《臺灣化學教育》第四十八期（2022年8月） 目 錄 n  主編的話 第四十八期主編的話／邱美虹〔HTML｜PDF〕 n  特別專題【專題主編／邱美虹】 中國化學會90周年特刊／邱美虹〔HTML｜PDF〕 化學教育之見聞行 / 邱美虹〔HTML｜PDF〕 從微觀到巨觀:由DNA來看世界 ／洪文東〔HTML｜PDF〕 從PISA看台灣的科學教育／林煥祥〔HTML｜PDF〕 金奈米粒子的微量合成和鑑定／楊水平〔HTML｜PDF〕 分析主張對立的科學文本─培養社會性科學議題的論證能力／陳品吟、林淑梤〔HTML｜PDF〕    n  本期專題【專欄主編／佘瑞琳】 大學化學實驗課程設計與線上教學 / 佘瑞琳〔HTML｜PDF〕 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〔HTML｜PDF〕〔教材、營隊學習單1、 2〕 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〔HTML｜PDF〕 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〔HTML｜PDF〕 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〔HTML｜PDF〕 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〔HTML｜PDF〕 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〔HTML｜PDF〕 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〔HTML｜PDF〕 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〔HTML｜PDF〕

中國化學會90周年特刊 邱美虹 國立臺灣師範大學科學教育研究所 *mhchiu@gapps.ntnu.edu.tw 中國化學會自1932年8月4日成立以來，雖然歷經幾次歷史上的重大事件，但是學會仍遵循服務會員的宗旨，不僅戰後恢復化學會誌和化學期刊的出版，同時在國際上也積極支取辦理各學術研討會和參與國際事務。相較而言，臺灣化學教育電子期刊是個剛起步的期刊，自2014年出刊至今也才歷經8個年頭，但47期以來所刊登的文章主題無非是以提升教師專業能力、引介化學教育課程改革新理念、改變教學策略、挑戰適性教學、設計創意實驗、重視綠色化學、連結化工產業與發展素養導向的評量以回應108課綱為標的，以期能促進學生對化學學理的認識、培養思考力和創造力、提升學生以科學語言表達所習得的知識與技能、解決課室教學的問題、因應時代變遷所需要的思潮、教學素材與方法。臺灣化學教育其實是扮演一個催化劑的角色，透過期刊論文的發表，希望可以促進更多的交流與蹦出更多的火花。期刊受到全球各地讀者的愛護，這不得不感謝所有作者們的貢獻與支持，使本期刊得以順利成長與茁壯。同時也感謝各專題客座主編的熱誠，熱心邀稿與細心審稿，不厭其煩的修改與審視文章，以提供讀者可信賴的參考資源。 這一期的專刊內容包括邱美虹回顧過去20年所見所聞和所做的事情來勾露出化學教育在學術和推廣活動上的發展輪廓，其次是洪文東的微觀與巨觀視角談DNA的發現和其組成，從可見的外顯自然現象去深究內隱的組織成分和結構，揭露生物和自然界微觀世界之奧妙。接著是主持兩期PISA計劃的林煥祥從多年對PISA架構與試題的瞭解評析108課綱所擬培養的學生素養與PISA之關係，以作為教師教學之參考。楊水平的金奈米的實驗設計與運用廷得耳效應對金奈米粒子進行鑑定，此實驗可以作為學校教學活動之參考。最後是陳品吟和林淑梤所設計的主張對立的探究文本進行社會性科學議題的教學，呼應108課綱探究與實作課程中強調論證能力的培養之目標，文中提出”支持”和”反駁”二氧化碳為全球暖化主因的科學文本，利用正反兩面論述生活議題，可以培養學生溝通表達、推理論證的能力，值得教學或設計教學素材時之參考。此次以這些專文慶祝化學會成立90周年，並期待本期刊能永續發展持續為讀者服務，未來再一起慶祝化學會成立100周年。。

化學教育之見聞行 邱美虹 國立臺灣師範大學科學教育研究所特聘教授 mhchiu@gapps.ntnu.edu.tw n  前言 走過漫長的歲月的中國化學會在今年歡慶成立90週年。中國化學會於1932 年 8 月 4 日在國立編譯館於南京召開的「化學家討論會」，會中邀請45 位來自歐美日代表會議中主要是討論化學譯名、國防化學、大學和高中化學課程綱要等議題，在是日晚間召開會議中宣布學會正式成立。彭旭明院士認為這是「歷史的偶然，亦是歷史的必然」 (詳見https://youtu.be/u3JqLgL7C4Y)。 n  化學會的四個時期 為了記錄化學會走過的歲月，化學會將出版專書介紹學會的沿革和學術與推廣的成果，書中將90年分成四個階段:即1932-1950 為學科救國、艱苦創業；1950-1980:在臺復會、篳路藍縷；1980-2000:與時俱進、開創新局；2000-迄今: 永續發展、邁向未來(詳見彭旭明，2022)。在(這期間各階段皆有相當值得讀者瞭解的重大議題與成果，譬如第一階段開始辦理學術研討會和期刊(會誌、化學、化學通訊)；第二階段的期刊復刊，顯示化學人任重道遠的使命感，以及IUPAC大陸與臺灣代表權的協議；第三階段，強調科學紮根與科學教育，(並以學術獎勵肯定化學人對學術和社會的貢獻；第四階段為持續強化國際交流，並多元發展推廣科普、綠色化學、化學安全、教師增能、產學合作與女化學家交流。這些化學會的事跡都值得化學人前仆後繼以接棒的方式追隨前人的腳步，繼續往前邁進，傳承前人的使命感與爭取更多的榮耀。 n  化學教育學術活動 化學教育學術交流一開始以化學家對於教育的熱誠與使命感而進行課程、教學與評量的評介為主，後來逐漸有更多的化學教育專業者和教師參與，使化學家和化學教育家的互動頻繁，也建立大學教育和中學教育的人才培育有對話的平台。譬如2004年作者於臺灣南部和北部各辦理一場為期三日的「高中化學種子教師專業成長教師」研習營，會中邀請彭旭明教授介紹國內外化學課程、牟中原教授針對高中化學教育的過去、現在和未來加以評析、陳竹亭教授引介課程與教學、陳家俊教授的化學新知、余岳川教授科學玩具實驗、吳心楷教授和王文竹教授的媒體教學統整課程以及廖淑芬和何振揚兩位化學教師分享化學評量等等進行研討，當時擔任化學會理事長的吳澄清博士亦到場主持綜合座談，現場討論相當熱絡，並針對大學和中學化學教育所面對的挑戰與可能的機會提出具體的意見。在南部成功大學舉辦的第二場工作坊除專題演講外(包括蕭次融、許桂芳、許鏵芬、蕭世裕、林弘萍等教授和黃得時老師)，則著重在化學新知(如奈米材料、生物製藥光電化學材料)的介紹與到業界參訪，其中包括台灣神隆公司、南科管理局、台鹽公司和聯電公司，對高中教師而言能結合化學理論與化學實務工作對於教學與引導學生面對未來大學選科系有很大的幫助。後來教育部成立化學學科中心，不僅結合一群熱心且專業的種子教師不間斷的研發與分享課程外，也透過這一群種子教師的力量將課程與實驗的核心價值與內容透過辦理不同主題的工作坊(包括化學概念的學習、微型實驗、教學策略、擴增實境等新興科技融入化學課程) 推廣到全台各地，對於推動化學課程改革與教師專業成長影響甚鉅。 除教師工作坊外，中美雙邊化學會學術研討會「化學教育」是在1992年提請國關小組評估並於化學會成立60周年慶中邀請美國化學會會長L.Elierl來台會商。1994年中美雙邊合作國際不對稱合成研討會決議於1996年至加州舉辦化學教育研討會，美方即我方各8名講員，講題包括化學通識、課程、資優教育、大學化學、化學科技與社會、實驗安全、化學教育改革等。主題多元反映兩地化學教育的關心議題與解決問題的策略。只可惜這樣的交流後來有就停擺了。 此外，1996年的第一屆化學教育學術研討會和1999年第二屆化學教育學術研討會會中邀請國內外專家學者就國內外化學教育之現況、問題與危機，以最為規劃對未來化學教育之研究、教學及師資培育之參考。還有海峽兩岸化學教育學術研討會的舉辦，譬如筆者於2002年在國立臺灣師範大學(簡稱臺師大)舉辦，主任委員是當時理學院院長陳昭地教授和清華大學廖俊臣院長(也是當時化學會會長)，負責辦理的是化學系方泰山教授和我本人。會中特別邀請當時中央研究院李遠哲院長和印第安那大學知名化學教育專家Dr.Dorothy Gabel擔任大會主講人。座談兩場分別是大學課程與教學由臺大化學系彭旭明教授主持，和中小學師資培育和課程改進，由臺師大化學系王澄霞教授主持，最後則由李遠哲院長就化學教育的改革進行綜合座談。這些前輩們豐富的經驗與真知灼見，讓後進們深獲啟發。會中同時也邀請9位大陸學者進行專題報告，受邀者有北京大學化學學院的常文保教授、段連運教授和清華大學薛芳渝教授等就大陸高等學校化學教育與人才培育途徑進行深度分析，內容精彩引起許多兩岸化學教育學者的對話；而臺灣的代表則是台大化學系牟中原教授、陳竹亭教授；吳嘉麗教授、周進洋教授、楊定亞教授、傅麗玉和段曉林教授等10人。中方與台方在教育上面臨類似的考試領導教學的問題，但又希望面向以學生為中心的化學教育，因此討論激烈與深入，對教學思維頗有啟發。兩岸的互動持續一段時間，直到後來在2000年之後，化學教育學者與北京師範大學王磊教授、上海華東師範大學王祖浩教授和東北師範大學鄭長龍教授互動與交流更加頻繁，除在兩地舉辦的研討會上給予專題演講外，也相互辦理化學「同題異課」教學觀摩(臺灣曾派代表出席，也曾在臺由新北高中鍾曉蘭化學教師辦理)，以及進行教科書撰寫的經驗交流與分享。這些活動不僅促進大學教授之間學術性的互動外，也提供第一線的中學教師有彼此觀摩學習的機會，拓展彼此對化學教育的視野與對話。 此外在國科會推動的化學概念全國學生調查計畫中(2000-2004)，來自八所大學的教授(黃萬居、蘇育任、周進洋、林煥祥、莊奇勳、許良榮、李賢哲和我)針對國中小及高中生進行概念診斷，當時參與此計畫的還有中學教師和博士後(如梁家祺和周金城教授)，這大型計劃一共持續四年，所研究的學生另有概念包括粒子概念、電化學、有機化合物、酸鹼、氧化還原、化學平衡等概念。研究成果發表在International Journal of Science Education (SSCI)期刊中，成為到目前為止IJSE以單一國家支持的研究成果做為該期刊的專刊，實在不易。 n  化學教育的推廣 1980年代起，國立臺灣師範大學化學系蕭次融教授開始推動化學教育，不僅在各種場合教導不同年齡層的人有趣的化學，同時也在迪斯尼頻道演示化學實驗和傳遞學化學的樂趣。蕭教授被大家尊稱為化學界的頑童，常用有趣且簡單的化學實驗引起學生的好奇心與求知慾，同樣的實驗在蕭老師的演示下總是令人驚豔，百看不膩，無人能出其右。常言道，教學是門學問也是一種藝術，其中充滿專業的素養與溝通的創意表現。蕭教授的沉浮玩偶、七個神奇的杯子、鐵粉自燃、酒精養樂多瓶禮砲等等，無一不是化繁為簡的有趣實驗，學校化學教學若也能如此，相信學子們必定熱愛化學並想一探究竟這奇妙的學科! 2011年是居禮夫人獲得諾貝爾化學獎100周年，同時也是拉塞福發現原子核模型的100周年慶，聯合國宣稱2011年為化學國際年(The International Year of Chemistry，IYC)。在這一年內由國際純化學暨應用化學聯合會(International Union of Pure and Applied Chemistry, IUPAC)負責推動各項活動並鼓勵世界各國以不同形式的活動來共襄盛舉，讓社會大眾對化學有正確的概念與態度，以及引起社會大眾對化學在人類發展上的貢獻有所認識。其中一項是在全球各地測水質，瞭解生活處處是化學。當年巴西共有八萬多人參與這項活動，可謂空前的盛大。臺灣為與國際大型活動銜接共襄盛舉因而舉辦多項活動，譬如在台北市士林科教館臺師大辦理國際化學教育委員會(Committee on Chemistry Education, IUPAC)所推廣的化學年輕大使(Young Ambassadors for Chemistry)動手做實驗的科學傳播科普活動；還有淡江大學由王伯昌教授啟動的「化學下鄉」活動，將小貨車改成行動化學車，帶動偏鄉化學教育，在2019年就已達到累積造訪500所學校的紀錄，令人欽佩。2019年聯合國為慶祝化學界的圖騰-門得列夫發現週期表150周年慶而訂定為「國際化學元素週期表年」(International Year […]

從PISA看台灣的科學教育 林煥祥 國立中山大學博雅教育中心 huannlin@mail.nsysu.edu.tw   n  簡介PISA評量     經濟合作發展組織（Organization for Economic Development and Cooperation, 簡稱OECD）自西元2000年起主辦 Programme for International Student Assessment, 簡稱PISA)。其目的是測試十五歲學生是否具備參與未來社會所必需的基礎知識和基本技能，從而建立定期循環（每三年）的評量指標，為各國制定教育政策提供参考，以此來審視、評估國家以及學校教育的整体成效。PISA評量包括三個方面：閱讀素養、數學素養、和科學素養。每次的評量都以某一項素養作為主項進行深入評測，其它兩項方面則進行綜合評測。PISA2000的主項是閱讀，PISA2003是數學，PISA2006是科學，每9年形成一個大循環。有別於大部分國際評比大型計劃針對學科知識概念的評量，PISA的評量架構著重於素養的評量。藉由生活化情境式（包括個人、地區、國家、及全球性的情境）的題組，評量學生的解決問題能力。     由圖1為PISA 2015的評量架構（OECD, 2017）可以看出素養導向的評量包括科學能力(scientific competency)測驗卷以及學習者對科學的興趣、價值觀、自我效能、以及環境覺知、科學本質（或是科學認識論）的信念（understanding about the nature of science or epistemological belief of science）等的問卷評量。其中科技能力的評量包括：以科學解釋現象；評估與設計科學探究；以科學詮釋數據及證據等三項科學分項能力。 圖1：PISA 2015科學素養的評量架構 （OECD, 2017） n  108新課綱內涵與PISA所強調的重點—以「生活化」與「情境式」協助學生建構科學素養 我國於2006年首次參加PISA以科學為主軸的評量。迄今為止已屆滿15年共計5次國際評比，值此新課綱已經實施三年之際，更值得檢視我國新課綱目標與PISA國際評量的走向與趨勢。     108新課綱所強調的重點包括： 『核心素養是指一個人為了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。核心素養強調學習不局限於學科知識及技能，而應關注學習與生活的結合。核心素養強調培養以人為本的「終身學習者」，回應基本理念（自發、互動、共好），分為三大面向：「自主行動」、「溝通互動」、「社會參與」，此三大面向再細分為九大項目，並強調素養是與生活情境有緊密連結與互動的關係。（教育部，2014, p.3） •        自主行動：個人是學習的主體，學習者應選擇適當的學習方式，進行系統思考以解決問題，並具備創造力與行動力。』（教育部，2014, p.4）     上述108新課綱重點所提及的「素養是與生活情境有緊密連結與互動的關係」意在鼓勵教學、學習、評量都應著重於「生活化」與「情境式」。此項強調也與PISA的評量架構（contextual assessment）互相呼應。另外九大面向之中的「系統思考與解決問題」以及「規劃執行與創新應變」所強調的「探究與實作能力」與PISA所評量的competency of evaluating […]

金奈米粒子的微量合成和鑑定 楊水平 國立彰化師範大學化學系 *yangsp@cc.ncue.edu.tw n   簡介 本實驗係利用檸檬酸鈉（Trisodium citrate）當作還原劑，還原四氯金酸（Tetrachloroauric acid）的金離子（Au3+）成為金屬金（Au），檸檬酸鈉也當作穩定劑以分散金奈米粒子（gold nanoparticles），並且應用廷得耳效應、繞射、聚集和光譜分析等來鑑定合成的金奈米粒子，也使用PVP當作穩定劑（Yang, 2013）。本次微量實驗直接使用未用過且乾淨的具有鐵夫龍蓋的樣品瓶和PE滴管。此外，鑑定後剩餘的金奈米粒子溶液裝在樣品瓶內，攜帶自己合成的作品回家永久保存。 n  實驗原理 一、  奈米材料及其特徵 奈米（Nanometer, nm）是表示長度的單位，有時稱為毫微米（mμ），1奈米等於1微米（μm）的1/1000，也就是10‒9 m。在尺度上，奈米通常用於表示原子或分子的大小，例如：氦原子的直徑約為0.06 nm，核醣體的直徑約為20 nm，最小的細菌直徑約為400 nm，病毒的大小範圍為20-250 nm。奈米也用於指定可見光譜附近的波長，可見光範圍約為380~750 nm。奈米等級的粒子肉眼看不到，光學顯微鏡也無法觀察到，需要藉助於電子顯微鏡才能觀察到。 奈米材料就是指奈米大小的材料，其大小介於1~100 nm之間的微小物質所組成的材料。廣義上，奈米材料是指在三維度中至少有一維度處於奈米尺度或由奈米尺度範圍的物質為基本結構單元所構成的材料的總稱。科學家從這麼小的粒子中，發現到許多有趣和豐富的物理和化學性質。由於具有奈米尺寸的微小物質與宏觀物質會呈現非比尋常的表面效應、小尺寸效應和量子效應，因此奈米材料具有與普通材料的光學、電學、磁學、熱力學、力學和機械等不同的性能。 由於奈米材料的尺寸為奈米級，出現兩項明顯的特徵。其一為表面原子數大增：與相同質量的塊狀材料相比，奈米級材料具有相對較大的表面積，亦即表面積對體積的比例大增。在1947年，第一代電晶體（transistor）的尺寸超過1 cm，常用的microSDHC記憶卡大約為指甲大小，卻有超過500億顆的電晶體在其中。現今電晶體長度不到5 nm，縮小超過約200萬倍。這樣的進展相當於曾經是世界第一高樓的509米高的臺北101大樓縮小到0.25 mm的高度。奈米材料更具化學反應性，並影響其強度或電性，例如：非均相催化反應，金屬奈米顆粒的尺寸減小顯著地增加金屬表面的暴露，有利於奈米顆粒表面的異質化學。 其二為量子效應（Quantum effect），量子化是微觀世界中一個普遍的現象，量化效應不同於巨觀世界中能量是連續的狀況。對奈米材料而言，當材料的尺寸由巨觀縮小至接近於數個原子或分子的大小的層次時，其能量分布由連續轉變為量化（不連續）的狀態，繼而明顯地影響奈米材料的許多性質。量子尺寸效應（Quantum size effect）是由一種稱為限制的現象引起的，並且在10 nm或更小的奈米粒子中更為普遍。奈米材料呈現出量子效應有截然不同的特性，例如：銅等不透明物質變得透明，鋁等穩定的材料被證明是可燃的，像黃金這樣的固體在室溫下會變成液體，矽等絕緣體則成為導體。 不同粒徑的半導體奈米粒子的價電子以照光的方式激發至能量較高的導帶（conduction band）後，該價電子的能量會自發性以光的形式釋放而回到穩定的價帶（valence band）。由於不同粒徑的粒子具有不同的能隙大小，因此可以利用此特性製造出不同的奈米半導體，進而得到它們所釋放出之不同顏色的光。以光學特性為例，當金屬奈米粒子足夠小時，光譜吸收與表面化學有很強的耦合，尺寸在2-10 nm的金屬奈米粒子會表現出離子化的共振效應。黃金是金屬材料中相當著名的成份。若研磨黃金到超微細的顆粒，則黃金色澤便完全消失，紅色隨即呈現出來。金奈米粒子呈現紅色的原因是此奈米粒子吸收可見光（380~750 nm）中的520 nm波長（綠光），而見到其互補色（紅色），並且吸收綠光的能量與金奈米粒子發生作用，使得金奈米粒子表面的自由電子雲（electron cloud）被極化，亦即表面電漿子（surface plasmon）或稱表面電漿極化子（surface plasmon polariton）被極化，隨著光波的頻率而震盪。在此過程中，特定頻率的光與表面電漿子作用而被吸收或散射，這種共振現象通常稱為局域表面等離體共振（localized surface plasmon resonace），如圖1所示。局域表面等離子體共振是限制表面等離體的尺寸與用於激發等離子體的光波長相當或更小的奈米顆粒的共振結果。當一顆球形金屬奈米粒子被光照射時，振盪電場（electric field）導致傳導電子相干振盪。當電子雲相對於其原始位置發生位移時，電子和原子核之間的庫侖引力會產生恢復力。 圖1：局部表面電漿子共振的示意圖 （圖片來源：Localized surface plasmon, https://en.wikipedia.org/wiki/Localized_surface_plasmon） 二、  金奈米粒子的合成 […]

分析主張對立的科學文本─培養社會性科學議題的論證能力 陳品吟、林淑梤* 國立彰化師範大學 科學教育研究所 *sflin@cc.ncue.edu.tw n  前言 培養具有科學素養的公民是現今科學教育的目標，需讓學生能夠瞭解資訊中的科學概念和知識、認識與批判科學相關的資訊，並學習做出明智的決策。如此不僅能幫助學生發展社會責任，也能讓學生在未來參與社會實際議題時，做出負責任的決定（Gray & Bryce, 2006; Kolstø, 2000; Oulton, Dillon & Grace, 2004）。 學生如何在紛亂的資訊網絡中，判斷正確的資訊並提出理性的決策，即和學生的論證能力息息相關。「論證」（argumentation）是一種討論的過程，是擁有兩個以上不同想法的個人，藉由各種證據、理由及事實來支持自己的論點、反駁對方的想法。而「論證能力」（argumentation skill）是以科學觀點評估不同的主張、資訊與理由，進而做出決策的能力（Jime’nez-Aleixandre, 2002; Simon et al., 2006）。許多科教學者提出研究實證，指出在課堂中實施論證教學，提供學生在課堂上的論證機會，可以提升學生的論證能力（Oulton, et al., 2004; Osborne, Erduran & Simon, 2004）。 論證教學是指在課堂中進行論證活動時，藉由議題的探討讓學生提出合理的主張和支持的證據，鼓勵學生以相互討論、辯論和質疑等方式，構建出自身的主張，以促進學生論證能力的發展（Osborne et al., 2001）。近年來許多科學教育學者倡導利用「社會性科學議題」（Socio-Scientific Issues, SSI）作為教學情境（Osborne et al., 2004; Zeidler et al., 2005），讓學生從中學習並發展論證能力。社會性科學議題是由社會議題和科學或科技議題之間複雜的交互作用而形成的爭議事件，常包含多元學科及跨學科之間複雜的背景知識，是一種複雜、無標準答案且具有爭議的議題（Simonneaux, 2008）。社會性科學議題具有多元學科及無標準答案的特性，因此能讓學生進行討論及辯論，藉以培養學生提出主張、理由、反駁以及評估或解釋證據的論證能力。 n  論證的要素 一個完整的論證中應含有什麼要素？在許多論證模式中，以Toulmin（1958）提出的論證模式（Toulmin. Argumentation Pattern, TAP）最具代表性。Toulmin（1958）認為一個完整的論證是由資料推論，進而產生主張的過程，這之中包含六個結構要素，以及六個結構要素之間的關係（如圖1）。Toulmin（1958）認為論證的過程中，若能呈現越多不同的論證要素，則論證的結構就越完整。以下呈現TAP六個要素的簡要說明： (一)資料(Data)：用來支持主張的客觀數據或證據，通常陳述一個現象或事實。透過資料或證據的呈現，可明確展現出主張的基礎，並支持、擁護主張。 (二)主張(Claim)：論證過程中形成的結論，論證者根據證據提出自己的主張或結論，試著在證據和主張之間建立合理的說法以說服他人。 […]

大學化學實驗課程設計與線上教學 佘瑞琳 臺灣大學化學系 師資培育中心 shirlin@ntu.edu.tw ■ 前言 化學是科學的中心，是一門實作科學；藉由操作實驗、記錄量測和觀察結果，以具體印證或推論化學原理原則。一般各大學基礎科學領域、生命科學領域及材料工程領域的學生，多需要修習普通化學與實驗。以臺大為例，一年約有2200位學生需要修習普通化學與實驗，每一週約有20個實驗班次進行普化實驗。而配合各學系的專業發展，有一半以上的學生尚須必修進階的有機化學、分析化學及物理化學課程與實驗。因此化學實驗課程的核心內容、所培養之科學素養精神、所涵蓋之基礎實驗技能，及實驗課程之預備與實施等，均是教學教師於規劃實驗課程時需考量的。 化學實驗強調學生需動手操作，需仔細觀察記錄，需整理歸納找出規律性，最後獲得具體結論。化學實驗需要大量的準備工作及完整的教學設計，讓學生能從做中學，並引發其學習興趣。因此在中國化學會（Chemical Society Located in Taipei，CSLT）趙奕姼秘書長的籌劃下，於 2021 年 8 月 23 日舉辦《2021全國化學實驗課程設計_線上交流會》，讓全國化學實驗相關教師齊聚一堂以交換教學心得（圖1）。會中首先邀請到海洋大學賴意繡老師、成功大學何桂華老師及北一女中周芳妃老師分享『疫情下的線上實驗課程設計』。高醫大林雅凡老師、陽明交通大學黃立心老師及臺大劉銘璋老師分享『透過課程設計培養學生的實驗動機與能力』。當日共有 130 餘位來自各地大專院校及高中實驗相關教學人員與會（中國化學會，2021）。全國第一次的化學實驗課程設計線上交流會，藉由六位講者分享實驗教學設計理念與學生學習成果，吸引與會者也提出各校的施行方式，而獲得極大的回饋與迴響。繼而《臺灣化學教育》主編邱美虹教授籌劃出版《大學化學實驗課程設計與線上教學專刊》，由我擔任專刊客座主編，以邀請更多大專院校教師，分享化學實驗設計與遠距教學心得。 圖1 全國化學實驗課程設計線上交流會 ■ 本期專刊介紹 本期專刊主題是《大學化學實驗課程設計與線上教學》。首先是由高雄醫學大學羅珮綺老師依據醫藥暨應用化學系的特色，介紹多層次且學生印象最深刻的『大學阿司匹靈合成實驗』。第二篇是由實驗教學經驗豐富的何桂華老師介紹成功大學有機化學實驗之教學理念，及因應疫情而設計多元化之有機化學實驗線上遠距教學，讓學生仍能達成學習目標。接著是陽明交通大學黃立心老師分享大學生於普化、有機、分析、物化基礎實驗訓練之後，可以進階修習的「整合型化學實驗」選修課程；以核心專題的模組，讓學生學習研究型實驗。第四篇則是邀請高雄醫學大學林雅凡老師介紹其有機化學實驗之遠距教學設計理念與實施後之省思。第五篇是海洋大學賴意繡老師因應疫情發展，以他30年的實驗教學經驗，努力設計實驗遠距教學和改變評量方式，並比較前後共二次實施遠距教學之心得和反思。第六篇由嘉義大學邱秀貞老師分享面對實驗遠距教學挑戰所設計的實驗箱，讓學生在家製作室溫磷光物。第七篇是屏東科大黃武章老師分享在學校軟硬體的全力支持與全體教學助教的協助下，首次實施實驗遠距教學的心得感想。最後，由臺大沈晏平老師分享他在帶領普化實驗遠距教學與學生互動之感想，並比較線上遠距及線下實體教學之優缺點。 本期專刊《大學化學實驗課程設計與線上教學》共八篇，主題如下： l   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 l   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 l   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設計與實施／黃立心 l   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* l   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 l   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 l   大學化學實驗課程設計與線上教學：疫情期間普通化學實驗課首次遠距教學調適經驗分享／黃武章 l   大學化學實驗課程設計與線上教學：臺大普化實驗之線上教學設計—實驗安全與實驗技能／沈晏平 ■ 結語 化學是一門實作科學，但因為這二年多來數次疫情影響，不得不停下實體課改採線上遠距教學或實體與遠距混成教學時，實作實驗課如何經由課程設計，繼續吸引學生專注學習，以達到原訂之學習目標？這需要教師們不斷的努力嘗試與反思改進。藉由加入多元化的教學資源、教師社群的觀摩分享，而能截長補短，不斷精進。大學教師的教學、服務與研究，需三方面並重並進；如何將學術研究成果融入學生實驗教學？如何能吸引我們的學生樂於實作實驗的學習？需要更多的教師投入心力與關注。藉由化學會舉辦的全國化學實驗教學人員工作坊或研討會，及《臺灣化學教育》這一次專刊分享，希望能引發更多的迴響！新冠肺炎疫情雖然影響全世界、全人類的生活方式，但不影響我們教學的熱忱。實驗教師們隨著時空環境變遷，獨自在沒有學生的實驗室或辦公室構思、設計、滾動式地調整我們的實驗教學模式。期待的是：學生的學習不受到距離的影響，仍能保持學習熱情，而更珍惜每一次學習的機會。 ■ 參考資料 中國化學會（2021）。2021 全國化學實驗課程設計線上交流會｜疫情下的線上實驗課程設計、透過課程設計培養學生的實驗動機與能力。Youtube。https://www.youtube.com/watch?v=sp0l4ywP4wU

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。 […]