中學化學App教材與教學：以擴增實境和虛擬實境方式學習元素與有機分子結構 邱美虹1 周金城2 洪達民1 陳怡宏3 許晉維1 1國立臺灣師範大學科學教育研究所 2國立台北教育大學 自然科學教育系 3臺北市立萬芳高中mhchiu@ntnu.edu.tw n   前言 科學學習歷程中，由於許多概念是抽象的、是複雜的，因此在教與學上常具挑戰性，尤其是在化學學科中，微觀粒子的知識建構與發展，常需仰賴學習者在二度空間的表徵和三度空間的物件之間進行轉化的視覺能力、或是透過輔助工具去認識兩者之間的關係。因而，學習者若是較缺乏三度空間的視覺化(visualization)能力或是無適當的輔助學習工具，在學習一些重要化學概念(如立體化學分子結構)時便容易遇到挫折而造成學習困難。反之，若擁有良好的空間能力或是能夠透過適當的教學的輔助工具，可以提升學生在二度空間的表徵和三度空間的物件之間交互轉化的能力與表現。 n   視覺化 許多研究指出，視覺化表徵和視覺化能力的良窳會影響學生學習須具備空間想像能力的複雜概念。譬如Nakhleh & Postek (2008)指出，外顯化的視覺與聽覺表徵可以幫助學生學習限量試劑的概念，這些表徵包括1. 即時的化學反應(巨觀的理解)、2.電腦模擬反應(微觀層次的理解)、3. 圖像的表徵(符號)、以及4.問題解決中，文字的表徵。又如Gilbert (2008)也指出化學學習牽涉到巨觀(macro)、次微觀(sub-micro)、符號(symbolic)以及它們之間的相互關係。根據Gilbert的觀點，模型可以是外在表徵(如他人肢體可觸及的)和內在表徵(如個人心智)，而將它們任一表徵意義化即稱為<視覺化>(visualization)。而在化學概念中，分子結構與性質，尤其是有機分子結構的複雜性常是學習較為困難的概念，因此發展合適的學習輔具可以減少學生的認知負荷。 n   擴增實境與虛擬實境 近年來，擴增實境(Augmented Reality, AR)與虛擬實境(Virtual Reality, VR)在商業上與遊戲上的產品如雨後春筍般的成長，但為教育所研發的產品，仍有待更多研發者的投入。根據相關文獻指出，擴增實境具有以下特質(1) 能使學習內容呈現3D透視圖、(2) 提供無所不在、合作和情境學習、(3)使學習者可以感受到存在感(presence)、即時性(immediacy)、沉浸感(immersion)、(4)可視覺化那些不可視的概念或事件、(5)在正式學習和非正式學習之間搭建橋樑。這些特質提供學生投入學習、情境學習、真實性學習的機會(Wu, et al., 2013)。而有關虛擬實境部分，在一份針對13篇以虛擬實境進行教學的期刊論文(參與人數總計3081人)所進行的後設分析研究報告中指出， 遊戲、模擬和虛擬世界三者對學習都有正面的影響，其中遊戲式的虛擬實境教學，對學生的學習成效高於模擬和虛擬世界。另一有趣的發現是單獨玩遊戲的學生表現優於小組同遊的學生(Merchant, et al., 2014)。       本文主要是介紹兩個可以在化學教學上使用的App，一個是結合擴增實境與虛擬實境的有機分子結構的撲克牌，另外一個是具有AR功能的1A族和7A族的原子結構和其組合成的化合物卡牌。 n   有機分子結構App簡介   本研究開發的「有機分子擴增/虛擬實境」撲克牌是目前App市場上唯一款兼具學習與電玩樂趣的應用軟體，總共分為三套。關於App的說明與下載連結可在搭配的撲克牌中找到下載連結的QR code，或是直接在蘋果商城或安卓商城尋找Molecules 1 AR/VR, Molecules 2 AR/VR & Molecules 3 AR/VR，也可找到app進行下載。中國化學會網站亦有相關訊息 http://www.chemistry.org.tw/app_download.php。 關於「有機分子擴增/虛擬實境」撲克牌設計的方向，是以高中化學課程中有機化合物的內容為主，三套撲克牌是以官能基的不同來分類，第1套是烴類，第2套是醇、醚、醛、酮，第3套是酸、酯、胺、醯胺。每套撲克牌中的有機化合物的選擇皆是以同碳數的同分異構物為主，如碳數為4的烯類：1-丁烯、順-2-丁烯、反-2-丁烯、2-甲基丙烯 […]

中學化學App教材與教學：從化學心臟病到沉澱App 吉佛慈 國立臺灣師範大學附屬高級中學 focusjyi@gmail.com   n  簡介 身為化學老師的我，時常幻想自己是一位超神力魔法師，不但帶領學生在實驗室調製出一道道迷人的化學試劑，同時也陪伴學生在教室裡盡情激發創意，以輕鬆幽默的方式與學生共同思考化學、探究化學、玩樂化學及記憶化學，也因此被學生冠上「化學女神」的封號。 以化學反應中的沉澱反應為例，上課場域從實驗室轉換到教室，沉澱反應容器從試管到透明片，化學藥品從以毫升計量到以點滴計量，搭配精心設計的「聯想大考驗」、「配對快狠準」、「沉澱心臟病」、「沉澱接唱賽」等活動，本來以為其中的實驗活動設計已經符合藥品減量的精神，直到民國101年9月，本校與信望愛基金會合作辦理教育平台實驗計畫，全校高一學生人手一台平板電腦，才有機會重新思考調整既有的教學模式，轉而善用平板電腦的資訊化及帶著走的優勢。下圖為沉澱接唱賽活動之影片連結。   影片連結：沉澱ing，https://www.youtube.com/watch?v=bc4pj2AbZc8。 n  設計緣起 一、廢液減量的趨勢 從減量實驗到微型實驗到「雲端實驗」，是本校自然科團隊的設計理念，相信也是全國許多高中化學老師努力追求的目標。其實雲端實驗除了表面上的減少試劑使用之外，也減少了教師準備器材，學生取用器材、實驗室管理員處理廢液及學生清洗器材所花費的時間，也省下每學期購置全校實驗藥品的經費。 二、共享氛圍的感染 2012年9月，在平板電腦尚未普及、校內網路頻寬不足及上網學習不太暢通之時，信望愛基金會便與台北市六所高中進行教育平台實驗計畫，大手筆捐贈平板電腦，並派技術人員到校內開設多場教師研習，協助教師熟悉平板內建軟體在教育上的應用方式及功能。當我們自然科團隊了解信望愛基金會捐贈這麼多平板電腦給學校，目的就是希望學校老師在使用時，能將所設計的教案內容分享出去，使基金會在下一階段將實驗計畫擴及到偏鄉學校時，能夠有第一期參與計劃的學校教師設計好的教案，提供偏鄉地區教師的授課資源與學生的學習資源，我們就已深深感染到這個實驗計畫的共享精神與扶助偏鄉教育的希望。 n  製作過程 一、主題發想與分工 　　從思考主題到分工合作，再到設計App功能，只是短短幾周的時間。我們挑選了三個需要了解並記憶的單元主題，分別是「沉澱反應」、「電解電池」與「水溶液中的化學反應」，全體化學老師們很快就自動分為三組，且每組人數相當，分別構想出各主題App需要具備的功能及操作的介面。 　　「沉澱反應」主題是由我、張荊壢老師（當時的教務主任）及吳孟修老師共同負責的。我們模擬實際上課情境，希望以App取代陰陽離子反應的實驗，一則是因為此實驗需耗費許多藥品，另則實驗目的僅單單觀察沉澱與否，若改由老師先做一次並拍下來，保留實際實驗圖片供學生觀察，便可達到完全免用化學藥品進行實驗的目標，因而構想出「沉澱查詢機」的雛型。但是離子的種類繁多，經由我們三人小組討論的結果，決定只挑選19種常見的陽離子與13種常見的陰離子。 　　此外，好不容易根據實驗歸納出來的沉澱表，要完全背誦下來也是讓許多學生頭痛的問題。因此為了強化學生對沉澱表的記憶，效法化學心臟病遊戲的快速判斷沉澱或溶解反應，因而構想出「快打沉澱表」的App雛型。， 二、軟體設計神隊友 說是自然科的團隊，其實我們主要是化學科團隊加上一位物理科教師兼程式設計高手。這次跨科製作化學App的經驗很特別，一方面是化學科老師們的突發奇想有時不是靠程式設計就能夠達到的，另一方面是物理老師比較不受化學概念制約，能從客觀中立的學習者角度切入，幫我們想到增加錯誤訂正功能及進階挑戰的設計。其他關於沉澱App的程式設計步驟請詳見「沉澱App的幕後推手」一文。 n  成效評估     當「沉澱查詢機」與「快打沉澱表」兩個App完成時，我們團隊成員們便迫不及待的進行測試，一同把需要修改的意見彙集起來，當時發現幾個原來沒有考慮到的問題，像是沉澱查詢機的少數沉澱實驗結果與教科書的沉澱顏色不同，或是快打沉澱表的部分答案對應有誤，還有快打沉澱表沒錯三題就會無法停下來等的問題，因此潘老師需陸續擔任神隊友的角色，重新賦予App新生命。     在102學年度，本團隊便受到信望愛基金會的邀請，將本校開發出的教案設計成果跟北、中、南各區代表學校分享。我曾代表到台中明道中學和台南二中分別跟中區及南區教師分享沉澱教案設計及沉澱App，並歡迎教師們下載使用，也鼓勵大家將使用後的建議提供給我們參考。後來也獲新北市的高中邀請，向該校自然科教師演講並分享教案，迄今尚未接獲任何有關App的錯誤訊息或建議。以下是我們沉澱三人小組搭配物理科潘老師，四人共同完成的兩個沉澱App設計與製作，且自102學年度起便提供有興趣者自行至Android系統中的Google Play商店免費下載，下載網址及QR code如圖1及圖2所示。               圖1：「沉澱查詢機App」的畫面之一（左）及其QR code（右）           下載網址：https://play.google.com/store/apps/details?id=air.air.PrecipitationTable                 圖2：「快打沉澱表App」的畫面之一（左）及其QR code（右） 下載網址：https://play.google.com/store/apps/details?id=air.air.FastPrecipitation n  教學心得 一、提升「沉澱查詢機App」的用途與功能        「沉澱查詢機」就像雲端化學參考書或工具書，後續若有機會可望進行擴充，把所有高中提到的化學反應都拍成影片或照片，將內容提升為「化學反應查詢機」，應可造福更多沒辦法做實驗的學生或需要較長時間觀察或思考的學生進行差異化學習時使用。              圖3：學生下載「沉澱查詢機App」的專注情形 二、結合UMU互動學習平台的功能 「快打沉澱表App」的使用需下載到個人電腦或手機中，通常只能各自體驗，除非將螢幕拍照或成績螢幕截圖後上傳固定空間進行分享，否則無法讓同儕一起進行線上的競賽，也無法累計全體使用者的最高紀錄。希望將來能夠重新思考並結合互動學習平台的功能，讓每位下載App的使用者都能更樂於使用，無形中提升自然學科之素養。                  […]

中學化學App教材與教學：最夯化學APP：快打沉澱表的設計與實作 潘冠錡 國立臺灣師範大學附屬高級中學 s41257@yahoo.com.tw   ■  緣起─為何快打沉澱表 2007年，第一支智慧型手機iPhone問世 ，同一年google推出Android作業系統的智慧型手機。智慧型行動裝置軟體開發的熱潮開始席捲全球。2013年，101學年度的下學期，這股風潮終於吹進教育圈，師大附中自然科老師決定開發能讓教學活動更有趣的平板app。雖然製作的主題是以化學科為主，但本著對教學軟體開發的熱愛，我也有幸能加入這個團隊。 因之前開發競速遊戲的相關經驗，開發化學遊戲app時，我們便設計需要記憶、熟練型的競速遊戲。討論之後大家就決定以「沉澱表」為主題，畢竟這是高中化學中需要記憶且快速反應的內容。 ■  製作 製作兩支沉澱表app的過程，是特殊而難得的經驗。一是因為製作的主題是我不熟悉的化學科，另一是因為要跟大部分無程式基礎的化學老師合作，很多時候我們會陷入雞同鴨講的情況。經過一番溝通之後，我們了解到要先有系統的將沉澱表列出，才能用程式檢索對應的沉澱情況，如下圖所示： 圖1：各種陰、陽離子反應對應的結果列表 上圖中列出19種陽離子與13種陰離子相遇時的沉澱狀況，雖然共有19×13=247種組合，但實際上沉澱情形只有23種情況，化學老師們將這23種情況在實驗室中一一拍照，如下圖所示： 圖2：23種難溶化合物的沉澱 有了沉澱表與照片後，就能製作「沉澱表查詢機app」，主要工作是把這些對應關係建立成一個二維陣列ansBigTable，如下圖。如果要搜尋第a種陽離子與第b種陰離子相加時的沉澱情形，就取出在ansBigTable裡第a排裡的第b個元素，該元素值就是照片的編號。圖3、圖4為沉澱表查詢機app的程式編碼對應方式。 圖3：沉澱表查詢機app的查詢對應編碼 圖4：沉澱表查詢機APP畫面截圖 「快打沉澱表app」的製作就比較複雜了。為了讓程度不同的學生都能在本遊戲中學習，我們將遊戲分成簡易版與進階版。在簡易版中，玩家只要回答是否沉澱；而在進階版中，玩家則要連沉澱物的顏色都要回答。但是由於沉澱表中的23種沉澱情況並不是出現機率都相同，所以程式在出題時，是先以亂數隨機決定答案，再由答案決定出題的題目。這樣可以使每個答案的出現機會較為公平，避免玩家一直回答某幾個特定的答案。下圖5、圖6為快打沉澱表頁面。 圖5：快打沉澱表─簡易版APP畫面截圖 圖6：快打沉澱表─進階版app截圖   ■  在Google Play上架     兩支沉澱表app製作完成後，在師大附中資訊中心的協助下，我們在Google Play上成立了名為「師大附中」的開發者，並將app成功上架。之後老師、學生只要在Google Play上搜尋「師大附中」或「快打沉澱表」就能找到這些遊戲，目前快打沉澱表app下再次數已經破萬，而且廣受玩家好評，身為開發團隊的一份子，我感到光榮與驕傲，也希望將來還有機會能完成更多有趣的教學遊戲app。  

中學化學App教材與教學：化學蜘蛛! G/G了嗎? – 化學APP在教學上的應用 張明娟1,2，吳德鵬1,2 1桃園市立武陵高級中學 2教育部高中化學學科中心 bcat1764@gmail.com1 depeng.tw@gmail.com2   n  前言: 根據十二年國民基本教育課程自然科學領域課程綱要1所歸納出的發展趨勢中：(1)朝向科學素養的培養，注重與日常生活之聯結。(2)重視科學概念發展與新興科技的連貫統整。數位科技及軟體的使用也是目前各學科教學增強教學模式的方式之一。本文介紹的兩個免費而實用的APP，目前可以直接應用於教學現場，除了本科的專業知識外，更可融入資訊科技的便利性，就如同高級中學階段核心素養中：U-B2 具備適當運用科技、資訊與媒體之素養，進行各類媒體識讀與批判，並能反思科技、資訊與媒體倫理的議題。以GoodGuide App為例，讓學生從日常生活用品中，反思化學成分對健康與環境的影響，並建立綠色化學的使用觀念；而化學教師更可利用此App與家政科教師進行協同教學，發展跨領域課程。資訊科技融入教學2就是教師運用資訊科技之技術於教學活動上，以培養學生終身學習的習慣和態度。另一個ChemSpider App可以作為有機教學的輔助使用，有效建立學生對分子立體結構的模型表徵，讓學生更容易連結分子的微觀模型，讓教學方式更具互動性，進而培養學生「運用科技與資訊」的能力和「主動探索與研究」的精神。   n  ChemSpider軟體簡介3: 由英國皇家化學學會 (英語：Royal Society of Chemistry，簡稱RSC) 推出了一種免費的數據庫：ChemSpider，可以對超過六千多萬種的化合物進行多方搜索，包括其名稱、結構或其特徵等方式搜索。被喻為化學方面的百科全書，就像維基百科一樣，任何人都可以回饋網站使其網頁更為完善。筆者就iOS系統的Apple Store下載免費的App進行實際的課室應用，並大概介紹其使用方式。下圖為ChemSpider APP頁面。 圖1：ios系統ChemSpider APP 一、   就名稱(name)搜尋：     一般搜尋包含系統命名、商品名稱、同義字和登錄號，想要搜尋的化合物名稱，例如：Aspirin，就會出現Aspirin的各種名稱，接著觸控Open，打開後看到Aspirin的平面結構式，再點選3D的圖示，就會出現3D互動模型：JSmol，用手觸控就可以轉動3D的分子模型。下圖使用程序。 圖2：利用Chemspider 搜尋分子結構步驟圖 二、   利用畫出分子結構搜尋：     觸控頁面下方的苯環就可以畫出想搜尋的分子，例如畫出鄰苯二甲酸的結構，再按搜尋就會出現鄰苯二甲酸的各種名稱，接著觸控Open就會出現3D互動模型：Jsmol；滑動頁面，下方還可搜尋到鄰苯二甲酸的熔點、沸點、比重等物理與化學性質。下圖使用程序。 圖3：利用Chemspider 畫出物質結構的搜尋步驟 三、課室應用：         筆者在目前教學中剛好進行高二有機化合物的部分，對剛開始學有機的高二學生來說，對於有機分子的形狀，由於VSEPR內容屬於高三範圍，因此學生很難從平面的結構來想像有機分子在空間中的構造，因此筆者就利用此App，讓學生可以直接畫出有機分子結構，並了解其3D構造，下圖8、9即為學生在課堂上進行此App的使用情況。 圖3：利用Chemspider 課堂間學習情形      筆者就以106指考化學試題為例: 分子馬達是依靠分子中化學鍵的旋轉，在可控制的條件下，使分子進行有方向的轉動，並輸出動力，例如一個烯基可在照光或加熱下進行異構化反應。三個有機分子甲、乙、丙的結構如下圖：             […]

中學化學App教材與教學：看的見的化學系列APP使用分享 劉獻文1, 2, * 1國立臺南一中 2教育部高中化學學科中心 *betterman0925@gmail.com  n  簡介     知識的進展一日千里，而傳遞知識的方法，到了數位化的今天，也有了大突破。筆者榮幸受邀，撰文介紹有關化學元素週期表的app，盼望能與教師夥伴或科學先進們一起精進，讓知識的傳播更有效且有趣。     科學是由好奇心所驅動的，所有的孩子本應是天生的科學家，因為他們對這個世界充滿好奇，他們想知道事物是如何運作、為什麼如此運作。可惜的是，多數孩子在與親人、師長、同儕的相處過程中慢慢社會化、成熟，卻也開始害怕別人的眼光而不敢發問、不敢動手去做，成年後的你是否也是如此？希望接下來的故事能給你一些激勵：勇敢發問，享受科學樂趣吧！ n  看的到的化學：The periodic table table     首先我們得先從「The Elements」這本書談起，本書的作者Theodore Gray葛雷，是知名科學軟體公司Wolfram Research, Inc.的創始人之一、應用程式Touchpress的研發者。     葛雷從2002年開始在拍賣網站ebay及各地蒐集各種實體可見的元素實物，發明了一張重逾200公斤的元素週期表桌，這張桌子是一張將近2.5公尺長的會議桌，桌上填滿了刻有元素符號的木塊，每個木塊裏都放置著相對應的真實元素，而這張木桌也讓作者獲得了2002年搞笑諾貝爾獎的化學獎。他原本以為這個蒐集計畫要花上他三十年的時間，沒想到在2009年就大功告成(約2300件實物)。而在格雷與攝影師Nick Mann 攜力合作下將收集到的元素拍出了一張張精美華麗的照片，起初先是發售了以照片構成的週期表海報，海報正面有該元素實物照，而背面加註了文字說明，但受限於海報的尺寸，元素圖片只能取一且尺寸偏小。於是在諸多人的協助、撰稿彙整下，這本精美的化學元素週期表於焉誕生。 有趣的是，這看似瘋狂收集元素的舉動，其實是葛雷兒時在閱讀「鎢絲舅舅Uncle Tungsten」這本科普書籍，書中介紹週期表時所產生的困惑：為何Periodic Table不是一張桌子呢？回想看看，是否你也曾有過類似的單純的疑問？而葛雷在2014年4月華盛頓特區舉行的首屆X-STEM研討會上，分享他發明“periodic table table”的故事時提到，在過去10年，他不是為了出版書籍而努力，而是因為收集與分享元素實體很有趣、很酷而努力的，而截至今日已印刷超過一百五十萬冊的書籍和海報 (2010年大是文化出版社發售了中文版本，書名為：看的到的化學)，該說是大眾們對他所做的事，也感到有趣的一種肯定方式吧！ 圖1：格雷與他的週期表桌(圖片來源：theodoregray.com)     閱覽本書前，建議先讀過「作者導言」，週期表中的許多分類與規律性會在此提及，這就好比進入元素王國前，先了解王國疆界、地形、特色等大局觀，接著才將一個個元素的故事、歷史沿革做深入了解。而書中亦將每一元素所列性質做簡要說明：例如原子量是指平均原子量、密度是結合「原子量」和以X光測量晶體內的「原子間距」計算而得的、半徑的數值指的是單一原子的半徑也就是從原子核到最外層電子的平均距離 (然而課本或教科書常將非金屬元素半徑以共價半徑來表示)、原子光譜是加熱該原子至放出特定波長的放射光譜、晶體結構是指將元素冷卻至固態所形成 (然而室溫下氫、惰性元素為氣體、汞為液體)。     作者將每個元素都以兩頁的篇幅呈現，左頁是這個元素在自然界中的型態，並在下方列出該元素相關資訊 (位置圖示、原子量、半徑、密度、結晶構造、電子序列、原子光譜、物態)，而右頁則盡可能蒐羅該元素在生活中所形成化合物或其應用，搭配一部分的化學史，以幽默又精簡的文字解說，讀來韻味十足。     例如自古羅馬時期排水管即以原子序82的鉛所製，而後因發現其毒性而置換為現今常用的鐵製、銅製、塑膠製水管；而以居里夫人祖國波蘭來命名、原子序82的釙元素，只要億分之一克就足以致人於死；然而美國治療胃不適的藥物品牌「胃達寶Pepto-Bismol」中卻有含量過半、原子序83的鉍，目前研究報告指出鉍元素是無毒的！發現了嗎？胃達寶的品牌名Pepto-Bismol是以其有效成分水楊酸鉍bismuth subsalicylate 所命名的。本書共收錄100個元素的趣味知識與精美圖片，留待讀者一一挖掘。     此外，葛雷更架構了網站，不僅將各元素圖片公開，甚至羅列了比書本裡更詳細的訊息(例如來源、價格、純度等)以供查閱。 http://periodictable.com/theelements/pages.html n  The Elements APP：疊扁平為立體    雖然出版了「看的到的化學」書籍已大受歡迎，但葛雷並不以此為滿，他發現紙本海報只能將實物扁平的呈現，而這便催生了2010年“The Elements”app的誕生，它像一本電子書，將所有化學元素的實體，以360度取景拍照製成500多個3D圖像。讓讀者能更直觀的感受實體元素之美。此app僅有ios版本，而且需是付費的。下圖為來自個人ipad的截圖。 圖2：The […]