過碳酸鈉取代雙氧水產生氧氣於國小製造氧氣實驗之可行性探討 周佳誼、周欣誼、何家齊* 國立中科實驗高級中學 Email: justsayhi@nehs.tc.edu.tw 摘要：本研究旨在為國中小學設計一種更安全、快速的製氧實驗，以取代具腐蝕性的雙氧水。文章探討使用俗稱「固體雙氧水」的過碳酸鈉。實驗結果顯示，過碳酸鈉在水中會釋放過氧化氫並呈鹼性，促進氧氣生成。製氧效率受水量影響，1克過碳酸鈉搭配15毫升水反應速率最快。提高水溫能顯著加速產氧量。雖然金針菇催化效果最佳，但其保存不易且在高溫下效用降低。綜合考量，建議學校實驗採用溫熱水(約60℃)搭配易取得且可重複使用的銅片(如壹圓硬幣)加速氧氣生成。此組合能在15分鐘內產生超過500毫升氧氣，足夠學校實驗教學使用，且比傳統雙氧水實驗更安全便捷，具推廣潛力。 前言 在小學自然課程中，製造氧氣是利用雙氧水加胡蘿蔔或金針菇，在國中則是利用雙氧水加二氧化錳。雙氧水是中小學化學實驗製造氧氣所使用的主要藥品之一，但高濃度的雙氧水具腐蝕性，若不慎直接接觸，會引致皮膚出現化學灼傷；低濃度雙氧水產生氧氣的速率很慢，不利氧氣的收集。我們在實驗器材藥品室中找到一瓶尚未過期的15%雙氧水，瓶身已經明顯膨脹變形，應該是在實驗室保存過程中持續分解出氧氣造成瓶子的壓力變大所導致。我們當時僅只是打開雙氧水瓶蓋動作，就發現手指頭皮膚有被腐蝕的痕跡，推測應該長期存放在實驗室，瓶蓋處有雙氧水揮發滲漏的情形。這讓我們思考是否能使用簡單安全藥品取代雙氧水，且實驗藥品容易保存，以此為出發點，試著重新設計出適合在國中小製造氧氣的實驗。基於安全性考量，我們的研究想要找出一個方便、快速、安全的方法來製造氧氣方法，以取代原本課本使用液態雙氧水製造氧氣的實驗設計，我們查詢文獻後發現在日常生活中常被用作清潔劑的過碳酸鈉，具有去污、漂白與抗菌等功能，因其可釋放出氧氣，有人稱其為「固體雙氧水」。本研究將進一步探討過碳酸鈉分解產生氧氣的速率，以評估其應用潛力與最佳反應條件。 過碳酸鈉性質介紹 過碳酸鈉（Sodium percarbonate）又稱過氧碳酸鈉或過氧化碳酸鈉水合物（sodium carbonate peroxyhydrate），俗稱「固體雙氧水」，是碳酸鈉與過氧化氫形成的加成物(adduct)。其實驗式為：2Na₂CO₃·3H₂O₂（式量為 314 g/mol），外觀為白色無味的顆粒狀粉末，屬無機鹽，溶於水後會釋放出碳酸鈉與過氧化氫，呈鹼性，具有氧化性。反應式如下： 2Na2CO3·3H2O2 → 3H2O2 + 4Na+ + 2CO32- 2H2O2 → 2H2O + O2 Dideriksen（2007）指出，過碳酸鈉在室溫下雖具有一定穩定性，但仍須注意保存條件，以避免分解或降低活性。首先，應置於乾燥環境中，因為受潮會加速其分解，釋放出過氧化氫與氧氣；其次，需避免光照，特別是強光與紫外線，因其可能促進過氧化氫的分解；此外，應使用密封容器保存，以防吸濕並避免與空氣中的水氣或二氧化碳接觸；最後，也應避免高溫環境，因為溫度升高會顯著加快其分解速率。總而言之，妥善的保存條件有助於維持過碳酸鈉的穩定性與功效。 我們測試室溫下過碳酸鈉加水後，其水溫與pH值之變化。於室溫下，將0克（對照組）、10克與20克過碳酸鈉分別加入100mL去離子水中，並於30分鐘內每10分鐘測量溫度與pH值。實驗後發現溫度變化不大與室溫(25℃) 相近，pH值方面，對照組在30分鐘後的pH為8.25；加入10克過碳酸鈉的溶液pH為10.45；加入20克者則為10.42。由此可見，過碳酸鈉加水後會使水溶液明顯鹼化，顯示其分解產生的碳酸鈉具有鹼性特性。 相同重量過碳酸鈉加不同水量產生氧氣量的比較 本研究探討在25℃下，相同質量（1公克）的過碳酸鈉，在不同水量條件下反應24小時後的氧氣產生差異(如圖1)。根據化學計算，1公克過碳酸鈉理論上可完全分解產生約0.00560莫耳的氧氣，換算為標準狀況下約137.13毫升。但實驗結果顯示，實際產生的氧氣量明顯低於理論值。在此實驗設計中，我們將1公克過碳酸鈉分別加入10 mL、100 mL與250 mL的水中，並以排水集氣法觀察其氧氣產生狀況。實驗中使用充滿水的量筒倒置於水槽中，可清楚觀察並測量產生的氧氣量。此外，三組條件同時進行，有助於提升對控制變因的掌握與比較的準確性。結果發現，水量越少氧氣的反應速率與產量皆越高，其中加水10 mL的實驗產氧最明顯(表1與圖2)。這是因為水量少時， 1克碳酸鈉加入10 mL水之溶液pH值較加入100 mL與250 mL之水量更大，形成鹼性更強的溶液。此趨勢與過碳酸鈉溶於水後所形成的鹼性環境有關，因其釋放的碳酸鈉（Na₂CO₃）使溶液pH升高，而過氧化氫（H₂O₂）在鹼性環境中分解速率加快，進而促進氧氣釋放。儘管理論上相同質量的過碳酸鈉應產生相同體積的氧氣，實驗卻顯示水量會影響產生氧氣反應速率與24小時後產生氧氣量，說明水量亦為影響的變因。綜合上述實驗結果可知，水量愈少，產氧效率愈高，可能與鹼性強度提升有關，未來可進一步探討在更少水量條件下（如5 mL或更少）是否能進一步提升氧氣產生效果。 圖1  過碳酸鈉1公克的與10mL、100mL、250mL水量產生氧氣實驗裝置正面與背面照片 表1  1公克的過碳酸鈉加入不同水量條件下產生氧氣的理論與實際數據比較 水量 理論量產生氧氣量 24小時後 實驗測量氧氣量 氧氣產生率% 10mL 137.13 112 81.68% 100mL […]

二氧化碳教學探究：連結溫室效應、氣體行為與碳封存的環境教育實踐 周金城 國立臺北教育大學自然科學教育學系 Email:ccchou62@tea.ntue.edu.tw 前言 面對全球氣候變遷的挑戰，環境教育已成為培養下一代氣候意識與永續行動力的重要關鍵。環境教育必須向下扎根，當小學生能夠有環境意識並建立正確的環境概念，當他們成為未來公民，才能對環境永續產生對應的行動。本期專題彙整四篇以「二氧化碳」為核心的教學研究文章，分別從溫室效應實驗、氣體性質探索、洩漏偵測技術到自然碳匯概念，呈現中小學科學教育在推動氣候素養與科學探究上的多元樣貌。 專題文章介紹 第一篇文章〈藍碳生態系的潛力與挑戰：從碳埋藏到甲烷排放〉是由中央大學莊佩娟教授所撰，從自然碳匯的角度切入，介紹紅樹林、海草床與鹽沼等藍碳生態系的碳封存能力與潛在環境風險，引導學生思考自然解方（nature-based solutions）在因應氣候危機中的角色與挑戰。大自然的碳循環原本就會具有自我平衡的能力，但是因為人為活動讓這個平衡被破壞，當平衡被影響的某個程度就有可能導致自然無法再自我平衡，這是最需要關注的地方。 承接自然碳匯的系統觀，第二篇文章〈氣候變遷與環境教育：二氧化碳的溫室效應實驗探究〉是由新北市國光國小張詩敏老師所撰，則將焦點轉向溫室氣體本身的加熱效應。文章以簡易實驗操作讓學生觀察不同氣體在日照下的溫度變化，透過數據佐證二氧化碳作為溫室氣體的加熱效應，幫助學生建立氣候變遷與碳排放的概念，並引導其理解淨零排放與CCUS(Carbon Capture, Utilization and Storage)等現代碳管理技術。透過此類活動，學生不僅能學會設計對照實驗與紀錄資料，也能具體體會科學如何回應當代環境議題，強化其將知識應用於現實世界的能力，讓中小學生可以由杜動手做實驗更直觀的方式來了解溫室效應氣體。 在理解氣候與碳管理之後，第三篇〈應用紅外線熱顯像技術於加壓氣體儲存洩漏檢測之研究——以氣泡水瓶二氧化碳洩漏為例〉是台中市永安國小邱麗綺老師所撰，展示如何利用紅外線熱像儀進行二氧化碳氣體洩漏的非接觸式觀察，提升學生對高壓氣體行為、壓力與溫度變化關係的理解，亦展現儀器應用於生活情境的可能性，增進科技素養與實驗觀察能力，進一步帶入科技應用與實作情境。高壓封存的二氧化碳，特別是在氣候科技與工業安全日益受到重視的背景下，此篇文章提供學生從「問題識別」到「儀器觀測」的完整學習歷程，有助於啟發其對科學應用的興趣與責任感。利用紅外線熱像儀進行氣體洩漏處的檢測，再生活中有需多應用之處，不只是二氧化碳的漏氣，幾乎所有高壓氣體的洩漏處，都可以此方法進行檢測。 最後，第四篇〈探究二氧化碳氣體與水的作用：氣體溶解和逸散與pH值變化〉是由作者所撰，回歸氣體本質與基本化學交互現象，聚焦於二氧化碳與水的交互作用。文章結合酸鹼指示劑進行實驗，透過簡單的實驗設計讓學生理解氣體溶解度、逸散行為與酸鹼變化的關聯，強化其對大氣碳循環與海洋酸化等議題的基礎認識。透過觀察氣泡逸散與pH值變化的過程，學生能將抽象的化學變化轉化為可視化的學習經驗，進一步發展操作技能與邏輯推理的能力。很適合中小學生進行實驗操作與探究。 結語 綜觀四篇文章，皆以學生為核心，結合課綱精神與探究實作，將抽象的氣候與碳循環議題轉化為可觀察、可操作、可理解的教學活動。這不僅有助於學生科學概念的建構，也能培養其批判思考與永續行動力，為邁向2050淨零碳排社會扎根基礎。回顧第五十六期以「新課綱粒子觀點教學的挑戰」為主題的專題內容，曾指出對國中小學生而言，氣體行為本就難以觀察與實驗，尤其氣體多為無形無色，使其教學更加困難。因此，設計適合學生於校園中進行的氣體觀察與操作實驗格外重要。本期專題特別提供三個與二氧化碳相關且具可行性的延伸實驗，不僅有助於學生了解二氧化碳的特性，也強化其對氣體行為、環境變遷與科技應用間連結的理解，為氣候教育的教學實踐提供具體參考。先前第五十六期的專題文章主題是「新課綱粒子觀點教學的挑戰」， 曾指出氣體行為對國中小學生而言本就難以觀察與實驗，尤其多數氣體為無形無色，更增添教學困難。因此，設計能在學校中實作的氣體觀察與操作實驗格外關鍵。本期專題提供三個適合在學校進行和二氧化碳有關的延伸實驗，也可以幫助學生更了解二氧化碳的特性。

二氧化碳教學探究：藍碳生態系的潛力與挑戰：從碳埋藏到甲烷排放 莊佩涓 國立中央大學地球科學學系 Email: peichuanchuang@cc.ncu.edu.tw 摘要:藍碳生態系統（BCEs）如紅樹林、鹽沼與海草床，是全球重要的碳匯，能長期儲存大量有機碳。研究發現，紅樹林的淨初級生產率（NPP）極高，每年可固定大量碳，其中部分輸出至海洋，部分則長期埋藏。然而，紅樹林不僅是碳匯，也可能成為碳源。沉積物中的有機碳會因氧化還原反應被微生物分解，產生二氧化碳與甲烷，而甲烷的全球暖化潛能遠高於二氧化碳，其排放可能抵消紅樹林藍碳埋藏量的20%。本文作者過去的研究顯示，人類活動與污染可能使紅樹林相關水體的甲烷通量增加數十倍，影響碳循環與氣候變遷。儘管紅樹林在碳循環中扮演關鍵角色，但其沉積物中碳、硫、氮等元素的循環機制尚未被完整量化。目前針對紅樹林沉積物與水體的甲烷排放研究仍有限，本文作者認為未來應進一步量化相關元素的生物地球化學循環，以精確評估紅樹林對氣候變遷的影響，並建議台灣投入更多研究資源。 前言 藍碳生態系統（Blue Carbon Ecosystems, BCEs）如紅樹林、鹽沼與海草床，是全球重要的碳匯，雖占海洋面積不到1%，卻貢獻超過50%的海洋沉積碳埋藏量。本文整理了過去針對紅樹林生態系統的重要性，以及沉積物中碳的埋藏與分解相關研究進行回顧，希冀未來台灣也能夠投入更多相關研究。紅樹林淨初級生產率（Net Primary Productivity, NPP）達每年92至280億公噸碳，沉積物碳儲存量高達每公頃956公噸碳，使其成為熱帶地區碳含量最高的生態系統之一。然而，紅樹林亦可能成為碳源。有機碳分解受氧化還原條件影響，當氧氣耗盡後，微生物利用錳氧化物中的四價錳（Mn⁴⁺）、硝酸鹽（NO₃⁻）、鐵氧化物中的三價鐵（Fe³⁺）與硫酸鹽（SO₄²⁻）進行厭氧氧化還原反應分解有機碳，最終可能產生甲烷（CH₄），其全球暖化潛能遠高於二氧化碳。研究顯示，紅樹林NPP約每年200 億公噸碳，其中34.1 億公噸碳（20%）回到大氣，117.9 億公噸碳（60%）輸出至海洋，僅18.4至34.4 億公噸碳能長期埋藏。此外，甲烷排放可能抵消紅樹林藍碳埋藏的20%。未來研究應進一步量化紅樹林沉積物中碳、硫、氮等元素循環，以精確評估其氣候變遷影響。 藍碳生態系統重要性 氣候變化主要由大氣中二氧化碳濃度增加所驅動，是地球面臨的最重大全球環境問題之一（Nellemann et al., 2009），減緩策略包括減少排放以及保護和增強自然碳儲存（Rosentreter et al., 2018）。大多數保育計畫著重於恢復陸地生態系統，如熱帶雨林，並增強農業耕地中的碳儲存（Pan et al., 2011; Agrawal et al., 2011）。近年來，沿海植被生態系統因其為重要的天然碳匯也開始受到重視（Mcleod et al., 2011; Duarte et al., 2013），如2009年「藍碳」一詞的提出，主要是因為人們日漸意識到海洋生態系統在氣候變化緩解中可能具有的量化重要性（Nellemann et al., 2009; Lovelock and Duarte, 2019）。藍碳 (BC, Blue Carbon）由海洋生物捕獲大氣二氧化碳並被封存在海洋環境，包含沿岸藍碳生態系（BCEs, Coastal Blue Carbon Ecosystems）及開放海洋藍碳生態系（Open Ocean […]

二氧化碳教學探究： 氣候變遷與環境教育：二氧化碳的溫室效應實驗探究 張詩敏1、2 1新北市國光國小 2國立臺北教育大學自然科學教育學系 Email: nice1040802@gmail.com 摘要：本教學內容結合氣候變遷議題與自然科學課程，旨在提升學生對溫室氣體與全球暖化影響的理解，並認識「淨零排放」及CCUS技術。透過課程設計，引導學生了解氣候變遷對臺灣造成的多重影響，包括氣溫升高、農漁業減產、生態破壞、水資源分配不均與極端氣候事件頻繁等問題，強化學生環境永續意識。同時，配合「溫室氣體實驗」，比較空氣、二氧化碳與丁烷在日照下的溫度變化，結果顯示二氧化碳升溫最明顯，佐證其為主要溫室氣體，有助於學生建立科學概念與實證能力。實驗不僅提升學生對氣候變遷議題的關注，也培養其動手實作與觀察能力。整體課程銜接108課綱精神，結合理論與實作，促進學生對環境議題的理解與行動力，期望透過教學引導，激發學生思考自身行為對氣候的影響，進而實踐減碳行動，邁向永續發展目標。 前言 我們的地球只有一個，維護環境永續是全球共同的責任。近年來，氣候變遷問題日益嚴峻，聯合國氣候峰會 COP29（Bhatti, 2024）警告，2023 年為有紀錄以來最熱的一年，全球平均地表溫度較工業化前上升約 1.4°C。若要將升溫控制在 1.5°C 內，必須在 2030 年前將全球碳排放量減少約 50%，然而，2023 年全球碳排放仍上升 1.1%，距離目標仍有明顯落差，科學界估計，每年碳排放至少需減少 7% 才有機會達標。 在臺灣，因應氣候變遷的挑戰，108 課綱自然科學領域第三階段 特別納入「自然界的永續發展」相關學習內容，強調學生對環境變遷的認識與行動能力，包括： INg-Ⅲ-1自然景觀和環境一旦被改變或破壞，極難恢復。 INg-Ⅲ-3生物多樣性對人類的重要性，而氣候變遷將對生物生存造成影響。 INg-Ⅲ-4人類的活動會造成氣候變遷，加劇對生態與環境的影響。 INg-Ⅲ-7人類行為的改變可以減緩氣候變遷所造成的衝擊與影響。 康軒版(王美芬，2025）、南一版（盧秀琴，2025）與翰林版(賴信志，2025)六年級自然科學課本，三個版本皆提到「INg-Ⅲ-1自然景觀和環境一旦被改變或破壞，極難恢復。」。翰林版和南一版皆有提到自然界、人類和氣候變遷之間的關係，並說明臺灣為因應全球氣候變遷2023年通過《氣候變遷因應法》，希望能降低與管理排放溫室氣體，明定於2050年達到「溫室氣體淨零排放」的目標。而法規中所謂溫室氣體是指二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亞氮（N2O）、氫氟碳化物（HFCs）、全氟碳化物（PFCs）、六氟化硫（SF6）、三氟化氮（NF3）及其他經中央主管機關公告者。 氣候變遷對臺灣的影響已逐步顯現，若無法有效減少溫室氣體排放，將帶來一系列環境與社會挑戰。夏季可能延長，高溫與酷熱日數增加，影響公共健康並加劇都市熱島效應。農作物如水稻、玉米及畜牧產量將因高溫而下降，海水升溫亦將衝擊漁業生產。生態方面，森林適生海拔上升，棲地面積縮減，導致物種生存受到威脅。水資源方面，春季降雨減少，乾旱加劇，豐枯水期差距擴大，影響農業與供水安全。此外，極端氣候事件發生頻率增加，颱風與豪雨的強度更甚以往，使災害應變與水資源管理面臨更大挑戰（許晃雄等，2024）。即便堤防可因應海平面上升，颱風暴潮仍可能提高沿海地區的淹水風險。 面對這些變遷，透過環境教育培養下一代的氣候意識與行動力，將是因應未來挑戰的關鍵。本研究希望透過溫室氣體科學實驗，讓學生親身觀察不同氣體對環境溫度的影響，深化對氣候變遷、淨零排放與 CCUS 減碳技術的認識，並進一步思考如何在日常生活中落實減碳行動，為永續未來盡一份心力。 認識淨零排放與CCUS的關係 根據聯合國政府間氣候變遷專門委員會（IPCC, 2021），「淨零排放」是指在人為排放的二氧化碳（CO₂）與人為移除的 CO₂ 之間達到平衡，使大氣中 CO₂ 濃度不再上升，以穩定氣候變遷。目前全球多國已承諾在 2050 至 2060 年間實現碳中和，其中臺灣於 2023 年通過《氣候變遷因應法》，規劃 2050 年達成淨零排放目標。 CCUS（Carbon Capture Utilization Storage）被視為減少碳排放的關鍵技術，主要分為三個步驟：碳捕集（Carbon Capture）、碳利用（Utilization）、碳封存（Storage）。目前 […]

二氧化碳教學探究：應用紅外線熱顯像技術於加壓氣體儲存洩漏檢測之研究—以氣泡水瓶二氧化碳洩漏為例 邱麗綺 臺中市西屯區永安國小 Email:lichi0425@mail.yaes.tc.edu.tw 摘要：本文探討紅外線熱像儀技術在小學科學教育中的應用，我們透過檢測氣泡水瓶中二氧化碳的洩漏，幫助學生理解氣體溶解度、壓力與溫度變化之間的關係。氣泡水中的二氧化碳溶解度受壓力與溫度影響，當瓶蓋打開或瓶身發生洩漏時，氣體逸出會導致局部溫度下降，而這種變化可透過熱像儀進行非接觸式觀察。我們利用熱像儀測量瓶蓋與瓶身的溫度變化，判別是否發生微洩漏，並探討測量距離、環境條件與誤差控制方法。結果顯示，熱像儀能有效檢測高壓氣體洩漏，並可應用於氣體鋼瓶、滅火器、瓦斯罐等設備的安全檢測。此外，透過實驗與視覺化觀察，我們讓學生更直觀地理解二氧化碳的溶解、逸散與固碳概念，進而提升他們對科學學習的興趣。未來，紅外線熱像儀也有機會可作為二氧化碳封存技術的檢測工具。 前言 國小自然科學在高年級教材有認識空氣的相關單元，內容主要是引導學童認識空氣的組成、特性及其在生活中的作用。教材涵蓋氧氣與二氧化碳的特性，探討燃燒、滅火和鐵生鏽等現象與空氣的關係。透過實驗活動，學生將學習氧氣的助燃性、二氧化碳的滅火性，以及影響鐵生鏽的因素。 此外，教材也探討有關預防火、防災及逃生避難的知識以及二氧化碳排放過多對環境的影響，還有固碳對減緩全球暖化的作用。 在南一版五年級下學期《認識空氣》單元中為例(盧秀琴，2024)，教材介紹了二氧化碳的排放與固定的概念。植物能透過光合作用吸收大氣中的二氧化碳，並將其轉化為養分儲存在體內，從而減少大氣中的二氧化碳含量，有助於減緩地球暖化。種植樹木是一種有效的減碳方式，特別是森林植物，由於其吸收與固定二氧化碳的能力較強，因此在調節大氣中的二氧化碳濃度方面發揮重要作用。這個過程稱為「固碳」，對環境保護至關重要。 目前固碳方法可分為自然固碳與人工固碳，主要目的是減少大氣中的二氧化碳含量，減緩全球暖化與氣候變遷的影響。以下是幾種主要的固碳方式(國家科學及技術委員會、經濟部、環境保護署，2023）： 一、自然固碳﹕森林、土壤與海洋碳匯在自然碳封存中扮演重要角色。 （一）森林碳匯（Forest Carbon Sink） 透過光合作用將大氣中的二氧化碳固定於植物體內，並將碳儲存在土壤、有機物及木材產品中，減少碳排放對環境的影響。 （二）土壤碳匯（Soil Carbon Sink） 是陸域系統中最大的碳儲存庫之一，能夠長期封存碳，並透過適當的農業管理技術有效降低溫室氣體排放。 （三）海洋碳匯（Marine Carbon Sink） 則藉由海洋吸收並儲存大氣中的二氧化碳，特別是沿岸生態系（如紅樹林、海草床、鹽沼等）在碳封存方面具有重要作用，能夠穩定調節大氣中的二氧化碳濃度，有助於減緩全球暖化的影響(行政院農業委員會，2023)。 二、人工固碳: 碳捕捉與封存技術（CCUS）是減少二氧化碳排放的重要手段，包括碳捕捉（Carbon Capture）、碳利用（Carbon Utilization） 和 碳封存（Carbon Storage）三大部分。碳捕捉技術透過燃燒前、燃燒後或富氧燃燒等方式，從燃煤電廠、鋼鐵廠、水泥廠、石化廠等大型固定排放源直接攔截二氧化碳，避免其進入大氣。捕捉到的 CO₂ 可進一步碳利用，轉化為燃料（如甲醇、合成氣）、化學品、建材（如碳酸鈣）或透過微生物與藻類吸收轉化為生質產品，提升經濟效益。未被利用的 CO₂ 則透過碳封存技術（CCS），長期儲存於地質構造（如枯竭油田、深層鹽水層）或海洋，以確保其不再釋放回大氣，達到減碳目標。這三者相互配合，形成完整的碳管理技術，為全球減碳與氣候變遷因應提供可行方案。 由於二氧化碳的封存這些概念較為抽象，不容易直接教導學生，因此我們嘗試設計一個能讓學生觀察到具體現象的實驗，幫助他們理解二氧化碳封存的相關概念。在日常生活中，學生最常接觸到的二氧化碳來源之一就是二氧化碳氣體鋼瓶，例如氣泡水機會使用二氧化碳鋼瓶來製造氣泡水，空氣手槍則可能使用較小型的二氧化碳鋼瓶，而二氧化碳滅火器與汽水機則使用更大容量的二氧化碳氣體鋼瓶。我們希望透過這些生活中的實例，讓學生更直觀地認識二氧化碳的封存與應用。 前幾年因為疫情的關係，每個學校都會購置熱顯像儀用來測量學生體溫，我們利用這個被閒置的工具，並拿生活中學生常接觸的「氣泡水」進行實驗觀察，讓學生對於二氧化碳的認識能更視覺化。 高壓增加二氧化碳溶解於水的現象 要認識二氧化碳對小學生來說，碳酸飲料最貼近他們的生活經驗，而近幾年流行的氣泡水主要原理是將二氧化碳（CO₂）溶解於水中形成碳酸（H₂CO₃），其反應式為CO₂+H₂O⇌H₂CO₃。當瓶蓋打開時，溶解的二氧化碳會釋放出來，形成氣泡。在製造過程中，工廠會將純水放入加壓設備，並在高壓環境下注入二氧化碳氣體，使其大量溶解於水中，轉變為碳酸水。二氧化碳的溶解度受溫度與壓力影響，壓力越大，溶解度越高，因此氣泡水在未開封時瓶內壓力較高，而溫度越低，二氧化碳溶解度也越高，這使得冷藏氣泡水比常溫氣泡水保留更多氣體。當二氧化碳溶於水時，會與水分子發生可逆反應，生成少量碳酸（H₂CO₃），使氣泡水帶有微酸性（pH 約 3-4），這也是氣泡水喝起來帶有刺激感的原因。 當瓶蓋打開時，瓶內壓力突然下降，原本溶解在水中的二氧化碳會重新轉變為氣體並逸出，形成上升的氣泡，使氣泡水發出「嘶嘶聲」。如果瓶子在開啟前經過搖晃，氣體釋放的速度會更快，可能會導致氣泡水噴出。這些特性使氣泡水具有獨特的口感與飲用體驗。 二氧化碳氣體對水的溶解度，可以用亨利定律來計算。氣體溶解在水中的量，會隨著氣體的壓力增加而增加。換句話說，壓力越高，二氧化碳溶解得越多，壓力降低時，二氧化碳就會從水中跑出來變成氣泡。這就是為什麼氣泡水在瓶蓋打開時會冒出氣泡的原因。另外，溫度也會影響二氧化碳的溶解度。當水的溫度越低，二氧化碳溶解得越多；當溫度升高，二氧化碳就更容易從水中跑出來。因此，冷藏的氣泡水比常溫氣泡水保留更多氣體，而熱的氣泡水則會變淡，因為二氧化碳比較容易逸出。簡單來說，氣泡水中的二氧化碳會因為壓力與溫度的變化而影響溶解度，這也是為什麼氣泡水需要在高壓、低溫的條件下才能保留最多的氣泡。 瓶裝飲料中灌入二氧化碳的其中一個目的，就是讓打開時飲料的溫度降低。這是因為當瓶蓋打開後，瓶內的壓力下降，溶解在飲料中的二氧化碳迅速逸出並轉變為氣體，在這個過程中會吸收熱量，造成氣體膨脹冷卻效應，使得飲料溫度稍微降低。這種現象與噴霧罐噴出液體時感覺變冷的原理類似，都是因為氣體擴散時會帶走部分熱量。因此，當我們打開氣泡飲料時，會能聽到「嘶嘶聲」，還可能感覺到瓶口附近變得稍微涼爽。 如果寶特瓶裝的氣泡水放久了變得沒有氣，通常是因為瓶蓋沒有鎖緊，導致二氧化碳慢慢逸出。我們可以利用高壓氣體洩漏時需要吸熱的特性來檢測瓶蓋是否有漏氣。當二氧化碳從瓶蓋縫隙洩漏時，周圍的溫度會稍微降低，而這個變化可以透過學校購買的熱顯像儀來觀察。使用熱顯像儀後，瓶蓋有漏氣的部分會顯示出較低的溫度區域，讓這個現象變得清楚可見。 熱像儀使用說明 在前幾年新冠肺炎嚴重時期，學校門口得有使用讓顯像儀來測量進學校的人員是否有發燒的情形。但是，因為疫情緩和後，學校就將讓顯像儀封存起來，因此我們想到可以使用學校採購的顯像儀來進行一些有趣的測量工作。我們使用的紅外線熱像儀，型號是FLIR E5XT紅外線熱像儀，根據網站說明書標示的可偵測溫度範圍為 -20°C 至 +400°C，紅外線解析度 160×120像素。然而，在進行實驗觀察前，仍需先進行儀器溫度校正。為確保測量的準確性，我們需先比對熱像儀偵測到的溫度與電子溫度計測得的溫度之間的差異，確認儀器的準確度後，再進行後續實驗。        圖1 熱像儀-FLIR E5XT […]

二氧化碳教學探究：探究二氧化碳氣體與水的作用-氣體溶解和逸散與pH值變化 周金城 國立臺北教育大學自然科學教育學系 Email:ccchou62@tea.ntue.edu.tw 摘要：本文探討二氧化碳在水中的溶解與逸散過程，並透過實驗讓學生理解氣體溶解度、壓力與 pH 值變化的關聯。我們首先分析108 課綱及三大版本國小自然科學教材對二氧化碳的介紹，發現各版本均涵蓋其性質、來源、檢測方法與應用，但對環境影響與固碳概念的深度有所不同。為了深化學生的理解，我們設計了探究實驗，讓學生在透明塑膠杯中加入純水與廣用指示劑，並透過吹氣、靜置與打氣筒等方式，觀察二氧化碳的溶解與逸散如何影響水的酸鹼值。結果顯示，二氧化碳溶解會降低 pH 值，而逸散則使 pH 值回升。為強化學生的探究能力，建議可以讓學生探討溫度變化、攪拌、氣體交換速率等因素對二氧化碳溶解度的影響，並與海洋酸化、湖泊水質變化及氣候變遷進行連結。透過這些活動，我們不僅幫助學生建立二氧化碳的科學概念，也讓他們思考如何減少碳排放，以減緩全球暖化。此外，本研究亦提供教師可行的教學策略，使科學探究更貼近生活，提升學生的環境素養與問題解決能力，並鼓勵他們在日常生活中實踐環保行動。 前言 隨著全球暖化問題日益嚴重，提升國小學生對二氧化碳的相關知識已成為重要的教育課題。二氧化碳（CO₂）作為大氣成分之一，不僅在自然界的氣體循環中扮演關鍵角色，也與氣候變遷、環境污染及能源使用等議題密切相關。因此，如何在小學科學教育中深化學生對二氧化碳的認識，並幫助他們理解其性質、來源、檢測方式與環境影響，是值得探討的課題 根據108自然科學課程綱要（第三學習階段），學生需學習以下與二氧化碳相關的知識： INa-Ⅲ-4(4-1)：了解大氣主要氣體的組成，包括氮氣、氧氣、二氧化碳與水蒸氣。 INb-Ⅲ-2(2-2)：透過助燃性不同，鑑別氧氣與二氧化碳。 INb-Ⅲ-2(2-3)：透過澄清石灰水實驗，鑑別二氧化碳。 INd-Ⅲ-1(1-2)：透過蠟燭燃燒實驗，認識氧氣與二氧化碳的製造與性質，並探討空氣對物質變化的影響。 INe-Ⅲ-2(2-3)：透過實驗或影片觀察化學反應，如紙張燃燒產生二氧化碳、鐵生鏽、雙氧水與胡蘿蔔產生氧氣等，進一步理解化學變化形成新物質的概念。 然而，除了這些基本課綱內容，是否能透過更多簡單實驗，讓學生更深入理解二氧化碳的性質與環境影響，值得進一步探討。 我們整理了康軒版(王美芬，2024）、南一版（盧秀琴，2024）與翰林版(賴信志，2024)五年級自然科學課本中空氣相關單元中有關二氧化碳的內容。三個版本皆介紹了二氧化碳的基本性質、來源、檢測方法及應用，並強調二氧化碳是不助燃的氣體，可與氧氣的助燃性做區別。此外，教材皆提及澄清石灰水檢測法，說明二氧化碳能與氫氧化鈣反應，使澄清石灰水變混濁。雖然三個版本都提到植物透過光合作用吸收二氧化碳，但僅南一版明確提及「固碳」的概念，解釋植物如何固定二氧化碳以減少大氣中的含量。 在二氧化碳的來源部分，南一版與翰林版特別提到蠟燭燃燒後，廣口瓶內的二氧化碳濃度上升，使澄清石灰水變混濁，而康軒版與翰林版則皆提到酵母菌發酵可產生二氧化碳，使麵包蓬鬆。在環境影響方面，南一版與翰林版明確指出二氧化碳是溫室氣體，並說明過量排放可能導致全球暖化。整體而言，南一版對固碳與環境影響的討論最為完整，而翰林版則補充了二氧化碳在日常生活中的應用，如碳酸飲料與乾冰，使學生能加理解二氧化碳的影響與用途。 由於二氧化碳是主要的溫室氣體之一，因此學生應該進一步學習其來源、影響、應用及管理方式，以培養對環境變遷的理解，並思考如何減少碳排放。首先，二氧化碳的平衡是大氣環境中的重要議題。大氣中的二氧化碳來自自然過程（如火山噴發、生物呼吸、燃燒）及人為活動（如工業生產、交通排放）。透過學習二氧化碳的來源，學生可以更清楚人類活動如何影響環境，並思考如何減少額外的二氧化碳排放，以維持自然碳循環的平衡。 其次，學生應該認識二氧化碳對環境的影響。過量排放的二氧化碳會導致全球暖化，進而引發氣候變遷，如冰川融化、海平面上升與極端氣候。此外，二氧化碳溶解於水中可能會降低水的pH值，導致酸雨的形成，進一步影響生態環境。學生可以透過二氧化碳溶解於水的實驗，探討二氧化碳如何影響水體酸鹼值，模擬其對生態系統的影響。 除了環境影響，學生也應學習二氧化碳的應用與管理。在日常生活中，二氧化碳可應用於食品製造（如發酵過程產生氣體使麵包蓬鬆、碳酸飲料製造），也可作為乾冰、滅火器的主要成分。此外，為了減少二氧化碳對環境的影響，現代科技發展出二氧化碳捕集與封存技術（Carbon Capture and Storage, CCS），以及再生能源技術，如種樹減碳、使用太陽能、風能等環保能源，這些都是學生應該認識的環境保護策略。 為了讓學生更深入理解二氧化碳的性質與環境影響，教師可以設計更多探究實驗。例如，透過小蘇打與醋反應製造二氧化碳，並驗證其不助燃的特性，讓學生實際觀察氣體的產生與特性。此外，進行蠟燭燃燒與澄清石灰水變混濁實驗，幫助學生理解燃燒產生二氧化碳的過程。最後，可透過溶解度與氣體逸散實驗，觀察二氧化碳如何影響水的酸性，模擬海洋酸化的現象，讓學生更具體理解環境變遷的科學原理。 透過這些實驗與討論活動，學生不僅能強化對二氧化碳的理解，還能思考如何在日常生活中落實環保行動，如節能減碳、減少浪費、選擇低碳能源等，以實際行動減少二氧化碳的排放，為環境永續發展貢獻力量。 認識生活中的二氧化碳溶解於水中的概念 二氧化碳在水中的溶解與逸散過程，與自然水域的酸鹼變化、水生生物的生存，甚至極端環境下的氣候災害息息相關。當二氧化碳溶入水中時，會與水分子結合形成碳酸（H₂CO₃），使水的 pH 值降低，導致水體酸化。然而，當水體受到攪動或氣體交換加快時，二氧化碳會從水中逸散，使水的 pH 值回升。這一現象不僅影響海洋與湖泊的水質，也與人類管理水生環境的方式息息相關。 在人工水域中，魚缸與池塘通常使用打氣機來維持水質與魚類的生態平衡。打氣機的作用在於攪動水體，促進氧氣溶解，防止水中氧氣不足而導致魚類窒息。同時，這種攪動也會加速氣體交換，幫助水體排出過量的二氧化碳，避免水質因二氧化碳累積而變酸。特別是在夜間，水生植物停止光合作用但仍會釋放二氧化碳，若無適當氣體交換，水質可能會變得過酸，影響魚類與其他水生生物的健康。因此，打氣機不僅能提供充足的氧氣，還能維持水體的酸鹼平衡。 然而，在某些極端環境下，二氧化碳的溶解與逸散可能會造成嚴重災害。例如，1986 年 8 月 21 日，非洲喀麥隆的尼奧斯湖突然釋放大量二氧化碳氣體，造成近 2000 人窒息死亡。這場災難的主因是湖泊的熱分層現象導致二氧化碳長期積累於深層水域，當湖水因強風吹拂或季風冷卻發生對流時，深層水快速上升至表層，壓力驟降導致水中的二氧化碳迅速逸散，形成高濃度的二氧化碳氣團，最終導致附近居民與動物因缺氧窒息。這一事件顯示出，環境變化對氣體溶解與逸散的影響，不僅影響水體生態，也可能對人類安全造成威脅（Zumdahl & DeCoste, 2016, p. 716）。 透過溶解度與氣體逸散的探究實驗，學生可以進一步理解二氧化碳如何影響水的酸性，並模擬海洋酸化的過程。這些科學概念不僅能幫助學生理解水體化學變化的機制，也能引導他們思考如何減少二氧化碳排放，以降低對環境的影響。 我們設計簡單的實驗方法，幫助國小學生認識二氧化碳對水的作用性質。在透明塑膠杯中加入約 5-6 […]

理解日常的化學挑戰：探究真實問題之 化學素養教育 楊悠娟 國立東華大學自然資源與環境學系 Email: ycyang@gms.ndhu.edu.tw 前言 面對全球化、互聯化與充滿挑戰的世界，培養高素養的公民資源來解決問題已是刻不容緩，但素養的定義及概念框架有待釐清。1997年經濟合作暨發展組織(Organisation for Economic Co-operation and Development, OECD)啟動素養定義與選擇計劃(Definition and Selection of Competencies: Theoretical and Conceptual Foundations, DeSeCo)，研究素養的概念、個人及社會必備素養、跨學科的素養框架、素養教育方式等。研究結果顯示：素養是一種綜合性的特質，涵蓋認知、動機、倫理、社會與行為的各層面。素養的三個基本關鍵能力是自主與反思性行動、互動式使用工具（知識、設備、語言和法律）及異質群體協作，具有跨學科（哲學、人類學、心理學、經濟學、社會學）的共通性。而素養的四個概念要素是多功能性、跨社會領域、高階心理複雜性及多維度能力。素養需要終身學習，能提供個人優質和成功的生活能力(Rychen & Salganik, 2000)。 歷經數年研究及討論，2018年OECD發表核心素養的定義及框架 （2030學習羅盤）：核心素養是個人適應現在生活及面對未來挑戰，應具備的認知、技能、態度和價值觀之跨域多元能力；能反思學習歷程，因應實際問題來行動。核心素養教育不限於學科知識及技能，亦關注「學習」與「生活」的結合，透過實踐力行而彰顯學習者的全人發展(OECD, 2018)。素養課程以學生為中心來設計，認知包含學科知識、跨學科知識、認識論知識及程序性知識；技能包含認知技能、後設認知技能（批判性思考、創造性思考、學習思考和自我調節）、社交和情緒技能（同理心、自我效能和合作）及實作和身體技能（使用新資訊和通訊技術設備）；態度和價值觀包含個人、地方、社會和全球層面（動機、信任、尊重多樣性、尊重美德）。素養的表現需透過行動，學生是行動的推動者，提出問題的解決方案，並與教師、同儕、父母和社區合作，共同達成目標。行動有助於學生檢視五種基本能力：識字、算術、資料、數位及體能，發展三種變革素養：創造新價值、調和衝突與困境、承擔責任，完成參與、實踐及省思的循環(OECD, 2018)。 2019年臺灣實行新課綱，參考OECD的2030學習羅盤，設計總體綱要之自發、互動與共好精神，培養學生具備三面九向的核心素養，在生活情境中，能夠自主行動、溝通互動與社會參與，成為具備跨域學習力的終身學習者，以面對和解決新世代的問題。學校制定部定課程和選修課程，師資培育鼓勵現場教師和師資生實施素養導向教學與評量（王智弘，2019）。因素養教育需要終身學習，亦須推動非制式場域學習，以銜接制式教育，持續培育新世代的公民素養。 素養教育需要創意思考，透過OECD創意思考四步驟：探究問題、想像解方、實作方案及反思成果，老師由知識的傳遞者轉型為引導者，協助學生發展面對挑戰及解決問題的能力，找出非制式答案。立足AI時代，創意思考亦是區分學習者與電腦的關鍵（田孟心，2020）。 因化學領域的理論、實驗、應用及影響無遠弗屆，學生的化學素養有助於解決真實世界的問題；故本期專題主題為「理解日常的化學挑戰：探究真實問題之化學素養教育」，透過實例展示化學領域的素養教育，涵蓋國小、國中、高中和大學的制式教育，亦分享制式與非制式教育的銜接設計。因篇幅限制，著重於探究問題與課程設計，包含知識概念、實作步驟、評量回饋、生活議題及教學省思。本期專題總計七篇文章，設計目的為引導學習者認識本主題於化學教育的相關性、技能力、批判力及參與度，透過動手做與案例探討，啟發學習興趣，增進提問力與分析力，鼓勵主動學習，持續提升己身的化學素養。如依照教學對象的適合程度分類：國小二篇、國中二篇、高中二篇、大學一篇，提供K-12至大學端教師參考。然而，依照作者群共同建議，上述課程和實驗在遵循設計架構及核心概念之下，皆可調整其廣度或深度，以因應學習者需求，亦適合一般公民的科學素養之學習。 本期專題文章簡介 第一篇文章由陳文正與陳建忠作者介紹水溶液酸鹼概念，探討國小自然科學領域的水溶液酸鹼性單元之教學與評量，分析新舊課綱不同年段的相關內容，設計一個水溶液酸鹼概念的探究活動，最後說明素養導向的水溶液酸鹼概念評量設計案例。建議國小自然教師於水溶液酸鹼概念教學的重點：中年級強調認識物質，讓學生瞭解有些物質在酸鹼環境會產生不同顏色的變化，可據以分類；高年級聚焦水溶液的酸鹼性定義，讓學生利用酸鹼指示劑來定義水溶液的酸鹼性，並製作及測量單一或混合溶液。鼓勵老師採取探究學習架構，進行差異化教學；設計評量工具，包含記憶、理解及應用三層次。 第二篇文章由柯凱珮作者介紹國小自然科的食物電池案例，包含物質溶解現象、酸鹼性、天然指示劑及水溶液導電性等概念。以生活中易取得的食物為材料，學習變因控制的科學方法，滿足孩童喜歡動手操作的天性，培養「發現問題而去尋求解答」的能力。文中分享教學流程、引導方式、學生回饋及教師省思。本教案是「2021年北花蓮全民科學週」之「國小組」入選教案，另提供教案及實驗示範影片。 第三篇文章由連經憶作者介紹維生素C的定量分析實驗，分享將大學實驗的內容轉換為適合國中和國小之活動設計及推廣過程。設計實驗探究式教學，包含維生素C反應原理、定量分析方法、維生素C的應用及議題。以生活中易取得的食物及蔬果為材料，設計實驗來驗證新聞報導的真實性；中學生可計算維生素C含量，並與標示值比較；小學生可計算優碘的使用滴數，比較不同樣品間維生素含量的高低，了解實驗結果之再現性。另可延伸探討蔬果中抗壞血酸氧化酶的活性，製作隱形墨水，增加實驗的趣味性。 第四篇文章由劉曉倩作者介紹化腐朽為神奇的案例，分享將制式課綱的內容轉換為非制式科普活動的設計及推廣過程。本教案是「2021年北花蓮全民科學週」之「國中組」入選教案，設計實驗探究式教學，包含電解質定義、強電解質和弱電解質差異、電解質影響豆漿等膠體溶液的沉澱現象，啟發參與者對週遭生活環境產生好奇心及敏銳的觀察力。另提供教案及實驗示範影片。 第五篇文章由謝佶霖作者介紹焰色與煙火之美的案例，分享微量焰色實驗融入教學的活動過程，設計實驗探究式教學，包含焰色反應原理、煙火組成、焰色於煙火及元素檢測之應用，從美好的生活經驗切入，結合科學原理的學習，促進學生學習科學的樂趣。本教案是「2022年北花蓮全民科學週」之「國中組」入選教案，另提供教案及實驗示範影片。 第六篇文章由周芳妃、陳平、鄭晉哲、羅文琪、范智傑和呂家榮作者介紹亞鐵三明治-二茂鐵實驗，分享將制式課綱的內容轉換為非制式科學營隊的設計及推廣過程。本實驗設計整合2019年與2024年的「瑪麗居禮科學營」（前身為居禮夫人化學營）實驗課程，強調綠色化學原則，使用輕便可攜式且可重複使用的器材、大量減少藥品劑量，避免產生難以處理的廢棄溶液。設計實驗探究式教學，包含1973年諾貝爾化學獎的代表性化合物、有機金屬化合物及鐵離子之電子轉移變化、散射現象、簡易測定裝置（積木和簡單電路元件）及定量分析原理，引導學生探究與人類文明發展相關的鐵系化合物，體驗綠色環保之實驗設計才是永續之道。 第七篇文章由江政剛作者介紹農藥殘留檢驗概念，以問題導向法設計教學流程，引導學生認識相關之新聞議題、基本知識、正當性與重要性、QuEChERS （Quick, Easy, Cheap, Effective, Rugged, and Safe）分析法原理及技術發展，透過PBL（Problem-Based Learning）思考和探索相關問題，理解農藥對環境和健康的影響至關重要，提升食品安全意識，認識綠色農業的永續發展目標。 結語 化學涵蓋日常應用之食衣住行育樂，廚房中的化學可能是大多數人的化學啟蒙，而本期文章的實作素材以食材居多（水果、豆腐、維生素等），並以食安相關的農藥殘留檢驗議題呼應之。水扮演化學反應最重要的溶劑，國小高年級課綱由探究水溶液的溶解度、酸鹼性、導電性開始，啟蒙酸鹼反應的學習；另一重要的氧化還原反應，則透過煙火、鐵化合物等具有鮮明顏色改變來引起國高中生的學習動機，顯示化學教學皆與真實問題息息相關，亦能融入對應的文化及在地特色。作者群皆具有豐富的化學研究與教育經驗，不吝分享教案、影片及實作經驗，致力於實驗設計中傳達綠色化學的永續理念—少廢棄物、低毒、節能、減量、安全及循環再利用。期待透過更多先進的教學分享，傳達給莘莘學子化學之美、探究之趣與永續之道! 參考文獻 王智弘（2019）。素養導向師資培育與課綱轉化─教育2030的觀點。臺灣教育評論月刊，8(12)， 32-37。 田孟心（2020年11月3日）。PISA考題搶先看》OECD教育主席：家長們經常想把一切都留在過去。天下雜誌。https://www.cw.com.tw/article/5102554 […]

理解日常的化學挑戰：探究真實問題之化學素養教育—國小自然科學領域的素養導向教學與評量：以水溶液酸鹼概念為例 陳文正1、陳健忠2,* 1花蓮縣光復鄉大興國民小學； 2,*宜蘭縣頭城鎮二城國民小學 *Email：s835062@tmail.ilc.edu.tw 前言 自113學年度起，國小自然科學領域已經全面實施108課綱的新課程，相較過去的九年一貫課程，新課綱有不少調整之處，有些將原本安排在國中階段的學習內容移到國小階段，例如：能量、粒子概念…等；有些則是將原本安排在國小高年級的學習內容調整至中年級，例如：聲音…等。其中，比較特別的是有些科學概念同時出現在國小階段的中高年級自然課本單元裡，本文探討的水溶液酸鹼概念就是屬於這一類的調整。過去，水溶液酸鹼概念只出現在國小高年級的課本單元，在108課綱實施後，水溶液酸鹼概念被安排在國小中高年級的不同單元裡，這樣的調整可能會讓國小自然老師感到疑惑，如果可以瞭解課程調整的原因及不同年段的水溶液酸鹼概念教學重點，應有助於國小自然老師的課室教學。本文主要在探討國小自然科學領域的水溶液酸鹼性單元之教學與評量，首先，分析新舊課綱在不同年段水溶液酸鹼概念的內容安排；接著，提出一個水溶液酸鹼概念的探究活動教學設計；最後，說明素養導向的水溶液酸鹼概念評量設計案例。 國小自然科學領域酸鹼概念相關單元的內容分析 一、國小中年級水溶液單元酸鹼概念的學習內容 過去的九年一貫課程的綱要中，安排國小中高年級的學生都要學習有關水溶液酸鹼的主題，其中，「自然與生活科技」學習領域教材內容細目的次主題226就是「酸、鹼、鹽」，這個次主題的學習內容包括「常見食物的酸鹼性/2a.能利用氣味、觸覺、味覺簡單區分常見食物的酸鹼性。」若以108課綱實施前一年的109學年度三個坊間常見書商(K版、H版、N版)編排的國小教科書來看，各版本都將水溶液的單元安排在三年級上學期，整理如表1所示。 從表1的內容來看，各版本設計的課本內容大致以「溶解、溶解量及影響溶解量的因素」等概念為主，過程技能皆著重「觀察、辨別、測量、記錄、比較」等能力，換言之，九年一貫課程綱要的教材細目僅安排學生做到「能透過氣味、觸覺、味覺簡單區分常見食物的酸鹼性」，然而相關的能力指標並未要求學生有關酸鹼的概念理解（教育部，2012），在此脈絡之下，教科書商在編輯國小中年級的自然課本時，有關酸鹼的概念學習，大多聚焦在使用嗅覺和味覺等感官來區分各種食物具有的不同酸鹼氣味和味道；在過程技能方面，則希望培養學生具備觀察、辨別、測量、記錄、比較等相關能力。值得注意的是，在九年一貫時期的國小中年級自然課本內容設計，並未涉及水溶液酸鹼的相關概念。 表1 九年一貫課程中年級水溶液單元學習內容一覽表 教科書 版本 K版 H版 N版 單元 名稱 廚房裡的科學 三上第四單元 溶解 三上第四單元 溶解 三上第四單元 活動 內容 活動一、廚房調味師 活動二、溶解量比一比 活動三、生活中的溶解應用 活動一、食鹽在水中溶解了 活動二、溶解高手 活動三、溶解的應用 活動一、溶解的現象 活動二、可以溶解的量 活動三、生活中溶解的例子 科學 概念 溶解、溶解量 影響溶解量的因素 溶解、溶解量 影響溶解量的因素 溶解、溶解量 影響溶解量的因素 過程 技能 觀察、辨別、測量、 記錄、比較 觀察、辨別、測量、 記錄、比較 觀察、辨別、測量、 記錄、比較 再來看108課綱的國小中年級學習內容，「水溶液酸鹼概念」安排在「交互作用」的次主題中，學習內容為「INe-Ⅱ-4常見食物的酸鹼性有時可利用氣味、觸覺、味覺簡單區分，花、菜葉會因接觸到酸鹼而改變顏色」，要求學生能利用嗅覺、觸覺、味覺簡單區分常見食物，例如：常見調味料的酸鹼性，並觀察以花卉、菜葉所萃取的汁液接觸酸鹼之變色，進而認識物質會因接觸不同的環境而改變。若以108課綱實施後的113學年度K版、H版及N版的國小教科書來看，各版本在中年級有關水溶液酸鹼的單元安排整理如表2所示。 以表2的內容所示，K版和N版仍維持九年一貫時期的設計，將水溶液酸鹼概念安排在三年級的學習單元，要求學生在該單元學習「辨別粉末、溶解、溶解量、水溶夜酸鹼及酸鹼指示劑的變化規則」等概念。有別於其他兩個版本，H版教科書則是將水溶液酸鹼概念單元安排在四年級，要求學生學習「交互作用、影響物質變化的因素、水溶夜酸鹼及酸鹼指示劑的變化規則」等概念。三個版本的單元活動設計，皆透過實作活動來培養學生「觀察、辨別、測量、記錄、比較及分類」等過程技能。值得一提的是，K版教科書在該單元的活動三，要求學生利用材料特性辨別材料的學習任務，讓學生針對未知粉末進行觀察及測試，再從粉末的顏色、氣味、味道、溶解性、溶解於水後的酸鹼等特性，推理並舉證說明未知粉末的種類，此學習任務著重於培養推理、論證的能力，相當符合108課綱自然科學領域綱要的學習表現內涵(教育部，2018）。 […]

理解日常的化學挑戰：探究真實問題之化學素養教育—國小「食物電池」全民科學週 教案設計與闖關實作 柯凱珮 花蓮縣北埔國小 Email: chchch68@gmail.com 前言 在國民小學自然科教學裡，檢驗水溶液性質是高年級學童踏入化學領域裡，基礎且重要的一步，其內容以觀察物質溶解現象、探討酸鹼性、自製天然指示劑及測試水溶液導電性為主。筆者在教學過程中經常延伸導電性的教學實驗，讓學童以易取得的食物中嘗試發電，並學習變因控制的科學方法。一方面滿足孩童喜歡動手操作的天性，另方面在十二年國教課綱自然科學探究與實作的趨勢裡，勢必從國小階段就開始培養孩子「發現問題而去尋求解答」的能力。 本教案設計是2021年第七屆「北花蓮全民科學週」參與教案甄選入選「國小組」最佳教案設計，主題為「餐桌上的科學」，由日常生活中最重要的「吃」談起，探究自然科學中許多與「食物」相關的現象，透過物理、化學、仿生、生活科技等跨領域的動手操作，理解食物在科學中蘊含的奧妙（仿生與環境實驗室，2024）。本教案結合並強調「動手做」與「趣味性」，同時融入教育部十二年國教課程綱要的學習內涵及表現指標，以實驗探究式教學啟發學童了解某些食物中含有導電物質的事實，引導學童從操作中認識化學電池的正負極，進而啟發學童對生活環境產生好奇心及觀察力（柯凱珮、沈敬堯， 2021）。 教學實施過程與成果 一、教學情境準備與引導 （一）以食物汁液為電解質 由於在課本裡已學過利用食鹽水、小蘇打水、糖水、醋等溶液，連接發光二極體並觀察是否發亮，在延伸學習的活動中，筆者讓學生思考：食物裡含有的汁液是否具備可導電的媒介？學生提出的食物種類五花八門，師生共同討論並慢慢聚焦，在容易取得的前提下，從健康課本裡提到的飲食金字塔來選擇我們的食物。最後，我們選擇了馬鈴薯(五穀根莖類)、紅蘿蔔(蔬菜類)、柑橘(水果類)、牛奶(奶蛋類)、醬油(油脂堅果類)等，亦可視實際狀況更換食物。 （二）兩種活性不同的金屬作為正負極 在情境引導的過程中，筆者播放均一教育平台影片「伏打電池」，約2分36秒，講述1800年義大利人伏特製作伏打電池的過程，並根據影片內容提出問題，引發學生思考正、負極金屬與電解液的關係： Q1：伏特利用何種物品作為正負極？ Q2：伏打電池的電解質溶液是哪一種液體？ 學童從影片中瞭解：化學電池是利用兩種活性不同的金屬作為正極(Cu)與負極(Zn)，它們之間還需要電解質；當兩種不同的金屬碰觸到電解質，形成氧化還原反應，產生電子轉移；化學電池即是將化學能轉換成電能的一種裝置。筆者請學生回溯中年級時利用電線、電池、燈泡接通電路的舊經驗，使用學生熟悉的學習內容、生活現象或實際經驗，減少認知負擔。 師生討論後，決定第一階段模擬伏打電池，以銅片及鋅片作為正負極，如果成功，第二階段就將正負極物質改成容易取得的「壹圓錢幣」(＋) 與鋁箔(－)。 圖1：器材準備 二、實驗操作流程 本實驗需組員分工合作，建議以異質能力分組為佳，教師可在黑板上畫電路圖進行講解，並指導各組學生按步驟操作： 圖2：教師手繪的電路圖 表1 第一階段：指導學生基本實驗之操作流程 (1)各組在桌上鋪好報紙。 (2)將電子時鐘的紅線接上正極物質，藍線接上負極物質。(本範例正極為Cu，負極為Zn)。   (3)另取一條電線，一端接銅片，一端接鋅片。 (4)組長至講台前切開食物，並依電路圖正確插上正負極物質與電線，觀察電子時鐘是否出現數字? 【補充說明】 能夠啟動電子時鐘所需之電壓為0.9V。 (照片中之儀器為數顯可調式電源供應器) 實驗結果：如果電子時鐘沒有亮，請學生檢查是否接錯或鬆脫現象，立即著手修正；如果順利成功，則進入第二階段，更換正負極再行測試： 表2 第二階段：指導學生更換正負極物質之操作流程 將原本的正極Cu改為壹圓硬幣，原本的負極Zn改為廚房鋁箔紙。 觀察電子時鐘是否出現數字? 學生在練習更換正負極物質之後，若能成功發電，第三階段教師可進階開放，讓學生使用不同食物搭配不同正負極物質來進行食物發電。教師提供市售粗筆心(石墨)作為正極物質，迴紋針作為負極物質。 表3 第三階段：學生自主探究不同食物的電解質之操作結果 【食物】紅蘿蔔 石墨(＋)，迴紋針(-) 【食物】地瓜 石墨(＋)，迴紋針(-) 【食物】牛奶 石墨(＋)，迴紋針(-) 三、學生紀錄與歸納 大部分的小學生對於「食物」有莫名的期待，而食物結合發電，更能引起學生高度興趣。筆者鼓勵學童在動手操作後，立即畫下或寫下操作過程，而食物電池很適合以畫圖方式重現實驗，如圖3及圖4： 圖3：學生手繪的檸檬電池(正極-壹圓硬幣，負極-鋁箔) 圖4：學生手繪的柑橘奇異果電池(正極-壹圓錢幣，負極-迴紋針)     從學童的繪畫中，筆者邀請孩子說說看：如何連接電線與壹圓錢幣？如何連接電線與迴紋針？如果壹圓錢幣與迴紋針碰在一起會發生什麼事？你們這組的食物電池讓電子時鐘亮多久？操作中你覺得最困難的是什麼？如果正負極不小心碰在一起，電子時鐘還會亮嗎? […]

理解日常的化學挑戰：探究真實問題之化學素養教育—國中「化腐朽為神奇」全民科學週 教案設計與闖關實作 劉曉倩 國立彰化高級中學 torrina01092002@yahoo.com.tw 前言 花蓮縣自2015年起開始舉辦「花蓮縣全民科學週」（2017年更名為北花蓮全民科學週)，以「探究式」、「動手做」、「教中學」及「合作學習」等多元方式，積極推動 K-12 學生的科學學習興趣，並在各校間產生迴響。科學週每年徵選主題教案，強調「知識性」、「動手做」與「創新與趣味」的實驗設計，同時結合教育部十二年國民基本教育課程綱要的學習能力及表現指標，將實驗室外的探究體驗融入正式課堂中。 2024年是「北花蓮全民科學週」邁入第十年，活動彙整了過去110 個教案及實驗示範影片，並於「全民FUN科學」平台上發布，為師生與民眾提供豐富的自主學習資源。國立東華大學北花蓮科普團隊由環境暨海洋學院楊悠娟教授領導，並邀請物理學系曾賢德教授與葉旺奇教授協助，聯合來自東華大學、花蓮縣內外的科普推廣夥伴，共同開發並推廣一系列探究實作活動（仿生與環境實驗室，2024)。 科學週闖關活動的設計，目的是引發學生對科學的好奇心，激勵他們親身參與並動手實驗，進一步將所學轉化為知識與能力。闖關活動的設計通常配合關主的教育程度、參與活動的對象、場地環境及闖關活動進行時間，而有所調整。闖關活動設計看似為課綱實驗的簡化，甚至有些像是科學遊戲，實際上只要參與過設計闖關活動的教師及學生就會知道要注意的細節很多！闖關活動時，夥伴的合作協調都需要經過多次的活動前溝通及實作才能培養好的默契。但是參與過後，無論是闖關活動的關主或者參與實際闖關的師生或科學同好者都會留下難忘的成長回憶。 本教案設計是2021年參與教案甄選入選「國中組」最佳教案設計，主題為「餐桌上的科學」，由日常生活中最重要的「吃」談起，探究食物在科學中蘊含的奧妙。內容以實驗探究式教學啟發學生理解電解質的定義，並引導學生從實作實驗認識強電解質與弱電解質的差異，進而從電解質影響豆漿等膠體溶液產生沉澱的現象，啟發參與者對週遭生活環境產生好奇心及敏銳的觀察力（劉曉倩、謝佶霖，2021)。 課程設計理念 教案設計源起於結合花蓮的自然環境與特色文化，讓學生了解如何製作豆腐，並體會花蓮水土與傳統技藝的重要性。花蓮的「好山好水」孕育出高品質的黃豆與潔淨的水源，這些都是豆腐製作的關鍵。豆腐不僅是健康的食品，還是一種能從嬰兒到老年人都享用的「沒有牙齒吃到沒有牙齒」的美味，具有廣闊的市場潛力。在這個教案設計中，學生將學習認識黃豆的成份與凝固劑的作用，並了解電解質對豆腐製作的影響，藉此傳承「做久就知」的傳統技藝背後的科學原理，讓豆腐製作不再只憑經驗，而是一門有科學可循的工藝學問。 課程設計內容 一、引導發現問題 （一）引導問題的提出 讓學生觀察不同凝聚劑（如石膏、鹽滷等）對豆腐質地的影響，並引導學生思考：為什麼不同凝聚劑會產生不同的效果？豆漿的物質性質（真溶液、膠體溶液、懸浮液）如何影響凝固過程？ （二）知識基礎的建立：解釋「真溶液」、「膠體溶液」、「懸浮液」三者的主要差別 １.真溶液：均勻分布且溶質粒子小於1nm，光線無法產生散射。 2.膠體溶液：溶質粒子大小在1-100nm之間，能散射光出現廷得耳效應。 3.懸浮液：溶質粒子1000nm以上，會容易產生沉澱。 製作豆腐的原料豆漿為一種膠體溶液，膠體溶液能維持粒徑在10-9～10-7公尺是因表面帶有相同電荷（如圖１所示），相同電荷造成斥力使其不會沉降。  圖１： 膠體粒子因表面帶有相同電荷，相同電荷造成斥力使其不會沉降 製作豆腐過程中加入硫酸鈣，豆漿膠體粒子表面之負電荷被鈣離子所中和電性，導致凝聚而形成豆腐花。 （三）引導學生探索膠體溶液中最易觀察的現象 1.廷得耳效應及粒子分散於溶液中而不會沉澱。 2.引導學生設計實驗來檢驗豆漿的膠體溶液特性，如透過光束照射觀察廷得耳效應。 二、教學活動設計 （一）引起動機 發下各類豆腐食品（如豆乾、豆腐花）與學生分享，詢問學生對於豆腐製成過程和原理的認識，進一步引發他們的興趣。例如，可詢問學生：「你們知道豆腐是怎麼從黃豆變成的嗎？」或者「你們覺得豆腐和豆乾有什麼不同？」簡單介紹豆腐的種類及製作的基本原料，包括黃豆磨成的豆漿，並介紹傳統凝固劑石膏（硫酸鈣、氯化鎂）的作用。說明豆漿在加入石膏後發生的化學反應及產生凝固的過程，並引導學生思考豆漿是否是一般的液體？其內部結構有什麼特別之處？ （二）實驗活動一：光線散射實驗 1.步驟 分發一杯糖水和一杯豆漿給每組學生，使用雷射筆分別照射糖水和豆漿，讓學生觀察兩者的現象差異。 2.觀察與討論 引導學生描述觀察的現象：糖水中的光線似乎直穿而過，而豆漿中的光線則被散射。詢問學生：為什麼會有這樣的差別？ 3.概念建構 解釋觀察的現象為廷得耳效應，這是一種膠體溶液特有的光散射現象。讓學生思考，根據這個實驗，豆漿屬於哪種類型的溶液？（答案：膠體溶液） （三）實驗活動二：豆漿凝固實驗 1.步驟 （1）提供五種溶液（飽和葡萄糖、氯化鈉、硫酸鋁、食醋、硫酸鈣）和20 mL熱豆漿給每組學生。 （2）讓學生分別將五種溶液加入豆漿中，攪拌均勻，靜置5分鐘以進行冷卻，觀察豆漿是否產生凝聚反應，如圖２所示。 2.觀察與記錄 學生觀察並記錄每一種溶液加入後的變化，如是否出現凝固現象或結塊情況。 圖2： 從豆漿沉降情形中推測，陽離子價數愈高者，豆漿沉降情形愈明顯 3.討論與概念建構 引導學生比較並討論，哪些溶液導致豆漿凝固為豆腐。引導學生發現只有某些溶液能引起豆漿的凝固，這與溶液中是否含有電解質有關。 4.引入電解質與非電解質概念 進一步解釋，只有電解質溶液（如硫酸鈣）能夠使豆漿中的蛋白質分子凝聚成豆腐花，非電解質（如葡萄糖）則無此作用。 5.總結與反思 透過實驗和討論，學生理解溶液類型、膠體特性以及電解質對豆漿凝固的影響。最後讓學生總結學到的知識，並思考豆腐製作的科學原理如何應用於其他食品製程？（教案設計如附錄）。 […]