中國化學會90周年特刊 邱美虹 國立臺灣師範大學科學教育研究所 *mhchiu@gapps.ntnu.edu.tw 中國化學會自1932年8月4日成立以來，雖然歷經幾次歷史上的重大事件，但是學會仍遵循服務會員的宗旨，不僅戰後恢復化學會誌和化學期刊的出版，同時在國際上也積極支取辦理各學術研討會和參與國際事務。相較而言，臺灣化學教育電子期刊是個剛起步的期刊，自2014年出刊至今也才歷經8個年頭，但47期以來所刊登的文章主題無非是以提升教師專業能力、引介化學教育課程改革新理念、改變教學策略、挑戰適性教學、設計創意實驗、重視綠色化學、連結化工產業與發展素養導向的評量以回應108課綱為標的，以期能促進學生對化學學理的認識、培養思考力和創造力、提升學生以科學語言表達所習得的知識與技能、解決課室教學的問題、因應時代變遷所需要的思潮、教學素材與方法。臺灣化學教育其實是扮演一個催化劑的角色，透過期刊論文的發表，希望可以促進更多的交流與蹦出更多的火花。期刊受到全球各地讀者的愛護，這不得不感謝所有作者們的貢獻與支持，使本期刊得以順利成長與茁壯。同時也感謝各專題客座主編的熱誠，熱心邀稿與細心審稿，不厭其煩的修改與審視文章，以提供讀者可信賴的參考資源。 這一期的專刊內容包括邱美虹回顧過去20年所見所聞和所做的事情來勾露出化學教育在學術和推廣活動上的發展輪廓，其次是洪文東的微觀與巨觀視角談DNA的發現和其組成，從可見的外顯自然現象去深究內隱的組織成分和結構，揭露生物和自然界微觀世界之奧妙。接著是主持兩期PISA計劃的林煥祥從多年對PISA架構與試題的瞭解評析108課綱所擬培養的學生素養與PISA之關係，以作為教師教學之參考。楊水平的金奈米的實驗設計與運用廷得耳效應對金奈米粒子進行鑑定，此實驗可以作為學校教學活動之參考。最後是陳品吟和林淑梤所設計的主張對立的探究文本進行社會性科學議題的教學，呼應108課綱探究與實作課程中強調論證能力的培養之目標，文中提出”支持”和”反駁”二氧化碳為全球暖化主因的科學文本，利用正反兩面論述生活議題，可以培養學生溝通表達、推理論證的能力，值得教學或設計教學素材時之參考。此次以這些專文慶祝化學會成立90周年，並期待本期刊能永續發展持續為讀者服務，未來再一起慶祝化學會成立100周年。。

化學教育之見聞行 邱美虹 國立臺灣師範大學科學教育研究所特聘教授 mhchiu@gapps.ntnu.edu.tw n  前言 走過漫長的歲月的中國化學會在今年歡慶成立90週年。中國化學會於1932 年 8 月 4 日在國立編譯館於南京召開的「化學家討論會」，會中邀請45 位來自歐美日代表會議中主要是討論化學譯名、國防化學、大學和高中化學課程綱要等議題，在是日晚間召開會議中宣布學會正式成立。彭旭明院士認為這是「歷史的偶然，亦是歷史的必然」 (詳見https://youtu.be/u3JqLgL7C4Y)。 n  化學會的四個時期 為了記錄化學會走過的歲月，化學會將出版專書介紹學會的沿革和學術與推廣的成果，書中將90年分成四個階段:即1932-1950 為學科救國、艱苦創業；1950-1980:在臺復會、篳路藍縷；1980-2000:與時俱進、開創新局；2000-迄今: 永續發展、邁向未來(詳見彭旭明，2022)。在(這期間各階段皆有相當值得讀者瞭解的重大議題與成果，譬如第一階段開始辦理學術研討會和期刊(會誌、化學、化學通訊)；第二階段的期刊復刊，顯示化學人任重道遠的使命感，以及IUPAC大陸與臺灣代表權的協議；第三階段，強調科學紮根與科學教育，(並以學術獎勵肯定化學人對學術和社會的貢獻；第四階段為持續強化國際交流，並多元發展推廣科普、綠色化學、化學安全、教師增能、產學合作與女化學家交流。這些化學會的事跡都值得化學人前仆後繼以接棒的方式追隨前人的腳步，繼續往前邁進，傳承前人的使命感與爭取更多的榮耀。 n  化學教育學術活動 化學教育學術交流一開始以化學家對於教育的熱誠與使命感而進行課程、教學與評量的評介為主，後來逐漸有更多的化學教育專業者和教師參與，使化學家和化學教育家的互動頻繁，也建立大學教育和中學教育的人才培育有對話的平台。譬如2004年作者於臺灣南部和北部各辦理一場為期三日的「高中化學種子教師專業成長教師」研習營，會中邀請彭旭明教授介紹國內外化學課程、牟中原教授針對高中化學教育的過去、現在和未來加以評析、陳竹亭教授引介課程與教學、陳家俊教授的化學新知、余岳川教授科學玩具實驗、吳心楷教授和王文竹教授的媒體教學統整課程以及廖淑芬和何振揚兩位化學教師分享化學評量等等進行研討，當時擔任化學會理事長的吳澄清博士亦到場主持綜合座談，現場討論相當熱絡，並針對大學和中學化學教育所面對的挑戰與可能的機會提出具體的意見。在南部成功大學舉辦的第二場工作坊除專題演講外(包括蕭次融、許桂芳、許鏵芬、蕭世裕、林弘萍等教授和黃得時老師)，則著重在化學新知(如奈米材料、生物製藥光電化學材料)的介紹與到業界參訪，其中包括台灣神隆公司、南科管理局、台鹽公司和聯電公司，對高中教師而言能結合化學理論與化學實務工作對於教學與引導學生面對未來大學選科系有很大的幫助。後來教育部成立化學學科中心，不僅結合一群熱心且專業的種子教師不間斷的研發與分享課程外，也透過這一群種子教師的力量將課程與實驗的核心價值與內容透過辦理不同主題的工作坊(包括化學概念的學習、微型實驗、教學策略、擴增實境等新興科技融入化學課程) 推廣到全台各地，對於推動化學課程改革與教師專業成長影響甚鉅。 除教師工作坊外，中美雙邊化學會學術研討會「化學教育」是在1992年提請國關小組評估並於化學會成立60周年慶中邀請美國化學會會長L.Elierl來台會商。1994年中美雙邊合作國際不對稱合成研討會決議於1996年至加州舉辦化學教育研討會，美方即我方各8名講員，講題包括化學通識、課程、資優教育、大學化學、化學科技與社會、實驗安全、化學教育改革等。主題多元反映兩地化學教育的關心議題與解決問題的策略。只可惜這樣的交流後來有就停擺了。 此外，1996年的第一屆化學教育學術研討會和1999年第二屆化學教育學術研討會會中邀請國內外專家學者就國內外化學教育之現況、問題與危機，以最為規劃對未來化學教育之研究、教學及師資培育之參考。還有海峽兩岸化學教育學術研討會的舉辦，譬如筆者於2002年在國立臺灣師範大學(簡稱臺師大)舉辦，主任委員是當時理學院院長陳昭地教授和清華大學廖俊臣院長(也是當時化學會會長)，負責辦理的是化學系方泰山教授和我本人。會中特別邀請當時中央研究院李遠哲院長和印第安那大學知名化學教育專家Dr.Dorothy Gabel擔任大會主講人。座談兩場分別是大學課程與教學由臺大化學系彭旭明教授主持，和中小學師資培育和課程改進，由臺師大化學系王澄霞教授主持，最後則由李遠哲院長就化學教育的改革進行綜合座談。這些前輩們豐富的經驗與真知灼見，讓後進們深獲啟發。會中同時也邀請9位大陸學者進行專題報告，受邀者有北京大學化學學院的常文保教授、段連運教授和清華大學薛芳渝教授等就大陸高等學校化學教育與人才培育途徑進行深度分析，內容精彩引起許多兩岸化學教育學者的對話；而臺灣的代表則是台大化學系牟中原教授、陳竹亭教授；吳嘉麗教授、周進洋教授、楊定亞教授、傅麗玉和段曉林教授等10人。中方與台方在教育上面臨類似的考試領導教學的問題，但又希望面向以學生為中心的化學教育，因此討論激烈與深入，對教學思維頗有啟發。兩岸的互動持續一段時間，直到後來在2000年之後，化學教育學者與北京師範大學王磊教授、上海華東師範大學王祖浩教授和東北師範大學鄭長龍教授互動與交流更加頻繁，除在兩地舉辦的研討會上給予專題演講外，也相互辦理化學「同題異課」教學觀摩(臺灣曾派代表出席，也曾在臺由新北高中鍾曉蘭化學教師辦理)，以及進行教科書撰寫的經驗交流與分享。這些活動不僅促進大學教授之間學術性的互動外，也提供第一線的中學教師有彼此觀摩學習的機會，拓展彼此對化學教育的視野與對話。 此外在國科會推動的化學概念全國學生調查計畫中(2000-2004)，來自八所大學的教授(黃萬居、蘇育任、周進洋、林煥祥、莊奇勳、許良榮、李賢哲和我)針對國中小及高中生進行概念診斷，當時參與此計畫的還有中學教師和博士後(如梁家祺和周金城教授)，這大型計劃一共持續四年，所研究的學生另有概念包括粒子概念、電化學、有機化合物、酸鹼、氧化還原、化學平衡等概念。研究成果發表在International Journal of Science Education (SSCI)期刊中，成為到目前為止IJSE以單一國家支持的研究成果做為該期刊的專刊，實在不易。 n  化學教育的推廣 1980年代起，國立臺灣師範大學化學系蕭次融教授開始推動化學教育，不僅在各種場合教導不同年齡層的人有趣的化學，同時也在迪斯尼頻道演示化學實驗和傳遞學化學的樂趣。蕭教授被大家尊稱為化學界的頑童，常用有趣且簡單的化學實驗引起學生的好奇心與求知慾，同樣的實驗在蕭老師的演示下總是令人驚豔，百看不膩，無人能出其右。常言道，教學是門學問也是一種藝術，其中充滿專業的素養與溝通的創意表現。蕭教授的沉浮玩偶、七個神奇的杯子、鐵粉自燃、酒精養樂多瓶禮砲等等，無一不是化繁為簡的有趣實驗，學校化學教學若也能如此，相信學子們必定熱愛化學並想一探究竟這奇妙的學科! 2011年是居禮夫人獲得諾貝爾化學獎100周年，同時也是拉塞福發現原子核模型的100周年慶，聯合國宣稱2011年為化學國際年(The International Year of Chemistry，IYC)。在這一年內由國際純化學暨應用化學聯合會(International Union of Pure and Applied Chemistry, IUPAC)負責推動各項活動並鼓勵世界各國以不同形式的活動來共襄盛舉，讓社會大眾對化學有正確的概念與態度，以及引起社會大眾對化學在人類發展上的貢獻有所認識。其中一項是在全球各地測水質，瞭解生活處處是化學。當年巴西共有八萬多人參與這項活動，可謂空前的盛大。臺灣為與國際大型活動銜接共襄盛舉因而舉辦多項活動，譬如在台北市士林科教館臺師大辦理國際化學教育委員會(Committee on Chemistry Education, IUPAC)所推廣的化學年輕大使(Young Ambassadors for Chemistry)動手做實驗的科學傳播科普活動；還有淡江大學由王伯昌教授啟動的「化學下鄉」活動，將小貨車改成行動化學車，帶動偏鄉化學教育，在2019年就已達到累積造訪500所學校的紀錄，令人欽佩。2019年聯合國為慶祝化學界的圖騰-門得列夫發現週期表150周年慶而訂定為「國際化學元素週期表年」(International Year […]

從PISA看台灣的科學教育 林煥祥 國立中山大學博雅教育中心 huannlin@mail.nsysu.edu.tw   n  簡介PISA評量     經濟合作發展組織（Organization for Economic Development and Cooperation, 簡稱OECD）自西元2000年起主辦 Programme for International Student Assessment, 簡稱PISA)。其目的是測試十五歲學生是否具備參與未來社會所必需的基礎知識和基本技能，從而建立定期循環（每三年）的評量指標，為各國制定教育政策提供参考，以此來審視、評估國家以及學校教育的整体成效。PISA評量包括三個方面：閱讀素養、數學素養、和科學素養。每次的評量都以某一項素養作為主項進行深入評測，其它兩項方面則進行綜合評測。PISA2000的主項是閱讀，PISA2003是數學，PISA2006是科學，每9年形成一個大循環。有別於大部分國際評比大型計劃針對學科知識概念的評量，PISA的評量架構著重於素養的評量。藉由生活化情境式（包括個人、地區、國家、及全球性的情境）的題組，評量學生的解決問題能力。     由圖1為PISA 2015的評量架構（OECD, 2017）可以看出素養導向的評量包括科學能力(scientific competency)測驗卷以及學習者對科學的興趣、價值觀、自我效能、以及環境覺知、科學本質（或是科學認識論）的信念（understanding about the nature of science or epistemological belief of science）等的問卷評量。其中科技能力的評量包括：以科學解釋現象；評估與設計科學探究；以科學詮釋數據及證據等三項科學分項能力。 圖1：PISA 2015科學素養的評量架構 （OECD, 2017） n  108新課綱內涵與PISA所強調的重點—以「生活化」與「情境式」協助學生建構科學素養 我國於2006年首次參加PISA以科學為主軸的評量。迄今為止已屆滿15年共計5次國際評比，值此新課綱已經實施三年之際，更值得檢視我國新課綱目標與PISA國際評量的走向與趨勢。     108新課綱所強調的重點包括： 『核心素養是指一個人為了適應現在生活及面對未來挑戰，所應具備的知識、能力與態度。核心素養強調學習不局限於學科知識及技能，而應關注學習與生活的結合。核心素養強調培養以人為本的「終身學習者」，回應基本理念（自發、互動、共好），分為三大面向：「自主行動」、「溝通互動」、「社會參與」，此三大面向再細分為九大項目，並強調素養是與生活情境有緊密連結與互動的關係。（教育部，2014, p.3） •        自主行動：個人是學習的主體，學習者應選擇適當的學習方式，進行系統思考以解決問題，並具備創造力與行動力。』（教育部，2014, p.4）     上述108新課綱重點所提及的「素養是與生活情境有緊密連結與互動的關係」意在鼓勵教學、學習、評量都應著重於「生活化」與「情境式」。此項強調也與PISA的評量架構（contextual assessment）互相呼應。另外九大面向之中的「系統思考與解決問題」以及「規劃執行與創新應變」所強調的「探究與實作能力」與PISA所評量的competency of evaluating […]

金奈米粒子的微量合成和鑑定 楊水平 國立彰化師範大學化學系 *yangsp@cc.ncue.edu.tw n   簡介 本實驗係利用檸檬酸鈉（Trisodium citrate）當作還原劑，還原四氯金酸（Tetrachloroauric acid）的金離子（Au3+）成為金屬金（Au），檸檬酸鈉也當作穩定劑以分散金奈米粒子（gold nanoparticles），並且應用廷得耳效應、繞射、聚集和光譜分析等來鑑定合成的金奈米粒子，也使用PVP當作穩定劑（Yang, 2013）。本次微量實驗直接使用未用過且乾淨的具有鐵夫龍蓋的樣品瓶和PE滴管。此外，鑑定後剩餘的金奈米粒子溶液裝在樣品瓶內，攜帶自己合成的作品回家永久保存。 n  實驗原理 一、  奈米材料及其特徵 奈米（Nanometer, nm）是表示長度的單位，有時稱為毫微米（mμ），1奈米等於1微米（μm）的1/1000，也就是10‒9 m。在尺度上，奈米通常用於表示原子或分子的大小，例如：氦原子的直徑約為0.06 nm，核醣體的直徑約為20 nm，最小的細菌直徑約為400 nm，病毒的大小範圍為20-250 nm。奈米也用於指定可見光譜附近的波長，可見光範圍約為380~750 nm。奈米等級的粒子肉眼看不到，光學顯微鏡也無法觀察到，需要藉助於電子顯微鏡才能觀察到。 奈米材料就是指奈米大小的材料，其大小介於1~100 nm之間的微小物質所組成的材料。廣義上，奈米材料是指在三維度中至少有一維度處於奈米尺度或由奈米尺度範圍的物質為基本結構單元所構成的材料的總稱。科學家從這麼小的粒子中，發現到許多有趣和豐富的物理和化學性質。由於具有奈米尺寸的微小物質與宏觀物質會呈現非比尋常的表面效應、小尺寸效應和量子效應，因此奈米材料具有與普通材料的光學、電學、磁學、熱力學、力學和機械等不同的性能。 由於奈米材料的尺寸為奈米級，出現兩項明顯的特徵。其一為表面原子數大增：與相同質量的塊狀材料相比，奈米級材料具有相對較大的表面積，亦即表面積對體積的比例大增。在1947年，第一代電晶體（transistor）的尺寸超過1 cm，常用的microSDHC記憶卡大約為指甲大小，卻有超過500億顆的電晶體在其中。現今電晶體長度不到5 nm，縮小超過約200萬倍。這樣的進展相當於曾經是世界第一高樓的509米高的臺北101大樓縮小到0.25 mm的高度。奈米材料更具化學反應性，並影響其強度或電性，例如：非均相催化反應，金屬奈米顆粒的尺寸減小顯著地增加金屬表面的暴露，有利於奈米顆粒表面的異質化學。 其二為量子效應（Quantum effect），量子化是微觀世界中一個普遍的現象，量化效應不同於巨觀世界中能量是連續的狀況。對奈米材料而言，當材料的尺寸由巨觀縮小至接近於數個原子或分子的大小的層次時，其能量分布由連續轉變為量化（不連續）的狀態，繼而明顯地影響奈米材料的許多性質。量子尺寸效應（Quantum size effect）是由一種稱為限制的現象引起的，並且在10 nm或更小的奈米粒子中更為普遍。奈米材料呈現出量子效應有截然不同的特性，例如：銅等不透明物質變得透明，鋁等穩定的材料被證明是可燃的，像黃金這樣的固體在室溫下會變成液體，矽等絕緣體則成為導體。 不同粒徑的半導體奈米粒子的價電子以照光的方式激發至能量較高的導帶（conduction band）後，該價電子的能量會自發性以光的形式釋放而回到穩定的價帶（valence band）。由於不同粒徑的粒子具有不同的能隙大小，因此可以利用此特性製造出不同的奈米半導體，進而得到它們所釋放出之不同顏色的光。以光學特性為例，當金屬奈米粒子足夠小時，光譜吸收與表面化學有很強的耦合，尺寸在2-10 nm的金屬奈米粒子會表現出離子化的共振效應。黃金是金屬材料中相當著名的成份。若研磨黃金到超微細的顆粒，則黃金色澤便完全消失，紅色隨即呈現出來。金奈米粒子呈現紅色的原因是此奈米粒子吸收可見光（380~750 nm）中的520 nm波長（綠光），而見到其互補色（紅色），並且吸收綠光的能量與金奈米粒子發生作用，使得金奈米粒子表面的自由電子雲（electron cloud）被極化，亦即表面電漿子（surface plasmon）或稱表面電漿極化子（surface plasmon polariton）被極化，隨著光波的頻率而震盪。在此過程中，特定頻率的光與表面電漿子作用而被吸收或散射，這種共振現象通常稱為局域表面等離體共振（localized surface plasmon resonace），如圖1所示。局域表面等離子體共振是限制表面等離體的尺寸與用於激發等離子體的光波長相當或更小的奈米顆粒的共振結果。當一顆球形金屬奈米粒子被光照射時，振盪電場（electric field）導致傳導電子相干振盪。當電子雲相對於其原始位置發生位移時，電子和原子核之間的庫侖引力會產生恢復力。 圖1：局部表面電漿子共振的示意圖 （圖片來源：Localized surface plasmon, https://en.wikipedia.org/wiki/Localized_surface_plasmon） 二、  金奈米粒子的合成 […]

分析主張對立的科學文本─培養社會性科學議題的論證能力 陳品吟、林淑梤* 國立彰化師範大學 科學教育研究所 *sflin@cc.ncue.edu.tw n  前言 培養具有科學素養的公民是現今科學教育的目標，需讓學生能夠瞭解資訊中的科學概念和知識、認識與批判科學相關的資訊，並學習做出明智的決策。如此不僅能幫助學生發展社會責任，也能讓學生在未來參與社會實際議題時，做出負責任的決定（Gray & Bryce, 2006; Kolstø, 2000; Oulton, Dillon & Grace, 2004）。 學生如何在紛亂的資訊網絡中，判斷正確的資訊並提出理性的決策，即和學生的論證能力息息相關。「論證」（argumentation）是一種討論的過程，是擁有兩個以上不同想法的個人，藉由各種證據、理由及事實來支持自己的論點、反駁對方的想法。而「論證能力」（argumentation skill）是以科學觀點評估不同的主張、資訊與理由，進而做出決策的能力（Jime’nez-Aleixandre, 2002; Simon et al., 2006）。許多科教學者提出研究實證，指出在課堂中實施論證教學，提供學生在課堂上的論證機會，可以提升學生的論證能力（Oulton, et al., 2004; Osborne, Erduran & Simon, 2004）。 論證教學是指在課堂中進行論證活動時，藉由議題的探討讓學生提出合理的主張和支持的證據，鼓勵學生以相互討論、辯論和質疑等方式，構建出自身的主張，以促進學生論證能力的發展（Osborne et al., 2001）。近年來許多科學教育學者倡導利用「社會性科學議題」（Socio-Scientific Issues, SSI）作為教學情境（Osborne et al., 2004; Zeidler et al., 2005），讓學生從中學習並發展論證能力。社會性科學議題是由社會議題和科學或科技議題之間複雜的交互作用而形成的爭議事件，常包含多元學科及跨學科之間複雜的背景知識，是一種複雜、無標準答案且具有爭議的議題（Simonneaux, 2008）。社會性科學議題具有多元學科及無標準答案的特性，因此能讓學生進行討論及辯論，藉以培養學生提出主張、理由、反駁以及評估或解釋證據的論證能力。 n  論證的要素 一個完整的論證中應含有什麼要素？在許多論證模式中，以Toulmin（1958）提出的論證模式（Toulmin. Argumentation Pattern, TAP）最具代表性。Toulmin（1958）認為一個完整的論證是由資料推論，進而產生主張的過程，這之中包含六個結構要素，以及六個結構要素之間的關係（如圖1）。Toulmin（1958）認為論證的過程中，若能呈現越多不同的論證要素，則論證的結構就越完整。以下呈現TAP六個要素的簡要說明： (一)資料(Data)：用來支持主張的客觀數據或證據，通常陳述一個現象或事實。透過資料或證據的呈現，可明確展現出主張的基礎，並支持、擁護主張。 (二)主張(Claim)：論證過程中形成的結論，論證者根據證據提出自己的主張或結論，試著在證據和主張之間建立合理的說法以說服他人。 […]