《臺灣化學教育》第二十四期（2018年3月） 目  錄 n  主編的話 u  第二十四期主編的話／邱美虹〔HTML｜PDF〕 n  本期專題【專題編輯／周金城】 u  軟體與平台在中小學化學教學上的應用／周金城〔HTML｜PDF〕 u軟體與平台在中小學化學教學上的應用：質性與量化的視覺化建模工具－SageModeler簡介／鐘建坪〔HTML｜PDF〕 u軟體與平台在中小學化學教學上的應用：透過製作均一教育平台學習資源以提升國中生酸鹼反應概念／陳子聖〔HTML｜PDF〕 u軟體與平台在中小學化學教學上的應用：用Yenka軟體輔助教學及實作評量－以五年級上學期南一版第三單元空氣與燃燒為例／林禹伶〔HTML｜PDF〕 u軟體與平台在中小學化學教學上的應用：利用逗豆芽遊戲平台提高學生學習參與度－以自然與生活科技五年級下學期水溶液的性質單元為例／ 邱麗綺〔HTML｜PDF〕 u軟體與平台在中小學化學教學上的應用：Plickers即時反饋系統在國小臨床教學實務分享－以國小三年級自然與生活科技奇妙的水實驗活動為例／ 周金城〔HTML｜PDF〕 n  教學教法／高中化學教學疑難問題與解題【專欄編輯／施建輝】 u  非含氧酸的酸性強度判斷與酸與鹼教學上的問題研究／施建輝〔HTML｜PDF〕 n  化學實驗／家庭化學實驗【專欄編輯／劉曉倩】 u  植物染缸論化學／劉曉倩〔HTML｜PDF〕 n  課程教材／化學課程與教學【專欄編輯／周金城】      u  如何引導特教學童實作化學實驗–以變色的蝶豆花為例／劉佳綾〔HTML｜PDF〕 

  第二十四期 主編的話 邱美虹 國立臺灣師範大學科學教育研究所教授 國際純粹化學與應用化學聯盟（IUPAC）執行委員會常務委員 中國化學會（臺灣）教育委員會主任委員 mhchiu@ntnu.edu.tw 今年二月有個機會隨教育部國際合作司到巴布亞新幾內亞去開亞洲–太平洋經濟合作會議(簡稱亞太經和會議: Asia-Pacific Economic Cooperation,縮寫為APEC)中人力資源發展工作小組暨教育發展分組年會(HRDWG-EDNET)。這是本人第一次參加這種屬於各(國)經濟體的組織高階會議，會議中各(國)經濟體對於人才培育、新興科技、STEM(Science, Technology, Engineering, Mathematics, 簡稱STEM)教育的關心與挹注都令人印象深刻。尤其是針對教育策略的工作有三大目標，分別為1.提升競爭力(Enhancing Competencies)、2.加速創新腳步(Accelerate Innovation)、3.增加就業(Increase Employability)，更是點出未來在國際間要能有一席地位，教育的重要性是不容小覷的。我不禁自問，我們的教育與行政體系是否做好這樣的準備呢? 隨著科技不斷的發展，學生在學校的學習內容也隨著新興科技的腳步而產生質與量的改變，同時也由於平台的開發，使得教師在教學資源上的使用更加便利與多元。本期專題為〈軟體與平台在中小學化學教學上的應用〉，由國立台北教育大學周金城教授擔任本期專題主編。周教授對於科技在科學教學上的運用相當的關注，也長期使用不同的軟體與平台進行化學教學與評量。此次在他的邀請下共有大中小學教師五篇論著，論述與分享在實際教學中運用軟體與平台進行教學與評量的經驗，同時也引介研究單位新研發的工具提供資料收集與分析之用，未來在12年國教中，將增加<多元選修課程>以及<科學探究與實作課程>，相信這些平台與軟體皆可以作為未來教學上很好的資源。 在常態性文章部分，有施建輝老師針對非含氧酸的物質其酸性強度判斷的教學做深入的探討，同時對教學提出具體建議。施老師從同一週期與同一族的非含氧酸中孤電子對所帶電荷以及離子半徑大小來判斷與氫離子結合能力的大小，進而判斷物質酸(鹼)性強度順序。劉曉倩老師則是以黑豆汁和薑黃染布談天然媒染劑在生活中的應用。最後是劉佳綾老師針對國小特殊障礙學生設計以蝶豆花進行溶液酸鹼度測試的安全實驗，發現有趣的科學實驗可以提升特殊障礙學生的學習專注度，國小特殊障礙學生的科學學習是較少人關注的，希望能藉此文引發大家思考。

軟體與平台在中小學化學教學上的應用 周金城 台北教育大學自然科學教育學系教授 ccchou62@tea.ntue.edu.tw   數位科技的軟硬體發展越來越快，能夠應用在教學上的資源越來越多。學科專家結合軟體工程師，將許多有效的教學軟體與平台開發出來。幾年前聽一位設計課程地圖系統的教授演講提到，一個好的教學平台設計，是要將複雜的教學理論放進平台之中，讓一個不懂複雜教育理論的教師跟著平台的操作，也可以設計出符合複雜教育理論的教學。這句話一直在腦中迴盪至今，我們在使用各種便利的軟體時，不也就是軟體設計者將複雜的事務，透過軟體與平台設計將工作的步驟簡化了，讓我們可以輕鬆地完成符合規範的工作。以下我們介紹一系列可以將複雜的學習理論簡化的軟體與平台，讓教師可以達到事半功倍的教學效果。 n  本期專題文章介紹 本期的專題是《軟體與平台在化學教學上的應用》，共有五篇專文。以下將逐一介紹。 第一篇是鐘建坪老師的《質性與量化的視覺化建模工具—SageModeler簡介》，建模是近年來科學教育中很熱門的議題，但有具體與完整的建模工具並不多見，由美國密西根州立大學為主開發的SageModeler建模軟體，可以讓使用者利用來建質化與量化的操縱變因與應變變因之間的連結，是一個操作簡單且有用的軟體，而且由國立彰化師大科學教育研究所李文瑜教授團隊完成介面中文化，讓中小學生使用上更加的便利。文中還針對理想氣體方程式的學習舉例說明設計方式，讓讀者可以能具體的了解設計方法。 第二篇是陳子聖老師的《透過製作均一教育平台學習資源以提升國中生酸鹼反應概念》，陳老師長期投入於協助均一教育平台錄製線上學習課程，並說明如何透過翻轉學習與混成學習方式，如何讓教室來利用此平台的資源進行教學，亦讓學生利用此平台的資源進行學習。均一教育平台的網路資源，經由良好的教學模式搭配下，可以提升學生的學習成效。文中也針對均一教育平台學習資源如何幫助國中生學習酸鹼反應概念進行案例說明。 第三篇是林禹伶老師的《用Yenka軟體輔助教學及實作評量—以五年級上學期南一版第三單元空氣與燃燒為例》，林老師藉由Yenka軟體設計一系列國小空氣與燃燒單元的實驗活動，讓學生在沒有危險的虛擬實驗室進行實驗操作，並觀察反應現象。之後再藉由Yenka軟體，來設計實作評量試題。實際實驗搭配虛擬實驗室，有助學生提高對科學過程技能的瞭解。 第四篇是邱麗綺老師的《利用逗豆芽遊戲平台提高學生學習參與度—以自然與生活科技五年級下學期水溶液的性質單元為例》，邱老師利用台北教育大學自然科學教育學系盧玉玲教授所開發的逗豆芽平台，放入試題讓學生利用平板進行測驗遊戲。一般的紙筆測驗對學生而言都是有壓力的，但是透過遊戲式平台的設計，讓測驗變得有趣了。學生在遊戲的過程，為了得高分，認真作答記下試題答案，甚至不想下課了。遊戲的小道具增加了運氣的成分，讓成績表現不是很好的學生，也有贏的機會，也大大提升了參與補救教學學生的學習動機。 第五篇是由筆者所寫的《Plickers即時反饋系統在國小臨床教學實務分享–以國小三年級自然與生活科技奇妙的水實驗活動為例》，筆者由106學年度起執行教育部「106 學年度教學實務課程教師至高級中等以下學校進行教學或研究活動計畫」，到小學的教學現場進行臨床教學，將Plickers即時反饋系統融入國小的教學活動中，發現這個軟體在國小各年級使用上都沒有問題，而且學生大多數都喜歡使用這個軟體，但有些教學使用上的注意事項，在文中有特別說明。文中也有針對國小奇妙的水實驗活動，進行教學範例說明。   n   結語 不同於針對單一主題的教學設計軟體與平台，本專題是介紹通用性的軟體與平台，也就是教師可以利用這個平台工具來設計許多專屬於自己的教學材料。逗豆芽與Plickers是針對評量方面的軟體與平台結合的設計，均一教育平台是針對數位影音學習資源整合的平台設計，Yenka軟體是針對科學實驗設計出實驗現象觀察與數據整合的軟體，SageModeler平台是針對建立質化與量化模型的建模操作工具。每一個軟體與平台都會有其優點與限制，教師們可以嘗試多加利用後，針對自己有的手邊資源與教學上的學生需求，來設計出自己專屬的教學材料。

軟體與平台在中小學化學教學上的應用： 透過製作均一教育平台學習資源以提升國中生酸鹼反應概念 陳子聖 臺北市立敦化國民中學 t733@thjh.tp.edu.tw   n前言 何謂酸？何謂鹼？在1777年以前，以行為模式 (Behaviour Model) 運用感官描述酸與鹼（邱美虹，2017），進而累積煉金術多年的經驗得知含金屬的礦物在水中會呈鹼性，而不含金屬的礦物在水中會呈酸性；直到1884年阿瑞尼士 (S. A. Arrhenius, 1859-1927) 提出游離說 (Theory of Ionization) 的理論，認為酸在水中會產生氫離子 (H+) ，鹼在水中會產生 (OH－) 等，陸續開啟了更多關於酸與鹼的學說理論，而人類對於酸與鹼的認識也由巨觀的化學現象進入微觀的粒子觀點，因此有了完整的酸鹼鹽相關學科知識架構。由上述歷史可以瞭解，能夠從物質的粒子觀點觀察化學反應現象等概念，經歷了一連串漫長的時間演進，且在國民中小學十二年國民基本教育課程綱要自然科學領域中，「酸鹼反應」與「水溶液中的變化」均被列入「自然科學」領域之學習內容架構（教育部，2016），足見相關概念的重要性。 然而在筆者多年國中理化教學經驗上，深刻瞭解到學生在學習酸鹼反應的粒子觀點與化學現象等相關概念時，容易產生迷思概念，亦經常表現出學習困難。以往所使用的教學策略，通常僅是提供學生比較容易造成迷思概念的相關試題彙編成學習單，提供給學生在課堂間多加練習，甚至運用心智圖法讓學生整理教材內容，以釐清難懂的概念與教材知識間的關係；但是，以往的實施方式，難以讓學生在短暫的課堂學習中立即澄清困難的觀念，就算使用心智圖法進行整理，也僅於前段較為精熟解教材內容的學生，對於中後段學生幫助有限。因此，為了解決上述困難，深感若能提供可反覆學習的線上影片來作為課後補救教材，應是較為可行的解決方法；希望學生能透過課後線上學習的方式，再次釐清課堂中的重要概念與知識細節。為此，筆者多年前開始投入均一教育平台教師志工行列，協助錄製理化科教學影片及彙編線上評量測驗試題，期許自身能為臺灣教育貢獻一份心力。 如何運用科技輔助學習幫助學生減少前述學習困難，以確實理解酸鹼反應的粒子觀點與抽象概念，建構系統性概念，讓學生能具備自學能力以達到學習成效？本文將介紹如何運用均一教育平台所提供的教學資源與平台內建工具，將平日課堂上繁複費時的教學歷程與線上即時評量結合，不需侷限於傳統課室的時間與地點，也能發展出專屬於個人的學習課程，提供建議的教學策略。 n科技輔助學習課程—電解質與酸鹼鹽為例 均一教育平台 (Junyi Academy) 自2012 年 10月成立以來已累計超過一百萬人次使用，所錄製的在地化的課程影片已超過12,000支，線上練習題有46,000題以上，而且每週皆會定期新增練習題與影片；搭配強大的平台引擎，以大數據 (big data) 與機器學習 (machine learning) 的技術增進系統適性化、個人化的程度，主動紀錄學生的學習歷程，並以色彩繽紛多元的統計圖表呈現，以及新增的前、後測與差異化指派等平台內建功能，能夠根據老師、學生及家長的個別需求，即時掌握學習狀況，精準建議個別化教材內容，在此提供的即時回饋機制，更可追蹤學生在學習歷程上的困境與需求，此項優勢若能與傳統教學搭配實施，或許能成為臺灣化學教育的新亮點。 因此，除了一般數位課程優點的視覺化、互動性以外，日趨完備的教學影片與即時評量系統，可以讓教學者或學習者，均可依照自身需求與學習策略打造客製化課程，讓學習更有彈性及活性。以下針對國中八年級理化課程「電解質於酸鹼鹽」為例，首先，進行教學實施策略的建議方式與流程說明，如表 1 。 表 1 教學實施策略與教學流程 實施策略 教學流程 翻轉學習 混成學習 課前準備 指派學生預習單元，觀看線上平台教學影片。 ‚教師需課前檢查學生預習進度是否完成？ 指派學生預習單元，觀看線上平台教學影片（至少為原課程內容30%~80%）。 ‚教師需課前檢查學生預習進度是否完成？ 課中操作 […]

軟體與平台在中小學化學教學上的應用： 利用逗豆芽遊戲平台提高學生學習參與度 —以自然與生活科技五年級下學期水溶液的性質單元為例 邱麗綺 台中市西屯區永安國小教師 lichi0425@mail.yaes.tc.edu.tw n   前言 對於提升國小學習低成就學生的學習，政府與民間都投入相當多的資源與人力，目前在國小中所推動的補教教學主要是針對國語、數學與英文，針對自然與生活科技的部分僅有部分的推動。探究低成就學生的學習問題，常見問題之一是沒有學習動機問題。沒有學習動機的學生，並非是對什麼事都不感興趣，對於他們喜歡的活動，他們的表現可能比其他同學還專注，例如某些好玩的遊戲。   n   當學科測驗變成遊戲—逗豆芽遊戲式測驗平台 如果學科測驗變成了遊戲，是否也可以讓這些低成就的學生投入學習呢？台北教育大學自然科學教育的盧玉玲教授開發了一個遊戲式測驗平台「逗豆芽」，讓測驗變成好玩的遊戲，讓學生在遊戲中進行學習，這是一個跨系統的平台，window電腦（註一）、Andriod平板（註二）與iOS平板都可以使用。建構一個競賽式遊戲，通常參與者會有輸或有贏，所以需要一個固定遊戲規則。實力強的參與者，通常就會贏，這對實力較弱的參與者，若是都沒有贏的機會，很快地就不想再玩這個遊戲了。但參與者進入逗豆芽遊戲式測驗平台，此平台會隨機出現許多測驗試題，題型有選擇題或是非題，參與者輪流作答，答對就可以得分，誰先到關主設定好的分數，就是最後的贏家，平台遊戲的參與者，只要答對試題，就可以獲得分數。這些試題可以由教師事先將題庫匯入系統，可再設定由系統隨機出題，因此沒有科目與單元的限制。讀者可以參考「豆豆趣–數位教學資源」中有關「逗豆芽」的詳細資訊http://www.uebond.org/dourunway.html。   圖1 逗豆芽進入的起始頁面 圖2 一間賽室至多五隊參賽，亦提供電腦自動組隊功能 本次活動是針對自然與生活科技五年級下學期水溶液的性質來進行遊戲。一般紙筆測驗，如果是自然與生活科技成績好的學生，通常就可能會是最高分，就算是一般測驗遊戲的結果也是成績好的學生必贏，那麼成績不好的同學，玩一會就不會想玩了。這個逗豆芽遊戲式測驗平台的特別設計符合學生參與遊戲心理機制，還加入許多運氣與團隊合作的成分，因此自然與生活科技成績好的學生最後未必成為贏家，一開始落後的學生，如果”運氣好”還是有機會贏的。 圖3 十八種道具之其中三種示意圖 圖4 十八種道具之其中四種示意圖 在遊戲的過程中，系統會隨機出現”寶物”，玩家可以收集寶物在需要時使用，有些寶物是”得分乘上倍數”，因此使用寶物答對一題得到的分數，就平常時候的兩~三倍，或者寶物是”消去法”，可以讓選擇擇題由四選一變成二選一，提高答對的機率。還有一種寶物，有是讓玩家被暫停玩一次的功能，如果有一位玩家快要到達得分終點，其他玩家可以”團隊合作”輪流設法使用寶物讓最高分玩家一直被跳過，拖住最高分的玩家。 另外，為順利讓多人多班可同時利用此遊戲式平台進行學習，避免因太多人進入遊戲，造成參與者輪流等待時間太久，才作答到一次，平台支援可以同時開啟許多比賽室，一間賽室最多能有五組參賽者，如果參賽人數不足，亦可選擇由電腦自動組隊，增加遊戲競爭性。   n   在小學自然與生活科技教學的實際應用 圖5學生進行逗豆芽遊戲學習的畫面 圖6 學生認真進行遊戲學習的畫面 在小學教學現場中，若是要進行線上測驗，就得借用電腦教室，在一般教室裡，老師雖然可以利用電子書裡的互動遊戲進行測驗，但是無法達到一對一的方式，逗豆芽遊戲式平台透過手機或Android或iOS平板，能讓每位學生都能同時參與，若是平板數量有限，也可以兩人一組進行。大家在線上一起分組競爭，遊戲除了測驗學生對學習內容的熟悉程度外，還加入運氣及遊戲策略的運用，每位學生在測驗的過程中都樂在其中，當學生發現寶物如何得分秘訣後，還會互相分享，玩到下課還捨不得下課，願意犧牲寶貴的下課時間，也要繼續玩下去，上課鐘聲還沒有響，全班都已經坐好，等著玩下一個單元的測驗。   n   對提升低成就學生自然與生活科技學習很有幫助              圖7 學生試題作答頁面 圖8 學生在逗豆芽遊戲中「錯題記錄」頁面 這套測驗系統除了可以給一般班級學生使用，也可以給參與自然與生活科技補救教學的學生使用，這些來自各班自然與生活科技成績後25%的學生，平時對自然與生活科技學習與測驗沒有興趣，當他們使用逗豆芽遊戲式平台進行測驗，教師感受不到學生排斥測驗，反而樂在其中，他們認真玩遊戲之餘，為了得到分數，會認真記下答錯的題目，期待下次出現相同題目時，能順利拿到分數。而此套測驗系統提供記錄學生答錯題目的功能，學生除可即時看到錯題的回饋，遊戲結束時亦可透過「錯題記錄」瞭解自己的答題狀況。教師則能透過電腦版的答題記錄分析，得知學生對於題庫中每一題試題的答題狀況。對學生來說，這樣的學習方式是有趣而沒有壓力的，學生們也會很主動學習，還會常常要求能再玩一次。而實際使用後，也對參與的學生成績是有所提升的。 n   結語 逗豆芽遊戲式測驗平台的設計，可以掌握學生參與測驗學習心理來提高參與動機，讓學生沉浸在遊戲的時間，而不覺得時間過得很快，參與時的時間感消失正是數位遊戲的特徵。雖然在學校推動此種測驗學習方式，亦需要教室的平板電腦與無線網路能同時到位配合，但現今大多數學校都已經有不錯的無線網路環境，以及一定數量的平板電腦，因此這樣的遊戲式測驗學習是可以持續推動的。   n   致謝 本文感謝台北教育大學自然科學教育學系盧玉玲教授團隊提供「逗豆芽」遊戲式數位平台，讓本教學活動得以在國小進行，在此特別致謝。   n   […]

非含氧酸的酸性強度判斷與酸與鹼教學上的問題研究   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  前言 酸與鹼是高中化學重要的章節，其中酸鹼性強度的比較是必要學習的一個單元。含氧酸（HxEOy）酸性強度的解說，通常是將HxEOy改寫為E(OH)mOn，n=0者為極弱酸，例如硼酸（H3BO3）；n=1者為弱酸或中強酸，例如碳酸（H2CO3）、亞硫酸（H2SO3）；n≧2者為強酸，例如硝酸（HNO3）、過氯酸（HClO4），這部份學生的接受度與理解度很高，教學上沒有困難。但是非含氧酸（HxA）的酸性強度比較則在教學上很難像含氧酸有明確的判斷方法，造成教學上的困擾，師生只能含混帶過，彼此在心中都留存疑惑。此一專欄名稱為「高中化學教學疑難問題與解題」，顯然解決「高中化學教學的疑難問題」是重要的宗旨，為此，我個人一直留意是否有比較好的解說方式。去年在美國停留一段很長的時間，特地到當地大學圖書館借了一本Miessler & Tarr(2004)無機化學的書來看，看到此書第六章（Acid-Base and Donor-Acceptor Chemistry）使用一個不同的論點來解說非含氧酸的酸性強度比較，這個論點解決了我個人多年來於「非含氧酸酸性強度比較」這個單元教學上的困惑，故想藉此專欄與高中化學教師們分享。此一論點也擴及多元酸Ka1>Ka2>Ka3的特性，論點明確且直覺，是非常理想的解說方式。另外也將於本文中一併向高中化學教師們介紹幾個酸與鹼常遇到的問題與解說的方式。 n  從不同觀點判斷非含氧酸的酸性強度 非含氧酸（HxA）的酸性強度決定於H−A的鍵能，而影響鍵能的兩個重要因素是該非金屬元素之原子半徑與電負度。若該非金屬元素之原子半徑較大，則其與氫原子間之共價鍵較弱，在水中解離度較大，亦即其酸性較強；若該非金屬元素之電負度較大，則其吸引與氫原子形成的鍵結電子對的能力較強，使氫原子趨向帶正電，亦即其酸性也會較強。但這兩個因素會因為比較的對象是同一週期或同一族的非金屬元素構成的非含氧酸而相抵斥。同一週期的非金屬元素由左至右原子半徑漸減而電負度漸增(見1)，前者使酸性漸減，後者則使酸性漸增；同一族的非金屬元素由上而下原子半徑漸增而電負度漸減(見表2)，前者使酸性漸增，後者則使酸性漸減。 表1 第二週期部分非金屬元素的原子半徑與電負 元素 性質 N O F 原子半徑（pm） 75 73 71 電  負  度 3.0 3.5 4.0 表2 第17族（鹵素）的原子半徑與電負度 元素 性質 F Cl Br I 原子半徑（pm） 71 99 114 133 電  負  度 4.0 3.0 2.8 2.5 高中化學的教師們如何向學生解說呢？一般是將表1與表2的數據呈現給學生看，再告訴學生，同一週期的非金屬元素之原子半徑差距不大，電負度是影響酸性強度的主要因素，所以酸性強度：HF > H2O […]