見的陰離子。

　　此外，好不容易根據實驗歸納出來的沉澱表，要完全背誦下來也是讓許多學生頭痛的問題。因此為了強化學生對沉澱表的記憶，效法化學心臟病遊戲的快速判斷沉澱或溶解反應，因而構想出「快打沉澱表」的App雛型。，

二、軟體設計神隊友

說是自然科的團隊，其實我們主要是化學科團隊加上一位物理科教師兼程式設計高手。這次跨科製作化學App的經驗很特別，一方面是化學科老師們的突發奇想有時不是靠程式設計就能夠達到的，另一方面是物理老師比較不受化學概念制約，能從客觀中立的學習者角度切入，幫我們想到增加錯誤訂正功能及進階挑戰的設計。其他關於沉澱App的程式設計步驟請詳見「沉澱App的幕後推手」一文。

n 成效評估

當「沉澱查詢機」與「快打沉澱表」兩個App完成時，我們團隊成員們便迫不及待的進行測試，一同把需要修改的意見彙集起來，當時發現幾個原來沒有考慮到的問題，像是沉澱查詢機的少數沉澱實驗結果與教科書的沉澱顏色不同，或是快打沉澱表的部分答案對應有誤，還有快打沉澱表沒錯三題就會無法停下來等的問題，因此潘老師需陸續擔任神隊友的角色，重新賦予App新生命。

在102學年度，本團隊便受到信望愛基金會的邀請，將本校開發出的教案設計成果跟北、中、南各區代表學校分享。我曾代表到台中明道中學和台南二中分別跟中區及南區教師分享沉澱教案設計及沉澱App，並歡迎教師們下載使用，也鼓勵大家將使用後的建議提供給我們參考。後來也獲新北市的高中邀請，向該校自然科教師演講並分享教案，迄今尚未接獲任何有關App的錯誤訊息或建議。以下是我們沉澱三人小組搭配物理科潘老師，四人共同完成的兩個沉澱App設計與製作，且自102學年度起便提供有興趣者自行至Android系統中的Google Play商店免費下載，下載網址及QR code如圖1及圖2所示。

圖1：「沉澱查詢機App」的畫面之一（左）及其QR code（右）

下載網址：https://play.google.com/store/apps/details?id=air.air.PrecipitationTable

圖2：「快打沉澱表App」的畫面之一（左）及其QR code（右）

下載網址：https://play.google.com/store/apps/details?id=air.air.FastPrecipitation

n 教學心得

一、提升「沉澱查詢機App」的用途與功能

「沉澱查詢機」就像雲端化學參考書或工具書，後續若有機會可望進行擴充，把所有高中提到的化學反應都拍成影片或照片，將內容提升為「化學反應查詢機」，應可造福更多沒辦法做實驗的學生或需要較長時間觀察或思考的學生進行差異化學習時使用。

圖3：學生下載「沉澱查詢機App」的專注情形

二、結合UMU互動學習平台的功能

「快打沉澱表App」的使用需下載到個人電腦或手機中，通常只能各自體驗，除非將螢幕拍照或成績螢幕截圖後上傳固定空間進行分享，否則無法讓同儕一起進行線上的競賽，也無法累計全體使用者的最高紀錄。希望將來能夠重新思考並結合互動學習平台的功能，讓每位下載App的使用者都能更樂於使用，無形中提升自然學科之素養。

圖4：受邀示範沉澱ing的教學並展示四個化學App

中學化學App教材與教學：最夯化學APP：快打沉澱表的設計與實作／潘冠錡

星期三 , 10, 1 月 2018 編輯助理本期專題, 第23期/2018年1月留言功能已關閉

中學化學App教材與教學：最夯化學APP：快打沉澱表的設計與實作

潘冠錡

國立臺灣師範大學附屬高級中學
[email protected]

■ 緣起─為何快打沉澱表

2007年，第一支智慧型手機iPhone問世，同一年google推出Android作業系統的智慧型手機。智慧型行動裝置軟體開發的熱潮開始席捲全球。2013年，101學年度的下學期，這股風潮終於吹進教育圈，師大附中自然科老師決定開發能讓教學活動更有趣的平板app。雖然製作的主題是以化學科為主，但本著對教學軟體開發的熱愛，我也有幸能加入這個團隊。

因之前開發競速遊戲的相關經驗，開發化學遊戲app時，我們便設計需要記憶、熟練型的競速遊戲。討論之後大家就決定以「沉澱表」為主題，畢竟這是高中化學中需要記憶且快速反應的內容。

■ 製作

製作兩支沉澱表app的過程，是特殊而難得的經驗。一是因為製作的主題是我不熟悉的化學科，另一是因為要跟大部分無程式基礎的化學老師合作，很多時候我們會陷入雞同鴨講的情況。經過一番溝通之後，我們了解到要先有系統的將沉澱表列出，才能用程式檢索對應的沉澱情況，如下圖所示：

圖1：各種陰、陽離子反應對應的結果列表

上圖中列出19種陽離子與13種陰離子相遇時的沉澱狀況，雖然共有19×13=247種組合，但實際上沉澱情形只有23種情況，化學老師們將這23種情況在實驗室中一一拍照，如下圖所示：

圖2：23種難溶化合物的沉澱

有了沉澱表與照片後，就能製作「沉澱表查詢機app」，主要工作是把這些對應關係建立成一個二維陣列ansBigTable，如下圖。如果要搜尋第a種陽離子與第b種陰離子相加時的沉澱情形，就取出在ansBigTable裡第a排裡的第b個元素，該元素值就是照片的編號。圖3、圖4為沉澱表查詢機app的程式編碼對應方式。

圖3：沉澱表查詢機app的查詢對應編碼

圖4：沉澱表查詢機APP畫面截圖

「快打沉澱表app」的製作就比較複雜了。為了讓程度不同的學生都能在本遊戲中學習，我們將遊戲分成簡易版與進階版。在簡易版中，玩家只要回答是否沉澱；而在進階版中，玩家則要連沉澱物的顏色都要回答。但是由於沉澱表中的23種沉澱情況並不是出現機率都相同，所以程式在出題時，是先以亂數隨機決定答案，再由答案決定出題的題目。這樣可以使每個答案的出現機會較為公平，避免玩家一直回答某幾個特定的答案。下圖5、圖6為快打沉澱表頁面。

圖5：快打沉澱表─簡易版APP畫面截圖

圖6：快打沉澱表─進階版app截圖

■ 在Google Play上架

兩支沉澱表app製作完成後，在師大附中資訊中心的協助下，我們在Google Play上成立了名為「師大附中」的開發者，並將app成功上架。之後老師、學生只要在Google Play上搜尋「師大附中」或「快打沉澱表」就能找到這些遊戲，目前快打沉澱表app下再次數已經破萬，而且廣受玩家好評，身為開發團隊的一份子，我感到光榮與驕傲，也希望將來還有機會能完成更多有趣的教學遊戲app。

中學化學App教材與教學：3D分子撲克牌App的開發與分享／廖旭茂

星期二 , 9, 1 月 2018 編輯助理本期專題, 第23期/2018年1月留言功能已關閉

中學化學App教材與教學：3D分子撲克牌App的開發與分享

廖旭茂^{1, 2, *}

¹台中市立大甲高中

²教育部高中化學學科中心
*[email protected]

n APP安裝位址

3D分子撲克牌大甲高中化學科推出的第一支提供android 手機體驗的APP，下載截圖與位址如下圖所示。

下載網址：Google play, https://goo.gl/PdmaUq

n 簡介

3D分子撲克牌曾是2014年化學學科中心種子教師培訓營中，由大甲高中分享的創新紙牌教具。因應手機行動上網的普遍化，首創將虛擬實境 (virtual reality,VR) 科技，融入行動學習教具的設計，協助高中學生認識有機化學官能基，以及分子3D立體概念的學習。相關研發結果於科學研習月刊發表^1,2。

對高中生而言，化學中分子的微觀結構與其空間幾何是一個相當抽象的概念，與艱澀的認知門檻。分子撲克牌首先以環物虛擬實境（object virtual reality, Object VR）製作技術為核心基礎，開發互動式可觸控翻轉的3D立體分子動畫；以便利性的紙牌，作為52個互動式3D立體分子動畫的承載平台，研發出全世界首創的「分子撲克牌」-Molecule Poker；搭配智慧型手機等行動載具使用，只要掃描撲克牌上的QRcode，即可連結於螢幕上，觸控、翻轉3D立體分子動畫。

受限紙牌製作經費上的沉重負荷，單純分享的概念在推廣上遇到了相當的困難，3D 分子撲克牌APP因應而生；新的形式的推出，賦予了數位版不同於紙牌更多的功能，比如線上評量的設計、2D與3D分子結構轉換等，以下就3D 分子撲克牌1.0版的設計與使用作一簡介。

n 3D分子撲克牌APP設計特色與使用說明

一、教學目標：

本單元使用分子撲克牌，及數位板「3D分子撲克牌APP」學習系統，學生能：

1. 知道烴類的分類、二維平面線狀結構以及立體球棍模型

2. 知道生活中常見的烴類如烷、烯、炔、芳香族的名稱、性質以及用途。

3. 知道有機化合物官能基的種類，並能比較結構異構物空間圖像的差異。

4. 了解不同官能基化合物中，原子種類、空間排列的不同與性質的關係。

5. 說出簡單醇、酚、醚、醛、酮、酸、酯、胺類的名稱、結構、性質及用途。

6. 理解有機分子平面線狀結構式與立體球棒模式的轉換過程，並能比較兩者的差異。

二、設計&特色：

3D分子撲克牌，是分子撲克牌紙牌的數位行動版，以「書」的方式包裹呈現。此「書」有以下數種特色：

1. 條理化的分類：作品所介紹的分子，主要以高中有機化學課本以及生活中常見的分子為藍圖，按照官能基依序共分碳族、烷、烯、炔、芳香烴、醇、醚、酚、醛、酮、酸、酯、胺十三族，對應數字由ACE到K來分類，每個數字包含黑桃、紅心、鑽石、梅花四個花色，分別介紹四個同類分子。教師可以透過這個系統性、富創意的分類法，協助學生有條理的建構學習的脈絡。下圖為同一數字不同花色的四種分子介紹。

圖1：為數字3-烯類的介紹

2. 走到哪，學到哪：除了手機板APP外，還提供HTML5網頁版格式，方便教師利用筆記型電腦或任何行動載具上課使用，不需進行程式安裝的自動執行檔。下圖為可觸控式3D分子動畫呈現在各種載具的螢幕上。

圖2：各種行動載具載入互動式3D立體分子動畫畫面

3. 2D結構與3D結構的概念轉換：大部分教師利用板書教學，使用的是立體投影而成的平面的線狀結構，但長久以往，也造成了迷思概念，難以解釋分子立體構型中化學鍵鍵角與電子對斥力間的關係。本作品同時提供分子3D與2D結構，只要點按分子的立體球棍模式，隨即出現2D現狀結構，供使用者參考比較，避免分子結構迷失概念的產生。下圖為APP中3D、2D結構轉換的畫面。

圖3：圖左為頁面中的球棍模式，圖右為2D平面線狀結構

4. 學後即評的線上評量：點按「牛刀小試」標題熱點，出現數道跟該官能基分子的立體結構、性質相關學習評量，完成答題後會出現答對百分比，方便提供老師上課教學使用。

圖4：圖左頁面中標題提供牛刀小試熱點按鈕，圖右為學習評量

三、安裝&使用：

目前3D分子撲克牌APP僅上傳Google Play，可供安卓( android 4.0 以上)系統手機與平板安裝使用；安卓系統載具可於Google Play 中鍵入「3D分子撲克牌」關鍵字搜尋，即可進行APP安裝使用，安裝連結網址如下：https://goo.gl/PdmaUq 。因尚未上傳App store，蘋果系統( ios )的iphone手機與ipad平板暫時無法安裝使用。建議老師可以使用網頁版教學，該內容掛載在大甲高中學校網路上，上網後以瀏覽器(IE、Firefox等)打開操作。連結網址如下：http://web.djsh.tc.edu.tw/~nacl880626/molpoker/molpoker.html#p=1。下圖為進入畫面。

圖5： 3D分子撲克牌APP的首頁(直式)

四、操作要領：
安裝後，打開首頁，中間出現一本可前後翻動的書本，於螢幕右下角滑動手勢，即可翻至下一頁。點按首頁，上、下方出現黑色標題列，為控制翻頁、目錄、搜尋、定時翻頁的按鈕。相關說明如下圖所示。

圖6：點按圖中前進後退按鈕，進入圖右狀態。

1.翻到第二頁是目錄頁，p5~p56分子撲克牌數位版的操作簡介，目錄頁的紫色按鈕為頁面跳轉按鈕，點按後可直接翻到指定頁面。

圖7 目錄頁操作說明

2. 第5頁起至第56頁為數位版的分子撲克牌，黑桃花色頁面設定三個連結按鈕；上方標題為化學名稱，點擊後可連結牛刀小試數道評量試題，答完會有詳解及統計，詳見圖8；文字介紹往下為分子的球棍模式，點擊球棍模式圖片後，會出現該分子的2D平面線狀結構式，這是一般高中老師板書上呈現的，也是學生最熟悉的結構式，詳見圖9；左下方有一個紫色的QRcode，點按後連結一個外部的互動式環物虛擬實境動畫新頁面，使用者只要點按螢幕兩次，即可進入全螢幕模式，用手指即可左右翻轉分子，如圖10所示。

圖8：分子撲克牌頁面牛刀小試的連結說明

圖9：3D球棍模式轉為2D平面結構

圖10：觸按QRcode連結可觸控3D虛擬實境分子動畫

n 未來發展

分子撲克牌結合最夯的3D虛擬實境技術開發數位教材，協助學生可以一種生活化、趣味化的方式入門，讓學生可以旋轉分子、看到分子，甚至遊戲的方式去理解分子結構與性質間微妙的關係，進而提升學生的學習興趣，拉近學生與化學的距離。當然APP並不完美，未來將增加更多互動式的元素，比如拼圖、連連看遊戲等，進行APP優化、升級。當然也會開發支援iOS系統的APP，讓更多行動載具使用。

n 參考資料

1. 廖旭茂、許正欣(2015)，教學現場–行動學習新教具：分子撲克牌的開發，科學研習月刊，54(3)，36-43。

2. 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。

中學化學App教材與教學：化學蜘蛛! G/G了嗎? – 化學APP在教學上的應用／張明娟、吳德鵬

星期一 , 8, 1 月 2018 編輯助理本期專題, 第23期/2018年1月留言功能已關閉

中學化學App教材與教學：化學蜘蛛! G/G了嗎? – 化學APP在教學上的應用

張明娟^1,2，吳德鵬^1,2

¹桃園市立武陵高級中學

²教育部高中化學學科中心

[email protected]¹

[email protected]²

n 前言:

根據十二年國民基本教育課程自然科學領域課程綱要¹所歸納出的發展趨勢中：(1)朝向科學素養的培養，注重與日常生活之聯結。(2)重視科學概念發展與新興科技的連貫統整。數位科技及軟體的使用也是目前各學科教學增強教學模式的方式之一。本文介紹的兩個免費而實用的APP，目前可以直接應用於教學現場，除了本科的專業知識外，更可融入資訊科技的便利性，就如同高級中學階段核心素養中：U-B2 具備適當運用科技、資訊與媒體之素養，進行各類媒體識讀與批判，並能反思科技、資訊與媒體倫理的議題。以GoodGuide App為例，讓學生從日常生活用品中，反思化學成分對健康與環境的影響，並建立綠色化學的使用觀念；而化學教師更可利用此App與家政科教師進行協同教學，發展跨領域課程。資訊科技融入教學²就是教師運用資訊科技之技術於教學活動上，以培養學生終身學習的習慣和態度。另一個ChemSpider App可以作為有機教學的輔助使用，有效建立學生對分子立體結構的模型表徵，讓學生更容易連結分子的微觀模型，讓教學方式更具互動性，進而培養學生「運用科技與資訊」的能力和「主動探索與研究」的精神。

n ChemSpider軟體簡介³:

由英國皇家化學學會 (英語：Royal Society of Chemistry，簡稱RSC) 推出了一種免費的數據庫：ChemSpider，可以對超過六千多萬種的化合物進行多方搜索，包括其名稱、結構或其特徵等方式搜索。被喻為化學方面的百科全書，就像維基百科一樣，任何人都可以回饋網站使其網頁更為完善。筆者就iOS系統的Apple Store下載免費的App進行實際的課室應用，並大概介紹其使用方式。下圖為ChemSpider APP頁面。

圖1：ios系統ChemSpider APP

一、 就名稱(name)搜尋：

一般搜尋包含系統命名、商品名稱、同義字和登錄號，想要搜尋的化合物名稱，例如：Aspirin，就會出現Aspirin的各種名稱，接著觸控Open，打開後看到Aspirin的平面結構式，再點選3D的圖示，就會出現3D互動模型：JSmol，用手觸控就可以轉動3D的分子模型。下圖使用程序。

圖2：利用Chemspider 搜尋分子結構步驟圖

二、 利用畫出分子結構搜尋：

觸控頁面下方的苯環就可以畫出想搜尋的分子，例如畫出鄰苯二甲酸的結構，再按搜尋就會出現鄰苯二甲酸的各種名稱，接著觸控Open就會出現3D互動模型：Jsmol；滑動頁面，下方還可搜尋到鄰苯二甲酸的熔點、沸點、比重等物理與化學性質。下圖使用程序。

圖3：利用Chemspider 畫出物質結構的搜尋步驟

三、課室應用：

筆者在目前教學中剛好進行高二有機化合物的部分，對剛開始學有機的高二學生來說，對於有機分子的形狀，由於VSEPR內容屬於高三範圍，因此學生很難從平面的結構來想像有機分子在空間中的構造，因此筆者就利用此App，讓學生可以直接畫出有機分子結構，並了解其3D構造，下圖8、9即為學生在課堂上進行此App的使用情況。

圖3：利用Chemspider 課堂間學習情形

筆者就以106指考化學試題為例: 分子馬達是依靠分子中化學鍵的旋轉，在可控制的條件下，使分子進行有方向的轉動，並輸出動力，例如一個烯基可在照光或加熱下進行異構化反應。三個有機分子甲、乙、丙的結構如下圖：

下列有關這三個分子的敘述，哪些正確？

(A)甲分子是一個平面分子

(B)常溫下，丙分子只有一個烯基

(C)丙分子有順、反異構物

(D)常溫下，乙分子有3個可自由旋轉的碳–碳鍵

(E)甲分子具有順、反異構物

在此題選項(A)提到：甲分子是一個平面分子，對學生來說很難從題目所附的平面結構了解甲分子是否為平面，就讓學生利用此App畫出分子甲的構造進行搜尋，接著再請學生利用3D互動模型：JSmol，學生就會發現上述的甲分子不是一個平面分子，並要求學生擷取其畫面，傳至筆者信箱。

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圖4：學生利用Chemspider繪出分子馬達的結構，並學習立體結構的判斷

四、使用心得:

在現在這個手機不離手的資訊時代，學生在上課時很容易分心滑手機，尤其教師在進行到比較枯燥的教學活動時，更會出現這種現象；在這次結合ChemSpider App的教學活動中，不僅學生可以正大光明的「玩｣手機，而且要求學生必須在上課期間在App上繪出有機分子的結構，進而搜尋其化學性質與3D結構，並擷取畫面，繳交作業。學生在上課過程中是很「忙｣的，無暇玩手機內的其他遊戲軟體，而且在這次的「資訊融入教學｣回饋也表示：這次的APP很受用，讓學習有機化合物不再只是「靠背｣的，可提升對有機化合物的學習興趣！筆者建議老師可以試試這個APP在實際教學中，相信讓課室的活動更添專業與趣味性。

n GoodGuide軟體簡介:

這個目前免費的App，iOS以及android版都可下載，也可以直接使用網站查詢資料，所以很適合大家嘗試使用。剛接觸時因為是英文介面，所以原以為不易上手，但就如其網站上的敘述 ” Let us guide you to what’s good. Search for healthier products” ⁴，它能使消費者在進入賣場購物時，面對一大堆產品要選擇，並非僅僅以價格或是知名度來做挑選，可以在購買產品前，提供了查找產品配方成分的綠色程度，更進一步對個人健康及社會責任的友善程度，提供消費者參考，進而做出購買與否的決定，所以對於更有心的消費者，在面對未知的新產品，能簡單的在購買前做出更準確的判斷。所以筆者願意在嘗試使用此App後，也提供給對生活化學有興趣的讀者，分享使用方式與心得，讓大家也能更進一步參考認識，綠色化學產品的挑選資訊，甚至可以應用於教學上。

一、操作體驗:

一開始的介面簡潔明瞭，可以利用搜尋 (SEARCH)，鍵入想知道產品的名稱，搜尋出相關的評分以及資料，例如鍵入 ” Body shop ” ，則會出現所有產品的相關評分，點入Company可以看到品牌的總評分。下圖為GoodGuide的使用介面。

圖5：GoodGuide的搜尋及評分介面

鍵入品牌 (Brand) 後，可以看到有資料的產品總數，還可以利用類別(CATEGORY)或者過濾(FILTER)，較快速的找到想要查詢的產品，因此可以直接先查詢清楚相關產品的特性。值得一提的是，產品的成分 (INGREDIENTS) 除了標示清楚外，點入各個成分後，還有此成分對健康、環境的初步說明相關資料，對健康有疑慮的成分，也會依照危害程度以顏色標示，然後再列出不含此危害成分的類似產品，提供相關資料，讓消費者有更多的選擇空間。所以使用此APP，不僅能學習到各種化學成分對環境及健康的影響，也能了解各種生活日常用品及食品，所含的各種成分及其用途，將相關的化學知識與生活作連結運用。下圖為產品成分介紹。

圖6：單一產品的成分相關資訊與疑慮成分以彩色圓點揭露

有化學等相關科學背景的人，如果覺得資料提供不夠詳細，那就再推薦使用本文的上一個軟體” ChemSpider ”進一步對各種物質的物理及化學性質做查詢。

值得一提的是軟體的評分系統，是基於環境和健康科學領域的專家來建議的方式來評比。每個評分主要是針對對產品的成分進行評估，其提供產品成分是否會造成民眾健康問題的參考資訊，另外針對食品的部分，還進一步地拿其中的營養成分做為評分依據。評分也包括了產品是否提供了正確的成分資料。其中評分範圍從0（低）到10（高），數字愈高代表是愈好的綠色產品，分數可以簡單而快速的提供資訊，也可以直接點入了解得分高低的原因，來作進一步判斷。下圖為產品綠色程度的評分方法。

圖7：產品的綠色程度評分方法

二、實際應用Scan a UPC code:

使用掃描通用商品碼Universal Product Code (UPC)尋找商品，個人的使用經驗是，在賣場比較商品時，這個方式查詢商品就比較方便了，例如現場比較商品時，可以利用條碼進行掃描，大約3~5秒後，如果是資料庫內建的商品，就會出現相關資料，馬上就可以參考評分、查詢成分，以做為購買參考。但是筆者到美式大賣場實際測試時發現，目前資料庫中的商品種類，還是以美加地區生產的為主。下圖為美式賣場體驗。

圖8：美式賣場的產品抽樣實測

但測試結果發現，目前並沒有台灣生產的產品資料，也就是此App在台灣的日常生活用品中，能查詢比較得到的商品實在有限，以目前台灣的生活用品來說，是無法享受其查詢的便利性，所以期待台灣也有類似的資料庫，讓綠色產品在台灣也能夠建立良性循環，使消費者對產品的成分能更認識，也更能幫助推廣。

圖9：美式賣場的產品抽樣實測

三、BROWSE CATEGORIES:
也可以直接依照種類去搜尋，分類大致上有四類，包括個人護理產品、包裝食品、家庭用品以及嬰兒用品等，超過75,000以上的產品評比，所形成的大型資料庫，此功能才是用在生活化學方面教學的重大利器，例如想研究肥皂安全性的相關問題，便可以鍵入Household，再利用類別 (CATEGORY) 勾選Soap，便能較快速的找到想要查詢的產品，以及查詢到類似商品所含的成分，便可以延伸出各種化學成分在生活中，應用於各種產品的用途。下圖為分類搜尋的方式。

圖10：分類搜尋的過程

想進行食安等相關問題討論時，例如探討巧克力棒其共同成分，或可能不健康的成分為何? 可以鍵入Food，然後再點選candy裡面的Chocolate Bar，可以找到資料庫裡相當多的商品種類，比較其中共同與不同的成分作為探討依據，也可以針對特定的目的做篩選，例如有機的原料、素食(Vegan)、或是對麩質過敏產品的挑選，都能在購買前提供更多的資訊，也可以在教學討論時，提供較多的實際產品相關資料。

圖11：有食安疑慮的產品搜尋及資訊揭露

四、使用心得:

即使老師們對化學物質的性質已多所知悉，也了解相關資料的搜尋方法，但不如此文所介紹的App方便，較難直接應用於教學上，因此學生也不知道有此適合的工具，可以仔細研究家庭生活用品的詳細成分，以及可能對個人健康、環境保護造成的影響。隨著綠色產品越來越受大家重視，這種能將科學知識帶入生活的方便App，能夠進一步的提升社會大眾的化學素養，也藉由介紹此免費的應用軟體，讓教學有更多的素材可以應用。

n 參考資料:

1. 十二年國民基本教育課程綱要總綱發布版

https://www.naer.edu.tw/files/15-1000-7944,c639-1.php?Lang=zh-tw

2. 十二年國民基本教育科技領域課程綱要

http://www.naer.edu.tw/files/15-1000-10471,c1174-1.php?Lang=zh-tw

3. ChemSpider軟體網站: http://www.chemspider.com/

4. GoodGuide軟體網站，詳見https://www.goodguide.com/

中學化學App教材與教學：美啦！MEL Chemistry─化學APP在教學上的應用／游珮均

星期日 , 7, 1 月 2018 編輯助理本期專題, 第23期/2018年1月留言功能已關閉

中學化學App教材與教學：美啦！MEL Chemistry─化學APP在教學上的應用

游珮均

新北市立新莊高級中學

[email protected]

在科技與學習理論與實務^１一書中談到科技的角色說到：「科技是支持知識建構的工具，科技是探索知識以建構學習的工具，科技是有情境脈絡的以支持做中學」。科技是學習的輔助工具，而教學設計是關鍵。靳知勤在「提升國民與科學相關的知識與能力」一文^２提到科學教育內容可藉由媒體教學，使學習內涵具體化，並培育學生的好奇、興趣、人文價值觀。

隨著手機平板的普及，智慧型裝置在人們的生活中已成為不可或缺的工具，其作業系統主要有Android、iOS，筆者所介紹的「MEL Chemistry」可由Google play及Apple store免費下載，教師們可在課室中提供不同的學習方式，以資訊融入教學，提升學生的學習興趣。

n 「MEL Chemistry」APP介紹

MEL Chemisty^３是由外國的業者開發的app，他們創立了MEL Science並聚集了一群對科學家，其目的在於「how to pass the knowledge about science in an easy, interesting and effective way」。於是，他們定期發售科學實驗套件，並將實驗課程的難易及危險程度分級，方便學生可以在家安全的進行科學實作。MEL Science在2017年獲得SVOD (Silicon Valley Open Doors)大獎。筆者使用iOS及android手機下載「MEL Chemistry」，可以在手機畫面中看到下列圖示（見圖1）。

圖1：MEL Chemistry在智慧裝置中的圖示，左android系統，右ios系統

進入MEL Chemistry主畫面中，最下方列有「Reagents」、「Experiments」兩個選項（圖2）。在「Reagents」中可以得到分子及晶體物質的化學式及球棍模型的資訊，並可以使用VＲ（虛擬實境）中觀察原子、分子、離子。在「Experiments」中，MEL Chemistry有提供化學實驗影片、操作步驟、科學原理及藥品等資訊。以下為筆者使用的情形。

圖2：MEL Chemistry主畫面

一、「Reagents」：

進入到「Reagents」中，可以看到80種化合物的化學式及其填充模型（圖2），筆者點選其中一個化合物後，進入該化合物的填充模型畫面，在畫面的底部出現了7個選項圖示（圖3），以下為選項的說明。在右側的４個選項由右至左依序是：「」可顯示化合物的填充模型、「」可顯示化合物的球棍模型、「」可顯示化合物的結構式、「」可顯示化合物形成晶體的狀態。

圖3：「Reagents」底部右側４個圖形對應的畫面，以水分子為例

　　藉由手指滑動手機畫面可將化合物放大、縮小及旋轉。特別的是，兩種圖示轉化時會有動畫呈現，填充模型會先轉換成球棍模型再轉成結構式，藉由動畫可增進學生對於化學式的瞭解，結構式只是表示原子間的鍵結情形，而非分子形狀。另外，點選畫面中的原子可出現該元素的原子序、電子組態、原子量、氧化數及電負度的資訊。相關資訊如下圖所示。

圖4：以水分子為列，點選原子可顯示原子資訊

另外在畫面左下側有３個選項由左至右依序是：「」可顯示一個邊長為５Å的正立方體、「」可顯示畫面中球體代表的元素符號、「」可將手機裝入化學學科中心與國立大甲高中研製的Google Cardboard⁴，以虛擬實境（ＶＲ）來觀察化合物。此app提供的填充模型、球棍模型、晶體皆可以ＶＲ觀看，隨著筆者頭部的轉動可從不同角度觀看化合物。尤其在觀看晶體時，每個原子會朝著筆者緩慢飛來，但不能停止。筆者有種身歷其境的感覺，彷彿進入原子的尺寸來觀看化合物，對於化合物與晶體的形狀勝於圖片的表達，使得微觀世界的想像變得具體。相關資訊下圖所示。

圖5：圖左為Google Cardboard^４、圖中為單分子VR畫面、圖右為晶體VR

二、「Experiments」：

進入到「Experiments」中可以發現有許多實驗課程供點選，每個實驗提供了實驗影片或圖片、安全性建議、使用藥品、操作步驟及流程圖、廢棄物處理、預期結果、實驗原理及用途、有趣的資料等內容，全部的描述皆以英文書寫，並未翻譯成中文。

　　筆者以鎂帶燃燒來介紹，MEL Chemistry不同一般的說明，在畫面(圖六)上方除實驗名稱外，並用一句簡短的說明實驗的現象，另外在第二列則是實驗的「Difficulty（困難度）」、「Danger（危險性）」、「Duration（實驗時間）」的圖示，提供使用者簡易的分類方式，輔以Youtube影片，讓筆者很快瞭解該實驗的大致內容。當點選試劑(reagents)，即可得到鎂的藥品資訊。相關畫面如下圖所示。

圖6：「Experiments」鎂燃燒實驗的說明畫面

對於實驗的細節部分MEL Chemistry也注意到，；往下滑動螢幕，還可發現實驗操作的流程圖(step-by-step instruction)、預期結果(expected result)，在實驗說明最後，提出該實驗相關問題及延伸資料。相關資訊如下圖所示。

圖7：「Experiments」鎂燃燒實驗的教學指引資料

n 課室應用

MEL Chemistry在課室中的應用，高一生對於化學式的認知僅止於分子式，可應用在基礎化學(一)的化學式單元中，包含實驗式、分子式、結構式及示性式的介紹，瞭解各化學表示式間的關聯。

對於高二生，在學習基礎化學(二)的化學鍵結中，可以請學生觀察原子間連接的方式，找出電子得失、共用價電子的差異，推得化學鍵的共價鍵、離子鍵結。在離子化合物談到離子化合物只有實驗式而無分子式，亦可由MEL Chemistry找出晶體堆疊的重複性、規律性，例如NaCl的Na⁺被6個Ｃl^–包圍。下圖為苯分子的填充模式，可藉由畫面中提供的分子形狀，引導學生推論苯分子的共振式、鍵長、鍵數等關係。

圖8：苯分子的相關資訊畫面

　　MEL Chemistry所提供的實驗影片，可分別在不同授課單元中，依教師授課需求，加入課程中，提升學生學習的興趣及效果。

n 使用心得

　　在人手一機時代下，學校不再需要購買模型供學生花時間組裝化合物，只要使用MEL Chemistry APP操作，就可以從任何角度放大、縮小來觀察分子，藉由動畫的提升了學生對於微觀粒子的想像，甚至使用ＶＲ就能身歷其境，幫助學生建構分子模型，探究各化合物間的差異。

　　MEL Chemistry APP因為無中文介面，操作的過程需全程使用英文介面，在「Reagent」部分可由學生自行操作觀察，筆者發現80個化合物中，SiO₂、CuO、CaO並不正確，這部分教師可在課程中請學生來找碴，讓學生試著解釋看看。在「Experiments」對於英文程度不佳的學生，教師可先引導學生如何閱讀或重新編輯教材，對於英文程度佳的學生，則可以鼓勵學生嘗試看看，而這何嘗不是探究學習的一種。

　　MEL Chemistry中提供了課室中一種學習化學的方法，筆者藉本文期待科技的進步能帶給科學教育更優質的發展。

n 參考資料

1. 沈中偉與黃國禎(民101)。科技與學習理論與實務(第四版)。心理出版社。

2. 靳知勤(民96)。科學教育應如何提升學生的科學素養—台灣學術精英的看法。科學教育學刊，第十五卷，第六期，627-646。

3. MEL chemistry官方網址。 https://melscience.com/en/。

4. 廖旭茂與黃維靜(民105)。3D分子博覽會。科學研習月刊，第五十五卷，第七期，36-44。

5. MEL Chemistry App store下載位置，https://play.google.com/store/apps/details?id=com.melscience.melchemistry

6. MEL Chemistry Google play 下載位置，https://play.google.com/store/apps/details?id=com.melscience.melchemistry

中學化學App教材與教學：看的見的化學系列APP使用分享／劉獻文

星期六 , 6, 1 月 2018 編輯助理本期專題, 第23期/2018年1月留言功能已關閉

中學化學App教材與教學：看的見的化學系列APP使用分享

劉獻文^{1, 2, *}

¹國立臺南一中

²教育部高中化學學科中心
*betterman0925@gmail.com

n 簡介

知識的進展一日千里，而傳遞知識的方法，到了數位化的今天，也有了大突破。筆者榮幸受邀，撰文介紹有關化學元素週期表的app，盼望能與教師夥伴或科學先進們一起精進，讓知識的傳播更有效且有趣。

科學是由好奇心所驅動的，所有的孩子本應是天生的科學家，因為他們對這個世界充滿好奇，他們想知道事物是如何運作、為什麼如此運作。可惜的是，多數孩子在與親人、師長、同儕的相處過程中慢慢社會化、成熟，卻也開始害怕別人的眼光而不敢發問、不敢動手去做，成年後的你是否也是如此？希望接下來的故事能給你一些激勵：勇敢發問，享受科學樂趣吧！

n 看的到的化學：The periodic table table

首先我們得先從「The Elements」這本書談起，本書的作者Theodore Gray葛雷，是知名科學軟體公司Wolfram Research, Inc.的創始人之一、應用程式Touchpress的研發者。

葛雷從2002年開始在拍賣網站ebay及各地蒐集各種實體可見的元素實物，發明了一張重逾200公斤的元素週期表桌，這張桌子是一張將近2.5公尺長的會議桌，桌上填滿了刻有元素符號的木塊，每個木塊裏都放置著相對應的真實元素，而這張木桌也讓作者獲得了2002年搞笑諾貝爾獎的化學獎。他原本以為這個蒐集計畫要花上他三十年的時間，沒想到在2009年就大功告成(約2300件實物)。而在格雷與攝影師Nick Mann 攜力合作下將收集到的元素拍出了一張張精美華麗的照片，起初先是發售了以照片構成的週期表海報，海報正面有該元素實物照，而背面加註了文字說明，但受限於海報的尺寸，元素圖片只能取一且尺寸偏小。於是在諸多人的協助、撰稿彙整下，這本精美的化學元素週期表於焉誕生。
有趣的是，這看似瘋狂收集元素的舉動，其實是葛雷兒時在閱讀「鎢絲舅舅Uncle Tungsten」這本科普書籍，書中介紹週期表時所產生的困惑：為何Periodic Table不是一張桌子呢？回想看看，是否你也曾有過類似的單純的疑問？而葛雷在2014年4月華盛頓特區舉行的首屆X-STEM研討會上，分享他發明“periodic table table”的故事時提到，在過去10年，他不是為了出版書籍而努力，而是因為收集與分享元素實體很有趣、很酷而努力的，而截至今日已印刷超過一百五十萬冊的書籍和海報 (2010年大是文化出版社發售了中文版本，書名為：看的到的化學)，該說是大眾們對他所做的事，也感到有趣的一種肯定方式吧！

圖1：格雷與他的週期表桌(圖片來源：theodoregray.com)

閱覽本書前，建議先讀過「作者導言」，週期表中的許多分類與規律性會在此提及，這就好比進入元素王國前，先了解王國疆界、地形、特色等大局觀，接著才將一個個元素的故事、歷史沿革做深入了解。而書中亦將每一元素所列性質做簡要說明：例如原子量是指平均原子量、密度是結合「原子量」和以X光測量晶體內的「原子間距」計算而得的、半徑的數值指的是單一原子的半徑也就是從原子核到最外層電子的平均距離 (然而課本或教科書常將非金屬元素半徑以共價半徑來表示)、原子光譜是加熱該原子至放出特定波長的放射光譜、晶體結構是指將元素冷卻至固態所形成 (然而室溫下氫、惰性元素為氣體、汞為液體)。

作者將每個元素都以兩頁的篇幅呈現，左頁是這個元素在自然界中的型態，並在下方列出該元素相關資訊 (位置圖示、原子量、半徑、密度、結晶構造、電子序列、原子光譜、物態)，而右頁則盡可能蒐羅該元素在生活中所形成化合物或其應用，搭配一部分的化學史，以幽默又精簡的文字解說，讀來韻味十足。

例如自古羅馬時期排水管即以原子序82的鉛所製，而後因發現其毒性而置換為現今常用的鐵製、銅製、塑膠製水管；而以居里夫人祖國波蘭來命名、原子序82的釙元素，只要億分之一克就足以致人於死；然而美國治療胃不適的藥物品牌「胃達寶Pepto-Bismol」中卻有含量過半、原子序83的鉍，目前研究報告指出鉍元素是無毒的！發現了嗎？胃達寶的品牌名Pepto-Bismol是以其有效成分水楊酸鉍bismuth subsalicylate 所命名的。本書共收錄100個元素的趣味知識與精美圖片，留待讀者一一挖掘。

此外，葛雷更架構了網站，不僅將各元素圖片公開，甚至羅列了比書本裡更詳細的訊息(例如來源、價格、純度等)以供查閱。 http://periodictable.com/theelements/pages.html

n The Elements APP：疊扁平為立體

雖然出版了「看的到的化學」書籍已大受歡迎，但葛雷並不以此為滿，他發現紙本海報只能將實物扁平的呈現，而這便催生了2010年“The Elements”app的誕生，它像一本電子書，將所有化學元素的實體，以360度取景拍照製成500多個3D圖像。讓讀者能更直觀的感受實體元素之美。此app僅有ios版本，而且需是付費的。下圖為來自個人ipad的截圖。

圖2：The Elements APP的進入頁面

從app主頁面就可看出與其他電子書不同之處：每個元素都是動態旋轉的方式，可將實物360度忠實的呈現在讀者面前，影像背後的拍攝手法稱為環物虛擬實境技術(Object VR)。點選任一元素後，可以看見畫面呈現風格與書本相似，但利用手機或平板的觸控功能，能對每一張圖片作旋轉、定格、轉速等控制，點選圖片可將之放大為全螢幕，如有攜帶3D眼鏡更能做立體觀賞。(然而教學時同學自備3D眼鏡者少之又少，筆者通常請同學以鬥雞眼方式觀賞，也別有一番趣味)。下圖為鉍晶體的3D立體對(stereo pair)影像，來自ipad截圖。

圖3：鉍晶體的3D虛擬實境影像

App的版面設計與書本相似，首先是可點選畫面右下方方的緒論，內容大致上就是書本裡的「作者導言」。接著每一元素都有兩頁的篇幅介紹，第一頁為該元素在自然界中的型態，下方列出該元素相關資訊；第二頁則搭配幽默的文字解說其化合物或元素之應用。下圖為元素的介紹。

圖4：鉍元素的介紹，來自ipad平板截圖。

然而app版本提供了比書本更多的原子性質例如電負度、在自然界的含量等，且點選Wolfram Alpha圖示更可得到更多資訊如同位素、半生期、全光譜、游離能、CAS number……，部分元素如金、銀、鉑還能查詢其市場價格呢。必須注意的是手機版本因面板較小而只顯示其基本物性如熔沸點、密度，欲查詢其他性質須點選Wolfram Alpha圖示。下圖為元素基本性質資料。

圖5：鉍元素的基本性質資料，來自ipad平板截圖。

值得特別一提的是，此電子書還將各元素3D圖與「神奇的化學元素」歌曲 (含英、日語兩種版本)結合成一趣味的動畫，筆者曾在課堂上撥放並發出挑戰，要同學默寫該歌曲所有單字，還真有一位同學挑戰幾近成功，全部只錯3個字，也許可說是唱得比說的好聽吧！下圖為元素週期表歌頁面截圖。

圖6：元素週期表歌的字幕畫面，來自ipad平板截圖

n Elements in Action APP：眼見為憑的化學反應

Elements in Action app是葛雷於2013年上架，將週期表大多的元素以拍攝相關影片的方式呈現，讓讀者在使用”the elements”電子書時不只看到3D圖片與其資訊，更能觀賞到生活中實際使用該元素的影片，一些課堂上不方便操作演示的實驗，如危險度高的碘加熱昇華、鹼金屬遇水爆炸、汞侵蝕鋁等，或是器材不易取得的氣體發光、製作金箔等實驗，利用此app除了可生動地展示實驗結果，也可在撥放時隨時暫停以便解說。此app亦支援18國的語言(包含簡體及英文)。下圖為影片畫面。

 圖7：Elements in Action app 中碘昇華的影片，來自ipad平板截圖

值得注意的是，在鹼金屬Li、Na、K遇水爆炸的影片說明上，由於金屬的重量、水溫等皆未固定，故遇水爆炸的劇烈程度與學理不一致。而部分具高危險性的影片是專業人士操作拍攝，觀看影片的同時必須再次叮嚀同學，不可擅自嘗試，以免危險甚至觸法。

而其書籍”Reactions”也在2017年10月出版，此書即是以app拍攝之影片為雛型撰寫，先從元素和分子的簡要回顧談起，接著以一系列精采的套圖進行解說，包括化學反應的重要概念(能量、熵和時間)，接著介紹了化學反應的許多重要類型(燃燒、光合作用、呼吸作用、氧化和發酵等反應)，最後還展示了以及幾個重要的化學循環(如碳循環、鐵循環和石灰循環)。目前為止只有英文版本。

n The Elements Flashcards APP：熟能生巧

此免費之app於2014年上架，是以”The elements”裡出現的圖片為資料庫，設計問題，加強記憶之輔助型app，主選單分為左半部的測試(Quiz)，與右半部的拖放(Drag&Drop)。下圖為flashcards 首頁( https://itunes.apple.com/us/app/the-elements-flashcards/id835885718?mt=8)。

圖8：flashcards app的進入畫面，來自ipad平板截圖

點選「測試」後可選擇資料庫數量，建議一開始可先從數量較少的資料庫開始練習，接著挑選欲練習之項目：名稱(Name)、符號(Symbol)、分類(Group)、Picture(圖片)，共有四個項目可挑選。下圖為試玩畫面。

圖9：試玩截圖，來自ipad平板截圖

選定其中一項後，app會從設定的資料庫中挑選元素，讀者辨別後回答其名稱/符號/分類，接著點選畫面即可出現答案，並會針對讀者答對或答錯設計下一個問題，答錯的話同一提問就會多出現幾次，以加強記憶。下圖為試玩過程。

圖10：flashcards app試玩過程，來自ipad平板截圖

而畫面右上方點選語言(language)，可選擇欲顯現之文字(內建18國語言，含英文與簡體中文)，點選音量則可聽見該元素不同語言的發音，想要加強聽力也不失為一個好選擇。

而右半部的「拖放」則是將資料庫中的元素圖片打散，由讀者練習將其拖放回週期表的正確位置，此程式除了可辨認圖片是哪一元素外，還可幫助記憶元素在週期表的位置，又可免費下載，在教學上推薦師、生皆可下載練習。

n Molecules APP：有限組合出無限

宇宙中存在的元素只有一百多種，然而分子的種類卻不可計數，如同西洋棋的棋子只有六種，但想要列出西洋棋所有可能的走法，可能連AlphaGo也辦不到。繼”the elements”、 “Elements in Action”電子書app出版後，格雷於2014年在ios系統上架” Molecules”，除了緒論Introduction與虛擬分子Wigging Molecules之外，依不同主題收錄了十四個章節，分別為：第1章 A House Built of Elememts、第2章 The Power of Names、第3章 Dead or Alive、第4章 Oil and Water 、第5章 Mineral and Vegetable 、第6章 Rock and Ore、第7章 Rope and Fiber、第8章 Pain and Pleasure、第9章 Sweet and Double Sweet 、第10章 Natural and Artificial、第11章 Rose and Skunk、第12章 Color me Chemical、第13章 I Hate That Molecule、第14章 Machine of life。下圖為Molecules app 首頁。

圖11：Molecules app首頁，來自ipad平板截圖

此app剛開始使用時可能較不容易上手 (筆者下載後只用了幾次便擱置了好長一段時間，而後才漸漸體會其中美妙)，這是因為當中選錄的內容與章節的編排、與國內外教科書非常不同，據作者的說法，他挑選的章節、介紹的分子種類與編排順序並不是基於「完整」，而是「有趣」。例如書中沒有一個介紹酸與鹼的章節，卻在第4章Oil and Water油與水中，大量介紹了酸鹼中和的產物：肥皂 (主成分為脂肪酸鈉鹽)，相關介紹如下圖所示。

圖11：Molecules app中各種肥皂介紹，來自ipad平板截圖

另一例為第7章Rope and Fiber繩子與纖維中，格雷先提到棉花是由數公分內的棉花纖維交織而成，而棉花纖維是由纖維素的長鏈分子交錯而得，纖維素又由葡萄糖所聚合，而後葛雷展示了各種常見的合成纖維與動物纖維，最後說明了胺基酸的種類與蛋白質如何形成。若依照高中化學課本的編排，以上提及的內容會分別分散在基化二：生物體內的有機物、化學與化工以及選修化學的有機化學、聚合物。相關介紹如下圖所示。

圖12：Molecules app中各種纖維的介紹，來自ipad平板截圖

因此，與其說” Molecules”是教科書，還不如說是像百科全書般，收錄的內容雖然零散，卻是從作者的觀點，將知識依其歷史或製造方法等，一步步地介紹給讀者。然而筆者認為，先讀過課本巨觀的分類與嚴謹的介紹後，再以賞析的角度來讀” Molecules”，箇中趣味才能有更深的體會吧！由於Molecules App的作者與攝影師與”the elements”一書皆相同，因此app的實物畫面亦相當精美華麗。此此之外，又多了三大特色：第一是實物動態的呈現，讀者可由觸控螢幕控制動作(例如燃燒、冒煙、流動等)的快慢、定格操作。第二是在wiggling molecules章節中可將書中提及的分子結構點選觀看2D或3D圖，其中3D圖還可選擇棍棒或填充模型，最酷的是可由讀者控制在不同溫度下觀看分子的運動方式(移動、振動、轉動)，而點選Info則可看到該分子的組成說明、命名、分子式、熔沸點等訊息。相關介紹如下圖所示。

圖13：3D立體分子(阿斯巴甜)的運動方式，來自ipad平板截圖

第三是在主頁面下方的Gallery of Molecules中提供該app內提到的所有化學結構，且支援關鍵字搜尋，筆者在介紹有機分子時常使用此功能進行教學。美中不足之處，是電子書目前只有英文版本，想看中文版本可能得再等等。好消息是，中文版的書籍「用得到的化學：建構世界的美妙分子」已在2017年2月出版了”。

n 結語

如果說”The elements”賦予了週期表元素全新的呈現方式、 ”The molecules App”則體現了元素如何結合、構成我們周遭萬物，”Reactions” 則展示分子間如何相互作用，形成化學反應。有如魔戒三部曲般，這三本書及其app的問世，可說是化學科普知識傳播的全新里程，然而故事還沒有結束，因為有趣的問題仍在持續產生……

n 圖片來源及聲明

葛雷的三個app，就目前化學app中屬於經典之作，在高中教學現場上也頗具實用性；相關介紹，純粹是個人肯定與推薦，其中無涉及商業行為與用途。文章附圖來自個人的所購買的app中截圖，所有相關畫面版權皆屬於Wolfram Research, Inc.及葛雷先生。若考慮教學使用，建議自行決定購買相關app與否。

n 參考影片網址

(1) Chemical fairness: help eliminate molecular prejudice | Theodore Gray | TEDxMaastricht

, https://goo.gl/aLYSrj.

(2) The Elements ebook for iPad ,https://goo.gl/Sh8WcJ.

(3) Building the First “Periodic Table Table” with Theodore Gray , https://goo.gl/jzGC5A.

(4) Molecules by Theodore Gary，https://itunes.apple.com/us/app/molecules-by-theodore-gray/id923383841?mt=8

中學化學App教材與教學：快速將簡報轉換成App：iBuildApp工具介紹／紀宏源

星期五 , 5, 1 月 2018 編輯助理本期專題, 第23期/2018年1月留言功能已關閉

中學化學App教材與教學：快速將簡報轉換成App：iBuildApp工具介紹

紀宏源

台中市立大甲高中

*[email protected]

n 簡介

App 是「Application」的縮寫，就是「應用程式」或「應用軟體」的意思。電腦中的各種軟體廣義來說也是 App。但近年來 App這個名詞開始出現在我們的生活中，原因是行動裝置的普及化，如:智慧型手機.平板等。也因此目前 App 這三個英文字母簡稱，通常指的是行動裝置內的應用程式。

App的的開發模式¹，可分成三種類型：一. 原生型（Native App）:專為特定作業平台所開發的應用程式，可離線作業不連網路也能執行。二. 網頁型（Web App）:無須至「App Store」或「Google Play」商店進行下載，只須打開瀏覽器即可執行程式，但需連網路。三. 混合型（Hybrid App）:包含 Native App 及 Web App 的特性。

而不管那種開發模式，APP的分類個人大概將其分成二類:一是內容型的App，如電子書，課程教學或簡介等。二是功能型App，如遊戲、工具程式軟體等。

近年來智慧型手機的普及，各種內容式的App因應而生，且已成為各項學習知識的來源，如同PChome 董事長暨趨勢觀察家詹宏志曾提到²，「未來Web將變成App，行動網路將成為第二個Internet（網路），人們習慣於用App溝通，那是嶄新的語言和環境。」也因此如何順應科技趨勢，用App 做課程教學是未來教育現場上非常重要的工具，亦是在教育前線的我們所需學習的。

但開發一個行動裝置App且要適用於Apple的iOS與Android兩種不同作業系統，恐怕沒有程式基礎難以達成，雖然目前市面上有許多製作 APP 的書籍，甚至有號稱免學程式就能製作App，但要讓老師在短時間製作出運用在行動裝置上的App，仍舊不是一件容易的事。如果有一個應用程式不需任何程式基礎，又能在短時間讓老師製作 App，那讓老師用App做課程教材將會有可能實現。

在這跟大家介紹一個不需任何程式基礎，透過「iBuildApp」網站，按照既定步驟設定 App 的內容，就可以於短時間內完成 App 的製作，並且還支援iPhone、iPad以及Android系統，除非有特殊的需求否則絕大部份的功能都是免費的。以下將以[Chem is fun]教學簡報為範例，來教大家如何將教學簡報製作成行動裝置App。

圖1：圖左為製作完成的App，圖右為原教學簡報

n 操作步驟

一、註冊帳號：至iBuild App官方網站(https://ibuildapp.com/))的右上角找到”SIGN UP”，輸入Email及密碼即完成註冊。

圖2：iBuild App官方網站註冊畫面

二、建立 App 類型：點選畫面中「Create an App」,選擇所要建立的 App 類型。

圖3：選擇建立的App類型

三、選擇 App 模版

圖4：學校教育型的App類型

四、客製化 APP 模版樣式：設定背景樣式、文字內容、Logo 圖片。

圖5：App模板外觀設計

五、編輯各項目內容：

1.可選擇的編輯的類型：共有數十種不同類型，可選擇適合資料呈現類型

圖6：App類型總覽

2.本次實作選用[Content Management]類型，將原有簡報內容貼至編輯區。

clip_image014 圖7：App編輯區頁面

3.點選[HTML]標籤頁：因為這是影片內容式App，所有的影片都掛載在Youtube平台，必須連線至youtube，於影片頁面按右鍵，出現個按鈕，按”複製嵌入程式碼”，並在編輯區按貼上。

clip_image016

圖8：圖左Youtube影片頁面按右鍵出現複製「嵌入程式碼」，圖右為完成後頁面

六、下載至行動裝置：點選[Test My App]觀看 APP 成果，並可透過 QR code 下載至手機安裝。亦可上傳至Google play 的管理中心³ (需註冊開發人員帳號，須付費25美金)，填妥相關資料後，經審核後即可在平台發布，供人下載。相關資訊如下圖所示。

圖9：Google Play 管理中心資訊頁面

n 參考資料

1. 開發 App 用 Native 語言還是 Hybrid 好？Coder (2012)你怎麼看。科技報橘。2017年12月取自https://buzzorange.com/techorange/2013/11/28/native-app-or-hybrid/.

2. 羅之盈(2013)。詹宏志2013趨勢觀察~頻寬危機、雲端貨幣、Web變成App。數位時代。2017年12月取自https://www.bnext.com.tw/article/25969/BN-ARTICLE-25969。

3. Play管理中心說明，2017年12月取自https://goo.gl/gZ7mmM.

中學化學App教材與教學：滑手機做實驗／陳斾玎

星期四 , 4, 1 月 2018 編輯助理本期專題, 第23期/2018年1月留言功能已關閉

中學化學App教材與教學：滑手機做實驗

陳斾玎

國立花蓮女子高級中學
[email protected]

n 前言

一般高中教師欲進行化學實驗時，常常會遇到課堂不足、儀器老舊、經費短缺、安全顧慮等問題，因此不論在定性或定量實驗方面，常存在著諸多的限制，這些不便，導致學生咸少有動手做實驗的機會。即便現今的教育現場出現越來越多可攜式的數位實驗設備，方便帶到教室內進行，但是放學離開校園後，便很難再接觸到實驗，學生很難將實驗的探究精神落實在生活之中。

隨著手機日漸普及，以往危險性高而難以執行，或是需要特定儀器才能操作的實驗，皆有可能透過手機APP的模擬實驗 (例如燒杯APP)，或是利用手機內建的感應器 (例如氣壓計、光照度計)，搭配合適的APP，進行實驗測量與分析。以下將簡單分享筆者在課堂上使用燒杯、氣壓計、光照度計三種免費手機APP應用於教學及心得。

n 燒杯APP簡介與課堂模擬實作體驗：

2015年蘋果公司在Apple Store公佈的最佳APP名單中，燒杯(beaker)獲選為『最具創意的APP』的手機程式，驚訝四方^1,2,3。此款軟體介面如同名稱一般，將手機畫面變成燒杯，讓使用者可在手機上進行化學反應。開啟這個App後，使用者可以自由選擇欲加入的藥品(有150多種藥品可選)，即可能發生『化學反應』，比如燃燒、爆炸、沉澱、變色…等，除了有畫面之外，更有音效，螢幕上還會顯示反應式(內建約300多條反應式)。『燒杯』實驗結束後，不用清洗，只要將手機傾斜，就能把藥品『倒掉』，相當新奇。此App 亦提供android 系統手機體驗的App，燒杯(beaker)手機App圖示及連結如下：

下載網址：Google play,https://goo.gl/GipR5a

除了一般的固態、液態藥品可以選擇外，還有加熱、點火等功能，另外更支援手機連線，可以將藥品由一支手機『倒入』另一支手機，詳細介紹及操作，可參考上列連結。下圖為部份部分實驗畫面展示，左至右分別為：酸鹼指示劑、燃燒、焰色。

圖1：「燒杯」實驗畫面截圖

由於此應用程式並非針對特定主題，故在課堂簡介後，便開放學生分組自由使用，接著分享發現。有趣的是課堂上手機數量甚多，常常出現有人倒掉藥品，卻被附近手機接收之窘況，這是手機連線功能在設計時沒有想到的問題吧！下圖為學生操作情況。

圖2 ：燒杯APP體驗學習

n 手機內建感測器簡介

一般手機除了通話外，還有定位、照相、辨識(例如指紋辨識、虹膜辨識)等功能，這些豐富功能歸功於手機內建多樣感應器，搭配使用可達到更佳效果，像是相機對焦就需要距離感測器、環境光度感測則可辨識是否需開閃光燈。茲將感應器依照常用功能分類如下：

一、相機相關：距離感測器、環境光源感測器

二、屏幕方向切換：重力感測器、加速度感測器、磁感測器、霍爾感測器

三、手機定位與導航：GPS、氣壓感測計、陀螺儀

四、健康相關：加速度感測(計步器)、心率感測、血氧感測、紫外線感測

(以上感測器為參考各家手機主要功能後條列，詳細配件則依照手機規格、等級而有不同)

透過多項感測器結合，使手機能達到預期使用目的，反過來講，由於感測器確實存在，亦可透過特定APP將其感測數據連結並由螢幕顯示，作為隨手可得之實驗儀器，無須成本(部分APP須付費，但通常可找到較初階的免費版本)，教師即可進行相關課程設計，融入實驗教學之中。

n 氣壓計APP的介紹與波以耳定律實驗教學

氣壓計APP分為確實感測氣壓，與透過GPS定位接收氣壓數值兩種，由於手機系統差異，學生可以搜尋下載後，放入真空保鮮盒抽氣檢驗，同時培養自己找尋適合程式的能力。筆者使用的APP圖示及連結如下(ios系統)：

clip_image010[4]

下載網址：https://goo.gl/sxuC3J

波以耳定律主要探討定量氣體在定溫下，氣體壓力與體積的關係，過去物理科使用的是一端封閉的J型玻璃管，內裝水銀，利用兩端水銀面的高度差來量測氣壓。由於玻璃器材造價較高，且易脆，使用的水銀藥品是管制品，且有安全疑慮，無法帶到課堂使用；化學科亦有相關氣壓測量裝置，不過是利用玻璃管內染色的食鹽水裝置，觀測水面的升降量來計算氣壓。當然時代進步，也可以使用一般的壓力計，甚至數位壓力感測器來進行氣體相關實驗。

本文透過手機安裝氣壓計APP作為氣壓感測器，再搭配真空保鮮盒及針筒，即可簡易、快速完成波以耳定律的驗證。實驗使用器材及步驟如下：

一、實驗器材：

智慧型手機(安裝氣壓計APP) 1台、真空之保鮮盒及抽氣棒(640mL以上) 1組、2或3號橡皮塞1個、5mL塑膠針筒1支、10mL塑膠針筒1支。

二、實驗步驟：

1. 將塑膠針筒拉至2mL位置，用橡皮塞封住開口端。

2. 打開氣壓計APP，關閉螢幕保護程式後，將手機連同塑膠針筒一同置入可抽真空之保鮮盒內，相關實驗裝置如下圖所示。

圖3：波以耳定律實驗裝置

3. 紀錄起始氣壓及體積後，利用抽氣棒抽氣，讀取氣壓計讀數及塑膠針筒內氣體體積數值，最少紀錄8組數據，再以氣體壓力P(atm)分別對氣體體積V(L)及體積倒數(1/L)作圖。

4. 重複上面三個步驟，並將起始體積改為3mL。

三、課堂實況與使用心得：

透過生活可得的器材，做出化學課本上的實驗，學生備感新奇。本次課程搭配其他氣體定律相關實驗進行，由於數據取得容易，故要求學生每個起始體積都做8組以上的數據。各組需自備筆電，或直接利用手機計算機來處理數據；經作圖後，可以發現正比、反比的趨勢皆非常明顯，其中正比的線性回歸線R平方值高達0.99以上。下圖為學生操作實況：

圖4：學生進行波以耳定律實驗情形

早期教到波以耳定律時，除了直觀說明現象外，總是得花許多時間解釋J型管構造，甚至使用濃鹽水染色、搭配透明水管模擬J型管演示實驗，但水柱高度需轉換壓力單位、開口端需加上大氣壓…等，往往造成學習上的困難。現在只需打開手機APP並置於密閉空間，透過抽氣過程，不僅可以觀察到體積的變化，還可以直接讀取各種不同單位的壓力數值，省卻了單位換算，非常方便。缺點是目前尚未找到簡易增壓裝置，所以僅用於減壓實驗驗證波以耳定律。

n 光照度計app應用於比色實驗

手機做為光學儀器，如照度計、手機顯微鏡…等，並非新聞，搜尋APP時，更有多種搭配市售裝置的手機光譜儀。本次比色實驗使用非常初階的感光功能，相關適合的APP可輸入如照度計、感光計、光度計等關鍵字搜尋，可以找到不少的免費項目。筆者使用的「LUX」APP圖示及連結如下(ios系統)。

下載網址：https://goo.gl/f6uGYX

傳統的比色法實驗需用雙眼直視試管內的溶液，試管的下方則是日光燈管。不只實驗完成後學生會感覺『眼冒金星』，單憑肉眼判斷的實驗，精準度並不如想像中高！雖然手機並沒有直接分光的功能，我們卻可以透過光照度APP (以下簡稱照度計)，感測透過液體後的照度變化，改良比色法裝置。

由於筆者目前任教高二，尚未學習化學平衡，故本次實驗僅以照度計檢測有色離子(Fe³⁺)之濃度。其中標準液為0.2 M，未知液分別配置了0.1 M及0.05 M供學生測量。

一、實驗器材及藥品

智慧型手機(光源及照度計APP)2台、試管4隻、塑膠滴管1隻、黑紙(包覆比色管用)適量、0.2M(標準液)與兩種濃度低於0.2M之未知濃度的硝酸鐵溶液各6mL左右。

二、實驗步驟

1.分別將裝有未知濃度溶液試管及標準濃度(0.2M)試管以黑紙包覆。

2.先測量未知濃度試管：在試管的下方安置一支開了手電筒的手機作為光源，若亮度太高，可以中間隔著一張紙。請注意固定每次實驗時光源位置，以免影響實驗結果。

3.在上端使用另一支手機，打開照度計APP，並將感測鏡頭對準試管開口，測量光照度的數據。請注意每次測量時對準的位置需相同，以免影響數據測量。裝置如圖：

圖5：圖左直接用手機光源，圖右使用紙張降低手機光源強度

4.改以標準溶液做測量，並用滴管吸取溶液至光度至與未知液相等，打開包覆的黑紙，測量溶液高度比，並推算未知溶液的濃度。

三、課堂實況與使用心得：

單憑肉眼觀測，一般人可以明顯看出不同濃度的鐵離子溶液，其顏色的深淺差異，但無法說出正確的濃度。透過肉眼觀察並引入比色的概念後，學生大致可以接受液體高度與濃度的關聯，此時若引入照度計概念，學生就能更清楚的了解比色實驗的操作與原理。下圖為學生操作實況：

圖6：學生利用手機照度感測器及相關APP進行比色實驗

雖然照度計的精準度不如預期，但配置濃度落差較大(本次課程為：標準液0.2M、未知液分別為0.1M及0.05M)，學生仍可大致測量出溶液的高度比分別為1：2：4，從而推算出濃度關係，比起只有肉眼觀測，數據測量後的結果更有說服力。

實驗中比較麻煩的部分是手機光源、鏡頭都比較集中，所以些微的偏移就會有不一樣的結果，單人操作較困難，需要2~3位同學分工合作，才能順利進行，若能使用固定架，相信實驗會更精準。

n 結語

化學實驗是化學學習中不可或缺的部分，隨著科技進步，手機功能日益強大，能做的事早已超乎傳統想像；像過去，教師只能用真空保鮮盒演示壓力改變下，氣體體積的定性變化，卻無法帶學生做到氣體定律的定量分析；今日，在智慧型手機強大的功能輔助下，實驗的測量變得更方便，也更準確了。

享受科技便利的同時，借助科技，與時俱進，相信可以讓基礎科學實驗更貼近生活！

n 參考資料

1. 蘋果年度創新App：「Beaker」(民104)。數位時代。民108年1月，取自：https://www.bnext.com.tw/ext_rss/view/id/1140733

2. 實測2015年度最具創意APP：燒杯 BEAKER (民105)。Life生活化學。民108年1月，取自：https://www.lifechem.tw/blog/151205

3. 黃慧雯 (民105年)。3C小學堂：手機感測器好多種 5分鐘搞懂原理。中時電子報。民108年1月，取自：http://www.chinatimes.com/realtimenews/20160528001322-260412

觸媒對過氧化氫分解反應之影響／趙益祥、佘瑞琳

星期三 , 3, 1 月 2018 編輯助理化學實驗室, 第23期/2018年1月留言功能已關閉

觸媒對過氧化氫分解反應之影響

趙益祥、佘瑞琳*

國立臺灣大學化學系
*[email protected]

n 前言

觸媒（Catalyst）又稱為催化劑，是一種加到反應系統中，可以參與反應以加快反應速率，而本身不被消耗或轉化的物質。觸媒的加入，降低反應的活化能，讓反應在較低的溫度下可快速反應，達到節能的目的，因此在工業製程上有許多的應用，如食用油氫化和重要化工藥品氨的製程等，均需要借助觸媒。觸媒一般分為均相觸媒、異相觸媒及生物觸媒（酶或酵素）三大類，各有作用機制。其中酵素，在生物體內扮演重要角色，所有的生長代謝過程，如醣類代謝、蛋白質合成和分解、遺傳訊息傳遞等，都需要酵素的參與。酵素的催化反應具有高的專一性且好的催化效率，但因酵素一般是由具有特殊立體結構的蛋白質組成，因此受環境酸鹼度和溫度等影響很大¹。

本研究利用高中化學和日常生活中常見的雙氧水分解反應，設計一項綜合實驗，讓學生觀察三類觸媒的催化效應與特性並測定分解速率。教師可以依此實驗為藍本，設計科學探究實驗。

n 原理與概念

日常生活中用以消毒傷口的雙氧水，是含有3％H₂O₂的過氧化氫水溶液。在室溫下久置，過氧化氫會自然分解成水和氧氣，而失去效力，其分解反應如式[1]所示。

[1]

我們可以使用均相觸媒KI水溶液、異相觸媒MnO₂固體及生物觸媒催化此分解反應。均相觸媒KI參與分解反應的機制如式[2]和式[3]所示²。異相觸媒MnO₂則是讓反應物吸附在接觸面的活性位置，使反應活化能降低，而加快反應。

[2]

[3]

生化反應中的觸媒稱為酶或酵素，多由蛋白質和輔酶所組成，具有特殊的立體結構，對反應受質具有高的專一性，在一般體溫的溫度下就有很好的催化效率。酵素的催化機制，一般以鎖鑰模式來說明，如式[4]所示：酵素（E）的活化中心先與受質（S）結合，形成位能較低的活化複合體（ES），再將受質快速轉變成為產物（P）而脫離酵素。因此當環境的酸鹼度或溫度改變，酵素的立體結構發生變化時，它的催化效率會有極大的變化。

酵素（E）+ 受質（S）® 酵素–受質（ES）® 酵素（E）+ 產物（P） [4]

本實驗使用過氧化氫水溶液的分解反應，來觀察比較不同相態觸媒的催化效果，並探討影響酵素活性的因素。由於分解反應所產生的氧氣不易透過肉眼觀察，因此在過氧化氫溶液中加入洗碗精以包覆所產生的氧氣，並將反應系統置於量筒中，隨著定量催化劑催化分解反應的進行，量筒中的清潔劑泡沫面也隨的升高，記錄泡沫面高度隨時間的變化，可定量分解反應速率³。

n 藥品、器材與材料

一、藥品

每組用量：二氧化錳0.1~0.3 g、3%過氧化氫35 mL、2.0 M碘化鉀溶液1~3 mL、50%洗碗精2 mL、液態氮5 mL

二、器材與材料

每組用量：線香數支、豬肝1小片、剪刀1支、鑷子1支、錶玻璃1個、蒸發皿1個、燒杯（100 mL）1個、量筒（50 mL）3個、塑膠滴管2支、麻布手套1雙、塑膠盆1個、計時器1個，如相片一所示。

相片一：剪刀和豬肝（上左）、量筒和塑膠盆（上右）、蒸發皿和錶玻璃（下左）、麻布手套和塑膠滴管（下右）

三、藥品配製

l 3%過氧化氫溶液：量取100 mL的30％H₂O₂加水稀釋到1 L。

l 2.0 M碘化鉀KI：秤33.2 g碘化鉀（KI）溶解稀釋至100 mL。

l 50%洗碗精：量取50 mL的洗碗精加水稀釋到100 mL。

n 實驗步驟

一、過氧化氫分解反應—異相與均相觸媒

1. 秤量約0.1 g的MnO₂，加至50 mL量筒中。再加入3滴洗碗精，並放置量筒於塑膠盛接盆，如相片二所示。

相片二：量筒中加入0.1 g的MnO₂和3滴的洗碗精

2. 於量筒中加入5 mL的3％過氧化氫溶液，迅速搖動量筒以混合溶液，計時並每隔5或10秒觀察記錄所產生清潔劑泡沫的體積，以測定H₂O₂的平均分解速率（mL/s），如相片三所示。

相片三：觀察記錄所產生清潔劑泡沫的體積

3. 待反應完全、清潔劑泡沫較為消泡後，以點著的線香，快速地垂直插入量筒中的氣泡內，觀察記錄線香燃燒情形，並判斷分解反應所產生氣體的性質，如相片四所示。

相片四：線香垂直插入量筒泡沫內

4. 以毛刷刷洗量筒，改為加入1 mL的2.0 M碘化鉀，並重新取3滴洗碗精，再加入5 mL過氧化氫溶液後，迅速搖動量筒以混合，計時並觀察記錄H₂O₂分解速率，如相片五所示。待泡沫鬆散時再插入線香，觀察記錄線香燃燒情形。

相片五：1 mL的KI催化過氧化氫分解

5. 刷洗量筒，改變觸媒用量（如改用2 mL的KI或0.2 g的MnO₂），比較H₂O₂分解速率。

二、過氧化氫分解反應—生物觸媒

1. 以剪刀，剪裁豬肝為大小面積約相等的三小片，如相片六所示。於50 mL量筒中加入一小薄片新鮮豬肝，再依序加入3滴洗碗精和5 mL過氧化氫溶液。觀察記錄H₂O₂分解使清潔劑泡沫產生的速率。

相片六：新鮮豬肝裁剪為大小面積約相等的三小片

2. 於蒸發皿中倒入適量液態氮，再取一小薄片新鮮豬肝置於其中，讓豬肝急速冷凍，如相片七所示。以鑷子夾取豬肝置於50 mL量筒中，再依序加入3滴洗碗精和5 mL過氧化氫溶液，觀察記錄H₂O₂分解速率。

相片七：液態氮急速冷凍新鮮豬肝

3. 取一小薄片豬肝，放置於100 mL燒杯的沸水中，加熱至豬肝變色完全煮熟，如相片八所示。以鑷子夾取豬肝，放置於50 mL量筒中，再依序加入3滴洗碗精和5 mL過氧化氫溶液，觀察記錄H₂O₂分解速率。

相片八：沸水加熱煮熟新鮮豬肝

4. 於50 mL量筒中加入2滴自豬肝流出的血水，再依序加入3滴洗碗精和5 mL過氧化氫溶液，觀察記錄H₂O₂分解速率。比較豬血水與豬肝的催化效應，如相片九所示。

相片九：比較豬血水與豬肝的催化效應

n 結果與討論

雙氧水的催化分解反應是一般化學教師會運用以進行「大象牙膏示範實驗」的化學反應，所使用的雙氧水濃度高，催化分解速率快，以達到吸引學生注意的效果。於本研究中，我們調降雙氧水的濃度與用量，稀釋洗碗精的濃度，再選擇適合的觸媒，在量筒中進行催化分解反應，讓學生使用簡單的量測清潔劑泡沫產生的體積，以測定分解反應速率。實驗過程中，以線香燃燒測試產物氧氣的性質，增加實驗的趣味性。

本實驗曾經於臺灣大學普通化學實驗由大一學生實作，蒐集25組學生實驗結果，以0~30秒間所產生清潔劑泡沫的體積計算過氧化氫分解反應的平均速率，如表一所示。學生測量所得的平均速率會隨「是否持續混合量筒中溶液的方式」及「計算平均速率的時間」而略有差異。然而整體實驗數據均顯示，以均相觸媒（KI）催化效果較異相觸媒（MnO₂）為佳；觸媒用量增加，則催化效率提升。

表一：過氧化氫分解反應—異相與均相觸媒催化速率

觸媒	0.1 g MnO₂	0.2 g MnO₂	1 mL 2 M KI	2 mL 2 M KI
速率（mL/s）	0.28	0.40	0.38	0.75

本實驗另以購自市場的生鮮豬肝作為生物觸媒來源，催化過氧化氫分解反應。實驗中比較新鮮豬肝、煮熟的豬肝及流自豬肝的血水的催化效應。學生所測得0～30秒間的平均速率結果如表二所示。發現以2滴豬肝血水催化分解的速率最快，其後依序為新鮮豬肝和冷凍豬肝。由於豬肝血水可與溶液充分混合，因此催化效果佳；由於新鮮豬肝只有表層與反應液接觸，因此催化效果次之。冷凍豬肝在液態氮（-195^oC以下）的極低溫度下，催化活性降低許多，但一旦回復至室溫後，活性即可恢復，繼續催化過氧化氫分解。煮熟豬肝則由於高溫破壞過氧化氫分解酵素的結構，使其失去催化活性，縱使回復到室溫，依然無法催化過氧化氫的分解。在學生的實驗數據中，煮熟豬肝仍有少許活性（0.04 mL/s），主要是因煮熟豬肝沾到少許豬血水而催化分解反應，或沒有完全煮熟所致。

表二：過氧化氫分解反應—生物觸媒催化速率

觸媒	新鮮豬肝	新鮮豬肝	煮熟豬肝	2滴豬肝血水
速率（mL/s）	0.75	0.31	0.04	> 50 mL

在學生的實驗過程中，我們亦發現觸媒的加入順序對實驗結果影響甚大，例如：先加入洗碗精和5 mL過氧化氫溶液，最後加入觸媒時，MnO₂和豬肝皆易浮於清潔劑泡沫面上，甚至被泡沫包覆，無法在溶液中發揮催化效果，因此改變加入順序為：先取觸媒與洗碗精，再加入過氧化氫溶液，混合可以較為均勻，反應較為完全。

以燃燒線香測試清潔劑泡沫中的氧氣時，可觀察到線香遇到清潔劑泡沫中的氧氣而燃燒更旺。但線香極易因觸碰到清潔劑泡沫而熄滅，若能等反應完全後，清潔劑泡沫稍微消泡後，線香較不易熄滅，且當線香往量筒下方移動時，可觀察到線香持續燃燒的更旺盛，如相片十所示。

相片十：以線香測試包覆於清潔劑泡沫中的氧氣燃燒

n 注意事項

l 為避免照光分解，2.0 M KI必須存放於茶色瓶或於瓶身包覆鋁箔紙。

l 3%過氧化氫溶液必須新鮮配製，使用後冷藏，以避免自然分解而降低濃度，造成分解反應效果不佳。

l 各相態觸媒盡量保持垂直加入，避免碰觸量筒壁而導致未與反應物反應。

l 加入洗碗精後過氧化氫水溶液後，應盡快水平旋轉搖動量筒以均勻混合溶液。

l 線香插入量筒測試氣體性質的最佳時機是，等待過氧化氫分解反應完且等到清潔劑泡沫鬆散時，再垂直插入到清潔劑泡沫約1/3位置；避免插入太深或觸碰到液體導致線香熄滅。

l 線香點燃的時機是在要用時才點燃，避免空燒而使實驗室蓄積煙霧。

l 實驗過程中豬肝和豬血水宜放置於冰浴中冷藏，避免天熱時發臭變質。

l 新鮮猪肝和豬肝血水加入後反應極快，應盡快觀察，否則易錯過體積記錄時間。

l 實驗使用過的豬肝應煮熟與其他相關耗材（如夾鏈袋）等盡速集中處理，避免棄置在實驗室中而發生惡臭。

l 液態氮溫度極低，操作時應穿戴麻布手套以避免凍傷。

n 教學指引

l 本實驗可搭配高中基礎化學（三）的「化學反應速率」或大學普通化學的「化學動力學」課程內容，進行實驗印證。

l 在實驗操作之前，教師可先簡述各相態觸媒的分類、酵素的本質及其催化活性受酸鹼度與溫度等環境因素的影響，再說明實驗操作流程與注意事項（參考臺灣大學化學系普通化學實驗「觸媒與催化效應」實驗簡報：http://goo.gl/HmjPH9），之後讓學生進行分組操作，實驗約可於1小時內完成。

l 教師可隨實驗時間僅安排進行部分實驗，或者讓學生閱讀化學動力學與酵素動力學相關資料，思考其他可能影響酵素活性的因素，設計探究與實作的延伸實驗，例如：測試MnO₂用量、KI濃度或用量或者測試其他動植物組織的催化活性的研究。

n 結語

觸媒與催化作用是高中化學、大學普通化學及生物化學的重要課題。其中酵素在生物體中是維持生命的重要推手，由於其所涉及的化學試劑和器材價格不菲，以致學生對觸媒的認識僅限於知識面的理解而缺乏實作的認識。於本實驗，學生使用簡單易取得的生活化物品，如豬肝、洗碗精及消毒用雙氧水等，可回收重複使用的器材進行實驗，反應過程不會產生大量的廢棄物，是一個對環境友善的實驗。學生經由動手做並實際觀察測量，學習測試氧氣的助燃特性，定量比較不同相態觸媒的催化效率，更因生活化的豬肝與豬肝血水的加入，提高學生體驗實作的樂趣，並增強對實驗原理的理解。

n 參考資料

1. 酵素化學實驗，http://juang.bst.ntu.edu.tw/BCbasics/Enzyme12.htm。

2. Chang, R. & Kenneth, K. A., Chemistry; 11^th ed., McGraw Hill Co, New York, (2013), pp. 598.

3. 臺灣大學化學系，《普通化學實驗》初版，民國104年9月，臺大出版中心：臺北。

n 謝誌

本實驗為臺灣大學化學系的暑期化學營實作實驗而開發，於本系普通化學教學組歷任教師和助教協助下進行編修與改進，而有各項多媒體教材，例如：中文和英文教學簡報和教材的教學資源，可參考臺灣大學化學系的網頁：http://www.ch.ntu.edu.tw/~genchem99/index.htm。

n 學生實驗手冊

下載本實驗的學生實驗手冊—「觸媒對過氧化氫分解反應之影響」。

化學虛擬實境與學用合一的審視／李賢哲

星期二 , 2, 1 月 2018 編輯助理化學教育新知, 第23期/2018年1月留言功能已關閉

化學虛擬實境與學用合一的審視

李賢哲

國立屏東大學應用化學系

[email protected]

很高興能再與大家一起分享這一期的化學教育新知，本短文敘述內容包含三篇當代關於化學教學與學習的文章，第一篇從2017年11月化學世界(CHEMISTRY WORLD)節錄下來，主要試著翻轉向來瓶瓶罐罐的化學實驗教室，朝向虛擬實境世界發展；第二篇主要在以問題導向的活動激起學生主動學習的意願；第三篇針對當前大專化學教育與社會所需之化學訓練如何搭配，進行檢視並提出相關建議，簡要內容分別敘述如下:

第一篇： Chemistry to go boldly into virtual world

當大家一味地為虛擬實境(VR)冠上許多不同的用途之際，也有相關的化學教育學者專家與開發機構，積極投入這原以玩遊戲起家的方式學習化學。當老師或學生一起戴上立體眼鏡，下載相關的3D運作程式，每一位使用者剎那之間，都成為一間實驗室的擁有者，可以藉由虛擬3D立體的情境顯示，不會有化學藥品味道的薰陶、不會有玻璃器皿破碎的考量、不會有產生火災或者化學藥品侵蝕的危險，得以多方嘗試、多方的比較，在虛擬實境裡進行實驗與操作的可能;然而大家若以為虛擬實境僅侷限於此，或許許多的功能還值得一提!

虛擬實境的擴展可以運用諸多量子力學計算之內容，也可以利用3D的方式與不同的分子做成纏繞或者分散各處，以評估分子或原子互相反應形成新的物質穩定與否?或者功能判定的可能?甚至也可藉此縮短新藥物研發之期程等等。目前已有學者將此VR設置運用於大學新鮮人的化學實驗教學中，甚至於不久將來更期待3D實驗室與相關的立體分子操弄的呈現，能更加普及提供各層級之學校與實驗室使用。這似乎是新一代化學學習利器開發與實踐的同時，或許也可展現一位相關學者的意見，”關於化學實驗室是否如此就可以被VR取代了呢?然而3D立體的虛擬實驗室畢竟不是真實的情境，若想藉此取代真實而剝奪了年輕人嘗試挑戰的權利，未免也太過於天真與越線了。”後來之結果如何?我們大家與化學界的先進們，一起拭目以待吧!

圖一:虛擬實境(VR)實驗室之轉變示意(取自參考文獻1)

第二篇: Learn on the move: a problem-based induction activity for new university chemistry students

圖二: 以問題導向之學習與訊息傳遞的課程設計訓練學生多元之能力。(取自參考文獻 2)

第二篇文章內容主要敘述為大一新生所設計的化學學習活動，著眼於如何訓練大學學生主動學習，此乃當前教育最重要挑戰之一。大一的新生在完成高中教育，進入大學的學習模式值得大家關注；而此對於大一新生設計進行的化學課程主要是以問題導向學習(PBL)的開放式問題(open ended question)，藉由修課學生提供在大學校內通車往返校區的學生能學習相關的化學知識與操作問題的解決模組，其中並收集與傳遞相關的化學內容。由於通車往返時間之考量，這內容的提供侷限於20分鐘，設計成一個傳播知識課程之模組，開發能訓練修課學生對於達成任務工作的團隊合作、設計創意與傳遞訊息的技巧，如圖二所示。值得一提的，原本這一堂課的修課學生原被分為18小組，因而設計18個化學內容訊息傳遞之學習模組。

然而結果顯示，某些組別願意提供更多設計的化學課程內容模組，並加入提供給通勤同學做為說明學習之參考，如此共收集彙整了24個不同的化學內容主題，包括實驗室的技巧、有機化學概念定義、有機化學的命名、以及原子的結構與鍵結等，多元的化學相關內容，滿足了在這20分鐘通勤的同學有個接受化學訊息傳遞的機會，並讓修課同學作為訊息傳遞者，得以訓練其主動學習的呈現。研究結果亦顯示，修課學生在歷經如此的學習歷程後，對於個人於化學議題的學習，出現更加主動與相對應滿意的提升，尤其在溝通的技巧的成熟度與呈現。如果反思最不滿意的回答，或許是等不及要從別人的活動中窺見答案，與其若此，這些修課同學會以迫不及待的方式，主動的探索達成解決問題的方式。

第三篇: Evaluating the relevance of the chemistry curriculum to the workplace: keeping tertiary education relevant

“學用落差”經常在教育現場與廠家面對面時被提及，而隨著變遷快速的就職環境，高等教育(tertiary education)如何提供學生在學術歷練、個人生涯和將來的事業這三大面向拓展並擴大學生的能量，已成為眾多高等教育學習機構努力的方向；同時高等教育學府持續建立相關的實驗室，更能提供學生研究的機會和實習的場域，甚至於提供國外學術交換學生，無非也為受教者提供較佳之學習歷練。就許多課程規劃與學習內容的主要目標而言，無非在建立學生應具備的軟實力與硬實力，以支持將來進入職場之所需。

然而這些所需，是否能夠直接反映在課程設計與架構之搭配，值得大家思考!這篇關於國立新加坡大學化學系針對其課程設計與內容，結合學生、企業與雇主，一同檢視其課程設計與現場需求符合程度，作為此論文論述的主軸。為收集實驗設計所預期得到的結果，研究者分別藉由和大學生與雇主的面談與問卷，進行內容收集分析歸納，結果顯示如圖三，其中82.4%的受訪者認為提供真實環境的情境經驗是首要的選項；第二是提供必要的工業界實習佔81.6%；第三是建立特別的實驗室與設備，提供將來作為工業研究與開發(R&D)的需要 (71.8%)，其他項目亦於表中，提供與大家考量。筆者覺得這研究之成果，或可以做為目前國內亟欲提升產學與學用落差縮短之課程設計之參考。

圖3: 建議較為適合大專畢業學生進入職場之化學課程設計 (N = 255). (取自參考文獻 3)

參考文獻:

1. Stoye E. (2017). Chemistry to go boldly into virtual world, Chemistry World, 14(11), 8.

https://www.chemistryworld.com/news/virtually-chemistry/3008119.article. retrieved on December 20, 2017.

2. William, D. P. (2017). Learn on the Move: a problem-based induction activity for new university chemistry students. Journal of Chemistry of Education, 94(12), 1925-1928. http://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.jchemed.7b00399?src=recsys& retrieved on December 20, 2017.

3. Nur Yaisyah Bte Md Yasin and Ong Yueying (2017). Evaluating the relevance of the chemistry curriculum to the workplace: keeping tertiary education relevant. Journal of Chemistry of Education, 94 (10), 1443–1449. http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jchemed.7b00296 retrieved on December 20, 2017.

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