高中化學教材教法專書導讀： 第三章 科學素養與素養導向的化學課程 鍾曉蘭 新北市立新北高中 新北市高中化學課程發展中心執行秘書 chshirley2007@yahoo.com.tw n  前言 12年國教新課綱(簡稱108課綱)強調素養導向的教與學，其中《總綱》中為大家耳熟能詳的「自、動、好」三面(自發、互動、共好)，並將三面細分為九個次項(國家教育研究院，2018)。現場教師在設計課程時，首先要理解新課綱的發展趨勢：注重與日常生活之聯結(融入學習情境)、強調科學核心概念的學習(減少零碎知識的記憶)、科學本質的認識與態度的培養、以「探究與實作」為科學學習的主要方法(國家教育研究院，2019)。 n  高中化學學習重點 新課綱所設計的學習重點分為「學習內容」與「學習表現」，為了解決究課綱中教材細目的概念內容過多且零碎，缺少大概念的呈現的問題，以學習內容表現「核心概念」，包含科學概念的「主題」與「次主題」，並輔以「跨科概念」，以三大學習課題，七大跨科概念為組織核心概念之架構，從跨科概念、生活社會議題或大概念等取向發展，以達到跨科統整的目標(國家教育研究院，2019，p.4)。高中階段是為了銜接大學教育做準備，化學科於高中階段必修部分，以基礎核心概念和生活化學學習為主；選修內容則為現行內容做適度調整，並較大幅放入微觀、基本運算與理論推導，建立科學模型的系統性思考方式，而不涉及複雜計算；實作的設計則遵循綠色化學與永續發展的概念(國家教育研究院，2019，p.23)，在探究方面(學習表現)則運用較複雜的科學模型、理論、儀器設備，獨立或與同儕合作規劃執行完整的科學探究計畫(國家教育研究院，2019，p.3)。跨科概念中新增「科學的發展科學」、「技術與社會的互動關係」，「永續發展與資源的利用」則規劃以議題呈現，「能量的型態與轉換」則與物理科跨科統整，避免此概念在不同學科中重複學習。  n  本章內容介紹 素養導向的課程與教學是12年國教新課綱的要素，本章主要內容呈現如心智圖(圖1)。 圖1  科學素養與素養導向的化學課程內容心智圖(引自鍾曉蘭，2020) 本章先簡介自然領綱所闡述的科學素養內容，說明總綱核心素養(三面九項)與高中階段的科學核心素養的關連，簡介高中化學課程的學習重點，包含學習內容(核心概念)與學習表現(科學認知、探究能力和科學的態度與本質)。 第二節則比較新舊課綱之間的差異，包括學習內容的增減、學分數的改變等，最大的變革是自然領域必修學分數由16學分下降至12學分，其中4學分規劃跨科「自然科學探究與實作課程」4個必修學分，連貫自然科學素養導向學習。由於九年一貫所提及的能力指標分析過於細碎，因此新課綱整合科學素養內容，分成「科學探究」與「科學的態度與本質」取代技能與情意。108課綱與舊課綱另一項差異是提出3-12年級各學習階段學生的自然科學學習特性。 第三節先說明學校課程類型，接著分析素養導向課程的模式、進而說明課程設計的原則與流程。新課綱將學校課程分為二種類型，除了部定課程，另有校訂課程，各自又包含必修與選修，比較特殊是新課綱中學校可依各校的特性與發展目標自訂校定必修課程４－８學分，校定多元選修６學分(國家教育研究院，2016)。發展素養導向課程的原則主要為：注重科學素養的培養與強調融入情境化的學習，同時重視學生的學習歷程、方法與策略(林永豐，2017)。 附錄提供10週「從模型學化學」的課程模組示例，此課程設定為校訂必修一學分課程，規劃在高二實施，對象可以是全校學生或自然組學生。建議教師發展素養導向的課程時，可先分析學生的學習背景(興趣、能力與先有概念)，依據學習的目標設定學習內容與學習表現，進而設計教材與教學策略，並找出相對應的多元評量方式與工具，更重要的是進行「課程試行」，從試行中反思不足之處，藉以動態修正課程內容。 結語與建議主要針對四方面給予建言：以知識為中心轉為培養學生科學素養、教師為中心的講述式課程轉為以學生為中心的探究式課程、根據學生的能力與興趣來研發課程的內容、鼓勵老師進行共備以發展跨領域或科目的課程。 n  參考文獻 國家教育研究院(2016)。十二年國民基本教育課程綱要自然科學領域[公播版簡報]，p.16。2019/04/15引自https://is.gd/RErMRC。 國家教育研究院(2018)。十二年國民基本教育課程綱要自然科學領域。2019/01/05引自https://is.gd/rhHGEG。 國家教育研究院(2019)。十二年國民基本教育自然科學領域課程手冊。2019/02/18引自https://is.gd/INOyRY。 林永豐(2017)。核心素養的課程教學轉化與設計。科學教育月刊，275期，p.4-17。 鍾曉蘭（2020）。科學素養與素養導向的化學課程。載於邱美虹（主編），素養導向系列叢書：高中化學教材教法（43-62 頁）。臺北市：五南。

高中化學科教材教法專書導讀： 第四章 跨領域、跨科統整課程與教學─以STEM-Plus為例 曾茂仁 國立臺灣師範大學科學教育研究所 800745003s@gapps.ntnu.edu.tw   n  前言              我們身處快速變遷的世代，多產的知識與新興的產業逐漸造成專業領域分工的界線模糊（阮孝齊，2020）。面對如此快速的全球變化，經濟合作與發展組織（Organization for Economic Co operation and Development，以下簡稱OECD，2018）指出現代的地球人應發展與擁有全球素養（global literacy），並能檢視當地、全球和跨文化的議題、為了群體福祉和永續發展採取行動、和不同文化背景的人進行開放、適當和有效的互動、理解和欣賞他人的觀點及世界觀。兼併當代社會變遷的情況與對未來人類的期許，跨領域、跨科統整的課程設計逐漸受到重視，著重教育的整體性、學科之間的關聯性、真實情境的議題探討與時間都是當前教育主要努力的方向。本章以科學—科技—工程—數學（Science-Technology-Engineering-Mathematics，以下簡稱STEM）課程發展情形為例，並分為STEM教育與國際化學課程標準、設計與進行STEM-Plus與STEM教育的反思等三小節（圖1），探討STEM教學如何設計與執行並面對未來的挑戰。   圖1：本章章節內容心智圖 n  STEM教育與國際化學課程標準 課程的演變及人才培育目標反映社會的需求，STEM教育起源於1990年的美國，直到美國STEM領域相關的人力出現明顯流失後，加上歐巴馬的全力推動，才將STEM教育向下紮根於中小學階段，並且逐漸受到國際的重視。然而，STEM教育應用廣泛，難以將STEM教育視為特定學科組合或是進行特定的活動，但是，統整性的特徵在STEM教育扮演重要的角色。因此，統整性STEM（Integrative STEM，簡稱I-STEM）與STEM-Plus則為當前較常使用的名稱。其中，I-STEM一詞強調四個領域之間的整合。但是，僅有四個領域的整合則無法解決真實情境的需求，STEM-Plus不受限於此四個領域，並鼓勵與不同學門結合，比較常見的是以STEM與藝術(Art)成為STEAM， 另外，也有與醫學（Medicine）合作的課程：STEM-M等。因此，STEM教育具有統整性與融入真實情境的特徵則是重要的理念。 美國新世代科學標準（The Next Generation Science Standards，以下簡稱NGSS）揉合學科核心想法（Disciplinary Core Ideas）、科學與工程實踐（Science and Engineering Practices）與跨學科概念（Crosscutting Concepts）等三面向的課程目標，整合學科核心想法與跨學科概念的學習，並將實踐（practices）融入課程設計中，鼓勵學生將應用知識（knowledge in use）解決真實情境的問題。另外，臺灣十二年國民基本教育課程綱要明訂國民小學與國民中學的彈性學習課程可以規劃跨領域統整性主題/專題/議題探究課程；自然科領域綱要中亦說明應以探究與實作的精神提供學生統整的學習經驗，並以跨領域/跨科目間的整合。美國與台灣的課程綱要也強調以統整性的方式設計課程，並提供學生實踐的機會進行真實情境的問題解決，此STEM教育趨勢相同。 n  設計與進行STEM-Plus 美國國家研究會（NRC, 2003）認為STEM教育的課程設計，不僅能夠增加學生對於學科知識的理解，更能夠提升學生的好奇心，另外也能夠促進學生認知技巧與探究能力的發展。關於設計STEM相關課程，除了統整四個領域的內容外，透過探索文化或社會的脈絡、提供真實的學習情境（Moore, 2008; Tsupros, 2009）都能夠避免學生僅學習片段且零碎的知識，進而達到STEM教育的重要目標。另外，除了上述所提STEM-Plus鼓勵STEM與不同學門結合之外，Chiu與Krajcik（2020）認為在STEM-Plus的環境下，學生能夠更有靈活的應用知識解決問題，並建構科學成品（scientific products）做為解決問題的工具或作為呈現問題解決的歷程。而在，而在STEM-Plus課程內容與學生的生活經驗有高度連結，因此，學生更能夠在課程活動中了解學習STEM領域課程對於自我的價值。 該章將跨科、跨領域的課程根據教學目標分為概念學習、情境學習、問題導向與探究專題導向等四個面向，以臺灣自行設計的課程–「元素週期表」與「視覺藝術」的協作課程為例，除了提升學生學習興趣外，亦能夠促進學生對於化學元素的了解；許多學校的校本課程結合學校周遭的地理環境，開發許多踏察的課程，透過情境的協助能夠幫助學生發現與解決真實的問題；最後，問題導向與探究專題導向則是讓學生經歷特定的探究歷程解決真實情境下的問題。教師能夠根據課程的需求，挑選相關教學設計架構，發展適合學生與學校的課程內容。 n  STEM教育的反思 STEM教育主要是用以解決在此四大領域中人口流失的問題，希望透過增加學生與此四領域的連結，進而將這些領域作為未來職業的方向。另外，STEM教育也相當重視社會文化與學生的連結。然而，從社會學面向檢視以美國領頭發展的STEM教育，皆是在解決美國國內所遭遇的問題，而在臺灣的我們，為何需要跟著這波風潮，研究與設計STEM課程？ […]

高中化學教材教法專書導讀： 第六章 素養導向的教學與評量 鍾曉蘭 新北市立新北高中 新北市高中化學課程發展中心執行秘書 chshirley2007@yahoo.com.tw n  前言 素養導向的教學策略非常多元，主要聚焦以學生為學習的主體，融入真實的學習情境，培養學生核心素養。素養導向的教與學的趨勢：教師的角色也由知識的傳授者演變為引導學生學習的角色、評量的方式也朝向多元評量方面發展、學習活動強調小組合作、促進學生對於科學概念的深層理解，培養學生解決問題的能力。 n  本章內容介紹 本章主要內容呈現如心智圖(圖1)。 圖1  素養導向的教學與評量內容心智圖(引自鍾曉蘭，2020) 第一節先簡介問題導向學習（problem-based learning，簡稱PBL），PBL於1960年代中期由加拿大的醫學教育學者所發展，在1980年代之際，整個亞洲社會，PBL的實行具有良好的評價，其中在醫學院的使用最為頻繁，在自然科學領域的運用也相當重要(吳清山、林天祐，2005)。PBL是採取小組討論的方式，同組成員必須在討論之前蒐集相關資料，再透過彼此間的討論、協商以解決問題，因此這是一種合作學習的模式，也是一種藉由討論的主題來建構自己與主題相關知識的過程。節末提供教學示例，提出一系列的問題，讓學生藉由蒐集資料與數據分析的過程以建立週期表中元素游離能的規律性，最後建立質性或量化關係的模型(鍾曉蘭，2019)。 第二節則先簡介POE (Prediction－Observation－Explanation)的學習策略，POE策略是由White與Gunstone 在1992所提出，此策略可在真實情境中，評估學生的認知結構及如何應用知識。隨著時間的演進，不同的學者以POE策略為基礎，根據教學的需要發展出POEC (Prediction－Observation－Explanation－Comparison，邱美虹等人，2005)與S-POE(Sequential Predict-Observe-Explain，許良榮，2005)。節末的教學示例藉由鎂帶S-POEC探究活動，不僅可引起學生探索自然環境與生活問題的興趣，同時促進學生瞭解現象或實驗所蘊含的科學知識與理論(氧化還原概念)與培養其探究能力(鍾曉蘭，2014)。 第三節先說明模型的定義與功用，在科學發展上，科學家為了某些特定的目的，使用模型來預測、表徵世界，提供關於現象的解釋，甚至於是理論的建構，模型對於科學學習是不能或缺的認知工具(Nerssian, 2002)，模型的功用主要為以模型瞭解或解釋觀察的現象、使用模型來解釋、連結和發展想法，並將模型用於問題解決(林靜雯與邱美虹，2008)。接著論述模型為基礎的教學法對科學學習跨不同的學科領域的效益 (e.g. Gobert & Clement, 1999)，及說明以模型為基礎的師生共構的概念演化的歷程(Clement & Rea-Ramirez, 2008)。節末的教學示例以化學反應速率為例，融入多元表徵的模型活動或教具，提供不同的真實或模擬情境，引導學生進行探究與討論，進而促進學生理解複雜的科學概念(鍾曉蘭、謝進生，2009)。 第四節先說明多元評量方法是強調評量需讓學生在真實的情境中，以多種不同的評量方法來瞭解學生學習進展情形。接著介紹在教學現場常使用「表現評量(performance assessment)」、「檔案評量(portfolio assessment)」及「學生自我評量」的意涵與評分規準之示例。 結語與建議主要針對四方面給予建言：教師在進行教學設計時，宜融入真實的情境(生活或學科情境)、引導學生主動觀察現象、發現問題，進而設計探究的過程來解決問題；素養導向的教學應提供學生整合知識與應用探究能力的機會；評量同時重視歷程與結果，方法要儘量涵蓋紙筆測驗、表現評量，同時引導學生自我評量，反思個人學習過程的優勢與待加強之處，將學習歷程與個人反思統整為學習歷程檔案。 附錄提供３節「素養導向的教學(POEC探究活動)融入化學教學單元案例」的教學模組示例，提供教師實際設計教學與評量時參考。建議教師可思考預計培養的學習表現、核心素養、學習內容與學習目標來發展素養導向的教學模組。 n  參考文獻 國家教育研究院(2019)。十二年國民基本教育自然科學領域課程手冊。2019/02/18引自https://is.gd/INOyRY。 吳清山、林天祐(2005)。教育新辭書。臺北：高等教育。 邱美虹、林世洲、湯偉君、周金城、張榮耀、王靜璇合著(2005)。科學創意實驗書。台北市：洪葉文化。 林靜雯、邱美虹(2008)。從認知/方法論之向度初探高中學生模型與建模歷程之知識。科學教育月刊，307，9-14。(轉載自論文發表於中華民國科學教育學術研討會，2007，高雄：國立高雄師範大學科學教育研究所)。 許良榮(2005)。序列性POE 之特色與設計。國教輔導，45(2)，6-12。 鍾曉蘭(2014)。差異化教學化學科示例─POEC策略。臺灣化學教育電子期刊，2014年7月。 鍾曉蘭(2019)。兩岸化學教育高峰論壇:公開觀課之同題異構—週期表。臺灣化學教育電子期刊，2019年7月。 鍾曉蘭（2020）。素養導向的教學與評量。載於邱美虹（主編），素養導向系列叢書：高中化學教材教法（43-62頁）。臺北市：五南。 鍾曉蘭、謝進生(2009)。設計多重表徵的模型教學活動以增進高二學生對於化學反應速率的科學學習與概念改變。九十七年教育部科教專案結案報告（未出版）。 Clement, J. J., & Rea-Ramirez, M. […]

高中化學科教材教法專書導讀： 第七章 化學建模教學設計—以「原子結構與光譜」為例 劉俊庚 臺北市立成功高級中學 phantom6161@yahoo.com.tw n  前言 模型有助於釐清思考模式和解決問題，建模則是科學過程的重要組成部分，模型與建模已成為學習和科學研究不可或缺的一部分。本文主要是介紹《化學教材教法》第七章＂化學建模教學設計—以「原子結構與光譜」為例＂（劉俊庚，2020），透過建模教學示例與說明，期望能提供教師提升教學專業知能發展的參考。建模教學是否能有效協助學生探究思考，取決於教師是否擁有模型和建模教學的經驗，以及如何激發學生對於知識建構的進一步探索。教師如何引導學生如何使用模型，如何設計以建模理論框架的教學活動，從這方面來說，相信這將提供教師與學生更多機會去進行有意義教與學的契機。 n  邁向科學素養的化學教育 　　化學是一門對於自然世界的探究，以及關於物質世界發展的思想體系，化學教學可以讓學生了解科學方法，並獲得批判性思考、解決問題和溝通的能力。然而，傳統的學校化學教育仍著重於讓學習化學課程中的陳述性知識，如何在這樣的背景下，實現課程和教學實踐的轉變將是一項極具挑戰性的任務。 　　許多科學家的工作說明模型所扮演的核心作用，模型被視為理論和現象之間的中介物Giere, 1988）。根據這種觀點，科學家的主要工作是建立、修正和測試假設模型（Nersessian, 2008）。從最近出版的美國K-12 科學教育框架（NRC, 2012）和我國《十二年國民基本教育課程標準》（教育部，2018），可看出科學教育界對於科學建模理念的重視，以教育部（2018）為例提及學生應該培養探究能力，並且需要構建模型來描述物理現象的觀察，以及理解科學模型的局限性。在學校，建模能力被視為科學素養的組成部分（Gilbert & Justi, 2016；Louca & Zacharia, 2012）。Chiu和Lin（2019）更認為培養建模能力對於 21 世紀公民的科學素養至關重要。 n  模型與建模教學策略 為什麼教學要使用模型與建模教學策略呢？我們在化學教學中使用模型必須回答下列問題，使用模型的目的是什麼？我們如何在科學教學中使用模型？學生如何發展模型？最後，模型教學時應該考慮哪些任務？如何在這樣的背景下，實現課程和教學實踐的轉變將是一項具有挑戰性的任務。 學習理解模型的性質和意義是科學教育的核心，然而，Grosslight、Unger、Jay 和 Smith（1991）的研究揭示學生通常沒有清楚地區分模型背後的想法和/或目的、模型的內容，以及支持或反駁模型有效性或有用性。相反地，學生通常將模型視為玩具或現實生活物體的縮影，很少有學生理解為什麼在科學中使用模型（Ingham & Gilbert, 1991）。當然學生也就不會賦予建模過程任何的意義。透過建模教學，教師可以了解學生的想法，並且從心智模型的交流中了解他們的想法演變，當教師將複雜的建模任務帶入課堂中，提供學生參與科學實踐的機會，也可以讓學生了解更為真實表示科學活動的情境。 n  化學建模教學活動實例—以「光譜與原子結構」單元為例 傳統的化學課程強調學生對於陳述性知識的獲取。在這傳統的教學環境中，模型的建立、評估和修正背後的動機、策略和論證均容易被忽略，因此學生們仍然不清楚如何建立模型與使用模型來了解抽象的概念，甚至於了解模型和建模的意義，此外，教師往往也沒有將這些概念明確地告於學生（Gray & Rogan-Klyve, 2018；Harrison & Treagust, 1996）。 本書以「光譜與原子結構」單元為例，闡明使用類比融入建模教學，以及學生如何與教師共同建構與理解原子結構的概念。教學過程中以邱美虹和曾茂仁（2018）所提及的建模循環來架構整個課程，藉此促進學生了解建模歷程與獲得建模能力和原子結構的概念。 選擇原子結構單元進行課程設計，光譜與原子結構的關係可以說明如下：模型的元件（如電子、能階、殼層等），元件之關的關係（電子躍遷與原子結構的關係），以及關係之間所建立的系統（電子從高能階躍遷至低能階，產生光的頻率與能量差之關係，如此建立光譜與原子結構的關係系統）。此外，教學活動將「類比」融入建模教學活動中，藉此更能了解所欲學習的概念。以下即以「光譜與原子結構」單元為例，說明類比建模教學活動與探究能力之特徵。建模歷程的不同階段逐項說明如下： 圖1. 「光譜與原子結構」單元建模歷程圖（修改自邱美虹和曾茂仁（2018））   一、「模型發展」階段 此階段主要目標為讓學生知道建立光譜與原子結構時所需要物件的名稱，以及物件的功能，希望學生能從教材中提取相關的概念，如光的性質和原子光譜。 教學活動亦引入類比，因此教師可以要求學生可以選擇適當的類比物，如選擇「書架」或「樓梯」做為「能階」的類比物，以「樓梯」為例，如此可以讓學生利用此類比物（樓梯）來描述殼層的概念，以及「樓梯之間的高度差」類比「能階差」，此外，也可以使用「小玻璃球」類比「電子」，小玻璃球位於不同的樓梯位置，協助學生建立能階與殼層的概念。 隨後，教師可以提示學生從熟悉的「動能與位能轉換」來類比電子能階的轉換，猶如「小玻璃球」從高處落下後，會掉落至較低的位置，「小玻璃球」會釋放出位能，而「電子」從較遠的「殼層」轉移到較近的「殼層」（即是從高能階躍遷至低能階），電子會釋放出能階，以光的形式釋放出來，此過程猶如小玻璃球從較高的樓梯滾下，將原來把貯存的位能轉變為動能形式釋放出來。 上述的問題主要聚焦於元件與元件之間的關係，如光譜與能階、電子躍遷與能階等。當教師確認學生已經具備元件之間的關係，即已經完成光譜與原子結構的模型， 二、「模型精緻化」階段 此階段重點是希望學生可以透過探究的方式來檢驗所建立的模型是否正確？是否能夠利用來解釋問題的成因？透過學生建立其他的類比物來探討所欲學習之概念，並且指出類比物與目標概念之間對應的相似性，並且教師與學生相互討論的活動來驗證所建立模型與類比物的適用性、一致性和融貫性。即是從類比物「小玻璃球」和「樓梯」來探討概念與關係是否正確？以及將所建立的類比物「樓梯」與問題做比較，討論兩者是否相符合？例如「小玻璃球」在不同「樓梯」之間的位能差是否與「電子」在不同「殼層」之間的能階差相符合。此外，也希望學生能夠使用理論所推演出來的結果來建立原子結構的理論及其因果關係。 […]

高中化學教材教法專書導讀： 第八章  化學探究教學 楊水平 國立彰化師範大學化學系 yangsp@cc.ncue.edu.tw n  前言 《高中化學教材教法專書》第八章〈化學探究教學〉的重點為：一、介紹我國自然科學領域課程綱要和美國下一代科學標準，以瞭解兩者對科學探究教學的重視和規範；二、提到科學探究的邏輯推理和開放程度與科學探究教學的密切關聯；三、簡介科學過程技能和認知思考，並說明學生的探究學習所需的過程技能和認知思考；四、提供科學探究的學習環，作為教師設計探究式實驗教材的參考，並且提供封閉實驗轉換為更開放實驗的作法，作為教師修改食譜式實驗為探究式實驗的參考；五、提供探究學習的評量方法，作為學生進行探究學習的評量作法。以下簡介本章的部分內容，作為讀者閱讀本章的導讀，詳細完整的內容以及未在此處簡介的部分（包括：美國下一代科學標準、科學探究與科學過程技能、傳統學習環與探究教學、探究學習評量方法），請參閱該專書的紙本版（楊水平，2020）。 n  我國自然科學領域綱要與科學探究 十二年國民基本教育課程綱要，高級中學階段有關科學探究能力的領綱之描述分為普通型、綜合型和技術型。在普通型高中方面：依照國民中小學暨普通型高級中等自然科學領域（國家教育研究院，2018a）的核心素養包含：一、提供學生探究學習、問題解決的機會並養成相關知能的「探究能力」；二、協助學生了解科學知識產生方式和養成應用科學思考與探究習慣的「科學的態度與本質」；三、引導學生學習科學知識的「核心概念」。藉由此三大內涵的實踐，培育十二年國民基本教育全人發展目標中的自然科學素養。在綜合型和技術型高中：本領域的學習重點涵蓋科學概念認知、探究能力及科學的態度與本質，詳細的描述請見新課綱或本專書紙本版。綜合上述三類型高中之自然科學領綱的描述，十二年國民基本教育高級中學學生自然科學探究能力的培養至關重要，科學探究教學是自然科學最重要的教學方法。 在學習重點方面：根據國民中小學暨普通型高級中等自然科學領域（國家教育研究院，2018a）領域課程綱要，學習重點分為「學習表現」與「學習內容」，兩者關係至為密切、互為表裡。前者為預期各學習階段學生面對科學相關問題時，展現的科學探究能力與科學態度之學習表現。後者則展現本階段學生認識當前人類對自然界探索所累積的系統性科學知識，也是作為探究解決問題過程中必要的起點基礎。自然科學課程應引導學生經由探究、閱讀及實作等多元方式，習得科學探究能力、養成科學態度，以獲得對科學知識內容的理解與應用能力。 n  科學探究的邏輯推理 科學家使用歸納推理和演繹推理來瞭解自然世界。在歸納推理中，科學家使用多次觀察和實驗的結果歸納成為一般化（generalization）或模式（pattern），進而形成假說（hypothesis），找出自然界運作的規律。這些一般化導致新的理論（theory）。然而在演繹推理中，對現有的理論進行理性思考，以產生理論的邏輯結果。這些結果可能導致新理論和預測，並透過實驗來測試是否為真。歸納推理和演繹推理的過程，如圖一所示。由於科學探究的過程強調探索過程（起始問題、提出假說、設計實驗、進行實驗、收集資料、處理資料以及分析資料等）的實驗結果歸納成為一般化或模式的知識，進而形成科學理論，因此科學探究的邏輯傾向歸納推理的過程。然而，知識或理論的應用傾向演繹推理的過程。   圖一：歸納推理（左）和演繹推理（右）的過程（圖片來源：楊水平，2020，p. 135） 〘勘誤：在該專書紙本版頁135圖8-1，因編輯過程錯誤標示，左圖誤植為演繹推理且右圖誤植為歸納推理。在此更正為：左圖為歸納推理且右圖為演繹推理。〙 n  科學探究的開放程度 Domin (1999) 提到任何科學實驗所遵循的步驟，不是由學生自己設計，就是由外部來源（教師、實驗手冊或講義）提供給學生。Domin (1999)提到探究為本（inquiry-based）和問題為本（problem-based）的教學方法要求學生設計自己的步驟；然而詳述（expository）和大多數的發現（discovery）的教學方法卻是給予學生實驗步驟。Domin (1999) 也提到探究為本和發現的實驗風格屬於歸納推理，而詳述和問題為本的實驗風格屬於演繹推理。 Schwab (1962) 首先提出實驗的分類，後來Herron (1971)修改他的分類並評估實驗的項目是基於當活動開始時學生被提供多少資訊而歸類其開放程度。縱觀舊課綱的高級中學化學實驗設計，此處以他們的四等級實驗加以分析，大多為開放程度低等級的食譜式實驗。根據十二年國民基本教育自然科學領域課程綱要中的學習表現來看，強調編撰科學實驗教材和學生的科學學習，應該力求開放程度高等級的引導或開放探究式實驗。 n  普通型高中課程科學探究與思考智能 根據十二年國民基本教育自然科學領域課程綱要，學習表現有三項目（國家教育研究院，2018a）：探究能力‒思考智能、探究能力‒問題解決以及科學的態度與本質。以下整理第五（高中）學習階段學習表現中的「探究能力‒思考智能」，其實有部分的科學過程技能融入到思考智能，並且與科學探究有著密切的關聯，如表一所示。這表中有前三子項只有部分描述，完整的描速詳見紙本版的附錄二。在此表中以中刮號標註的粗體文字為科學過程技能。 表一：第五學習階段學習表現中的「探究能力—思考智能」 子項 第五學習階段學習表現 （必修） 第五學習階段學習表現 （加深加廣選修） 想像創造（i） ti-vc-1 能主動察覺生活中各種自… ti-va-1 能獨立察覺各種自然科學問… 推理論證（r） tr-vc-1 能運用簡單的數理演算… tr-va-1 能運用一系列的科學證據或… 批判思辨（c） tc-vc-1 能比較與判斷自己及他… tc-va-1 […]

高中化學教材教法專書導讀： 第九章 社會性科學議題融入化學教學 鐘建坪 新北市立錦和高中國中部 hexaphyrins@yahoo.com.tw     議題是社會發展過程中，不同組織團體意識問題的存在，進而形成不同觀點、價值主張甚至政策內容（Heath & Nelson, 1986）。社會性科學議題（socio-scientific issues）即是在概念或程序與科學有所關聯的爭議性社會議題（Sadler, 2004），起因於科學與科技的發展影響個人、社會甚至全球，例如：核能發電等。這些議題通常為需要考量相關的科學理論與數據的開放性問題（problem），但因需要考量倫理、經濟與政策等因素，因此不易獲得明確地解決途徑（Sadler, 2011）。     十二年國教期待學生對於生活化與前瞻性議題應該有所理解與行動，並希望教師能夠將相關主題適切融入課堂，藉以培養學生批判思考與解決問題的能力。《總綱》揭示議題課程的發展需要因應環境變化，依據學生身心發展，適性地設計具有統整與深化議題內涵的內容（教育部，2014）。《自然領綱》呼應《總綱》期待學生能夠藉由社會性科學議題經由探究與多元專題等方式讓學生獲得深度學習，以培養科學素養。 n  社會性科學議題教學成效 社會性科學議題的發展起源於1980年代STS（Science-Technology-Society）運動，強調將爭議性的主題，能與生活情境相互結合，作為情境教學的指引，讓學生在主題探索中，逐漸深入知識、獲得相關能力，進而培養正確的科學態度，透過永續發展的想法促進公民的養成，而非只單獨著重科技與科學對於社會面向的影響（Tal et al., 2011）。 目前已具有多種社會性科學議題教學設計模組可供參考（Sadler et al., 2017）。例如，Friedrichsen等（2016）認為進行社會性科學議題教學之前需要先設定焦點議題，接著分析焦點議題牽涉的科學核心概念、跨科概念與科學實踐的相關技能與能力，過程中提供機會讓學生透過溝通與資訊工具反思自身相關的信念與立場，以期讓學生獲得整合觀點的有效經驗。 社會性科學議題模組的教學不僅著重價值的倫理思考，亦著重發展學生成為未來公民的相關能力的養成。目前研究已發現藉由相關議題的教學能讓學生發展相關概念與提問（questioning）、論證（argumentation）、決策（decision making）、系統思考（systems thinking）等能力（Ben-Zvi Assaraf & Orion, 2010; Sakamoto et al., 2021; von Aufschnaiter et al., 2008），而這些能力的發展，正能呼應12年國教對學生學習表現的期待。 n  內容介紹     《高中化學教材教法》第九章藉由社會性科學議題的探討，引導《總綱》揭示的議題內涵，企欲藉由論證技能的培養，讓學生思索參與社會性科學議題的決策和批判思考的重要。全文區分為四小節（見圖1），分別介紹論證意涵與Toulmin論證模式、引介特定化學主題說明如何實質進行論證教學、教師在課堂操作時的挑戰與因應策略，以及文末結語與相關教學建議。 圖1 社會性科學議題融入化學教學內容心智圖（修改自鐘建坪，2020）     首先，第一節即是說明論證的意義與介紹Toulmin（1958）的論證架構。Toulmin論證模式，包括：資料（data）、主張（claim）、論據（warrant）、支持（backing）、限制條件（qualifier）以及反駁（rebuttal）等內容。文中舉基因改造食品為例，讓初次接觸的讀者知悉如何運用此架構進行論證。科學論證是基於科學證據運用多項論點進行推理，並嘗試說服對方的歷程（Osborne, Erduran, & Simon, 2004）。我們期待學生能夠學習科學家的思考邏輯與論證技能，當面對生活切身議題時，可與他人進行充分溝通，具備獨立思考的批判能力。        […]

高中化學教材教法專書導讀： 第十章  化學示範教學 楊水平 國立彰化師範大學化學系 yangsp@cc.ncue.edu.tw n  前言 《高中化學教材教法專書》第十章〈化學示範教學〉的重點為：一、整理十二年國民基本教育自然科學領域綱要中的化學示範實驗；二、說明化學示範教學的理論背景，作為化學教師實施示範教學方法的根據；三、介紹化學示範教學事前規畫的考慮，以達成在正式教學時的有效性和成功率；四、說明化學示範教學在正式演示時的三面向和四步驟；五、歸納整理化學示範的研究重要結論和化學示範大師對示範教學的名言，作為本章的結語。以下簡介該章的部分內容，作為讀者閱讀本章的導讀，詳細完整的內容以及未在此處提到的部分，請參閱本專書的紙本版（楊水平，2020）。 n  自然科學領域綱要與化學示範教學 在自然科學領域的「教材編選」（國家教育研究院，2018a）中提到：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，其中高級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。透過自然科學課程綱要詳加整理，第五（高中）學習階段中的學習表現（含必修和加深加廣選修）編列七項化學示範實驗，詳見本專書的紙本版。然而，教師要如何設計這七項示範實驗成為具有教育性和娛樂性的教學，以激起學生學習的興趣，有待教材編撰者和現場教學教師細心規劃。 n  化學示範與魔術表演的同異處 化學示範與魔術表演有何相同之處？有何相異之處？以「燒不破的紙鈔」為例（蔡睿謙等，2011），如圖一所示。這是化學示範嗎？還是魔術表演？ 圖一：燒不破的紙鈔（蔡睿謙等，2011） 在「燒不破的紙鈔」的過程中，觀眾的腦海中出現了什麼符號（， 。 ！ ？ ； ： 、 …）呢？觀眾先驚訝（！）後疑惑（？）。雖然魔術師給觀眾創造驚訝和疑惑，但是沒有給觀眾解決或回答疑惑。化學教師是否可以在教學或示範中如魔術師一樣給學生創造歧異事件？當然也可以。化學教師與魔術師相同之處：兩者都在創造歧異事件；化學教師與魔術師相異之處：教師幫助學生對知識的理解，而魔術師則避而不談。 n  化學示範的理論背景 Liem (1987) 提到：藉由引人注意的示範和歧異事件（discrepant event），教師精心規劃的教學策略可喚起學生的學習。Kibler (2019) 提到：為了探究特別的現象，歧異事件使學生產生興趣和好奇心。 認知發展論是著名發展心理學家皮亞傑（Jean Piaget）所提出。皮亞傑提到適應（Adaptation）指的是個體的認知結構或基模因環境限制而主動改變的心理歷程，其過程會產生兩種彼此互補的心理：同化（assimilation）和調適（accommodation）（Wikipedia, 2019）。當個體感受同化或調適新知識時，心理上原本失衡（disequilibrium）自然地會感到平衡（equilibrium）。科學教師可以藉由示範、實驗或其他實作活動、影片或引入不一致或令人費解的事件來引起認知失調或失衡的調整（Appleton, 1993）。亦即，歧異事件創造認知失調（cognitive dissonance）。更詳細的化學示範的理論背景，請見本專書的紙本版。 n  化學示範教學的事前規畫 心理學家相信歧異事件可以促進學生高階的思考和有意義的學習。當正確的演示時，學生會有更好的訊息回想和長期記憶。化學教師用心地事前規畫和正式演示化學示範能夠改善學生的學習環境，而且對教師的教學有莫大的幫助。化學示範事實上是一種表演，而且在演示之前一定要考慮許多因素和預演。化學教師在什麼時機揭露歧異事件所涉及的化學概念和原理給學生或觀眾呢？Liem (1987) 研究指出「對學習者展示的直覺抵觸事件，教師提出科學原理的時機必須在該事件下以不立刻揭露的方式為佳。」 在進行示範教學之前，化學教師應該事前考慮三件事（Chiappetta和Koballa, 2014）：一、教師教學第一件事應該考慮什麼？選用合適的教學法（例如：詳述教學法、討論教學法、示範教學法、實驗教學法、探究教學法、問題導向教學法等）去教想要教的特定主題或單元。二、第二件事應該考慮什麼？若想要用化學示範教學，你要教的主題是否有合適的示範實驗可供利用。三、第三件事應該考慮什麼？一旦決定用示範教學，必須考慮其他的方面（Chiappetta和Koballa, 2014）：(1)便利性：器材和藥品容易取得嗎？(2)視覺度：學生能夠看到所有的器材和藥品嗎？(3)注意力：示範過程能夠引起學生的注意嗎？(4)成功率：必須事先預演嗎？關於示範教學事前考慮三件事，本專書的紙本版有非常詳細的說明並舉出很多的實例。 在教師示範實驗之前，也應該事先寫出在示範期間詢問學生什麼問題，可利用兩項技術來展現：一、在寫作技術方面（Bybee, Powell與Trowbridge, 2014）：(1)隨筆撰寫：要求學生做筆記並記錄數據，然後寫下示範的總結（包括現象和解釋）。(2)紙筆答題：要求學生寫出問題的答案，以便知道他們是否確實理解示範所涉及的概念和原理。二、在口頭技術方面（Bybee et al., 2014）：(1)口頭詢問：要求學生描述示範的目和總結。(2)口頭答題：提出一些問題，讓學生應用新學過的化學概念和原理到日常生活中。通常，有用的評量問題涵蓋四項問題（Bybee et al. 2014）：(1)有關「描述示範步驟」的問題；(2)有關「觀察變化現象和紀錄實驗數據」的問題；(3)有關「說明變化現象和實驗結果」的問題；以及(4)有關「連結新學到的原理和概念到日常生活」的問題。在示範教學時事先設計向學生詢問的問題，有兩個方面可提出：(1)事先設計低階和高階思考的問題（如上提到的四項問題），和(2)透過POE或POEC策略設計問題。至於如何設計具體的問題，請參見本專書的紙本版。 n  […]

高中化學教材教法專書導讀： 第十一章 教學科技在化學教育之應用 鐘建坪 新北市立錦和高中國中部 hexaphyrins@yahoo.com.tw 2020年受到新冠肺炎（COVID-19）蔓延的影響，許多國家封閉實體學校，師生改為線上課程進行教學與學習。臺灣則在2021年5月進入三級警戒之後，教育部宣布採用線上教學，讓學生的學習不致中斷。頓時間教師需要思考如何有效地進行線上教學與評量。 藉由教育科技的輔助，使得教師在新冠肺炎蔓延時仍然能夠進行以學生為中心的教學。學者Campillo-Ferrer和Miralles-Martínezw（2021），在新冠肺炎期間藉由混成學習（blending learning）的策略，進行同步與非同步翻轉教室（flipped classroom）的教學方式，分析學生學習動機的差異，結果發現多數學生對於線上的互動課室活動具有正向評價，同時可增加學生的自主學習能力。     實際上，在新冠肺炎蔓延之前，教育科技即不斷地發展，有些強調技術的創新，有些強調應用的改進，所有教育科技的發展皆著重在如何使教師的教學與學生的學習能夠更加茁壯為出發點。    n  教學科技融入化學教學成效 教育科技日新月異，教師教學中運用資訊科技是現代化教學的趨勢，不僅可提升學生的參與意願、學習成效，甚至提供機會讓學生體驗資訊工具可做為學習的工具（Bielik, Dan, & Krajcik, 2019；Chang & Chang, 2013）。 然而科技輔助化學的學習需要同時考量巨觀、符號與次微觀三項表徵之間的關聯（Johnstone, 1991）。以化學平衡為例，巨觀面向強調科技如何協助學生進行觀察顏色改變與實驗操作等，符號部分著重如何呈現化學式與化學反應式的書寫與其意義，而次微觀部分則嘗試連結巨觀與符號，說明分子或反應式的轉變與實驗過程的關係。 目前已發展許多教育科技融入化學教學的策略（翻轉教室、模型為主探究、5E學習環等）以及模擬軟體（PhET、CoSci Virtual Lab等）。例如：學者Wu等（2021）結合學習環策略與PhET模擬軟體的輔助，在翻轉教室的情境下有效促進學生發展相關化學核心概念。 實際上，教師採用相關科技融入教學時須考量學生的學習差異，有些學生積極主動，而有些學生消極被動，積極主動的學生往往學習成效較消極被動者佳，因此教學時如何透過鷹架的輔助協助學生進行轉變，讓學生從工具操作吸引性的外在動機逐漸轉為學習滿足的內在動機，才能持續讓學生持續投入學習的行列。 n  內容介紹     《高中化學教材教法》第11章主要強調教育科技在化學教育的應用，尤其著重在行動載具中與化學學習相關的應用程式（mobile application，簡稱app）或網站。內文主要區分為四節（見圖1），包括：引介科技內容教學知識、化學學習軟體介紹、教師實施教學前、中與後應該留意的事項以及運用科技融入教學時教師應該具備的態度等。以下依序分別介紹相關的主題內容。 圖1 教學科技在化學教育之應用內容心智圖 （修改自鐘建坪、周金城，2020）     首先，第一節主要引介科技內容教學知識（Technological Pedagogical and Content Knowledge, TPACK）的意涵（Mishra & Koehler, 2006）。TPACK是以學科教學知識（Pedagogical Content Knowledge, PCK）為基礎（Shulman, 1986, 1987），再整合科技面向的內涵而形成。在PCK架構中加入科技知識（Technological Knowledge, TK），強化說明科技如何協助教師教學與學生學習。作者並以理想反應方程式說明何種樣態的教學符應TPACK架構。     接著，第二節是將教學軟體進行概略分類，並說明相關適切的教學策略與學生學習試驗。軟體類別主要涵蓋擴增與虛擬實境、質性與量化建模、電腦模擬實驗、網路探究學習、影音解說與表達、概念影片平台、線上評量工具以及數位應用程式等。以質性與量化建模為例，作者介紹如何藉由SageModeler軟體，將不同種類的變因視覺化（visualize），呈現可能的量化關係再與實際理論值比較差異作為持續修正變因的基礎，並舉相關文獻實際範例（例如：鐘建坪，2018）。作者不僅介紹建模軟體SageModeler，並且引介相關的科學建模作為軟體使用時的理論基礎。     […]

高中化學科教材教法專書導讀： 第十二章 大學學測和指考試題與化學教學 馮松林1、陳映辛2 國立竹山高中 1cs991001@gm.cshs.ntct.edu.tw 2cs60006@gm.cshs.ntct.edu.tw n  前言 大學學測是目前高中升大學的重要篩選依據，對高中化學教學而言，學測試題不僅是用來檢測學生對化學知識的理解，也是指引教師教學內容的重要方向，雖然說考試的目的，並不是用來領導教學，但是命題的內容與方向，卻是教學重要的參考。 一般對試題的分析，往往著重題目考了那些化學概念、學生的答對率和試題的難度等。化學教材教法專書第12章中，則針對學測化學試題的內涵談教學，從學測題目怎麼考，反省我們教學要怎樣教，提供初任教師省視自我的教學內容與方法（馮松林，2020）。本文則將依此架構，討論110年學測（大學入學考試中心，2021）中試題所反映的教學意義。 n  學測試題與教學 110學測化學試題中，包含化學反應的類型、質量守恆、莫耳生成熱、倍比定律、氧化還原、pH值、官能基、平均原子量、莫耳數的計算、方程式的判斷、折線式的表示法、莫耳生成熱的計算、層析法實驗、路易斯結構和石英等。 試題中包含了高中化學許多重要的概念，不過學測化學才17題，不可能一次涵蓋所有的化學概念，儘管每年考題會有不一樣的選材，我們不需要去猜會考什麼，該檢視的是題目中，有那些重要該教的化學概念。面對考題，我們應反省的是，我們的教學是否足夠讓學生有能力去解題、去做判斷。 本文將依學測測驗目標(大學入學考試中心，2011)，粗略將題目分成以下四部分進行討論，其中學測試題以方框呈現，方框內之紅色標示為正確答案。 一、測驗考生基本的化學知識和概念 第一部分是基本題，題目是大部分考生所該具備的學科知識，以學測第4題為例，本題用分子模型為題幹，學生要解讀所代表的化學意義，判斷反應的類型、質量守恆、倍比定律、莫耳生成熱和反應熱等，學測大致上是一種總結性評量，很常在一個題目中，綜合考很多基礎化學概念。 本題考到反應熱是吸熱或放熱的判斷，通常知道反應溫度的變化，是可直接判斷反應熱的變化，或者一般以斷鍵需吸收能量，鍵的結合則需放熱降低能量，再綜合總能量的變化也可以，所以有時會以反應的型態推論，分解反應吸熱情形居多，化合反應則放熱多。 本題反應是一種分解反應，依反應型式推論，大概會認為這是吸熱反應，選項C變得很有誘答力，在沒有確切數據下的判斷，其實不一定是對的，解離反應大致是吸熱的論述，有時模糊了學生的判斷，所以教反應式時，除了教基本的判斷外 ，亦要提醒學生，一個反應中大致包含鍵的斷裂和生成，大部分的反應，不可能單純從反應式看出反應熱，同樣的亦無法從反應式直接得知反應速率、達平衡的位置和是否自發反應等。          第5題傳統考題氧化還原的判斷，一般反應式中有元素參與就屬氧化還原反應，這類題目有的會直接給反應式，有時如本題只給中文敘述，選項中的反應也不是常見反應，對反應的說明也會不說明完整的反應式，如選項A就沒提到呼吸作用有氧的參與，像呼吸作用、燃燒、酸鹼中和、氧化還原、酯化、皂化、聚合等等，這些基本的反應，學生就要了解其重要的參與物質。        很多與反應式相關的考題，大都以符號或文字說明反應的情形，化學物質的表示也有一樣的情形，如KNO3寫硝酸鉀，學生解題就需要在文字與符號間轉換，題目的難度就增加了。對教學而言，到底那些要記要背，對學生是很困擾的，學生不一定要背很多反應式，但對反應主要反應物和產物要充分理解，對化學式的表示也要熟悉，看中文命名要能寫得出化學式。       第6題考指示劑的變色，本題不難，B選項制酸劑是鹼性，上課都會提到，其中A選項雖不影響選答，但血漿略鹼性的資料，常出現在課文圖表中，教學時不要忽略課文提供資料的解讀及圖表的判斷。另一個值得注意的是變色範圍4.5至8.3的意義，本題不用變色範圍描述，題意明確指出pH值與變色的關係，避開了變色範圍的用詞，但變色範圍從文字上易誤解4.5至8.3間才變色，所以教學上要注意釐清變色範圍指稱的意義，說明與一般習慣字意之不同。          第7題同第4題一樣是模型題，不要認為學生一看模型就看懂，上課時讓學生動手實作，增加學生對模型的辨識，尤其是用模型去組成多鍵，有助於學生了解多鍵的形成。本題主要是官能基的判斷，醇的官能基是OH，但很多學生會有疑問， COOH中同樣有OH結構，為什麼不能算是OH官能基，教官能基時其實要強調，分子的性質是整體結構的表現，COOH結構展現的主要是酸的特性，雖然有一個OH結構，分類時不屬於醇類，COOH中同樣有CO羰的結構，分類時亦不歸類為醛或酮。           第10題與半導體相關的元素是矽，人體不可缺的是氧，答案是石英，石英在課本中出現的不多，但是考試卻常出現，從實驗式是SiO2，網狀共價化合物，每個矽周遭有4個氧，矽與氧以四面體結構鍵結等等，屢屢在考試中出現，相關概念教學時不能輕忽。 二、測驗考生理解化學資料和圖表的能力        化學考題常需要學生能瞭解、整理及判讀科學資料和圖表。例如第8題要從原子序及原子量的數值，去判斷價電子數、同位素、中子數、八隅體規則和是否為離子化合物等，本題因為硼的原子量不是整數，學生要從這裡推論硼元素有同位素，這提醒我們在教平均原子量時，也要注意提到原子量不是整數的原因。 此外，其它選項中NH4+離子易形成離子化合物，硼不易符合八隅體的結構，這些概念往往被當特例教，但考特例常是大學聯考的慣例。   第27題考莫耳數的計算，學測一般要計算的問題不多，很少用到假設未知數X，很少考不代表不會考，過去這種需用到未知數X的範例很多，平常教學不必也不要鑽研太偏太難的題型，以本題給學生練習即足夠。再來前面提過，學測考題常不直接給反應式，學生要先寫出反應式才能計算，對很多學生而這很難，不過可告訴學生，這類題目大都會給充分的資訊，足以讓學生來列反應式。   第48題有4個選項考由反應方向判斷反應物和產物的量，判斷不是很難，只是題目及選項都很長，閱讀題的情境學生容易被繞暈，遇到這種題目要提醒學生，先看選項問什麼再看題目，這樣比較容易聚焦，還是有其道理在的。 本題前4個選項只對2個，應選三項所以E選項一定對，只是學生很難判斷E為什麼對，E選項說三氧化錳受熱會轉化成二氧化錳，課程中沒有這個反應，我們知道二氧化錳可還原成三氧化二錳，但逆向反應可以嗎？本題選答是可以用消去法找到答案，這是答題技巧，用這樣選答不代表理解化學知識，題目並沒有給足夠的資料讓學生判斷，這題可能要查維基百科才看得到答案，是有超出教學大綱之疑慮。 考試不想領導教學，這話說的太高調，老師不針對考試準備才有問題，考題中的概念老師沒教到也不好，只能用消去法去解題，倒失去教學的意義，面對教學上有疑義的大考題目，教師應在教學中加入對題目批判，引導正確的思 考及命題方向。 […]

高中化學教材教法專書導讀： 第十三章 化學科展指導與應用 周金城 國立臺北教育大學自然科學教育學系 ccchou62@tea.ntue.edu.tw n  前言 十二年國民基本教育課程綱要自然科學領綱強調重點之一，是培養學生探究與實作的能力（教育部，2018），除了在探究與實作課程中進行，其實每一個化學單元教學，都可以結合來訓練學生探究與實作的各階段能力。108自然領域課綱針對探究能力區分成思考智能與問題解決，而其中思考智能包含想像創造、推理論證、批判思辨、建立模型；問題解決包含觀察與定題、計劃與執行、分析與發現 、討論與傳達。學生若要能完成好的科展作品，需要前述各項能力的整合。教師可藉由前述的各項度來分析全國科展作品，教學時就會有學生較容易理解的實際範例來說明在科學探究的過程中，各項度是如何被執行的過程。相信學生透過閱讀與分析全國科展作品報告書內容，相信可以逐步幫助提升學生探究與實作的能力。以下就高中化學教材教法專書中（邱美虹等，2020），第十三章化學科展指導與應用內容來簡要說明（圖1）。 圖1　化學科展指導與應用內容心智圖 (引自周金城，2020) n  化學的探究活動 科展活動中包含一個探究實驗的過程，可以讓學生歷經如同科學家問題解決的過程。相信許多高中化學老師，都希望可以帶學生經歷真實的科學探究歷程，並完成一個能進地方科展甚至是全國科展得獎的科展作品，但這不是一件容易達成的挑戰。師生能想出一個好的科展的題目就已經很不容易，學生願意花時間的投入科學探究，撰寫完整的書面報告，以及有能力在口頭報告與問答時對評審清楚說明，都是影響得獎與否的因素。針對全國科展歷年化學組的報告進行分析，可以讓學生對化學科展的整個過程能有大致的瞭解。 在瞭解科展評分要項上，學生若能知道評分標準，就比較能掌握一個好的科展作品書需要具備的要項。在科展實施要點中有列出科展的評審標準，建議教師可以依照實施要點內容製作科展評分表給學生，並讓學生依據評分表的各項指標來對科展作品進行評分。教師可以由科教館的全國科展作品網站上，下載幾份科展作品讓學生分組討論與評分，並讓學生評定哪作品比較好，學生評定並寫下建議後，教師再公布由全國科展評審來評定的結果，教師可以確認各組學生的評審評定的結果，有沒有和評審評定的結果相似，如此可以知道學生的評判能力。我們知道每一個參加國展的作品，不論有沒有得獎。評審都會在最後寫下評語，這也可以讓學生去討論報告內容要如何改進，並探究是否還有更好的方法來進行實驗過程的改進，這都可以提升學生在科學認知上的評鑑與創造的能力，教師在準備教學工作上也不會花費很多的時間，是一個可行的應用方法之一。 n  科展研究的分類 針對歷屆的全國科展參展報告書，師生可以進一步來分析與課本內容的相關性，和化學研究相關主題，主要是在科展化學組，但也可能會出現在應用科學組、生物組、物理組與地球科學組的研究過程中，透過科展報告分析後也能讓學生進一步認識科學探究其實是需要跨科整合的能力。常聽到學生說我喜歡某科學科目不喜歡某科學科目，但對科學探究以解決生活中的問題來說，通常是需要跨科整合的知識，問題解決是沒有學科分野的。 對應到高中化學探究實驗活動上，可以由孔恩(Kunh，1970）所描述常態科學的三類活動來對應，第一類:擴展由典範（化學課本）理論所指出的事實，可將課本理論進行更精確地描述。2.證實典範（化學課本）的理論與自然兩者相符，可以將理論與生活中的實際現象能有更多的對應。3.精鍊典範，深入了解典範（化學課本）理論，可以將理論的質性描述以更精確的方式描述，尤其可以用精確的數學關係是來表示。前述這三類的活動，都可以在科展的報告書中 找到相似的研究。在這裡要特別說明的是。課本所呈現的化學理論，因為受限於內容篇幅，常常會有其模型理論的限制上無法完整描述。因此，學生常常會有很多的問題，或許在其他的進階文獻研究資料中，也許可以看到問題的解答，但是這仍是很適合讓學生進行實驗探究的活動。  此外，化學課本的某些單元主題，會找到比較多的科展報告，例如反應速率、化學電池等，但有些主題則是很少人研究，例如原子結構、週期表等。教師可以引導學生思考為什麼大家不做這方面的主題，是因為大家沒想到，還是因為這樣的主題不容易設計實驗呢？此外，有些實驗結果的觀察不容易進行，沒有靈敏設備是無法觀察紀錄的。有些研究是自製儀器的實驗，設計出來的成品可以達到市售的靈敏度，或是成品不及市售的靈敏度，但是因為價格便宜、或攜帶簡便等優勢，也是可以被接受的成果。將科展中的科學探究活動分類，讓學生理解分類的架構，可以幫助學生思考科學探究的問題可以由哪些方向提出。 n  蒐集分析全國科展化學組參展報告書 分析2020年的第60屆進入國展高中化學組的作品，主題有:疏水性塗料的研發、二次電池效能提升研究、催化反應機制的探討、影響鹽類溶解度的離子因素探討、自製磁性物質並測量磁性、利用手機APP以比色法測量溶液濃度、利用吸光度測量溶液之抗氧化力、利用聲波檢測乎出氣體的二氧化碳濃度、自製震盪觀測儀器測量震盪反應、以吸光度法測量空氣中還原性氣體濃度、生活植物製作碳奈米點的螢光特性探討、不同原料發酵製作酒精之研究、二次紙電池的研究、乙醇燃料電池催化反應等、研究的結果大多包含有實際應用面向的探討。有些實驗過程需要使用到特殊儀器設備。但仍有不少實驗需要的藥品與器材仍是在高中實驗是可以完成的工作。而研究過程中，有不少研究內容包含自製檢測儀器，這部份的工作需要創意設計。 進行學校化學實驗活動的改進。也是一個很好的研究方向。我自己是很喜歡這樣的科展研究方向，因為這需要的是創意，而且具有實際教學的推廣性，甚至可以改變課本中的設計，以國小教科書胡蘿蔔催化雙氧水分解製造氧氣的實驗，當有科展作品找到金針菇取代胡蘆蔔效果更佳後，之後課本實驗就修正使用金針菇來進行催化了。 n  利用工具尋找化學科展研究的內容 由於科教館上已將參加全國科展作品整理上網，對師生在科展資料蒐集相當方便，建議可將報告下載逐一閱讀，但仍需要不少時間。建議可再利用軟體同時對多個檔案進行全文檢索，就能快速找出和化學教學相關的科展報告。教師除了能講此科展報告作為課程內容的延伸閱讀資料，也可以提升學生科學探究的興趣。 利用全國高中化學科展的報告資料，適合在化學相關主題上引導學生思考的方向，可以針對研究問題、研究流程、研究結果與討論、研究結論與後續應用等面向進行思考改進的探討，學生有可能在分析探討的過程中找的新的研究方向。科學新聞也是一個科展實驗問題設計的來源，有不少科展是由電視媒體的報導，來進一步思考設計的。例如禁用塑膠吸管的政策上路後，當年度就有很多針對環保吸管的設計的研究。 n  結語 教師可以利用科展報告來延伸化學教學中，並鼓勵學生根據科展報告一步進行分析來近探究的方式之一。這些科展報告是來自全國各地學校的學生作品，有些也未必是頂尖學校的學生才能完成得獎科展作品，因此教師可以鼓勵自己的學生來完成一份高品質的科展報告。 即使學校受限於場地與設備等因素，無法讓學生實際進行科展中的實驗操作，但在問題解決步驟中的觀察、定題、計畫等面向上仍可以進行，在思考智能的各向度也都可以引導學生投入學習。全國科展報告是一個有用的教學資源，它不僅在科展研究上可以利用，也可以在課本內容教學上使用，建議教師可以多加利用於教學上，來提升學生對的科學探究的能力與興趣。 針對高中化學教材教法專書內容（邱美虹等，2020），受限於本文篇幅沒有辦法針對其內容仔細說明，而且科展資料每年都會更新，所以藉由這篇文章撰寫的機會，將在專書中沒有提到到的部分內容補充說明，希望讀者有機會再閱讀專書內容，會有進一步的了解。 n  參考文獻 周金城(2020)。化學科展指導與應用。載於邱美虹（主編），素養導向系列叢書：高中化學教材教法（223-240 頁）。臺北市：五南。 邱美虹、鍾曉蘭、曾茂仁、王嘉瑜、劉俊庚、楊水平、鐘建坪、周金城、馮松林（2020）。素養導向系列叢書：高中化學教材教法。臺北市：五南。 國立臺灣科學教育館全國科展歷屆作品， 2021/09/11引自 (ntsec.gov.tw) https://twsf.ntsec.gov.tw/Article.aspx?a=41&lang=1 教育部（2018）。十二年國民基本教育課程綱要自然科學領綱。2021/09/11 引自 https://cirn.moe.edu.tw/WebContent/index.aspx?sid=11&mid=6852。 Kuhn, T. S. (1970). The Structure of Scientific […]