大學化學實驗課程設計與線上教學：有機化學實驗與遠距教學課程設計 何桂華 國立成功大學化學系 z8503006@email.ncku.edu.tw n  前言 有機化學實驗在大學部的實驗課程中，相對於普化、物化及分析是屬於較危險的實驗課程，實驗室內會用到不同種類的化學藥品以及較大量的有機溶劑，且反應過程常需要進行高溫加熱，故進入成大有機化學實驗室必須遵守的最高守則，就是「安全第一，學習至上」。第一堂課同學就要接受超過三小時以上的安全震撼教育，除專業知識的學習外，有機實驗更希望培養同學滿滿的愛心及利他的觀念，來維護彼此的安全。這次因為新冠疫情，讓原本動手做實驗的課程，一夕之間風雲變色，學生無法實體上課，改成遠距學習，突如其來的改變，令老師和學生都亂了手腳，唯一的想法，就是該如何在線上，將每一顆想要學習的心凝聚起來，讓同學的學習盡量不受到影響。即使無法實作，也要能深入了解每個實驗的重點，才能收穫滿滿。去年8月化學會與台大合辦，2021全國化學實驗課程設計線上交流會，很榮幸參與介紹成大有機化學實驗及疫情下的課程設計，今撰寫成文搞。 n  有機化學實驗     成大有機化學實驗室於民國98年全面重新規劃，營建成以工安標準為規範的實驗室。實驗室為每一位上課同學，裝設程式控制型的排煙櫃，並配合設計良好的排氣風管，將實驗室廢氣集中收集，再連結到活性碳濾清水洗塔處理排放。而實驗桌則是以釉晶為材質故可以耐強酸強鹼，且實驗操作台之間的距離符合安全規範，提供學生一個良好安全的實驗空間（圖1），以便安心作實驗。以下針對有機化學實驗的分組設備、課程安排、上課教材及教學核心，四大項目來介紹成大的有機化學實驗。 圖1：成大有機化學實驗室 一、有機化學實驗分組及設備     成大化學系有機化學實驗課程，採小班制教學（圖2），平均每班22人（一個班級66人，分成3班），每班師資配置除授課教授，還有一位專任助教和一位研究生助教，每位同學獨立操作實驗，享受實驗的樂趣，同時每位同學也獨自擁有一台排煙櫃、一套專屬的玻璃器材及加熱板、抽氣機等實驗設備，實驗室內並配置有常用的儀器，包含：電熱式熔點儀、減壓旋轉濃縮儀、紫外光燈、真空烘箱、真空幫浦、電子天平……等，其他有機化合物鑑定所需用到的大型儀器FT-IR、UV-VIS、GC-MS置放於綜合實驗室共用。 圖2：小班制教學 二、有機化學實驗課程安排     上學期主要訓練同學各種分離、純化混合物及化合物結構鑑定的技巧，而下學期則以有機合成為主，讓同學藉由實驗教學與理論互相配合。並訓練同學微量試劑操作的實驗技巧，且設計多步驟的合成實驗，以節省藥品消耗及減少環境污染。每學期並安排二次分組研討，讓同學對每個單元實驗的原理及應用能更加深入了解。     三、有機化學實驗教材     以綠色化學相關的實驗作為實驗課程設計的指標（表1），除參考國外著名的有機實驗原文課本外，並配合有機實驗室內的各項實驗設備及儀器，自編成英文版的實驗教材提升學生對原文相關資料及文獻的閱讀能力。       表1：有機化學實驗更新為綠色化學實驗部份課程內容 混合物的分離、純化技術   Distillation:   Simple Distillation of the Ethanol Solution of Unknown Concentration   Fractional Distillation of the EtOH-H2O Mixture and Concentration Assignment of the Unknown   Crystallization:   […]

大學化學實驗課程設計與線上教學： 合成阿司匹靈—跨越高中到大專、化學到醫藥、實體到遠距 羅珮綺、許智能、林雅凡* 高雄醫學大學醫藥暨應用化學系 yafan@kmu.edu.tw n  前言 如果訪問本系大一學生對該年化學實驗課最有印象的單元，得到的答案常常是「阿司匹靈的製備與純化」，因為它在高中化學實驗課即被介紹過，不過大部分學生過去僅看過老師演示，直到大學才有機會實作合成阿司匹靈。我們因此思及，以此實驗作為高中連結至大學化學實驗課的橋接課程。不過不同年代有不同學習文化，實驗課程對於訓練化學專業學生所應扮演角色也需有所調整，因此這個實驗內容和執行方式也在本系作實驗變革的15年間，被重新修改多次。 本文將以「阿司匹靈的製備與純化」實驗單元的優化與修改為例，分享本系為提升大學基礎實驗能力，投入於實驗課程改進的經驗，希望所建構的實驗課程，不僅幫助學生以另一方式建構科學知識，亦能透過實作，建立實驗的流程概念，從動手做中連結理論，進而活用知識原理。除了介紹本實驗單元內容隨教學內涵與訓練目的演進的過程，亦會提及因應新冠疫情，將此單元改為線上課程的經驗。 n  與時俱進的實驗課程 一、本系基礎化學實驗課程改革簡介    　本系在成立之初，考量配合化學專業課程學習，以科目區分實驗課程名稱：大一修習普化實驗、大二修習分析及有機實驗、大三則修習物化實驗。不過隨著中學教育改革、多元的大學入學方案、對整合學習與研究能力更加重視，自2007年本系許智能教授接手實驗課程改革之際，便將實驗課程整合為化學實驗一、二、三、四、五，內容雖仍與各年級修習化學專業課程相符，不過更強化研發概念，希望實驗課不只著重一項知識的單點學習，學生亦能從中更多理解所學習知識原理與實際學界研究議題、業界強調研發技術能力的關聯，進而能一窺真實化學專業人才可能觸及的面向和技能。因此此階段實驗課內容除了強調驗證原理，亦加入如奈米科技、製藥、儀器分析檢驗、環境化學…等單元，使實驗教育的內涵更豐富。107學年度起，本系有感於學生有更完整的時間做專題研究的重要性，希望化學系學生在畢業之前對於策劃研究、執行實驗有通盤性的認識和訓練。同時顧及普通化學內容與部分高中化學內容重疊，將大一普通化學由原本二學期6學分降低為一學期4學分，並將專業必修科目（有機化學、無機化學、物理化學、分析化學、生物化學、醫藥品合成化學、量子化學、儀器分析）提前半學期修習，學生因此能提早開始進行專題研究。為使實驗課程與必修學科之間有一定的鏈結，並且強化實驗內容的完整性，將普化實驗結合分析化學的檢驗、定量概念，整併入化學實驗一；基礎分析實驗與有機純化技巧訓練規劃為化學實驗二；化學實驗三、四除強化各樣有機純化技巧與光譜鑑定操作之外，亦包含有機化學各種反應與多步驟合成反應介紹（見圖1）。   圖1：化學實驗課程變革圖 二、「阿司匹靈製備與純化」實驗改革 （一）第一階段改革：高中課程延伸至普化配位化學 　　「阿司匹靈製備與純化」是在2007年間本系進行第一階段實驗課程改進時加入的單元，正如前文所述，將此實驗選入一年級實驗課程有以下二重意義：其一，高中化學課程亦介紹阿司匹靈，本課程可作為很好的橋接教材；其二，阿司匹靈在藥化發展上有其重要性，透過此實驗一方面能幫助學生探索「製藥領域」，另一方面也鏈結系上教授的研究領域。 　　不過既將本教材擺放為一橋接角色，就期待本實驗應有較高中課程延伸的內容，既能配合所學專業知識，也能更開闊學生對化學專業的認識。在這樣的考量下，當時負責實驗改革的許智能教授加入第二部分內容：以所合成的阿司匹靈做為配位基，進一步製備其含Cu(II)錯合物（Abuhijleh, 2011）。這部分實驗的加入使學生有機會透過實作，認識普通化學課程中所介紹的配位化合物單元，也是少數大學基礎實驗讓學生能觸及無機化學領域的研究。透過此實驗，一方面介紹系上一部分無機老師的研究，一方面也帶領學生認識「金屬藥物」—對當時與現在而言都是正在興起發展的研究領域（乙醯水楊酸銅copper(II) aspirinate已被證實有較阿司匹靈更好的抗發炎效果）。 （二）第二階段改革：模擬製藥工業思維流程 　　106年暑假本系辦理給高中生的「醫藥化學實驗競賽」，選擇以此實驗為主軸，希望藉此傳遞藥物合成所需考量的程序與步驟，學子們能透過參與這個比賽更體會各種化學原理與實務和產業應用間的緊密相關。我們於是重新體檢此實驗的教材設計：「如果模擬藥廠工作，本實驗教材是否能呈現從上游到下游製藥工業的重要環節？」。我們發現整個實驗教材設計中，若能加入以下兩部分，會使整體內容，與表達一般合成實驗流程更臻至完善與貼近現實。 1.        「開發新藥與藥物設計」環節—最為經典的structure-based drug design概念是值得著墨的一部分，這也是有機合成發展開啟化學藥物治療的重要基石，昭示了學習分子結構的重要性。 2.        「檢驗合成產物」環節—任何新開發的產物都需要交代：「如何證明新產物結構符合預期？」以及需要告知「產物有多純？」來證明其創新、安全性和效用。「合成—純化—檢驗」的流程是訓練合成化學家之過程中需要養成、深植於觀念中並能靈活應用的思維。 （三）現行「阿司匹靈製備與純化」實驗教材簡介     那麼如何將以上兩部分融入教材中? 要傳達以上兩部分內容的教學呈現方式有很多，最需考慮的是對象—本實驗的教學對象是高中和大一生（此版本也是現行的大一實驗教材），這階段的學生在心態上仍在適應實驗室中的學習方式和氛圍，正學習各種操作技能，因此知識學理上不應加入過於複雜的元素，混亂學生的學習焦點。基於以上考量，我們以以下方式作教材調整： 1.     在說明結構為基礎之藥物設計（structure-baseddrug design）的概念上，以藥物化學史的方式呈現，在原理的介紹中，簡單介紹阿司匹靈被開發的歷史（Diarmuid, 2005/暴永寧、王惠譯，2010；Le Couteur & Burreson, 2004/洪乃容、何子樂譯，2005）—從西元前2500年的埃及文明時代，知道柳樹有消炎和止痛的記載開始，到透過從天然物中提取柳酸苷，證實它為最主要的活性成分，隨有機合成化學的興起進一步將柳酸苷後製為柳酸，卻發現這類化合物因酸度較高而造成胃刺激性的副作用。最後1853 年法國化學家查爾斯．格哈特（Charles Frédéric Gerhardt）合成酸度較低的衍生物乙醯柳酸，降低對胃的不良影響，唯其步驟產率低，不合效益。費利克斯．霍夫曼 （Felix Hoffmann）於是改良合成步驟，成功提高產率，於1899 年由德國拜耳（Bayer）製藥公司將此化合物命名為阿司匹靈，正式註冊問市。從柳酸苷，到柳醛/柳酸，再到乙醯柳酸，可看見演進發展的歷程保留了重要的分子骨架，但透過衍生化產物調控活性與酸鹼性，此即結構為基礎之藥物設計精神（如圖2）。 圖2 以結構為基礎之藥物設計概念發展的阿司匹靈 2.     在檢驗合成產物的結構與純度上，配合大一必修課程內容，我們捨棄「光譜鑑定」的概念，而以「比色法」替代。最主要的原理是，以FeCl3作為檢驗試劑，如果有未乙醯化的柳酸存在，酚基會與FeCl3形成紫黑色錯合物；乙醯基卻不會，因此阿司匹靈溶液中加入FeCl3仍呈黃色（Borer & Barrer, 2000），如此一來便能利用裸眼比色，來檢驗合成的產物純度，如果發現尚有起始物殘留，則需重新再精製。當然以「比色法」檢驗之結果所作出來的細緻度一定不比利用光譜儀器分析，但在這階段強調的是「建立觀念」，並且也呈現歷史的演進，為「儀器測量的出現是為了更精準量化、方便快速等目的而發展出來」的知識留伏筆，探索力較高的學生透過思考提問便能發現其中堂奧。 […]

大學化學實驗課程設計與線上教學：大學基礎化學實驗後之選修實驗課的設計與實施 黃立心 國立陽明交通大學應用化學系/理學院科學學士學位學程 lshuang@nycu.edu.tw n  前言     化學是門極重視實驗實作的科學，國內外各大學的化學科系皆安排學生於大一到大三期間必修普化、有機、分析（含儀器分析）和物理化學實驗課程，以習得基本實驗操作技巧並驗證講座課程所學，也為專題研究或實務應用做準備。然而因學生先備知識技能、課程目標與時間限制，這些課程的內容多為敘述條列詳細也缺乏單元間關聯的食譜式實驗，並未能提供學生類似完整實際研究或實務工作的經驗。     為了回應未修習專題研究但仍想繼續接觸、探索化學實驗，以及已在進行專題研究但對其他領域實驗有興趣的大三或大四學生，陽明交通大學應用化學系自99學年度開始為大三大四學生開設「整合型化學實驗」選修課程，以一個學期的時間進行兩個主題實驗，其內容設計精神著重於培養學生閱讀、思考、規劃到實行實驗的能力。以下將對課程的進行方式、內容以及實施經驗做簡單介紹。 n  課程要求     做為必修基礎實驗課程和進階研究間的轉換銜接，整合型化學實驗課程對學生的基本要求為： l   閱讀參考文獻，深入思考實驗設計和操作原理，提出問題並嘗試回答； l   規劃並實踐完整的連貫實驗流程，注意包含安全在內的各種操作細節。但不要求實驗快速完成或高反應產率； l   詳實且合乎規範的實驗紀錄，有正式論文架構的期末報告； l   能獨立操作實驗，也能和同學充分交流經驗和意見。 n  課程進行方式     本課程希望學生能更深入的參與討論以及合作，教師和助教也要進行更細緻的觀察、協助和指導，加上實驗場所的限制，所以修課人數上限訂為十人，助教一名則由實驗主題相關之研究室推薦碩博士班研究生擔任。每周課程表定時間為三小時，但會視實驗需要而彈性增減或另外安排時間，實驗時間規畫管理能力的養成也是課程目標之一。學生分為兩組，交替進行兩個主題實驗，目前活動時程（以一學期18周計）安排及內容如下： l   開學前：提供參考文獻請學生先閱讀 l   第一周：課程說明說明課程要求與進行方式；介紹過往修課學生曾遭遇之困難與常見疏失；因學生幾乎沒有閱讀期刊文獻後重複其實驗的經驗，故詳細具體提出文獻簡潔敘述中該思考的原理以及技術面上的問題，請學生於預習報告時嘗試回答。 l   第二周：預習報告以組為單位，對選定的主題實驗進行口頭預習報告，內容包含：簡介各步驟的基本原理和設計（含回答第一周提出的問題）；列出實驗所需各項材料以及安全注意事項；估計實驗成本和所需時間；預測實驗可能遭遇狀況和解決方法。 l   第三至九周：分組實驗操作（含貴重儀器如核磁共振光譜儀之實務教學課程）每次實驗前各組報告上周的實驗進度和檢討、本周的工作內容；結束時教師和助教檢查實驗紀錄本。 l   第十周：期中分享以組為單位口頭報告，交換上半學期各自主題實驗的操作經驗，使下半學期交換實驗主題後能更順利進行；回答預習報告未解的問題；自選各人期末閱讀報告主題，和本學期實驗相關即可。 l   第十一至十七周：分組實驗操作 l   第十八周：期末報告以組為單位口頭報告，總結這一學期的實驗結果和心得，回答預習和期中報告未解的問題；每人10至15分鐘的主題閱讀報告。 l   繳交書面期末實驗報告、主題閱讀報告。報告電子檔上傳學校教學網站供所有修課同學閱覽，教師提供書面報告意見。學期成績依照歷次口頭報告40%、實驗態度30%、實驗紀錄和期末書面結報30%之比例評量。 n  主題實驗內容 一、有機主題：四步驟的2-聯苯丁酸（xenbucin）抗發炎藥物合成     採用Kuuloja等人發表（Kuuloja et. al., 2008），可調換步驟順序的合成方法如圖1：   a.Ph4BNa, cat. Pd/C, b. […]

大學化學實驗課程設計與線上教學：新冠疫情之下，有機化學實驗課的省思與創新—高醫大醫化系的例子 林雅凡*、李建宏、羅珮綺、高佳麟* 高雄醫學大學醫藥暨應用化學系 yafan@kmu.edu.tw;clkao@kmu.edu.tw n  前言 2021年5月台灣在新冠肺炎的肆虐之下，各式課程執行到學期中段，緊急採取線上教學的方式，實驗課程也不例外。然而就以訓練「化學專業」人才為目的的科系而言，實驗課程真的能以線上教學來取代嗎？除了遠距授課，還有什麼其他的可能性嗎？本文將嘗試釐清大學基礎實驗課程之目的，並反思過去一學期執行線上實驗課程的收穫與缺失，認為「線上課程」能替代實驗課中偏重「認知技能」方面的教學活動；但對「操作技能」方面的訓練，只能扮演輔助的角色，其中「有機化學實驗」更凸顯「線上實驗課程」不足以取代實體的問題。本文著重討論教授「有機化學實驗」的策略—除了「有設計的影片拍攝內容」之外，「實體混搭線上的合作教學模式」也是未來可嘗試的策略。這樣的為文討論，除了提供防疫期間實驗課進行的模式參考之外，對於以大班教學實驗課的情況亦有參考的價值。通盤檢視實驗課程進行方式，將有助於未來實驗課程內容設計與硬體設備與實驗室空間規劃。 n  實驗課能夠遠距教學嗎？ 一、大學實驗課目的之再思     從過去諸多文獻探討中，探索實驗教育能啟發影響學習化學的行為，可大致歸納成以下四個目的（Carnduff & Reid, 2003; Johnstone & Al-Shuaili, 2001;Kirschner & Meester, 1998; Reid & Shah, 2007; Tamir, 1976）: （a）學習化學知識與原理： 透過實作與現象觀察，鏈結並具體化抽象概念；藉此提供學習者另一種途徑，以不同的方式理解、思考某一項科學定理。 （b）學習與熟練操作技巧： 透過實作訓練學習實驗的操作基本能力和儀器使用方式。並藉由實際經歷「實驗過程的臨場感與處理偶發事件」，幫助學生能更從容的待在實驗環境中。 （c）培養鍛鍊科學相關能力與技巧： 透過實驗過程的觀察、數據分析等，訓練歸納、演繹、論理與提出證據、並進一步設計實驗解決問題之能力。 （d）培養一般基本知識能力與技巧，特別是”可轉移的技能（transferable skills）”： 實驗過程也在訓練學生的溝通、表達、查閱資料、團隊合作、時間管理等各種能力。 二、反思：「線上有機實驗課」的能與不能 本系在新冠疫情嚴峻衝擊之下，針對學期中「實驗課程改為線上進行」的倉促改變，做了如表1陳列的應變。 表1高醫大醫化系各級實驗課程疫情期間線上課程執行方式說明 課程   線上課程替代說明   反思   化學實驗（二）—分析與有機實驗為主   維持的教學活動：實驗預、結報的撰寫。   數據分析：由助教提供實驗數據（Raw Data）。　　　   拍攝教學影片：從原理講解到由助教操作實驗、實驗成果展現等完整拍攝。   […]

大學化學實驗課程設計與線上教學：海洋大學普化實驗線上遠距教學及其多元學習評量–因應疫情紀實錄 賴意繡、黃志清 國立台灣海洋大學 生命科學暨生物科技學系 d0095@email.ntou.edu.tw huanging@email.ntou.edu.tw n  前言 一、第一期普化實驗線上遠距教學： 110年5月18日因新冠肺炎疫情升溫，教育部宣布全國各級學校及公私立幼兒園停止到校上課，普化實驗線上遠距教學正式開跑。本該實作的化學實驗課程，卻因 COVID-19 肆虐全球，各種習以為常的實驗教學現場，因學生被迫留在宿舍或家裡，從電腦遠端進行化學實驗學習，改變所有師生的教學和學習模式。筆者從5月18日至學期末，總共有4個實驗班要進行4週的實驗線上遠距教學，從毫無預備到學期結束，從慌亂中到冷靜沉著面對教學現場的巨大轉變，實在是教書30年來第一次的洗禮。 二、第二期普化實驗線上遠距教學： 結果意想不到的是，110年9月開學，竟然疫情尚未減退，教育部宣布大學仍採線上遠距教學，直到110年10月12日才恢復實體教學，學生才陸陸續續回到學校。依筆者自己的授課班級，本籍生10月12日以後都回到學校，唯有外籍生有諸多因素，陸陸續續回到學校，時間從 10月12日至11月30日都有。所以筆者上課時除要顧慮實體現場學生，還要顧及鏡頭前的遠距外籍生，因此第二期的線上遠距教學難度更高，簡述原因有2點，如表1所列： 表1   二期普化實驗線上遠距教學比較表 分析項次   第一期普化實驗線上遠距教學   第二期普化實驗線上遠距教學   教學時空   大一下學期師生已有默契，了解老師上課模式，對實驗室空間環境很熟悉   大一新生，師生間皆未曾謀面，同儕互不認識   教學模式   統一遠距教學，採同步與非同步雙混成教學   實體教學和遠距教學雙軌並行，採實體、同步與非同步參混成教學   筆者不敢說成功地完成了普化實驗線上遠距教學，更多的是反思：這二次難得的教學經驗，到底為將來若再次面對大環境黑天鵝（見維基百科）來臨時，我預備好了嗎？筆者撰文，想要為這二期的普化實驗線上遠距教學，留下紀錄，提供各界集思廣益，經由所有化學武林好漢齊聚著筆，為教育界留下寶貴經驗，而能彼此互相學習琢磨。 n  背景介紹：海洋大學化學實驗課程規劃 海洋大學化學實驗課程是由生命科學暨生物科技學系的化學專長師資群所組成的授課單位，本校簡稱化學教學中心（或化學教學小組），負責全校16-18個不同學系班級的實驗授課，共有三種類型的實驗課程，分別是［普通化學實驗］、［分析化學實驗］和［有機化學實驗］。空間規劃：2間大型實驗室，3間儀器室、1間配藥室、1間助教辦公室。人員配置：3小時實驗課程進行中，每班有大助教一名（專任助教）和小助教三名（研究生TA），每班共24個實驗組別，每組約2-3位學生（參見海大化學教學中心網站）。 n  普化實驗課線上遠距授課方式 一、硬體設備 1. 網路攝影機Webcam（內建麥克風）：5月中旬學校統一發放給授課老師 2. 手寫繪圖板：原先已採購 3. 攝影機：DV 數位攝影機和手機，原先已採購 4. 攝影棚燈學校提供租借 二、軟體裝置 1.     遠距教學平台：本校教學系統 TronClass […]

大學化學實驗課程設計與線上教學：疫情時代的化學實驗課-室溫磷光之製作 邱秀貞 國立嘉義大學應用化學系 genechiou@mail.ncyu.edu.tw n  前言 COVID-19疫情衝擊教學課程，教育部陸陸續續公布了相關的防疫辦法，透過遠距教學，希望藉由減少群聚活動與實體上課，來達到防疫的目的，目前教育部官網提供大專院校參考的三種非實體上課的模式：同步教學、非同步教學與混合教學等三種模式，因疫情全面取消實驗室實體課程，使得科學教育之基礎面臨前所未有的挑戰，如何讓學生在遠距教學的實驗課中，既能真實探究實驗原理，又能實際操作，成為參與實驗課程之教師之難題，本篇文章提供實驗課程模式分析，並進一步設計實驗箱，讓學生能在停課前帶回，於遠距教學時線上共同實作。 n  遠距實驗課程方式分析 一、線上實驗室 一般會認為最簡單的線上實驗課就是拍實驗解說與實作過程影片，上傳後讓學生自行觀看，並設計問題讓學生於線上作答，這種作法為暫緩之計，後續仍須於寒、暑假找時間補做，然而疫情至今，在澳洲已有學校聯盟創建「無障礙遠程實驗室」（Freely-Accessible Remote Laboratories, FARLabs）（Farlabs, 2013），利用虛擬實境及對實驗室設備的遠程控制組合在線上建立實驗室，這些設備可讓學生在自己的住所安全舒適環境下進行操作。透過線上實驗室，以實用的方式探索科學的關鍵概念，並可即時線上傳輸學生的實作過程，甚至利用虛擬的環境，與學生在教學過程中保持高度的互動性，同時可一次將多個學生登錄到同一實驗中，此種方法已被評為最有潛力之遠距實驗教學法；此法之缺點在於線上設施的建置與維護費用昂貴，因其涉及資訊科技及實驗室教學方面的專業知識，教師需要精密仔細的設計課程，以及監控實驗的進行。 二、家庭實驗室 第二種方法是利用在家中容易找到的器具設計實驗活動，家庭中使用的日常品可以用來研究化學、物理及生物學。例如，利用水果中的酵素進行催化反應、學生可用馬鈴薯、地瓜及奇異果中的酵素來分解雙氧水並探討影響反應速率的因素，亦可利用一個自製簡單的擺錘來測量重力，或者通過觀察添加到一杯水中的溫度變化來發現冰的熔化熱或汽化熱（相變焓）。設計此類的實驗，可透過利用實驗過程與我們周遭的環境產生實際連結，改善學生的學習成果；家庭實驗室的缺點在於，一些關鍵性的實驗需要專業昂貴的儀器，例如分光光度計、光學顯微鏡等，則無法如同在學校實驗室垂手可得。 三、實驗箱 實驗箱之發送為另一簡便的方式，透過此方式，實驗室的工具箱在學校組裝後，讓學生領取或者發送給學生，讓學生能在自己家裡進行實驗；實驗箱具有明顯的優勢，教師可同步在線上作完整講解後，同時為學生提供了實驗室手作實驗的經驗，且無時間限制或照看的需求；然而，此種方法的缺點在於，如果學生無法親自領取時，郵寄實驗箱則需有郵資之需求，如有設備遺失或損壞，將有費用承擔歸屬的問題，當然，在實驗的設計上，一樣需要考量安全性。 n  實驗箱設計 相較於日常生活中無所不在之螢光，磷光一詞在生活中似乎相對陌生且易與混淆；其實磷光與螢光一樣均為光致發光之冷光，巨觀而言，兩者最大的區別在於吸光後，其發光半生期長短之差距。本實驗目的在於運用硼酸（Boric acid）與微量螢光素（Fluorescein）來製作磷光體（phosphors）（Neelakantam & Sitaraman, 1945），並藉由手電筒之光於產物上作畫，以體驗磷光與螢光之區別。本學期實驗課在探討螢光與磷光時，恰逢疫情，基於停課不停學之理念基礎，因應疫情，預計以實驗箱之方式由同學攜回，配合遠距教學方式，舉行課程。 一、藥品與器材 硼酸5 克      螢光素0.005 克          去離子水1克       燒杯1 個 玻棒1 支      加熱攪拌器1台           研缽及杵1套        秤量紙2張 刮杓1 支      黑色紙板1 張             手電筒1支 二、實驗步驟 1.     將秤量好之硼酸與螢光素（圖1）放入燒杯中，均勻混合，然後放置於加熱器之加熱檯面上。 2.     開啟加熱攪拌器（刻度4-5），將水加至燒杯中，並以玻棒攪拌將固體與水充分混合溶解。 3.     持續加熱，燒杯內熔融之液體逐漸變黏稠且呈現淡淡螢光黃，即可將黃色產物以刮杓及玻棒移至研缽，並用杵將其研磨成小顆粒（見圖2）。 （注意：勿加熱黏稠狀產物全變為固體，因此時產物固體之硬度高，不易研磨） 4.     可重複實驗並收集研磨後之產物，鋪於黑色紙板上，關閉電燈，並使用手電筒之光於所製作之磷光體上作畫（見示範影片）。 […]

大學化學實驗課程設計與線上教學：COVID-19疫情期間普通化學實驗課程的首次遠距教學調適經驗分享 黃武章 屏東科技大學 環境工程與科學研究所 wjhuang@mail.npust.edu.tw n  前言 2021年5月19日開始，全國首度進入COVID-19防疫三級，同時教育現場全面遠距教學，這是一個相當大程度的改變與變革。多年前教育部就已經開始推動非同步的線上教學，直到去年的本土疫情出現終於要全面實施同步線上教學了，果然改變的契機往往是外來的。教室裡出現數位講桌也不過是這幾年的事，換言之教學數位化最明顯的在於投影機取代了板書，雖然化學正課仍舊維持板書，但是化學實驗課程在本校已經數位化教學許多年，那是因為由助教的課前訓練演變而來的。由於校內普通化學課程修習班級數眾多，普通化學實驗課程需要的教學助教（TA）也是全校最多的，在開學及上課之前，校內相關單位已開設TA訓練及考證課程，大學部高年級或是碩士班研究生須先取得TA資格方可擔任實驗課程的助教。為了統一教學內涵，除了已有公開出版品作為化學實驗課程教材外，在本土疫情發生之前，也會在每學期開學前舉辦助教的教學競賽，分享彼此的教學經驗，現場亦有當學期全體化學實驗課程教師及儀器及藥品管理室專責人員共同出席。 n  個人普通化學實驗課程遠距教學調適過程 一、得知遠距教學的第一天 當天看到信箱裡的學校公告，腦海裡出現的第一想法是「好在已經有了全部實驗課程的簡報PPT檔案，就放上學校的數位學習平台，讓同學照著教材方法然後在宿舍找到替代材料完成」，這個想法很快便知道不可行，因為大學一年級新生不少人住宿舍，找到材料也不一定有加熱源可用。在加熱源問題之前還發現一個問題，就是教材是出版社公開發行的，版權在出版前就已經賣斷了，如果要使用需取得授權，但是離下一個實驗課程上課時間只有幾天而已。 二、得知遠距教學的第二天 從第一天的經驗得知：現況不允許我們太多想像，必須務實來做才好。在詢問有關單位後確定採用的教學平台為本校早已建置的數位教學平台，花了半天在平台裡找出合適遠距教學的功能，以及如同實體實驗室一般，數位平台課堂裡也需要教師與助教，光是學會怎樣加一個助教就遠比實體課堂困難多了，線上課程中的TA其權限為助理教師與老師幾乎相同！？更多的問題來了，最後幸好TA多是自己研究生，嗯，it is a good idea ~~。第二天的感覺是已經重新找到方向了。 三、得知遠距教學的第三天 應該要決定教學形式了，非同步或同步？直播或錄影？幾經確認最後採用的是混合步！就是利用學校數位教學平台的聊天室功能開一個教室讓同學進入聊天互動（圖1），並在平台上傳助教做的簡報PPT檔讓同學參考，先於聊天室由我說明此實驗的相關應用，再來幾個線上問題讓同學作答後，請同學轉往平台進行閱讀與上傳結報。於遠距教學期間，普通化學實驗課程僅剩請同學看完簡報PPT檔後依照原本格式寫完預報後上傳（圖2）。 圖1：校數位教學平台之聊天室及可用於點名之畫面                圖2：教學平台之遠距教學連結點與課程資料下載與作業上傳點畫面 n  同學與助教回饋 在教學平台上，擔任教學助教（TA）的研究生能以助理教師身分參與遠距課程。同學對於平日總在實驗室裡全場走透透的老師，化身為鍵盤打字員並沒有特別表示什麼，但是在聊天室中如果問個早，馬上就有幾位同學回應說「早」，這是很大的不同。此外，透過聊天室中的登入者名單點名，一開始不熟悉的同學還會特意打自己的名字在對話裡作為點名。助教則是在聊天公告上傳預報的檔案規格，比方檔名如何命名及檔案形式等，當然遠距對於助教而言，已省去每週的實驗預作及配藥，時間上確實省下不少時間。課程很快到了期末，由於是第一次遠距教學，最後我們還在線上作業問了同學所使用的工具以及網路的方便性，才發現手機是最常見的工具，而且也不是每位同學都有吃到飽的網路。況且長時間的遠距教學，同學多回到自己家中，如果家裡沒有WIFI又或是住家附近訊號不佳的，往往還得找到有網路地方才能上課。助教在課後可利用平台的整批下載功能，將全班每位同學地當周作業下載，再將評分部分手寫在成績冊的影本上（因為正本在作者手上）。過了一年，今年（2022）的5月9日至22日是本校的遠距教學演練期間，遠距教學的內容與方式均與去年（2021）一樣，目前執行的情況也都還不錯。同學也都有相當的準備與適應性。 n  建議 相較於實體的實驗課程，遠距課程缺少了親自動手的機會；但是對於當天不方便到教室的同學而言，遠距課程提供了與同學同步上課的機會。此外，聊天室的功能也展現現在同學的網路學習的新樣態，或許配合示範操作短片，較能彌補缺少親自動手的不足。在報告批改方面，遠距教學時作業及線上考試上傳檔案時以PDF格式較為方便，後來需以專業正版軟體進行檔案的分數批改，以利存檔作為教育部查核或是工程及科學教育認證（IEET）等的佐證線上資料。這個部分在期末考前由於沒有相關經驗所以花了不少時間進行校內的溝通，這也是未來或許可以再細究完整配套作法，而相較之下紙本佐證如試卷與作業的批閱及保存方式相對簡單與容易。 n  致謝 藉此機會首要感謝母校佘瑞琳老師的邀請與協助，方使得本文得以順利產生。更要感謝本校教務處、電子計算機中心、化學教學委員會、環境工程與科學系、儀器及藥品管理室等老師們與同仁的協助，雖然是第一次遇到遠距教學，如何以的學校數位學習平台系統進行同步線上操作也不大孰悉，但因為大家都不希望因疫情影響同學的學習及畢業期程，以及作者個人期望未來遠距教學能順利轉型為線上同步為主的方式，所以雖然過程大小困難不少，但是透過各單位給予的助力下，順利完成了首次的化學實驗課程遠距教學。最後還要謝謝系上邱瑞宇老師告知與邀請參與由化學會於2021年八月舉辦的《大學實驗課程線上交流會》，以及與會的全台各校的化學授課老師們無私的分享如何在三級防疫期間更努力地讓教學及學習更上一層樓。

大學化學實驗課程設計與線上教學：臺大普化實驗線上教學—實驗安全與實驗技能 沈晏平 國立臺灣大學化學系 yenping@ntu.edu.tw n  前言 2021年9月，因應升溫的新冠肺炎疫情，臺灣大學建議全校課程開學前三週先採用遠距教學，待十月再根據疫情的變化將課程調整為實體授課。因此本系普通化學實驗教學組便開始設計對應的線上同步課程，並檢討實施後之教學改進方向。 n  臺灣大學普通化學實驗課程簡介 臺灣大學化學系110學年上學期需要負責23個學系、共約1200位學生的普通化學實驗課程，修課學生均需要參加第一週的實驗安全講習才能進入實驗室進行實作，大部分的學系（約3/4的學生）只需修習一學期的普通化學實驗（如我負責的醫學系和電機系），需要更多化學實驗訓練的系所如化學、物理、化工、農化、材料等則修習二學期的普通化學實驗。專業領域和化學密切相關的系所，則需要繼續修習有機化學實驗和分析化學實驗。 各班之普通化學實驗課均為3小時1學分，由一位專任助教（如本人）搭配2-3位研究生助理助教來進行教學，實驗的儀器和藥品各由一位專任技術人員負責準備。 n  實驗安全和實驗技能的線上教學 過去本系的實驗教學從未嘗試過線上授課。一般實驗課程安排都是在第一堂課進行普化實驗課程簡介與實驗安全教學；而許多應學習的實驗技能，都是在學生初次使用該技能的那堂課才會進行教導。這次的疫情，讓本系普化教學組開始思考兩個方案：第一個方案是當學校開放可實體授課時再進行教學，9月就暫時不開課。第二個方案是先將能於線上進行教學的內容教完，等到開放實體授課後，就能更有效率地讓學生完成實驗操作。 學生學習的時間是寶貴的，不能因疫情而停滯。雖然過去沒有執行過實驗線上教學的經驗，但在普化教學組全體助教及與負責教師的討論規劃下，我們決定全面實施二週線上同步實驗課，包括：第一堂的實驗安全講習，及首次增設關於實驗技能介紹，作為第二次線上課的內容，主要為講解前三個實體實驗課要用到的實驗技能。而後待恢復為可實體教學時，再帶學生完成本學期的實作實驗。實驗安全和實驗技能均是可以於線上教學的內容，其在線上同步和線下實體教學所對應的特色分析如表1。 表1   實驗安全和實驗技能的線上同步教學與線下實體教學比較 教學模式   分析項目   線上同步教學   線下實體教學   實驗安全   教學優勢   學生能清楚地經視訊螢幕圖片看到各裝置的細節   部分學生可以實際操作相關裝置，如滅火器、沖身洗眼裝置等   實驗技能   教學優勢   學生能清楚地觀看教學影片和助教示範，並能立刻進行文字總結   經由教師課堂親自示範後，學生能立刻進行操作演練   備課   困難點   教師需具備遠距教學硬體裝備、穩定網路及熟悉線上教學工具，隨時能運用所需要的線上功能   教師需要快速地巡堂觀察全班60-80位學生的操作，指正學生的錯誤操作     n  針對學生特質制訂線上教學目標 這學期負責的實驗班分別是醫學系和電機系一年級學生。針對學生屬性，首先設定了三個教學目標：第一是要幫助學生在後續進行實驗時可以更快速而正確地掌握實驗。第二是讓學生熟悉各種實驗裝置和操作所對應的英文專有名詞。醫學系學生往後在職場進行醫事紀錄或閱讀案例都必須使用英文；電機系學生在開發裝置時，則需要閱讀國際平台上大量的英文技術文件。兩系的學生都需要快速地融入大學的英語教學模式中。第三是提供學生展現自己、練習表達的機會。由於這些剛入學的大一新生彼此間並不熟悉，也希望能增進他們之間的認識。表2是所設計的二課堂教學流程。 表2   兩堂線上同步實驗課程教學流程 […]

素養導向的化學課程設計 鍾曉蘭1、3*、曹雅萍2 新北高中1、中山女高2 新北市化學課程發展中心執秘3 chshirley2007@yahoo.com.tw ■ 前言 108課綱強調素養導向的教與學，學校課程包括部定課程與校訂課程兩大類型，部定的課程多訂有課程內容與主要學習重點、分為必修與加深加廣選修，校訂課程包含校訂必修與多元選修。校訂必修提供學校發展校本特色課程，多以知識統整、應用與培養能力的跨領域課程為主。多元選修可補足傳統式教學與課程的不足，根據學生的學習背景、能力與興趣，提供差異化而適性課程，以開創因應不同學習需求的學習經驗，更可以關注到跨領域核心素養的養成（林永豐，2017），例如：科普探索、通識概念、職涯試探、大學先修等。以食品安全與製作的課程為例，課程的核心概念不僅可以跨到生物科技、食品中所含化學物質的性質、結構或反應，亦可深入探討其可能的危害與法律問題，同時可培養學生系統思考、解決問題能力及公民意識等核心素養。 ■ 本期專刊介紹 本期的專刊是介紹素養導向的化學課程設計，四個課程均屬於多元選修。首先，介紹中山女高蘇芳儀、王聖茹、曹雅萍三位老師設計的「素養導向課程：多元選修—通識化學課程設計、實施與評量」，中山女高在104 至 106學年度，自然四科合開特色課程—生活中的科學，供高一學生選修，以期提升學生對自然科學的興趣，培養學生設計實驗與解決問題的能力，並作為108課綱的化學科多元選修課程—通識化學之課程基礎。課程包含兩大區塊：12週結構式和引導式探究的架構（內容為溶解度、界面活性劑、酸鹼、氧化還原、聚合物和分子結構等）及6週開放式探究。同科教師的共備與合作，是課程不斷修正往前邁進的一大助力。 第二篇是新莊高中游珮均老師設計的「多元選修課程—空氣汙染與PM2.5測量」，珮均老師鑒於空氣汙染如PM2.5的危害日益嚴重，期望能藉由此課程提升學生對PM2.5的認識，建議4週的課程模組融入多元選修課程中，課程設計將資訊融入教學，以行政院環境保護署的數據及自製的裝置來進行實作，進行PM2.5測量與探究，讓學生重視環境的永續性，進以發揮公民道德力行減毒減廢的生活方式。最後游老師提出進一步課程研發的建議，可以協同公民老師以空氣汙染防治法、種族的不平現象等方面，進行跨科議題教學，培養學生思辨能力，提升學生跨領域的核心素養。 第三篇是武陵高中張明娟老師設計的「跨科的實作課程：飲水思源之創意骨牌」，張明娟老師曾帶領高三學生參與思源科學創意賽，並榮獲佳績，然而參與該競賽需將所學應用並動手實踐，其中又牽涉跨科概念的比賽，若能將參賽的培訓過程融入多元選修課程，能有效培養學生解決問題能力，故作者試著開設跨科的高三多元選修課程，藉由協同教學模式讓物理及化學科老師同時進入課室，一起解決學生可能會遇到的問題。然而指導這門課程時，老師除了擔任支援前線角色外，更要常常個別訓練學生不同的實驗技能，比正規實驗課程有更多的挑戰，作者鼓勵願意接受挑戰的老師們，可嘗試以此型式開設多元選修課程。 最後一篇是新北高中鍾曉蘭與陳永男老師設計的「跨領域多元選修：保養品製作與商品設計」，本課程源起於科學體驗活動，分別在多處舉辦的自製保養品的體驗，筆者有感於課程經費難以籌措，於2014年申請教育部科教專案「開發生活化學課程、教材、活動與評量」，以成立社團的形式來試行實作與評量。專案計畫結束後的兩年間，兩位作者合作開發跨領域課程—保養品製作與商品設計，先舉辦兩場教師工作坊，試行其中幾項自製品的製作與商品設計，後續在學校的多元選修課程先試行一學分的實作課程，最後在108課綱實施後，正式在高二開設一學期二學分的跨領域的多元選修。目前課程持續實施中，目前已有多項學生產品發表會的海報與商品盒的成品，學生的產出多元而精緻。 ■ 結語 多元選修課程一開始的研發在許多學校是舉步維艱的，常面臨經費、設備與師資不足的問題，如何開發新的課程，與課程實施的初步成果，本期專刊的四篇文章，將提供不同的面向與實際的做法，課程從單一化學通識課程，到空氣汙染與PM2.5測量課程模組，延伸到化學與物理跨科的競賽型培訓課程，最後到化學與藝能科的跨領域課程，兼顧探究、實作能力的培養，進而提升學生跨領域的核心素養。 ■ 參考資料 林永豐（2017）。核心素養的課程教學轉化與設計。科學教育月刊，275，4-17。

素養導向的化學設計課程： 多元選修—通識化學課程設計、實施與評量 蘇芳儀1、王聖茹2、曹雅萍3 臺北市立中山女子高級中學 1loowei0716@gmail.com、2shengruby@m2.csghs.tp.edu.tw、3yapingtp@gmail.com 隨著時代的演變科學教育的重點也隨之改變，由知識和技能學習漸漸轉變成解決問題能力的科學素養的培養，為因應此一趨勢，並提升學生對自然科學的興趣，中山女高在104 至 106學年度，自然四科合開特色課程—生活中的科學，供高一學生選修，期待學生能藉由操作實驗的方式了解科學，從而建立邏輯性思考並能動手設計新實驗，且體驗到生活中處處是科學。 此特色課程由自然四科老師分別設計四週的課程，課程模組設計時的挑戰包括：需符合學生對課程的期待，需達成課程核心目標，需能兼顧趣味、學理深度及時間掌控等。在安排課程時，盡量多位化學老師參與，除可讓大家皆熟悉課程主題外，在四個學期中亦共同開發了多個課程模組，並為108課綱的化學科多元選修課程—通識化學，奠定了紮實基礎。 本文將介紹本校在多元選修中開設的通識化學，此課程開設的目的除了原生活中的科學所提到的目標外，更希望將主題聚焦在化學，讓學生可以了解化學在生活中的應用，並可提供學生後續加深加廣課程選修時的參考。以下分享則包含課程內容、評量方式和課程實施狀況等部分，期盼透過此分享對大家的化學課程開發有所助益。 n  通識化學課程簡介 108課綱實施後，通識化學的定位為高一多元選修課程（教育部，2018），考量科內人力分配，每學期開設1至2班。以下將依課程目標、全學期課程規劃、期末闖關活動作業說明與闖關活動計劃書及關卡說明評分規準逐項說明如下： 一、課程目標 根據教育部在103年11月發佈了12年國民教育課程綱要總綱（教育部，2014），本次課綱旨在培養學生「核心素養」，係指一個人為適應現在生活及面對未來挑戰，所應具備的知識、能力與態度，強調學習不宜以學科知識及技能為限，而應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。故本課程亦以此做為課程發展主軸，並依此歸納出課程目標如以下所列： 1.      學生能以觀察實作與邏輯推理等探究歷程，習得課程中所用到的化學概念與知識。 2.      學生能運用適當的圖表表達，並呈現實驗成果。 3.      學生能將所學到的實驗與化學概念，經自我轉化並設計規劃出新的實驗。 4.      學生能操作實驗，並將實驗說明清楚，與他人分享。 5.      學生能與他人合作探究科學，並欣賞科學之美。 而為了達成上述目標，課程的設計會分成兩大區塊，第一個區塊約12周課程，選取高中化學的主要概念如溶解度、界面活性劑、酸鹼、氧化還原、聚合物和分子結構等，並以結構式和引導式探究的架構設計課程，期望學生從做中學，並培養觀察實作、推理論整和圖表表達等學習表現。第二大區塊則以開放式探究的架構設計課程，期望學生可以將上述習得的能力和化學概念遷移，並經由探究設計出新的科學實驗闖關活動。而過程中則希望學生藉由合作的過程，習得溝通表達，並可欣賞科學，其課程目標和課程規劃方向對應如下表1。 表1  課程目標和課程規劃方向對應 周次   課程目標   課程規劃方向   第1~12周   l  學生能以觀察實作與邏輯推理等探究歷程，習得課程中所用到的化學概念與知識。   l  學生能運用適當的圖表表達，並呈現實驗成果。   l  學生能與他人合作探究科學，並欣賞科學之美。   化學學科概念學習：選用概念包括溶解度、界面活性劑、酸鹼、氧化還原、聚合物和分子結構。   課程設計：結構式探究和引導式探究   第13~18周   l  學生能將所學到的實驗與化學概念，經自我轉化並設計規劃出新的實驗。   l  […]