北京化學教學交流：資訊融入教學社群分享與參訪心得（下） 鐘建坪 新北市立錦和高級中學國中部hexaphyrins@yahoo.com.tw 〔承《北京化學教學交流：資訊融入教學社群分享與參訪心得（上）》〕 n  資訊融入教學與社群共備分享 三、社群共備模式 參與本校共備的教師成員學科背景廣泛，主要具備教學熱忱、樂於接受新的教學挑戰以及嘗試創新教學的同時願意進行社群共備分享，讓不同成員之間能夠欣賞彼此教學優點，並且反思自身的教學限制，思考出對學生最佳的教學活動。由於模型本位合作學習教學模組涵蓋模型教學與合作學習，因此社群教師共備初期，先由合作學習出發，讓夥伴教師能夠經由實務的研習思考如何在課堂中進行小組互動、如何藉由資訊工具的增加師與生或是生與生之間的互動。接著進行課堂小組討論實作，夥伴教師思考經由實作之後的疑慮與反思，在社群共備之中進行分享與討論解決之道。待合作學習操作完畢之後，再納入模型概念，經由研習分享模型的意義以及思索教學上不同學科欲建構之模型的意涵，透過實際反思與討論，帶領社群教師實際思索如何運用模型本位的教學（見圖6）。最後協助教師整合模型與合作學習形成模型本位合作學習教學模式，並讓教師思索如何藉由授課、討論與反思的歷程協助學生建構正確/合理的概念模型。   圖6a：教師討論欲教概念的模型意義，圖6b：教師分享欲教概念的模型意義 n  參訪過程觀察到可能面臨的挑戰 幾天的參訪行程，整理幾點觀察到中國大陸學生學習可能面臨的挑戰，包含知識引領教學、服從專家建議、缺乏個別差異、缺少創意想法等。 一、知識引領教學 雖然中國大陸的課程標準內容明定認知、技能與情意三個面向，但是教師的教學與師資的培育課程仍多強化在分析知識的結構以利於學生吸收，技能部分著重在實驗技能的培養而忽略高階思考技能與知識內容的關聯，情意面向的延伸似乎不易看見對於科學的賞析以及科學與社會議題之間的關聯性。 二、服從專家建議 可能中國大陸學生從小即開始接觸點評制度，因此接觸的每位學生其口語表達能力皆有一定水平，能針對問題說明自己的想法以及提出具備品質的改進之道。然而，當這些想法與更高職階相互牴觸時，卻比較不會嘗試說服與提出差異想法的理由，而是選擇沉默的方式繼續接受。 三、缺乏個別差異 雖然中國大陸課程標準高中三年設定的學習時程，但是高中端實務面向的操作都會在高一、二的兩年中完成三年的課程內容，高三整年進行複習課程。縮短學習的時程，教師教學速度相當的快，缺少不同階段轉化的輔助鷹架，期望短時間內提供大量的知識內容，因此學生亦必須在短時間內學習。如此強化知識教學導向，容易忽略學生差異表現，造成初中升高中與高中升大學的考試必須篩選相同特質的學生，變相持續增加升學競爭。 四、缺少創意想法 中國大陸在中考與高考高度競爭的情況下，教學的內容比較容易聚焦在知識層面的重複練習。例如：雖然在原電池教學單元中會強調不同電池改良的因素，但忽略讓學生主動腦力激盪的發想與思索可能改進的想法。 n  建議與未來可行之道 中國大陸學生在學習面臨的挑戰其實和臺灣目前現階段相當類似，主要是以考試引導教學，因此身為第一線教育人員應該思索目前可能面臨的困境與挑戰，並思索未來人才培育的方針，落實在實際的教育現場。 一、強調能力與素養本位的學習內容 從九年一貫強調能力本位課程內容，至日前公布的12年國教課綱，臺灣目前嘗試轉化升學競爭成為學生自主學習能力與相關素養的養成。以自然與生活科技為例，學生不僅應該熟悉相關的科學知識，尚應該獲得科學過程技能以及對於科學本質議題的反思探索。教師於教學時應該著重在核心概念的引導與實際手做能力，讓學生從中強化動手操作與心智技能的關聯。 二、區分學習新課內容與複習統整課的差異 新課內容強調如何協助學生進行知識的建構，藉由引導學生的先前概念再進行概念的修正與重建。然而複習課強調是直接協助學生進行知識的統整，缺少概念轉變的歷程。因此，教學時應該強調以學生的起點行為出發進行知識的建構，而非將整理好的知識灌輸給學生，同時讓學生在學習歷程中可以反思、抒發想法，再藉教師的引導逐漸轉變成科學想法。 二、引導式探究納入實際課堂教學 新概念的教學可以嘗試引導式探究，藉由找出學生的起點行為之後，再思索正確性與否而設計相關的實驗，或是改良課本實驗讓學生在有限的資源下進行實驗探索而非驗證理論結果，緊接著和學生討論理論與實際觀察的差異性，讓學生進行科學論證。例如：將課本實驗做為學生預習準備，真正實驗則將課本實驗加以改良，讓學生並非按照課本步驟而是能夠有所思索完成實驗。 三、知識、能力與情意的整合性教學 雖然國內課程進度的壓力亦相當的大，但在特定教學主題單元可藉由科學性社會議題的討論可以增加整合、能力與情意面向。讓學生分析不同立場的觀點想法，思索如何突破目前侷限的架構以開創新局，讓學生從中自我分析未來可行的解決之道。例如：國光石化與六輕工廠設置的討論，可以藉由社會性科學議題讓學生進行主題式探索，並藉由討論的歷程尊重不同立場的想法，以求合宜的解決之道。 四、教師專業發展社群共備 北京約有2/3教研活動使用北京師大高端備課成果教材，透過大學教授、教研組織以及優良教師的參與研修設計出適切的課程內容，目前亦將從化學的發展開始全面擴展。值得借鏡的是異質性的多元組成，藉由課程、學科與教學專家的共同備課研發課程，帶領校內外教師共同研修。例如：任職學校資訊融入教學社群的組成除了各自的學科知識外，尚有課程與教學、資訊工具等專業背景教師參與，作為教師培訓課程與實作活動的共備引導（見圖7）。   圖7a：教師共備社群研習，圖7b：社群教師校外實作分享 五、實習較師在校的教學引導 實習學校可在校內規畫輔導實習教師的組織，藉由行政、課程、學科教師的協助，在實習教師正式上台教學前，先琢磨教學序列，先透過幾次的講演練習同一個單元，產生初步的教學流程，再持續往下精煉其他教學單元。亦可讓同科的實習講師進行「同課異講」，藉由彼此分享教學設計的內容在精緻化彼此的想法。 六、持續進行以學生為中心的教學 為了避免觀摩只是一種表演而非真實課堂的展現，應該持續協助一線教師發展以學生為中心的教學模式。熟悉多種模式並且轉化至每個教學單元，藉由實際操作過全部的課程內容，逐步發展出相對應的教材與評量方式。如此，才不會在觀摩結束之後再度回到教師為中心的教學模式。藉由社群共備模式，國中、高中教師共同發展相關的教學內容以減輕教師單獨發展的壓力與無助。 七、提供機會讓學生在課堂中彼此溝通與自我表達 當學生能夠說明與解釋科學概念的同時，顯示學生能夠將相關內容作為溝通的工具。教師可以從學生間互動與呈現的內容知悉學生理解概念內容的程度，並發覺學生可能存在的迷思概念，學生也逐步藉由課堂中彼此溝通與呈現增進自身的表達能力。 八、強化學生與教師自主學習的能力 知識的進展快速，目前學習到的知識或許很快就會改變。不僅應該培養學生自主學習的習慣，職前與在職教師亦需要專注在自己本質學能的提升。培養自主學習的能力才能應付多元變化的世界，掌握趨勢的脈動自主性的學習。學生的部分可以將大規模網路免費公開課程（Massive Open Online Courses，簡稱MOOCs）納入平時的教學課程中，讓學生知道目前自主學習的趨勢，而教師部分可以藉由除了國內、國外MOOCs之外，尚可利用共備社群的引導介紹教師適切的學習內容作為自我專業提升的教材。 n  結語 目前中國大陸工資上漲，已經開始讓原先強調廉價勞力的產業移向東南亞，造成許多的臺商開始回流，目前任教的班級中已有臺商子弟從中國大陸返臺就讀。這些學生對於兩岸的長時間接觸與觀察可作為教師教學與學生學習更直接的借鏡。參訪結束回到任職學校，自己不僅向任教班級陳述所見所聞，亦和返臺學生商談兩岸教師教學與學生學習的差異性。學生陳述在上海等都市型學校授課模式亦會強調以學習者為中心的分組合作學習，反而回臺後接觸到的教師，其授課方式多以講述為主，缺少生與生以及師與生間的互動交流。因此，反思兩岸教與學的優缺點，自我期許未來能夠更加精緻學生本位學習的教學任務，藉由引導式探究讓學生逐步發展知識概念，帶領校內在職與實習教師進行共同備課學習，將教師社群發展模式推廣至其他周邊學校。 n  參考文獻 吳俊明（2015）。大陸中小學教師職稱制度改革紀要和簡評。臺灣化學教育，2(9)。https://chemed.chemistry.org.tw/?p=9851。 鐘建坪（2014）。模型本位合作學習教學策略。臺灣化學教育，1(2)，203-209。https://chemed.chemistry.org.tw/?p=1960。 Jong, […]

有關化學鍵和八隅體法則的問題 施建輝 國立新竹科學園區實驗高級中學教育部高中化學學科中心schemistry0120@gmail.com n疑難問題一：硫酸根的S-O鍵是單鍵或雙鍵？ 前言 硫酸根（SO42−）的S-O鍵教科書的附圖以單鍵表示，為何又有雙鍵的說法？首先來看看問題的源頭：「硫酸根的教科書圖示，S-O是單鍵」，如圖1所示。 圖1：高中化學教科書提到硫酸根（SO42−）的結構 在圖1中，S-O鍵確實可以看出是單鍵，但是為何又有「存在雙鍵」的說法，說明如下。 硫酸根中S-O的鍵結 本人在《臺灣化學教育》第十五期的專欄文章〈高中化學問題集錦一〉提及形式電荷（formal charge），這次這個問題仍需以計算硫酸根中各原子的形式電荷來說明。圖2是經形式電荷計算後，硫酸根中各原子的形式電荷。 圖2：硫酸根（SO42−）中各原子的形式電荷 在圖2中，每個氧原子的形式電荷皆為−1，這沒有問題，然而在高電負度的非金屬硫原子上存在+2的形式電荷就顯然不妥了！因此，需考慮其他可能的鍵結方式。若將氧原子上的孤電子對與硫原子的3d空軌域進行pπ-dπ鍵結，如圖3之左圖所示，硫原子的形式電荷為零，這顯然是一個較佳的結構。再者，與硫鍵結的四個氧原子條件皆同，以共振結構表示S-O的鍵結更合適，如圖3之右圖所示。實際測得的S-O鍵長為149 pm，比S-O單鍵鍵長176 pm短了27 pm，可以確認S-O鍵不是單鍵，而應該是  鍵。   圖3：硫酸根（SO42−）存在雙鍵的結構（左），共振結構（右） 延伸推論：磷酸根中P-O與過氯酸根中Cl-O的鍵結 上述解釋可以推及磷酸根（PO43−）與過氯酸根（ClO4−）。高中教科書都以單鍵表達P-O與Cl-O的鍵結，如圖4所示。   圖4：磷酸根（PO43−）的結構（左），過氯酸根（ClO4−）的結構（右） 經形式電荷的計算，問題再度出現，磷酸根的中心原子P存在+1的形式電荷，而過氯酸根的中心原子Cl甚至存在+3的形式電荷，如圖5所示，這是絕對不合適的表示。   圖5：磷酸根（PO43−）的形式電荷（左），過氯酸根（ClO4−）的形式電荷（右） 若以pπ-dπ鍵結處理這個問題，P和Cl帶正電荷的狀況將消失，如圖6所示。   圖6：磷酸根（PO43−）與過氯酸根（ClO4−）存在雙鍵的結構 同理，以共振結構表示圖6中磷酸根與過氯酸根的結構，更能表示兩者的實際鍵結，如圖7所示。因此P-O應該是  鍵，Cl-O應該是  鍵。   圖7：磷酸根（PO43−）與過氯酸根（ClO4−）的共振結構 疑難問題一：結語 教師教學時，是以學生既有的先備知識為背景去介紹新的概念，因此教科書的編撰在介紹硫酸根或磷酸根等原子團的鍵結時，皆以單鍵的方式表達，讓學生容易學習。若突然加入pπ-dπ的鍵結概念，會造成多數學生的困惑。當然有部分程度突出的學生會想到或閱讀到雙鍵或分數鍵的內容，此時教師可在班上稱讚提問的學生，強調這是大學化學的內容，並依學生的程度，以合適的方式介紹此一概念，相信學生能接受這個新的概念。 n  疑難問題二：氯化鈹與三氟化硼到底符不符合「八隅體法則」？ 前言 在「混成軌域」這個單元中，常以氯化鈹（BeCl2）介紹sp混成軌域，以三氟化硼（BF3）介紹sp2混成軌域。然而，氯化鈹（BeCl2）與三氟化硼（BF3）都是最常於考題中出現不符八隅體法則（octet rule）的實例，它們似乎不可能穩定存在，為何要以這兩種不穩定的化合物介紹「混成軌域」？以下將針對此問題提出說明。 硼的氫化物與鹵化物 硼之價軌域電子組態為2s22p1，當鍵結時，提升1個電子至2p軌域，形成3個半填滿的sp2混成軌域。若與氫鍵結，則形成BH3，若與鹵素鍵結，則形成BX3，不管是前者或是後者，都不符合八隅體法則，那兩者是以什麼狀態存在？說明如下： (一) 硼以sp2混成軌域與氫鍵結形成氫化硼（BH3），分子形狀為平面三角形，鍵角120°。由於周圍只有6個電子，因此不符八隅體法則，如圖8之左圖所示。在常溫常壓下，以三中心鍵（two-electron, three-center bond）或稱橋鍵（bridge bond）的方式形成B2H6以取得安定性。如圖8之中圖和右圖所示。    圖8：BH3分子形狀（左），B2H6的三中心鍵（中），取自維基百科的B2H6的分子形狀（右）（右圖圖片來源：http://goo.gl/UakFpB） (二) 硼與鹵素則形成三鹵化硼（BX3），分子形狀亦為平面三角形，鍵角亦是120°。三鹵化硼與氫化硼類似，三個σ鍵使硼原子周圍有6個電子，但與氫化硼不同的是與它鍵結的是鹵素原子，而鹵素原子具有孤對電子（lone pair），似乎可以透過pπ-pπ鍵結，使硼原子滿足八隅體法則。這部份有兩個說法，本文內容將兩者並陳，供教師教學的參考。 (A)   鹵素的孤對電子與硼的2p空軌域，經由配位共價鍵的方式形成π鍵以符合八隅體法則。此說法見Holleman-Wiberg所著〈Inorganic […]

國小學生製作科學玩具「整人墨水」 江志宏1, 3, *、張自立2、辛懷梓2 1國立臺北教育大學自然科學教育學系碩士在職專班2國立臺北教育大學自然科學教育學系3新北市立新莊區民安國民小學*smallcannon@ntpc.edu.tw n  前言 「自然課」與「趣味科學實驗活動」都同屬於科學領域方面的課程，然而對國小階段的孩子們來說，這兩種課程是截然不同的。在學校幾乎所有的孩子們都很喜歡玩科學玩具、熱衷於動手操作趣味科學實驗，但是孩子們卻不見得都喜歡上自然課。當然我們都很清楚，這並不是一個好現象！在趣味科學實驗活動的背後，是許多學校自然課程內容的知識延伸或應用，自然課跟趣味科學實驗活動也許本該就要「混為一談」，因為兩者之間是互相有關聯的。究竟是什麼原因造成了孩子們對這些課程反應產生了差異？值得我們深思。 另外，筆者認為還有一個更嚴重的問題是「老師到底教會了孩子什麼？」在教育部所頒佈的自然與生活科技之分段能力指標中提及—「科學是經由探究、驗證獲得的知識的過程」。探究、驗證其實就是一種科學方法，「如何去觀察到現象？」、「如何從現象中提出假設？」、「如何將假設設計成實驗？」…等等，這些科學方法是我們應該要教會孩子的能力。但不管是學校的正式課程，或者是每年寒假、暑假必定場場客滿的科學營隊，在這些課程中，孩子們是否真的學會了這些能力？我想答案是否定的！許多學校的自然課常淪為知識背誦活動；人滿為患的科學營隊，也常淪為孩子們的一種遊戲活動—孩子們只是在「玩實驗」。 當然，「科學知識（技能）」的重要性是無庸置疑的；而「趣味科學實驗」活動本身也具有「能高度引起學生興趣」的優點。於是我嘗試將兩者結合，並以新莊區某國小六年級班級學生共24人為對象，班級中每4人一組，共分為6組，結合了「整人墨水」與「科學實驗設計」，並實際在學校進行教學、紀錄。 n  「整人墨水」介紹 「整人墨水」是一種藍色液體，在接觸空氣一段時間後，顏色會慢慢轉為透明無色。通常會將整人墨水噴在別人的衣服上，造成衣服被暫時染色，達到「整人」的目的。 ø墨水成分 氫氧化鈉、酒精、百里酚酞、水。（百里酚酞可在化工材料行購得，25 g裝約1000元） ø變色原理 百里酚酞：是一種鹼性指示劑，pH值9.3（無色）～10.5（藍色）。 藍色整人墨水：溶解百里酚酞於酒精中，並加入氫氧化鈉水溶液。 空氣中的二氧化碳溶入墨水中：，是碳酸（弱酸）。 碳酸與氫氧化鈉酸鹼發生酸鹼中和反應：藍色百里酚酞（pH > 10.5）→ 無色百里酚酞（pH < 9.3）。 n  課前準備 ø準備時間：40分鐘 ø配製溶液（全班共用） 1.      500 mL的氫氧化鈉溶液（0.01%）：取0.05 g的固態氫氧化鈉，放入一個錐形瓶中，加水至500 mL，攪拌均勻。 2.      50 mL的百里酚酞酒精溶液（0.2%）：取0.1 g的百里酚酞粉末，放入一個燒杯中，加酒精至50 mL，攪拌均勻。（見圖一） 3.      參考配方：10 mL的氫氧化鈉溶液（0.01%）與0.5 mL的百里酚酞酒精溶液（0.2%）均勻混合。（變色時間約90~120秒）（見圖一）   圖一：百里酚酞（左），整人墨水成品（右） ø器材準備（各組使用） 試管架 1個、試管 4支、塑膠滴管 6支、量筒（20 mL） 2支、碼表 1個、衛生紙 1張。 […]