利用智慧型手機結合App探究化學平衡移動 廖旭茂*、林翊菲、陳淳煜 台中市立大甲高級中等學校 教育部高中化學學科中心 *nacl880626@hotmail.com n 簡介 本文延續上一篇在本刊刊出的文章「鈷錯合物多段感溫變色棒」[1],初次使用智慧型手機結合App,調查並紀錄不同條件下,顏色發生的變化時RGB色碼值的變化,藉此探討化學平衡的移動。 在中學化學實驗上,溶液的濃度高低的判斷除了目測比色法外,就是使用相對精準的分光光度計,但分光光度計價格較為昂貴,除專題、科展外難以普及至一般的課堂,讓每一個學生都能參與實驗觀察。在一次氯化亞鈷的平衡移動實驗中,看到學生關於藍顏色的記錄,分別為淺藍色、海洋藍、紫羅蘭、靛藍,心想這樣的紀錄實在不夠客觀,也不符合科學探索原則,於是順口問了學生一句:「可以利用App來記錄溶液的顏色嗎?」,接下來要學生開始搜尋適合的辨色App,後來學生找到了ColorMeter Free – color picker(安卓系統),因為安卓手機較為普遍,也開始了我們使用該App紀錄顏色的旅程。下圖為學生首次利用手機App紀錄試管內溶液的顏色。 圖1:圖左為App的下載位置截圖,圖右為學生使用App來做為溶液顏色鑑定過程 在網頁設計時,顏色採用的標示有幾種方式[2],有一種是使用RGB色彩碼,標記方式是RGB(0~255 , 0~255, 0~255)。RGB值為(255, 0, 0)為純紅色,(0, 255, 0)為純綠色,(0, 0, 255)為純藍色,(255, 255, 255)為白色,(0, 0, 0)為黑色;另一種是設計師常用的16進位碼Hex,表示法為1個#,後面加上六位數字,如純紅色的色碼值紀錄為#FF0000、純藍色的色碼值紀錄為#0000FF、純綠色的色碼值紀錄為#00FF00;最後一種是HSL(Hue, Saturation, Lightness)色彩碼寫法,如HSL( 120, 50%, 20%)。本次使用的較淺顯易懂的RGB色彩碼,其中每個顏色數值會是0~255 共256種數值,每一種顏色都有一個RGB色碼值,因此混合後總共可以產生256×256×256等於16,777,216種網頁色彩。 除了課堂的實驗外,我們更將手機顏色的辨色功能應用在更多的化學平衡的探究上,在第三屆的綠色化學創意競賽專題–「勒沙特列的綠色圓舞曲」[3],以智慧型手機鏡頭結合色碼鑑定App作為顏色觀測與紀錄工具,於安卓手機中分別安裝「Colormeter free」與「Color identification」App,用RGB色碼值,分別記錄氯化亞鈷、氯化亞銅、澱粉–碘錯合物在不同溫度下顏色變化。 n 器材與藥品 一、器材: 10毫升玻璃試劑瓶10支、20毫升的燒杯、小標籤紙、塑膠滴管3支、10 mL小量筒2支、玻棒1 支、1mL塑膠針筒1支、溫度計1支、600 mL燒杯2個、加熱板1台、冰塊一些、紫光雷射筆一支、抗UV護目鏡。 二、藥品: 無水氯化鈣CaCl2、氯化亞鈷晶體CoCl2.6H2O、UV光膠。 n 實驗步驟 一、溶液RGB色碼值的測量方法 1.溶液的測量:配置好的溶液置入12孔多孔盤中或10毫升玻璃樣本瓶等容器中,下層墊一張白紙將手機固定於一般手機會固定在相機架上,放大倍率5.0倍,以固定距離拍攝物體。 圖2:搭配ColorMeter Free App,以手機紀錄溶液顏色的過程 […]
可攜式積木電解蝕刻教具的設計及應用 陳孟男*、廖心妍、林群曜 臺中市立大甲高級中等學校 *cmnfish2@gmail.com 影片觀賞 本實驗影片由臺中市立大甲高級中等學校提供。 YouTube影片網址:https://youtu.be/40zWOrekMr8 簡介 廢棄的乾電池除了交由清潔隊回收處理外,還可以有什麼用途呢?高中化學課程基礎化學(一)及選修化學(上)都有介紹化學電池的單元,但甚少直接觀察到電池的內部構造,偶然將實驗室的廢棄9V乾電池拆解,發現 9V 乾電池的構造有金屬外殼、電池扣、連接正負極的墊片以及用塑膠膜封裝的6個橢圓型小電池,下圖1為拆解的9V電池。 圖1: 9V電池的內部構造為六個串聯的電池單元正反面 這些電池元件可以有那些用處呢?如果將這些電池元件結合生活中隨手可得的物品,如兒童積木、食鹽水、熱熔膠、鱷魚夾及電線等為素材,設計成具實用及趣味性的可攜式積木電解蝕刻教具;僅用數滴的鹽水,即可以在金屬表面進行蝕刻,甚至曲面如刀具、書籤、水壺等金屬外表留下個人化的印記,取代傳統蝕刻過程中大量的高腐蝕蝕刻液,甚至是雷射雕刻機中高功率且昂貴的雷射管。下圖2為電解蝕刻作品。 圖2:電解蝕刻作品 實驗探究部分,亦可透過電解蝕刻過程中,兩極產物的定性分析、重量變化分析,進而印證法拉第電解定律。 藥品與器材 一、藥品: 0.5M 硫酸鈉(aq)、1 %酚酞指示劑、小蘇打粉。 二、器材: 廢棄 9V 電池、兒童積木、化妝棉、銅片、砂紙 1 張、鱷魚夾的紅與黑導線各 1 條、燒杯(250mL)2個、電極夾、電源供應器、三用電表、鉗子、烙鐵、塑膠PP板(瓦楞板)、熱熔膠與熱熔膠槍 1 組。 實驗步驟 一、積木電解蝕刻教具的設計與製作: (一) 戴上防護手套,在切割墊板上,利用鐵鎚將剛扳開的9V電池外殼鎚打至平整狀,以做為電解蝕刻平台的陰極。將鎚平的金屬片放在一塊長方形的兒童塑膠積木上(2Ï4孔),以細簽字筆沿積木外圍,在金屬片上描出外框線條。以鐵剪刀順著線條剪出一樣大小的金屬片。再以細砂紙輕刷商標印刷面,磨掉塗層,以利導電。承上述操作,用剪刀剪出與金屬片一樣大小的塑膠PP板做為積木的底襯。相關材料準備與完成如圖3。 圖3: 圖左金屬片的修剪,圖右為完成的材料,其中藍色的為塑膠PP板 (二) 利用電池扣做為直流電源的正負極的連接處,將電池扣用熱熔膠固定於積木圓形凸起處,原本與電池扣相連接的金屬墊片彎折至積木底部,準備與金屬片接觸。塑膠PP板以熱熔膠黏著於塑膠積木的底部,接著用熱熔膠將金屬墊片緊貼於金屬片與PP板中間,注意金屬面朝下,烤漆面朝上。相關裝置的組裝如圖4所示。 圖4:圖左為電池扣的固定,圖右為PP板、金屬墊片與金屬片的組裝順序 (三) 將電池扣接上鱷魚夾導線完成積木電解蝕刻裝置,利用積木可任意組合的特性組裝出造型多變的外觀。圖5為多款組合式的蝕刻教具。 圖5:多款積木電解蝕刻教具,電源可以外接也可以直接安插在積木上 二、利用積木蝕刻教具探究電解反應及生活應用: (一) 平面蝕刻:網路下載與綠色化學、永續環境相關的共享圖案,取一片透明膠膜(或卡典西德),事先以筆在上方描繪出圖案的輪廓,接著以刀片沿輪廓切割出鏤空狀 (若有割字機,可直接以列印方式直接輸出相關圖案)。將膠膜黏貼在一塊銅片上(3Ï10 cm,事先以水砂紙拋光過),並以透明膠帶將銅片固定桌沿;銅片上覆一片化妝棉,以數滴0.5M硫酸鈉溶液濕潤化妝棉,接著將積木電解蝕刻裝置平放化妝棉上方,電池的正極以紅色鱷魚夾導線連接銅片,接上直流電源供應器 (或9V電池)進行電解,通電約30秒後,觀察化妝棉上、下兩面是否有任何變化?於化妝棉上方滴加一滴酚酞,觀察是否有顏色變化?圖右為反應過程的變化圖。 […]
北京化學教學交流:迴盪在臺灣與大陸之間 邱美虹國立臺灣師範大學科學教育研究所mhchiu@ntnu.edu.tw n 交流參訪行程概述 本期專題以一行大學教授、研究人員及中學自然科教師(見圖一)於2016年5月赴北京市進行化學教學和學校機構參訪為主題,除描述所見所聞外,並對臺灣與大陸的化學教學、人才培育、師生特質做一剖析。內容包括具體實例的說明、實驗設備及教學目標的闡述、教育觀點的反思、人才培育的危機與契機等等。繼上海之行的報導(《臺灣化學教育》第四期,2015年11月)後,本期再次報導臺灣學術參訪團到北京市觀察第一線教師的化學教學、參訪三所北京市知名中學與學界翹楚的北京大學之參訪心得,雖然我們在拜訪的學校停留的時間從半日到一日不等,非常短暫,可能僅是以管窺天,但是這些都是真實的親身體驗與觀察,希望透過本期專題的這些文章可以略為呈現三所北京中學的教學特色,以及其可能產生對臺灣化學教育的啟示。 圖一:參訪團全體團員 n 臺灣待改進的教育問題 臺灣這幾年由下而上的教育改革已在各個角落引起極大的迴響,許多教師自主性的組成專業成長團體,透過社群媒體、定期聚會、辦理工作坊等等傳播教育理念,並集合眾人的力量進行課程研發與教學改進等活動,活絡了早期由上而下、缺乏主動性的教師專業成長的生態。再加上日本佐藤學教授(2012)的「學習共同體」與Bergmann和Sams(2012)的翻轉教室理念適時引介,使得課堂教學起了極大的變化,就如同化學反應一般,有了外在環境的刺激、變化及介入,再配合系統內部個體(粒子)的特殊性質與結構,在累積足夠能量與方向性後,反應便發生了。這種粒子間的碰撞產生新物質,就如同教師互相腦力激盪,激出火花,發展出新教材、教法與教具一般,展現獨特的創造力與批判力。然而是否還有一些教育問題與現象是有改進的空間呢?就此次參觀的心得,我歸納成以下五點來討論: 一、課程與教學模式的研發,宜結合由上而下的理論基礎與由下而上的實務經驗。 課程研發不僅要顧及教學目標與學科內容知識,同時也需要了解學生認知發展以及學生學習新知識前所擁有的既有知識和學習所需的策略。Lakatos (1978, p.102) 說:「沒有科學史的科學哲學是空洞的,沒有科學哲學的科學史是盲目的。」藉此哲言推及科學教學,我想可以這麼借喻的:「無法實踐的理論是空洞的,沒有理論的實踐是盲目的」(邱美虹,2016)。所以課程研發應該要能兼顧科學教育的理論基礎,結合教學實務的經驗方能發展出具結構性的課程內容與教學模式。以大陸的高端備課而言,便兼顧認識論與學科知識(見圖二),是可參考的模式之一。臺灣目前實務性課程發展具有科教理論者尚不多見,有待更加努力。 圖二:高端備課(左:王磊教授,右:14中孟哲虹老師) 二、學生核心素養的培養,尤重發展跨科與跨領域的學習以及探究與實作的能力。 新世代的學生需要新世代的思維方式與問題處理的能力,國際思潮現已相當重視核心概念、跨界知識、實踐、溝通與表達能力的培養。傳統強調知識的灌輸與以量取勝的時代已經過去了,多不如少,少不如通,理解透徹、觸類旁通才是王道。臺灣在12年國民基礎教育自然領域課程中規劃高中必修「自然科探究與實作」課程,無異是回應社會與世界潮流的一種做法,值得肯定。然而當下可以立即發揮立竿見影的效益就是落實課堂實驗教學,透過實驗(封閉式或開放性)培養學生觀察、提問、形成假說、收集資料與數據、呈現與解釋數據、統整後下結論的能力。大陸的微型實驗包教學的做法(見圖三)可以作為我們即刻實施改變課堂教學之參考。而臺灣教師重視生活化的題材,並與課堂教學內容相互呼應,讓學生了解知識的應用面,值得持續進行的。 圖三:大陸微型實驗包教學 三、學生表達自我對科學知識的理解與提問深具邏輯性 聽懂教師的教學內容、建構成自己可以理解的知識表徵或提出可探討的問題、再用語言或圖表以具邏輯性的方式表達出自我建構的知識與問題,這三部曲在學習上是需要高層次思考知能與自我要求、訓練與反思方能達到的表現。通常我們接觸的中學生大概在溝通表達的內容上較為簡略,不夠精準且較缺乏邏輯性的陳述,即使在提問時,也不易將自己疑惑之處表達清楚。但是此行看到大陸這三所學校的學生口條具邏輯性、推理性、精準性,言之有物,能將思緒展開說明,使他人可以清楚明白的理解自己構思與推論的脈絡,用字遣詞(包含科學語言的使用)精準明確,讓人印象深刻。這一點我覺得台灣學生還有很大的進步空間可以期待,見賢思齊,師生一起努力吧! 四、入學考試宜透過評量方式實驗過程與結果 考試領導教學是不爭的事實。既是如此,雖然在新的課程綱要中要求開設「自然科探究與實作」課程,但是本文作者認為除此之外,更積極的作法應該是建議入學考試中心重視評量學生實驗操作與探究及問題解決的能力。大陸人口比我們還多,但是在北京、上海、杭州等地皆看到針對中學生實驗技能的考評,校際之間的科學教師相互評比其學生操作技能。在考試領導教學的前提下,要落實實驗課程的教學活動,或許入學考試評量此能力可盡早增加學生動手做實驗的機會。當然,這樣的作法有兩個問題:其一是學生僅作課本內食譜式的驗證性實驗,其二是缺少探究成分的學習機會。階段性的向科學探究活動邁進仍是我們長期的目標與責任。無論如何,回歸科學實驗的本質與特性,應該是我們要努力的方向且是高優先次序的任務。 五、教師專業成長團體的組成 在此次北京化學教學參訪中,我們看到教師專業成長團體的組成有大學教授、地區教研員(等同於督學或是教學督導)、學校行政人員、以及資深和初任教師,組成綿密的學習型組織,從理論到實踐的推動、從生手到熟手的輔導系統、從行政到教學形成一個相互學習的團體,從個人到小組、從小組到學校,從學校到校際,形成一個由點到面、面到體的學習型組織,這樣的活絡專業成長團體假以時日必可見其長效。臺灣近幾年自動自發發展出來的校內與校際間的專業成長團體,比較屬於平面式的,大都是以教師為主,縱向的連結成為〝體〞的結構較少,北京的做法或許有值得思考與借鏡之處。 圖四:拜訪北京師範大學化學教育研究所王磊教授之高端備課團隊(左起:胡久華教授、劉克文教授、楊芳瑩教授、邱美虹教授、王磊教授、許瑛玿教授、吳國良研究員、魏銳教授) n 本期專題文章簡介 本次專題除我個人探討教學模式等議題以外,有楊芳瑩教授反思臺灣學生教育機會之所在,文短但很精闢;吳國良研究員針對大學入學考試與人才培育進行批判性的評析;王瓊蘭老師分享其個人的同課異構的經驗、廖旭茂老師鉅細靡遺的將行程內容分享並反思教學的意涵;劉曉倩老師發思古之幽情,描述其在北京之所見所聞、兼具理性與感性;以及鐘建坪老師彙整所見具體提出六大教學優點與闡述其個人在臺灣教育現場利用資訊融入建模教學的情形。每位作者在其文章中為此行展現不同的面貌,希望讀者可以從這些文章中看到北京化學教育發展的一角。 n 參考文獻 佐藤學(2012)。學習的革命: 從教室出發的改革。臺北:親子天下。 邱美虹(2016)。結語:臺灣科學教育的研究與實務:挑戰與機會。出自邱美虹(編):臺灣科學教育研究與實踐:挑戰與機會。臺北:高教出版社。 Bergmann, J., & Sams, A. (2012). Flip Your Classroom: Reach every student in every class every day. Washington DC: International […]
北京化學教學交流: 臺灣孩子的教育機會是什麼? 楊芳瑩 國立臺灣師範大學科學教育研究所 fangyang@ntnu.edu.tw 個人很榮幸在今年五月份跟臺灣師範大學科學教育研究所邱美虹教授領軍的北京學術交流訪問團,本團團員除了三位臺灣師範大學教授與大學入學考試中心研究員外,還包含十二位高中自然科教師。這次的學術交流共拜訪了三所北京重點中學,並與北京師範大學化學學院王磊教授團隊有深度的交流,也參訪了北京大學。 n 參訪三所中學之觀察 在整個參訪中,令我印象深刻也引發個人的一些省思的是三所北京中學的拜訪行程。第一所拜訪的學校是北京第十四中學,此中學為北京明星學校之一,已有110年歷史,在十四中觀看了兩堂化學課,兩岸老師也進行了分科交流,整體來說,十四中的學生非常乖巧認真、中規中矩,教師也非常認真於教學的工作(見圖一)。第二所拜訪的學校是101中學,這個學校於1946年成立於張家口,一直是培養中國領導人的搖籃,據說習近平先生就是這個中學的初中部畢業,值得一提的是101是郭沫若取名,源自「百尺竿頭更進一步」,校名非常有氣勢。在這個學校中的參訪活動主要是進行同課異構,由大陸、臺灣不同教師教授同一個單元,之後進行討論。這樣的活動讓我看到大陸與臺灣教師有非常不同的教學哲學,前者似乎較著重學課內容的講解,而後者則多專注於學生的實際體驗。最後一所造訪的學校是北京師範大學附二中(師大有三個附中),師大附二中於2011年開始一個特別的實驗課程,在此實驗課程的架構規劃下,每日前6節(各40分鐘)是一般課程,接下來兩節(分別70、60分鐘)都是探究、研究、實作的校本及特色課程,其中第8節自由選修(見圖二)。雖然進行的是實驗課程,附二中升學成績一樣嚇嚇叫,據說去年350多畢業生中有48考上北大,雖然用這個數字當評量課程好壞的標準很庸俗表淺,但也暗示了探究、研究活動並不影響學科內容學習,而根據我個人的側面觀察,附二中的學生比起其他兩所中學學生更加活潑也有更多的笑容。 圖ㄧ:北京十四中化學課上課狀況,教師正講解實驗步驟,學生準備實驗操作。 圖二:北京師範大學附二中副校長講解實驗課程架構與內容 n 教學交流參訪之省思 於北京學術交流的這幾天,我的腦海不斷浮現的一個問題是:我們希望臺灣的孩子發展什麼?大陸地大物博錢多,政策一條鞭推動迅速,發展的速度不是我們可以忽視,也不應鴕鳥,雖然這幾天看得確實是硬體設備均非常充足的重點學校(見圖三),但以對岸政策推動的效率來看,全面的提升大有機會,這一點真的不需強辯否認。所以,臺灣教育的機會在哪裡? 圖三:北京十四中的地理實驗室中設有候風地動儀模型,天花板則架有星象儀 一個高度開發的國家最終培養出的公民是具有批判與多面向思維能力,並擁有社會、環境關懷的視野,這個部份我們已開始感受其重要性並在痛苦中摸索發展,我認為這應就是臺灣教育的機會。要比進入名校人數、競賽成績,說實在的,從人口比例來看,大陸一個省的數量就可以壓垮我們,比這種項目只有自討無趣,我們跟對岸最大的不同是在於我們可以自由思考自己想要的究竟是什麼,而不是由別人告訴自己應該追求什麼,這其實已經讓我們從集體主義開始轉向個人主義,看看當今已開發國家,個人主義確實促進了多樣的社會發展。姑且不論這個過程是否會犧牲很多社會資源與降低實踐效率,長遠來看我認為是好的。 但我絕對不是否認學科內容的重要性,批判思考若不能提出支持證據只是流於嘴砲,議題瞭解不夠深入也無法拓展視野,我一直相信科學學習不是只追求知識的精確,而是能看到且體認科學思維與探究過程在現代社會發展中扮演的角色。令我欽佩的是我們有許多教師早已站在類似的角度,並自發的自己或合作發展多樣課程,星星之火可以燎原,衷心希望這樣的發展會慢慢發酵普及,要多給我們老師們支持鼓勵,鬆綁他們的行政或評鑑壓力,讓他們可以更專注於教學發展,我也相信只要教師熱情開心,學生自然能快樂、深入的學習。
北京化學教學交流:兩岸大學入學考試與高中教學交流心得 吳國良 大學入學考試中心kl0001@ceec.edu.tw n 緣起 2016年的年初,筆者接到博士班指導教授臺灣師範大學科學教育研究所邱美虹教授的邀請,於5月下旬至北京參加北京師範大學高端備課工作坊,便不加思索答應。後來,邱教授又來電,希望我介紹一些自己的研究。剛好,當時有一篇論文正在發表,就野人獻曝不知量力,跟著邱教授參加這一趟學術與實務交流的旅程。 n 行程 此次工作坊主辦單位,包括:臺灣師範大學科學教育研究所、北京師範大學化學系、高中化學學科中心。參與人員除邱教授外,還包括:臺灣師範大學科學教育研究所所長許瑛玿教授、臺灣師範大學科學教育研究所楊芳瑩教授,以及物理、化學、生物及地球科學學科中心的高中教師共12位。北京師範大學則是以王磊教授的研究團隊為主。除此之外,也接受了北京大學前校長周其鳳院士的邀請,參訪了北京大學的化學學院與教育學院。此次工作坊主要討論的議題有:1. 兩岸高中課程的差異;2. 兩岸高中教師備課方面的異同;3. 兩岸科學教育研究議題交流。 在5月23日~27日之間,訪問團參訪了3所高中,分別是北京十四中學、101中學、北師大二附中,以及北京師範大學和北京大學兩所大學。相關的行程如下表所示。行程可謂是相當緊湊而豐富。 日期 活動內容 5月23日 北京十四中學進行交流 兩岸學科教師進行課程介紹 化學電池實驗教學觀摩 5月24日 北京101中學進行交流 元素週期表同課異構 (即相同課程內容由海峽兩岸不同教師授課) 5月25日 【上午】專題報告 邱美虹教授-學生建模能力的探究與課程設計 吳國良研究員-大學入學考試化學考科非選擇題分析與推論模式 許瑛玿教授-大學統整課程之研發與實例 楊芳瑩教授-眼動儀的相關論文的後設分析 【下午】觀摩 化學院本科生教學設計與模擬教學訓練小組課程 5月26日 北京師大二附中進行交流 觀摩有機化合物的結構式推導與製備實驗 參觀科學實驗室 5月27日 北京大學參訪 教育學院與化學院參訪交流 n 心得 筆者過去幾年已多次參訪大陸,但大多以考試招生單位為主,加上各地的重點大學。這次有機會跟多所高中接觸,實際與高中第一線教師面對面溝通交流,並且實際進到課堂觀課,收穫頗豐。由於筆者任職的單位是大學入學考試中心,更加關注大陸的入學考試與課程改革,因此本次的心得分享是由這幾個面向作出發。 一、大陸各方面已有長足的進步 不論是高中的各項設備、教學方式或是大學培養人才的方式,大陸已是迎頭趕上臺灣,甚至超越。5月27日訪問北京大學化學學院,接待我們的裴堅教授。裴教授提到10年前訪問臺大化學系或中研院化學所時,還感覺大陸是落後臺灣,現在則不然,就化學領域的研究,臺灣已經趕不上大陸。對臺灣而言,如何創造屬於自己的優勢,是值得思索的課題。尤其,讓筆者印象頗為深刻的是北京師範學院化學系的「教學設計與模擬教學訓練課程」,這是針對即將進入職場的大四學生所設計的教學預演課程。學生選擇某項特定的主題後,再結合課本或生活情境的內容進行教學或演示(見圖1左),教學完後再由同儕或任課教授進行點評(見圖1右)。這種教學即時回饋的方式,對初任教師的訓練可謂完整且紮實。 圖一:學生教學或演示(左),教授點評(右) 二、大陸的高考(大學入學考試)對高中教育與教學扮演舉足輕重的角色 6月7~8日即將登場的普通高考,是大陸每年全國最矚目的一件大事。接近1000萬名左右的考生,牽動著所有政府部門、考生、學校、家長的神經。因為高考的成績左右著考生的未來,高中的教育幾乎是以此項考試為終極目標。原本高中三年的課程,高中是以兩年的時間授完,剩下一年的時間進行複習。這種情況,幾乎存在於所有的高中,是一種普遍的現象。高中辦學的績效,大致是以有多少學生能夠進到北大、清華為主要的評比。北京幾所著名的高中,例如:人大附中、四中、八中、101中、北師附中、二附中,皆是以進北大、清華作為名校的標準。在這種情況下,高考改革的呼聲不斷湧現。 目前,調整的方式在於:除了高考之外,希望可以參照其他的標準,作為高校的入學方式,例如:學業水平考試、綜合素質評價等。此外,就某些考試,希望能夠提供多次考試的機會,成績擇優。只是,這種方式,對學生是否可能造成更大的應試壓力,有待進一步的觀察。 三、新一波的課程即將啟動 大陸新一波的課程綱要或稱課程標準,即將於2017年實施。此次課綱的修訂,與臺灣相似,是以素養為導向,這種以素養為核心的課程設計,強調培養學生帶得走的能力,希望學生不僅具備專業知識外,亦能夠具備探究能力與思考智能。但是,這種以素養為基本核心的課程,對入學考試的評量會是一項重大的挑戰。也就是說,如何評量素養,以紙筆測驗的方式可否評量素養,這可能是未來3-5年之間,海峽兩岸都會共同面對的問題。 四、大學培養人才的方向 以北京大學化學院而言,他們人才的培養主要有兩個重要的方向:分別是獲得和分析信息(information)的能力;以及書面和口頭表述的能力。能進到北大化學學院的學生而言,大體上都應具備相當的專業知識,因此他們的學習方向,是以資訊的獲得與分析,以及口語和書面的表達能力為主要目標。這兩項能力,不單只是優秀的化學家所須具備,也是一般現代公民所應該擁有的基本能力。不管是資訊的獲得與分析或是口語或書面的表達能力,其先決的條件,應是閱讀能力。能夠讀懂相關的資料或資訊,才能進行相關的分析、研究、溝通與表達,因此閱讀能力的培養,是大學四年訓練中所不可獲缺者。 n 結語 從這幾天的參訪之中,可以發現到大陸與臺灣都同時在進行課程改革與大學入學考試的改革,也就是說人才的培育的省思,尤其是高等教育的人才培育是現階段兩岸教育最重要的課題之一。最近,臺灣也持續進行大學招生及入學考試的規劃及研議,許多專家學者與高中教師都對入學考試的方式提供相當多的建言。 […]
北京化學教學交流:北京101中學「同課異構」化學教學紀實 王瓊蘭 新北市立新店高級中學教育部高中化學學科中心wang7581@ms22.hinet.net n 前言 今年5月24日很高興能到北京市第101中學參加「兩岸化學教師同課異構教學研討會」,並且幸運地擔任授課教師之一。(見圖一) 圖一:兩位來自臺灣的授課教師,新北市立新店高中王瓊蘭老師(左),新北市立新北高中鍾曉蘭老師(右)(邱美虹拍攝) 第一次聽到「同課異構」,不知它的意涵是什麼?我所能理解與想像得到的,大概是如同化學的同分異構物,是擁有相同分子式,但結構式卻不相同的多種分子。例如:結構異構物、官能基異構物、幾何異構物等,亦即分子之間並非擁有相同的物理與化學性質,除非它們的官能基相同,性質才有可能類似,卻絕對是具有不同的個別性質。因此,這次用在教學裡,上的都是同課「元素週期律表複習」;但是,不同的教師,有不同的風格,取材也不相同,就好像教師間的「賽課」一般;因此,應該是到北京打擂臺,化學論戰呀! 說實在的「元素週期律表複習」到底有什麼好教的呢?週期表不就長那個樣子,每個元素的原子序,所在週期與族數,皆已固定,不能改變。怕沒講兩分鐘,大家都睡著了。也許會顧及我是遠道而來的老師,勉強打起精神來聽看看。若是能與同學們互動,讓他們動動手,做做實驗,看到真實的元素面貌,以及探索該元素化學反應的特質,或許可以幫助他們認識元素。 n 介紹元素 既是元素週期律表〝複習〞,最簡單的就是〝考試〞啦!我原本準備的學習單,就是臺灣近年來,有關元素週期律表,學測與指考題的經典集錦。嗯!這當然不可以,太便宜行事,會被直接轟下台的。我也想當場露一手,用紅、藍、黃、綠、白的粉筆,邊講,邊寫,帥氣地畫出整個週期表。但是,那似乎挺稀疏平常,沒有什麼好神氣的。說不定,教室可接網路,直接上網看最新的互動式週期表就行了。所以,我還是乖乖的作了簡報檔。 首先,我問:「第一週期氫和氦,氫是宇宙間含量最多的元素,具有舉足輕重的地位;氦是鈍氣,是在真實氣體裡最接近理想氣體的氣體,它們兩個,哪一個元素比較昂貴?為什麼?」 同學們回說:「是氦比較貴,因為氦是稀有氣體,物以稀為貴。」 我又問:「第二週期,哪一個元素最貴?為什麼?」 有一男同學說:「是氧。」 我說:「是碳,因為碳的同素異形體中的鑽石價格昂貴。」 此一男同學又說:「我還是認為是氧。」 我說:「視情況而定,你沒錯。」 接著,我問:「中國的首都在哪?」 同學們回說:「北京。」 我再問:「美國的首都在哪?」 同學們回說:「華盛頓。」 我說:「答對了,你們知不知道,在華盛頓有個華盛頓紀念碑,在它的頂端有個鋁製金字塔,在拿破崙時代(1799–1815)鋁是比銀還貴的金屬,它曾經放在紐約市的「蒂芬妮」(Tiffany)珠寶店展示。但現在鋁很便宜,因為它是地殼中含量最高的金屬元素,等一下我們拿鋁來做實驗。」 我又問:「臺灣的首都在哪?」 同學們無言…。 我說:「在臺北」並指著螢幕上的PPT說:「那是臺北的101,歡迎大家來臺北玩。很巧的,你們是北京市第101中學,你們知道第101號元素的名稱是什麼?它是為了紀念週期表的創建人—門得列夫,代表著打開元素的大門,承先啟後,科學家會不斷地製造出更多人造的新元素。請同學上來寫看看101號元素的符號,好嗎?」 一位女同學在黑板上寫出了:「Md」(作者註:鍆Mendelevium) 我於進校門的石牆上看到:北京101中,校訓:百尺竿頭,更進一步;心想,地靈人傑,這所學校一定會人才輩出的。 最後,收課前我特意問同學們:「知不知道,新的113號元素是由日本的科學家製造出來的,猜看看,它即將命名為什麼符號呢?」 由於113號元素是第一個以亞洲國名,命名的元素,算是石破天驚,足以震撼北京,展現出日本化學家,傲視全球的實力,因此,我故意讓一位男同學用日本製,含油性墨水(其中的溶劑是Xylene,二甲苯)的麥克筆,將Jp寫在氣球上,果真很有聲效的融爆了。此現象代表著非金屬的碳和氫元素,所形成的化合物作為溶劑,會溶解天然乳膠所製成的氣球,也就是同類互溶(like dissolve like,對岸翻譯成相似相溶)。但若寫在鋁製的氣球上,鋁是金屬元素與非金屬元素的性質不同,是不會被油性麥克筆的墨水所融爆。 當時以為113號元素將會被命名為「Japonium」,符號為Jp,跟日本的縮寫一樣,但此命名未被使用。卻約在兩週後,也就是2016年6月8日,IUPAC宣布計劃根據理化學研究所(Institute of Physical and Chemical Research,簡稱理研或RIKEN)的建議,將113號元素以日語中常用的一個羅馬字拼法「にほん」(Nihon),被命名為「Nihonium」,符號為Nh。此建議名已於11月8日,公眾評議期五個月後屆滿截止日,連同另外三個新元素,分別是:115號元素被命名為「Moscovium」,符號為Mc;117號元素被命名為「Tennessine」,符號為Ts;118號元素被命名為「Oganesson」,符號為Og;一塊兒發布。目前IUPAC網頁上的元素週期表中,已公告周知,用紅圈標示出它們的符號(見圖二)。(新聞稿的參考網頁:https://goo.gl/4Ynu63) 圖二:IUPAC網頁上的元素週期表 週期表第七周期的元素,全部到位;嶄新的第八周期元素,正孕育著,何時誕生,令人拭目以待。 n 實驗教學 我思考著在同課「元素週期律表複習」的授課中,應該如何強調出〝元素〞的意涵,而不僅僅是該元素的化合物。也許可從日常生活中,發現元素,並區分出金屬、非金屬以及兩性元素,更進一步地做實驗,檢驗元素的性質,製造出元素。因此,我帶著臺灣啤酒的鋁製空罐子、鋁箔紙、彈珠汽水的空罐子以及乳膠氣球等器材,小瓶裝的鹽酸、氫氧化鈉,碳酸氫鈉以及雙氧水藥品,預定從鋁的靜電性、密度等物理性質,推演到鋁與上述藥品反應,以及製造出氫、氧、二氧化碳氣體,順便複習元素的金屬性、非金屬性與兩性元素的化學性質,拋問與引導學生思考,除了用火之外,如何檢驗製造出的三種氣體?結果限於時間不夠,並沒有實施上述的實驗。 不過,奈米硫的製備,則在裝有硫代硫酸鈉溶液的瓶中,加入少量清潔劑,蓋上瓶蓋,搖一搖,混合均勻後,打開瓶蓋,再加入數毫升的鹽酸,用雷射光照射穿透溶液時,慢慢地就會出現一條光徑,產生廷得耳效應,表示奈米硫生成了。如果整個反應試劑的濃度,預先調配得當,大約一、兩分鐘就可完成,整個瓶子會變成乳黃色,並且散發出硫磺溫泉的味道,那是二氧化硫的氣味;同學們憑藉著剛做出的實驗,以及自我的先備知識,根據「質量守恆定律」即可寫出此反應方程式:Na2S2O3(aq) + 2HCl(aq) → S(s) + SO2(g) + 2NaCl(aq) + H2O(l)。 […]
亞甲藍的光致變色 廖旭茂 國立大甲高級中學教育部高中化學學科中心nacl880626@hotmail.com n 影片觀賞 本文介紹亞甲藍液的光致變色反應。本影片介紹演示亞甲藍液在紫光的照射下,可逆的變色過程,並在文章中介紹光化反應的原理。 影片網址:亞甲藍的光致變色,https://youtu.be/ALrkRyaP22w。 n 簡介 亞甲藍(Methylene blue,簡稱MB)是一種雜環的芳香族化合物,在生物及化學上有很多的用途。在生物上做為細胞染色劑,方便於顯微鏡下觀察之用;同時具有氧化力,可做為一氧化碳、氰化物以及亞硝酸鹽中毒的解毒劑,甚至做為水族箱的殺菌劑[1]。在化學上是一種氧化還原指示劑,主要用在「藍瓶實驗」中,在強鹼溶液中,當還原劑葡萄糖存在時,亞甲藍被還原成無色的狀態(leuco form);當搖晃燒瓶時,瓶中的氧氣溶於溶液中,氧化葡萄糖,反應逆向進行,使溶液呈現藍色(color form)。本實驗利用紫光雷射,在亞錫離子還原劑的存在下,觀察亞甲藍液的光致變色反應[2]。相關詳細實驗步驟及原理,分述如下: n 藥品與器材 亞甲藍(Methylene blue, C16H18N3SCl) 0.10克、0.5 M HCl 150毫升、氯化亞錫(tin(II) chloride dihydrate, SnCl2‧2H2O) 0.50克、燒杯(100毫升) 2個、玻棒1支、玻璃試劑瓶(10毫升) 1個、培養皿 1組、濾紙(直徑9公分) 1張、藍紫光雷射筆(30 mW) 1支。 n 實驗步驟與結果 一、 溶液配製 1. 秤取0.10克的亞甲藍粉末,放入於一個100毫升的燒杯中,加入100毫升的0.5 M HCl 中,緩慢地攪拌使亞甲藍完全溶解,形成A溶液,其中亞甲藍液的濃度約為0.003 M。 2. 秤量約0.50克的氯化亞錫,倒入事先裝有10毫升的0.5 M HCl的100毫升的燒杯中,緩慢地攪拌均勻,形成B溶液,備用。 3. 取一個10毫升玻璃試劑瓶,倒入9毫升的A溶液後。用滴管吸取B溶液,一邊緩慢地滴加到A溶液中,一邊攪拌至藍色消失為止。蓋好瓶蓋準備演示之用。圖1為配製溶液的示意圖。 圖1:A和B兩溶液的配製(左和中),演示用無色亞甲藍液的配製(右) 二、 實驗演示 1. 演示方式一:戴上抗UV的防護眼鏡,以藍紫光雷射筆從側邊照射瓶身約5秒鐘,觀察光徑的顏色和溶液的變化。圖2為亞甲藍在藍紫光LED照射下,光致變色的過程。 圖2:藍紫光雷射直線通過時,明顯現出一道藍色的光徑,通過處溶液瞬間變藍 […]