中學化學示範   楊水平 國立彰化師範大學化學系yangsp@cc.ncue.edu.tw 在「中學化學探究教學」的教學實務過程，作者會親自教學2-3個探究學習單元，都是以化學示範實驗作為科學探究教學的開始，例如：作為5E學習環的參與階段。在「中學化學示範教學」的教學實務過程，作者也會親自教學數個學習單元，以化學示範作為教學方法或教學策略，例如：使用以師生互動討論方式的三面向（介紹面向、演示面向及結論面向）教學，又如：POE╱POEC教學策略。在多次的科普推廣活動上，作者曾指導學生以化學示範教學的方式，展現驚嘆號（！）和問號（？），示範者需考慮化學示範的娛樂性和教育性的功能，有別於魔術師的表演。有效的化學示範能夠聚焦學生的注意力，在課程或單元中激發學習的動機和興趣，解說重要的概念和原理，以及起始科學探究和問題解決。 《臺灣化學教育》第37期的專題為〈中學化學示範〉，邀請中學和大學教師開發適用於中學教師在教室或實驗室的化學示範教學、教法及評量，或適用於科普推廣活動的化學示範實驗。這一期的專題文章接到十一篇的稿件，由於有些稿件延遲投遞、內容需要多次討論或編審時程沒控制得宜，因此無法在文章發佈截止日前順利出刊。經本刊主編邱美虹教授的建議，預定在11月（第40期）新增專題主題，為這些未順利出刊的稿件在六個月後出刊。作者將繼續邀稿以充實第40期的專題內容，歡迎有興趣「化學示範」專題的教師和專家投遞稿件，內容可涵蓋發展歷史、理論與實務、課程與教材、教法與策略、評量與測驗、以及科普活動等。此外，值得提起之事，是在十一篇化學示範的稿件中，大部分符合十二年國民基本教育國民中小學暨普通型高級中等學校自然科學領域課程綱要，這些符合新課綱規範的文章都在其前言的部分有具體的描述，期望這些文章能立即可用於中學的現場教學。 本文首先介紹化學示範教學的理論；然後，提出示範教學的教學和評量；接著，整理十二年國教自然科學領域課剛中的化學示範；最後，概述本期專題的文章導讀。 n  化學示範教學的理論 Liem (1987) 提到：藉由引人注意的示範和歧異事件，教師精心規劃教學策略來喚起學生的學習。Kibler (2019) 提到：歧異事件使學生產生興趣和好奇心為了探究有關特別的現象。歧異事件（discrepant event）創造認知失調（cognitive dissonance），因為歧異事件的觀察與學生先前經驗是直覺相反的，使得學生迅速地產生疑問。Cini (2018) 提到：歧異事件是藉由呈現非期望的結果而無視我們對世界理解的事件。這些現象經常被用於科學示範，以吸引觀眾的注意力並吸引視覺學習者。 Shakhashiri (1989) 提到：課堂示範能夠幫助學生在化學反應和化學性質上的注意力，並且增進學生的化學知識和體認。課堂示範應該是一個過程，而不是一個單一的事件（作者按：歧異事件）。 化學反應千變萬化，聲光色俱全而且多彩多姿。化學示範（Chemical demonstrations）是透過驚奇有趣的化學實驗來展示化學的奧妙和魅力，在教學中常創造歧異事件以互動方式來引起學生對化學的興趣，進而促進學生對化學知識的理解。因此，化學示範強調娛樂性和教育性，它是一種非常有勁道的教學策略。 n  示範教學的教學和評量 在化學示範教學前應該事先規劃向學生詢問的問題，作為學習單學生寫作評量之用：(一)事先規劃由低階思考到高階思考的四項問題（Bybee et al. 2014），和(二)透過POE或POEC策略設計問題，POE教學策略的三階段：Prediction（預測）‒Observation（觀察）‒Explanation（解釋）（Gunstone & White, 1981）；POEC教學策略的四階段：Prediction（預測）‒Observation（觀察）‒Explanation（解釋）‒比較（Comparison）（邱美虹等，2005；鍾曉蘭，2014）。這二項的學習單寫作皆可當作學生透過化學示範學習的評量方式。 (一)      事先規劃由低階思考到高階思考的問題 1.    描述化學示範步驟的問題（低階思考）：詳細地描述示範步驟，包含使用的器材和藥品。儘可能以裝置圖說明之。 2.    觀察變化現象和紀錄實驗數據的問題（低階思考）：詳細地描述學生觀察到的示範實驗之變化現象。 3.    說明變化現象和實驗結果的問題（高階思考）：就變化現象，運用合適的科學字彙進行準確地推論。以微觀的分子或原子層次進行巨觀現象變化的解釋。引用證據，儘可能以化學反應式表示，以及以化學原理、定理和概念說明。 4.    連結新學到的概念和原理到日常生活和新情境的問題（高階思考）：連結示範實驗所涉及的原理、定理和概念與日常生活和新情境，並且敘述兩者之間的關連性。 (二)      透過POE╱POEC策略設計問題 1.    示範前進行預測（Prediction）：(1)觀察教師示範前所準備的器材、藥品及裝置；(2)寫出預測示範實驗即將發生什麼現象；以及(3)解釋你的預測即將發生現象的可能理由。 2.    變化現象的觀察（Observation）：(1)詳細地觀察變化現象並描述之；以及(2)就實驗的變化現象，比較你的預測與觀察的相同和相異之處。 3.    變化現象的解釋（Explanation）：(1)解釋你觀察到實驗變化現象的理由。 4.    與預測的比較（Comparison）：(1)觀察的現象與之前的預測作比較。(2)針對你在預測階段的可能解釋，做出修改或補充。(3)當學生撰寫完成後，一起討論自己的想法或教師引導學生討論，做出合理解釋，必要時修改或補充之前的解釋。 n  十二年國教自然科學領域課剛中的化學示範 根據「十二年國民基本教育課程綱要國民中小學暨普通型高級中等學校–自然科學領域」，其實施要點提到「教材編選時應依十二年國民基本教育自然科學領域課程綱要精神與內容，鼓勵學生動手實作體驗，合適安排各年段的實作課程，以達到規定的時數，其中國民中學教育階段應有三分之一節數為實作體驗課。為提高學生學習興趣，增進學習效果，得適時設計示範實驗、戶外教學等活動。」。因此，化學教師設計化學示範實驗是有其需要性。自然科學領域課程綱要在「學習內容說明」有明確地提到教學實施的方式以「示範」來進行，在第四學習階和第五學習階段的綱要描述中，有關化學示範方面整理如下。 […]

常見消毒液的介紹及居家實作 陳映辛1,*、林亭佑2、江承翰1 國立竹山高級中學國立東華大學cs60006@gm.chsh.ntct.edu.tw   n  前言 從2019年入冬以來，流感和新冠肺炎肆虐全球，確診人數屢創新高，雖然衛福部建議大家勤洗手做好基本的防護，但是並非所有環境都能找到水源來洗手，這時候替代品就相對的重要！由於確診病例屢創新高，讓大家搶購消毒用品，只是市面上消毒抗菌品牌爆增，產品琳琅滿目，酒精、次氯酸水、乾洗手液、漂白水等，該如何用？何時用？可以消滅什麼病菌？一般大眾並不是很清楚的知道。本文介紹常用消毒液的消毒原理，並帶大家一起動手實作居家消毒液。 n  常用消毒液簡介 一、酒精 (一)殺菌原理 酒精含有的化學物質是乙醇(CH3CH2OH)，酒精的殺菌原理是因為可以讓蛋白質變性，導致細菌的死亡或病毒的失去活性。但是酒精濃度並不是越高越好，市售的95％酒精因為濃度過大，會使細菌、病毒的表面蛋白質急速凝固，形成硬膜，反而無法順利穿透到病菌的內部，因此病菌的內部仍是具有活性的。75%的酒精兼具蛋白質凝固作用和穿透效果，可以完全滲透到細菌、病毒體內，凝固病菌的蛋白質使其失去活性，達到徹底的殺菌功能。研究顯示，只要濃度介於70-78％的酒精都可以達到殺菌99％的效果。 (二)缺點 酒精具備高揮發度性，且味道刺鼻，噴在皮膚上容易帶走角質層上的水分，讓皮膚乾癢、緊繃進而造成過敏、濕疹等皮膚問題，常用皮膚變乾燥及粗糙。具有可燃性，不適合在密閉空間中大量噴灑使用，必須遠離火源，以免造成火災。 (三)使用方法及時機 75%酒精用在手部或是環境周遭、器物上都適用，將少量75%酒精噴在雙手上，手心、手背、指尖、指縫、虎口、手腕等部位要徹底搓一搓，來殺死附著在雙手上的病菌。民眾也可沾取適量酒精，擦拭日常生活中常用的物品，如手機、平板、鍵盤、滑鼠等3C產品，用來殺菌並保持清潔。 二、乾洗手 (一)殺菌原理 市面上乾洗手產品琳瑯滿目，組成成分類型相當多元，大致上主要以酒精、甘油、香精、高分子膠、三氯沙（triclosan）、三氯卡班（triclocarban）等成分組成。殺菌原理最主要還是利用所含的酒精成份使病菌蛋白質變性。乾洗手大部分做成凝膠狀，以減少酒精揮發度，尤其是幼童，建議以含有75%酒精的乾洗手凝膠取代酒精噴霧，以增加安全性。 (二)缺點 市售乾洗手的組成成分過於分歧，添加物太過複雜，所以在殺菌、抗病毒效用上也較難分析；尤其是含有三氯沙成分的產品，美國食品藥物管理局（FDA）及加拿大政府在2017年已經禁止銷售含有三氯沙的產品。所以選購時盡量選擇添加物少的產品。 (三)使用方法及時機 在沒有水源可以清洗雙手的情況下，不得已的折衷手部清潔方式，擠一些在雙手上，手心、手背、指尖、指縫、虎口、手腕等部位要徹底搓一搓，來殺死附著在雙手上的病菌，因為添加物較多，所以皮膚敏感者不建議使用。 三、次氯酸鈉（漂白水） (一)化學性質與特性 漂白水是一種强而有效的家居消毒劑，其主要成分是次氯酸鈉（Sodium hypochlorite, NaClO），能使微生物的蛋白質變質，有效殺滅細菌、真菌及病毒。1787年被法國化學家柏瑟列（Berthollet）將氯氣通入鹼液，製成次氯酸鈉，其反應如式[1]所示。 Cl2(g)+ 2NaOH(aq) → NaClO(aq) + NaCl(aq) + H2O(l)    [1] 1820年法國化學家拉巴拉克（Labarraque）將次氯酸鈉當作漂白水來使用；英國化學家達金（Dakin）在第一次世界大戰時，用4%次氯酸鈉溶液幫傷患進行傷口消毒及清創，而他所發明的配方後來被命名為達金溶液（Dakin’s solution）。除了在醫學上的貢獻，次氯酸鈉在我們的生活也同樣扮演重要的角色，游泳池、廁所乃至於免疫系統，都可以發現次氯酸鈉的存在。 (二)缺點 漂白水稀釋前後都有一定的揮發和刺激性，民眾在稀釋及使用時應配戴口罩和手套，並保持在通風的環境下，以防止對皮膚及呼吸道黏膜造成刺激，吸入過多揮發氣體而造成頭暈、嘔吐不適感。漂白水遇熱和光會分解，絕對不要跟酸、氨、胺類成分混合，以免產生有害物質。漂白水與鹽酸反應會放出有毒的氯氣，如式[2]所示，常常在新聞裡看到民眾在大掃除時，將鹽酸和漂白水混用，而造成氯氣中毒。次氯酸鈉與大多數氮化合物反應形成揮發性一氯胺，二氯胺和三氯化氮，其反應如式[3]-[5]所示。因此，使用相關製品時應注意避免混合。 NaClO(aq) +2HCl(aq) → NaCl(aq) + H2O(l) + Cl2(g)    [2] NH3(aq) + NaOCl(aq) → NH2Cl(g) […]

第三十四期 主編的話 邱美虹 國立臺灣師範大學科學教育研究所特聘教授 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 美國國家科學教學研究學會（NARST）前理事長 mhchiu@gapps.ntnu.edu.tw 每年十月科學界的大事就是諾貝爾大獎將落於誰家呢? 2019年化學諾貝爾獎由美國學者古迪納夫(John B. Goodenough)、英國學者惠廷安(M. Stanley Whittingham)與日本學者吉野彰(Yoshino Akira)獲得，獲獎原因是他們對鋰離子電池的貢獻。公布獲獎人的同時也創下最高齡的諾貝爾獎得主(古迪納夫)的紀錄。 這次三位得獎人展現的是科學發現的軌跡是一群人不斷累積的成果。英國的惠廷安是接力賽中的第一位學者，他於1970年代為擺脫化石燃料危機而發展出以鋰為電池陽極，以二硫化鈦能嵌入離子的超導體為陰極而製作出第一個可運作的鋰離子電池。1980年古迪納夫以鋰鈷氧化物(LiCoO2)作為陰極材料，產生高達4伏特電壓(是惠廷安的鋰離子電池的兩倍)。古迪納夫今年已97歲高齡，他當年的研究成果已是40年前的事了，但其研究成果使鋰離子電池向前推進一大步；後續由現年71歲的日籍科學家吉野彰繼續接力進行研究，1985年吉野彰在古迪納夫的研究基礎之上，以石油焦(petroleum coke)取代金屬鋰做為陽極，製造出更安全、更穩定、壽命更長、體積更輕巧、電容量高、可充電且更具商業價值的鋰離子電池。人們今天離不開的行動載具，如手機、照相機、電腦、電動車，甚至是由太陽能和風能產生的能量儲存裝置等，都免不了與這項發明有關。鋰離子電池的發明徹底改變了人類的生活，除增加生活的便利性外，也因而推動出乾淨能源技術與減少環境汙染，創造更友善的環境。科學家的接力賽彰顯出科學是一群人前仆後繼的志業，集眾人的智慧方可提升人類的生活條件與環境品質。 吉野彰在接受訪問時說了一句我們並不陌生的話:「好奇心是我主要(研究)的動力。」這句話再次提醒我們身為教育者，培養與維持孩童對事物的好奇心是創造的源頭! 本期專刊是以慶祝IUPAC100& IYPT活動成果展示為主題，以聊表臺灣對於門得列夫的貢獻以及其對後世科學發展的影響之敬意。我們不難瞭解週期律的發現也是一個集眾人長期累積的資訊所獲得的研究成果，這項發現若不是門得列夫的話，也將會是另一位科學家，但或許會讓科學處於一個更長的混沌時期。因此，逢此週期表150週年以及負責元素命名和符號的IUPAC百歲生日，我們以各項慶祝活動向IUPAC、門得列夫以及一群默默耕耘的科學家致敬。 本期除專刊外，還有呂子琦的「ChemBox在化學探究實驗的應用」，介紹他自製的化學數位感測模組，以及如何使用在探究化學實驗課程中，教師也可以利用此模組開發一個跨領域的課程，有興趣的中學教師可以和呂老師聯繫。

第三十期 主編的話 邱美虹 國立臺灣師範大學科學教育研究所特聘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美國國家科學教學研究學會（NARST）前理事長mhchiu@gapps.ntnu.edu.tw 為慶祝國際元素週期表年 (International Year of Periodic Table of Chemical Elements, IYPT)，歐洲化學會(EuChemS)在2019年1月25日發表了一張稀缺元素(Element Scarcity)週期表，這張週期表依據元素在自然界的相對存量來呈現元素之間的關係。表中顯示，約佔空氣中21%的氧是含量充足的氣體，該慶幸的是這人類賴以維生的重要氣體含量充足，短時間內不會面臨短缺的危機。但是有一些金屬將在未來可能數十年或百年因人類過度使用3C科技產品，而使得這些金屬將逐漸在自然界中減量。根據歐洲化學會主席David Cole-Hamilton指出，大部分將面臨危機的元素大都是用在高科技產品的金屬元素，譬如銦(indium)是用來製作電腦或手機觸控式螢幕的金屬材料，由於人們不斷更新手機卻未有效的回收淘汰的3C產品，使得在自然界中存量本來就極微少的金屬，將面臨嚴重缺乏的威脅。手機中有超過30種的化學元素（表中有畫手機圖案者），其中大概有一半金屬元素可能都會在未來的一百年內會逐漸因為過度使用或是未適當回收而減少自然界中的存量。根據Cole-Hamilton理事長指出，英國每個月有100萬支手機被汰換而歐盟整體則是每個月就有將近1000萬手機在更換中。若沒有適當的回收方法與政策，那自然界中的某些元素將逐漸或甚至快速地減少，依此驚人的速度，大概20年後我們就會缺少可製作手機的銦元素和其他依些金屬，屆時是否會影響與威脅我們生活的便利性呢? 這實在是值得我們去深思的問題。David Cole-Hamilton呼籲大家別將不用的手機留在家中的抽屜裡，應該要讓它們回收，而且也不要常換手機，資源才不會越用越少。同理，他也呼籲大家別再用裝氦氣的派對氣球，氦氣可能會在空中散失，無法回收再利用，而氦氣卻是可用在核磁共振成像(MRI)掃描器和深海潛水(氦氧替代空氣)上的重要氣體。這張新的稀缺元素表實在值得好好認識與瞭解的。 圖一   繁體中文版EuChemS週期表由化學會和國立臺灣師範大學合作製作   本期專刊是以國小化學教育為主題，由周金城教授負責主編，其文章從周正秋的「美國中學化學教材—分子問題單元」在臺灣小學高年級實施現況分析談起，此次12年國教中首次納入粒子的概念，此文的介紹可做為教材設計之參考。莊真真的「低年級的學生也可以自己輕鬆製作標本」、張詩敏的「如何帶國小五年級學生動手進行萃取植物葉綠素實驗」都是很實用的教學活動設計素材，老嘉琪的「國小學生調配不同比例玉米粉進行「擴溶現象」之探究、黃郁芬的「國小學童進行電池取火「燃燒火種」活動」。 常態性文章由多位作者賜稿，有原住民化學活動(傅麗玉)、針對學科內容的加深加廣(郭世文、周承志、洪振方、陳良瑞合著和李啟讓與洪振方合著)、科學本質的評介(范賢娟)、化學創意實驗的介紹(廖旭茂、王玉睿、梁書銘)、以及科技融入探究與實作(劉燕孝、廖家榮、趙君傑)，每篇都精彩實用，值得細細品味。 參考文獻 Element Scarcity-EuChemS Periodic Table (2019)下載於https://www.euchems.eu/euchems-periodic-table/?fbclid=IwAR3yJVEpIzHdiSuhJMCLY3KJgNJtN7xD1fc8iuN8lsNginfx_ZvPQ4PArKs Specktor, B. (2019). Europe’s “New” periodic table predicts which elements will disappear in the next 100 years. LiveScience, https://www.livescience.com/64596-new-periodic-table-shows-helium-scarcity.html