淺談道爾頓的原子學說／胡景瀚

淺談道爾頓的原子學說

胡景瀚

國立彰化師範大學化學系
[email protected]

n定比定律、分壓定律和倍比定律

1799普魯斯特（Joseph Louis Proust, 1754-1826）提出了「定比定律」（law of definite proportions），定比定律的內容是：

化合物的組成元素的質量比為定值。

道爾頓（John Dalton, 1766-1844）（見圖一）在十九世紀初（1801年）發表了「分壓定律」（law of partial pressures）：

氣體混合物的總壓力等於組成氣體的分壓的和。

1804年，他又發表了「倍比定律」（law of multiple proportions），倍比定律的內容是：

如果兩元素可以形成不只一種化合物，化合物中相對於等重的第一種元素，另一種元素的質量成簡單整數比。

道爾頓

（圖片來源：https://en.wikipedia.org/wiki/John_Dalton）

同一時期，道爾頓研究了多種氣體在水中的溶解度，他對於不同的氣體在水中有不同的溶解度這個事實感到相當困惑。道爾頓的解釋是，不同的氣體各有不同的「最終粒子」（ultimate particles），粒子的質量和複雜度越大，在水中的溶解度就越大，這個解釋也是道爾頓原子學說的起點。^[1]

道爾頓的想法，從比較物理觀點的粒子理論（氣體混合、氣體溶解度），逐漸演化成化學觀點的原子學說，描述分子的原子組成及化學反應。這一段思想轉化的過程是許多科學家和科學史家非常感興趣的。

道爾頓認為水由1個氧原子和1個氫原子組成，氨由1個氮原子和1個氫原子組成，根據水的氧和氫的質量百分比，以及氨中氮和氫的質量百分比，以當時的實驗數據，氫、氮和氧原子相對於氫原子的質量比為1 : 4.2 : 5.5。^[2]將三種氮的氧化物中氧的相對質量列出（以氮為4.2，分子式列於括號供參考，如表一所示：

表一：道爾頓認為三種氮的氧化物中氧的相對質量

	N	:	O
nitrous oxide (N₂O)	4.2	:	2.4
	4.2 + 4.2	:	4.8
nitrous gas (NO)	4.2	:	5.7
nitric acid (NO₂)	4.2	:	9.9 (= 5.0 + 5.0)

道爾頓的想法是，若將上表的三個化合物視為2個氮原子和1個氧原子（N₂O），1個氮原子和1個氧原子（NO）和1個氮原子和2個氧原子（NO₂）的化合物（這些猜測是正確的），則氧的相對質量為4.8, 5.7和5.0，大約等於5.2。如果將5.2和5.5的差異視為可接受的誤差，關於前述三種氮的氧化物的原子組成的猜測應該是正確的。

n道爾頓的原子學說

1808年，道爾頓發表了《化學哲學的新系統》（A New System of Chemical Philosophy）的第一冊，書中他描述了他的原子學說。簡要地說，道爾頓的原子學說內容是：

各種元素由其特定的、完全相同的且不可分割的原子所組成，化合物由原子組成，原子的組成數目固定，化學反應是化合物原子的分裂及重新排列。

貝托萊（Claude Louis Berthollet, 1748-1822）不接受普魯斯特的定比定律，他認為化合物中的元素相對質量有無窮多種可能，元素的質量比和參與反應的元素質量及反應方式有關。他舉了幾個實例來支持他的想法，例如金屬氧化物的含氧量會隨著溫度上升而增加，^[3] 合金可以有任意質量比等等。貝托萊和普魯斯特爭論了數年，道爾頓的原子學說成功地消弭了這個爭端。

原子假說可以協助我們確認化合物的組成，以及依據實驗數據訂定原子的相對質量。在化學中，很重要的一項任務就是決定粒子的相對質量。不過物質中粒子的相對質量常常必須從另一物質中他們的相對質量推測而得，並根據後續的研究結果而更正。道爾頓認為他找到一個方法，這個方法可以確定「基本粒子」（elementary particle）及「化合粒子」（compound particle）的相對質量，這個方法的首要之務就是決定化合物的化合規則，知道化合粒子中基本粒子的數目。他的規則如下：

如果有兩種「原子」A和B（原文：two bodies, A and B），其可能之結合有：

1原子A＋1原子B＝1原子之C，二元化合物（binary）

1原子A＋2原子B＝1原子之C，三元化合物（ternary）

2原子A＋1原子B＝1原子之C，三元化合物（ternary）

1原子A＋3原子B＝1原子之C，四元化合物（quarternary）

3原子A＋1原子B＝1原子之C，四元化合物（quarternary）

原子化合的一般法則為：

1.當原子只有1種組合方式時，產物一定是二元化合物，除非有其他理由。

2.有2種組合方式時，產物一定是二元和三元化合物。

3.有3種組合方式時，產物一定是1個二元和2個三元化合物。

4.有4種組合方式時，產物一定是1個二元，和2個三元化合物和1個四元化合物，依此類推。

5.二元化合物的密度應比2種原子的混合物大。

6.三元化合物的密度應比組成它的二元化合物和原子的混合物大，依此類推。

從這些規則及實驗數據，道爾頓推論水是由氫和氧組成的二元化合物，兩個基本原子的質量比接近1比7（質量相對於氫氣）。其次，氨是由氫和氮組成的二元化合物，兩個基本原子的質量比是1比5。還有氮的氧化物的組成：他認為一氧化氮（nitrous gas）是由氮和氧組成的二元化合物，兩個基本原子的質量比是5比7，二氧化氮（nitric acid）是由1個氮和2個氧組成的二元或三元化合物，其質量是19。一氧化二氮（nitrous oxide）是由2個氮和1個氧組成的三元化合物，其質量是17。三氧化二氮（nitrous acid）是由1個二氧化氮和1個一氧化氮組成的二元化合物（在道爾頓所繪的化合原子中被歸在五元化合物），其質量是31。三氧化氮（oxynitric acid）是由1個二氧化氮和1個氧組成的二元化合物，其質量是26。最後是碳的氧化物，道爾頓推測一氧化碳（carbonic oxide）是由碳和氧組成的二元化合物，其質量是12。二氧化碳（carbonic acid）是由1個碳和2個氧組成的三元化合物（也可以是一氧化碳和氧的二元化合物），其質量是19。

n道爾頓的原子圖形符號

道爾頓以圓圈圖案代表各種基本原子，例如黑圓代表碳，空心圓代表氧等。二元化合物以2個相鄰的圓表示，三元化合物以成一直線的3個相鄰的圓表示，四元化合物為一圍繞中心原子的平面三角形。道爾頓認為相同原子彼此互斥，因此在排列時彼此盡量遠離。道爾頓的原子質量表及其符號列於表一，他所繪的原子符號列於圖二。

圖二：道爾頓的原子圖形符號

（圖片來源：https://en.wikipedia.org/wiki/John_Dalton）

道爾頓指出，物質分為氣體（原文為「彈性流體」elastic fluids）、液體和固體等三類，水是一種可能具有這三種型態的物質。氣態的物質中，數量非常多的粒子彼此間的距離遠大於液態和固態。不論粒子聚合或分離，這些粒子不會憑空產生或消滅，我們只能將粒子分離或聚合以改變他們的狀態。物質由極小的粒子，也就是「最終粒子」所組成，這些最終粒子無論質量或形狀都是完全相同的。最終粒子間或大或小的吸引力造成了物質的三種型態。

n道爾頓認為粒子之間的排斥力為「熱質」

除了吸引力，道爾頓認為另外有一個最終粒子之間重要的作用力，也就是「排斥力（force of repulsion）」，他認為排斥力是由「熱質（heat, caloric）」^[4]造成的。「熱質」這種流體圍繞著所有物質的最終粒子，熱質粒子互相排斥，而為最終粒子所吸引。當粒子^[5]流失熱時，熱質的體積減小，粒子間排斥力減少彼此靠近，例如水蒸氣變成水。物質的氣態、液態和固態是最終粒子之間互相衝突的吸引力和排斥力調節的結果。

圖三是道爾頓所繪的氣體原子及外圍熱質的圖形，我們可以看出氣體的體積包括原子的核心部分和圍繞於外的熱質，原子和原子以熱質為界。^[6]道爾頓假設不同粒子對熱質的吸引強度不同，吸引力強的粒子其熱質體積收縮，體積因而減少，反之吸引力弱的粒子體積增加。圖三的缺點，是將氣體描繪成靜態的整齊排列，還造成了粒子間的距離相當於粒子大小的錯覺。道爾頓的想法也讓他難以接受「相同體積含有相同的各種粒子數」的觀念。

hydrogen gas nitrous gas carbonic acid

圖三：道爾頓的原子及外圍熱質的圖形，由左至右為氫氣（hydrogen gas）、一氧化氮（nitrous gas）及二氧化碳（carbonic gas）

（圖片來源：https://commons.wikimedia.org/wiki/File:1911_Britannica_-_Atom_-_Dalton.png）

n道爾頓使用「原子」一詞

道爾頓使用了「原子」（atom）一詞來代表「最終粒子」、「不可分割的粒子」，即組成元素或化合物的最小粒子，這個粒子不能被分割，也不能被轉變成其他粒子。道爾頓的相關文字的翻譯及原文如下：

”carbonic acid）的最終粒子為化合原子。雖然這個原子可以再被分解，被分解的二氧化碳成為碳和氧，不再是二氧化碳了。

Matter, though divisible in an extreme degree, is nevertheless not infinitely divisible. That is, there must be some point beyond which we cannot go in the division of matter. The existence of these ultimate particles of matter can scarcely be doubted, though they are probably much too small ever to be exhibited by microscopic improvements. I have chosen the word atom to signify these ultimate particles, in preference to particle, molecule, or any other diminutive term, because I conceive it is much more expressive; it includes the notion of indivisible, which the other terms do not. It may be said that I extend the application of it too far, when I speak of compound atoms; for instance, I call an ultimate particle of carbonic acid a compound atom. Now, though this atom may be divided, yet it ceases to be carbonic acid, being resolved by such division into charcoal and oxygen.

從這段話我們可以看出，道爾頓所稱的「原子」^[7]和「化合原子」分別指的是「元素的自然狀態的最終粒子」和「化合物的最終粒子」。氧「原子」是現代化學的氧分子，二氧化碳「原子」是現代化學的二氧化碳分子。例如，在道爾頓提出的原子質量表中，水被稱為「一個水原子」（an atom of water）。

道爾頓將「原子」一詞推向化學的核心，不過他所謂的原子和現代的原子在內涵上有一段距離。根據同原子互斥的原則，他認為所有氣體元素都是單原子。又根據他的化合法則1，他認為氮和水是HN和HO（當時水是唯一已知的氫和氧的化合物）。依後見之明，如果我們使用正確的質量百分比，以現代準確的原子量來看，氫、氮及氧原子相對於氫原子的質量比為1 : 4.7 : 8。N₂O、NO、NO₂的質量比（以氮為4.7），如表二所示：

表二：依後見之明，N₂O、NO、NO₂的質量比

	N	:	O
nitrous oxide (N₂O)	4.7	:	2.7
	4.7 + 4.7	:	5.4
nitrous gas (NO)	4.7	:	5.4
nitric acid (NO₂)	4.7	:	10.7 (= 5.4 + 5.4)

氮和氧的質量比為4.7 : 5.4，相對於4.7 : 8，差異非常大。

氧質量比。關於原子質量的確認，錯誤的分子組成及不準確的實驗數據造成了科學界數十年的混亂局面。^[8]表三為道爾頓的原子質量表（相對於氫氣）。

表三：道爾頓的原子質量表（相對於氫氣），分子式為本文作者所加，原子圖形見圖二。

	原子名稱	現代中文名稱	原子質量
簡單原子（simple）
1	hydrogen	氫	1
2	azote	氮	5
3	carbon/charcoal	碳	5
4	oxygen	氧	7
5	phosphorous	磷	9
6	sulphur	硫	13
7	magnesia	鎂	20
8	lime	鈣	23
9	soda	鈉	28
10	potash	鉀	42
11	stronites	鍶	46
12	barytes	鋇	68
13	iron	鐵	38
14	zinc	鋅	56
15	copper	銅	56
16	lead	鉛	95
17	silver	銀	100
18	platina	鉑	100
19	gold	金	140
20	mercury	汞	167
二元原子（binary）
21	water	水HO	8
22	ammonia	氨HN	6
23	nitrous gas	一氧化氮NO	12
24	olefiant gas	乙烯HC	6
25	carbonic oxide	一氧化碳OC	12
三元原子（ternary）
26	nitrous oxide	一氧化二氮NON	17
27	nitric acid	二氧化氮ONO	19
28	carbonic acid	二氧化碳OCO	19
29	carbureted hydrogen	甲烷HCH	7
四元原子（quarternary）
30	oxynitric acid	三氧化氮NO₃	26
31	sulphuric acid	三氧化硫SO₃	34
32	sulphuretted hydrogen	硫化氫SH₃	16
33	alcohol	酒精C₃H	16
五元及六元原子（quintenary and hexenary）
34	nitrous acid	三氧化二氮N₂O₃	31
35	acetous acid	醋酸H₂C₂O₂	26
七元原子（septenary）
36	nitrate of ammonia	硝酸銨(NH₂）NO₃	33
37	sugar	糖C₃H+CO₂	35

n附註

道爾頓畢生都對氣象觀察有極高的興趣，他對氣體的混合和氣體溶解度的研究都和他對氣象學的興趣有關。

這個數據來自道爾頓1803年的文章，幾年後（1808年）改為1 : 5 : 7。

我們現在知道這是因為隨著溫度上升，金屬的不同氧化物混合的比例會有變化。

在道爾頓的年代，「燃素說」逐漸被揚棄，「熱質說」逐漸興起。熱質被假設為一種和熱能有關的，沒有質量的流體。

道爾頓並未使用「分子」一詞，雖然他知道他的同期科學家使用這個字。在此「粒子」比較像現代的分子。

注意三張圖的比例不同，我們可以約略看出相同體積的氫氣數目較其它氣體多。

道爾頓也稱之為「基本原子」（elementary atom）或「基本粒子」（elementary particle）。

又例如，道爾頓認為氨是HN，乙烯是HC，所以質量都是6 (= 5 + 1)。如果實驗的準確度提高的話，氨中氮和氫的質量比是 4.67 : 1，乙烯中碳和氫的質量比是 6 : 1 ，如果依此數據則道爾頓將認為他得到相對於氫氣質量的氮和碳的質量是4.67和6，但是這又和從一氧化氮和一氧化碳得到的氮和碳相對於氫氣的質量不相同（7和6）。

n參考文獻

John Dalton, Memoirs of the Literary and Philosophical Society of Manchester, Second Series, 1, 271-87 (1805).

John Dalton, A New System of Chemical Philosophy. Manchester, 1808.

Roman Mierzecki, Journal of Chemical Education, 58, 1006 (1981).

Christopher S.W. Koehler, Chemistry Chronicles, 51 (2003).

製作3D光雕印章／呂雲瑞

製作3D光雕印章

呂雲瑞

國立市立高雄女子中學
教育部高中化學學科中心
[email protected]

n影片觀賞

本實驗影片由臺灣多媒體創意教學協會協助拍攝，教育部高中化學學科中心提供。

影片網址：3D光雕，https://www.youtube.com/watch?v=u0zdTAFkhdo, YouTube.

n簡介

印章是中華文化的代表之一。舉凡結婚生子、簽辦信用卡、領取信件……等等日常生活中的事務，印章總是扮演著不可或缺的角色。印章材料的演進史中，陶瓷曾為印章最古老的材料，後來後漸發展為金屬、植物、獸骨、石塊等材質，乃至現代的塑料、橡膠。

不過因為印鑑章的辨識不甚容易，且易於仿冒，近年來有愈來愈多廢除印鑑證明之聲浪產生，本研究試著由光誘導性質連結到印章之製作，由自製簡易升降平台，改良光聚合製程，並結合時下流行之平板電腦及APP以製作「親筆簽名」的效果印章，便可應用於藏書章、或是落款等功能。透過光聚合技術的光敏樹脂材料也是現在3D列印技術中最夯的超級明星，可提供快速和高品質的列印。

n藥品與器材

己二醇二丙烯酸酯（1,6-hexanediol diacrylate）

苯基雙(2,4,6-三甲基苯甲基)氧化磷（Phenylbis(2,4,6-trimethylbenzoyl) phosphine oxide）

蘇丹紅一號（Sudan I）

丙酮（acetone）

乙醇（ethanol）

蒸餾水

實驗用固定夾

玻璃培養皿

筆記型電腦或平板電腦（設計圖案或字型）

DLP投影機(BENQ)

平面鏡

水平儀

n實驗步驟

一、光誘導聚合反應溶液配製

取98 mL的己二醇二丙烯酸酯（作為聚合物單體），2 g的苯基雙(2,4,6-三甲基苯甲基)氧化磷（當作光引發劑photo-initiator），再加入0.006 g的蘇丹紅一號（作為光吸收劑photo-absorber）。

將上述三種藥品依序倒入100 mL有蓋的樣品瓶中，密封後放入磁攪拌子攪拌數天（大約三天左右），直到混合均勻、完全溶解。此時樣品外壁需用鋁箔紙包裹住，放置於陰暗處，避免光線照射，產生不必要的反應。

二、改良式印章製作機

自行組裝製作機台：以承載實驗器具作為印章製作機的本體，機台內的螺旋桿，可以控制機台維持水平；本實驗的放大鏡以左方木匣固定，如此可以控制上下位置以調節像距（焦距）；此外，原先平面鏡的位置，改以天頂鏡取代，當作反射投影機光源的媒介。圖一和圖二分別為機台實際照片及其透視架構圖。

圖一：製作機台的實際照片

圖二：製作機台的透視與架構圖

3D光雕印章完整機台裝置如圖三所示。

圖三：平面鏡（左中方紅圈處）、投影機（中上方）、平板電腦裝置（白色處）、製作印章圖案（左中方藍色亮圈處）

三、利用電腦設計聚合物的成品圖案

使用上市的Android APP，做出親筆簽名的印章樣式，以Picasso App為例，讀者可在觸控螢幕中預設的圖片或照片上書寫簽名，之後儲存到記憶卡中備用。畫筆的粗細可以自行調整，必須注意，若是陽刻要以白筆作畫；若是陰刻，則以黑筆作畫。Picasso App的書寫螢幕截圖，如圖四所示。

圖四：觸控螢幕上書寫簽名圖

印章的樣式設計完之後，以Kingsoft Office文件編輯程式(免費自由軟體)為例，製作投影片：執行程式，開啟本實驗預先設計之簡報檔，在第三張投影片的黑屏剪下，插入設計的印章樣式，再貼上覆蓋。相關操作如圖五所示：

圖五：圖章的電腦設計

四、投影設計圖案在培養皿中

放置於一個玻璃培養皿在木匣底部，把筆記型電腦（或平板電腦）連接至機台上的DLP投影機，並以水平儀確認機台水平，利用折射鏡使投影機光線可以垂直向下投射，相關擺設如圖六所示：

圖六：自製簡單投射機台

打開投影機，投影圖案在培養皿中，調整投影機焦距，如圖七所示。

圖七：培養皿中的對焦區

五、製作印章底座

採用漸進塗佈法：以塑膠滴管吸取些許配製好的混合溶液，均勻塗抹於培養皿中，使其薄薄地沾上一層。之後的混合液添加不能一次加太多，只能稍微淹過聚合完成的部分。圖八為添加溶液過程。

圖八：添加混合液在對焦區內

開始播映投影片，投影片會自行播放動畫，期間有白色圖案出現時為高分子聚合的時間（10 秒），這段時間請勿晃動或吸取殘留溶液；當黑屏出現時，快速滴加溶液，塗抹於堆疊完成的固體之上（時間約5~10秒左右，可自行調控所需時間），如圖九所示。

圖九：投影片在平板電腦播放流程

重複曝光二十次，以製作印章底座。圖十和圖十一分別為光聚合反應和底座完成圖。

圖十：光聚合的反應（此時投影片為白色圖案）

圖十一：底座完成（重複曝光二十次後）

六、製作圖案印章

黑屏會重複20遍，刻紋投影亦會重複20遍，直到成品完成前，請確認沒有移動培養皿或是液面傾斜的狀況。圖十二為刻紋曝光示意圖。

圖十二：自行設計刻紋投影曝光圖（左）和黑屏（右）。

投影片播放結束後，回收多餘溶液至樣品瓶中，將乙醇倒入培養皿中至八分滿，以浸泡成品，再以去離子水清洗一遍，蔭乾後就可使用，此成品即為印章刻紋(正面)。

印章刻紋的平滑面（背面）可以用黏著劑，貼至自己想要作為印章的物品。

n原理與概念

此光聚合反應的單體為己二醇二丙烯酸酯，屬於不飽和的酯類，分子兩端各有一個雙鍵，為聚合反應的關鍵位置，其化學結構式如圖十三所示：

圖十三：己二醇二丙烯酸酯的2D結構式

光引發劑為苯基雙(2,4,6-三甲基苯甲基)氧化磷，本實驗需要波長介於380~400nm 的UV光來切斷光引發劑苯基雙苯基雙(2,4,6-三甲基苯甲基)氧化磷的磷–氧鍵，形成自由基，引發反應的發生，其反應如式[1]所示：

光解產生的自由基再對雙鍵位置進行攻擊，雙鍵打開後，進行聚合傳播（propagation），當反應物耗盡，再與另一股長鏈自由基結合，最後終結反應（termination）。本反應利用DLP 投影機做為紫外光的的光源，是直接反射，紫外光的耗損較少，含量恰足以使高分子反應。

若照光聚合的時間拉得太久，導致聚合物吸收太多來自光源的熱能，使其產生氣泡並膨脹，讓實驗品的生成無法達成預期的形狀或圖案。經測試十秒鐘為最佳聚合時間，圖十四為聚合時間過長產生熱膨脹而造成失敗。

圖十四：熱膨脹造成聚合反應的失敗

n安全注意及廢棄物處理

本實驗使用蘇丹紅1號，蘇丹紅為食品染色劑，本實驗作為紫外光吸收劑，對化學、熱穩定性好，可吸收過多強烈紫外光，有效保護反應物發生不必要的枝節反應；國際癌症研究機構（IARC）歸類蘇丹一號為第三類可致癌物質，是具有潜在致癌危险的物質，不可服用，請依實驗室廢棄物規定，統一回收處理。

n參考資料

徐武軍著，民國101年。高分子材料導論（2版）。五南出版社。

鄭學晶著，民國101年。天然高分子材料（簡體），化學工業出版社。

徐堅、瞿金帄、等主編，民國97年。高分子材料與工程（簡體），科學出版社。

聶俊著，民國98年。光聚合技術與應用（簡體），化學工業出版社。

吳世康著，民國92年。高分子光化學導論—基礎和應用（簡體），科學出版社。

聚合物之一般性質與分類。教育部學習加油站，http://content.edu.tw/senior/chemistry/tp_sc/content1/number4/3/15-1.htm。

Photopolymer, Wikipedia, https://en.wikipedia.org/wiki/Photopolymer.

Sudan I, Wikipedia, https://en.wikipedia.org/wiki/Sudan_I.

Howon Lee and Nicholas X. Fang. 2012. Micro 3D Printing Using a Digital Projector and its Application in the Study of Soft Materials Mechanics, http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3565856/.

創意微型實驗— 微型鋅銅電池及其在化學教學上的應用／方金祥

創意微型實驗—
微型鋅銅電池及其在化學教學上的應用

方金祥

創意微型科學工作室
[email protected]

化學是一門極具趣味性且理論與實驗並重之科學，因此在相關單元之中，除了理論介紹之外都配有相關的實作性實驗，盼由正確的實驗的結果來應證理論的真實性。在學校的化學實驗裡如何減少使用藥品，以減少廢液的產生進而突增廢液回收與處理的困擾與困難度，以減低對環境污染的衝擊，是當務之急。因此將傳統實驗裝置與實驗過程加以改良，使實驗裝置更為簡單，實驗步驟更為安全更為有趣，使化學實驗更符合環保理念可回收低汙染省資源的綠色化學實驗。在本文中將傳統式的鋅銅電池加以微型化而成為微型鋅銅電池，得以方便將兩個或多個鋅銅電池加以串聯起來，並在化學實驗中加以延伸與應用，以提高學生學習電化學之意願與興趣。

n微型鋅銅電池之原理

以鋅片和銅片為電極，分別在插入藥品溶液中，電極與溶液之介面間會產生所謂的電極電位，而在當兩溶液間以鹽橋來溝通電路後，在這兩個電極間所產生之電位差即稱為電池電位（電壓），其反應式如式[1]~[3]所示。

正極（銅片，陰極）反應：Cu²⁺(aq) + 2e^–→ Cu(s)E_red = + 0.36 V [1]

負極（鋅片，陽極）反應：Zn(s) → Zn²⁺(aq) + 2e^– E_ox= + 0.74 V [2]

電池總反應：Zn(s) + Cu²⁺(aq) → Zn²⁺(aq)+ Cu(s)E_cell = + 1.10 V [3]

n傳統鋅銅電池與微型鋅統電池之比較

傳統鋅銅電池與微型鋅銅電池在器材裝置及藥品之使用皆略有不同，其差異之比較如表一所列及相片一所示。

表一：傳統鋅銅電池與微型鋅銅電池之比較

相片一：傳統鋅銅電池裝置和微型鋅銅電池裝置（右）

（左圖取材：自八十二年國編版高中基楚理化實驗手冊下冊）

n材料藥品與器材

一、材料

鋅片（5 cm x 5 cm） 2片、銅片（5 cm x 5 cm） 2片、塑膠培養皿（直徑14 cm） 1個、塑膠培養皿（直徑9 cm） 1個、鉛筆（2B）1枝、三角形迴紋針4支、小鑰匙1支、鋁箔紙（16 cm x 16 cm）1張、塑膠噴霧瓶1個、塑膠布丁盒1個、塑膠小試管（外徑1.6 cm、內徑1.45cm，高9.55cm） 16支。

二、藥品

硫酸銅溶液（1 M CuSO₄） 40 mL、碘化鉀溶液（1 M KI） 20 mL、氯化鈉溶液（1 M NaCl） 10 mL。

三、器材

攜帶式天平（Portable balance） 1台、數字顯示型三用電表 1台、電子鐘 1個、音樂盒1個、小馬達風扇1個、熱熔膠（槍） 1組、pH試紙（0~14） 1盒。

n設計與製作過程

一、 多孔凹槽之設計與製作

1. 準備16支塑膠小試管，用小鋸子在距離試管底部約3 cm處鋸開而成小小試管。

2. 用熱溶膠將16支3 cm小小試管依序固定在小塑膠培養皿上，而成具有排列成正方形的16個多孔凹槽，以當作「微型鋅銅電池」置放藥品溶液與串聯之用，如相片二所示。

相片二：塑膠小試管（左）與16個多孔凹槽（右）

二、 微型鋅銅電池之設計與製作

1. 用剪刀將鋅片和銅片各裁成0.3 cm x 2.5 cm大小之金屬片。

2. 將小鋅片與小銅片重疊0.5 cm，並用細銅絲將其纏繞固定之，另用塑膠帶將纏繞之細銅絲部分加以固定而成「一字形的鋅銅片」，如相片三所示。

相片三：一字形的鋅銅片

3. 用小鉗子將一字形的鋅銅片中的鋅與銅彎成「小U型鋅銅橋梁」，以當作微型鋅銅電池在串聯時方便溝通電路之用，如相片四所示。

相片四：小U型鋅銅橋梁

4. 在16個多孔凹槽其中之2個凹槽中各加入5 mL的1 M硫酸銅溶液，如相片五所示。

相片五：加入5 mL的1 M硫酸銅溶液於多孔凹槽中

5. 將鋅片插入左邊的硫酸銅溶液中，銅片插入右邊的硫酸銅溶液中，另將小U型鋅銅橋樑插入兩溶液中以溝通電路，如相片六所示。

相片六：鋅電極與銅電極（左）兩凹槽中之溶液中以小U型鋅銅橋梁插入溝通電路

6. 將數字型三用電表之紅色端子與銅片（正極）連接，而黑色端子與鋅片（負極）連接即組成「微型鋅銅電池」，如相片七所示。

相片七：數字型三用電表（左）與微型鋅銅電池（右）

三、 小馬達風扇之設計與製作

1. 用熱熔膠將一個小馬達固定在塑膠布丁盒上。

2. 取一個軟性小塑膠風扇插在小馬達之轉軸上，即完成「小馬達風扇」，如相片八所示。

相片八：小馬達風扇

四、 負極圓盤之設計與製作

1. 將一張22 cm x 22cm之鋁箔紙放在直徑為cm塑膠培養皿之底部上，並沿著培養皿周圍將多餘的鋁箔紙折入培養皿中，即成一個「鋁箔圓盤」，如相片九所示。

相片九：塑膠培養皿（左）和鋁箔圓盤（右）

2. 將一根三角型迴紋針從鋁箔圓盤周圍的左邊（9點鐘的位置）夾住，此迴紋針可供作連接微型鋅銅電池之「負極圓盤」，如相片十所示。

相片十：負極圓盤

n實驗操作過程

1. 打開攜帶式天平，於秤盤上放置一張秤量紙後加以歸零，然後秤取3.18克的硫酸銅晶體，如相片十一所示。

相片十一：攜帶式天平（左）、歸零（中）以及硫酸銅的秤量（右）

2. 先用10 mL蒸餾水將3.18克的硫酸銅晶體溶解之，然後再將其稀釋成20 mL的1 M硫酸銅溶液備用，如相片十二所示。

相片十二：1 M硫酸銅溶液

3. 在16個多孔凹槽其中之4個凹槽中各加入5 mL的1 M硫酸銅溶液備用，如相片十三所示。

相片十三：在4個凹槽中各加入5 mL的硫酸銅溶液

4. 將鋅片與銅片插入右邊第一個凹槽中之硫酸銅溶液內，即可構成一個微型鋅銅電池，若在第一個凹槽與第二個凹槽之硫酸銅溶液中，以小U型鋅銅橋樑插入兩液中以溝通電路，即成兩個微型鋅銅電池之串聯，以此類推可組成三個或四個以上之微型鋅銅電池之串聯，如相片十四所示。

相片十四：微型鋅銅電池之串聯數（由左而右：1個、2個、3個、4個）

5. 用數字型三用電表之紅色端子與銅片（正極）連接，而黑色端子與鋅片（負極）連接以測量微型鋅銅電池串聯後產生之電位差（電壓），如相片十五所示。

相片十五：測量微型鋅銅電池及其串聯之電壓（由左上而右下：1個、2個、3個、4個）

n實驗結果

1. 微型鋅銅電池所產生之電壓隨著微型鋅銅電池串聯數而增加，如表二所列。

表二：微型鋅銅電池串聯數與產生之電壓之關係

2. 微型鋅銅電池經串聯2個至4個時所產生之直流電壓皆能使生日快樂歌音樂盒、電子鐘及小型馬達風扇等運轉，如相片十六所示。

相片十六：微型鋅銅電池使音樂盒（左）、電子鐘（中）以及小型風扇（右）運轉

n微型鋅銅電池在化學教學上之應用

一、 使用碘化鉀溶液之電解試驗

1. 用削筆機將一枝一般的2B鉛筆的兩端削去木材部份，使鉛筆兩端露出筆芯，並用一條細導線在鉛筆一端之筆芯連接後，再用電火布加以固定之，以當作電極（正極）之用，如相片十七所示。

相片十七：鉛筆作為電極（正極）

2. 將一張濾紙放在鋁箔圓盤上，然後用裝在塑膠噴霧器中之碘化鉀溶液往濾紙噴，使整張濾紙濕潤之，如相片十八所示。

相片十八：濾紙放在鋁箔圓盤上（左），裝有碘化鉀溶液之噴霧瓶（中），及用噴霧瓶噴碘化鉀溶液在濾紙上

3. 將微型鋅銅電池之正極（銅片）與鉛筆上之導線連接成正極，另將微型鋅銅電池之負極（鋅片）與負極圓盤上之迴紋針連接成，即成碘化鉀溶液之電解氧化還原裝置，如相片十九所示。

相片十九：碘化鉀溶液之電解氧化還原裝置

4. 手持連接在微型鋅銅電池之鉛筆（正極），在負極圓盤上之濾紙寫字。在以碘化鉀溶液濕潤過的無色濾紙上會出現棕褐色之字型來，此乃因濾紙上無色之碘離子在正極被氧化成棕褐色碘分子，其反應式如式[4]~[6]，碘化鉀溶液電解之結果如相片二十所示所示。

正極（筆芯，陰極）反應：2I^–(aq) → I₂(s) + 2e^– [4]

負極（鋁箔，陽極）反應：2H₂O(l) + 2e^–→ H₂(g) + 2OH^–(aq) [5]

電解總反應：2I^–(aq) + 2H₂O(l) → I₂(s) + H₂(g) + 2OH^–(aq)[6]

相片二十：電解碘化鉀溶液之氧化還原反應

二、 在鑰匙及迴紋針上之電鍍試驗

1. 用導線使微型鋅銅電池之正極（銅片)與另一銅片連接，並放入此銅片到另一裝有硫酸銅溶液之另一凹槽中。

2. 用導使線微型鋅銅電池之負極（鋅片）與一支鑰匙或一個迴紋針連接，並放入此鑰匙或迴紋針到步驟1裝有硫酸銅溶液之另一凹槽中。

3. 使用微型鋅銅電池產生之直流電源，在3~5分鐘內即可將鑰匙或迴紋針鍍上金屬銅，其反應式如式[7]~[9]，鑰匙或迴紋針之電鍍結果如相片二十所示。

正極（銅片，陰極）反應：2H₂O(l) → O₂(g) + 4H⁺(aq) + 4e^– [7]

負極（鋅片，陽極）反應：2Cu²⁺(aq) + 4e^–→ 2Cu(s) [8]

電鍍總反應：2Cu²⁺(aq) + H₂O(l) → 2Cu(s) + O₂(g) + 4H⁺(aq)[9]

相片二十一：未電鍍之鑰匙和迴紋針（左上）、電鍍鑰匙裝置（右上）、電鍍迴紋針裝置（左下）以及鍍上金屬銅之鑰匙或迴紋針（右下）

三、   電解中性溶液之正負極酸鹼性測定

1.        準備pH 0~14之廣用試紙一盒備用，如相片二十二所示。

相片二十二：pH廣用試紙

2.        將兩根三角型迴紋針之一邊弄直後，接上導線以當作正極和負極之用，如相片二十三所示。

相片二十三：迴紋針電極

3.        準備妥串聯2個和4個之微型鋅銅電池，並用三用電表測其電壓，如相片二十四所示。

相片二十四：串聯2個及4個之微型鋅銅電池

4.        將一張pH試紙插入氯化鈉（NaCl）溶液後，取出與pH試紙盒上pH 0~14之4組顏色顏色對照後，顯示出氯化鈉溶液為pH 7之中性溶液，如相片二十五所示。

相片二十五：pH 7之氯化鈉中性溶液

5.        將微型鋅銅電池之正極和負極與迴紋針電極連接後，將迴紋針電極平放在由氯化鈉溶液中取出之pH試紙上，然後再將迴紋針電極各向兩邊平行移開。

[10]~[12]及相片二十六所示。

正極（陰極）反應：2Cl^–(aq) → Cl₂(g) + 2e^–

或2H₂O(l) →O₂(g) +4e +4H⁺(aq)（呈酸性）[10]

負極（陽極）反應：2H₂O(l) + 2e^–→ H₂(g) + 2OH^–(aq)（呈鹼性）         [11]

電解總反應：2Cl^–(aq) + 2H₂O(l) → Cl₂(g) + H₂(g) + 2OH^–(aq)                  [12]



相片二十六：串聯2個微型鋅銅電池來電解pH試纸上的氯化鈉溶液（上左），串聯4個微型鋅銅電池來電解pH試纸之氯化鈉溶液（上右），經電解後在正極（下左圖右邊的迴紋針處）和負極（下左圖左邊的迴紋針）處之顏色變化以及pH試纸盒上pH值對照（下中圖和下右圖）

n微型鋅銅電池裝置之特點

l 取材簡單，操作安全。

l 體積很小，攜帶方便。

l 反應快速，效果明確。

l 節省藥品，減少污染。

l 鋅銅電池，節省能源。

l 實驗教學，生動有趣。

n實驗注意事項

l 微型鋅銅電池中之鋅電極會因電路通電後慢慢被氧化成鋅離子，鋅電極漸漸被溶掉而終止反應，因此要適時更換鋅電極能繼續作用。

l 在進行碘化鉀溶液之電解反應時，宜將碘化鉀溶液裝入塑膠噴霧瓶中，再以噴霧方式均勻噴灑在鋁箔圓盤上之濾紙，且使用量不宜過多，以能將濾紙均勻濕潤即可。用來寫字之鉛筆電極必須與微型鋅銅電池中之正極（銅片）連接，在正極上才能將無色的碘離子氧化成棕褐色的碘分子，而出現棕褐色的字型來。若將鉛筆與負極（鋅電極）連接時就無法將無色的碘離子氧化成棕褐色的碘分子，也就無法寫出棕褐色的字型來。

n結語

鋅銅電池實驗是眾所皆知的一項極為有趣的化學實驗，在化學實驗中是重點實驗之一，然美中不足之處為用藥量太多，不但造成廢棄液回收處理之困擾，在廢液處理不當之下也會造成環境汙染。若將傳統的鋅銅電池所用的藥品量，所產生的直流電壓多不會達到理論值1.10 V，但同樣的藥品量用在本文所設計的微型鋅銅電池時，即可相當於數十個鋅銅電池串聯所產生的電壓。微型鋅銅電池每一電池只需1 M硫酸銅溶液5 mL左右，本文所設計的微型鋅銅電池串連四個也只需要20 mL的1 M硫酸銅溶液。

當微型鋅銅電池串聯2~4個時所產生的電壓即可當作直流電源之用，此一直流電源將可使電子鐘至少運轉30小時以上，亦可使音樂盒唱出生日快樂歌和小馬達風扇運轉。除此之外，微型鋅銅電池產生的直流電源，也可運用在碘化鉀溶液之電解氧化還原，小鑰匙及迴紋針的電鍍，以及中性溶液電解實驗在正極與負極處所產生的pH變化，此一pH變化在2秒內即可完成測定，實為一快速測定中性鹽類溶液經電解後，在正負極附近溶液之酸鹼性變化與pH值。微型鋅銅電池在化學實驗教學上非常實用且有趣，足以引起學生學習化學之興趣與增強化學教與學的成效。

愛玉說愛玉凍的化學／傅麗玉、楊水平

愛玉說愛玉凍的化學

傅麗玉^1,*、楊水平²

¹國立清華大學師資培育中心
²國立彰化師範大學化學系
*[email protected]

n愛玉和原住民族的關係

今（2015）年九月初，再次拜訪阿里山的達邦部落，吃著非常美味的愛玉（見圖一），和當地的鄒族友人聊天。原來愛玉和原住民族間有著非常緊密的的文化關係。愛玉成熟時就會吸引許多猴子、果子狸、松鼠、飛鼠、山豬、山羌來尋找食物，因此愛玉的成熟時間也是打獵季節來臨的時候。鄒族、布農族、太魯閣族、魯凱族和賽夏族，都各自有為愛玉命名。愛玉的布農語是tabakai。愛玉的太魯閣族語是runug。魯凱語為twkunuy。賽夏語是rapit。我在阿里山學到阿里山鄒族叫愛玉為skikiya（斯基基阿），而poezi‘e skikiya就是採愛玉的意思。其中愛玉的太魯閣族語為runug，本身也是「地震」的意思，筆者猜測是否因為愛玉凍那種Q彈的動感，而獲得這個太魯閣族語名稱。

圖一：好吃的檸檬愛玉（傅麗玉攝，2015）

有趣的是，愛玉學名當中的「awkeotsan」，與目前「愛玉欉」的臺灣話發音非常接近。筆者猜想或許是因為愛玉是1871年蘇格蘭旅行攝影師John Thomson所說的西拉雅族「魔法果凍」。他說：「這些原住民到底是施了什麼魔法，為什麼他們將果莢裡的小種子泡在冷水裡，就可以變出美味可口的琥珀色果凍！」。

n愛玉在臺灣

Moraceae）、榕屬（Ficus），雌雄異株，隱花果（見圖二）。愛玉子其實是成熟的瘦果（種子）。

2015）

1,500公尺以下的山區，攀附在大樹或岩石上。

n愛玉的採收和處理

嘉義阿里山是野生愛玉產量最多的地方。採集野生愛玉子是鄒族人非常重要的經濟活動。從9月開始到2月期間，鄒族人組隊進入森林採野生愛玉。開始採收時，一定要有簡單的祈福儀式，祈求採收工作平安順利。通常四人一組，兩個人穿著雨鞋爬到樹上採愛玉，將愛玉丟下，讓另外兩個人撿拾。在樹上的人要注意不要從樹上掉下來，還要避開蜂窩。樹下的人要能撿到愛玉，也要注意避免被丟下來的愛玉打傷。採集愛玉的團隊一上山，有時要在山上停留一個星期。真的是非常辛苦又危險，體力與眼力或技術不好，都不能勝任採集愛玉的工作。

處理愛玉的第一步是趁新鮮立刻削皮，族人先在手上抹麵粉或碾碎的米糠，如此可以避免手沾黏愛玉的黏稠膠質。削皮後，比較容易將內部果籽割開外翻，然後烘乾與曬太陽，絕對避免濕氣（見圖三和圖四），否則愛玉籽很快變黑。

圖三：經過削皮、外翻並乾燥處理的愛玉（未包裝）和刮下的愛玉子（在袋中）（傅麗玉攝，2011）

圖四：刮下的愛玉子的特寫（傅麗玉2015）

n愛玉凍的形成

愛玉凍的形成是愛玉子的果膠（pectin）分子與硬水中的兩價金屬子反應，形成凝膠。果膠沉積在植物的初生細胞壁和細胞間層，做為細胞內部的支撐物質，是植物細胞間質的重要成分。2001）。

圖五：耐心用手搓洗愛玉子的基本動作（傅麗玉攝，2011）

整個處理愛玉的過程，包括刮愛玉子或是洗愛玉，所有的器具都必須完全無油污，因為在有油脂的環境中溶進油裡，果膠分子不易與水中的礦物質離子鍵結。油的成份讓愛玉無法結凍。再者，加熱愛玉子也不能製作愛玉凍，因為果膠酯酶在高溫下會失去活性。礦物質含量高的水，其凝膠效果最好，經過蒸餾處理的水無法製作愛玉凍。適當的鹽類濃度對果膠酯酶有促進功效，但濃度過高會造成活性降低，愛

圖六：用搓洗過的愛玉子所捏塑成的愛玉子娃娃（傅麗玉攝，2015）

n愛玉凍的化學原理

在李柏宏（2000）的博士論文中，他探討有關愛玉含果膠的文獻裡，提到黃永傳和陳文彬（1979）的文章（愛玉凍原料植物—愛玉之回顧與前瞻）描述到：日本研究者三宅和大野於1930-1933年間，判斷愛玉子之凝膠黏性物質是果膠，其旋光度[α]_D= +275.8°，甲氧基（methoxyl content）含量為8.47%。大野等（1934）以酒精沉澱法純化愛玉凍料的黏性物，得到純白粉的愛玉果膠，分析其成分得水分佔9.26%，灰分佔0.65%，半乳糖醛酸（galacturonic acid）佔90.33%，甲氧基含量為11.8%。井上（1936）分析愛玉子之果膠中所含之甲氧基含量，用Zeisel法得到7.99%，用皂化法得到9.7%。〔作者註：此處的甲氧基含量即為被甲基酯化的半乳糖醛酸（methylated galacturonic acid）而形成的半乳糖酸甲脂（galacturonic acid methyl ester）的甲氧基。〕

glucose），amylose）和支鏈澱粉（amylopectin），其結構式半乳糖醛酸和葡萄糖混合

圖七：直鏈澱粉（左）和支鏈澱粉（右）的結構式

（圖片來源：左圖，https://en.wikipedia.org/wiki/Polysaccharide；右圖，https://en.wikipedia.org/wiki/Starch。）

圖八：果膠分子具有半乳糖醛酸（上）、半乳糖酸甲脂（中）、半乳糖醛酸或／和葡萄糖混合（下）的結構式

（圖片來源：https://de.wikipedia.org/wiki/Pektine。）

愛玉凍的形成的化學原理是愛玉子中的果膠分子之半乳糖酸根（一種羧酸根離子，此處為甲酸根離子）與硬水中兩價的鈣離子或／和鎂離子反應，而形成的果膠凝膠（pectin-gel）。果膠凝膠的形成端視加入的糖量、pH值及兩價鹽（尤其是鈣離子）而定。

在高酯化果膠（high-esterified pectin）中，可溶性固形物（通常是指含有葡萄糖單體的果膠）含量高於60％且在pH 2.8-3.6的條件下，個別果膠分子的長鏈會藉由氫鍵和疏水原子團的相互作用力而結合在一起。這些鍵結和靜電力的形成如同水分子與糖分子之間的作用力一樣，使個別果膠分子的長鏈縮在一起而非以一條長鏈形式存在。因此，高酯化果膠不易與硬水中兩價金屬子反應。

／和鎂離子等兩價金屬離子。低酯化果膠需要二價的金屬離子來形成凝膠，在較低的可溶性固體和更高的pH值的條件下，低酯化果膠形成凝膠比高酯化果膠為佳。通常，低酯化果膠形成凝膠有利條件是：pH值在2.6-7.0之間且用可溶固形物含量在10-70％範圍。

圖九：

鈣離子

n愛玉日漸委縮的警惕

受到氣候變遷以及不當的山林開發，愛玉的生長環境受到破壞，以致野生愛玉的產量日漸委縮，甚至可能消失滅絕，也衝擊原住民族人的經濟，迫使原本以採收愛玉為生的族人，還要下山到平地打工討生活。因為野生愛玉來源不足，近幾年市面上開始出現非天然的假愛玉凍。不瞭解愛玉的

n參考資料和延伸讀物

吳京虎、吳登楨和盧美君（2008）。愛玉子平地栽培生產技術。農政與農情，第197期。文章網址：。

李佳佩（2001）。愛玉子果膠酯酶抑制劑之理化性質分析及應用性探討。國立臺灣大學食品科技研究所碩士論文，台北市。

李柏宏（2000）。愛玉子凝膠性質及愛玉品質之研究。國立臺灣大學農業化學研究所博士論文，台北市。

房業涵和張肇源（2015）。假愛玉添加澱粉熱量飆30倍。華視新聞網，2015年8月25日。

林讚標（1991）。愛玉子專論。行政院農委會林業試驗所。

阿里山愛玉哥網站，製作流程，採收，http://www.iuqo.com.tw/process/2。

文章網址：http://www.businessweekly.com.tw/KBlogArticle.aspx?ID=4214。

認識愛玉子。莉莉「水果有約」月刊，第9期。

歐素美（2010）。平地種愛玉大豐收。自由時報，7月1日。

Pallavi M. Chaudhari and Pravin D.Chaudhari, Formulation and characterization of extruded and spheronized pellets using pectin and crosslinking agents, Journal of Chinese Pharmaceutical Sciences, 2014, 23 (11), 790–798, ID: 1003–1057(2014)11–790–09.

Wikipedia, https://en.wikipedia.org/wiki/Pectin.

Wikipedia, https://de.wikipedia.org/wiki/Pektine.

Polysaccharide, Wikipedia, https://en.wikipedia.org/wiki/Polysaccharide.

Starch, Wikipedia, https://en.wikipedia.org/wiki/Starch.

翻轉教室—多重表徵的模型教學（上）／鍾曉蘭

翻轉教室—多重表徵的模型教學（上）

鍾曉蘭

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

n動機與背景

一、動機

學生在學習的過程中扮演了主動學習，積極建構的角色，個人知識的建構並不是由外在具體世界的反應，而是由個人心智主動建構。學生自小處在不同的生活背景與學習環境，加上個人的智力與學習風格不同，對自然現象的詮釋也會因人而異。因此，了解學生的先備知識及對現象的解釋模式有助於教學活動的設計與進行，也是教師引領學生進入科學世界的不二法門。

，引自鍾曉蘭、謝進生、賴麗玉, 2009）。如何藉由營造社會建構的學習環境，讓師生、生生之間的互動達到最大的教與學的效應，尋求多面向而且能啟發學生多重表徵轉換的教學設計應該是解決方法之一。

Boulter & Buckley, 2000；鍾曉蘭、謝進生、賴麗玉, 2009, 2010）。

二、理論背景

Boulter & Buckley, 2000（2000）提出以表徵的方式和表徵的屬性兩個不同的維度來分類及解釋模型：表徵的方式主要分為五種－具體的（concrete）、語言的（verbal）、視覺的（visual）、數學的（mathematical）、動作的（gestural），又可細分為單一或混合的表徵方式。表徵的屬性則分為量化或質性、動態或靜態、決定的或隨機的。五種不同的表徵方式說明如下：

具體的（Concrete）：可觸知的實體，如塑膠製的心臟模型。

語言的（Verbal）：可聽或可讀的陳述、解釋、論點、類比、及譬喻，如心臟就像是一個幫浦。

視覺的（Visual）：可被看到的表格、動畫、模擬、影片，如以線段及圓圈呈現月蝕發生的原理。

數學的（Mathematical）：被化約為公式、方程式、及符號的表達形式，如行星運動軌跡的方程式。

動作的（Gestural）：以肢體動作表達的形式，如學生角色扮演太陽系中星體的運動，包括行星的公轉與自轉。

隨機的。

n教學目標

本教學設計的目的主要分為五部分：

以多重表徵的模型教學活動與教材改善學習環境：將多媒體教學軟體與課程內容結合，設計電子化教材，讓科學課室的教學多元化、活潑化。

以多元教學活動提升學生學習動機：設計多元的活動讓學生們學習以不同的表徵與策略來學習抽象的化學概念，能夠提升其學習的動機與興趣。

以多元教學活動增進學生解釋能力：學生經模型化的活動，能夠理解現象背後的科學原理，並提出相關的解釋，藉以提升學生解釋的能力。

碰撞學說、影響反應速率的因素（濃度、溫度、催化劑）的認知發展歷程，不僅可以增進師生互動，也可以隨時修正教學方法與教材。此外在綜合討論的活動採取小組討論與小組發表，讓評量方式更多元。

以多元教學活動提升學生學習成效：模型化經驗有助於學生科學概念的學習，模型化的過程提供學生使用形式表徵的實際經驗，學習科學推理的技能。

n教材活動設計／模型活動

一、教材／活動設計

教材與教具方面分為傳統文本、學習單、電子化投影片、粒子運動模型（具體模型）及電腦動畫（視覺模型）。多重表徵的模型教學活動設計則依據模型表徵的方式來設計一系列的教學活動，其中應用了具體混合、視覺混合、數學混合、動作混合及語言混合等五種混合式的模型教學，模型的表徵屬性則與所欲觀察或建立的現象相同。教學策略則分為六大類：具體模型（粒子運動的動態模型）、電子化投影片教學、推導數學公式、電腦動畫教學、角色扮演及師生討論等（詳見表1）。

有些表徵的呈現並非單一方式，而是結合兩種以上的表徵方式與屬性，藉以補足單一表徵各自的限制，讓學習者更能了解現象的過程或原因。舉例說明，以動畫顯示心臟中血液流動的情形，並加上文字與言語的詳細解說就可以分類為視覺與語言的混合模型，而表徵的屬性則歸類為質性－動態－決定的；讓學生以角色扮演的方式說明墨汁在水中擴散的情形，並輔以教師言語詳細解說的課室活動就可以歸類為動作的混合模型，而表徵的屬性則可歸類為質性－動態－隨機的。

表1：多重表徵的模型教學活動設計

節次

教學策略

模型表徵方式

說明內容

第一節

投影片教學

師生討論

視覺混合

語言混合

反應速率的定義與計算公式

如何藉由現象的變化測得反應速率

第二節

投影片教學

具體模型

角色扮演

視覺混合

具體混合

動作混合

碰撞學說和有效碰撞的定義

低限能、活化能及活化複體的定義

學生藉由角色扮演了解低限能、活化能及活化複體的義意

第三節

投影片教學

粒子模型

視覺混合

具體混合

物質本性、濃度如何影響反應速率

濃度影響反應速率的機制

第四節

投影片教學

推導數學公式

視覺混合

數學混合

濃度影響反應速率的機制和速率定律式

學生練習推導出速率定律式和速率常數

第五節

投影片教學

動畫教學

視覺混合

溫度影響反應速率的機制

溫度如何影響分子動能及其分布曲線

第六節

投影片教學

具體模型

師生討論

視覺混合

具體混合

語言混合

溫度、催化劑影響反應速率的機制

溫度、催化劑如何影響反應速率和速率常數

第七節

投影片教學

師生討論

視覺混合

語言混合

總結影響反應速率和速率常數（k值）的因素及機制

第八節

投影片教學

角色扮演

視覺混合

動作混合

總結影響反應速率因素和機制

溫度、濃度如何影響反應速率

二、模型活動

此部份說明模型設計、教學活動及說明的相關概念等面向，詳見表2。八節課的教學活動以投影片連接整個教學歷程，不僅納入傳統教學的文本／學習單的內容，並與師生討論、電腦動畫結合，也將許多整合性的圖、表納入投影片，讓科學課室的教學多元化、活潑化，以期提升學生學習動機及多重表徵轉換的能力。具體模型教具與角色扮演活動、師生討論等活動，則將抽象的微觀粒子運動及化學反應的碰撞學說概念轉為實體或動畫，可以幫助學生對於粒子微觀運動和化學反應機制（濃度、溫度、催化劑如何影響反應速率）等概念的理解，並進一步提升學生學習興趣。

表2：多重表徵的模型設計原理

模型類型	模型設計	教學活動	說明的相關概念
視覺混合模型	投影片		反應速率的定義與測量影響反應速率的因素及微觀機制探討濃度、溫度及催化劑對分子動能分布曲線和活化能的影響
	多媒體教學		分子動能分布曲線的意涵溫度如何影響分子動能分布曲線溫度影響反應速率的機制
	電腦動畫	與投影片合併使用	有效碰撞的意涵正確位向的意義低限能與活化能的區別活化複體的意義活化能圖與活化複體的關係
具體混合模型	分子模型		有效碰撞的意涵正確位向的意義低限能與活化能的區別活化複體的意義活化複體與正、逆反應的關係
	粒子模型		有效碰撞的意涵有效碰撞與正、逆反應的關係濃度影響反應速率的機制溫度影響反應速率的機制
	活化能模型		有效碰撞的意涵低限能與活化能的區別活化複體的意義活化能與反應速率的關係催化劑與溫度對反應速率與活化能的影響
動作混合模型	角色扮演	犀利人妻故事內容）說明碰撞學說
動作混合模型	角色扮演		請四位同學手拿魔鬼粘板當A分子，另外四位同學手拿球當B分子，了解碰撞頻率與有效碰撞頻率與有效碰撞頻率分率的意涵

〔續《翻轉教室—多重表徵的模型教學（下）》〕

翻轉教室—多重表徵的模型教學（下）／鍾曉蘭

翻轉教室—多重表徵的模型教學（下）

鍾曉蘭

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

〔承《翻轉教室—多重表徵的模型教學（上）》〕

n研究成果

一、學習成效

兩組學生在三次評量結果如圖1所示，評量一是在教學前進行的，評量二是在教學五節課後進行，主要學習的內容是反應速率的定義和如何測量反應速率的相關概念，並進一步探討濃度與反應速率之間的關係。評量三則在教學八節課後進行，主要學習的內容是溫度與催化劑影響反應速率的機制，並進一步探討濃度、溫度、催化劑與反應速率之間的關係以及綜合討論的活動。

分析結果顯示，實驗組學生經過投影片教學、分子模型、粒子模型活動及師生討論等多重表徵的模型活動之後，在動態評量二的答題表現大幅度的進步，而且與對照組之間達到顯著性的差異。實驗組學生再經過活化能具體模型、角色扮演與綜合性的師生討論後，兩組再進行動態評量三的測驗，兩組成績亦達到顯著性的差異。

圖1：實驗組與對照組三次動態評量得分平均比較

二、學生的迷思概念

教學前學生的迷思概念

從學生的選擇題的選項和非選擇的回答內容中，分析出學生常見的迷思概念主要是對於碰撞學說的誤解、對低限能／活化能的定義與影響因素的不了解等。

碰撞學說的迷思概念：反應物分子只要互相碰撞即產生反應、無法從生成物判斷出活化複體、無法從生成物判斷出有效碰撞的位向。

低限能／活化能/分子動能分布曲線的迷思概念：溫度增高反應速率加快是因為活化能降低、分子動能分布曲線的高度越高則動能越大或有效碰撞頻率越高、改變容器體積會影響分子運動速率而改變反應速率、加入催化劑不會改變活化能、反應熱或超過低限能的分子數目不受溫度影響。

催化劑對反應速率影響的迷思概念：催化劑會影響反應熱、催化劑會加速正反應而使逆反應減慢、催化劑會影響分子動能分布曲線、催化劑會增加產率或影響平衡。

溫度對反應速率影響的迷思概念：溫度會影響活化複體的位能高低、溫度會改變反應途徑、溫度會加速吸熱反應而減慢放熱反應、溫度不會影響產率。

濃度對反應速率影響的迷思概念：接觸面積/濃度或分壓會影響反應速率常數（k）、增加固體的量可改變濃度而使反應速率增加、濃度會改變有效碰撞分率。

教學中學生的迷思概念

即使已學過碰撞學說和濃度對反應速率的影響，以下迷思概念仍難以移除：

分子動能分布曲線的高度越高則動能越大或有效碰撞頻率越高（實驗組已完全修正、對照組未移除）

溫度增高反應速率加快是因為活化能降低

溫度會加速吸熱反應而減慢放熱反應、接觸面積／濃度或分壓會影響反應速率常數（k）

增加固體的量可改變濃度而使反應速率增加、濃度會改變有效碰撞分率。

教學後學生的迷思概念

教學後，即使已學過反應速率相關概念，以下的迷思概念仍難以移除：

溫度增高反應速率加快是因為活化能降低

增加固體的量可改變濃度而使反應速率增加

接觸面積會影響反應速率常數（k）

濃度會改變有效碰撞分率

從答題表現的分析顯示，學生的迷思概念明顯減少，特別在碰撞學說／低限能／活化能／分子動能分布曲線的迷思概念比較能經由教學而移除。

三、學生情意面向

學習情意問卷主要請實驗組學生針對七個教學活動就三個面向（幫助概念理解、使得學習有趣、提升解決問題能力）進行評價，分析結果如圖2所示。整體而言，學生對於師生討論與具體模型的教學活動評價最好（非常同意：3分，同意：2分，不同意：1分，非常不同意：0分）。學生整體的評價以具體模型最獲好評，有多位學生認為將來教學可再增加具體模型的活動時間。而學生對於角色扮演的活動則認為是新奇、有趣，特別對於第二節課的角色扮演活動印象深而易懂，但第八節課的角色扮演對於概念的理解則評價略低於具體模型和師生討論，投影片應改進字和圖的清晰程度。

圖2：實驗組學生對七種教學活動整體評價

將問卷中學生在問答題的回答整理成表5，從學生開放式的問卷中，我們可以瞭解到大部分的學生對於多重表徵模型教學的情意面向是正面的反應居多。學生給予不同表徵類型的模型教學活動多為正面評價，其中一位學生表示：「不同的活動說明概念不同的面向，每一個教學方式都有其樂趣。」

學生認為本次教學最需要改進的部分多半在投影片教學活動，主要是認為PPT的字太小、顏色不清楚、某些圖片並不清楚，有小部分的同學則不習慣投影片教學，因為不容易記住，且看完之後印象也不深刻。小部分的同學最需要改進的部分是時間不夠、上課太趕、沒有足夠的時間可以吸收新知、應多一點時間進行討論。有極小部分的同學則覺得第八節的角色扮演活動太亂、不容易了解活動所蘊含的意義。

有一些學生則建議教學活動應增加實驗，學生認為做實驗可以親身體驗實驗的過程，親眼看見實驗的結果，印象比較深刻。此部份亦是教學者未來會努力改進的方向之一。

表5：實驗組學生對於多重表徵模型教學活動中的評價（質性部分）

教學活動

學生的回答

投影片

投影片教學是儘量從理解的方向著手而不是從純粹的背誦，讓我絕得學習的更扎實

我覺得上化學課用投影片教學，用新的方法上課，化學變得很有趣

可以很清楚的讓我知道重點在哪裡，讓我抄筆記比較快速與方便

用投影片教學，可以很清楚圖的意思

我不喜歡用PPT上課，因為不容易記住，且看完之後印象也不深刻

師生討論

師生討論可以釐清一些難懂的觀念

從師生討論活動中，才能真正了解在上什麼

把問題提出來並且有效率的破除令大家能印象深刻

可以讓老師了解我們的看法，並且促使我們反覆思考之前學過的內容

師生討論會促進自己也會思考而了解化學

具體模型

抽象的概念一次就能了解

此種教學方式能使我具體感受到化學元素的性質，也能幫助我統整觀念、也有助於記憶

可隨著變因的不同容易去更換，很容易理解不同變因對反應速率的影響

因為以前上化學課時總是腦子中想圖形、想關係，但有時可能會想錯，現在能直接看到具體模型，再加上說明比較不會有錯誤的觀念

電腦動畫

把具體模型不夠真實的部份補足

分子動能分布的曲線和粒子運動的動畫，讓抽象的觀念具體的呈現，更容易理解溫度對分子動能和反應速率的影響

能夠清楚掌握內容，也很吸引人，可以抓好教學時間，很有效率

推導數學公式/關係圖

因為可以知道來源，忘了可以在導出，而且關係圖是有變化的，不像單單只有文字的乏味

比較容易了解來龍去脈，也不容易混淆

畫關係圖可以簡單的理解一些觀念

角色扮演

非常新奇而有趣，越有趣就越有印象，有印象就能幫助了解

因富有互動性，能以快速且簡單的形式將概念傳達給我們

角色扮演使學習化學變得有趣

模型及角色扮演較像真正的化學反應，有趣而且使我較了解內容

n結語

一、多重表徵的模型教學活動有助於學生化學反應機制概念的學習

），顯示動態評量有助於學生的反思與修正其迷思概念。

二、多重表徵的模型教學活動有助於學生學習動機的提升

教學後請實驗組學生針對七個教學活動就三個面向（幫助概念理解、使得學習有趣、提升解決問題能力）進行評價，分析結果顯示，學生對於師生討論和具體模型的教學活動評價最好。質性的部份請實驗組學生針對六個活動針對哪一類型的活動最有趣、印象最深刻、最有幫助、將來教學可再增加時間與需要改進等五個面向進行探究，分析結果顯示，學生整體的評價以具體模型最獲好評，有多位學生認為將來教學可再增加具體模型的活動時間。而學生對於角色扮演的活動則認為是新奇、有趣，但對於概念的理解則評價不如具體模型和師生共同討論，投影片應改進字和圖的清晰程度。

三、多重表徵的模型教學活動與傳統教學表徵的差異

比較實驗組與對照組的表徵，兩組教學的表徵／活動最主要的差異在於具體混合模型（自製分子模型／粒子動態模型／活化能模型配合教師口語解釋、說明再配合文本中的圖形）與視覺混合模型中的多重表徵方式以補充傳統文本表徵不足的面向（譬如：靜態的表徵、抽象的表徵、單一語文的表徵、單一符號的表徵等），學生在多樣性的活動中，以螺旋形的學習方式不斷地回憶、整合有關反應速率的相關概念，在學習歷程中逐步修正其迷思概念。在師生討論（語言混合模型）的部份，配合學生常發生迷思概念的問題／試題，解構成許多的小問題，再配合圖形、關係圖來引起學生的反思，產生概念衝突，在藉著師生不斷地互動，讓學生從討論活動中逐步釐清自己錯誤的想法，達到深層的理解，並將所學的概念用於問題解決。我們從三次動態評量的分析中可以觀察到實驗組學生在學習完相關子概念後，不僅正確百分比大幅度進步，也顯著優於對照組。

在課室的活動中融入師生團體討論以提升師生之間的互動

學生認為「師生討論可以釐清一些難懂的觀念」、「從師生討論活動中，才能真正了解在上什麼」、「可以讓老師了解我們的看法，並且促使我們反覆思考之前學過的內容」等，若能將課室活動中善加運用師生團體討論，將有助於學生釐清想法，促進學生的科學學習成效。

五、在課室的活動中融入小組討論以提升生生之間的互動

學生認為「小組討論可以發表一些個人的想法，並從討論中慢慢釐清個人想法」、「從小組討論活動中，才能真正了解各人哪些地方不懂」、「可以讓同學們了解我們的看法，並且促使我們反覆思考之前學過的內容」等，若能將課室活動中善加運用小組討論，將有助於學生釐清想法，促進學生的小組合作學習成效（學習共同體）。小組發表可促進學生口語表達能力，並從學生的發表活動中，讓教師釐清學生的迷思概念，同時也增進學生的解釋能力。

n致謝

本研究獲97學年度教育部中小學科學教育專案經費補助，特此致謝。

n主要參考文獻

Boulter, C. J.,＆ Buckley,B. C. (2000). Constructing a typology of models for science education. In J. K. Gilbert ＆ C. J. Boulter (eds.), Developing models in Science Education, (pp.41-57). Netherlands： Kluwer academic Publisher.

Buckley, B. C.＆ Boulter, C. J. (2000). Investigating the Role of Representations and Expressed in Building Mental Models. In J. K. Gilbert ＆ C. J. Boulter (eds.). Developing models in Science Education, pp.119-135, Netherlands: Kluwer academic Publisher.

鍾曉蘭、謝進生、賴麗玉（2009）。設計多重表徵的模型教學活動以增進高二學生對於化學反應速率的科學學習與概念改變。九十七年教育部科教專案結案報告（未出版）。

鍾曉蘭、謝進生、賴麗玉（2010）。設計建模與多重表徵的模型教學活動以增進高二學生的科學學習－以化學鍵、分子混成軌域、分子形狀與結構為例。九十八年教育部科教專案結案報告（未出版）。

潘冠錡、陽季吟（2006）。氣體動力論。台北市多媒體單元教材甄選觀摩作品。網址： http://163.21.249.238/（教學多媒體部分）

說明溶液的凝固點下降／施建輝

說明溶液的凝固點下降

施建輝

國立新竹科學園區實驗高級中學
教育部高中化學學科中心
[email protected]

n教師如何向學生說明「溶液的凝固點下降」？

在「溶液的性質」這一章中有一個小節：「溶液的沸點與凝固點」，主要的概念是「溶液的沸點上升」與「溶液的凝固點下降」，前者比較容易說明，學生在理解上比較沒有問題，但是後者不容易說明清楚，請問有沒有比較好的方式以說明「溶液的凝固點下降」這個概念？此外，某些教科書上特別強調：「溶液的沸點上升」與溶質種類有關，「溶液的凝固點下降」則與溶質種類無關，為什麼？

n先談凝固點的定義

答覆內容：此一問題，高中化學的前輩教師薛勝雄老師於1983年出版一套「新細說化學」，對「溶液的凝固點下降」已有精闢的解說，本人不敢掠人之美，僅能就薛勝雄老師當年書上解說方式與參考一些資料，將這個問題一步一步解析，給對這部份有需要的老師們參考。解析內容如下：

表1：冰和水在不同溫度下的蒸氣壓

水的蒸氣壓曲線為OA，OB則為過冷狀態的水，處於不穩定的狀態。

(2)

(3)

圖1：純物質在固相和液相的蒸氣壓

（圖片來源：新細說化學，薛勝雄編著，建弘出版社）

關閉中間活門，在左方容器加入冰，蓋上玻璃蓋，在右方加入水，蓋上玻璃蓋。

以控溫系統將溫度調至t₁，打開活門。從圖1可看出，在此一溫度下，水的蒸氣壓大於冰的蒸氣壓，水將以蒸氣的方式移至左側變成冰，最後只剩固、氣兩相，無法達到固液共存的狀態，因此t₁非凝固點。

將控溫系統溫度調至t₃，打開活門。從圖1可看出，在此一溫度下，冰的蒸氣壓大於水的蒸氣壓，冰將以蒸氣的方式移至左側變成水，最後只剩液、氣兩相，也無法達到固液共存的狀態，因此t₃也非凝固點。

只有將控溫系統溫度調至t₂，打開活門後，因為冰的蒸氣壓等於水的蒸氣壓，冰與水達到平衡狀態，也就是達到固液共存的狀態，所以t₂為凝固點。

圖2：凝固點測定儀器示意圖

（圖片來源：新細說化學，薛勝雄編著，建弘出版社）

n為何溶液凝固點的會下降？

1.圖3為溶液的蒸氣壓下降曲線圖。

圖3：溶液的蒸氣壓下降

(1)打開活門，

(2)為使

(3)

n為何溶液的沸點上升與溶質種類有關？而凝固點下降與溶質種類無關？

一、溶液的沸點上升與溶質種類的關係

1.的沸點與大氣壓力關係的示意圖，其關係說明如下：

(1)液體在任何溫度都有能量較高的粒子掙脫其他粒子的束縛變成氣體，此現象稱為汽化或蒸發。

(2)若加熱液體，

(3)若溫度不夠高

(4)

(5)

圖4 液體的沸點與大氣壓力

2.若在液體中加入非揮發性

3.溶質

4.結果

二、溶液的凝固點下降與溶質種類的關係

1.圖5為在1大氣壓下，水中加入非揮發性溶質。在

3.−−

圖5：在1大氣壓下，水中加入非揮發性溶質

4.在1大氣壓下，水中加入揮發性溶質

6.−−

圖6：在1大氣壓下，水中加入揮發性溶質

n結語

經過以上剖析，對於「溶液的凝固點下降」應已有充分的資料進行這個章節的教學。教學貴在「說清楚、講明白」，期望在所有高中化學教師彼此切磋下，能讓高中化學教學品質有所提昇。

n參考資料

新細說化學（1983），薛勝雄編著，建弘出版社。

實用化學手冊（2001），實用化學手冊編寫組，科學出版社，。

普通化學（第三版，1993），浙江大學普通化學教研組編，高等教育出版社。

化學（1990），野村祐次郎、小林正光合著，數研出版。

高中教師參加2015亞洲化學教育研討會海報展示與示範實驗／王瓊蘭

高中教師參加2015亞洲化學教育研討會
海報展示與示範實驗

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緣起

第六屆亞洲化學教育研討會（The 6th International Conference from Network for Inter-Asian Chemistry Educators, 6th NICE），舉辦的地點是在日本科學未來館（Miraikan）。Miraikan的全名是新興科學和創新的國家博物館（National Museum of Emerging Science and Innovation），顧名思義，那是個能讓孩童們喜歡科學，追逐夢想的地方；也是個適合一群愛好科學教育的人，聚首的好地方。第六屆國際化學教育研討會選擇在Miraikan舉辦，給人有別開生面的特殊感，由於我從未去過日本，因此它也是吸引我想要參加此研討會的原因之一。

生尾光（Akira Ikuo）教授的回函；他代表著大會執行委員們的表示接受我的摘要，並邀請參加研討會的示範報告。這給投遞摘要者，有被重視與尊重的感覺，令人滿心歡喜。

由於我要發表的議題是「運用勒沙特列原理判斷心型迴紋針顏色的變化與鋼絲絨球漂浮的實驗」，雖然是有點深度的化學主題，但是反應可立即看到顏色變化和氣泡冒出；由於實驗的操作也十分簡單，不需要特殊的器材與設備，就可在教室或一般的場地示範，因此我選擇以海報和示範的模式參加研討會。心想可以預先將做好的實驗圖片，按照步驟流程，製作成PPT檔；屆時再藉著PAD的輔助，只需用手指頭輕輕滑動螢幕，再在現場做個實驗，用實驗變化來表達所述，就能和與會的外國學者與學生們，溝通交流化學的基本知識啦！以下針對我的實驗進行說明。

n實驗概述

實驗目的：藉由外加固體物質，使得溶液的顏色發生變化，或是伴隨著氣泡的生成；判斷平衡遭到破壞後，達成新平衡的現象，用以驗證勒沙特列原理。

器材：燒杯（50 mL）、小夾鏈袋、標籤紙、塑膠點滴瓶、小玻璃藥罐、塑膠滴管、迴紋針、鋼絲絨、乳膠手套。

藥品：3 M鹽酸、35%雙氧水（此濃度可以稀釋）、95%優質酒精（此濃度可以稀釋）、蒸餾水、硫氰化鉀（potassium thiocyanate，固體微粒）、水楊酸（salicylic acid，固體微粒）、草酸（oxalic acid，固體微粒）、氫氧化鈉（sodium hydroxide，固體微粒）、檸檬酸（citric acid，固體微粒）。

實驗步驟

實驗一：硫氰化鐵錯離子的形成及其平衡的移動

在一個50 mL的燒杯中，加入少量的硫氰化鉀固體微粒，然後加入7分滿的蒸餾水，把一個心形迴紋針置入杯中，再滴幾滴鹽酸溶液，以及幾滴的過氧化氫溶液，觀察溶液顏色的變化。（實驗結果見圖1）

圖1：被氧化的心形迴紋針，在硫氰化鉀溶液中流出血紅色的錯離子

加入硫氰化鉀固體微粒，觀察溶液顏色的變化。

3.準備三個50 mL的燒杯，各置入一個心形迴紋針，並分別加入少量的氫氧化鈉，檸檬酸及草酸固體微粒。再將步驟1.的溶液，平均加入前述三個燒杯中，觀察溶液顏色的變化及是否有氣泡生成，並藉此判斷平衡移動的方向。

實驗二：水楊酸鐵錯離子的形成及其平衡的移動

1.另用一個50 mL的燒杯中，加入少量的水楊酸固體粉末，然後加入7分滿的優質酒精，把一個心形迴紋針置入杯中，再滴幾滴鹽酸溶液，以及幾滴的過氧化氫溶液，觀察溶液顏色的變化。

2.加入水楊酸固體粉末，觀察溶液顏色的變化。

圖2：被氧化的心形迴紋針，在水楊酸溶液中流出紫色的錯離子

3.準備三個50 mL的燒杯，各置入一個心形迴紋針，並分別加入少量的氫氧化鈉，檸檬酸和草酸固體微粒。再將步驟1.的溶液，平均加入前述三個燒杯中，觀察溶液顏色的變化與是否有氣泡生成，並藉此判斷平衡移動的方向。

實驗三：鋼絲絨球替代心形迴紋針的錯離子形成及其平衡的移動

1.拿一小撮鋼絲絨，將它揉搓成球形，代替心形迴紋針。

2.重複實驗一、二的步驟，觀察溶液有何現象發生，並比較它與心形迴紋針反應的差別。

圖3：被氧化的鋼絲絨球，在硫氰化鉀溶液中流出血紅色的錯離子（左圖）；分別加入少量的氫氧化鈉，檸檬酸和草酸固體微粒的結果（右圖由左至右）

圖4：被氧化的鋼絲絨球，在水楊酸溶液中流出紫色的錯離子（左圖）；分別加入少量的氫氧化鈉，檸檬酸和草酸固體微粒的結果（右圖由左至右）

原理與概念

實驗一：硫氰化鐵錯離子的形成及其平衡的移動

1.鐵與鹽酸反應，生成亞鐵離子，其反應如式[1]所示。

Fe(s) + 2H⁺(aq) → Fe²⁺(aq) + H₂(g) [1]

2.雙氧水與亞鐵離子反應，生成鐵離子，其反應如式[2]所示。

2Fe²⁺(aq) + H₂O₂(aq)+ 2H⁺(aq)→ 2Fe³⁺(aq) + 2H₂O(l) [2]

鐵離子與硫氰根離子反應，生成血紅色的硫氰化鐵錯離子（Iron(III) thiocyanate complex ion），其反應如式[3]所示。

Fe(H₂O)₆³⁺(aq) + SCN^{(aq) ⇄ Fe(SCN)(H₂O)₅²⁺(aq) + H₂O(l) [3]}

4.依據勒沙特列原理，如果改變影響平衡的一個因素，平衡就向能夠抵銷此壓迫的方向移動，以抗衡該改變。由此判斷：

(1)加入硫氰化鉀固體微粒，平衡向右移動，溶液顏色變深，其反應如式[3]所示。

(2)加入心形迴紋針，鐵與鐵離子反應，其反應如式[4]所示。此反應使溶液中鐵離子濃度減少，平衡向左移動，溶液顏色變淺。

+1.21 V [4]

加入氫氧化鈉固體微粒，鐵離子與氫氧根離子反應，其反應如式[5]所示。此反應使溶液中鐵離子濃度減少，平衡向左移動，溶液顏色變淺。

Fe³⁺(aq) + 3OH^{(aq) → Fe(OH)₃(s) [5]}

‚加入檸檬酸固體微粒，由於檸檬酸是很好的鐵離子錯合反應，生成檸檬酸鐵（ferric citrate），其反應如式[6]所示。此反應減少使溶液中鐵離子的濃度，因此使得平衡向左移動，溶液顏色變淺。

（圖片來源：citric acid, https://en.wikipedia.org/wiki/Citric_acid; ferric citrate, http://www.chemicalbook.com/ChemicalProductProperty_EN_CB8273091.htm.）

ƒ加入草酸固體微粒，由於草酸是很好的螯合劑，因此可以形成有兩種鏡像異構物的草酸鐵錯離子，其反應如式[7]所示；並兼具還原劑的作用，可與鐵離子錯合反應，並且能把鐵離子還原成亞鐵離子。此反應使溶液中鐵離子的濃度降低，因此平衡向左移動，溶液顏色變淺。

（圖片來源：Potassium ferrioxalate, https://en.wikipedia.org/wiki/Potassium_ferrioxalate.

實驗二：水楊酸鐵錯離子的形成及其平衡的移動

1.在中性的水溶液中，水楊酸分子的結構（見圖1左）上的–OH羥基和–COOH羧基，會分別脫去H^＋離子，形成水楊酸離子的結構（見圖1右）。

圖1：水楊酸分子（左）和水楊酸離子（右）的結構式

2.六水合鐵離子Fe(H₂O)₆³^{與水楊酸離子結構式（見圖一右）上–O^{羥基和羧基的–COO^{發生錯合反應，生成紫色的水楊酸鐵錯離子（iron(III) salicyate complex ion），其反應如式[8]所示。}}}

3.本實驗其餘的原理，皆可依據上述〈實驗一〉的各項原理，同理類推。

實驗三：鋼絲絨球代替心形迴紋針的錯離子形成及其平衡的移動

改用鋼絲絨球替代心形迴紋針實驗時，由於同質量鋼絲絨球的表面積較迴紋針大許多，因此與試劑反應的速率增快，溶液的顏色迅速變化。

因為鋼絲絨球的反應速率較迴紋針大很多，而且溶液內仍殘留有過氧化氫與鹽酸，所以導致實驗的結果，也不甚相同。

分別加入氫氧化鈉後，使硫氰化鐵錯離子溶液和水楊酸鐵錯離子溶液的顏色，皆轉變成淺黃褐色，可見溶液中有較多的水合鐵離子[Fe(H₂O)₆]³⁺生成，並伴隨著氣泡的產生，將杯底的鋼絲絨球推升到液面上，猶如打開的啤酒般；不難看出除了前述式[5]的反應外，還有競爭著式[9]的反應。因此推測，產生的氣體可能是氧氣。

加入檸檬酸會使燒杯中硫氰化鐵錯離子溶液的顏色，稍微變浅了些；卻會使在另一燒杯中水楊酸鐵錯離子溶液的顏色幾乎完全褪去。因此推測，配位基錯合鐵離子的強度是：

硫氰根離子＞檸檬酸根離子＞水楊酸根離子

加入草酸會有二氧化碳氣泡冒出，並使鋼絲絨球往上推而漂浮到液面上，其反應如式 [10]所示。

此現象與前述式[7]的反應不相同，其結果很可能是伴隨著式[9]和[10]的競爭反應。其中在含有硫氰化鐵錯離子溶液的燒杯中，顏色變成黃綠色；因此推測，可能是生成較多的草酸鐵錯離子。而在含有水楊酸鐵錯離子溶液的燒杯中，顏色幾乎變成無色；所以推測，可能是草酸氧化生成二氧化碳，以及鐵離子還原成亞鐵離子，式[10]較為優勢。

在〈實驗二、三〉，當酒精為溶劑時，由於酒精的沸點較水低，揮發性則較水佳，因此反應放熱時，可導致酒精受熱後，蒸氣飄散在空氣中，散發出酒精特有的芳香氣味。由於反應後容器變熱，釋放出能量，使得溶液的溫度上升，所以這是一種放熱反應。而若用手觸摸燒杯壁，會有發燙的感覺。

n參加研討會

水楊酸）；雖然鹽酸、雙氧水及優質酒精的用量都不多，但卻是危險溶劑。由於它們是不能登機，被攜帶出國的物品，所以只好到日本再想辦法取得。結果是到東京的便利商店裏，採買到白醋與高濃度的清酒；在藥妝店裏搜購到3%藥用雙氧水，75%乾洗手酒精膠等，作為替代溶劑。

張雅雯助理，遠從台灣揹來，鼎力借助的）打開，放在展示桌的兩邊，並把實驗器材與藥品放置在桌子的中間，再打開白醋和清酒；此時酸和醇的氣味，立刻飄散在空氣中，也幫我吸引了一些與會者的腳步和目光，同時也因為溶劑的濃度降低，反而可以很明顯的分辨出，心型迴紋針的粗鐵絲，比起鋼絲絨的細鐵線，反應速率慢很多。還有因為清酒的含水量太高，以及乾洗手酒精膠的黏稠性太高，使得水楊酸在溶解與反應過程中，會在水中析出白色的微小顆粒，驗證出同類互溶的特性〔有機化合物（水楊酸）與有機溶劑（酒精）互溶，有機化合物（水楊酸）與無機溶劑（水）難溶〕，這可真是意想不到的小確幸，隨地取材也可順利地完成此次的示範實驗。

我邊做邊講（見圖二），幸好拜智慧型手機之賜，參與實作的日本大學生們，可藉由海報和藥品標籤上的化學名稱，很快的上網查詢資訊，他們似乎都聽懂了我所做的實驗。甚至說到citric acid時，馬上有人高興的說：那就是lemon acid呀！喔！原來日本人也說檸檬（lemon）呀！當然還有日本、韓國及臺灣的學者，也都過來捧場，並與我切磋實驗的內容；因為是高中教材大家也都聽得懂。令我感動的是他們還是很有耐心的看我做完和說完。

圖二：感謝呂子琦老師在旁為我拍攝的照片

如果說要分辨哪些是工作坊（workshop）？哪些是海報並示範展示（poster with demo presentation）？看似沒有顯著的差別。因為在研討會中，在議程上有一個標示著是海報和示範的摘要，它是做氯化銨再結晶的半微量分析實驗，但是在海報標題上卻寫著〝在科學課程和工作坊〞（in science lessons and workshops）。還有一個很吸睛的工作坊，它的內容是自動彩虹變色實驗，但在摘要標題上卻寫著化學魔術演示（chemical magic presentation）。而主辦單位則是尊重每個人的選擇與表現，都好。

n後記

英文準備好，結果總是吸引一些略微會說中文的外國人，與我交流和會談。

這次多虧有徐欣慈老師，陪伴日本與韓國的學者，一塊兒看我做實驗，並且即席翻譯，省得我不知所措。想說明草酸根的雙牙基時，差點沒脫口而出two teeth ligands，還好立刻上網查出bidentate，其實對於化學的語言，與會者也都心知肚明。

值得一提的是明年，2016年第24屆IUPAC國際化學教育研討會（簡稱24th ICCE），是在馬來西亞古晉市舉辦，負責主辦的觀察員十分用心，親赴第六屆國際化學教育研討會會場，對韓國、台灣、日本與其他國家的與會者們，熱情邀約。

同時，2017年7th NICE在韓國舉辦，2019年8th NICE在臺灣舉辦，2021年9th NICE又回到日本舉辦，如此循環不已。上述三場NICE研討會，負責主辦國的觀察員，也都十分用心的到場觀摩，並預先籌備。

n誌謝

鎌田正裕教授寄來，謝謝大家參加第六屆亞洲國化學教育際研討會的電子郵件；並附上研討會開幕時，眾人的大合照。真是令人懷念，也由衷的感謝，主辦單位的用心與熱忱，讓我意猶未盡。

《臺灣化學教育》第九期目錄／ 2015年9月

《臺灣化學教育》第九期（2015年9月）

目錄

n主編的話

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n本期專題

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2015亞洲化學教育國際研討會：大會專題演講議題分享HTML｜PDF〕

2015亞洲化學教育國際研討會：參與兩屆NICE研討會紀實和建議HTML｜PDF〕

2015亞洲化學教育國際研討會：日本科學未來館介紹及對科教意義初探HTML｜PDF〕

2015亞洲化學教育國際研討會：中學教師論文發表與交流心得HTML｜PDF〕

2015亞洲化學教育國際研討會：極具巧思和創意的工作坊交流與分享HTML｜PDF〕

2015亞洲化學教育國際研討會：高中師生海報發表和與會心得分享（上）劉曉倩HTML｜PDF〕

2015亞洲化學教育國際研討會：高中師生海報發表和與會心得分享（下）劉曉倩HTML｜PDF〕

2015亞洲化學教育國際研討會：東京學藝大學附屬高中參訪過程和心得HTML｜PDF〕

2015亞洲化學教育國際研討會：攤位展示介紹和科學未來館參訪HTML｜PDF〕

2015亞洲化學教育國際研討會：非化學背景教師參與兩屆NICE的經驗分享HTML｜PDF〕

2015亞洲化學教育國際研討會：提升國際觀—準大學生與NICE的邂逅（上）HTML｜PDF〕

2015亞洲化學教育國際研討會：提升國際觀—準大學生與NICE的邂逅（下）HTML｜PDF〕

2015亞洲化學教育國際研討會：高中學生大會報告和參與心得分享HTML｜PDF〕

2015亞洲化學教育國際研討會：高中學生海報發表及與日韓學生互動分享HTML｜PDF〕

n新知報導／化學教育新知【專欄編輯／邱美虹】

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n教學教法／化學小故事

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n教學教法／多元教學法【專欄編輯／施建輝¹、鐘建坪²】

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n化學實驗／微型化學實驗

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n化學實驗／化學實驗含影片

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n新知報導／國內外化學教育交流

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n教學教法／化學活動推廣

實踐史懷哲精神教育服務—師資生在偏鄉國中進行爆炸實驗示範教學／顧展兆、洪于涵、蔡欣展、楊水平HTML｜PDF〕

第九期主編的話／邱美虹

第九期主編的話

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
美國國家科學教學研究學會（NARST）理事長當選人（President-elect）
中國化學會（臺灣）教育委員會主任委員
[email protected]

今年暑假International Union of Pure and Applied Chemistry, IUPAC）的雙年會，另一個是亞洲化學教育（Network for Inter-Asian Chemistry Educators, NICE）雙年會。這兩個會議屬性不同，各有其功能與目的。前者是IUPAC的會員組織（National Adhering Organizations, NAOs）大會與化學專業學者和化學教育學者的國際研討會，後者則是針對亞洲化學教育學者和中學化學教師所辦理的國際研討會。本期專題即是以NICE雙年會為主題，容後再敘，在此就不贅言，僅針對第一個會議做一些說明。

IUPAC「全體General Assembly, GA）」和「世界化學大會（World Chemistry Congress）」是IUPAC的正式會議，每兩年聚集一次針對IUPAC組織運作、經費使用以及IUPAC各委員會的業務對會員組織做一報告與綜合性的檢討。今年第48屆「全體大會」雙年會從八月七日到十三日在韓國釜山舉行，而第45屆「世界化學大會」則從八月九日到十四日為化學各領域的學術研討會由參與人發表論文與海報展。

「全體大會」是個大型會議基本上分成兩個部分，一個部分是隸屬於IUPAC會員組織（國）的會員大會，另一個部份是IUPAC各委員會的委員會議（每年一次，一年與大會同時辦理，一年與各委員會的專業國際研討會同時辦理）。IUPAC會員組織約有來自六十多國的化學與化工團體組成，基本上一個國家僅能有一個代表團體參與(台灣是以化學會為代表)。IUPAC除大會組織（Council）、理事長、副理事長、秘書處、及行政事務委員會（Bureau）以外，還分為八組、六個諮議委員會、和三個執行委員會，這八組分別是第一組物理化學和生物物理化學組（Physical and Biophysical Chemistry Division, I）、第二組是無機化學組（Inorganic Chemistry Division, II）、第三組是有機化學和生物分子化學組（Organic and Biomolecular Chemistry Division, III）、第四組高分子組（Polymer Division, IV）、第五組是分析化學組（Analytical Chemistry Division, V）、第六組是化學和環境組（Chemistry and the Environment Division, VI）、第七組化學和人類健康組（Chemistry and Human Health Division, VII）、第八組化學命名和結構表徵組（Chemical Nomenclature and Structure Representation Division, VIII）。一般人對IUPAC這組織最熟悉的功能大概就屬命名以及測量方法標準化，尤其是命名，凡是有新發現的元素，IUPAC就必須負起這項艱鉅的責任，選擇有意義與有紀念價值的化學元素名稱供科學界使用，使其成為共通的科學語言。其實IUPAC的任務不僅限於此。除依化學學科屬性分為八組外，還有兩個常務委員會，一個是諮議委員會（Advisory Committee），包含執行委員會（Executive Committee）、財務委員會（Finance Committee）、專有名詞、命名和符號跨組委員會(、計畫委員會（Project Committee）等；另一個是執行委員會（Operational Committees），則包括應用化學研究到世界需求委員會（The Committee on Chemical Research Applied to World Needs, ChemRAWN）、化學教育委員會（Committee on Chemistry Education, CCE）、化學與工業委員會（Chemistry and Industry Committee）(IUPAC組織架構請參見附錄一)。各委員會之間除定期召開主任委員與各組理事長協調會議外，也會透過不同的計畫案相互支援與合作，以發揮IUPAC的功能，服務化學社群。就如同鮑林（Lenus Pauline）對化學鍵的定義，化學本身是跨領域的學科，因此學會內也很重視跨界的合作關係，以鍵結的概念相互連結（詳見IUPAC官網：http://www.iupac.org/home/about.html）。

我因擔任IUPAC化學教育委員會主任委員，因此必須主持八月九日到八月十日計一日半約30位國家代表（National Representatives）委員會的會議，在這兩天的會議中我必須向各國國家代表說明化學教育委員會的各項活動，並請由本委員會支助或與其他委員會合作的化學教育計畫主持人報告計畫進度（如歐洲大學化學標竿計畫、莫耳概念的定義探討、數位化同位素週期表的研發、各國化學課綱的比較、以及到開發中國家辦理微型化學、化學評量、視覺化化學工作坊以及推動與改進大學與中學化學教學的「飛行化學教育家計畫案（Flying Chemistry Educators Program, FCEP）」等等）。最後各國代表也必須針對自己國家化學教育的現況做一簡要報告。除此之外，必須確認未來兩年本委員會工作的優先目標與願景，以作為2016-2017的努力方針。以下是未來兩年的七項目標，供讀者參考。

積極發展與IUPAC內部各委員會間與外部組織的合作關係；

注重以學生為中心的高品質學習實作歷程，並確認學生在化學教育中應有的學習表現；

著重在教與學上以證據導向和反思取向為主的實作活動；

培養教師具有化學教學的熱情，並鼓勵教師能透過新興科技促進化學教學；

持續支持提升對科學本質以及與化學相關的環境和倫理議題的覺知與社會責任；

為開發中國家開創促進化學教育的方案以及提升公眾對化學的理解；

開創高品質的研究與實務方面的資源，並推廣研究的成果。

化學教育委員會基本上根據這些重點透過補助計畫案的方式達到推廣化學教育的目的。

除此之外，延續自1999年起IUPAC在「全體大會」期間，為年輕學者舉辦的世界化學領袖會議化學和環境組共同規劃(Div VI)共同規劃並完成此活動，活動成果深獲與會者好評，希望未來臺灣能有年輕學者參與此項活動，與他國年輕學者有更密切的交流。

個人自2002年受臺灣大學化學系牟中原教授推薦成為國家代表至今，已參與IUPAC化學教育委員會的工作長達13年，感謝當年牟教授知遇之恩。這期間從國家代表（National Representative, NR）、資深委員（Titular Member, TM）、主任委員，到今年票選當上行政事務委員會（Bureau）當選委員和執行委員會（Executive Committee）委員(2016-2019)，深感臺灣化學界與化學教育界在這方面的努力是被世界各國代表看到的，然這些眾人努力的結果要能永續經營並不容易，需要更多熱心人士願意投入這種服務的工作，在教學與研究繁忙的工作之餘，仍願意犧牲個人休閒的時間，積極參與IUPAC各委員會的工作，致力於推廣化學與化學教育的工作上，讓臺灣在國際上得以有發聲的機會。

IUPAC將於2019年在法國巴黎慶祝IUPAC成立100年，屆時將會展開一系列的大型活動來慶祝這全世界最大的化學組職的百歲生日，臺灣應該要及早準備，屆時共襄盛舉，趁此機會提升國人對化學的重視、建立正確的觀念與態度、認識化學與生活的密切關係、培育優秀化學人才、以及強化國民的化學素養。以上趁此期主編的話一角，與讀者們分享IUPAC組織的相關事務以及個人對推廣化學教育國際化與在地化的殷殷企盼。

以下介紹本期文章內容。本期專題文章是由我和周金城教授特別為第六屆亞洲化學教育國際研討會紀要而邀請出席會議的教授、化學教師、學生為文，以讓向隅的讀者們可以對亞洲化學教育國際研討會有所了解，未來更希望能有更多人可以共襄盛舉。相關文章內容的介紹將於後說明。而本期內容除專題外，很榮幸能邀請到上海師範大學吳俊明教授賜稿評介大陸教師分級制度的現況與改革的方向，由於大陸教師分級已行之有年，其利弊得失皆可借鏡。臺灣教師分級制度一直無法立法與實施，其主客觀條件似乎都未能配合大環境的變化與教師的需求，使得提升教師專業素養與肯定教師專業的美意無法落實，誠屬可惜，主管機關應更積極、有魄力的立法促進教師專業分級，以達教師終身學習的目的。其次，李啟讓老師和洪振方教授的「發現苯環」一文，再度以科學史揭開科學家推論看不到的分子結構的歷程，同時對於Kekule作育英才再加一筆，點出科學家較不為人知的一面。資深化學老師施建輝此次介紹如何設計以學生為中心的溶解度實驗，在一連串的問題解決設計中，提供學生應用溶解度的知識。在這過程中，施老師發現PbCl₂是難溶物而非不溶的沉澱物，意外獲得難溶性物質的結晶，這段親身經歷的經驗，對師生應該都是很有意義且具啟發性的分享。呂雲瑞老師的學習共同體亦是以學生為中心的教學策略，呂老師從座位的翻轉，到知識學習的翻轉，讓學生能更深入了解知識建構的方式並以提問與發表的方式強化其學習，其所使用的方法也已在其他學科中擴散開來。方金祥教授的微型實驗，此次介紹兩個簡易微型實驗：一個為雙效能的化學噴霧槍，一改之前單一功能的噴霧槍，使其能兼具酸鹼中和反應與氧化還原反應的實驗，相當有創意；其二為第三代微型氫能燃料電池，不斷改進既有的實驗使其更具可行性、趣味性、與應用性，方教授亦指出氫能燃料電池充電後，放電可使鬧鐘、音樂盒及微型氫能燃料電池車運轉，看官有興趣可到方教授的臉書上即可看到許多影片實例。除了方教授的微型實驗外，還有游宗穎老師的簡易可逆式微型氫氧燃料電池的實驗，游老師除介紹此裝置與實驗外，並挑戰學生實際操作的技能，讓學生做中學，強化學生動手動腦、知行合一的能力。最後，本期有兩篇活動心得報導。第一篇是由劉曉倩老師分享到日本出席超級科學高中（Super Science High School）的生徒研究發表會，其心路歷程描寫的絲絲扣人，足以供有興趣與國外學者和教師分享的人士參考。另一篇文章則是由楊水平教授指導學生到偏鄉學校以化學示範實驗（以最近的粉塵爆炸事件為主題的實驗）進行學生的輔導，大學師資生透過示範實驗準備與輔導學生作實驗，而得以教學相長，且讓偏鄉學生獲得科學的啟發，並了解化學無所不在、有正確的科學知識可以減少生命的傷害與威脅。最後，希望讀者們會喜歡本期的內容。

附錄一：IUPAC的組織架構（Organization Chart）

教學活動	學生的回答
投影片	投影片教學是儘量從理解的方向著手而不是從純粹的背誦，讓我絕得學習的更扎實我覺得上化學課用投影片教學，用新的方法上課，化學變得很有趣可以很清楚的讓我知道重點在哪裡，讓我抄筆記比較快速與方便用投影片教學，可以很清楚圖的意思我不喜歡用PPT上課，因為不容易記住，且看完之後印象也不深刻
師生討論	師生討論可以釐清一些難懂的觀念從師生討論活動中，才能真正了解在上什麼把問題提出來並且有效率的破除令大家能印象深刻可以讓老師了解我們的看法，並且促使我們反覆思考之前學過的內容師生討論會促進自己也會思考而了解化學
具體模型	抽象的概念一次就能了解此種教學方式能使我具體感受到化學元素的性質，也能幫助我統整觀念、也有助於記憶可隨著變因的不同容易去更換，很容易理解不同變因對反應速率的影響因為以前上化學課時總是腦子中想圖形、想關係，但有時可能會想錯，現在能直接看到具體模型，再加上說明比較不會有錯誤的觀念
電腦動畫	把具體模型不夠真實的部份補足分子動能分布的曲線和粒子運動的動畫，讓抽象的觀念具體的呈現，更容易理解溫度對分子動能和反應速率的影響能夠清楚掌握內容，也很吸引人，可以抓好教學時間，很有效率
推導數學公式/關係圖	因為可以知道來源，忘了可以在導出，而且關係圖是有變化的，不像單單只有文字的乏味比較容易了解來龍去脈，也不容易混淆畫關係圖可以簡單的理解一些觀念
角色扮演	非常新奇而有趣，越有趣就越有印象，有印象就能幫助了解因富有互動性，能以快速且簡單的形式將概念傳達給我們角色扮演使學習化學變得有趣模型及角色扮演較像真正的化學反應，有趣而且使我較了解內容

淺談道爾頓的原子學說 ／ 胡景瀚

製作3D光雕印章 ／ 呂雲瑞

創意微型實驗— 微型鋅銅電池及其在化學教學上的應用 ／ 方金祥

愛玉說愛玉凍的化學 ／ 傅麗玉、楊水平

翻轉教室—多重表徵的模型教學（上） ／ 鍾曉蘭

翻轉教室—多重表徵的模型教學（下） ／ 鍾曉蘭

說明溶液的凝固點下降 ／ 施建輝

高中教師參加2015亞洲化學教育研討會海報展示與示範實驗 ／王瓊蘭

《臺灣化學教育》第九期目錄 ／ 2015年9月

第九期 主編的話 ／ 邱美虹

淺談道爾頓的原子學說／胡景瀚

製作3D光雕印章／呂雲瑞

創意微型實驗— 微型鋅銅電池及其在化學教學上的應用／方金祥

愛玉說愛玉凍的化學／傅麗玉、楊水平

翻轉教室—多重表徵的模型教學（上）／鍾曉蘭

翻轉教室—多重表徵的模型教學（下）／鍾曉蘭

說明溶液的凝固點下降／施建輝

高中教師參加2015亞洲化學教育研討會海報展示與示範實驗／王瓊蘭

《臺灣化學教育》第九期目錄／ 2015年9月

第九期主編的話／邱美虹