化學宅急便：科園實中「來實驗玩實驗」 謝道任 國立科學工業園區實驗高級中學 教育部高中化學學科中心 taotao@nehs.hc.edu.tw n  活動簡介 2011年是國際化學年，為紀念居里夫人獲得諾貝爾化學獎滿百年。本校與教育部高中化學學科中心合作，首次舉辦「化學宅急便－來實驗玩實驗」活動。透過新竹區高中職教育資源均質化的共享，以「玩實驗」為名，提供社區教師、家長交流和學生學習的機會，跳脫教科書裡艱深的理論和圖片，將實驗操作以闖關遊戲的方式進行，科學不再生硬冰冷而充滿熱情趣味。當時共設計了20個化學關卡，活動頗受好評，也讓實中學子在其中展現熱情與服務學習的精神。而2012年是本校30週年生日，我們再次舉辦，特別的是活動變成了科學饗宴，除了化學科之外，更加入物理和生物二科，規劃了創意而有趣的21個科學宅急便，如表一所示，讓參與者從「做中學」，培養「動手做」的能力，科學融入日常生活中，進而提高學習效果。 表一：2012年「化學宅急便－來實驗玩實驗」21個關卡 化學（11關） 物理（7關） 化。畫 我是神槍手 天懸地轉 哇！不可思議的大氣壓 隔空抓火 誰最會生氣 帕斯卡的水壓機 托里切利 「豔」色 奈米碳粒尋蹤記 自抬身價 力爭上游 膜球的威力 百「紋」不如一見 驚爆釣魚樂 － 速成鐘乳石 可憐的猴屁屁 生物（3關） 植物氣孔與蒸散作用 氣球花瓶&祖靈的彩虹橋 生態球 解讀心電圖 n  活動規劃與實施 「來實驗玩實驗」活動由高中部自然科教師成立教師專業社群，跨科籌畫完成，期間召開三次籌備會議（圖一），討論內容如下： 圖一：跨科籌備會議 l 第一次（101/12/28）：決定學科關卡及關數、討論關卡志工培訓時間與方式、確認教師工作坊相關事宜。 l 第二次（102/03/01）：確認關卡志工分組名單、說明關卡準備情形、審議看板內容。 l 第三次（102/03/27）：關卡演示與驗收、指導準備相關藥品及器材（圖二）。     圖二：關卡演示與驗收、學生志工模擬演練 活動的進行可劃分為兩大區塊：志工培訓與行政支援。在志工訓練方面，招募145位高二同學擔任志工，不分文、理組自由分組認領關卡，預做實驗後，討論過關方式，進而撰寫看板內容，並在寒假和下學期期初的課餘時間充分練習。在行政支援方面，由設備組負責。以公文方式進行宣傳與邀請，預先提供學校單位團體報名，以利掌握參觀人數。總計包括：新竹高中、新竹女中、桃園縣立大溪國中、義民中學等超過350人報名，另外3月30日當天現場報名的學生和家長也非常踴躍，再加上本校的志工學生和教師，總參與人數超過千人。活動從早上九點開始至下午四點結束，在開幕式鳴放「乙炔槍」後（圖三），來賓們迫不及待地拿著闖關卡按圖索驥進行闖關活動。學生志工們依不同年齡層需求解說，展現迷人的自信風采。闖關成功便由關主在闖關卡上蓋章，累積達十關以上就加以認證並兌換科學小禮物。我們還設計「心得回饋單」，回收統計後可從中了解來賓們的心得與想法，作為成效評估及將來舉辦類似活動之參考。    圖三：關卡佈置、分流報到及開幕式鳴「乙炔槍」 n  關卡介紹 你知道美麗的煙火「豔」色是怎麼產生的嗎？當個「神槍手」扣下板機，發射出充滿電石氣的養樂多瓶有多神氣！想像自己是福爾摩斯，在百「紋」不如一見中利用指紋找出兇手；「鐘乳石」輕易地就能疊出來？不用顏料也能「化。畫」！生氣還會變色？克服心中恐懼，挑戰「隔空抓火」，進行一場「奈米碳粒尋蹤記」吧。哇…錯過任何一個關卡都很可惜。相關活動剪影如圖四所示：       […]

化學宅急便：彰化高中暑假科研營 劉曉倩 國立彰化高級中學 教育部高中化學學科中心 torrina01092002@yahoo.com.tw n  活動簡介 本校每年均舉辦暑假科學研習營，主要目的加強彰化縣國高中各級學校教學資源共享，發掘並培訓本縣國中學生數理優異人才，建立本縣各級學校科學人才之培育體系及連絡脈絡；以科學實驗為基礎，建立一科學交流的營隊平台，促進縣內各國中學生的科學思考能力。2011年特將此研習活動與教育部普通高中課程化學學科中心取得聯繫，配合IYC國際化學年，舉辦嘉年華式的「化學宅急便」科學饗宴，內容有各式化學創意展品、影片、海報、實驗動手做及化學小遊戲等，希望激發學生動手玩科學的興趣。 「化學宅急便」活動，主要由教育部普通高中課程化學學科中心主辦，本校承辦，藉此將豐富有趣的化學資訊，分享給中小學師生和家長。本校在研習活動前一個月徵求學生志工一及二年級學生，擔任關卡志工解說員。科學營為期三天，分組研習有物理、化學及數學，此次研習活動因為結合「化學宅急便」內容更為精采！ n  活動規劃與實施 本校活動規劃主要是以國中及高中基礎化學課程銜接為主軸，將國中課程中學到的酸鹼反應、氧化還原及生活中的化學，以有趣生動的實驗方式呈現，讓不常接觸實驗的國中生學會理論與實驗應證，同時透過「做中學」暸解化學是一門實用的科學。關卡設計是透過學校科內老師討論與學科中心討論後決定關卡的主題，由三位老師分別帶領三到四個關卡，每個關卡主題明確，實驗內容及闖關方式由7位志工學生策劃，今年科研營是以「哈利波特魔法學校」為設計主題，「化學宅急便」就是「石內卜教室」。擔任志工的學生利用午休、專題課及課餘時間與指導老師討論，實作實驗、設計關卡、闖關獎狀及活動獎勵卡（圖一），因為闖關對象是國中生，並未受過實驗訓練，基礎實驗概念較不足，所以擔任關主的志工在設計實驗時要注意安全及藥品的使用。圖二為活動規畫流程。 圖一：本校張家浩老師展示哈利波特「金探子」獎勵卡 圖二：活動規劃流程圖 n  闖關化學實驗介紹 百發百中乙炔槍：本活動安排兩個活動：一是由關主解說原理，電石加水產生乙炔氣體的反應，並傳遞乙炔氣的危險性；二是讓闖關同學學習排水集氣法收集乙炔氣體，以瓦斯點火器射出，擊中講台目標物即過關，如圖三所示。 圖三：百發百中乙炔槍 有趣的ㄉㄢˋ－液態氮：本活動安排兩種活動：一是將點燃的線香放入收集有氮氣的集氣瓶中會使線香熄滅。拿點燃的鎂帶放入氮氣的集氣瓶中鎂帶繼續燃燒，產生氮化鎂。二是將樹葉及汽球放入液態氮鋼瓶中觀察樹葉及氣球的變化。闖關者可以清楚回答，鎂帶在氮氣中燃燒產物的顏色及汽球在液態氮中變化的情形，便是過關。 異形QQ球：PVA透明膠水加入飽和硼砂水溶液，透明膠水由黏稠的液態變為黏土狀的固體狀態。以15 mL的透明膠水，加入少許食用色素及約12 mL的飽和硼砂水溶液，觀察混合物的變化，再用手捏成球狀即為過關，如圖四所示。   圖四：志工製作異形QQ球 「膜」球的威力：取海藻酸鈉（Sodium Alginate）約2克，放入燒杯子中，再加水100 mL以及一滴食用色素（顏色任選），然後攪拌使海藻酸鈉充分溶解。接著取氯化鈣（CaCl2）7克，放置於杯子中，再加水一公升，並攪拌充分溶解。闖關活動是以滴管吸取溶有各種色素的海藻酸鈉溶液滴入氯化鈣溶液中觀察半透膜的形成，甚至吸取溶有廣用指示劑酸化的海藻酸鈉滴入氯化鈣溶液中觀察半透明圓球的變化，如圖五所示。 圖五：膜球威力 彩虹泉之水：七彩神秘魔法池！闖關者使用氫氧化鈉和鹽酸在適當比例下，利用不同的指示劑下調配出七彩顏色，並會解釋指示劑顏色變化的原理即為過關，如圖六所示。 圖六：彩虹泉之水 魔幻水晶宮：利用0.2%肥皂泡水，加入鹽酸、甘油、食鹽、蔗糖、膠水、蒸餾水及氫氧化鈉等調配出肥皂大泡泡，闖關者使用不同的吹泡泡工具及吸管，製造超級大泡泡，操作中解釋讓肥皂薄膜可以拉長的原因。同時說明改用大鐵絲環，泡泡的形狀會改變嗎?你能拉出三角形或多邊形的泡泡嗎？並說明界面活性劑的洗淨原理。 誰最缺氧：闖關者利用吸管吐氣至澄清石灰水，如何在最短時間內將澄清石灰水便混濁並觀察鎂帶及線香在CO2中的燃燒情形。 木炭電池：闖關者親身體驗組裝木炭電池，並連接燈泡使其通電發亮，試著回答：木炭電池是利用何種化學原理所組成？此電池中，陽極反應物是何種物質？陰極反應物又是何種物質？ 寶特瓶火箭發射器：闖關者在鑽洞的寶特瓶底部放入少量的電石，並由瓶口上方滴入少許水，使寶特瓶內部產生乙炔氣，將瓦斯點火器塞入寶特瓶的鑽洞處點燃，使寶特瓶瓶口的乒乓球被點燃的乙炔氣彈出，如圖六所示。。 圖七：乙炔氣體火箭發射 n  學生學習成效 本校是彰化縣市標竿學校，學生來源99%來自彰化縣，是典型的社區化高中，學生數理表現極為優異，幾年來推動教育部高中職社區化政策及十二年國教政策，在縣內辦理彰化縣市國中科學研習營活動建立策略結盟的夥伴關係。這次很榮幸能與化學學科中心協調辦理「化學宅急便」活動，讓科研營的內容更豐富，是很難得的經驗！參與的國中生對於闖關活動覺得十分新鮮有趣，頻頻向志工學長詢問是否會再辦理延續性系列活動。 此次活動中最受歡迎的闖關活動是「百發百中—乙炔槍」，學生反應，瓦斯槍爆炸聲剛開始會令人嚇一跳，而且還會看到槍口噴出火花，十分有震撼力！此外學生對於「彩虹泉之水」覺得很新奇，雖然原理很簡單，利用酸性及鹼性溶液讓各種不同指示劑變色，百聞不如一見，覺得可以看到課本敘述的指示劑變色情形重現，覺得非常開心。 n  結語 化學宅急便活動與學校暑期科學研習營結合，除了協調在校生組織志工團隊外，本校創立多年由大學校友組織的「小蝸牛服務隊」充分發揮學長的領導組織能力，讓參與的國中生透過「做中學」物理、化學及數學闖關活動；了解科學的多元化及趣味性，同時也可以透過學長的帶領下，更了解自己的性向及未來高中生活。 n  致謝與交流 感謝教育部高中化學學科中心協助辦理，彰化縣市各國中學校及行政人員全力配合。  

化學宅急便：竹山高中為學生的科學點燈 馮松林 國立竹山高級中學 教育部高中化學學科中心 songlin1@ms42.hinet.net n  前言 契機 2011年國際化學年是我們改變教學的契機，教育部高中化學學科中心配合新課綱的推動，邀請全國十所高中辦理動手Fun化學活動，我們接受這個挑戰，在鄉下學校試著推行難得一見的科學實驗活動，一開始或許只是希望好玩的實驗能為學生帶來新的學習風潮。但是當我們在指導學生動手實驗的過程發現，讓學生動手其實是偏鄉學生學習科學的新方式，學生做實驗時展現課堂教學見不到的創意與自信，感動了我們。讓學生動手實驗的成功，重新燃起我們在偏鄉教科學的鬥志。 啟動 我們以動手實驗玩科學為教學主軸，並開始思考為本校所有自然組學生設計高中三年的學習歷程，規劃一系列動手實驗的學習活動。透過這些動手學習實驗的課程規劃，自然組學生是知識的主體，他們要將科學知識轉化成好玩的實驗，設計成關卡帶給全校及中小學生驚奇的體驗，每位同學還要參加校內、外科學實驗競賽。 南投縣竹山鎮的中小學師生都注意到了「竹山高中的學生真的能玩科學」，讓我們這群在鄉下學校玩科學的老師得到最大的鼓勵。我們相信，不管鄉下學校教學環境有多艱鉅，我們要為鄉下科學教育走出一條全新的路。 n  活動理念 科學不應只是精英的科學 很多學校活動和課程都希望派學校的菁英參加，大部分的學生從來從沒機會參加任何活動。而我們要讓每個學生都有玩科學喜歡科學的機會，不是以學習成績決定活動的參與，本校自然組的每位同學都是我們課程的參與者，在「將每個學生的學習帶上來」理念下，讓每位同學在動手實驗中學習科學，自己去設計實驗活動，將科學概念轉化為好玩的動手實驗，激起自我學習科學的動機，並且証明自我的能力，如圖1所示。 圖1：以自然組學生為中心，將每個學生的學習帶上來（左）和以科學活動導引科學能力的培養及學習（右） 以科學活動導引科學能力的培養及學習 辦理科學活動及競賽一般重視的是活動本身的執行成效，比較不注重活動前參與學生之學習歷程。我們則將活動及競賽前學生的學習課程，做為學生學習的重心，我們在每個科學活動和競賽前，安排實驗原理及操作之學習課程，希望學生的參與就是學習的過程，如圖2~5所示。 圖2：學生利用晚上到校實驗 圖3：實驗好玩又充滿刺激 圖4：我的示範實驗是一流的 圖5：Facebook上的活動網 循序漸進活化教學，建構學生自我學習之能力 依據學習鷹架理論，我們配合學生之知識及能力背景，依學生年級不同，讓高一學生先擔任實驗闖關的關主，學習基礎的科學過程技能與探究方法。高二再參加校內的實驗研習及競賽，這項比賽是讓學生先學習實驗方法原理，然後再進行比賽。等到高二升高三，這時學生的能力漸趨成熟，可以參加校外實驗競賽，如遠哲科學實驗競賽等，並在學生參與科學活動中，提供有輔助架構的學習歷程，如圖6所示。 圖6：本方案之學生科學實驗學習歷程 n  實踐 科學宅急便—實驗闖關活動 高一學生在下學期時，開始參加實驗闖關活動基礎培訓課程，課程中會先安排學生基本實驗技能之學習，透過實驗實作的練習，學生要學習分組合作，每組負責不同的實驗關卡，在一個半月的探究活動中，設計動手實驗的關卡。 從100年開始至103年，總共有4個班164位同學擔任過關主，4年來約有6020位中小學生參加竹山高中科學宅急便活動。每年學生所設計的關卡都不太一樣，以下為學生103年所設計的關卡： 1.        步步驚心：闖關學生要猜拳走過以紙杯所做的橋，體驗紙杯分散壓力的驚險狀況，如圖7所示。 圖7：步步驚心關卡 2.        我是神射手：在塑膠水管做成的槍管中噴入酒精，塞入乒乓球，點火後酒精燃燒會產生氣體，管子變熱使氣體壓力變大，將乒乓球射出，如圖8所示。 圖8：我是神射手關卡 3.        重砲連隊：打擊四面封住的紙箱，箱內空氣震動，擠壓形成空氣砲。 4.        電解繽紛樂：利用電解原理，在濾紙上噴上溶有酚酞的食鹽水，用通電的鉛筆筆心在濾紙上書寫，可以寫出紅色的字，如圖9所示。 圖9：電解繽紛樂關卡 5.        益智天秤宮：設計不同的平衡關卡，讓學生將紙牌疊高、用頭運水、用球拍運球。 6.        人力幫浦：用手輕壓住塑膠管口上下晃動，水面會因大氣壓力而上升。 7.        反黑箱：電解水所產生氫氣和氧氣，可做為氫燃料電池，讓LED燈發光。 8.        我要吃冰：以冰加鹽（重量比3:1）做冷劑，在零下20度的低溫，將養樂多冷卻成冰沙。 9.        幫你呼呼：當氣流快速流動時，氣體的壓力變小，吹氣進向下的小漏斗，漏斗中的乒乓球會掉不下來。 10.    嗶啵泡泡：將沙拉脫加甘油及洗髮乳等，學生可吹出很大的泡泡，其它同學則要用大紙杯接泡泡。 每年四、五月很多高三學生都已申請上大學，這些學生不是請假在家，就算來學校亦是無心上課，如何安排這些學生適切的學習活動讓校都相當頭疼，我們即召集已申請上大學的學生為志工，再設計科學實驗闖關活動至社區小學做科學服務。103年我們已為竹山鎮9所小學辦科學闖關活動，104年計劃服務全竹山所有13所小學，為竹山中小學送科學到學校，如圖10~12所示。 […]

化學宅急便：化學闖關活動在臺東 謝耀隆 國立臺東高級中學教育部高中化學學科中心hyl0108@gm.pttsh.ttct.edu.tw n  活動簡介 「化學宅急便」在臺東的活動，始於2011年思源科技教育基金會為推廣科普活動，透過思源宅急便巡迴列車的活動，將數學、物理、化學、生物、地球科學、海洋教育資源學科中心研發、推廣的科普資源，直接宅配臺東高中校園，進行臺東縣第一場嘉年華式的科普活動。該場活動為期四天，由臺東高中、高中化學學科中心及思源科技教育基金會等共同辦理，讓臺東的學生及民眾們從動手做中體驗科學。 臺東縣內的自然科教師，對於能辦理這樣的活動更是大力支持。每次的活動臺東高中、臺東女中的教師及學生們都全力投入，希望能將科普的知識與體驗帶給每一位來參與的學生與民眾。經問卷調查，當次辦理參與的師生及民眾們，都非常喜歡這樣的科學體驗活動，希望每年都能辦理類似的活動。於是化學宅急便的活動，便從2011年臺東高中辦理的第一場開始，之後由臺東女中接續辦理相關活動一直到現在。 歷年化學宅急便活動在臺東辦理的時間如下： 1.        100.05.27~30 思源宅急便—創意互動玩科學 2.        100.09.24 2011國際化學年系列活動—來東女親手Fun化學 3.        101.09.21~22 思源宅急便—互動玩科學 4.        102.09.28 化學宅急便闖關活動 5.        103.09.27 數理Fun輕鬆—科學闖關活動 n  活動規劃與實施 化學宅急便在臺東的活動，在後面幾年都是以臺東女中主辦，臺東高中提供支援的方式辦理。由臺東高中和臺東女中教師負責指導學生關卡的設計與解說。每年兩校的化學教師都會為辦理宅急便的活動進行互動討論。以102年的活動為例，臺東高中支援化學宅急便的活動規劃與實施重點說明如下： 1.        建立化學專題FB社團—化學神奇寶貝的祕密基地提供化學專題學生一個不受時間地域限制的討論平台，讓學生不論是在暑假或平時，不會因無法全員到齊而使師生或同學間討論互動停擺。教師亦可透過FB社團，提醒學生什麼時間該完成什麼任務或進度，掌握各組學生學習狀況。 2.        建立教師FB社團—台東縣化學科專業學習社群為強化縣內化學科專業學習社群（professional learning community, PLC）的分享與討論，提供教師同儕間對於教學或化學相關議題討論的平台。在宅急便的活動中，教師亦透由FB的聯繫，讓活動相關訊息的傳遞更為及時。 3.        化學實驗，不像一般學科，實驗進行的安全性非常重要，學生要進行實驗，化學教師一定要在場。為讓學生有更多的實驗試做與改進，只要學生與教師約好時間即開放實驗室，讓學生利用暑假及假日進行實驗試做與討論。（如圖一所示） 4.        化學專題的學習不局限於化學，在進行影片的拍攝時，教師亦針對拍攝時要注意的事項，諸如腳本的設計、剪輯、拍攝技巧等進行指導。通常參與化學專題的學生，對於影片的拍攝與剪輯都有一定的能力。 5.        化學宅急便活動已在台東辦理第四年，第一年在臺東高中辦理時，便有要求學生製作影片，並留下各種記錄資料。讓化學專題學生觀看之前學長製作的影片與留下來的資料，瞭解大致上該怎麼做。 6.        化學學科中心102年辦理的活動「我是闖關王」，化學闖關設計比賽，因競賽內容與支援臺東女中化學宅急便的活動一致，鼓勵學生利用暑假準備該項競賽活動。讓學生在支援臺東女中化學宅急便前，就對化學宅急便活動有一定的瞭解。 7.        學生參加「我是闖關王」初賽時便要製作關卡介紹的影片，將學生製作的初賽影片結合臺東女中化學宅急便的活動介紹。一方面達到宣傳的效果，也讓學生製作的影片給其他學生觀看，對影片製作者或觀看影片的同學都有激勵的效果。 8.        學生參加「我是闖關王」活動獲銀牌及銅牌獎後（如圖二所示），即請學校行政人員公佈成果於學校榮譽榜，並為學生製作整個活動的回顧影片，於任課班級播放，鼓勵其他學生參加競賽，並再次宣導9/28臺東女中化學宅急便活動。 9.        為鼓勵學生參加臺東女中化學宅急便活動，拿闖關證明及填寫心得回饋表的學生給予化學平時分數加分，讓學生化學的學習不侷限於課堂上。 10.    活動結束後，要關主及闖關者填寫心得回饋表，及滿意度調查表。讓學生表達對此活動的想法與建議。以回饋給關主及老師，讓下次活動在辦理時能更符合學生的需求。 11.    參與化學專題的學生在整個活動後，進行檢討與心得分享，自評與互評，讓學生自我省思，並瞭解同組同學對自己的表現與期許。並將所有資料整理，以供未來學弟們參考。 12.    闖關活動整個告一段落，請化學專題學生帶回「給家長的一封信」，讓家長知道學生的表現，並瞭解家長對學生參與整個活動的看法與建議。 圖一：學生於實驗室試做實驗及討論情形 圖二：學生參加化學宅急便我是闖關王活動獲得銀牌及銅牌獎 […]

原子與電子理論的建立和發展（上） 李啟讓1*、陳文靜2 1國立屏東女子高級中學 2高雄市立高雄女子高級中學（退休） *li483739@yahoo.com.tw n  古希臘原子說 在科學發展史上，一個古老的問題是：「物質組成最小的單元是什麼？」從幾千年前，東西方的哲學家們，都在思考這樣一個問題：把一個物質持續不斷的分割下去，最後是否有最小的微粒？古希臘哲學家對於物質組成最小的單元這個問題，有兩派不同的看法。一派看法是：物質的組成最小的單元都是連續的微粒，可以無限分割下去，最後的最小單元是可分性。另一派看法是：物質組成最小的單元都是不連續的微粒，持續分割下去、最小的單元是不可分性。古希臘哲學家德謨克利特（Democritus，460~370 B.C.）（圖一）接受了物質組成最小的單元是不連續的，物質持續分割下去，最後的最小單元是不可分性的觀念。德謨克利特稱最小單元為「ατομ」，就是「不可分割」的意思。近代日本人引進西學，將最小單元稱之為「原子」。德謨克利特進一步提出：宇宙萬物，都是由多樣多種極小原子所構成。德謨克利特認為原子是一種不可分割、內部沒有空隙可分割的最小單元。但原子在空間中不停的運動時，不同的原子會因為互相碰撞組合成不同的物質，而形成了宇宙萬物。古希臘原子說提出後，經歷約2000年始終沒有經過實驗的驗證，而停留在虛玄的思辯中，因此古希臘原子說只是一種臆測性的原子說。 圖一：古希臘哲學家德謨克利特 （圖片來源：Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/Democritus） n   原子論的出現 直到1803年英國人道耳頓（John Dalton，1766~1850）（圖二）歸納「質量守恆定律」、「定比定律」和「倍比定律」等實驗結果提出原子論，道耳頓原子論的內容包括：(1)所有物質都是由原子所組成，原子是不可再分割的最基本粒子。(2)同一種元素的原子，具有相同的質量及性質，不同種元素的原子，其質量和性質不同。(3)不同元素的原子能以簡單的整數比結合成化合物。(4)化學變化是化合物中的原子重新排列組合，原子的種類、數目不變。 化學新時代是從道耳頓原子論提出後開始，原子論使化學發展從微觀物質結構去揭示巨觀化學現象的本質。也為化學家提供了解決實際問題的重要理論基礎，化學上已經發現的化學計量的經驗定律，如質量守恆定律、定比定律、倍比定律、原子量都能用原子論加以解釋。 圖二：英國人道耳頓 （圖片來源：Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/John_Dalton） n  從原子到分子 法國化學家給呂薩克（Joseph Louis Gay-Lussac，1766~1850）（圖三）進行氣體反應實驗時發現，用2個體積的氫氣和1個體積的氧氣化合，得到2個體積水蒸氣，反應式[式1]如下： 氫氣（2個體積） ＋ 氧氣（1個體積） à 水蒸氣（2個體積）…… [式1] 給呂薩克經由實驗結果提出氣體化合體積定律：氣體物質在定溫定壓下反應時，反應物和生成物的體積恆成一簡單的整數比。 圖三：法國化學家給呂薩克 （圖片來源：Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/Joseph_Louis_Gay-Lussac） 道耳頓試著用原子論解釋氫氣與氧氣化合生成水蒸氣，出現兩種可能性的解釋： 可能性一：在相同溫度相同壓力下，同體積的氣體含有相同原子數觀點，以圖四可解釋反應體積比應該是2：1：2，但是原子被分割違反道耳吞原子論。 圖四：以同體積的氣體含有相同原子數觀點解釋所產生的矛盾 （圖片來源：教育部教學資源，https://isp.moe.edu.tw/resources/search_content.jsp?rno=1677532） 可能性二：由所有物質都是由原子所組成觀點，依圖五所示以原子論來推論此反應體積比應該是2：1：1，但不符合實驗結果2：1：2，使道耳頓原子論陷入困境。 圖五：依據所有物質都是由原子所組成觀點推論與實驗結果不吻合 （圖片來源：教育部教學資源，https://isp.moe.edu.tw/resources/search_content.jsp?rno=1677532） 道耳頓原子論與給呂薩克氣體化合體積定律的學術爭論引起義大利科學家亞佛加厥（Amedeo Avogadro，1776~1858）（圖六）的極大興趣，他仔細的分析雙方的論點的論據，終於找到問題的癥結，提出分子論的假說。他認為分子是由特定種類與數目的原子構成，分子是保有物質基本性質的最小粒子。 圖六：義大利科學家亞佛加厥 （圖片來源：Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/Amedeo_Avogadro） 他並提出亞佛加厥假說：在同溫、同壓下，同體積的任何氣體含有相同數目的分子，假說延伸：在同溫、同壓下，反應時氣體體積比＝反應時氣體分子數比，亞佛加厥以分子的概念成功解釋了氣體化合體積定律。以氫氣與氯氣反應生成氯化氫為例，如圖七說明：道耳頓原子論認為氫氣與氯氣都是由一個原子組成，而亞佛加厥分子論認為氫氣與氯氣都是由兩個原子組成，兩種理論在解釋給呂薩克氣體化合體積定律出現不同的結論。 圖七：亞佛加厥假說的圖示 （圖片來源：翰林文化，基礎化學一） 亞佛加厥分子論對原子論做了繼承與發展，使我們發現了另一個新的物質微粒叫做分子。亞佛加厥引入分子概念，把分子與原子既區分開來，又相互發生關聯，推動了化學的發展。 n  原子也是可以分割的 “原子不可分”的古老觀點，這種信念被十九世紀末一個接一個的科學發現打破了，主要是放射性物質和電子的發現。英國物理學家湯姆森（Sir Joseph […]

原子與電子理論的建立和發展（下） 李啟讓1*、陳文靜2 1國立屏東女子高級中學 2高雄市立高雄女子高級中學（退休） *li483739@yahoo.com.tw 【承《原子與電子理論的建立和發展（上）》】 n  波耳的氫原子模型 拉塞福原子模型認為電子繞核做圓周運動，如同行星繞著太陽運轉一樣。隨著科學的發展，依據古典電磁學理論，當電子繞原子核做圓周運動時，必然產生向心加速度，電子就會不斷輻射電磁波而釋放能量，使電子做螺旋運動，最後墜落在原子核上（圖十二）。但事實上，大部分的原子是相當安定的，與自然的事實不符合，因此必須重新修正原子模型。 圖十二：電子在核外運動的示意圖 （圖片來源：龍騰文化，選修化學上） 丹麥物理學家波耳（Niels Henerik David Bohr，1885~1962）（圖十三）認為：按照拉塞福原子模型，原子結構問題和天體問題很相似，然而詳細的考慮就會發現到，在一個原子和一個行星體系之間是存在一個很根本的區別。原子必須具有一種穩定性，這種穩定性顯示出一種完全超出力學理論之外的特點。 圖十三：丹麥物理學家波耳 （圖片來源：Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/Niels_Bohr） 在1913年，波耳為了解釋氫原子放射光譜是具有特定波長的譜線，因而提出氫原子模型，其中兩個基本假設如下： 第一個假設：氫原子的電子只能在原子核外特定距離的軌道做圓周運動，此時電子不輻射電磁波而呈穩定態。 每一個符合第一個假設之條件不同軌道運動的電子，都給予一個n值，n = l、2、3⋯都相當於一個穩定態。這些軌道由內向外分別以n = l、2、3⋯⋯等正整數表示。n = 1 的軌道最接近原子核，其半徑最小，是能量最低的能階；n值愈大的軌道，離原子核愈遠，半徑愈大，能階的能量愈高。氫原子在各能階中所具有的能量，可以下列公式[式3]表示： E n= – 2.179 x 10-18/n2 (J)  ，n = l、2、3⋯  [式3] 第二個假設：電子從高能階（nH）[式4] 躍遷回到低能階（nL）[式5]，電子將以電磁波的形式釋出能量（∆E）[式6]。 EH = – 2.179 x 10-18/nH2 (J)    [式4] EL = – 2.179 x […]

化學學科行動學習翻轉式教學實例分享 翁榮源 靜宜大學應用化學系 zyown@pu.edu.tw 全國教育界都在瘋迷翻轉式教學，非常榮幸地在2014/12/6能聽到台北市麗山高中藍偉瑩老師的分享，尤其是她所使用的翻轉化學教學實例演練，更讓我們在大學教化學的老師汗顏，正好下學期的基礎化學課程就可以派上用場。雖然整個過程沒有用新科技的輔助，但是流程中充滿了行動學習的巧思，非常值得化學老師效法以及發揚光大。 n   第一個概念：碰撞學說（翻轉教室工作坊藍瑋瑩老師實作內容） 圖一：花媽相撞 （圖片來源：http://blog.yam.com/Deflit/article/68436506） 藍老師首先使用的是花媽相撞的圖片（圖一）進行分組合作學習，每個問題討論五分鐘將結果寫在白色圖畫紙上以供討論，最令人激賞的是藍老師所使用的學思達教學沒有用加分&抽籤等技巧，透過小組討論時老師的觀察結果挑選最適當的學生上台進行逐步的觀念解析及引導。從兩個人相撞如何使對方受傷為起點，開始導入最有效的碰撞為頭對頭，只撞肩膀力量不夠，而且要死命的撞其要害。也就是碰撞理論中最重要的能量&方向的概念。過程中藍老師故意地找錯誤答案同學上台說明，藉以扭轉大家的錯誤觀念，最後再引導出產物形成的原因，說明鍵結的斷裂與形成觀念。過程中兼具了問題引導與合作學習的知識建構痕跡，當然最重要的是所有與會同學都深入的瞭解了化學反應的碰撞理論，尤其是同組有點科學白癡的國文老師都點頭稱讚不已，足以證明類似的化學教學翻轉行動確實能徹底改善學習過程。 本次藍老師教學的重要對話如下： 1.        要撞頭 2.        要大力撞 3.        要撞對人 4.        撞到軌道重疊、互相吸引、降低能量、穩定狀態 5.        龍交龍鳳交鳳，最後Br-Br終成眷屬 6.        增加濃度可以增加個體數目，加熱可以增加個體運動能量 一、粒子模型 綜合藍老師的翻轉化學教學，整體的學習過程我們一致發現有三個特點： 1.        小組成員討論時，一般的組員不瞭解問題的內涵，但透過小組的溝通就知道到底是怎麼一回事，這是一般上課時較難做到的。 2.        點到上台發表答案的同學是故意找錯誤答案小組，從其解釋中發現正確答案的方向。 3.        事先準備好上課單元的主要內容，在小組報告引導過程逐步加入知識，讓學生自己建構出知識。 4.        知識本身都是由學生口中說出來，而不是老師直接敘述完成。 發生了反應的碰撞。滿足有效碰撞的條件： 能量：足夠的動能（sufficient KE）（至少要等於低限能）。 位向：方向要正確（correct alignment）。 二、  碰撞學說內容 (a)      化學反應的發生必須反應的粒子互相接近並發生碰撞才能發生反應，這種理論稱為碰撞學說。 (b)     碰撞不一定能產生化學反應，只有極少數的碰撞引起反應，大部分的碰撞只是反應粒子間的互相碰撞，但並未引起反應即分開。 (c)      能引起反應的碰撞情形稱為有效碰撞。 三、  有效碰撞的條件 (a)      碰撞之粒子必須具有足夠的能量。粒子的動能必須超過低限能，在一定溫度下，粒子具有一定的平均動能，但個別粒子的動能並不相等，而是從低能至高能呈曲線分布，其中只有分布於低限能右邊的粒子才具有足夠的能量，產生有效碰撞。 (b)     碰撞時粒子必須具有適當的位向。反應粒子碰撞時，因能量不足或是位向不適當，即使碰撞次數再多，也不能引起化學反應，這樣的碰撞稱為無效碰撞。 n   第二個概念：酒精燃燒（靜宜大學應化系翁榮源教授分享） 在介紹有機化學單元與生質乾淨能源時使用。 […]

學思達教學的啟示與登場— 我在十四年教學生涯之後的全面革新 羅勝吉 國立臺東高級中學 icometothee@gm.pttsh.ttct.edu.tw n  前言 一、與學思達的因緣際會 最近一年，在高中、國中及小學教學現場，吹起了一股「學思達」（自學、思考、表達）旋風。當這股旋風吹到台東時，我雖報名參加了中山女高張輝誠老師的學思達教師研習，心裡卻是百感交集：我心想這會不會只是另一個教改噱頭？中山女高行得通，我們學校行得通嗎？國文科適用這套教學法，化學科適用嗎？ 我不得不承認，我們都習慣留在舒適圈，很難被改變！但這套教學法若真能讓教師上課輕鬆，學生神采奕奕、精神專注，我又何樂而不為呢？因此，我在103年暑假下了一個勇敢的決定：我願意改變，並把過去自己以為懂得的先擺在一邊，進行我的另類化學實驗，找出「學思達教學」在高中化學科的具體操作策略。 二、單向口述式教學的效果有多差？ 首先，讓我們回顧美國學者艾德格‧戴爾（Edgar Dale）提出的「學習金字塔」理論：在初次學習經過兩週後，透過講授學習能夠記住內容的5%；透過閱讀學習能夠記住內容的10%；透過視聽媒體學習能夠記住內容的20%；透過教師示範學習能夠記住30%；透過參與討論、提問來學習能夠記住50%；透過從做中學能夠記住70%；若教別人或進行口頭報告則能夠記住90%。 張輝誠老師在講解學思達教學時亦使用此理論（見圖1），在研習中有一句話，一直到今天仍讓我覺得印象深刻：「學生在課堂中針對問題聊上幾句，也都比你從頭講到尾還要好！」我真汗顏，原來我若沒有搭配其他的教學活動，僅利用單向口述的方式進行講課（即便使用教學投影片），效果竟然這麼差！ 圖1：學習金字塔（引自張輝誠老師推廣學思達教學投影片） 三、其實學生一直都在自學 在改變教學方式的初期，有一個想法一直打擾我，就是「學生能夠自學嗎？」也許這也是大多數的教師不敢使用學思達教學法的主要原因。在大多數教師的心裡可能有一種想法，「我自己教比較保險吧！」 雖然這麼說對高中時期的數學老師是大不敬，但這的確是我坦然接受「學生能夠自學」的主要原因。高中時，數學老師的教學進度很快，一題還沒有學會，緊接著就是下一題，這逼得我只好在上課時自己看自己的，為了能夠追上老師的教學進度。 雖然這樣的學習很無奈，也很不安—很想認真聽老師講課，卻永遠跟不上老師的進度。遺憾的是，在我任教的初期，我依然使用這種方式對學生進行填鴨教育。 四、終於知道學生上課無法一直維持專注的真正原因了 我一直也不明白為何在學生口中幽默、風趣的我，只要講課超過15分鐘，學生大都無法像剛開始時那樣集中注意力：有的開始聊天，有的面露無奈，有的低頭沈思，甚至有的在偷滑手機或趴在桌上睡覺；但也有的體諒老師的心情，仍然看著我繼續講課。在學思達教師研習中，張輝誠老師提醒我們，請記住，一般人只有15至20分鐘的專注時間！目前一節課卻有50分鐘，若不藉著學習樣貌不斷的切換，怎能一直維持學生的專注呢？難怪從前我以單向口述的方式，從頭到尾講一節課，他們不從學習中逃走才怪！ 五、因為這樣做，才是真正對你們有利！ 暑假以前，我有時會問學生說，「最近回家有讀書的舉手」，「有花時間思考這個題目的舉手」，結果通常是寥寥無幾…因此我鼓勵他們，「要多花時間讀書」、「要多思考」、「要學習表達」，但又有幾個學生能夠做到呢？ 後來輾轉得知學生回家沒有辦法讀書或思考問題的真正原因，他們說，「上課時沒有學會，回家怎麼讀啊？」另外，「就算想問，也找不到了人問啊！」我很慚愧，原來這就是實情，不僅他們在課堂上沒能學會我所教的，而且下課後想問也找不到了人問… 我反問自己，「為什麼我不在課堂上就訓練學生讀書呢？」學生在校時，有的是同學，「為什麼我不善用分組合作學習的方式，讓小師傅教小徒弟，合作求學問呢？」 另一方面，在傳統的教學中，其實很難掌握學生的學習狀況。在一次擔任高三模擬面試教師的過程中，我問了欲報考化學相關科系的學生一個問題，「請問什麼是官能基？」面對學生的答題狀況，起先是驚訝，因為幾乎沒有一個學生可以說出正確而完整的答案；後來我是感到相當羞慚，原來我們的教學成效這麼差！ 我自問，「為什麼要等到高三模擬面試這一天才來訓練學生的思辨與表達能力呢？難道不能在平時的教學活動中，就訓練學生這方面的能力嗎？」 因此，我告訴學生，「我將善用課堂中的每一分鐘，透過學思達教學活動，不但讓你們覺得上課有趣，完成所有的學習，並要訓練你們養成一生受用的能力。因為這樣做，才是真正對你們有利！」學生欣然的接受了，另類的化學實驗於焉展開。我也深信，「天天來，就厲害」，而且「訓練過後就會很不一樣！」 n  如何進行學思達教學？ 一、學思達概說 接下來就要跟大家介紹如何在高中化學科的課堂上進行學思達教學。 學：放手讓學生閱讀課本找答案，進行自學。 思：進行分組討論，提供學生思考、討論、合作的機會。 答：在組內教同學，或上台講解問題的答案，訓練學生表達的能力。 而學思達教學的成敗關鍵在於：事先分組、課前製作「以問題為主軸」的講義以及教師引導學生說出正確的答案。這三項若具備了，可說是已成功了一半。 因此，我將著重的說到這三方面： 1.      關於分組方面，我採用了林健豐老師「區分性ABC教學法」的概念，每組都要有上、中、下等不同程度的同學。進行分組討論時，以強帶弱，讓學習力強的學生有成就感，學習力弱的學生有參與感，各得到訓練。 2.      學思達講義的製作，用「問答題」形式，取代「選擇題」（見附件一）。主要原因是問答題才能引發好奇心，並刺激思考。由於進行學思達教學需要在課堂中進行閱讀、分組討論、上台回答問題等學習活動，因此必須教的少。至於沒教到的怎麼辦呢？放心，學生學會了，自然能夠舉一反三，進行加深加廣的學習。下列提供一些編寫講義的原則作為參考： (1)   清楚教學目標（參課綱、授課指引）。 (2)   瀏覽課文，並把課本的範例、練習題、習題等全部做過一遍。 (3)   找出核心概念。 (4)   利用核心概念繪製教學地圖。 (5)   製作問題引導式的講義。 3.      至於要如何引導學生回答問題呢？在這個過程中，教師的角色轉型為「主持人」與「追問者」。學生答不出來或答錯了，都非常重要，要逐漸引導讓他們想出答案！（切記不能講出答案）學生答對的，還要不斷追問，以幫助學生掌握重點、釐清觀念、思索更深的難題。最後統整所有的答案，再一次給學生正確解答。 二、學思達的具體操作模式 (一)整體授課模式 […]

創意微型實驗—微型化學噴泉 方金祥 創意微型科學工作室 chfang1273@yahoo.com.tw 蠟燭的燃燒實驗是眾所皆知的一項很有趣之化學實驗，其過程是將燃燒蠟燭固定在裝有少許水之小水槽中，然後用一個廣口瓶將其蓋住。當蠟燭逐漸熄滅後，可見到小水槽中之水會漸漸減少，甚至會不見了，此一過程看起來似很神奇。其實這就是因在廣口瓶內燃燒的燭火需要消耗氧氣來幫助蠟燭燃燒，一般而言乾淨的空氣中氧氣約佔有五分之一（20.94 ~ 20.95%），等到瓶子內的氧氣消耗至某一程度，再加上蠟燭燃燒時會產生不助燃的二氧化碳氣體及一些熱氣，終將燭火慢慢減弱，最後就會熄滅。在此一過程中，經些微冷卻、部分二氧化碳溶於水中以及氧氣減少等因素而導致瓶子內的壓力比瓶子外的壓力（一大氣壓）來得低。因此瓶子外邊水會受到瓶外大氣壓力的影響被壓入瓶子內，而使瓶子外面的水逐漸減少，甚至於全部進入瓶子內，看起來似乎把瓶子外面的水變不見了，此一現象是不是會覺得很神奇呢？ 中醫師早期幫病人拔罐的過程中，是用一種傳統的火罐法，也就是利用1至2根燃燒的火柴，迅速將其丟入小小的廣口瓶內，然後很快的將瓶子往病患有疼痛或有內傷的肌肉部位貼上去，等瓶內之火柴熄滅後，瓶子就會牢牢的被肌肉吸住，再過一會兒就會看到有疼痛或有內傷的肌肉在瓶口內會出現淤青的現象。本實驗主要目的是要讓學生來觀察火柴燃燒的另一神奇的現象，利用燃燒的火柴置入一個密閉的瓶子內，而使瓶子外面的水經由導管進入瓶子內而以噴泉的方式噴出，如同瓶內噴泉。 n  原理 燃燒的火柴使瓶子內會幫助燃燒的氧氣消耗一些及瓶子內氣體受到熱漲冷縮的結果，使瓶子內的壓力降低，由於瓶子內外有壓力差，因此能使瓶子外面的水被引入瓶子內，而水進入瓶子內是經由細小導管進入，再經由細小的噴口而噴出有如噴泉似的現象，因此將之稱為『微型化學噴泉』，其製作過程如下： n  藥品與器材 製作微型化學噴泉所需之藥品與器材，如相片一所示。 火柴 塑膠三角瓶 橡皮塞 橡皮管 注射針頭 塑膠三通活栓 相片一：製作微型化學噴泉所需之藥品與器材 n  微型化學噴泉之設計與製作過程 利用相片一中之塑膠三角瓶、單孔橡皮塞、磨平注射針、塑膠三通活栓及橡皮管等材料來組裝成一套「微型化學噴泉裝置」。 1.          將一個7號橡皮塞的中央處鑽一個小孔而成單孔橡皮塞，如相片二所示。 相片二：單孔橡皮塞 2.          把一粒塑膠三通活栓的側管切掉，並用熱熔膠將側管塞住而成塑膠雙通活栓，如相片三所示。   相片三：塑膠三通活栓（左），塑膠雙通活栓（右） 3.          將一支注射針頭的針頭尖端剪掉而成尖端磨平之注射針頭（比較安全），如相片四所示。 相片四：尖端磨平注射針頭 4.          將磨平的注射針頭插入單孔橡皮塞中，如相片五所示。 相片五：注射針頭插入單孔橡皮塞中 5.          在塑膠雙通活栓的下方接上一條15 ~ 20 cm長的橡皮管，如相片六所示。   相片六：塑膠雙通活栓的下方接一條橡皮管 6.          在塑膠雙通活栓的上方，再插入單孔橡皮塞上的注射針的塑膠接頭上，如相片七所示。   相片七：塑膠雙通活栓插入注射針的塑膠接頭上 7.          最後把橡皮塞塞在塑膠三角瓶的瓶口，如相片八所示。 相片八：橡皮塞塞在塑膠三角瓶的瓶口 8.          依上述步驟組合完成了一套「微型化學噴泉裝置」，如相片九所示。 相片九：組合完成的微型化學噴泉裝置 n  […]