台日高中生化學交流：推動高中化學教育臺日交流 陳竹亭 國立臺灣大學化學系榮譽教授 jtchen@ntu.edu.tw 參與高中化學教育緣起 在國立臺灣大學化學系執教的三十年中，高中化學教育是我長時間關懷，同時在實務工作上長期參與的領域。 回國第二年就被系裡派到教學最前線去教化學系的普通化學。這是一份有相當難度的工作，同時也是一份莫大的榮譽。 時為1987年，化學系普通化學為兩學期課，使用英文教科書；每學期4學分，再加上兩學期各1學分、每學期約12-14週的普通化學實驗，教材是系內教師自編而成。化學系同時兼顧全校逾千學生的普通化學共同課程和實驗，當時系內有十多位全職佔缺助教，所以擔綱本系普化教職，其實是兼管了系裡最大規模課程的教學行政任務。 因此就順理成章地參加了清華大學化學系鄭華生教授主導的全國普化改進計畫，得以及早認識了全國化學學術及高中化學教育學科領袖們和大考、闈場負責人。 在實踐方面，臺大化學系剛巧是負責高中化學教育和化學科大學入學考試的重要單位。1991年，適逢教育部在推行大學多元入學方案，系中資深的羅銅璧院士擔任大學入學考試中心主任，我在劉廣定教授的引介下，參加了大考中心的命題委員工作，因而有了大學聯考命題的訓練機會。 有過大考命題和入闈的經驗，對高中教學實務和試務行政都是難得的經歷，參與高中化學科各種學習、實驗、測驗、評量；教師的評覈、職前或在職的師資培訓工作都是絕對的基礎，也是往後參與高中化學教育各種活動評量的重要資歷。 當然身為化學教授本行的研究經驗及博士訓練的科學哲學和教育哲學的實踐基礎也成了參與高等教育和基礎教育的後盾，使得我參與化學教育工作時學習自己沒有受過的科學教育時，也能與時俱進，逐漸地感到能夠登堂入室。 回國十年後，除了自己本身的學術研究建立了一定的基礎，在高中的化學教育方面也有了些心得，建立了一些經驗與信念。我相信高中化學絕不是普通化學的淺易版，當然普通化學更不是高中化學的英文版！ 高中教育自有其教育的主體性質，大學教師在參與高中教育時不宜喧賓奪主。假自身化學前瞻知識的深廣為優越條件，而僭越地扮演中學教育的主導角色。反而必須尊重高中學校及教師的主體角色，相互對話，做好協作任務。 科教館科展評審與國際科展 千禧年後，楊寶旺教授從本系退休，就推薦我參加科展評審，於是有機會開始了科學展覽化學組的審查工作。最初是參加縣市科展，通常是台北市的中小學科展，當時因為教師或家長代做科展的傳聞不斷，科展活動對升學的幫助不大。和其他化學競賽相較，學生參加科展的意願也就相對低落。許多同事忙於研究，也不甚願意參加科展評審。我還是秉持著科展是實施「專題導向學習」(Project-based Learning, PBL)的主要方法，認為理當竭力支持。 圖1：「專題導向學習」(Project-based Learning, PBL)活動（照片提供者：陳竹亭） 專題導向學習截然不同於教師講述口授的教學方式，而比較像是高教中的研究法。臺灣的中學向來就很少在日常的課程中實踐專題導向學習，若不是科展開闢了少數學生參與的機會，臺灣中學教育幾乎沒有專題導向學習的存身之處。喜歡或長於動手學習的學生在我國的教育環境中通常是自小就缺乏被啟發的機會。假如他們對授課、考試的學習不熱衷，科展就成了一個很好的學習入口。 更重要的是專題導向學習中有許多元素是講述口授的教學所忽略的。譬如資料查詢、提問、問題探究、討論、推理、論證、建模、表達、溝通等。若不是近年在108課綱中開始了「探究與實作」的學習，我國的中學教育簡直就是一個填鴨的醬缸。多元學習的機會長年來在我們的教育環境中實在是癡人說夢。 我當然也不贊成教師、家長、甚至是補習班替學生捉刀，編製科展作品的情形。但若是因此否定了科展的價值，甚至剝奪科展的機會，那就是因噎廢食。對傾向動手學習的學生將是更加的不公平。基於此，我自2000年起就開始了評審、輔導科展，推動專題導向學習的教育實踐。甚至導致退休前幾年擔任十二年國教108課綱中「探究與實作」領綱召集人的機緣。 自2003年起，就固定的審查全國科展和國際科展的高中組化學作品。科展主辦的單位是國立臺灣科學教育館(簡稱科教館)，我也就開始了長期與科教館的合作。因為科展只是科教館的任務之一，館中還有常設展、主題展和各種科教課程和科普活動。藉著與館中同仁和館長都愈發相互熟稔和更多的合作，就種下了後來推動臺日化學教育交流時，選擇以科教館國際科展為合作對象的遠因。 國科會高瞻計畫 2005年國科會廖俊臣副主委與科教處處長林福來率團訪問了日本愛知縣的科學博覽會。因為看到超級科學高中(Super Science High school, 簡稱SSH)的學生能直接參與大學的AI機器人計畫，印象十分深刻。科教處回國後就打算推動一個由高中職主持，大學教授參與協作的新興科學科技融入課程發展的實驗計畫。 廖俊臣和林福來兩位長官找了科教處前處長鄭湧涇、輔英科大張一藩前校長、花蓮師院林煥祥前校長、臺大物理系陳永芳教授等，還有我本人組成諮詢團隊，由林福來處長親自監軍。 計畫取名「高瞻」，簡稱高瞻計畫。執行計畫的高中職以校長領軍擔任總主持人，計畫內容必須是動手做、做中學的新興科學與科技融入高中職的課程研發，正是在基礎教育中落實PBL的實驗計畫。還有大學的合作教授提出協作計劃，輔助課程發展或是追蹤學習績效。 圖2：國科會高瞻計畫（照片提供者：陳竹亭） 第一期高瞻計畫2006-2011歷時五年。諮詢委員會雖然每學期去學校訪視，實質扮演的角色是陪伴、指導計畫的成長，而不過於強調課程發展或學習績效的評核。 初始時，師生們及校長對委員們頗具戒心，但是計畫進行到期中，學校感受到委員們十分公平公正，而且的確是以課程內容的改進和學生的實際學習為關注目標，雙方逐漸建立了很好的互信，委員們也從師生身上獲得了科教實踐的第一手經驗。 高瞻的計畫實施方針包括了探究式教學法、創新課程、做中學的學習進路、由下而上的中學/大學合作。大家不難看出來高瞻經驗正是往後「探究與實作」課程的樣板。高瞻是先行者，其累聚的師資、課程發展經驗和課程成果都是推行「探究與實作」的基礎和範例。 高瞻計畫是我個人職涯投入高中科學教育的重要里程碑。不像以往的參與都只是業餘的角色，參與高瞻計畫，我投入了過半的工作時間與精力。諮詢委員中幾位科教大師都是我的導師。五年的時間，我像是修了一個科教的學位。高瞻計畫也就是我的研究案例。 2014~2016我擔任「探究與實作」領綱召集人，領綱研習委員囊括了學科專家與科教專家，雙方有很多對話的機會。我居中策應，高瞻經驗順理成章成為委員們的課程發展指南。最後學科內容設定為學習載體；學習內容呈現的是科教內涵的科學PBL的能力。最後的領綱相當於我的科教學位論文。也不枉我的五年高瞻經驗。 初次訪視日本高中 高瞻計畫的重要任務之一就是推動國際交流。2006年諮詢委員和計畫的校長、老師們組成了一支訪視團，去日本訪視SSH計畫。我向來只有和日本的學者有學術交流，訪視日本高中還是生平頭一遭。國科會在日本辦事處的外調人員替我們安排協調訪視的對象，交通問題也都準備妥當，團隊只需要照表操課訪視。 令人印象深刻的是日本高中教師有完整的教學權。不會受家長的干擾或遭無謂的要求。教師不必承擔學生升學的壓力，所以學生可以有完整三年的高中主體教育。不像臺灣的高中，為了升學考試，高三的教育幾乎完全被放棄，教學被扭曲。學校成了補習班，老師上課教解題的時間可能比教導申論理論概念的時間還多。 從教育理念的角度來看，中學基礎教育一旦嚴重的偏離了正軌，學習淪為填鴨，學生就喪失了青少年時期思考趨成熟、轉大人的心智正常成長機會。也肇使得許多大學新鮮人思想幼稚、缺乏進取心、沒有遠見。 當然在日本升大學並非沒有壓力，譬如許多學生普遍的在高三畢業後如果進不了大學，就需要去補習班補習，因此就會有補習數年才進入大學的情形。換句話說，臺灣的學校和師長必須承擔學生升學的壓力，日本則完全由學生和家長來承肩升學責任。課外補習的情形則是兩國都一般的普遍。 還有一個例子是訪問筑波大學附屬駒場高中時，一位高三學生說到他在國二時曾在臺灣嘉義遊學一年，做交換學生。學校中幾乎天天考試，卻沒有思考、討論的時間，讓他覺得在臺灣上學是一件十分無聊、痛苦的經驗。 駒場高中是日本男生的名校，相當於臺灣的建國中學。學生能夠有見地，和專家、長輩侃侃而談，相信建中的學生也能夠做到。無論如何，這位學生對臺灣教育的剖析的確是一針見血。更難得的是他在少年時期就對學校教育和學習的品質有所期許，而且見解出類拔萃，是我在臺灣的青少年中間較難得一見的！ 化學甲子園與臺日化學教育交流 2013年我在京都大學擔任訪問教授期間訪問了大阪市立大學。接待的是中澤浩(Hiroshi Nakazawa)教授。中澤教授和我頗有私交，也知道我對高中化學教育有所參與。他在日本正在負責一個由科技催進部 (JST) 支持的高中化學競賽活動—「化學甲子園」。競賽作品從小論文到科展報告都有。他們希望把活動擴張到國際層次。中澤問我臺灣是否有學生願意參加？ 學生參與國際學術交流本來就是提升視野的機會。所謂知己知彼，百戰不殆。與國外的人事時地物接觸，有比較，就能啟發內心尚未開拓之處；激發潛力，擴張心智中的已經萌芽的能力。雖然投資較大，不易大規模的實施。若能雙方相互交流，就能大幅增加接觸的效益。 化學甲子園正在規劃提供國外學生及教師提出作品參加他們的活動，不參與競賽，但是作為觀察員，可以和日本學生交流。我認為機會難得，當場就允諾中澤教授，回臺灣之後一定努力促成化學甲子園的交流。 其後，我一方面向臺北駐日辦事處提出報備，請他們與JST就此案相互照會。回到台北後，我聯絡了在臺大科教發展中心(NTUCASE)的陳藹然博士，她是留日的化學博士，十分適合代表NTUCASE主持這個交流計畫。同時，我聯絡了科教館的朱楠賢前館長，請教他是否可以將國際科展當作對等活動，讓科展化學組的師生能夠訪日，也提供化學甲子園得獎的日生可以來臺參加國際科展。交通膳宿費用互惠。 事情發展得相當順利，2013年的10月，藹然博士就帶了當年科展的優秀師生參加化學甲子園。2014年2月，化學甲子園就挑選了兩位學生來臺參加國際科展當觀察員。詳細情形就需要聽陳藹然博士的第一手報導了。 […]

台日高中生化學交流：高中生專屬的化學交流盛宴 陳藹然 前國立臺灣大學科學教育發展中心執行長 naturechen2021@gmail.com 「高中生化學大賽（高校化学グランドコンテスト Grand Contest on Chemistry for High School Students）」由日本大阪市立大學榮譽教授中沢浩（Professor Nakazawa Hiroshi）創辦的，是一個以日本全國高中生（包含工業專科學校）為對象，進行化學專題研究交流的競賽。第一屆競賽在2004年11月7日於日本大阪市立大學舉行，共有21校（275學生）33件研究作品參賽。2013年（第10屆）起從日本國內賽轉型成國際賽事，邀請臺灣與新加坡組隊參加，競賽規模與影響力大幅上升。近幾年參賽件數平均超過100件以上，且北從北海道南迄沖繩皆有學校參賽，賽事被譽為「化學的甲子園」（圖1）。中沢浩教授因此獲頒《第39屆日本化學會化學教育獎》，獲獎理由為「透過高中化學大賽對化學的普及以及國際化的貢獻」。 圖1 2019高中生化學大賽宣傳海報（資料來源：競賽官網） n  化學的甲子園的誕生 這樣一個專為高中生辦理的化學研究交流，始於中沢教授剛到大阪市立大學化學系身邊的一個熱議：「為什麼高中生不來念理科（化學）？」理由不外乎「化學太臭了」、「化學很危險」、「化學以後的出路不好，薪水低」……。中沢教授開始重視這個警訊，以科技立國的日本，化學是重要基礎；高中生不來念理科（化學），這只是單純「高中端」的問題嗎？難道大學就沒有責任嗎？看到四周高中生熱血的棒球運動，中沢教授靈光一閃，來辦個可以與「高校甲子園」相比的「高中生化學大賽」吧！這個主意得到文部科學省、大阪市教育委員會、科學技術振興機構（JST）、日本化學會與Panasonic、Springer Nature、第一三共等等企業的支持。 為了讓競賽能夠獲得最好的支持、增加競賽能見度、吸引更多高中參與並發揮最大影響力，「高中生化學大賽」是由學界和媒體界共同主辦。學界部分，一開始是大阪市立大學主辦，然後是和大阪府立大學合辦，近年來參與過共同主辦的學校包含名古屋市立大學、橫濱市立大學等校。媒體界則是邀請了讀賣新聞社（大阪本社）等報社作為共同主辦單位，除了賽事快訊，還有詳細、大篇幅的競賽報導特輯會刊登在讀賣新聞日刊科學版上。（圖2） 圖2 2015高中生化學大賽刊登於讀賣新聞科學板上的賽事特集簡報。內容包含各得獎隊伍研究的簡介、評審講評。中間下方處欄位為2支國際參賽隊伍說明圖文。（資料來源：競賽官網） n  一切建立在好的發表 既然是大學發起主辦的高中生化學大賽，那大學的角色是什麼？應該有更積極的意義。在「高中生化學大賽」裡，高中生、高中教師和大學教師三者緊密結合。高中端提出研究計畫、檢索閱讀相關研究文獻、提出可能的問題解決辦法，進行實驗、搜集數據、解釋數據；大學端則負責邀請相關領域大學教授進行指導，提供研究支援。報名的隊伍需在規定期限內提出研究計畫，以隊不以校為單位，也不限隊伍的參加人數。經過2個月的研究輔導後提供4頁研究成果摘要，評審依據摘要審查，公布最後決賽的隊伍名單。決賽分為兩部分，只有前10名的隊伍有資格參加口頭報告競賽，其他隊伍為海報競賽當然參賽者。 競賽的重心除了化學專題研究本身，良好的發表更是重中之重。如何做一個好的報告？首先要有一個好的研究，準備好一個結果報告。這個過程有助於培養一個好的學生，同時需要一個好的指導者（老師）。長期下來就能累積建立起一個好的指導環境，變成一個良性循環。這跟108課綱核心的「素養導向」和「探究與實作」，強調科學探究精神，著重表達與分享有著相同的執行方針與目標。 n  邁向國際化，開啟高中生化學的交流 隨著國際交流越來越頻繁，全球化的概念讓中沢教授開始思考高中生國際觀的重要性。時值臺灣大學化學系教授陳竹亭在大阪客座訪問，陳竹亭教授除了是化學系的教授，也是臺灣大學科學教育發展中心（簡稱NTUCASE）的主任。言談中提到NTUCASE的旗艦活動「台積電盃－青年尬科學」競賽，正好也是以訓練高中生表達能力為核心意義，和「高中生化學大賽」的發表有著異曲同工之處。國際化的高中化學大賽應運而生。 2014年是「高中化學大賽」的第10屆，同時也是「高中生化學國際大賽」的第一屆。原先日本主辦單位規劃邀請臺灣、新加坡、中國和韓國等四個地區隊伍參加競賽，之後因為簽證等各種因素，最後只有臺灣和新加坡成行，以觀摩者、口頭報告方式參賽。由於競賽者主體仍是日本學生，大會並未規定須以英文進行發表與交流，但是發表的10個日本隊伍中有9個隊伍自動以英文發表，為競賽國際化和交流打下很好的基礎。 n  你來我往，科學對話不間斷 臺灣參加「高中生化學國際大賽」的隊伍由臺灣大學科學教育發展中心（簡稱NTUCASE）協助邀請，作為臺灣與日本在化學大賽的聯絡窗口。除了負責臺灣隊伍赴日與在日期間的相關事務，同時也輔導隊伍的研究摘要撰寫與發表。隊伍遴選基本上以當年度國際科展獲全國科展得獎隊伍為優先，在徵詢其赴日參賽意願並徵得同意後，提供日方參賽隊伍資訊。由於日方主辦單位負責每個參賽隊伍2位學生與1位指導老師的機票與食宿，隨著每年經費的狀況，參賽隊伍在1-2隊間浮動。歷年參賽隊伍請見附錄一。 「高中生化學國際大賽」近年來每年固定在10月下旬舉行，為期兩天，第一天下午是海報競賽；第二天上午是日本隊伍的口頭發表競賽，下午則是國際隊伍（臺灣與新加坡）的發表、大師演講和頒獎典禮。國際隊伍不參與競賽評分。每隊發表時間為12分鐘加上2分鐘的問答。 對臺灣學生而言，參賽過程最大的考驗和收穫就是語言。首先要用英文寫4頁正式的研究摘要，準備英文報告，上台面對數百位高中師生、大學教授與企業界人士以英文發表，最後還有大魔王：英文問答時間，這對參賽的高中師生們幾乎都是頭一遭。海報競賽又是另一大挑戰，絕大多數的海報都是日文書寫，只有極少數是以英文表示；只要臺灣師生站在展示海報前，日本學生雖然害羞，但是都樂意或看（手機）或背（稿），以英文與臺灣師生說明、分享他們的研究，雙方用簡單的英文或手寫字溝通。在競賽茶會時間，普遍英文都不是很好的台日學生們，從開始的生疏、不自在，在少數主動熱情日本學生的善意互動下，臺灣學生漸漸的願意主動與更多日本學生交談、拍照，進而交換社交媒體帳號。台日雙方師生間克服語言與心理障礙後的交流，每每讓我們以能協助參與這樣的活動而感動。（圖3） 圖3 「高中生化學國際大賽」活動照片（照片提供者：陳藹然） 由於臺灣與新加坡隊伍受邀參加「高中生化學國際大賽」（圖4），禮尚往來，臺灣和新加坡也邀請「高中生化學國際大賽」得獎隊伍分別前往臺灣和新加坡參加「臺灣國際科展 TISF」與「國際科學青年論壇International Science Youth Forum」。經由這樣穩定的高中生科學（化學）國際交流，提供難能可貴的機會，開展高中生的國際視野。 圖4 2018「高中生化學國際大賽」得獎者静岡市立高等學校與奈良女子大學附屬中等教育学校參加2019臺灣國際科展 TISF（資料來源：競賽官網） n  石の上にも三十年 日本有句俗諺：「石の上にも三年居れば暖まる」。即使是坐在冰冷的岩石上，坐了三年岩石也會變溫暖；也就是有志者事竟成。「高中生化學大賽」的辦理意義在「培育喜歡化學高中生」與「支持並培養充滿激情的高中化學教師」，對中沢教授而言「石の上にも三十年」，為了達到讓高中生不再排斥理科（化學）的目標，3年不夠，10年不夠，那就20年、30年，「高中生化學大賽」將持續下去。希望有朝一日，「高中生化學大賽」的參賽學生在大學畢業後，進入高中擔任化學教師，將自己對於化學的熱情、學習的樂趣與經驗傳達給他的學生；當這樣的老師越來越多時，就可以解決高中生排斥理科（化學）的問題了。 臺灣能有機會加入這個有意義、高中生專屬化學的交流非常難得，2020年受COVID-19疫情影響，競賽首度停辦。2021年改以線上舉行，但是2022年競賽又再度停辦。隨著國境開放，國際交流慢慢回復至疫情前，希望2023年「高中生化學國際大賽」能繼續辦理，臺灣學生再次赴日參與一場專屬高中生的化學交流盛宴。 圖4 中沢浩教授手持高中生化學大賽專書「高中生•化學宣言」。每年高中化學大賽結束後皆會出版「高中生•化學宣言」一書，邀請參賽隊伍寫下了參賽的心路歷程，紀錄並分享研究、發表準備與現場的苦惱、快樂與感動的每一刻。 （圖片來源：大阪府立大學） n  […]

高中生化學交流：一場又一場場的盛會 陳藹然 前國立臺灣大學科學教育發展中心執行長 naturechen2021@gmail.com 對參與的臺灣高中師生而言，「高中生化學大賽（高校化学グランドコンテスト Grand Contest on Chemistry for High School Students）」不只是一個單純的競賽，日本主辦單位還努力安排一個又一個活動。臺灣和新加坡的師生們在日本期間，透過參訪日本當地高中、大學、科學教育設施，從科學、語言、文化等方面認識日本，大幅提升這個活動的價值和意義。對每一位參加過這個活動，特別是第一次出國第一次到日本的學生和老師，都是一個非常珍貴與難忘的回憶。 n  高中生的化學對話 高中生的科學交流，無論國內或國外都很常見，但是限制在「化學」領域交流的「高中生化學大賽」應該是極特別的少數。在「高中生化學大賽」裡，高中生以各自化學研究成果進行對話。日本學生的研究題目非常多元，難易度跨距極大，從非常生活化、鄉土的題目，到專業度很高的研究，在這場高中生專屬的化學盛會裡都可以看到。其中部分研究主題與課程相關，是很好「探究與實作」教學素材。觀察歷年來的研究主題，也可以發現研究主題的趨勢與潮流。2014年起色素、染料、光敏或太陽能電池相關研究主題比例逐年提高。 由於大多數的研究是高中社團完成，研究成員數目有時可以多至20人以上，特別是延續性或需花費多年實驗的研究，累積數代的研究成果。印象中最深刻的福島磐城高校的「Carpanone全合成」，從2009年開始到2013年發表，歷時4年，參與學生29人。 臺灣學生在海報競賽會場從數十甚至上百張的海報中尋找感興趣的主題，並與日本學生互動。由於超過90%以上的海報都是日文，在你不會中文我不會日文的狀況下，雖然台日雙方學生英文能力有限，但是「化學」就是最好、能拉近彼此之間的共同語言，反應方程式、元素符號和研究精神全世界通用。看著日本學生拿出手機或手卡努力且熱情用英語介紹他們的研究，臺灣學生努力試著理解日本學生的解說，瞭解研究的內容細節，討論很快熱烈起來；尤其是看到與自己相似的研究成果，從討論中互相學習，得到新的想法。令台灣學生印象深刻的是，即使大多數的研究主題看起來很簡單，並且只要以基本的化學知識就可以完成的實驗，在解說的過程中卻能讓臺灣學生感受到日本學生的創造力與對科學的熱愛（圖1）。 相較於海報競賽的輕鬆，口頭發表競賽部份就極為正式。能夠進入口頭發表競賽的10支隊伍是這次競賽的前十名，研究主題的學術性比較濃厚，研究結果比較具體完整且有發展性。口頭發表競賽裡，每隊學生皆身著校服或正裝在台上進行12分鐘的發表，再接受2分鐘的問答，在場者不論是教授、高中老師甚至學生都可以發問。競賽現場除了開放觀眾索票入場，同時進行線上直播，讓不能前來現場加油或觀摩的學校師生，能夠在Youtube上看到隊伍發表情形。 「高中生化學國際大賽」並沒有因為有臺灣和新加坡隊伍的加入而規範官方語言為「英文」，仍有部分隊伍以英文或日英文混合方式製作投影片，並且大部分隊伍願意嘗試以英文發表。在上百甚至數百人面前以英文發表，對參賽的所有高中生來說大概是有生以來最大的挑戰，即使事前準備再充分，上台時還是緊張、恐懼和顫抖。但是當開始演講後，同學們表示：恐懼就像一縷煙霧消失了，越講越有信心。不過問答時間是一個大尷尬時段，同學臉上常見的茫然和緊張告訴大家：我們聽不懂教授在問什麼，不知道要怎麼回答。無論如何，能夠順利完成一次英文的公開發表，對同學和老師就是一個值得誇耀的成就和肯定。     圖1 以漫畫表示的研究摘要圖，讓人會心一笑（照片提供者：陳藹然） 在緊張的活動裡，也發生過幾個有趣的小插曲，例如：第一屆國際賽的午餐便當事件。「高中生化學大賽」分兩天舉行，第一天下午是海報競賽，第二天是口頭發表與頒獎典禮，是一整天的活動。或許是第一次有日本以外學生參賽，午餐時間日本師生紛紛拿出準備好的飯糰、便當，台灣和新加坡隊伍則是面面相覷，也不見有工作人員引導至餐廳用餐。原來在日本一般活動是不供應午餐、需自備是常識，又因為競賽在假日，學校食堂不營業。由於午餐休息時間很短，發現問題後，我們趕緊詢問學校附近有沒有商店，衝出去校外的尋找有賣便當的商店，好不容易發現有間賣便當的店，竟然還要現做！最後掐著時間手忙腳亂解決午餐問題。那時腦中唯一的想法是，為什麼校門口沒有超商啊～ n  高中生的文化對話 2013年是「高中生國際化學大賽」的第一年，行程比較單純，除了參加競賽外，並沒有安排其他的活動。但是從2014年起，經費充裕的狀況下（例如申請到櫻花科技計畫SAKURA Science Program），主辦單位積極安排各項參觀與交流活動，同時赴日參賽的行程也隨之增加到5-7天。 能夠有機會前往當地高中，直接參與課程並且進行師生交流，是非常令人驚喜的。在常翔學園（圖2）和向陽高校（圖3）裡，臺灣學生體驗了日本學生為他們設計的日本文化課程。 圖2大阪常翔學園的社團學生展示日本茶道和劍道等文化（照片提供者：陳藹然） 圖3名古屋向陽高校的學生、與臺灣、新加坡學生以分組巡迴方式進行專題研究成果分享、日本文化介紹和體驗（照片提供者：陳藹然） 這幾年來曾三度安排前往大阪府立千里高校參訪。從車站走到千里高校對臺灣學生來說就是一個很新奇的感受，沿途秋葉轉黃至紅，氣候涼爽，是在臺灣平地無法體驗到的秋日風情。在千里高校裡，臺灣和新加坡學生被安排和學生一起上課、一起做化學實驗，中午一起吃便當（圖4和圖5）。在簡單的自我介紹後，學生們開始他們在千里高校的第一堂課：中文課！午餐時臺灣和新加坡的師生散坐在日本師生間，邊用餐邊談天，好奇對方的學校生活，不時聽到笑聲。 圖4 千里高校的參訪安排與午餐交流（照片提供者：陳藹然） 圖5在千里高校的化學實驗課程。直接提供鋰、鈉和鉀金屬給學生進行元素性質實驗，與明火（本生燈）的使用，令人印象深刻（照片提供者：陳藹然） n  原來日本的大學是這樣啊 除了參訪日本高校，與更多日本高中師生接觸，還有主辦大學的參訪活動。歷年來學生們曾被安排參觀了大阪市立大學人工光合成研究中心、人類生命科學院和化學系，大阪府立大學化學系，名古屋市立大學藥學系和醫學院等處。在大學裡，臺灣師生們除了看到許多貴重儀器如核磁共振儀、電子顯微鏡、共軛焦顯微鏡等（圖6），日本教授們也安排了數個實驗室研究介紹（圖7）和簡單的化學實驗（圖8）。甚至還參加了一堂名古屋市立大學開給大一新生的課程。 圖6學生參觀大學實驗室與醫學院貴重儀器，以及藥用植物園（照片提供者：陳藹然） 圖7大阪府立大學化學實驗室研究介紹（照片提供者：陳藹然） 圖8於大阪府市立大學（左）房屋與環境設計系進行熱電偶實驗（右）物理有機實驗室進行螢光分子實驗（照片提供者：陳藹然） n  原來日本的科教館是這樣啊 參觀當地的科學教育設施也是重要行程之一，例如大阪和名古屋的科學館。對於熱愛科學的學生來說科學館絕對是必去的地方。其中有兩個讓人印象最深的地方，第一個是大阪科學技術館（圖9）。大阪科學技術館和一般科學館最大的不同在於，這是一個由企業與研究機關贊助成立的科學館，展出企業目前正在使用、最新的科學技術，並且可以親身體驗學習。 圖9大阪科學技術館（照片提供者：陳藹然） 在大阪科學館裡發現一個不尋常的特展，博學連攜角落（Museum-University Collaboration）（圖10）。顧名思義，是在科學館與大阪大學合作，做了一個介紹大阪大學理學院重點研究介紹的特展。這對大學研究科普化是很好的示範，希望未來也能在臺灣的科教館內看到這樣的常設展。 圖10大阪市立科學館博學連攜角落（照片提供者：陳藹然） n  從臺灣出發的永續化學教育 對赴日參加「高中生國際化學大賽」高中師生而言，這是一趟日本科學冒險之旅。參訪與競賽結束後，日本主辦單位都會邀請參賽隊伍撰寫參賽心得，並集結出版成書「高中生•化學宣言」。節錄部分臺灣學生的感想（原文為英文）。（2013北一女）當我第一次知道我和我的伙伴可能有機會在日本第 10 屆高中生化學大競賽上發表演講時，我非常興奮和高興，很高興有機會與他人分享我們的作品，體驗其他文化。然而，很快我就遇到了三個主要問題。首先是比賽的時間，距離我們大學入學考試只有兩個月的時間，這個考試對所有臺灣學生來說都非常重要。雖然我很在意自己的時間管理，但我就是無法忽視心中對把握機會的渴望。和父母慎重商量後，我最終決定試一試。 […]

高中生化學交流：疫情下台日高中生的化學交流 許文綺 高雄市立新莊高級中學 jambeck187197@hchs.kh.edu.tw n  前言 在2021年暑假時，我和學生才剛比完競爭激烈的全國科展競賽後，同學都非常辛苦，想說終於可以鬆一口氣了，已經脫離不斷實驗和報告的可怕煎熬時，沒想到，我們竟然在八月收到了化學推動中心邀請參加台日高中生化學交流活動，這原本是一個日本國內高校化學研究發表競賽，像是我們的科展，2014年起增加了國際觀摩部分，邀請2支台灣隊伍和1支新加坡前往日本參加競賽，2020年受到疫情影響停賽，2021年賽事恢復，改採線上活動，受邀隊伍參加10/23下午海報交流，但因為線上舉辦，所以我們不用準備交流活動，主要是10/24的口頭報告，準備12分鐘英文報告和2分鐘問答，以3分鐘問答，賽事的準備部分，有化學推動中心的藹然老師全力協助。 收到化學推動中心的誠摯邀請，當下的感覺是一種對自己的肯定，能代表台灣參加國際賽事，對於學校和自我是一份難得的經驗和榮譽，但另外一方面，同學們都感到擔心和焦慮，因為深怕英文能力不佳，報告的不好，無法順利完成報告等等，不過最後，同學都順利完成這次的交流活動，並且都表示說這次活動雖然辛苦，但也是一個寶貴的經驗。 n台日高中生化學交流 一、研究簡介 在我還是剛考上高雄市立新莊高中的第一年的新進教師時，我和學校的呂台華物理老師一起合作，帶領三位學生：林威廷、李采澐、陳冠智一起嘗試科展的研究，由於我們做過藍瓶反應實驗，可利用搖晃使空氣中氧氣溶解產生氧化還原反應，於是便有了想要探討搖晃或振動等物理因素來控制化學反應，這個主題令我感到相當好奇，因此我們先去查詢資料，找到一篇很相關的論文（Hwang et al., 2020）作為參考，規劃設計實驗裝置來進行化學研究，讓液體的化學反應有類似像物理一樣產生漂亮的克拉德尼圖形，並找出其圖形的規律。 剛開始實驗時候，面臨到的最大問題是調配藥品，要調到可以掌握反應變色時，轉換變色時間需要調控好，不能太快或太慢變色，才可以觀察到明顯顏色變化，調完濃度後，再來是調整反應條件，像是底部半徑、液面深度、振動頻率等等實驗條件，嘗試過程中，大部分做出的結果都是渦流或亂流的圖案，沒辦法得到一個穩定及整齊的現象，一直到寒假的最後幾個禮拜才做出規律的研究成果。 最後，我們終於試出可以讓溶液內同時存在不同顏色的氧化還原化學平衡態、酸鹼值的非平衡狀態的實驗條件。調整液體振盪頻率可控制氣體（如O2 和CO2）在水中的溶解，在溶液中產生不同的化學模式（如氧化還原態或酸鹼值之差異），藉由向氣液界面持續供應能量來控制溶液中的化學反應，讓溶液的表面呈現特定的圖案，將溶液狀態分離成具特定圖案的反應模態（圖1）。實驗中觀測不同共振模態時，所對應的特定頻率與駐波圖案，找出使溶液達成共振的決定因素和條件，並進一步探討其未來的應用。 圖1：台日交流活動由我們的英文摘要圖片擷取 二、台日高中生化學交流活動 （一） 英文摘要書寫     對於活動來說，以前都是參加國內的活動，全部都是以中文報告書寫，這次我們都是第一次參加需要全部使用英文的活動，對於學生最大的困難可能就是以英文去書寫摘要，以及製作英文報告內容，同學都是英文苦手，所以在中文報告轉換成英文遇到許多麻煩。首先，我們先創立一個雲端硬碟，裡面放有台灣歷屆參賽的小組摘要和報告當作範本參考，並且，我們也把我們的科展作品中文說明書以及參考資料一併放上去，方便資料查詢比對。 我們訂定好時間規劃，開始寫英文摘要，並以信件方式與藹然老師來回修改摘要。後來我才知道，原來摘要的部分要符合國際發表的科學文章書寫方式，老師一直強調說：寫科學文章不是只有寫說我們做了什麼研究？然後把研究數據上去，之後數據分析和歸納結論。而是要有故事性和邏輯性，我們會先放上一張主要的介紹圖片，讓大家第一眼看到圖片之後，就有初步認識我們的內容。開始介紹的部分，在內文中介紹這個研究主題的背景來源，動機目的（如因為氣候變遷，能源缺乏等原因，讓我們想要去做能源有關的研究探討），讓讀者知道來龍去脈，會覺得這個研究很生動有趣，很吸引人。主要內容的部分，要很有架構，有邏輯性去構思好內容，如把相同的實驗設計歸納在一起（像是我們把藍瓶反應一系列實驗設計都放在一起，如不同容器形狀、液體深度、振動頻率，但是都是歸納放在第一部分的藍瓶實驗內容中），並且要讓不同的實驗變因中有連貫性（後續做了酸鹼指示劑部分探討，和第一部分藍瓶實驗分開，但一樣環環相扣主要主題），參考資料須符合國際的書寫方式去引用。透過跟藹然老師互相修改英文摘要過程中，學生表示學到了正式科學文章的書寫格式，這些確實都是同學未來到研究所時，書寫碩博士論文、科學文章時一項重要的能力。 （二） 英文報告投影片 英文報告內容會跟投影片內容相關，製作投影片的同時，也是會符合我們在口頭上的報告的邏輯次序，投影片內容上，要有大綱說明研究內容架構（表1），主要的研究內容會多使用圖片動畫、影片來呈現，因此，我們把很多研究內容都用電腦繪成圖形，介紹實驗流程是做一系列的圖片動畫，甚至我們在於某些地方會穿插實驗影片來讓報告更活潑生動，最後放上幾張投影片介紹高雄和我們學校特色給他們。 在開始報告時，我最擔心的是學生的口頭報告，因為我和學生英文能力有限，口頭表達能不佳，最怕如果日本教授用英文提問時，學生不容易應對。藹然老師表示說：英文提問只能靠學生現場的臨場反應，畢竟提問的問題是不可預測的，但是老師有安排試講，有藹然老師和詹益慈教授線上討論幫我們訓練英文，由於疫情的關係，線上活動可以不用直接面對到台下觀眾，在報告壓力確實小很多。                  表1 英文報告投影片內容架構（報告12分鐘 2分鐘QA） 投影片頁數 內容 1 標題 1-2 緒論 1 投影片內容重點（條列式） 7-9 結果與討論 1-2 結論 未來發展 2-3 介紹家鄉（和學校） 1 謝誌 1 謝謝、接受問答   （三） 報告當天 台日交流活動有兩天，第一天禮拜六是海報報告，有很多線上小會議室有日本學生們的研究報告，我們可以各自挑自己有興趣的主題去加入會議室中聽日本學生們報告，也可以在他們報告完後進行Q&A，活動這天也是高三生的英聽大會考，高三的兩位同學去參加考試，直到下午才來參加活動，不過他們都有嘗試在線上跟日本學生們互動，雖然沒辦法實體見面交流，但是透過線上的問答交流也是相當有趣。 […]

高中生化學交流：難忘的科學之旅 李承典、張簡琦麗 屏東縣立枋寮高級中學 lctn@gm.flhs.ptc.edu.tw chili830@gm.flhs.ptc.edu.tw n  紮根枋寮 說到枋寮，或許你會想起余光中「車過枋寮」這首詩，這裡是南迴鐵路的起點，是一個位於屏東南邊的偏遠小鎮，靠山面海，風光明媚，民風純樸，居民大多以農漁為生，在民國90年，政府考量本地學子就學不便，因此將枋寮國中改制為完全中學（即現稱普通型社區高中附設國中部），讓本地學子，能免去舟車勞頓，在枋寮接受六年一貫的高、國中教育。 本校學子組成多元，除了普通生，更有為數不少的新住民子女、原住民學生以及弱勢學生，所占比例超過1/2，因此更加凸顯學校教育的重要性。本校多年來積極爭取外部資源、申請各類計畫、充實校內軟硬體設備、發展多元適性課程、雙語教育及國際教育，持續努力縮小教育資源的城鄉差距。 為鼓勵學生在多元學習上有更多的嘗試與體驗，學校積極與大學端做連接與互動，引入大學資源，協助學生進行深度的學習探索與研究，有機會跨出枋寮，擴展學習視野。真的很感恩，這些一路陪伴著我們成長的大學教授們，無私的奉獻，成就偏鄉學子的科學夢。 n  放眼世界     國際教育是本校發展的重點之一，我們希望枋寮的學子，不因地域限制，侷限了自己的視野，因此，從參加iEARN國際教育專案計畫，與巴基斯坦學生視訊交流開始，邁出了國際交流的第一步。而過去每年德國斯圖佳高中學生來訪，學生從一開始的羞澀，到能夠用簡單英文與外國學生交談、介紹臺灣的生活、文化、美食…等，甚至能帶德國學生逛夜市、逛廟會，融入本地生活。隨著國際教育2.0與雙語教育的教育政策，這幾年與國外的學校互動機會增加了，透過線上姊妹校學生的視訊交流及辦理日本、韓國與東南亞的國際教育旅行，為學生建立起與世界接軌的橋樑。     科學與科技教育也是本校發展的另一個重點項目，科技部高瞻計畫提供我們許多的資源來發展科技教育課程，學生的課程成果，也成功在 [日本科學競賽和論壇] 2017-KISF & Tsukuba Science Edge 2017，進行口頭與海報發表。同時學生在綠色化學領域研究的成果，也受邀參加日本第十四屆高中生化學競賽，與來自日本、新加坡的學生進行科學交流！在此之前，我們從來沒想到能夠有這樣的機會，用科學帶領學生站上國際的舞台！     本文就從此次參加日本第十四屆高中生化學競賽談起，與讀者分享教師及學生的收穫與改變。 n  夢想的起點 高中生從事科學研究一直以來，是許多學校努力的方向，除了給學生從事研究的機會以外，也增加了學生在多元學習與參與競賽的機會，然而對枋寮這樣的偏鄉學校，是非常難能可貴，除了地處偏遠以外，更缺乏的是設備與資源的提供，回首學生一路的研究過程中，無比的艱辛與充滿挑戰，最後能夠從地區競賽一路到全國科展榮獲高中組化學科第一名，就像是在未知的世界裡找到更棒的視野，我們都像是踩在巨人的肩膀上，渴望發現巨人遺漏的美景。 更開心的是，學生的研究成果獲得青睞，收到日本第十四屆高中生化學競賽的邀請，此次我們以材料與綠色化學領域的主題參賽，進行口頭發表，作品主要研究：使用不同型態的鈀金奈米觸媒催化劑，用以提高燃料電池的效率。透過這個實驗，不僅可以觀察不同型態鈀金奈米催化劑的結構，還可以進一步發現哪一種催化劑的比例，擁有最高的催化活性及穩定性，對於減少污染和保護地球的想法可以有實際的作為(陳映沂、陳姿鳳，2016)。 n  豐碩的科學之旅      日本第十四屆高中生化學競賽由名古屋大學主辦，來自海外的團隊，包含臺灣還有新加坡華僑中學的師生，在為期一週的行程中，除了研究發表的重頭戲外，主辦單位也規劃了精緻專業的參訪共學行程及文化體驗活動，包含名古屋市立大學（醫學院）、高科技磁浮列車展示館、鐵道館、名古屋科學館、豐田產業技術紀念館、熱田神社、名古屋城…等參訪體驗行程，並與名古屋市立向陽高校學生進行科學交流。   圖1：向陽高校分享會發表。            圖2：向陽高校學生準備的摺紙體驗。 （照片提供者：李承典）                      （照片提供者：李承典）     名古屋市立向陽高等學校是日本文部科學省（MEXT）指定的超級科學高中(SSH)，學校規劃了研究成果分享會，進行學術交流，也是我們此次正式發表的前哨站(見圖1)。在分享會中，向陽高校參與發表的學生們，以流利英文說明研究成果，言談中所展現對科學研究的熱忱與專業、自信的態度，令我們留下深刻的印象，過程中臺灣的學生也透過介紹在地家鄉的美食與文化讓向陽高校的師生瞭解臺灣。分享會後，向陽高校學生安排古箏彈奏、摺紙體驗(見圖2)與劍玉比賽，拉近了彼此的距離，也留下聯絡方式，讓彼此都有機會在社群平台中，關心在不同國度裡，生活與學習的點滴。     在名古屋市立大學的參訪行程中，理學研究科田上英明教授，特別安排我們旁聽一堂生命科學的通識課程，教授以全英文授課，搭配精彩的簡報內容及豐富的肢體語言，對老師而言，是一場非常棒的EMI雙語教學觀摩。在名古屋大學醫學院中，我們體驗外科縫合操作(見圖3)，並參訪了醫學院的實驗室(見圖4)，其中包含了抗癌藥物準備室，了解抗癌藥物製劑必須經過精密計算，在這個自動化的時代，科學家們開發出機械手臂去進行試劑的調配，不僅可以節省人力，也可以防止人為的污染問題。           圖3：外科縫合體驗。                 圖4：名古屋大學實驗室參訪。 （照片提供者：李承典）                  （照片提供者：李承典） 來到Grand Contest的海報發表會場(見圖5)，相比於在臺灣科展的經驗，這裡更多的是和日本學生的交流。我們發現日本學生擁有非常豐富的創造力和想像力，也很擅長從生活中尋找研究題材(見圖6)。例如，其中一組研究是手工製作的塑膠食品模型，就像水果、蔬菜或炸雞一樣。他們之所以做這個實驗，是因為他們覺得食物的模型非常可愛和吸引人，所以他們想自己做。就像田上教授所說：「我們不知道答案，所以我們才研究它。」，雖然是從很簡單的一個小模型發想，但透過團隊討論和不斷的研發改良，做出大家心目中理想的作品，這不正是108課綱探究與實作課程的精神！   圖5：Grand Contest海報發表。           圖6：有趣的自製粉筆探討。 （照片提供者：李承典）                […]

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 […]

大學化學實驗課程設計與線上教學 佘瑞琳 臺灣大學化學系 師資培育中心 shirlin@ntu.edu.tw ■ 前言 化學是科學的中心，是一門實作科學；藉由操作實驗、記錄量測和觀察結果，以具體印證或推論化學原理原則。一般各大學基礎科學領域、生命科學領域及材料工程領域的學生，多需要修習普通化學與實驗。以臺大為例，一年約有2200位學生需要修習普通化學與實驗，每一週約有20個實驗班次進行普化實驗。而配合各學系的專業發展，有一半以上的學生尚須必修進階的有機化學、分析化學及物理化學課程與實驗。因此化學實驗課程的核心內容、所培養之科學素養精神、所涵蓋之基礎實驗技能，及實驗課程之預備與實施等，均是教學教師於規劃實驗課程時需考量的。 化學實驗強調學生需動手操作，需仔細觀察記錄，需整理歸納找出規律性，最後獲得具體結論。化學實驗需要大量的準備工作及完整的教學設計，讓學生能從做中學，並引發其學習興趣。因此在中國化學會（Chemical Society Located in Taipei，CSLT）趙奕姼秘書長的籌劃下，於 2021 年 8 月 23 日舉辦《2021全國化學實驗課程設計_線上交流會》，讓全國化學實驗相關教師齊聚一堂以交換教學心得（圖1）。會中首先邀請到海洋大學賴意繡老師、成功大學何桂華老師及北一女中周芳妃老師分享『疫情下的線上實驗課程設計』。高醫大林雅凡老師、陽明交通大學黃立心老師及臺大劉銘璋老師分享『透過課程設計培養學生的實驗動機與能力』。當日共有 130 餘位來自各地大專院校及高中實驗相關教學人員與會（中國化學會，2021）。全國第一次的化學實驗課程設計線上交流會，藉由六位講者分享實驗教學設計理念與學生學習成果，吸引與會者也提出各校的施行方式，而獲得極大的回饋與迴響。繼而《臺灣化學教育》主編邱美虹教授籌劃出版《大學化學實驗課程設計與線上教學專刊》，由我擔任專刊客座主編，以邀請更多大專院校教師，分享化學實驗設計與遠距教學心得。 圖1 全國化學實驗課程設計線上交流會 ■ 本期專刊介紹 本期專刊主題是《大學化學實驗課程設計與線上教學》。首先是由高雄醫學大學羅珮綺老師依據醫藥暨應用化學系的特色，介紹多層次且學生印象最深刻的『大學阿司匹靈合成實驗』。第二篇是由實驗教學經驗豐富的何桂華老師介紹成功大學有機化學實驗之教學理念，及因應疫情而設計多元化之有機化學實驗線上遠距教學，讓學生仍能達成學習目標。接著是陽明交通大學黃立心老師分享大學生於普化、有機、分析、物化基礎實驗訓練之後，可以進階修習的「整合型化學實驗」選修課程；以核心專題的模組，讓學生學習研究型實驗。第四篇則是邀請高雄醫學大學林雅凡老師介紹其有機化學實驗之遠距教學設計理念與實施後之省思。第五篇是海洋大學賴意繡老師因應疫情發展，以他30年的實驗教學經驗，努力設計實驗遠距教學和改變評量方式，並比較前後共二次實施遠距教學之心得和反思。第六篇由嘉義大學邱秀貞老師分享面對實驗遠距教學挑戰所設計的實驗箱，讓學生在家製作室溫磷光物。第七篇是屏東科大黃武章老師分享在學校軟硬體的全力支持與全體教學助教的協助下，首次實施實驗遠距教學的心得感想。最後，由臺大沈晏平老師分享他在帶領普化實驗遠距教學與學生互動之感想，並比較線上遠距及線下實體教學之優缺點。 本期專刊《大學化學實驗課程設計與線上教學》共八篇，主題如下： l   大學化學實驗課程設計與線上教學：合成阿司匹靈—跨越高中到大專、化學到醫藥、實體到遠距／羅珮綺、許智能、林雅凡 l   大學化學實驗課程設計與線上教學：有機化學實驗與遠距教學課程設計／何桂華 l   大學化學實驗課程設計與線上教學：大學基礎化學實驗後之選修實驗課設計與實施／黃立心 l   大學化學實驗課程設計與線上教學：新冠疫情之下，有機化學實驗課的省思與創新—高醫大醫化系的例子／林雅凡*、李建宏、羅珮綺、高佳麟* l   大學化學實驗課程設計與線上教學：海洋大學普化實驗線上遠距教學及其多元學習評量—因應疫情紀實錄／賴意繡、黃志清 l   大學化學實驗課程設計與線上教學：疫情時代的化學實驗課—室溫磷光之製作／邱秀貞 l   大學化學實驗課程設計與線上教學：疫情期間普通化學實驗課首次遠距教學調適經驗分享／黃武章 l   大學化學實驗課程設計與線上教學：臺大普化實驗之線上教學設計—實驗安全與實驗技能／沈晏平 ■ 結語 化學是一門實作科學，但因為這二年多來數次疫情影響，不得不停下實體課改採線上遠距教學或實體與遠距混成教學時，實作實驗課如何經由課程設計，繼續吸引學生專注學習，以達到原訂之學習目標？這需要教師們不斷的努力嘗試與反思改進。藉由加入多元化的教學資源、教師社群的觀摩分享，而能截長補短，不斷精進。大學教師的教學、服務與研究，需三方面並重並進；如何將學術研究成果融入學生實驗教學？如何能吸引我們的學生樂於實作實驗的學習？需要更多的教師投入心力與關注。藉由化學會舉辦的全國化學實驗教學人員工作坊或研討會，及《臺灣化學教育》這一次專刊分享，希望能引發更多的迴響！新冠肺炎疫情雖然影響全世界、全人類的生活方式，但不影響我們教學的熱忱。實驗教師們隨著時空環境變遷，獨自在沒有學生的實驗室或辦公室構思、設計、滾動式地調整我們的實驗教學模式。期待的是：學生的學習不受到距離的影響，仍能保持學習熱情，而更珍惜每一次學習的機會。 ■ 參考資料 中國化學會（2021）。2021 全國化學實驗課程設計線上交流會｜疫情下的線上實驗課程設計、透過課程設計培養學生的實驗動機與能力。Youtube。https://www.youtube.com/watch?v=sp0l4ywP4wU