2024年國際化學教育研討會之綜合觀察與省思： 凝視  省思  展望 熊召弟 國立臺北教育大學自然科學教育學系(退休教授) Email:hsiungct@gmail.com 前言 今年夏天，退休約十年的我，隨著國立臺北教育大學自然系周金城教授、林靜雯教授及四位博士生去參加泰國Pattaya(7/14-7/19)舉行的國際化學教育會議(International Conference on Chemistry Education, ICCE)，我沒有發表，只是隨行者、觀察者、學習者。 最初動機是因為從2019聖誕節之後因為COVID-19之故，許久沒搭飛機出國了，往日出國目的是參加國際研討會，每次的知性之旅讓我懷念，好巧得知在國北自然系念博士班的學生王秋雯老師告知系上教授要帶他們去Pattaya參加化學教育國際研討會，就這樣決定跟著去。到了機場，大甲高中的化學名師廖旭茂老師歸隊，形成了有活力的八人團隊。我跟著他們聽專家學者的演講，到夥伴們的發表場次加油喝采，團結就是力量，就像看板上我們的國旗置於醒目的中央，喜悅與激動心中不斷翻騰。 凝視 一、會議內容概覽 2024 ICCE的主題是「化學教育推進永續發展目標的威力」(The Power of Chemistry Education for Advancing SDGs), 共有8項論題: (1) 資訊教育及終身學習脈絡下的化學教育，(2) 重新設計化學實驗室教學，(3) 化學教育的創新科技，(4) 化學與科學師資教育以及進修專業發展，(5) 環境、社會永續的化學以及化學科學教育，(6) 政策、革新以及品質保證的化學教育，(7) 化學教育的倫理、多樣、平等及包容議題，(8)二十一世紀化學界的新興教育趨勢。除了有一般的發表形式外，特別有6個主題式的論壇(Symposium): (A) 微型化學(the 12th International Symposium on Microscale Chemistry)、(B)建模本位的教學及評量，(C) 能力本位的科學教育及永續發展挑戰，(D)促進化學安全與安保教育(safety and security)，(E) 教育與產業：永續化學的系統思考，(F) 綠色和永續化學課程。我們團隊主要是在微型化學以及建模本位的教學及評量的論壇分享相關的研究報告。 二、焦點報告 建模本位的教學及評量 這是以Symposium的型態發表，主要重點是透過建模本位的教學與評量(modeling-based instruction and assessment)促進學生的建模能力。首先由邱美虹教授及來自美國的Vicente Talanquer教授分別30分鐘做主題演講(Keynote)，接著有六篇論文發表，除了一位泰國學者，其它報告者是臺北教育大學的周金城教授、林靜雯教授以及三位博士生的發表。 […]

2024年國際化學教育研討會之綜合觀察與省思： 建模本位教學的創新與實踐：自然領域教學研究中心團隊在ICCE 2024的研究成果與展望 林靜雯 國立臺北教育大學自然科學教育學系 教授 國小自然領域教學研究中心 計畫共同主持人 jwlin@mail.ntue.edu.tw 前言 第27屆國際化學教育研討會（International Conference on Chemical Education 2024）於2024年7月15日至19日在泰國芭達雅舉行。本年度會議的主題為 “The Power of Chemistry Education for Advancing SDGs”，著眼於化學教育對實現永續發展目標的推動力。為配合這一主題，大會策劃了六個專題研討會（Symposium），分別是： 第12屆微型化學國際研討會（The 12th International Symposium on Microscale Chemistry, 12ISMC） 建模本位的教學與評量（Modeling-Based Instruction and Assessment for Chemistry Education） 連結能力本位的化學教育與永續發展挑戰（Connecting Competency-based Chemistry Education and the Challenge of Sustainable Development） 推動化學安全與安保教育（Advancing Chemical Safety and Security Education） […]

2024年國際化學教育研討會之綜合觀察與省思：27thICCE–微型化學研討會發表與工作坊 廖旭茂1, 2 1台中市立大甲高級中等學校 2教育部高中化學學科中心 nacl880626@gmail.com 前言 因緣際會，與前臺師大邱美虹；國立臺北教育大學所組成的教授與博士生團隊同行，參加在泰國舉行的國際化學教育研討會(27thICCE, 27th IUPAC International Conference on Chemistry Education)。研討會由A至F 六個討論會(symposium)所組成，註冊時我報名參加了symposium A國際微型化學研討會。在歡樂熱絡的氛圍下順利完成了題為：「The application and development of the micro-Hoffman Voltameter via digital technology」口頭報告，並意外地被邀請參加國際微型化學實驗大師雲集的Workshop，與大師們同台演出，4至5小時間裡讓與會的教育工作者體驗個人開發的微型霍夫曼電解器，並致贈分享從台灣帶去的相關教具模組，期間獲得相當多熱情的肯定與珍貴友誼。 研討會利用了空暇期間，參加了大會安排的桌遊體驗與實驗實作，並拿出自行開發的官能基爬爬樂桌遊、綠色電化學蝕刻與泰國的高中教師分享，增加彼此的互動與交流；僅藉由本文，依時序記錄下這趟旅程的驚與喜。 過程 一、出發前的準備工作 此次大會的主題為「以化學教育的力量推動永續發展目標」（Power of Chemistry Education for Advancing SDGs），目的在為世界各地的教育工作者、實踐者、教師、化學家和科學家提供一個與永續發展領域的先驅者和領導者相互交流的平台，大會議程遊A至F六個不同主題的研討會所組成， 分別如下： Symposium A: The 12th International Symposium on Microscale Chemistry (12ISMC) Symposium B: Modeling-Based instruction and assessment for […]

2024年國際化學教育研討會之綜合觀察與省思： 一場啟動教師熱誠的國際交流 王秋雯1, 2, 3 1桃園市永順國小 2桃園市國小自然領域輔導團 3國立台北教育大學  自然科學教育學系博士生 Email:starwen@yes.tyc.edu.tw 前言~無限學習的可能 現今全球科學教育都面臨嚴峻考驗與挑戰，台灣的科學教育也面臨著不斷變化的全球教育需求和技術進步的挑戰。身為資深國小自然教師及國教輔導團員，教學熱誠隨著今年七月中旬與教育界先進們參與國際化學教育研討會（ICCE，2024 Chemical Society of Thailand）而更盛，現場感受大家在研究領域與教學現場的各種發現不斷提升，與會期間不斷從各種面向思考現階段的自己面對AI風潮來臨不被淘汰之可能性，這次疫情過後，深深體認到灣國小科學教育無論對遠距教學或偏遠學校而言，發展學生以生活情境為主在家也能進行，減少實驗器材準備負荷並降低實驗廢材的「微型化學實驗活動」（microscale experiments）的必要，正是面對資源匱乏的地球永續環境「綠色化學」解方之一，是以藉由提取研討會中對於國小科學教師重要的啟示和建議，建模歷程、差異化教學與遊戲學習……等整理後野人獻曝，期望大家一起在國小科學教育領域豐盈。 國際交流中對國小科學課堂的反思與啟發 一、科學課堂裡的「微型化學」 在化學和生物實驗中使用極少量的化學物質或生物樣本進行的實驗。這種實驗方式不僅可以節省成本，還能增加安全性，並減少對環境的影響稱為「微型化學（microscale experiments），研討會中，Siew Lee Tengy（2024）提到來自新加坡教師學院及教學與學習卓越中心（CTLE）托管學校的教師合作設計和進行校內專業學習課程時也採用微型化學教學法，微型化學簡化實驗，讓許多學生可以利用家庭中原有工具直接操作，降低科學跟學生的距離，例如：以往在學校通常都需要試管、燒杯、滴管才能進行酸鹼實驗，學者在研討會的工作坊利用一般常見的滴眼瓶（見圖1），在圖畫紙上將酸鹼指示劑滴在魚鱗上，再將生活中不同的酸鹼水溶液滴到桌上已滴了指示劑的魚，於是，紙上的魚鱗將因學生滴上不同水溶液產生五彩繽紛的酸鹼變化效果，節省材料又結合藝術領域，結合藝術與自然科學，微型化學跨科學習效果較原來實驗室的科學演示更好。 圖1：研討會工作坊微型化學展示酸鹼指示劑在紙上產生的變化 二、深層思考~建模歷程的重要 108課綱重視探究教學，如果國小化學教育能提醒由觀察現象或變化開始，使用開放式問題與內容銜接發展學生的心智模型，並利用類比和模型教學可以有效地幫助學生改善和深化對科學概念的理解，對於促進學生的創造思維和科學推理能力具有重要的實際意義，本次研討會針對建模（Modeling）開設專題研討場次，各地學者分享關於建模的學術研究成果，Potisak ＆ Chatree （2024）利用類比建模策略，先用顯微變化影片吸引了學生的注意後，用化學鍵與愛情的隱喻幫助學生理解顯微變化 三、重視差異化與遊戲學習提升學生興趣 現階段的數位科技發達，除了協助教師備課，還能根據學生意願、能力和個人學習概況進行「差異化的學習」（Ivana et al., 2024），未來臺灣國小科學教育為了貼近真實情境並促進學生的深度思考，引入AI（Artificial Intelligence）是趨勢也是必然方向，在不讓學生依賴AI直接產生解答的前提，藉由將AI視為學伴，協助教師發展差異化學習的可能。研討會中也有學者利用較傳統教學更具有優勢之棋盤遊戲（Board games）（Suttida ＆ Witawas, 2024）、視覺表徵的漫畫適合非科學專業學生（Potisak ＆ Chatree, 2024），或是像巴西學者整合動畫和增強/虛擬現實來教化學反應以提升學生對科學學習的興趣（Wilton et al., 2024）。 四、PBL中的創造性思維與社會性科學議題(SSI)融入教學 創造性思維技巧是形成學生智能中非常重要的高級思維技巧之一，PBL（Project-based learning）學習是一種可以應用於提升學生創造性思維技巧的學習模型（Ivana et al., 2024），學者利用系統性回顧文獻，找出創造性思維與PBL的顯著關係，提醒國小科學課堂應該要善加利用PBL（Project-based learning）課程訓練學生相關創造力思維技巧，PBL課程也可以透過社會性科學議題（SSI，Socio-scientific Issues）課程將現實世界問題與科學概念結合，促進批判性思維、社會意識和決策能力。Luu Gia Hy（2024）綜合了融合SSI的教學理由，強調其在促進永續發展中的作用，還提供了一個與化學教育目標相關的SSI主題策劃清單，包括污染控制、永續能源、化學安全和綠色化學倡議。 […]

2024年國際化學教育研討會之綜合觀察與省思： 第27屆IUPAC國際化學教育研討會之化學品的安全與安保論壇簡介 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 國際純化學和應用化學聯合會（IUPAC）下的化學教育委員會國際化學教育研討會是兩年一次的全球性重要化學教育研討會，第27屆IUPAC國際化學教育研討會（2024 ICCE）將於2024年7月15日至19日在泰國芭堤雅舉行。這場會議由IUPAC的化學教育委員會主辦，旨在促進化學教育領域的發展與交流。參與者包括來自世界各地的化學教育工作者、研究者以及政策制定者，共同探討化學教育的最新趨勢、挑戰和創新。 2024ICCE議程的八個主題 本屆會議的八大主題涵蓋非正式教育、化學實驗室教學的重新設計、創新技術的應用、教師教育與專業發展、化學教育政策與改革、環境與社會可持續性、化學教育中的倫理與包容性等。本屆2024ICCE的主要議程包括以下八個關鍵主題，分別說明如下: 非正式教育和終身學習中的化學教育(Chemistry Education in Informal Education and Life-long Learning Context)：這一主題探索了如何在學校教育之外的環境中（如博物館和科學中心）提供化學教育機會，以及如何促進終身學習。討論將涉及如何設計吸引人的化學教育活動，並支持成年人和職業人士持續學習和技能提升。 重新設計化學實驗室教學(Redesigning Chemistry Laboratory Teaching)：重點在於如何利用現代技術和創新方法改進化學實驗室的教學效果。議題包括如何整合虛擬實驗和數位工具，以提升實驗教學的實踐性和學生的參與感。 創新技術在化學教育中的應用(Innovative technology for chemistry education)：探討數位工具、虛擬實境、擴增現實和人工智能等新興技術如何變革化學教育，提升學習體驗並支持個性化學習策略。 化學及科學教師教育與持續專業發展(Chemistry and Science Teacher Education and Continuous Professional Development)：專注於化學和科學教師的專業發展，討論如何提高教師的教學能力，提供持續專業發展機會，以及如何適應教育變革的挑戰。 環境與社會可持續性中的化學教育(Chemistry and Chemical Science Education for Environmental and Social Sustainability)：討論如何在化學教育中融入環境和社會可持續性的概念，推動綠色化學和資源循環利用，並提高學生對全球可持續發展目標的認識和理解。 化學教育政策、改革和品質保證(Policy, Reform, and Quality Assurance in Chemistry Education)：分析和探討如何通過政策改革和質量保證來改進化學教育體系。議題包括教育政策的制定、課程標準和評估方法的改進。 […]

2024年國際化學教育研討會之綜合觀察與省思：ICCE 2024專題報告與見聞分享 文爾雅 國立臺北教育大學自然科學教育學系 博士班學生 桃園市中山國小教師     enwen2021@gmail.com 前言 ICCE（International Conference on Chemical Education）國際化學教育會議是化學教育領域中，非常具有歷史性、代表性與重要性的國際研討會，該會議每兩年舉辦一次，今年是第27屆在泰國芭達雅舉行。個人是在指導教授盧玉玲教授的鼓勵下，有幸與本校國立臺北教育大學周金成教授與林靜雯教授率領的博士生團隊，一行共8位師生浩浩蕩蕩遠赴泰國與會。雖然過去個人也曾經參與過在台灣所舉辦的國際研討會，但是出國參與國際會議，尤其是在ICCE這類大型國際學術會議中，進行口頭發表，還是生平第一次，也是一次非常難得的寶貴經驗，對博士班學生而言確是一個很好的學術研究訓練。 27th ICCE 主題 ICCE致力於關注化學教育的教學、課程、科技、教師專業與永續性等議題，全球參與的學者相當踴躍，規模盛大，台灣也有相關領域的學者經常參與。會議形式除了一般常見的口頭和海報發表之外，最特別的是可以看到化學實驗的操作與展示，各種不同的實驗攤位提供參與者進行各種有趣的化學實驗，非常吸睛。這次隨行的大甲高中廖旭茂老師，他所設計的微型霍夫曼電解器和綠色化學實刻模組究非常有趣，吸引不少學者的興趣。 本屆會議主題 The Power of Chemistry     Education for Advancing SDGs，主題之下有研討會和專案報告，各組內容非常豐富，例如專案報告有六組，分別是:非正式教育和終身學習背景下的化學教育(Chemistry Education in Informal Education and Life-long Learning Context)、重新設計化學實驗教學(Redesigning Chemistry Laboratory Teaching)、化學教育創新技術(Innovative technology for chemistry education)、化學和科學教師教育和持續專業發展(Chemistry and Science Teacher Education and Continuous Professional Development)、環境和社會可持續發展的化學和化學科學教育(Chemistry and Chemical Science Education […]

新課綱粒子觀點教學的挑戰：教科書如何引導國小學童認識粒子概念 盧秀琴 國立臺北教育大學 luchowch@tea.ntue.edu.tw 中年級引導學童認識空氣和水，溫度影響水的三態 一、空氣和水 為了引導國小學童認識粒子概念，十二年國民基本教育課程綱要，自然科學領域課程手冊提出國小中年級的學習內容，包含：INa-Ⅱ-2在地球上，物質具有重量，佔有體積。INa-Ⅱ-4物質的形態會因溫度的不同而改變。INc-Ⅱ-5水和空氣可以傳送動力讓物體移動。INc-Ⅱ-6水有三態變化及毛細現象。學習表現包含：pe-Ⅱ-2能正確安全操作適合學習階段的物品、器材儀器、科技設備及資源並能觀察和記錄。pc-Ⅱ-2能利用簡單形式的口語、文字或圖畫等，表達探究之過程、發現。tc-Ⅱ-1能簡單分辨或分類所觀察到的自然科學現象。tm-Ⅱ-1能經由觀察自然界現象之間的關係，理解簡單的概念模型，進而與其生活經驗連結（教育部，2019）。 因應108新課綱的需求，教科書編輯先讓國小學童認識「空氣和水」，從大概念入手。即透過操作與觀察，了解空氣雖然看不見，卻充滿在我們的四周；例如：把紙團塞入透明杯底，然後杯口朝下直直壓入水中，觀察到紙團沒有濕掉，是因為杯子裡充滿了空氣，證明空氣佔有空間。然後在微量天平的兩邊各放置「未吹氣的氣球」和「裝滿空氣的氣球」，發現微量天平的桿子會往「裝滿空氣的氣球」傾斜，證明空氣佔有重量。之後，國小學童操作實驗，將水和空氣各自裝入各種形狀的容器中，發現水和空氣都沒有固定的形狀，才能充滿在各種形狀的容器中。最後，引導國小學童利用「空氣的力量或水的力量」來移動自製的玩具，了解「空氣和水」皆可以傳送動力，使物體移動（南一書局、康軒文教事業、翰林出版事業，2021）。 二、蒸發、凝結、凝固、融化 在進階的單元中，引導國小學童探討「溫度影響水的三態變化」，先從自然界的現象著眼，觀察水的蒸發與凝結，例如：學童觀察桌面上的水漬在一段時間就不見了，是因為水變成水蒸氣散佈在空氣中，稱為蒸發，但我們肉眼看不見水蒸氣。引導學童觀察日常生活「水的蒸發」，例子有：曬乾衣服、吹乾頭髮…等。其次，在煮開水的過程中，發現水煮沸了會冒白煙，白煙是怎麼產生的？引導學童操作實驗觀察，利用塑膠袋收集白煙，結果發現白煙是水蒸氣遇冷凝結成小水滴，我們雖然看不見水蒸氣，但水蒸氣凝結成小水滴時，我們就能看見了。國小學童隨著做實驗，探討「冰品容器」外側的小水滴是怎麼形成的？最終能歸納空氣中的水蒸氣遇冷或碰到較冷的物品就會變成小水滴，這個現象稱為凝結（南一書局、康軒文教事業、翰林出版事業，2022）。 為了讓國小學童認識水的凝固和融化，引導國小學童操作實驗製作冰棒，發現水遇冷降到攝氏零度以下會變成冰的現象，稱為凝固；並初步觀察自然界水凝固的現象，例如：下雪、結霜、下冰雹、結冰柱。接著，引導國小學童操作實驗，觀察放在盤子裡的冰塊，放在空氣中會越變越小，然後盤子中產生越來越多的水，進而瞭解到冰遇熱會變成水的現象，稱為融化。最後，國小學童學習到的科學概念模型為「水的形態會因溫度的不同而改變」，即冰（固態）遇熱融化成水（液態），水遇熱蒸發成水蒸氣（氣態）；反過來水蒸氣（氣態）遇冷凝結成水（液態），水遇冷凝固成冰（固態）。在整個學習過程中，很重要的科學技能就是教導國小學童如何正確的使用溫度計來測量溫度（南一書局、康軒文教事業、翰林出版事業，2022）。 三、毛細現象 中年級「水的移動」單元，學童在自然界的觀察，看見水的移動方向大多是由高處往低處流動，例如：瀑布、下雨，但也觀察到水會沿著縫隙中移動，這時水的移動方向就可能由低處往高處爬，例如：溫度計中的紅色酒精。引導國小學童操作實驗，發現當縫隙越小時，水的移動爬升越高。因此，國小學童能定義水可以在縫隙中移動的現象稱為毛細現象，並說出日常生活中如何應用毛細現象，例如：寫毛筆字、使用擴香棒、…等（南一書局、康軒文教事業、翰林出版事業，2022）。 高年級引導學童認識植物體內水的運輸、空氣組成、天氣變化 一、植物體內水的運輸 引導國小學童進一步認識粒子概念，十二年國民基本教育課程綱要，自然科學領域課程手冊提出國小高年級的學習內容，包含：INa-Ⅲ-1物質是由微小的粒子所組成，而且粒子不斷的運動；其學習內容說明為：可透過模型或動畫模擬，了解粒子會不斷的運動。水的三態變化也可以用粒子運動的模型來理解和解釋。INa-Ⅲ-4空氣由各種不同氣體所組成，空氣具有熱脹冷縮的性質。氣體無一定的形狀與體積。INb-Ⅲ-7植物各部位的構造和所具有的功能有關。INd-Ⅲ-11氣溫下降時水氣凝結為雲和霧或凝華為霜、雪。學習表現包含：tm-Ⅲ-1能經由提問、觀察及實驗等歷程，探索自然界現象之間的關係，建立簡單的概念模型，並理解到有不同模型的存在。pe-Ⅲ-2能正確安全操作適合學習階段的物品、器材儀器、科技設備及資源。能進行客觀的質性觀察或數值量測並詳實記錄。pc-Ⅲ-2能利用簡單形式的口語、文字、影像、繪圖或實物、科學名詞、數學公式、模型等，表達探究之過程、發現（教育部，2019）。 接續毛細現象，在高年級「植物世界」單元中，觀察植物體內水的運輸，引導國小學童實驗發現植物澆水後，植物吸收水分後會由根輸送到莖，再輸送到葉，因為植物體內有微細的管子稱為導管，縫隙非常小，水分子可以藉著毛細現象將水分傳送到植物身體的各部位，並呈現「水分子手牽著手在導管中往上爬」的圖片；最後，水分由葉子的氣孔以水蒸氣的形態蒸散到空氣中，成為蒸散作用，科學技能是教導國小學童正確使用顯微鏡觀察葉子的氣孔構造（南一書局、康軒文教事業、翰林出版事業，2023）。 二、空氣的組成 高年級「認識空氣」單元中，觀察到空氣看不見也摸不著，引導國小學童蒐集資料，了解空氣組成主要含有氮氣、氧氣、氬氣、二氧化碳。接著，引導國小學童探究實驗，發現燃燒需要空氣，證明助燃物為氧氣，氧氣也能提供生物呼吸；二氧化碳會使點燃的線香熄滅，沒有助燃的特性，因此可以製成滅火器。最後，引導國小學童操作實驗，將金針菇加入雙氧水製造氧氣；將醋加入小蘇打製造二氧化碳，二氧化碳會使澄清的石灰水變混濁（南一書局、康軒文教事業、翰林出版事業，2023）。 在空氣和人類的關係中，引導學童了解空氣雖然看不見也摸不著，但其中的氧氣就是氧分子，會和鐵製品緩慢作用而生鏽，潮濕環境和酸性環境會加速鐵的生鏽。在我們的日常生活中，含碳的物質燃燒會產生二氧化碳，二氧化碳也是一種分子，屬於一種溫室氣體，如果人類大量燃燒化石燃料（例如：汽油、煤炭）就會產生過多的溫室氣體，加劇全球暖化；我們要多種樹木，當植物行光合作用時，除了製造氧氣外，還能將二氧化碳轉化成有機物質儲存在植物體內，稱為固碳作用（南一書局、康軒文教事業、翰林出版事業，2023）。 三、天氣變化 高年級「多樣的天氣變化」單元中，首先引導國小學童觀察雲、霧、雨、雪、露、霜和冰雹，說明水受到溫度的影響會改變形態，自然界的水有氣態（水蒸氣）、液態（雨、露、雲、霧）和固態（雪、霜和冰雹）。並以小知識介紹空氣中的水蒸氣是由肉眼看不見的微小粒子所組成的，而且會不斷的運動，當水蒸氣冷卻凝結為小水滴時，空氣中必須有微小的顆粒供水蒸氣附著，這些微小的顆粒稱為「凝結核」（南一書局、康軒文教事業、翰林出版事業，2024）。 接著，引導國小學童認識水蒸氣遇冷附著在灰塵或微小顆粒會凝結成小水滴或冰晶，若飄浮在空中就稱之為雲、若飄浮在地面附近就稱之為霧。當雲中的小水滴或冰晶變得又大又重，向地面墜落，就是下「雨」；當溫度低於0℃時，水蒸氣直接凝華成冰晶，變成雪花形狀，向地面墜落沒有融化，就是下「雪」，冰晶屬六方晶系，故雪花為六角形對稱結構。氣溫較低時，空氣中的水蒸氣附著在物體表面，凝結成小水滴，則稱為「露」；氣溫低於0℃時，空氣中的水蒸氣直接凝華成冰晶，附著在物體表面，稱為「霜」。晚春或初夏流雲層強烈，隨雷雨落下的球狀或不規則的冰塊，稱為「冰雹」。然後，使用粒子運動的模型提出水的三態變化（見圖1）說明，水在不同壓力和溫度下，會呈現固態、液態和氣態，稱為水的三態。固態的冰，粒子排列整齊，不會任意移動，有固定的形狀；液態的水，粒子排列較鬆散，可以自由移動，形狀會隨容器改變；氣態的水蒸氣，粒子運動得更劇烈，彼此距離變得很大（南一書局、康軒文教事業、翰林出版事業，2024）。 圖1：水的三態變化粒子模型 （資料來源：南一書局，2024）     此單元的科學技能是引導國小學童操作實驗，觀察水蒸氣的凝結和凝華現象。凝結實驗：在錐形瓶中裝熱水，加入點燃線香的煙當作凝結核，再將裝有冰塊水的塑膠袋覆蓋在錐形瓶上方以降低溫度，一段時間後可以在錐形瓶口看見白煙狀雲的形成。另外，在杯子中倒入加冰塊的冷水，觀察杯壁的外側慢慢形成小水珠，即水蒸氣凝結成露。凝華實驗：在杯子中倒入冰塊水，再加入50克食鹽緩慢攪拌以降低溫度到攝氏0度以下，一段時間後觀察杯壁外側慢慢形成冰晶，即水蒸氣直接凝華成霜，並觀察冰箱冷凍庫的霜作為對照（南一書局、康軒文教事業、翰林出版事業，2024）。 結語 教科書引導國小學童認識粒子概念，從大概念入手，中年級引導學童認識空氣雖然看不見也摸不著，卻充滿在我們的四周，具有體積和重量，但沒有固定的形狀；到高年級認識空氣中有氧分子和二氧化碳分子，各具有不同的特性。其次，中年級引導學童認識水會因溫度不同而改變形態，了解水的蒸發、凝結、凝固、融化之定義，並知道水蒸氣是看不見的；到高年級觀察水分子在植物體內的導管中往上或橫向運輸，並了解自然界的雲、霧、雨、雪、露、霜和冰雹，是水受到溫度和壓力的影響而改變形態。最後，透過繪圖模擬，了解水分子（粒子）會不斷的運動，固態的冰，粒子排列整齊，有固定的形狀；液態的水，粒子排列鬆散，可自由移動；氣態的水蒸氣，粒子運動更劇烈，彼此距離變大。 參考文獻 南一書局（2021）。國民小學自然科學3上。臺南市：南一書局。 南一書局（2022）。國民小學自然科學3下，4上。臺南市：南一書局。 南一書局（2023）。國民小學自然科學4下，5上。臺南市：南一書局。 南一書局（2024）。國民小學自然科學5下，6上。臺南市：南一書局。 教育部（2019）。十二年國民基本教育課程綱要– 自然科學領域課程手冊。臺北市：教育部。 康軒文教事業（2021）。國民小學自然科學3上。新北市： 康軒文教事業。 康軒文教事業（2022）。國民小學自然科學3下，4上。新北市： 康軒文教事業。 康軒文教事業（2023）。國民小學自然科學4下，5上。新北市： 康軒文教事業。 康軒文教事業（2024）。國民小學自然科學5下，6上。新北市： 康軒文教事業。 翰林出版事業（2021）。國民小學自然科學3上。臺南市：翰林出版事業。 翰林出版事業（2022）。國民小學自然科學3下，4上。臺南市：翰林出版事業。 翰林出版事業（2023）。國民小學自然科學4下，5上。臺南市：翰林出版事業。 翰林出版事業（2024）。國民小學自然科學5下，6上。臺南市：翰林出版事業。

系統思考在化學教育上的應用 趙奕姼 中央研究院化學所（兼任研究員） chao@gate.sinica.edu.tw   n  前言 大家自小都聽過「食物鏈」這個名詞，知道大自然是一個環環相扣的綿密網絡，但是知道複雜系統網絡的存在，不等同具備能夠沙盤推演其動態發展的分析/整合能力。因著絕大部分的人沒有這樣的推演能力，近代人類無意識地放任食物鏈與生物多樣性的崩壞，直到人類本身的生活受到威脅。目前人類有諸多全球性的危機需要處理，從氣候變遷問題的紓解到社會政治體系的運作，無一不受制於人民普遍缺乏看見全局以及沙盤推演的能力。另一方面，被寄予厚望創造人類美好生活的科技發展，常常伴隨著「新的解方帶來棘手問題」的困境，表示科學家或是工程師，不能置外於大自然或是人文社會體系，僅思考局部的科學問題、而不看到更大的面向。我們需要慎思明辨、有分析整合能力、看到全局的國民素養。「系統思考（Systems Thinking）」著重於分析系統成份、成份間的相互動態，並整合性地瞭解系統功能，或是系統與系統間的連動，正是建立此種素養的工具，可以消除專業分工下盛行的「見樹不見林」或是「頭痛醫頭、腳痛醫腳」的沈痾，讓人類可以更好地迎向各類挑戰。 在組織改造的書籍以及108課綱中，都可以看到系統思考的身影。事實上，在化學教育上系統思考更是重要的一環，因為在聯合國17項發展目標（Sustainable Development Goals）或是9大地球限度（Planetary Boundaries）點出的許多複雜系統中，化學都扮演了關鍵的角色。近年來備受重視的綠色/永續化學，或是產品生命週期分析，本質上都屬於系統思考的範疇。2015、2016年四位跨國的學者在期刊Nature Chemistry以「The Role of Chemistry in Inventing a Sustainable Future」以及「One-World Chemistry and Systems Thinking」為題，疾呼化學和系統思考在永續方面的重要性（Matlin et al., 2015; Matlin et al., 2016）。2017年開始，來自各方的學界志工們在IUPAC推出計畫，展開將系統思考融入化學教育的努力，並於2019年12月在期刊Journal of Chemical Education發表專刊「Reimagining Chemistry Education: Systems Thinking, and Green and Sustainable Chemistry」（Mahaffy et al., 2019）。當2021年化學會希望將系統思考推廣至臺灣化學界時，因化學會教育委員會主委邱美虹教授長期在IUPAC付出，化學會有幸邀請到IUPAC計畫主持人Peter Mahaffy教授以及他的合作夥伴Seamus Delaney博士於2022年1月15日以及2月12日在線上主持「以系統思考串起化學教育與永續議題」工作坊，與會者皆受惠良多，本次撰寫專題文章的幾位臺灣教師，都是該工作坊的學員。老師們在百忙之中對於本次專題文章用心付出，他們閱讀的文獻與提供的內容，皆超越了工作坊的範疇，做了不同的應用，或是更深入抑或更廣泛的探討，令人十分感佩！ n  本期專題文章簡介     邱美虹教授在本期第一篇文章「系統思考在化學教育上的挑戰與契機」中，對於系統思考的歷史、定義、內容做了簡短並適合化學領域的入門介紹，並揭示目前教育現場以及地球環境的現狀與挑戰。此篇藉著許多國內外實例來說明這些挑戰可以帶來的契機與多面向的影響力，例如提升師生的素養、促進跨領域學習，以及提高對於永續發展的使命感等。這些實例相信可以引發教師們設計與分享更多的課程。     […]

系統思考在化學教育上的挑戰與契機：「見樹又見林」取向的化學教育 邱美虹 國立臺灣師範大學(名譽教授) mhchiu@gapps.ntnu.edu.tw   n   前言 烏卡（VUCA）時代的來臨，使得全球、地區、國家、社會以至於到個人都必須要正視VUCA帶來的意義與衝擊，而何謂VUCA呢？所謂VUCA是Volatility（易變性）、Uncertainty（不確定性）、Complexity（複雜性）、Ambiguity（模糊性）的縮寫，早期是軍事上用語，如今面對各種變化瞬息的極端氣候、糧食短缺、健康與醫療等問題，正與VUCA的觀點不謀而合，充滿未知與不穩定性。根據2023年世界經濟論壇（World Economic Forum, 2023）對來自全世界27個業界團體和45個經濟體的803個公司所做的調查顯示，未來就業需要的人才分析和創造力分別排名第一和第二，而與永續和環境相關的工作在100個快速成長的職業中排名第七，這些變化的訊息在教育上如何透過不同的思考、策略與作法，而讓下一代能具備應有的能力與態度來面對VUCA時代的到來，是本文作者擬透過對系統思考的討論提出一點建議。 n  系統思考 系統思考（Systems thinking）並不是一個新概念，在企業界早已使用這樣的概念對組織進行強化與改造（如Senge, 1990），但是在化學教育上受到積極的推動與重視，可能是約近10年的事（如Holme, 2020; Matlin et al., 2016; Mahaffy et al., 2018）。2019年美國化學會的化學教育（Journal of Chemical Education）期刊，還以系統思考為專刊主題刊登相關論文，積極推動系統思考在化學教育上的應用，以彰顯其未來影響化學教學與學習的潛力。 何謂系統思考呢？不同學者對系統思考有不同的定義，最早被記載系統思考一詞的是物理學家Philipp Frank在1938年出版的一本名為「Interpretations and Misinterpretations of Modern Physics」書中使用的（Cabrera, 2021），在書中Frank認為整體論（holism）、系統思考或是完形概念（gestalt conception）都是模擬兩可的，但物理學卻受到系統思考和系統理論影響甚鉅。不過Cabrera特別指出，雖然Frank這位物理學家提出系統思考一詞，但並不意味他是第一位深入討論系統思考的學者，且Cabrera對Google記載「系統思考」由該領域大師Jay Forrester所命名的陳述頗不以為然。姑且不論誰先提出系統思考一詞，根據文獻顯示，系統思考有多種定義，譬如Meadows（2008）認為系統思考包含三個要素，分別是目的（或功能/目標）、系統思考的特徵要素，以及特徵間的相互關係。Jaradat等人（2014, 2015）分析超過1000篇與系統有關的文獻後指出，所有複雜系統，不論是自然系統或是人造系統，在不同程度上皆表現出七種屬性：關聯性（interconnectivity）、整合性（integration）、演化的發展（evolutionary development）、突現（emergence）、複雜性（complexity）、不確定性（uncertainty）和模糊性（ambiguity）。Chiu等人（2019）則提出系統思考包含（1）系統結構、（2）複雜行為、（3）不同尺度的系統、和（4）將化學與社會和科技結合。國際純粹暨應用化學聯合會（International Union of Pure and Applied Chemistry, IUPAC）的系統思考專案（計畫名稱：Systems Thinking in Chemistry for Sustainability：Toward 2030 and Beyond（STCE […]

大學普通化學實驗室規劃與實驗課程內容介紹 1李賢哲2陳皇州 國立屏東大學應用化學系 1sjlee@mail.nptu.edu.tw、2kelvin@mail.nptu.edu.tw ■ 前言 我們本期(51)台灣化學教育能順利付梓，客座主編與副主編謹此對其中六篇的執筆同仁，致上萬分的感謝與敬佩。當前高等教育面臨的少子化與當代應用科學的發展，更顯得加入化學領域的舉足輕重，而本期內容在編輯委員會指導下，規劃國內大專校院普通化學實驗之規劃與內容特色介紹。撰稿師長更於百忙之中，就其提供高中學子初跨入高等教育學府，即將親身體驗之普通化學實驗內容與實施，對鼓勵與激發後起之秀進入化學各專長領域的研讀，實有拋磚引玉的舉足輕重功效!一般言之，普通化學實驗涵蓋後續有機、無機、物化、分析和生化等相關領域，對於同學的化學領域專研，扮演密不可分之關係，期待這六所國內大學化學師長之呈現圖文並茂，能提供學子對化學領域初步的瞭解，以能激發更多的學子加入化學領域的大家庭，並同時對國內人民扮演著提高化學素養之重要功效，而化學素養之提升也表國力的提升，讓台灣後續的科學發展能於世界舞台上發光發熱! ■  本期專題文章簡介 本期專題的第一篇介紹是由國立高雄大學應用化學系李頂瑜主任執筆，其中從普通化學實驗課程(普化實驗)的價值認知切入強調其重要性(ACS Public Policy Statement 2020-2023)、文章涵蓋高雄大學普化實驗之目標期望、實施方法、與未來精進之策略，尤其實施方法分為課前預備、實驗紀錄與課後反思等項目之報告撰擬，實驗課程中訓練學生試著調控操作變因，以收其應變與引發學生好奇和相關原理之引述，增進所有修習普化實驗的學子對於原理與應用有更佳的學習成效。除此，高雄大學應化系正籌劃綠色化學與永續發展的概念融入普化實驗具體執行，而普化實驗與自動化、AI結合的構想也是規劃方向之一，值得大家期待。 本期專題第二篇文章，由高雄醫學大學醫藥暨應用化學系李建宏與陳慧芬教授撰擬，揭櫫其實驗課程為使與必修學科間有更好的鏈結，並強化實驗內容的完整性。已與原普化實驗刪減濃縮後，結合分析化學的檢驗、定量概念，整併入化學實驗一，重整過後的實驗內容配合新制大一學生普通化學的進度；大一下的普化實驗課程調整為分析及有機基礎實驗技能設計，將基礎分析實驗與有機純化技巧訓練規劃為化學實驗二，例如該學系在大一下學期阿斯匹靈的製備實驗中帶入銅錯合物的製備，呈現生物體內存有一些微量金屬，這些微量金屬與體內生物分子結合形成錯合物，於生物代謝和醫藥上扮演著舉足輕重的角色。進入大二階段以整學年進行有機化學技能訓練，與學生連結技能及知識應用於進階的實驗課程，以更瞭解化學合成的流程，為進入系所教師的研究領域實驗室專研作準備持續精進。 本期專題第三篇文章是由中原大學化學系陳志德教授與莊敬主任執筆，鑒於該系對學生化學專業之訓練涵蓋大學至研究所博士班，故僅以學士班簡述，揭櫫對化學教育之目標，其普通化學實驗課程採每班三十位同學以下進行，選擇重要且與一般生活息息相關之題材，同時對應長年來同學反應高中端化學教育於實驗學習方面較匱乏之內容，以為普化實驗設計一般基礎化學實驗操作技巧與各類器材之操作方法，於動手學習瞭解相關化學原理，協助學生培養實驗操作基礎與觀察技巧，以嘗試解決問題的思考方向等，並引入化學合成與鑑定的基本技巧，奠定同學們之後銜接之有機/分析/物化/材料實驗所需的基礎實驗能力。 本期專刊第四篇文章，由國立彰化師範大學化學系楊水平教授撰稿分享，該系普通化學實驗室提供普通化學實驗、化學科教材教法、化學科教學實習及自然科學領域探究與實作專題等科目的教學場所，聚焦之普通化學教材內容以基礎的分析化學、物理化學及無機化學為主，且輔以入門觀念的有機化學、生物化學及核化學相關學理。所有上課教材以數位存放在該校「雲端學院」網站之「普通化學實驗」課程，而其教材來源，分別國內外各大學化學實驗網站、國內外期刊網站和自編教材。例如參考JCE(2021)進行模擬疫情期間在家進行酸鹼滴定實驗頗具當代之意涵，其滴定操作以重量分析的酸鹼滴定法（gravimetric titration method）規劃，以食用醋或食品級檸檬酸溶液家用品作為酸鹼滴定劑，測定胃乳液中氫氧化鎂的含量，而以天然資源提取的食用色素作終點判定的指示劑，可為受疫情肆虐中的化學學習，開啟一扇窗。 本期專刊第五篇由東海大學化學系楊俊豪與賴英煌主任撰擬，鑒於該校理學院、工學院、農學院及國際學院等所屬八個學系安排普通化學實驗，上下學期合計開授19門。該系支援所有普通化學實驗的開授，學校也投入相當資源於實驗室軟硬體維護及提升。實驗課程內容按授課教師要求及系所屬性搭配普通化學課程安排進行，以達到理論與實驗上的驗證。鑒於科技快速進展，學生對實驗變化及數據的掌握能力已有質的提升，勢以引入新式教學設備，讓實驗的觀察及記錄過程資訊化，並搭配適當的軟硬體以提升學習的品質。為與108課綱薰陶的學生有機會發想，自111學年度開始嘗試普化實驗專題，自由組隊4人一組，由目前普化實驗課尚未列入的實驗，學生從講義撰寫及簡報，並製做一個完整的普化實驗，最後由學生上台發表成果。同時著手執行建置iLearn系統，提供學生線上資源及執行實驗前檢核，並提供學生線上課程，降低COVID-19疫情對需動手操作實驗的影響。 本期專刊之第六篇是由國立屏東大學應用化學系鍾旭銘主任撰稿，目前該系已建置符合應用化學系課程之普通化學實驗室、有機化學實驗室、分析化學實驗室與生物化學實驗室等專業教室。鑒於該校於2014年由高教、技職與師培合流的大學，俱備專長之動手作普化實驗課程，同時亦規劃針對國小教師培育之課程，例如：熱冰實驗、葉脈書籤、化學花園、天氣瓶製作與濾紙色層分析等實驗；而規劃之抗菌潔手露、防曬隔離霜、紫雲膏與萬金油等產品製作課程，提供學生瞭解如何運用乳化反應、萃取技術與藥劑調配等化學技術運用於生活用品之製備。 ■ 結語 所謂萬丈高樓平地起，莘莘學子在諸多化學領域專研過程中，普通化學實驗應可作為起樓的重要里程碑，本期專刊藉由六所大學化學相關師長執筆，介紹各普通化學實驗之規劃與內容，祈能對有志於化學相關領域進修之學子，提供重要之參考，並就教於相關之師長先進以作為後續改善之重要依據。 ■  參考文獻 Kuntzleman, T. S, Corts, S., & Schmidt, A. (2021).At-home titration magnesium hydroxide in milk of magnesia using an inexpensive apparatus. Journal of Chemical Education, 98(8), 2592–2595. The American Chemical […]