《臺灣化學教育》第四期目錄/2014年11月

《臺灣化學教育》第四期(201411月)

 

n主編的話

第四期主編的話/邱美虹〔HTMLPDF

n本期專題

上海化學教學參訪與經驗交流/邱美虹〔HTMLPDF

上海化學教學參訪與經驗交流:行動蝕刻和分子撲克牌教學交流與參訪心得/廖旭茂〔HTMLPDF

上海化學教學參訪與經驗交流:化學科科展作品交流與參訪心得(上)/劉曉倩〔HTMLPDF

上海化學教學參訪與經驗交流:化學科科展作品交流與參訪心得(下)/劉曉倩〔HTMLPDF

上海化學教學參訪與經驗交流:化學示範實驗交流與參訪心得/王瓊蘭〔HTMLPDF

上海化學教學參訪與經驗交流:自製化學實驗裝置經驗分享與參訪心得/謝耀隆〔HTMLPDF

上海化學教學參訪與經驗交流:化學教學交流報導與參訪心得/張威進〔HTMLPDF

上海化學教學參訪與經驗交流:即時回饋系統和擴增實境教學交流與參訪心得/陳怡宏〔HTMLPDF

n微型化學實驗

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n化學實驗含影片

趣味化學玩具:神奇合金與彩焰蠟燭/邱姿蓉、黃維靜〔HTMLPDF

n多元教學法

超越純粹概念知識的教學—強

n多元文化的化學【專欄編輯/傅麗玉】

漿水麵中有化學,甘酸爽口談秘辛/王海飛、楊林坤〔HTMLPDF

n高中化學教學疑難問題與解題

鋰離子標準還原電位異常的探討/施建輝〔HTMLPDF

n化學活動推廣

推廣化學活動「哈利波特—科學與魔法的奧秘」/Lydia W.L. Chen and Colin N. Yates

國際志工服務—在馬來西亞推廣化學驚奇實驗/李錡峰、李哲宇、許乃月、楊水平




主編的話—讀萬卷書、行萬里路/邱美虹

主編的話—讀萬卷書、行萬里路

邱美虹

國立臺灣師範大學科學教育研究所教授
國際純粹化學與應用化學聯盟(IUPAC)化學教育委員會主任委員
中國化學會(臺灣)教育委員會主任委員
[email protected]

第四期的「本期專題」是一群高中化學學科中心的種子教師到上海進行化學教學參訪與經驗交流,由參與該活動的六位教師(王瓊蘭、陳怡宏、張威進、廖旭茂、謝耀隆、劉曉倩)特別發想撰稿以饗本刊讀者,其中對於上海參訪的學校設備、教師專業成長、與觀課做了細緻的描述與深層的反思,除在文中點出截長補短與見賢思齊的必要性外,也呈現臺灣化學教學的活潑性、創新性、與多元性。將創意融入化學教學與評量中,以培養學生科學探究與溝通的能力、提升學生邏輯思考與問題解決的能力、建立正確的化學知識與學習態度、善用化學符號與語言以呈現所學,進而提升化學學習的興趣,是化學教育的目標。為達目標所採取的策略與方法,則各有巧妙。在全球化與知識經濟的時代下,化學教育的核心價值究竟在何處、如何在理想與現實中找到一個平衡點,想必是兩岸化學教師與化學教育工作者努力的要項。希望本期專題的內容可以提供讀者一些思考的方向。

本期計有18篇文章,除上述的專題文章外,尚有11篇文章,其中一篇是鐘建坪老師因參與上述兩岸化學教師交流活動而發想的文章,針對如何在化學教學中兼顧概念的學習與以及建模能力的培養做更深入地剖析,以說明概念和能力必須兼顧方能培養出化學的素養。其他專欄文章則包括方金祥教授持續介紹兩篇微型化學實驗,其一為微型化學花園,其二為微型氯氣製備裝置及在化學教學上之應用。邱姿蓉老師和黃維靜老師的神奇合金與彩焰蠟燭的趣味性化學實驗,介紹兩種金屬的相圖以及共晶溫度,並藉由生活中常見的彩豔蠟燭,說明金屬的焰色實驗,深入淺出且寓教於樂,是值得老師們參考的教學素材。洪蓉宜老師、張淑苑老師和張欣怡教授以知識整合數位化學的探究課程來探討跨越尺度的學習,科學活動中常包括對科學現象的預測,再藉由大膽假設、小心求證的歷程中提出合理的論證,並評估理論與證據之間的關係,進而檢視個人對現象觀察與解釋內容與科學理論之間的契合度。謝秉桓老師以預測、觀察、解釋、比較的教學策略探討學生學習奈米級鐵粉實驗的臉部表情變化與其概念學習成效之間的關係,作者指出學生臉部表情是否產生變化可說明其與預期結果之可能關係,但更重要的是學習歷程中,透過預期實驗結果,可以協助學習者激發其舊知識,爾後可能產生認知衝突,進而促進其學習。鍾曉蘭老師的探究活動融入學校本位課程之學習效益,說明探究活動是科學活動的內涵,其融入於學校教學中是可行且效益可見,值得有意翻轉教室教學者參考。傅麗玉教授負責的「多元文化的化學」專欄,由蘭州大學的王海飛教授和楊林坤教授,介紹蘭州漿水麵的製作過程及其化學反應,生活中處處有化學,又一明證。施建輝老師為讀者解惑,進行對鋰離子標準還原電位異常的說明。最後,介紹兩個化學相關的國際性推廣活動,其一是加拿大布魯克大學Lydia Chen教授和滑鐵盧大學Colin Yates教授,介紹他們透過學童們對哈利波特的喜愛,將驚奇的化學實驗帶入一個魔法世界,以引起學童的好奇心;其二是李錡峰、李哲宇、許乃月、和楊水平教授,介紹一項國際志工服務,在馬來西亞推廣驚奇的化學示範實驗。好奇心永遠是學習的起點,而延續好奇心到永續的學習則是較大的挑戰!




上海化學教學參訪與經驗交流/邱美虹

上海化學教學參訪與經驗交流

邱美虹

國立臺灣師範大學科學教育研究所
[email protected]

n緣起

教育學會化學教學專業委員會化學教學聯合主辦的化學教學研討會,對700多位與會者做大會專題演講。我針對如何以建模方式促進學生化學學習以及運用人臉辨識系統探究學生面對反直覺的科學現象的反應進行報告。前者介紹建模在科學學習中的重要性,後者乃是經由特殊設計的教學活動(包含預測、觀察、解釋、視覺化),透過比較觀察與預測之間的關係以確定是否造成學生概念衝突與改變。得到與會教授與中學教師廣大的迴響,同時也對促進學生科學學習的教學策略做了深入的意見交流。此次交流再令我深深感覺教師要能不斷受到啟發以及反思教學與評量,方能自我鞭策在專業上的成長與精進。有優質的教師,方能啟迪學生的心智。

2009年上海市第一次參與國際科學素養調查研究(The Programme for International Student Assessment, PISA)就拔得頭籌,不免讓人好奇其教學現場。因此會中我便向上海師範大學吳俊明教授(圖1)提出兩岸教師交流的想法,希望能藉此讓台灣和上海的教師進行交流及經驗分享。沒想到吳教授欣然答應,並積極促成此事。回台後我也和高中化學學科中心老師表達有意促成兩岸教師交流一事,同樣地,回覆是肯定的且是興奮的,因而展開後續的聯繫與活動的安排。學科中心張雅雯小姐協助聯繫中心種子老師,也負責協調教學觀摩的內容。除此之外,也透過學科中心種子老師鍾曉蘭協助行程的安排。起心動念約一年前,歷經七、八個月的準備終於在今年十月有了這次的破冰之旅,一共是15位老師、1位工作人員、2位眷屬,和我一行19人。感謝吳教授的促成、金山中學徐曉燕校長和大境中學姚曉紅校長熱情的接待、化學學科中心的協助以及種子老師們的積極參與,使此行收穫滿滿。

本次專題即以此行經驗交流為主題,以下綜合幾個參訪心得與讀者分享。

n教育理念與教育目標明確、科學教學設備完善

智慧型的管理者、智慧型的教師、智慧型的學生、以及智慧型的家長。對學生的教育尤其著重崇文通理、培養領袖氣質及自主情懷,期待學生「會生活、會學習、會做人」。余副校長更在說明會時提到「心有多大、舞台就有多寬廣」,藉此來說明學校對學生的期待以及鼓勵。由於該校是重點學校,校舍是2004年完成,新穎的設備與建築令人讚嘆,校內同時設有創新實驗室(圖2)、智慧機器人工作室、科學博物館等等,對於培養學生對科學的喜好、探究、問題解決等能力皆提供了相當先進的環境,並訂每年三月是科技節。除現有的環境資源以外,目前尚在規劃第二期科學體驗的校園建設。徐曉燕校長(圖1)是特級化學教師,對於培養學生的科學素養相當重視,在教學環境上提供相當完善的教學設備與環境,同時備有單面鏡教室作為教學觀摩之用。

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1:徐曉燕校長、邱美虹教授、吳俊民教授

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2:金山中學實驗室和新穎的設備

上述兩所學校對科學教育的重視,可從學校設備、教學資源、環境建立得知其學校在人才培育上的投資是不可小覷的。有些設備更是大學所不及,即可見一斑。

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3邱美虹教授致贈姚曉紅校長化學大使百寶箱

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4科學探索隧道

n引導思考與新興科技融入化學教學

此次兩所學校的觀課都讓人感受到教師對於教學內容的掌握以及引導思考與拋問題的技巧,相當熟練與精采。看似一堂簡單介紹金屬(鈉)性質的課程,授課的龐老師循序漸進地拋問以引導學生思考,並挑戰學生如何從實驗中得到甚麼、看到甚麼、聽到甚麼、聞到甚麼等等(圖5,並要學生從上述過程中綜合出結論,且結論又是否有實驗證據支撐等等的教學策略,可體會到教師是如何強化學生思考能力以及重視科學理論與證據之間的關係的能力培養。另一堂課則是由馮老師要求學生將收集到的強弱電解質的實驗數據以平板紀錄並呈現在螢幕上,並要學生針對數據發表意見、以及比較和討論彼此的實驗結果(圖6。上課步調緊湊,學生必須相當專注才能跟上老師的思考,師生互動的過程,學生必須要能以科學語言明確表達自己的想法,一來一往,一問一答,相當精采。而楊老師以平板電腦配合立即回饋系統(IRS)了解學生解題狀況、增加師生互動的活化教學方式,亦展現新興科技融入教學與評量的實踐面。科學學習宜考量創造眼到、手到、心到、口到、耳到的學習環境,缺一不可,而教學應以啟迪智慧、探究問題,兼顧實踐與理論的結合。

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5:金山中學教學現場

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6:大境中學學生討論實驗步驟

n教師分級制度,落實終身學習

教師的分級制度在國內已討論多年但一直受到各種因素,遲遲未能實行,個人覺得甚為可惜。而分級制度在大陸早已行之有年,雖然對教師產生壓力,但是也因為這樣的壓力,使得教師必須要不斷自我磨練與挑戰,使其在教學方法、課程安排、與學習評量上更加精進與創新;同時此制度也對認真教學、求新求變的教師給予適當的激勵與肯定;更重要的是透過制度有系統的培育師資並協助教師成長。期待主管機關在這方面能更積極的落實教師分級制度,使教學更加優質化。

n實驗室管理人員的編制,使實驗教學較易於落實

上海市實驗室管理人員的編制,不得不讓台灣教學繁重的教師稱羨。以我們所參觀的兩校的規模而言,每年級在實驗室的管理員編制至少化學科有兩位管理員(圖7。當參訪的老師聽到有這樣的人員編制時,都瞠目結舌,以為自己耳背聽錯了,沒想到各科學科目(舉凡物理、化學、生物)皆是如此安排,所以教師做實驗的意願也較為提升。反觀我們的體制,似乎有要馬兒好又要馬兒自己找草吃,老師教學繁重,許多學校並未編制管理員或是員額不夠,多科的科學科目一起兼顧,在寥寥無幾的管理員的情況下,老師常常必須自己準備器材和藥品,在教學與準備實驗的壓力下經常分身乏術,而減少帶學生做實驗的意願。教育主管單位應重視科學教育的實驗技能要能落實,在制度上必須要有配套的作法,以免使得做實驗的課程規劃的美意流於空談。

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7:金山中學實驗室管理員

n化學學科中心教師的創意教學與實驗設計

此次參與此行的高中化學學科中心的老師都是相當優質的且深具豐富教學經驗的種子老師,同時教師們之間的默契十足,總能在關鍵處相互協助解決問題,令人佩服。此次參訪除觀課外,值得一提的是有別於過往參訪如蜻蜓點水般的行程安排,此次我們的教師代表也進行教學活動的交流與演示,這是相當難得的經驗與挑戰,同時也因為在兩校分別都停留一整天,互動時間較長,因此交流的議題也比較深入,收益良多。

高中化學學科中心教師們的教學如下:廖旭茂老師(圖8和陳怡宏老師介紹的新興行動科技、鍾曉蘭老師和鐘建坪老師談生活化學與創新教學法、呂雲端老師介紹學習共同體之發展歷程、施建輝老師和呂子琦老師介紹化學百寶箱(圖9、並現場帶與會者動手做實驗、謝耀隆老師和余珈禎老師分享氣體性質的實驗影片、周芳妃老師和林健志老師進行創意化學實驗、王瓊蘭、張威進、劉曉倩和蔡孟佑四位老師則介紹化學學科中心研發的實驗。上海師範大學吳俊民教授和華東師範大學王程杰教授也親自參與動手做的活動(圖10 每位教師都做了教學發表,內容相當豐富、創意十足、生動活潑,讓現場教師與學生感到無比的新鮮感與趣味性,甚至歡呼聲不絕,然在輕鬆的教學活動中又不失於其中傳遞了重要的化學概念與實驗技巧,充分展現化學學科中心種子教師的專業與創意。台灣雖然有強大的升學壓力,但是近年來教師們在教學上求新求變、致力於創新與研發、強調科學興趣的培養,使其寓教於樂,更因為逐漸重視學生的個別差異、提倡差異化教學的重要、以及鼓勵教師間形成學習共同體,使得教學型態更加具有創新性與前瞻性。

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8 :廖旭茂老師教學

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9 :動手做實驗教學現場(左),劉曉倩老師和呂子琦老師從旁協助(右)

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10 :上海師範大學吳俊民教授和華東師範大學王程杰教授

n行萬里路

優質教師是肯定的;王瓊蘭老師即興地演示有趣的化學示範引入生活中的化學知識,展現生活中處處有化學;張威進老師則從教育制度及教學面進行討論,文中對教師考核的合理性、教學側重理論與升學的呼應也做了批判;陳怡宏老師則是因為在上海無法使用雲端資料而深覺懊惱,但該文介紹其在互訪中分享參與科技部高瞻計畫行動學習的研發成果,頗具前瞻性;謝耀隆老師的氣體性質影片在很短的時間內將自行研發的一組氣體收集裝置,在現場展示與示範,頗獲好評。六篇交流報告應已大致勾勒出此行的樣貌,以及對化學教育的期待,希望未來兩岸教師交流可以更加活絡,相互學習與激勵,提升化學教育的品質。

n後語

此次在參觀兩校之外,還有一項非常特殊的行程就是參觀上海科學技術協會。此行初步了解上海市在推動科普上是不遺餘力,除五月辦理科技週外,在九月還辦理科普日。科普活動涉及面相當廣,在所屬的149個單位下,各階層的人員皆共襄盛舉,有專業科學家的參與,也有一般來自民間的科普達人,透過組織的力量,使科普觸及到每位市民,使整個城市環繞科學的氛圍。科普始於生活!




上海化學教學參訪與經驗交流: 行動蝕刻和分子撲克牌教學交流與參訪心得/廖旭茂

上海化學教學參訪與經驗交流:

行動蝕刻和分子撲克牌教學交流與參訪心得

廖旭茂

國立大甲高級中學

教育部高中化學學科中心
[email protected]

最近,要繳交上海化學教學參訪的心得報告,經過一個星期的情緒的沉澱平復,很快地整理出一些所見所聞…

n上海教師端出大菜,技驚四座

很高興能夠跟隨教育部高中化學學科中心,參加由臺灣師範大學科學教育研究所的邱美虹教授所帶領的參訪團,與全中國首屈一指的上海兩所高中教師進行觀課點評與實驗交流。其中由上海金山中學、大競中學三位年輕教師所安排的開放觀課最讓人激賞,無論是教師教案內容編寫的扎實、課堂教學節奏的流暢,或同學表達時的穩健,都是難能可貴的範例。綜合來說,上海高中化學教學的先進措施主要展現在三方面:其一是行動學習:利用行動載具上課,及時回饋系統,可以有節奏地掌握學生(對勒沙特列與平衡常數)的學習狀況。其二是實驗教學:透過動手做的觀察,建構探究的思維路線,強化學生勇於表達的能力鈉金屬性質的探究)。其三是數位化科學實驗的應用,透過自行開發的 pH 無線感測器模組及行動資料蒐集處理器,協助教師進行抽象概念(酸鹼解離與平衡)的實驗教學等,如圖 1 所示。無論是行動學習裝置、無線投影系統抑或先進無線感測器系統都可看出上海對基礎科學教育所投注的金錢與重視。

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1:大競中學結合無線傳輸技術的數位化科學實驗(照片由台東高中謝耀隆老師提供)

n台灣教師結合生活,創意開眼界

新店高中王瓊蘭老師等。驚呼聲四起,博得師生滿堂采。

綠色行動蝕刻與分子撲克牌,拿到上海與教師夥伴們分享交流。行動蝕刻台與金屬書籤的模板的製作尤為耗時厚工,必須先在台灣完成,真是多虧校內美工科黃維靜老師協助設計書籤上的 Logo,以藏字「i」巧妙地點出台灣老師的精巧創意,如圖 2 所示。學員們只要利用具有 USB 接孔的行動電源或 9 V 乾電池當電源,隔著沾了幾點鹽水的化妝棉,即可在事先貼上鏤空卡典西得的不銹鋼片上完成蝕刻實驗。

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2:蝕刻完成後的不銹鋼書籤,Logo 上的「i」為台灣外型

位教師與教授專家進行電化學蝕刻實驗,在化學學科中心夥伴們的協助下分發蝕刻印台、金屬書籤、電源線、電池與化妝棉等器材,接著一個口令一個動作,現場五、六十位老師進行分組實驗,場面熱絡非凡,如圖34所示。

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3:大競中學會議現場進行蝕刻教學(照片由台東高中謝耀隆老師提供)

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4:作者在大競中學行動教具製作原理的解說(照片由台東高中謝耀隆老師提供)

接下來,介紹融合虛擬實境技術與 QR code 製作的分子撲克牌。在分子撲克牌中,每個花色介紹同一類有機分子,按官能基的不同由 Ace K 分別介紹碳族、烷類、烯類、炔類、芳香烴族、醇類、醚類、醛類、酮類、酸類、酯類、胺類等十三類分子,每張撲克牌除了以球棒模式呈現有機分子的立體圖形外,還介紹相關的物理、化學性質及用途;在撲克牌的左下角還有一個 QR code,當用手機或平板掃描後,可連結一個分子 Flash 動畫,並在手機的螢幕上滑動這個分子,如圖 5 所示。

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5:分子撲克牌的外觀

本次使用的行動載具是微軟的 Surface Pro 平板筆電,由於瀏覽器是 IE,完全支援Flash的播放與操作,用起來比 Android 載具來得方便許多,更不會有挑瀏覽器的問題,如圖6所示。此項教具更獲得上海師範大學王程杰教授的公開的讚揚。

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6:大競中學教師操作分子撲克牌(照片由台東高中謝耀隆老師提供)

n台灣教師咬牙面對「困局」

兩岸高中化學教學最前緣的碰觸後,幾天下來,看得到的地方,台灣確實很多部分不如上海,談實驗室硬體設備部分,台灣的實驗設施確實需要升級,尤其在菁英及重點高中方面更應有固定經費支援實驗教學設備的改善;談實驗室教學,台灣除了缺錢,更缺人,大部分學校連一個化學實驗管理員都沒有,遑論實驗教學品質的提升,可以進行實驗教學的學校,大多仰賴教師個人的教學熱忱在撐,而上海一般中型的高中(40 班規模),大多有2個專業化學管理員的編置,教師不涉及實驗準備與管理工作;談教師分級,台灣還在吃大鍋飯,教學勤惰全憑良心,而上海早已實施教師分級制,優秀的特級教師擁有極高的社會地位;談學生學習,陸生戰戰兢兢,全神貫注,而台生上課「度規」的,大家心裡有數;多年來兩岸經濟競合,台灣的資金、技術、人才大量流失,財力彼長我消下,整體反應在教育現況上,資深老師心裡難免有一股滄海桑田,不勝唏噓的感嘆!

n社群合作,齊創新局

這些或許就是台灣教師的軟實力,也是台灣真正的價值所在。

n參考文獻

印台和金屬書籤的製作。臺灣化學教育,2014,第2期。網址:http://chemed.chemistry.org.tw/wordpress2/?p=2174




上海化學教學參訪與經驗交流: 化學科科展作品交流與參訪心得(上)/劉曉倩

 

上海化學教學參訪與經驗交流:

化學科科展作品交流與參訪心得(上)

劉曉倩

國立彰化高級中學
教育部高中化學學科中心
[email protected]

n活動簡介

2011PISA(國際學生能力評量計畫)調查顯示,台灣學子「閱讀素養」排名大幅下滑,落後上海、香港、韓國、新加坡等國家與城市。主要原因在於台灣學生只是「悅」讀,卻沒有「有效的閱讀」,缺乏深度、重點與策略。根據PISA資料庫的分析報告指出,台灣學生喜歡閱讀的程度,在全球僅次於上海,但閱讀素養的排名明顯落後,原因就是出在沒有「讀到重點,言之有物」。研究資料指出上海的中學,能十分有效地一堂課就教完一長篇選文,台灣卻要一個星期才教得完,台灣的老師教得太多太細,還幫學生畫重點,反而讓孩子沒有空間與機會發展自己的閱讀策略。

另外,PISA測驗非常重視學生的表達能力,上海中學生表達能力也比台灣優秀。一方面是因老師鼓勵學生上課多表達,另一方面則是考試引導教學。大陸和香港的升大學考試都考申論題,學生也培養出論述能力。有鑒於此,教育部化學學科中心在今年三月著手策劃台灣上海兩岸特級教師研習活動,希望透過此次研習活動,讓兩岸老師吸收彼此的教學特點,推動科學教育改革。

尤其在政府推動12年國教後,國中生致力於閱讀的加深與加廣,培養學生的獨立思考能力,高中要培養主動學習及「做中學」實驗及歸納整理的能力。學生能力的培養有賴於教師在教學方法上的突破及改變,而兩岸教育制度及教材教法上雖不盡相同,但語言溝通方便,升學制度也較為相似,因此化學學科中心在今年三月即開始籌劃兩岸教學交流活動,希望透過第一次交流擦出更多火花,對彼此的教學有更多助益,同時了解兩岸的學習環境,諸如正規課程、課外社團、家庭環境及學校氣氛等。

兩岸研習活動為期六天(201410914日),促使此交流活動得以成行的大功臣是台灣師範大學邱美虹教授教授本身是科學教育專家,長期投入研究學生科學概念的學習,並嘗試透過不同的策略(如模擬、動手做、模型)使學生學習更有效率,因此她對於此次研習活動十分重視,並特請上海師範大學吳俊明教授幫忙聯繫上海金山中學大境中學作為此次專訪的兩大重點學校。

化學學科中心老師因應參訪學校分為兩個梯次,第一梯次老師負責金山中學的交流活動,第二梯次老師負責大境中學交流活動,並同時參與大境中學交流活動兩岸特級教師點評,由上海市中學化學實驗中心團隊及化學專家負責講評及指導。如圖一、圖二及圖三所示。

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圖一:兩岸化學教師交流活動關係圖

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圖二:大境中學參與教學研討會

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圖三:與上海市科協就兩岸科博活動交流

n實驗主題規劃與實施

一開始決定要參加上海教育旅行時內心很掙扎,因為以往的兩岸交流活動都是以大學為主,這是第一次辦高中教師的交流研習,所以教育部對於研習內容及對等方式十分重視,再者筆者加入學科中心已七年,參加過大大小小的研習活動,卻從未受過專家「點評」,此次上海交流表面上是赴「西方取經」,事實上也是兩岸教師評鑑的開端,講得不夠精采,當然硬著頭皮還是可以撐過去,但是心裡著實對不起苦心安排此次交流的邱美虹教授及化學學科中心雅雯小姐。也因此交流活動的時間、地點及行程安排均十分慎重,行程安排在10914日剛好是各校高中期中考期間並且緊連雙十連續假期,學校安排兼代課課時較不會造成困擾,同時間本校剛好也辦理高中生赴日教育旅行,回台後剛好可以做日本、上海及台灣的教學交流分享,故在時間安排上十分恰當。

A. 交流活動實驗主題與負責教師

高中化學學科中心上海化學教學參訪規劃圖,如圖四所示。

() 教室裡的化學實驗教學創意實作:周芳妃老師、林健志老師

() 化學學科中心研發成果分享:劉曉倩老師、蔡孟祐老師

() 看見氣體的性質實驗影片分享:謝耀隆老師、余珈禎老師

() 學習共同體之發展歷程和保養品DIY:呂雲瑞老師、鍾曉蘭老師

() 化學百寶箱在教學上的應用:施建輝老師、呂子琦老師

() 行動電化學教具和行動學習:廖旭茂老師、陳怡宏老師

() 化學學科中心研發成果分享:王瓊蘭老師

() 模型化教學和POEC教學法:鍾曉蘭老師、鐘建坪老師

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B. 參加者

臺灣:化學學科中心種子教師18人。

上海:市教育學會化學教學專委會實驗研究中心成員、市青年化學教師培訓班成員、金山區化學教學專委會及青年化學教學研究會部分成員等(計畫100人)。

C. 活動內容

第一天(1009日) 桃園機場至上海浦東機場

第二天(1010日)

早上:金山中學情況介紹、校園導覽、觀課

下午:第一階段:教室裡的化學實驗教學創意實作(針對學生演示);
第二階段:會場一:化學百寶箱在教學上的應用,會場二:學習共同體之發展歷程和保養品DIY、化學學科中心研發成果分享,會場三:教室裡的化學實驗教學創意實作;
第三階段:邱美虹教授:「行動科技融入科學課程」的開發與實踐

第三天(1011日) 上海今昔歷史文化藝術之旅

第四天(1012日) 上海科學探知博物館、圖書館、交通大學之旅

第五天(1013日) 大境中學

第一階段:觀課、評課互動;雙方教師互評、教研員和實驗中心專家點評

第二階段:1.台灣實驗教學交流:化學百寶箱在教學上的應用:施建輝模型化教學和POEC教學法;2.部分特級教師代表與台灣種子教師座談活動、校園導覽

第三階段:參觀大境中學科學探索隧道和創新實驗室

第四階段:台灣教師實驗研究交流行動電化學教具和行動學習化學學科中心研發成果分享看見氣體的性質實驗影片分享

第五階段:上海化學實驗研究中心教師代表交流化學實驗改進與創新設計數字化化學實驗研究與探索上海中學化學實驗研究中心實驗作品分享

第六階段:上海、台灣專家發言

返回桃園機場

參訪主題設計是化學學科中心及種子教師依據自己多年教學經驗,自行規劃發表主題,交流活動為契合研習主題「聚焦實驗,改進教學」,所以以創新教學實驗實作及研發成果分享為主,針對「做中學」及培養兩岸學生科學精神、科學研究能力,將抽象的概念變成實驗圖表及學習歸納及理解能力,在主題規劃上多元,內容十分豐富。

n研發成果發表交流及實驗實作介紹

壹、化學學科中心研發成果分享紙張對有毒氣體吸附之研究

本研究獲得2012年中區科展特優、2012年第52屆全國中小學科展高中組佳作。

一、摘要

利用廢棄的蔬果皮與手工紙結合廣泛應用,研究主題為「果皮再生紙對空氣中有毒氣體的吸附作用」探討。

二、研究成果

(一)紙張外觀探討

不同蔬果皮製作出來的紙張色澤及表面光滑度都不一樣,而且都有特殊清香。

(二)紙張吸附甲醇氣體之研究

經過反覆的測試,先選擇吸附量最多的鳳梨皮做研究。市面上的活性碳口罩幾乎無法吸附甲醇氣體,而我們自製鳳梨紙張在30分鐘內,吸附甲醇氣體量是活性碳口罩的5倍。

三、研究動機及研究目的

觀察社會現象:台灣被奉為「水果王國」,鳳梨皮及其他果皮廢棄物,是十分龐大的廢棄物。

學生:廢棄果皮除了做成有機

老師:由報章雜誌得知果皮抗氧化效果很好,是否可以萃取有效成分?或者還有其他創新想法?

學生:日前曾與

老師:也許可以

(一)利用各種不同的果皮製再生紙,觀察紙張生成的紋路、質感、氣味等,製成特殊的卡片用紙,提高果皮再生紙的附加價值,如圖五所示。

(二)尋找具高纖維及低纖維的紙漿材料,將其製成再生紙,測 試其對單一氣體在空氣中的吸附程度。

(三)將果皮與紙漿混合製成再生紙,測試其對各種氣體的吸附程度。

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圖五:火龍果皮紙漿抄紙

四、研究過程及結果分析

五、討論與結論

六、研發成果

貳、化學學科中心研發成果分享清潔劑凱氏彈跳性質之研究

一、摘要

(一)日常生活中清潔劑(界面活性劑)的種類及其應用。

(二)界面活性劑的「凱氏效應」的成因探討。

二、研究成果

(一)液體表面形成小隆起,則可以有機會觀察到凱氏彈跳現象。

(二)市售沐浴乳及洗髮精不易觀察到液面彈跳現象的原因。

(三)清潔劑稀釋,界面活性劑的液體流速變快,彈跳現象消失。

(四)界面活性劑的液體流速隨溫度漸增而變快,彈跳現象消失。

(五)添加不同的化合物到界面活性劑中對彈跳現象也會產生影響。

三、研究動機及研究目的

學生:在洗碗時不慎打翻洗碗精,結果發現當洗婉精滴到地面聚集成突起時,這時繼續滴在其上方的細長液體,突然像受外力作用而瞬間彈射出去,於是請教老師為何會發生此種現象?

老師:是否每一種清潔劑都會發生?市售清潔劑的種類?

學生經由觀察>形成假設>實驗>結果>討論

凱氏效應(Kaye Effect

跨領域學習:物理中「流體力學」及化學中的「界面化學」

(一)找出具有凱氏彈跳效應的液體。

(二)探討不同濃度與凱氏效應的關係。

(三)溫度對清潔劑流速及液體表面彈跳現象的影響。

(四)非界面活性劑的物質,添加到清潔劑中是否會改變液體表面的彈跳。

四、研究過程及結果分析

五、討論與結論

六、研發成果

叁、結合基礎化學課程「化學反應與平衡」及「生活化學」動手FUN科學

本研究獲得2013年第12屆旺宏科學獎佳作。

一、氧化還原反應延伸實驗「星火燎原」硝酸鹽的熱分解

配製硝酸鉀飽和溶液30 mL

以毛筆沾取飽和硝酸鉀溶液於濾紙上繪畫或寫字。

等待自然風乾或以吹風機慢慢吹乾,注意吹風時不要使溶液噴濺。如圖六所示。

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圖六:星火燎原

取一線香以打火機點燃,然後用點燃的線香戳濾紙上的繪畫或寫字處,其反應式如式[1]

2KNO3(s) → 2KNO2(s) + O2(g)    [1]

二、化學與藝術結合

將事先做好的果皮再生紙及台灣埔里廣興紙寮天然泉水製成的手工抄紙做比較,觀察紙張生成的紋路、質感、氣味等,並將其與「星火燎原」燒成的繪畫或字結合,護貝成紀念卡片或書籤。如圖七及圖八所示。

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圖八:紀念卡成果分享

【續「上海化學教學參訪與經驗交流:化學科科展作品交流與參訪心得(下)」

 




上海化學教學參訪與經驗交流: 化學科科展作品交流與參訪心得(下)/劉曉倩

上海化學教學參訪與經驗交流:

化學科科展作品交流與參訪心得(下)

劉曉倩

國立彰化高級中學
教育部高中化學學科中心
[email protected]

n研發成果發表交流感想

會場內共有三位老師(曉蘭老師、雲瑞老師及本人,圖九)同時成果發表及實作實驗,時間很緊湊,每個老師只有約15分鐘的時間做分享及實作,所以三位老師先以PPT方式將成果及實驗步驟先講解再做實作,來自上海學校代表的化學老師對於以毛筆沾取硝酸鉀飽和溶液寫字反應良好,筆者本以為上海的老師毛筆字應該會寫得較好,結果發現大家毛筆字體創意十足,大家看到自己寫的字體燒出來的時候露出滿意的笑容。

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圖九:同會場三位老師合影

同時也將自己的字與台灣帶來的手工抄紙一起護貝,當作此次研習活動的紀念,與會中老師們也討論起其他化學藥品是否也可以做類似的實驗?同時針對手工抄紙作了實驗細節分享,交流過程中發現中國的老師十分重視教學的目標、井然有序的課程設計及數據歸納分析,主要還是以「單向講述」為主要教學方式,雖然教學過程中也會採用混合式學習(講述加上活動),但整體上還是以「老師」為學習主體,對於啟發學生學習興趣及學校教育最重要的一環「創造力」較為缺乏。反之,台灣在推行十二年國教後,極力想擺脫以升學制度為導向的教育型態,促進「教」與「學」的改變,提倡老師「應以學生為主體」的教學模式,積極推動教師專業成長及活化教學。

本研習會場有:高雄女中呂雲瑞老師提出的「學習共同體」在教學上的實際應用及心得分享;筆者的研發成果發表是以學生在日常生活中觀察到的自然現象,共同討論研究主題及動手做實驗研發新的產品,落實「做中學」;新北高中鍾曉蘭老師的「美容品DIY」,讓學生將所學的化學應用到美容聖品,共同打造【參與、分享、樂趣、實踐】的學習殿堂,內容十分精采!

n參與成效及心得分享

等等,培養「思想高素質」、「學習高質量」及「生活高品味」的教育觀,十分值得學習!

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圖十:創新實驗室

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圖十一:智能機器人實驗室

改進教學—2014年上海臺灣化學實驗及教學交流研討活動」,整個活動是由上海市中學化學實驗研究中心主任、大境中學校長姚曉紅主持,由來自上海市中學化學實驗研究中心、上海市化學青年教師研修班、黃浦區教育學會理化生專業委員會及各區縣化學教師代表一百餘人參加了此次活動。

早上與上海市化學特級教師代表進行座談,大境中學青年教師馮晴使用「弱電解質的電離」展示數位化資訊技術在化學實驗中應用。專家們對兩地化學教育理念、課堂教學實踐、實驗研究、高考和教育改革等進行了全方位深入交流,燃起了與會專家和教師的熱情。會談中印象最深刻的是,實驗室管理方面,中國每八到十個班級可以有一位化學實驗管理人員,而且一節課是40分鐘,主要採取的教學方式是以講述法為主。同時教師有分級制度,明訂於教師法及教師考核制度,中小學教師設高級、一級、二級、三級教師,令大家好奇的「特級教師」其實是一種尊稱,為了鼓勵中小學教師長期為教育事業貢獻,提高其社會地位。

下午施建輝鍾曉蘭廖旭茂等老師交流了「化學百寶箱在教學上的應用」、「模型化教學和POEC教學法」、「行動電化學教具和行動學習」等,並分享了研究的實驗作品,吸引了與會全體教師,臺上臺下一起互動做實驗,把會場變成了一個大型的化學實驗樂園。謝耀隆老師展示「

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圖十三:瓊蘭老師示範趣味化學

來自上海化學實驗研究中心的代表唐增富薑家祥吳民生老師交流了「化學實驗改進與創新設計」、「數位化化學實驗研究與探索」和實驗作品,讓學生個性發展,給傳統化學實驗帶來了巨大的教學變革。

n結語

國際學生能力評計劃PISA)中,連續兩屆(2009年、2012年)在全部三個單8分鐘,設計最高運行速度為每小時431公里等等,穿梭在時空交錯的安靜街道是一種享受,值得放慢腳步,捕捉最美的風景,累了就坐下來喝杯拿鐵,名人故居外的咖啡廳可以想見當年歷史的繁華,如今知性恬淡,自成獨特韻味。

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圖十四:上海磁浮列車

上海沒有雄偉壯麗的名山大川,也沒有千年歷史的名勝古蹟,但是上海一直以她獨有的風韻,吸引著無數的中外遊客綻放獨特的丰采。

此次探訪上海重點高中,驚覺上海傳統的教育方式正快速地在改變,強調解決問題和創造性思維,從中央到地方,上下一致,想法簡單:權威的、條理分明的和激勵教師教學多元。因此中國大陸中央非常重視教師的分級制度,除了教師分級制度,大陸的教師還有分骨幹教師,學科帶頭人等職稱,主要是一種專業上的認可,並非終身職。反觀,目前台灣教育制度並沒有教師分級制,所以教學方式十分多元,近幾年政府致力實施十二年國教,極力想擺脫舊有的教育體制,一張講台、一支粉筆,「以教師為中心」的課堂已逐漸消失,取而代之的是「以學生為中心」的課堂。希望老師能以「主動參與、同儕分享、激發學習樂趣、行動實踐」的精神為主軸,透過「翻轉教育、學習共同體平台」展開老師之間的對話、教室的大門越來越開放,教師也從一人的單打獨鬥轉變成教學團隊。

上海教育體制中上海教師的轉變是教育當局透過各種教師研習,把老師推到教改方向,轉變他們的教學方式,因此有綿密的學習網絡、備課組規劃,每個學校、每位教師都必須定期的上公開課讓其他教師觀課、評課。所有的教師研習都聚焦於教學能力的提昇。若我們能夠吸取別人的成功經驗,成為我們教育的活水源頭,教育就會有一番新的氣象與面貌。

此外美國現行的制度,依學生的測試成績為教師評級,但在測試中得分高的國家或地區,未有以學生測試分數來定教師薪酬或解僱教師,但這幾年根據國際PISA公布,英、美的排名則在20名以外。有美國專家指,美國若再不改善中小學教育制度,學生的水平將難追上亞洲地區。

金山中學大境中學都是上海的重點高中,整體而言學生素質很高,筆者利用觀課及發表研習空檔在教學區四處走走,發現上課時學生眼神十分專注,老師聲音鏗鏘有力,除了版書以外也會使用電腦教學及電子白板等,教室後的佈告欄「教學園地」除了小區域張貼例行公事外,可伸縮式黑板寫滿了師生交流讀書心得及難題挑戰,與台灣中小學教室後貼滿各式創意的卡通圖案及標語明顯不同,此外全面禁止電子產品在教學區域使用,解決了台灣老師的心頭之痛。反思我們台灣一直以來引以為傲的自由、民主是否也造成教育當局的包袱及阻力?

n致謝

感謝台灣師範大學邱美虹教授、新北市立新北高中鍾曉蘭老師、上海師範大學吳俊明教授、教育部高中化學學科中心協助辦理,台灣及上海各級單位行政人員全力配合。

n參考資料

1.國立台灣師範大學化學研究所(民78),「高中化學教師示範實驗」,教育部中小學科學教育專案研究報告。

教育部高中化學學科中心,

百度百科,http://baike.baidu.com/view/357085.htm

上海海外國語大學附屬大境中學網站,http://dj.hpe.sh.cn/




上海化學教學參訪與經驗交流: 化學示範實驗交流與參訪心得/王瓊蘭

上海化學教學參訪與經驗交流:

化學示範實驗交流與參訪心得

王瓊蘭

新北市立新店高級中學
教育部高中化學學科中心
[email protected]

n期待已久

籌畫半年,期待許久的上海行,終於在雙十節前一天,自桃園機場集合出發。這是由國立臺灣師範大學科學教育研究所邱美虹教授偕同台灣高中化學學科中心的夥伴們,一行共19人組成的團隊,於109日到14日,參訪上海金山中學、大境中學與上海科普協會等處,進行教學交流的活動。

抱著到上海觀摩與玩出化學的心態,我準備了一箱行李與一箱實驗器材,打算放鬆心情與對岸的中學教師們,做化學實驗的交流與聯誼。

n演示「精油溶爆氣球」

本次交流,作者演示四個化學示範實驗,在此介紹「精油溶爆氣球」和「鐵心淌血」兩單元的示範實驗。

保險套,讓它亮麗登場啦!

這可是一個離經叛道,絶對吸睛的勁爆實驗,大家屏息以待。感謝高雄女中呂雲瑞老師,暫時拋開了尷尬與莫名,不計形象的情義相挺,並於實驗前,先幫忙購買了保險套,臨危不亂的再配合演出;把保險套吹成大氣球後,立刻抹上精油,旋即溶爆,果真震驚全場,令人印象深刻(見圖1)。

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1:勁爆四座的保險套實驗(照片由台東高中謝耀隆老師提供)

保險套,作為備胎吧!而沒有拿保險套,預做測試的原因之一,就是保險套太貴了;另一原因,則仍是希望氣球的溶爆能夠成功。因為我在台灣已經在任教的班級裏,做過四次的示範實驗,全都成功;並且前一晚的測試,也一樣的成功;所以也就不需要使用到保險套了。除非屆時空檔太多,需要殺時間,我才預備再用保險套做實驗,來搞笑一番。總之,保險套太前衛了,在東方保守的觀念裏,拿來做公開的演示實驗,似乎有些太超過了,非到緊急狀態,否則我是打算備而不用的,以免驚世駭俗。不過單就保險套的名稱,可想而知:它一定保險,不會漏氣,安啦!由於它很薄,又很牢靠,所以不費吹灰之力,輕輕一抹上精油,就會被溶爆的。我敢保證萬無一失,結果不出所料,有夠成功的。

n演示「鐵心淌血」

)鍵結,再被水稀釋後,顏色就變得更淡些,所以根本看不出來它的變化。非要再加把勁,把從台灣寄達的雙氧水(H2O2),滴進兩、三滴到瓶罐裏後,哈!這下終於可在心形鐵的凹痕處,看到流出黃褐色的鐵離子(Fe3),並立刻與溶液中的硫氰根離子,鍵結成硫氰化鐵離子[Fe(SCN)]2+,顯現出血紅色來。

我把手中的玻璃瓶罐,傳給在座的老師們觀看,罐中的心猶如剛被人刺傷般,鮮血直流,才沒一會兒的功夫,水就被染紅啦!果然還是從台灣寄來的藥品比較厲害,能夠讓鐵製的心,顯現出血流不止的模樣來。

現場好在有北一女周芳妃老師的機智把關,除了在各個老師登場時,簡明扼要的介紹一下上台的老師外,並適時地提醒台上的老師,時間快到了,該要結束啦!以避免佔用到對方上海老師們,登台作秀的時段,而有失作客們的風範。因此在做完「精油溶爆保險套」和「鐵心淌血」的示範實驗後,緊接著亮出原先早已預備好,要到上海做的趣味實驗時,就只能再做兩個小實驗,其中之一為蛋殼彈珠滅火器的製作(見圖2),最後不得不嘎然而止。

也夠了!如此意味深長,令人讚歎的實驗,足以讓人回味再三,與不斷地思考啦!剩下還沒做完的實驗,就等下次有機會時,再登台演示吧!

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蛋殼彈珠滅火器的製作(照片由台東高中謝耀隆老師提供)

n同類互溶

保險套是使用乳膠、橡膠或是聚胺酯等材料所製作而成。植物精油,如檸檬皮、柚子皮、橘子皮等擠出的香精油,皆可將氣球或保險套溶爆掉,此乃運用「同類互溶(like dissolves like)」的原理。同類互溶通常是指極性分子與極性分子互溶,非極性分子與非極性分子互溶,但是非極性分子與極性分子、水、無機鹽類等難互溶。

n零享公費

張雅雯小姐,為團隊夥伴老師們,所做的服務;舉凡公文往返,以及聯絡台灣上海的各學校與相關的教育部門等,並且鍥而不捨、不厭其煩的完成各項細鎖的行政業務。在一切食宿與往返機票,都是自費的情況下,不享用公費,在「零負擔」的壓力下,也不會引來特權的質疑;並且名正言順的讓我們可以請公假,能夠於上課期間,低調、自在的前往上海參訪。看到上海金山中學與大境中學兩所中學學生們,上化學課的實際狀況,以及該兩校周圍地區的化學教師們,參與研習的進修情形,直覺十分難得,並且受益匪淺。

n飛回台灣

13日在大境中學的演示實驗完成後,心中的一塊石頭落了地,頓時輕鬆了不少;隔天14日又參訪了科普協會,開盡了眼界,並在科普協會附近,昔日上海法租借區內的科學會堂裏,吃了一頓法式料理,並與夥伴們徒步、搭地鐵、閒逛了一下午的上海市區。晚上坐飛機,不到兩個小時,即已飛回台灣。好快呀!

n與高中化學教材相關的章節

高中基礎化學(一)第四章物質變化。

高中基礎化學(二)第二章有機化合物。

高中基礎化學(三)第三章化學平衡。

n參考資料

施明智.食物學原理.藝軒圖書出版社,新北市,2009

Essential oil, http://en.wikipedia.org/wiki/Essential_oil.




上海化學教學參訪與經驗交流: 自製化學實驗裝置經驗分享與參訪心得/謝耀隆

上海化學教學參訪與經驗交流:

自製化學實驗裝置經驗分享與參訪心得

謝耀隆

國立臺東高級中學
[email protected]

n活動簡介

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12014年上海化學實驗及教學交流研討活動會場

2014年上海化學實驗及教學交流活動(圖1),除了高中化學學科中心的教師外,與會的單位教師有來自上海市中學化學實驗研究中心、上海市化學青年教師研修班、黃浦區教育學會理化生專業委員會、上海外國語大學附屬大境中學。

本次兩岸化學教師交流活動,在臺灣師範大學邱美虹教授與上海師範大學吳俊明教授的大力支持與推動下,今年10月終於促成了這場兩岸化學教師聚焦實驗改進教學的研討活動。

氣體收集裝置及相關實驗操作上的應用,與參與研討活動的教師分享並進行交流。

n實驗主題規劃與實施過程

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2:現場操作示範及解說實驗影片

看見氣體的性質,來介紹我們研發的氣體收集裝置,讓與會的教師看完影片的操作與示範後,亦能嘗試運用巧思,利用生活中的物品自製簡單的實驗裝置,並帶到教室進行化學實驗。

分享的過程中,除了播放拍攝的實驗影片外,也帶了一組氣體收集裝置到會場,讓與會的教師能看到裝置的全貌(圖2),並從現場操作的過程中,對裝置有更進一步的瞭解,以進行面對面的交流與討論。

n交流實驗介紹

透過實驗影片的觀賞,介紹自行研發的氣體收集裝置(圖3a)。改變反應物即可收集不同的氣體,例如:氫氣、乙炔、氧氣及二氧化碳,並將氣體收集在氣球內,方便進行氣體性質的實驗操作與觀察。另外,針對有毒氣體一氧化氮與二氧化氮,設計了一套密閉的實驗操作裝置(圖5a),可以安全的進行實驗與觀察。

一、自製實驗裝置說明與介紹

氣體收集裝置

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3a:氣體收集裝置組裝完成圖

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3c反應區裝置

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3e收集裝置

藥品添加裝置(圖3b):藉由調整三通閥開關,拉針筒活塞可將液態的反應物吸入針筒內,推針筒活塞可將反應物注入反應區裝置。單向閥用來避免產生的氣體進入藥品添加裝置內。

反應區裝置(圖3c):右邊的羊乳瓶裝入反應物或催化劑,產生氣體的反應在此進行。另一羊乳瓶裝入半滿的水,用橡皮管將氣體導入水中,使產生的氣體降溫。可藉由觀察氣泡冒出的速度來決定是否要再加入更多的液態反應物。

抽氣裝置(圖3d):以珠鏈扣住針筒活塞,避免產生的氣體因壓力太大而將針筒活塞擠出。抽氣裝置為氣體的緩衝區,可藉由針筒活塞的位置來瞭解裝置內氣體壓力的變化。利用兩個單向閥的設置,拉推針筒活塞即可將產生的氣體壓入收集裝置內。

收集裝置(圖3e):將氣體收集在氣球中,藉由氣球的張力可方便將氣體排出使用。快速接頭可接上氣體噴槍,方便氣體的取用。調整三通閥開關,可用針筒來取得所需氣體的量。

本氣體收集裝置(圖3a)的優點:(1) 氣體用量小的實驗,不需花費大筆金錢購買鋼瓶,使用本裝置即可方便的收集氣體備用。(2) 可先將實驗欲使用的氣體收集在氣球中,接上氣體噴槍後即可控制氣體的排出量,方便各種氣體相關實驗的操作。(3) 改變反應物即可收集不同的氣體。固體反應物置於反應區裝置中的羊乳瓶內,液體反應物藉由藥品添加裝置的針筒與三通閥開關的操作,即可將液體反應物加入反應區裝置進行反應。(4) 抽氣裝置可作為氣體的緩衝區,利用拉推針筒活塞的動作即可將產生的氣體壓入收集裝置內,避免反應區內的氣體壓力太大。

氣體混合裝置

調整三通閥開關,拉針筒活塞以取得欲混合氣體的體積(圖4a),拉推抽氣裝置的針筒活塞可將試管內的氣體排出。調整三通閥開關,可將混合氣體裝入試管內(4b

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4b:混合氣體移入試管裝置圖

本氣體混合裝置的優點:使用本裝置可以方便的進行不同氣體的定量混合,並將混合氣體裝入試管內。

NONO2氣體密閉系統實驗裝置

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5aNONO2氣體密閉系統實驗裝置

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5b產生氣體裝置

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5c:排水集氣裝置

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5d:噴泉效果

產生氣體裝置(圖5b):推針筒活塞使硝酸與銅片接觸使反應開始進行,拉針筒活塞可使溶液與銅片分開使反應停止。

排水集氣裝置(圖5c):調整三通閥開關,使NO進入玻璃瓶,排水導入寶特瓶。

噴泉效果(圖5d):用針筒將氧氣打入玻璃瓶內與NO反應生成紅棕色NO2NO2易溶於水使瓶內壓力降低,將寶特瓶內的水壓回玻璃瓶內。

本氣體密閉系統實驗裝置(圖5a)的優點:(1) 以生活中易取得的物品設計實驗裝置,在密閉系統中進行反應提高實驗操作的安全性。(2) 使用改良式排水集氣法,僅需將水充滿整個玻璃瓶即可進行排水集氣的操作。(3) 將產氣裝置、排水集氣裝置及化學噴泉實驗結合在一起,使NONO2氣體的性質呈現出來。(4) 實驗完成後能將殘留裝置內有毒的NO完全去除,避免造成NONO2氣體外洩。

二、氣體性質實驗示範影片

上飄的氫氣泡泡:將收集到的氫氣氣球接上氣體噴槍,吹向沾有泡泡水的塑膠環,產生大量的氫氣泡泡,即可觀察到泡泡向上飄的現象。

燃燒的氫氣泡泡:將接有氫氣氣球的氣體噴槍沒入泡泡水中,調整氣體噴槍流量,使泡泡水的表面產生氫氣泡泡。以點燃的線香靠近泡泡水表面的氫氣泡泡,即可觀察到氫氣泡泡爆燃的現象。

燃燒的乙炔泡泡:將收集到的乙炔氣球接上氣體噴槍,吹向沾有泡泡水的塑膠環,使產生的乙炔泡泡飄向燃燒中的燭火,即可觀察到乙炔泡泡爆燃的現象。

氧氣的助燃性:將收集到的氧氣氣球接上氣體噴槍,吹向有餘燼的線香,即可觀察到線香復燃的現象。

氫氣槍:將收集到的氫氣氣球接上氣體噴槍,調整氣體噴槍流量,將氫氣充滿整個底片盒,迅速接上點火槍,壓下點火槍開關,可觀察到氫氣槍在無氧氣助燃下無法擊發。取下底片盒輕輕搖晃混以少量空氣,再接上點火槍,壓下點火槍開關,即可將底片盒擊發射出。

乙炔燃燒:利用自製的氣體混合裝置,調整三通閥開關,進行乙炔與氧氣的混合,將混合後的氣體裝入試管內,塞上橡皮塞。(1) 乙炔完全燃燒:取裝有氧氣、乙炔體積比為52的試管,打開橡皮塞,以點燃的點火槍靠近試管管口,可觀察到乙炔完全燃燒並產生巨大的爆炸聲響。(2) 乙炔不完全燃燒:取裝有氧氣、乙炔體積比為25的試管,打開橡皮塞,以點燃的點火槍靠近試管管口,可觀察到乙炔不完全燃燒產生黑煙的現象。

二氧化碳比空氣重且不可燃:將收集到的二氧化碳氣球接上氣體噴槍,取一空的寶特瓶,調整氣體噴槍流量,將二氧化碳噴入寶特瓶內,把寶特瓶內的二氧化碳倒入置於電子天平上的2000毫升的空燒杯中,可觀察到電子天平的讀數變大。取下電子天平上裝有二氧化碳的燒杯,緩緩將燒杯中的二氧化碳倒至點燃的燭火上,可觀察到點燃的燭火熄滅。

飄浮的空氣泡泡:取一塑膠盆裝入冰塊並灑上食鹽,將玻璃容器置於塑膠盆內,將裝有空氣的氣球接上氣體噴槍,吹向沾有泡泡水的塑膠環,使產生的空氣泡泡落入玻璃容器內,可觀察到空氣泡泡下沉的現象。取接有二氧化碳氣球的氣體噴槍,將二氧化碳吹入玻璃容器內,使玻璃容器內充滿二氧化碳,再取接有空氣氣球的氣體噴槍,吹向沾有泡泡水的塑膠環,使產生的空氣泡泡落入玻璃容器內,可觀察到空氣泡泡飄浮在冷卻的二氧化碳氣體上。

NONO2:使用自製的NONO2氣體密閉系統實驗裝置,操作請看參考文獻中的NONO2影片。其中包括NO氣體的製備,NO與氧氣作用形成紅棕色的NO2,利用NO2易溶於水來製作化學噴泉實驗,及實驗完成後如何安全的去除殘留NO氣體。

n參與成效

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6:研討活動中和與會教師交流分享討論

透過這次研討活動,把近幾年來的研發成果與參加研習的教師分享。活動中,老師們互相交流,並針對裝置的運作與小配件的取得進行討論(圖6)。讓參與研習的教師也能運用這樣的裝置,更進一步能自行設計適合的實驗裝置,以進行更多的化學實驗。

n結語

化學教師共同的目標是要充實自我專業職能,並運用在改進課堂教學上,讓學生能夠喜歡化學。樂於分享、相互學習,能讓自己更加進步與成長。我和志聰老師都非常樂於分享研發的成果與經驗,也希望每位教師都能透過生活中易取得的物品,自己設計實驗裝置,進行簡單的化學實驗。有關本次分享的內容與相關實驗操作細節,可參考本文中的參考文獻,也歡迎與我們聯繫,互相研討交流。

感謝邱美虹教授與這次到上海交流的高中化學學科中心的夥伴們,與大家在一起,看到大家無私的分享與交流,讓我對化學的教學的改進有更多前行的推動力,感謝大家共同完成了這次的兩岸化學教師交流活動。

n參考文獻

氣體的性質,YouTubehttps://www.youtube.com/watch?v=qmYbOpnvV7U

方金祥、張志聰、謝耀隆(民98)。〈一氧化氮與二氧化氮之簡易安全氣體製備裝置設計與在化學教學演示上之應用研究〉,《化學》,第67卷第4期,421~428頁。

張志聰、謝耀隆,NONO2影片,YouTubehttps://www.youtube.com/watch?v=qmM6qnvYBG4

利用生活物品DIY組裝實驗裝置〉,《科學研習》,2013no.52-03期,32~39頁。




上海化學教學參訪與經驗交流: 化學教學交流報導與參訪心得/張威進

上海化學教學參訪與經驗交流:

化學教學交流報導與參訪心得

張威進

新北市立三重高級中學
[email protected]

2014109一大早就趕九點五分起飛到上海的飛機,這是我第二次出國,也用了第二本護照,第一次出國是結婚時的蜜月旅行,而這次出國是在很趕的情況下準備的,出國前還在趕課、補課及出考題,直到8日下班後才告一段落,因此這次出國沒有很興奮的感覺,但仍舊在前一夜沒有睡好就出發了。

n參訪金山中學和化學教學交流

一、參訪金山中學

到了上海,給我的第一印象是大、很大,一望無際的平原,很大的機場,很大的地鐵交匯站,但在上海六天,最後也已習慣搭地鐵了。第二天參訪金山區的金山中學,學校位於上海市的西南方,屬於較偏遠的地區,附近以農業為主,學校發展出配合農業的課程;到金山中學的第一印象是好新、好漂亮(圖一),是2004年才遷到此地,可容納48班,現有38班,其中含有8個新疆內地班,即新疆地區重點培養的人才分至各地就學的政策班。上海市的市實驗性示範性高中共有六十幾所,金山中學是其中之一,也是高標準現代化寄宿制高中。參觀了實驗室及學校特色教室,發現重點學校的硬體設備非常好(圖二、圖三),相當於大學的等級(圖四、圖五)。

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圖一:金山中學校門口

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圖二:標本準備室

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圖三:化學實驗室

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圖四:液相層析儀

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圖五:分光光度計

二、參與觀課

本次參訪也參與一般評鑑的觀課(圖六、圖七),比較特別的是新建的觀課教室之使用(圖八、圖九),是上海市第一個使用這種教室的學校,另外,本人也到一般教室參觀(圖十、圖十一),發現與台灣差異不大,但其教室佈置比較單調,每班都是差不多的標語,沒有所謂的教室美化佈置,教師上課是不用麥克風的,學生一樣可以很專心。

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圖六:評鑑觀課教室上課

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圖七:觀課教室中上課教師指導學生

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圖八:新型的觀課教室

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圖九:學生使用平板作答

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圖十:一般上課教室的前方

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圖十一:一般上課教室的後方

三、化學教學交流

當然也要與金山中學的師生交流(圖十二~圖十五),台灣團準備了豐富的內容,但因內容太多了,聯繫方面沒有很完備,金山中學只給了兩個小時的時間,各個老師好像在打仗一樣連番上陣,還好老師們身經百戰,並且協調能力很好,將課程濃縮後完美演出,完成一次任務。

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圖十二:新竹高中林健志老師化學實驗演示

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圖十三:北一女中周芳妃老師化學實驗演示

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圖十四:新竹實中退休教師施建輝老師及慧燈中學呂子琦老師的化學百寶箱演示

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圖十五:新北高中鍾曉蘭老師的化妝品實作演示

另外,本人也感受大陸的學校生活(圖十六~圖十九),發現了學生生活美好的一面。

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圖十六:金山中學餐廳一隅

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圖十七:金山中學檢查評比告示排

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圖十八:金山中學宿舍一隅

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圖十九:金山中學走廊佈置

n參訪大境中學和化學教學交流

一、參訪大境中學

,介紹其研發成果及教具展示(圖二十四~圖二十七),其餘時間就是與上海市的化學教師群交流及座談(圖二十八~三十六)。

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圖二十:大境中學操場及宿舍樓

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圖二十一:大境中學教學大樓

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圖二十二:大境中學評鑑觀課,馮晴老師上課的情形

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圖二十三:大境中學評鑑觀課,學生做實驗的情形

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圖二十四:科技天地裏的太陽能車

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圖二十五:科技天地裏的各種教具

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圖二十六:科技天地裏的雷射應用

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圖二十七:〝科技天地〞裏的主題陳列

二、化學教學交流

本次參訪也與上海市的化學教師群交流及座談(圖二十八~圖三十六)。由教育制度談到學校課程,在上海,高中可以選擇學生,由入學考試的科目中篩選學生,學生亦可以選擇學校的特色課程,學校課程有 20 種組合,學生可從中選擇有興趣的科目學習,也為升學做準備,但也因此產生了與台灣一樣的情形,在台灣若選擇自然組的學生較多,則自然組的班級數變多,自然科老師需超鐘點,而社會科老師可能無課上,上海的解決方法是找鐘點老師上課,但在台灣是不容易找到代課老師的。上海的課程標準也在修訂中,可能由三類變成兩類,即必修課程與選修課程。上海使用的教科書亦可以選擇版本或自編,但考試只考規定的課程內容,所以會有主要的課程及實驗,其他的則為附屬的教材。

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圖二十八:與大境中學特級教師座談會

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圖二十九:黃浦區特級教師代表

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圖三十:邱美虹教授與黃浦區特級教師互贈禮物

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圖三十一:新竹實中退休教師施建輝老師準備展示研發的化學百寶箱

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圖三十二:新北高中鍾曉蘭老師展示化妝品百寶箱

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圖三十三:大甲高中廖旭茂老師演示行動電化學教具

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圖三十四:新店高中王瓊蘭老師演示化學實驗

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圖三十五:台東高中謝耀隆老師展示教具

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圖三十六:萬芳高中陳怡宏老師展示行動學習

n參訪心得和感想

此次上海參訪很有感觸,特分為教育制度、教學及政治三方面討論:

教育制度中,上海亦面臨教育改革的課題,也在探討高考(即台灣的大學入學測驗)的改革,是否要考化學科目會影響到現場的教學,例如江蘇的高考中三選一的考試必考物理,而化學科可以不用考,所以學生比較不會選擇唸化學,故江蘇的化學老師就沒飯吃了;考題的方向亦會影響到教學,也是考試領導教學,上海與台灣有很多相似之處,遇到的問題也很類似,故上海也想知道台灣是如何處理問題的,其中也對台灣的化學科特色課程的設計好奇,也做了交流,雙方各在向對方學習中;另外,上海屬於五四三制,只有九年國民義務教育,高中三年並非每人都必須唸的,而高中學校又分為三類:市實驗性示範性高中、區實驗性示範性高中及普通高中,一般讀區實驗性示範性高中很難考上大學,所以市實驗性示範性高中屬於明星高中,學生也會有升學壓力,也會有城鄉差距,但每個區域發展不會相差很大,皆有單位負責區域的發展,教師的養成訓練是很嚴謹的,不論是聘任或是聘任後的職場工作考核,都有一定的流程及標準,這是與台灣比較不一樣的;在學校分級中,市級的資源應是很豐富的,看到了高中的設備及建設媲美大學,這是台灣要努力的。

在教學方面,大陸較偏向理論的鑽研及探討,走向精英教育,每位學生皆專注學習,才能打敗競爭者,也訓練學生的表達能力,能將思想說出且頭頭是道,有能力者即是表達較突出者,所以學生的理論基礎是很紮實的,這樣學任何事物皆很快上手,也因此大陸可以如此迅速發展,且只要這些的精英份子就能支撐全國的發展;教學的理念雖是運用〝杜威〞的做中學,但不同的是大陸是著重傳統實驗教材,讓學生按照實驗的設計找答案,而答案即是教科書中所教授的,只是學生再演示一遍而已,回答問題的答案也是教科書中教授的答案,所以學生只要唸完教科書,便知道結果,所回答的內容不一定是要實驗觀察的結果,故學生不一定要做此實驗;而台灣的教學則是著重於生活的應用面,在日常生活中可能會碰到的事物是運用何原理,使學生由生活中體會所學的知識,較少強調更學術性的探究,此部分會留待到大學有興趣再深入研究,教學也會鼓勵學生多思考、多發掘問題,進而找方法解決問題,這是兩種不一樣的風格。

政治方面並非討論到國家體制,而是對於人民的管理,大陸的學生是無法跨區就讀的,除非政策如此,所以每個區域皆可發展出明星高中,而不會因為想要唸更好的明星高中而跨區就讀,會造成該區域的明星高中消失;在資訊方面的學習很先進,使用平板電腦及電子媒介產品教學,但卻管控網路的使用,資訊只限於大陸內地的傳播,不能對國外的流通;限制人民搬遷,除非是政策或是工作等正當理由,這樣才不會人口過度集中,造成管理上的困難,但也造成各地的升學情形不同,考試重點不同,教學內容及課程安排不同,雖有國家統一標準,但仍是各地各自舉辦中考、高考等升學考試。

大陸地大,人口眾多,也因此生活及管理確與台灣不一樣,分層管理是必要的,所以才會有前面介紹的一些事物發生,如學校分級,教師分級,地域的分級,乃至於人民的分級,想要做的事,一旦高層開會決定後,可以在很短的時間內完成,這種能力是很驚人的;而在人才的養成訓練中,對於的感受較薄,在一些事物中可觀察出來,如做實驗時較不重視安全,雖配有護目鏡也要學生戴上,但沒有很確實要求學生要戴上,接觸酸或鹼液時,學生沒有戴上手套等等;實驗室的規劃中,設備很新、很高檔,感受了資源的豐富,定性吸取液體使用微量吸量管,使用藥品也很大器,無水酒精當一般酒精使用,也有通風櫉,但在實驗桌上缺少抽氣設備,易揮發性藥品直接擺在一般的櫃子中,櫃子卻沒密閉及接抽氣設備;食安問題較不重視,雖然大陸也有討論食安問題,但是將其當做一般新聞事件,沒有什麼好驚訝的,但在台灣是件不得了的事,這會影響到本身的健康及經濟的發展,還有與人的信任感,這又是大陸與台灣不同的觀點;大陸在硬體建設方面確實比台灣強很多,這應是台灣望塵莫及的,幸好台灣在軟實力方面還可以勝過大陸,可以靠創意彌補,但誰能保證可以繼續領先,台灣的未來需要靠大家的努力及政府好的對策及走正確的方向,加油吧!




上海化學教學參訪與經驗交流: 即時回饋系統和擴增實境教學交流與參訪心得/陳怡宏

上海化學教學參訪與經驗交流:

即時回饋系統和擴增實境教學交流與參訪心得

陳怡宏

臺北市立萬芳高級中學
[email protected]

n活動簡介

本次參加上海化學教學參訪,本人與上海化學教師交流三項數位教學和評量:即時回饋系統(Socrative軟體)的功能及在課堂上的應用、Google線上測驗表單功能於評量中的應用、以及3D有機分子模型擴增實境App的使用。

n主題規劃與實施

一、即時回饋系統

這是一種透過電子載具,讓課堂中學生可以即時回饋資訊給教師的教學應用系統。在此,介紹已發展一段時間的即時回饋系統(Interactive Response System, IRS)軟體:Socrative,此軟體可透過瀏覽器進入網頁平台進行施測,或者是利用智慧型手持行動裝置下載安裝Socrative App進行課堂活動。

題目可以事前先行輸入於網頁平台上,教師端可在Socrative TeacherApp(如圖1)上登入自己的帳號及密碼後,選擇一份試題。學生端可在Socrative StudentAPP(如圖1)上進入教師端預先設立的Room Numberchemtest,最後施測結果可以下載進行資料分析。Socrative 基本操作步驟網址:http://goo.gl/EsKvtR

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1Socrative App教師版及學生版圖示

二、Google線上測驗表單

Google表單是Google文件其中一種功能,可以將試題以線上問卷方式呈現,能夠結合Google試算表自動收集學生填答的答案,加上外掛程式後,學生可以藉由填入的電子信箱,立即收到自己作答的情況,並自動計算學生得到的分數,教師更可以由試算表的圖表解析學生對於試題的回答。Google表單線上測驗,例如:本人設計的「第2 原子構造與元素週期表」,評量試題的網址:http://goo.gl/3RjCPz(如圖2),學生測驗結果的網址:http://goo.gl/VlYDqo,回應摘要的網址:http://goo.gl/jFs6Id

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2Google表單線上評量試題的實例

等,作為學生課後練習試題,更可以在表單中篏入與教學相關的Youtube影片,作為影片學習單,不一定要在課堂上播放影片,可以讓學生在家自主學習。

三、3D有機分子模型擴增實境

擴增實境(Augmented RealityAR)是將虛擬物與現實環境結合。由於現今智慧型手持行動裝置的普及,對於有機化學而言,剛好可以利用行動裝置的攝影機結合擴增實境的技術來呈現有機分子的立體模型,展示影片連結:http://goo.gl/GaZVLT

高中化學所提到的有機化合物相當多,因此製作了三個3D有機分子模型ARApp,總共包含有烴類、芳香族、醇類、醚類、醛類、酮類、酸類、酯類、胺類、醯胺類等的有機化合物,配合三套撲克牌圖卡為目標底圖、共可呈現156個有機分子模型。

目前此三個ARAppAndroid系統,安裝方式是進入Google Playhttp://goo.gl/W9ai05(如圖3),直接點選安裝即可,每個App的說明都有相對應底圖的文件連結,可以下載列印出使用。

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3:三套AR的有機分子模型App

n交流介紹及參與成效

由於大陸方面的網路控管,使得Google相關的應用軟體均不能使用,然而即時回饋系統的App,只要是以GmailFacebook方式登入,也不能使用,若以其他非控管的電子信箱登入,雖可以進入軟體介面,但也會因連結至國外的伺服器,延遲嚴重到無法使用。因此無法與上海地區的化學教師們對於即時回饋系統及Google線上測驗表單進行介紹交流。

藉由擴增實境影片(http://goo.gl/GaZVLT)的展現,可以觀察到上海地區化學教師們驚奇的反應,因為Google Play無法使用,只能將App及底圖放置於大陸地區的百度雲上分享。利用QR Code方式呈現,進行下載及安裝App。藉由列印出的底圖,體驗利用擴增實境的技術來呈現3D有機分子模型於手掌之中,如圖4所示。

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43D有機分子模型擴增實境

n結語

臺灣化學實驗及教學交流研討活動之行,由於網路控管因素,無法分享一些實用的教學工具,是一件遺憾的事。

智慧型手持行動裝置現在大多數師生幾乎人手一機,因此製作3個有機分子模型擴增實境的App,不僅在教學上可以使用,學生也可自行下載使用,隨時快速地觀看有機分子的立體結構。在這次交流動成果發表會後,有許多教師詢問是如何製作出App,很高興能引起教師們的興趣,感興趣才會有動機去嘗試使用,進而教導學生使用,引起學生對化學的興趣,引導學生對化學的認知不僅是一門實用的科學,也是一門好玩的科學。

n參考文獻

擴增實境,Wikipedia, http://zh.wikipedia.org/wiki/擴增實境

IRS即時反饋式創新教學,http://www.erdc.tyc.edu.tw/upload/100423-7c2572e2-822.pdf

評量科技 教室好幫手,http://www.socrativetw.com/