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

設計適合國小學生動手做的化學實驗  周金城 臺北教育大學自然科學教育學系 ccchou62@tea.ntue.edu.tw   l  十二年國教自然領域課綱國小階段說明 十二年國教自然領域課綱之特色與原則，在國民小學教育階段是:1.強化以「主體經驗」為主，「客體經驗」為輔；2.著重觀察、親身體驗和具體操作；3.培養學習興趣、保有好奇心；4. 根據觀察體驗提出自己看法；5.從生活中察覺問題(十二年國教自然領域課綱，2018)。如何設計給國小學生可以動手做且生活化的科學實驗，並且可以在國小教室中能實際帶學生進行實驗，是許多國小教師的挑戰。許多有趣的科學實驗，受限於時間、經費、設備、場地、安全性、學生能力等考量，在國小的教室中進行並不容易，要如何轉化成為國小學生可以實際執行的科學實驗，若能有國小教師願意將實際帶學生進行科學實驗的教學經驗分享，則其他教師就可以據此加以修改減少摸索的時間。 參照十二年國教國民小學教育階段自然領域課綱，國小教師未來在設計科學實驗活動上，可以注意以下以幾個部分。國小自然內容選擇上，以日常生活可實際觀察的題材為主，並能引發學生的探索興趣。讓學生可以透過觀察、資料收集、比較分析與實驗等方法來找尋答案。國小自然實驗設計上，在「進行實驗探究時，學生能夠將實驗結果做描述性或數量化的分析，並利用合適的方式或型式表達探究之過程、發現或成果。」因此，設計實驗活動時，能讓學生展示與發表實驗結果是重要的，可以讓他們彼此觀摩與學習。國小自然議題的選擇上，「配合學生日常生活情境中所遭遇科學環境相關議題如：能源使用、環境汙染、生態破壞等，選擇合適議題，引導學生透過資料收集、論證、合作專題探究等多元學習方式，建立正確的認知，養成良好的態度與技能並落實於生活之中。」國小自然教學流程設計上，「可採結構式探究活動，循序漸進，由教師提出具體的研究問題，指導學生體驗從事科學活動的歷程，如設計研究流程、收集資料與分析、提出解釋與結論。透過實地操作探究活動，學生能認識和使用適當的測量工具，觀察自然事物的變化，思考造成變化的因素，進而選取其中的變因，設計實驗流程，實際操作，進行資料的收集與分析。」(十二年國教自然領域課綱 p67-74，2018)   l  本期專題文章簡介 本期專題共有五篇文章，都是有經驗的國小教師將常見的化學實驗轉化成在國小教室中可以實際讓學生動手進行實驗與討論的教學經驗分享。我們可以透過網際網路搜尋很多設計完整的化學實驗，但我們比較缺乏的是這些化學實驗在國小中該如何來修正與進行，以及學生在做實驗時常會有哪些操作上的錯誤問題，或是這個實驗所涉及的相關科學概念學生會有哪些迷思概念等。要知道這些問題的答案，在過去需要教師多年教學經驗的累積，而現在資深教師透過網際網路的社群分享，讓新手教師可以減少摸索的時間，並讓經驗得以累積。 第一篇”「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”是周正秋老師利用美國化學學會所出版的中學化學實驗教材中有關分子實驗設計，在台灣的小學高年級的教室中進行教學的經驗分享，利用已經開發的國外教材，改編成在適合台灣教室中可以進行的教學設計，對國小教師而言是一個很重要的能力。 第二篇是莊真真老師所撰寫的”低年級的學生也可以自己輕鬆製作標本”，利用環氧樹脂的A劑與B劑，讓一年級學生將乾燥的昆蟲軀殼放入做成漂亮的水晶標本，藉由像美勞一樣的活動，從中體會環氧樹脂的A劑與B劑相加後放熱與硬化的化學反應過程，雖然沒有辦法清楚對國小一年級學生解釋化學反應，但也讓學生在動手做的過程中能觀察、親身體驗和具體操作。 第三篇文章是”如何帶國小五年級學生動手進行萃取植物葉綠素實驗”，張詩敏老師設計一個讓國小五年級學生動手做探究與實作的活動，比較不同溶劑萃取葉綠素的效果，並讓學生進行實驗紀錄與比較。 第四篇文章是”讓國小學生調配不同比例玉米粉進行「擴溶現象」之探究”，是由老嘉琪老師所設計改編自常見的非牛頓流體實驗，加入國小五年級所學的酸鹼溶液性質，探究對非牛頓流體性質的影響，是符合國小高年級學生能力的設計。 第五篇是”國小學童進行電池取火「燃燒火種」活動”，由黃郁芬老師所設計改編電池打火機的實驗，讓學生重複操作網路上的實驗影片內容，確認網路影片實驗結果也是對學生很好的訓練，訓練學生思考網路上的影片是否真的都可以輕易完成，還是需要有一些要注意的實驗技巧，甚至發現網路實驗影片可能是假的。 以上五篇都是由國小在職教師所設計或改編的實驗活動，都在教學現場實際進行教學過，也對教學過程提出改進的省思，相信可以給其他對國小化學實驗設計有興趣的教師，提供一個國小化學實驗教學上的參考。   l  結語 要設計可以實際在國小進行的化學實驗並不容易，最難的部份是要能了解學生在實驗室中的各種突發狀況。最近筆者帶大四的國小師培生到國小進行三周教學實習，其中五年級自然實驗活動就是使用點燃的線香插入充滿氧氣的瓶中觀察氧氣的助燃現象，看似簡單的實驗，卻有五年級在實驗過程中因為疏忽導致被點燃的線香燙傷。如何設計安全有趣的化學實驗相當重要，在整個實驗活動的安全流程設計需要長期教學經驗的累積，藉由國小教師彼此間分享教學經驗，才能夠讓實驗教學能越來越精進。   參考資料 教育部(2018)。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–自然領域課程手冊。台北市:教育部。

設計適合國小學生動手做的化學實驗: 低年級的學生也可以自己輕鬆製作標本 莊眞眞1, 3, *、張自立2、辛懷梓2 1國立臺北教育大學自然科學教育學系碩士在職專班 2國立臺北教育大學自然科學教育學系 3新北市立板橋區海山國民小學 *jan600713_tw@yahoo.com.tw   n  前言 在4年級下學期的自然課程中，有一個認識昆蟲的單元，學生們養了紋白蝶的幼蟲，養了鍬形蟲和獨角仙，這些昆蟲的生命都是精彩又短暫的，這些紀錄觀察死亡後的蟲體就這樣隨意丟棄豈不是很可惜，如果可以將這些蟲體製作成標本，不但可以永遠的欣賞牠的美，學生在製作過程中，必須長時間仔細觀察昆蟲，因此，對昆蟲的了解也會有所精進，有了這些原因及想法，讓我決心帶著我今年帶的國小一年級學生來製作水晶昆蟲標本。   n  「水晶昆蟲標本」介紹 將最喜愛的昆蟲，讓牠的美麗化為永恆，由於水晶標本是透明的，蟲體的每一個細節都可以看得非常清楚，非常方便日後再仔細的觀察研究。   n  課前準備 材料: 1.環氧樹脂(主劑A膠)+B膠(硬化劑)2.乾蟲體(自行準備，也可用貝殼或乾燥花替代) 3.攪拌棒(實心)4.塑膠透明杯5.矽膠模具6.電子秤   圖1 實驗材料 圖2 實驗藥品 圖3 模具   模具也可以使用製冰盒或保鮮盒〈好脫模的容器都可以使用，請勿使用紙類的容器裝。   n   教學活動設計 一、引起動機 小朋友，四年級的哥哥、姊姊們上自然課，有養很多小昆蟲，昆蟲的單元即將結束，四年級的哥哥、姊姊們所養的獨角仙相繼死去，有沒有同學想過，這些辛苦養的獨角仙死去後要如何處理?我們是否可以想一想，要怎麼做才可以不讓獨角仙及其他昆蟲成為螞蟻或蟑螂的美食?   二、發展活動 活動一：處理蟲屍及乾燥蟲體 1.      先將已經死亡的蟲體置於保麗龍板上，然後在身體的兩邊用昆蟲針固定，並調整其附肢的姿勢，使看起來像站立休息或走動栩栩如生的樣子，同時以昆蟲針固定附肢在保麗龍板上。 圖4 將死亡的甲蟲固定姿勢   2.      將此標本連同保麗龍板放在烘乾箱或通風有陽光的走廊及陽台邊風乾，製作過程注意不要被螞蟻或蟑螂吃食。如果蟲體體型較大，烘的時間要較久才能保持乾燥。   活動二:介紹 AB膠 說明環氧樹脂之主劑A膠與硬化劑B膠以適當比例混和後，會開始硬化與放熱。不同的比例會影響成品的好壞。   圖5 環氧樹脂A膠主劑 圖6 環氧樹脂B膠硬化劑 […]

設計適合國小學生動手做的化學實驗:如何帶國小五年級學生動手進行萃取植物葉綠素實驗 張詩敏 國立臺北教育大學自然科學教育學系碩士在職專班 nice1040802@gmail.com n  前言 學生在學習三年級上學期植物的單元時，對於不同植物的葉片作外部觀察，並依照葉子特徵(例如：「葉的形狀」、「葉的邊緣」、「葉的大小」、「葉的顏色」、「葉面紋路」)作的簡易觀察與分類。到了五年級學生學習到植物會行光合作用，當學生想深入探究關於葉子如何在內部行光合作用，教師需引導學生關於葉子的相關構造和反應機制。 自然界中充滿許多有趣的事物，等著我們帶領學生一起去參與和體會，並從中獲得不一樣的感動。在自然與生活科技領域的能力指標中提到「智能思考」──學生需培養批判、創造與解決問題的能力。為了能讓學生學習這些能力，我們需教導學生學習科學的方法，以提升學生觀察現象的技能、如何從觀察到的現象中提出假設、將假設設計成實驗、從實驗結果驗證觀察到的現象。 n  「葉綠素」介紹     在植物中的葉綠體，含有許多不同種類的葉綠素，以葉綠素a和葉綠素b最常見。而在植物行光合作用時，葉綠素能使用大自然的太陽能將CO2和H2O轉化為葡萄糖和O2，是一種非常重要的綠色色素。我們可以使用有機溶劑將植物中的葉綠素萃取出來變成葉綠素溶液，但不能使用水進行萃取，而葉綠素溶液能也行光合作用(陳昭錦，2013)。 n  實驗目的 讓學生經由實驗比較不同水與酒精萃取植物葉片葉綠素的效果 n  實驗器材 實驗材料(全班共用)     600 mL酒精、2000 mL熱水置於熱水瓶中、足量的福木與桑樹的葉片。 器材準備（各組使用） 打洞器5支、燒杯(250 mL)1個、燒杯(100 mL)4個、抹布1塊、碼表1個、試管夾4支、三角架1個、酒精燈1個、陶瓷纖維網1個、透明玻璃觀察瓶(10 mL) 4個、培養皿4個、隔熱手套一雙。 n  教學活動設計 引起動機 教師說明植物行光合作用需用到葉綠素。 發展活動 活動一：比較「福木」與「桑葉」的葉子外觀。 1.      概略複習、說明葉子的外形分類。             (左圖：福木的葉片    右圖：桑樹的雌葉) 2.      介紹植物葉子的基本構造。 活動二：萃取葉綠素。 1.  萃取葉綠素方法的介紹。 2.  學生操作萃取葉綠素的實驗步驟： 步驟一：用打洞器在葉片上打100個相同大小的圓形葉錠。 步驟二：把100個葉錠倒入100 mL的燒杯中，在分別加入40 mL的酒精(右圖)、水(左圖)。使用100 mL熱水加入250 mL的燒杯。將250 mL的燒杯置於陶瓷纖維網上，再把100 […]

設計適合國小學生動手做的化學實驗: 國小學生調配不同比例玉米粉進行「擴溶現象」之探究 老嘉琪 國立臺北教育大學自然科學教育學系碩士在職專班 a0911560152@gmail.com n  前言 暑假期間，筆者無意間在電視上看到有關玉米漿的新聞，覺得相當新奇有趣，上網查了有關玉米漿的資料，發現玉米漿在特定比例時，居然有輕功水上飄的功用，因此我們想帶著學生更深入研究它的特性。五年級康軒版第五冊第三單元「水溶液」曾介紹水溶液的酸鹼性質的特性，因此我們想利用不同的酸鹼溶劑、不同的濃度，嘗試分析玉米漿的擴溶現象情形。網路提到玉米漿的最佳比例為玉米粉和水是4：3，因此想帶學生探究玉米粉和水的比例為3：2、7：5及4：3時，其中溶劑改用酸性、中性與鹼性水溶液，而溶劑濃度分別在1％、3％、5％、7％及9％時，玉米粉的擴溶情形是否相同？   n  擴溶現象是什麼？ 擴溶現象（非牛頓流體）：過飽和玉米粉水溶液中的分子，受到外來強大力量時，會緊密地排列，抵擋外力，有類似固體(圖一)的效果；若外力一旦解除，或遇到緩慢的力時，分子則呈現鬆散的狀態，有類似液體(圖二)的效果。   n  研究設備及器材   一、澱粉：玉米澱粉。 二、藥品：純水、砂糖、食鹽、小蘇打粉、石灰水、檸檬酸、冰醋酸。 三、設備：電子秤、手機、相機、攜帶型pH計。 四、器材：燒杯、玻棒、量筒、小湯匙、滴管、抹布、衛生紙、橡皮筋、透明膠帶、乳膠檢驗手套。 圖1 實驗器材照片   n  實驗過程 【實驗一】不同濃度下，玉米粉在酸性水溶液 方法： （一）用電子秤取42g的玉米粉十五次，分別置入十五個量杯中。 （二）取檸檬酸，調配成重量百分比濃度1%、3%、5%、7%、9%的酸性水溶液，並以pH檢測器確認其酸鹼性。   檸檬酸（ml） 1 3 5 7 9 純水（ml） 99 97 95 93 91 濃度（%） 1 3 5 7 9   （三）在步驟（一）的量杯中分別加入步驟（二）1～9％的檸檬酸各是28ml、30ml及31.5ml，使玉米粉與溶劑的比例如下表所示：                            組別 一 二 […]

設計適合國小學生動手做的化學實驗: 國小學童進行電池取火「燃燒火種」活動 黃郁芬1, 3, *、辛懷梓2、張自立2 1國立臺北教育大學自然科學教育學系碩士在職專班 2國立臺北教育大學自然科學教育學系 3新北市立土城區安和國民小學 *lisa0205@mail.anhoes.ntpc.edu.tw ■前言 在國小自然與生活科技五下課程「燃燒與生鏽」單元中，小朋友認識到燃燒的三要素應具備可燃物（紙張）、助燃物（氧氣）及達到燃點（燃燒的溫度）。因為錫箔紙表面存有可供燃燒的碳化物質，可以作為發火的材料，並且檢驗市售物品包裝錫箔紙，例如：青箭口香糖、菸盒內層錫箔紙…等。在網路電池取火的影片中，提及利用電池與錫箔紙取火當材料；另外，生鏽實驗中的材料鋼絲絨也可以作為電池取火的發火材料。因此再配合綜合活動野外取火的主題下在任教班級內進行課程的延展，藉由電池取火「燃燒火種」活動讓六年級學生複習燃燒與生鏽單元，以另一種方式認識燃燒。   ■錫箔紙、鹼性乾電池取火原理和概念 目前市售的片裝口香糖都是包一層錫箔紙，錫箔紙的用途是在於防潮，避免口香糖上的糖粉會潮濕、並沾黏，此外也提供基本的隔熱效果，因為溫度會使口香糖膠變軟，相同方式也運用在市售菸盒內以防止香菸受潮。另外，鋼絲絨是由柔軟、有彈性的低碳少於2%鐵細線所組成，亦是很好的發火材料，鋼絲絨主要用在木工的曲面研磨及玻璃的清潔，在國小自然與生活科技五下課程「燃燒與生鏽」單元中，拿來進行生鏽實驗器材。兩者共通性都具有導電性適合進行本次實驗活動。 鹼性乾電池是日常中常見的物品，在實驗中將兩端寬中間窄的錫箔紙連接電池正負極上，會形成短路，過程中產生高溫。紙條中間窄處，是電阻最大的地方，溫度也是最高的地方，因為錫箔紙另一面存有可供燃燒的碳化物質，達到燃點時容易將其引燃，進而產生短暫燃燒。所以，實驗中可以用這種方法，引燃需要點燃的可燃物當成火種，如衛生紙或洋芋片。   ■本課程實驗器材 1.厚手套4個2.錫箔盤4個3.青箭口香糖  3條4.1.5V三號乾電池3顆5.衛生紙1包6. 洋芋片1包7.濕抹布4條8.方形9V電池 1顆9.鋼絲絨1捲10.玻璃盤4個11.剪刀3把12.盒裝錫箔菸紙金銀兩色各1張 圖一本課程實驗器材 (1) 圖二本課程實驗器材 (2)   圖三本課程實驗器材 (3)     ■教學流程 壹、準備活動 1.教師在課堂上播放YouTube電池取火影片讓全班學生觀察欣賞，並加入以洋芋片燃燒當火種的網路影片與鋼絲絨燃燒，引起學習動機。 2.介紹電池和電阻的關係，並說明電池生火原理。 3.說明電池取火可以應用範圍，非必要避免於日常生活中使用，遇到不同材質如市售口香糖錫紙及盒裝菸紙會有不同的結果的變化。   貳、發展活動 活動一：市售口香糖錫箔紙遇到3號鹼性乾電池 1.分組進行影片實驗，將市售口香糖錫箔紙剪出兩端寬中間窄約2~3mm，如圖九所示。 2.實驗學童戴上厚手套進行試驗，學生依照影片所示，將口香糖錫箔紙亮面接連至鹼性電池正負兩極，如圖八所示。學生會發現接觸兩極產生溫度，在溫度瞬間變高時，只造成中間窄處有燒黑情形、並未產生火焰燃燒效果，如圖七所示。 圖四舊版青箭口香糖包裝紙(網路圖片) 圖五新版青箭口香糖包裝紙 圖六新版青箭口香糖包裝紙 圖七新版青箭口香糖包裝紙燃燒結果 圖八學生實驗活動 (1) 圖九學生實驗活動 (2)   活動二：市售盒裝菸紙遇到3號鹼性電池 1.分組進行影片實驗，將市售菸盒錫箔紙兩種顏色，各剪出兩端寬中間窄約3~2mm。 2.實驗學童戴上厚手套進行試驗，學生如影片所示，將市售菸盒錫箔紙黃色亮面接連至鹼性電池正負兩極。學生會發現接觸兩極產生溫度，在溫度瞬間變高時只造成中間窄處有燒黑情形、並未產生火焰燃燒效果，如圖十所示。 3.實驗學童戴上厚手套進行試驗，學生依照影片所示，將市售菸盒錫箔紙銀色亮面接連至鹼性電池正負兩極，如圖十四所示。學生會發現接觸兩極產生溫度，在溫度瞬間變高時只造成中間窄處有火焰燃燒效果，如圖十三所示。 圖十盒裝菸紙金色燃燒結果 圖十一盒裝菸紙銀色輕微碰觸結果 圖十二盒裝菸紙銀色實驗過程 […]