《臺灣化學教育》第五十八期（2024年12月） 目  錄 主編的話 第五十八期主編的話／周金城〔HTML｜PDF〕 本期專題【專題編輯／楊悠娟】 理解日常的化學挑戰：探究真實問題之化學素養教育／楊悠娟〔HTML｜PDF〕 理解日常的化學挑戰：探究真實問題之化學素養教育—國小自然科學領域的素養導向教學與評量：以水溶液酸鹼概念為例／陳文正、陳健忠〔HTML｜PDF〕 理解日常的化學挑戰：探究真實問題之化學素養教育—國小「食物電池」全民科學週教案設計與闖關實作／柯凱珮〔HTML｜PDF〕 理解日常的化學挑戰：探究真實問題之化學素養教育—國中、小「維生素C的定量分析」實驗設計與闖關實作／連經憶〔HTML｜PDF〕 理解日常的化學挑戰：探究真實問題之化學素養教育—國中「化腐朽為神奇」全民科學週教案設計與闖關實作／劉曉倩〔HTML｜PDF〕 理解日常的化學挑戰：探究真實問題之化學素養教育—國、高中「五色仙女，降落！」全民科學週教案設計與闖關實作 ／ 謝佶霖〔HTML｜PDF〕 理解日常的化學挑戰：探究真實問題之化學素養教育—高中「亞鐵三明治：二茂鐵實驗」 瑪麗居禮科學營課程與實作 ／ 周芳妃、陳平、鄭晉哲、羅文琪、范智傑、呂家榮〔HTML｜PDF〕 理解日常的化學挑戰：探究真實問題之化學素養教育—以問題導向法建立學生於農藥殘留檢驗之 基本概念 ／ 江政剛〔HTML｜PDF〕 化學新知／多元教學法【專欄編輯／鐘建坪】 開發以會考試題為基礎的探究教學／鐘建坪、鍾曉蘭、沈秀君〔HTML｜PDF〕 探究與實作課程之外—師生的教學相長／劉獻文〔HTML｜PDF〕 化學實驗與評量／化學課程與教學【專欄編輯／楊水平】 透過MS-Excel學習滴定曲線的原理／游文綺、胡景瀚〔HTML｜PDF〕 化學實驗與評量／化學課程與教材【專欄編輯／楊水平】 萃取實驗：適用於教師示範和學生動手做 ／ 謝佶霖、彭郁惠、楊水平〔HTML｜PDF〕 化學新知／多元教學法【專欄編輯／周金城】 YENKA軟體實驗模擬軟體在小學自然教學上的應用–氧氣、二氧化碳與燃燒 ／ 林繼煒〔HTML｜PDF〕

第五十八期 主編的話 周金城 國立臺北教育大學自然科學教育學系 ccchou62@tea.ntue.edu.tw   2023年被視為「AI元年」，因為在這一年，生成式AI技術取得了顯著進展，並迅速應用於各行各業。 回顧2024年，在教育方面AI也逐步進入各階段學生的學習過程中，但教育者仍需要研究何時以及如何適當地將AI融入教學，以確保其有效性和適切性。 未來，學生需要被培養更高階的問題解決能力與創造力， 在AI技術快速發展的背景下，化學教育應積極探索AI的應用與發展方向。 這需要我們共同努力，推動教學方法的創新，提升學生的未來核心素養，並確保教育與科技進步同步發展。 本期專題主題為「理解日常的化學挑戰：探究真實問題之化學素養教育」，由國立東華大學自然資源與環境學系楊悠娟教授擔任客座主編，邀請國小、國中、高中與大學的教師共同撰文，豐富了討論的廣度與深度。楊悠娟教授專長於環境與永續教育、化學教育、仿生教育等領域，致力於科學實作與探究設計、科普推廣與傳播，以及環境與綠色化學的研究。本期專題共有七篇文章，依序第一篇是花蓮縣光復鄉大興國民小學的陳文正老師，與宜蘭縣頭城鎮二城國民小學陳健忠老師所共同撰寫《國小自然科學領域的素養導向教學與評量：以水溶液酸鹼概念為例》，針對國小酸鹼實驗教材內容分析，並提出評量設計方法。第二篇是花蓮縣北埔國小柯凱珮老師所撰寫《國小「食物電池」全民科學週教案設計與闖關實作》，針對食物當作鋅銅電池電解液的探究實驗設計，提供學生延伸學習活動。第三篇是國立嘉義大學應用化學系連經憶教授所撰寫《國中、小「維生素C的定量分析」實驗設計與闖關實作》，內容是分別介紹適合國小學生與國中學生可以使用來定量維生素C的方法、以及藉由科學新聞來引發學生進行小黃瓜對維生素C穩定性的探究活動。第四篇是國立彰化高級中學的劉曉倩老師所撰寫《國中「化腐朽為神奇」全民科學週教案設計與闖關實作》，內容是針對豆腐的製作過程來探討不同物質對凝聚作用的影響。第五篇是高雄市立新莊高級中學謝佶霖老師所撰寫《國、高中「五色仙女，降落！」全民科學週教案設計與闖關實作》，內容是針對不同金屬鹽類的焰色反應，來了解煙火色彩的原理，能引發學生的參與興趣。第六篇主要是由臺北市立第一女子高級中學周芳妃老師與其合作團隊所共同撰寫《高中「亞鐵三明治：二茂鐵實驗」瑪麗居禮科學營課程與實作》，內容是針對二茂鐵(Ferrocene)氧化還原反應過程導致溶液變色的過程，並使用紫外光-可見光光譜儀來測定，並可用於定性與定量之探究實驗設計。第七篇是國立東華大學化學系江政剛教授所撰寫《以問題導向法建立學生於農藥殘留檢驗之基本概念》，內容主要是以問題導向學習法策略來說明農藥的基本原理與最大殘留容許值等概念，並介紹農藥檢驗方法與流程，以及常見的三種台灣農藥殘留檢驗相關技術，可以拓展讀者對於實務工作有更深的了解。 本期還有五篇一般性文章，第一篇是新北市立錦和高中鐘建坪老師、新北市立新北高中鍾曉蘭老師，和新北市康橋中學沈秀君老師所撰寫《開發以會考試題為基礎的探究教學》，針對元素符號的標示進行會考試題分析，討論表徵模型之間的轉換，元素符號探究教學等面向，並思考如何由會考試題方向來開發探究教學活動。 第二篇是國立臺南第一高級中學劉獻文老師所撰《探究與實作課程之外—師生的教學相長》，針對高中探究與實作課程中，透過開設為課程與撰寫小論文等方式，並設計探究式教學，來培養學生批判性思維與解決問題能力。 第三篇是國立彰化師範大學化學系游文綺與胡景瀚教授所共同撰寫《透過MS-Excel學習滴定曲線的原理》。使用EXCEL來設計酸滴定曲線模擬器，可以讓使用者調整酸鹼數量，並呈現出滴定過程的曲線，可以讓學生更加了解酸鹼反應過程的pH值變化情形。 第四篇文章由高雄市立新莊高級中學謝佶霖老師、桃園市立幸福國民中學彭郁惠老師以及國立彰化師範大學化學系楊水平教授共同撰寫《萃取實驗：適用於教師示範和學生動手做》。內容包含兩種教師示範實驗，分別是固相‒液相萃取，萃取薑黃素並製作薑黃試紙，以及液相‒液相萃取，萃取廣用指示劑並製作廣用試紙；此外，針對學生的家庭實驗設計則包括從口水中萃取自身DNA及從鮮乳中萃取DNA。文章提供了詳細的教學指引、課堂討論問題以及適合學生探究與實作的活動，內容豐富且完整，具有高度的實用性與教育價值。 第五篇文章是由國立臺北教育大學教育系創新與評鑑碩士班研究生林繼煒所撰，主題為《YENKA軟體實驗模擬軟體在小學自然教學上的應用–氧氣、二氧化碳與燃燒》，是使用全校授權YENKA軟體來設計國小學生不易微觀觀察燃燒實驗，並且實踐於國小教學中，可以提升學生的學習興趣，也具有相當的學習成效。 最後，我們協助宣傳兩場重要的化學研討會，為化學教育與學術交流注入新活力。2025化學年會將於2025年3月7日至9日在靜宜大學舉行，以「智慧化學 • 跨界永續ESG」為主題，匯聚國內外頂尖學者與專家，共同探討化學領域的創新發展與永續實踐。會議特色包括跨領域議程、國際學者演講、高中生壁報展示，以及多項鼓勵青年學者的競賽與獎項安排，這將是一場充滿啟發與交流的學術盛會。 此外，第十屆亞洲化學教育研討會（2025 Network of Inter-Asian Chemistry Educators Conference）將於2025年7月26日至28日在日本山形市舉行，由日本山形大學主辦，大會主席栗山恭直教授（Yasunao Kuriyama）領銜。我們誠摯邀請各界同仁踴躍參與，共襄盛舉，為亞洲化學教育的未來發展貢獻智慧與力量！

理解日常的化學挑戰：探究真實問題之 化學素養教育 楊悠娟 國立東華大學自然資源與環境學系 Email: ycyang@gms.ndhu.edu.tw 前言 面對全球化、互聯化與充滿挑戰的世界，培養高素養的公民資源來解決問題已是刻不容緩，但素養的定義及概念框架有待釐清。1997年經濟合作暨發展組織(Organisation for Economic Co-operation and Development, OECD)啟動素養定義與選擇計劃(Definition and Selection of Competencies: Theoretical and Conceptual Foundations, DeSeCo)，研究素養的概念、個人及社會必備素養、跨學科的素養框架、素養教育方式等。研究結果顯示：素養是一種綜合性的特質，涵蓋認知、動機、倫理、社會與行為的各層面。素養的三個基本關鍵能力是自主與反思性行動、互動式使用工具（知識、設備、語言和法律）及異質群體協作，具有跨學科（哲學、人類學、心理學、經濟學、社會學）的共通性。而素養的四個概念要素是多功能性、跨社會領域、高階心理複雜性及多維度能力。素養需要終身學習，能提供個人優質和成功的生活能力(Rychen & Salganik, 2000)。 歷經數年研究及討論，2018年OECD發表核心素養的定義及框架 （2030學習羅盤）：核心素養是個人適應現在生活及面對未來挑戰，應具備的認知、技能、態度和價值觀之跨域多元能力；能反思學習歷程，因應實際問題來行動。核心素養教育不限於學科知識及技能，亦關注「學習」與「生活」的結合，透過實踐力行而彰顯學習者的全人發展(OECD, 2018)。素養課程以學生為中心來設計，認知包含學科知識、跨學科知識、認識論知識及程序性知識；技能包含認知技能、後設認知技能（批判性思考、創造性思考、學習思考和自我調節）、社交和情緒技能（同理心、自我效能和合作）及實作和身體技能（使用新資訊和通訊技術設備）；態度和價值觀包含個人、地方、社會和全球層面（動機、信任、尊重多樣性、尊重美德）。素養的表現需透過行動，學生是行動的推動者，提出問題的解決方案，並與教師、同儕、父母和社區合作，共同達成目標。行動有助於學生檢視五種基本能力：識字、算術、資料、數位及體能，發展三種變革素養：創造新價值、調和衝突與困境、承擔責任，完成參與、實踐及省思的循環(OECD, 2018)。 2019年臺灣實行新課綱，參考OECD的2030學習羅盤，設計總體綱要之自發、互動與共好精神，培養學生具備三面九向的核心素養，在生活情境中，能夠自主行動、溝通互動與社會參與，成為具備跨域學習力的終身學習者，以面對和解決新世代的問題。學校制定部定課程和選修課程，師資培育鼓勵現場教師和師資生實施素養導向教學與評量（王智弘，2019）。因素養教育需要終身學習，亦須推動非制式場域學習，以銜接制式教育，持續培育新世代的公民素養。 素養教育需要創意思考，透過OECD創意思考四步驟：探究問題、想像解方、實作方案及反思成果，老師由知識的傳遞者轉型為引導者，協助學生發展面對挑戰及解決問題的能力，找出非制式答案。立足AI時代，創意思考亦是區分學習者與電腦的關鍵（田孟心，2020）。 因化學領域的理論、實驗、應用及影響無遠弗屆，學生的化學素養有助於解決真實世界的問題；故本期專題主題為「理解日常的化學挑戰：探究真實問題之化學素養教育」，透過實例展示化學領域的素養教育，涵蓋國小、國中、高中和大學的制式教育，亦分享制式與非制式教育的銜接設計。因篇幅限制，著重於探究問題與課程設計，包含知識概念、實作步驟、評量回饋、生活議題及教學省思。本期專題總計七篇文章，設計目的為引導學習者認識本主題於化學教育的相關性、技能力、批判力及參與度，透過動手做與案例探討，啟發學習興趣，增進提問力與分析力，鼓勵主動學習，持續提升己身的化學素養。如依照教學對象的適合程度分類：國小二篇、國中二篇、高中二篇、大學一篇，提供K-12至大學端教師參考。然而，依照作者群共同建議，上述課程和實驗在遵循設計架構及核心概念之下，皆可調整其廣度或深度，以因應學習者需求，亦適合一般公民的科學素養之學習。 本期專題文章簡介 第一篇文章由陳文正與陳建忠作者介紹水溶液酸鹼概念，探討國小自然科學領域的水溶液酸鹼性單元之教學與評量，分析新舊課綱不同年段的相關內容，設計一個水溶液酸鹼概念的探究活動，最後說明素養導向的水溶液酸鹼概念評量設計案例。建議國小自然教師於水溶液酸鹼概念教學的重點：中年級強調認識物質，讓學生瞭解有些物質在酸鹼環境會產生不同顏色的變化，可據以分類；高年級聚焦水溶液的酸鹼性定義，讓學生利用酸鹼指示劑來定義水溶液的酸鹼性，並製作及測量單一或混合溶液。鼓勵老師採取探究學習架構，進行差異化教學；設計評量工具，包含記憶、理解及應用三層次。 第二篇文章由柯凱珮作者介紹國小自然科的食物電池案例，包含物質溶解現象、酸鹼性、天然指示劑及水溶液導電性等概念。以生活中易取得的食物為材料，學習變因控制的科學方法，滿足孩童喜歡動手操作的天性，培養「發現問題而去尋求解答」的能力。文中分享教學流程、引導方式、學生回饋及教師省思。本教案是「2021年北花蓮全民科學週」之「國小組」入選教案，另提供教案及實驗示範影片。 第三篇文章由連經憶作者介紹維生素C的定量分析實驗，分享將大學實驗的內容轉換為適合國中和國小之活動設計及推廣過程。設計實驗探究式教學，包含維生素C反應原理、定量分析方法、維生素C的應用及議題。以生活中易取得的食物及蔬果為材料，設計實驗來驗證新聞報導的真實性；中學生可計算維生素C含量，並與標示值比較；小學生可計算優碘的使用滴數，比較不同樣品間維生素含量的高低，了解實驗結果之再現性。另可延伸探討蔬果中抗壞血酸氧化酶的活性，製作隱形墨水，增加實驗的趣味性。 第四篇文章由劉曉倩作者介紹化腐朽為神奇的案例，分享將制式課綱的內容轉換為非制式科普活動的設計及推廣過程。本教案是「2021年北花蓮全民科學週」之「國中組」入選教案，設計實驗探究式教學，包含電解質定義、強電解質和弱電解質差異、電解質影響豆漿等膠體溶液的沉澱現象，啟發參與者對週遭生活環境產生好奇心及敏銳的觀察力。另提供教案及實驗示範影片。 第五篇文章由謝佶霖作者介紹焰色與煙火之美的案例，分享微量焰色實驗融入教學的活動過程，設計實驗探究式教學，包含焰色反應原理、煙火組成、焰色於煙火及元素檢測之應用，從美好的生活經驗切入，結合科學原理的學習，促進學生學習科學的樂趣。本教案是「2022年北花蓮全民科學週」之「國中組」入選教案，另提供教案及實驗示範影片。 第六篇文章由周芳妃、陳平、鄭晉哲、羅文琪、范智傑和呂家榮作者介紹亞鐵三明治-二茂鐵實驗，分享將制式課綱的內容轉換為非制式科學營隊的設計及推廣過程。本實驗設計整合2019年與2024年的「瑪麗居禮科學營」（前身為居禮夫人化學營）實驗課程，強調綠色化學原則，使用輕便可攜式且可重複使用的器材、大量減少藥品劑量，避免產生難以處理的廢棄溶液。設計實驗探究式教學，包含1973年諾貝爾化學獎的代表性化合物、有機金屬化合物及鐵離子之電子轉移變化、散射現象、簡易測定裝置（積木和簡單電路元件）及定量分析原理，引導學生探究與人類文明發展相關的鐵系化合物，體驗綠色環保之實驗設計才是永續之道。 第七篇文章由江政剛作者介紹農藥殘留檢驗概念，以問題導向法設計教學流程，引導學生認識相關之新聞議題、基本知識、正當性與重要性、QuEChERS （Quick, Easy, Cheap, Effective, Rugged, and Safe）分析法原理及技術發展，透過PBL（Problem-Based Learning）思考和探索相關問題，理解農藥對環境和健康的影響至關重要，提升食品安全意識，認識綠色農業的永續發展目標。 結語 化學涵蓋日常應用之食衣住行育樂，廚房中的化學可能是大多數人的化學啟蒙，而本期文章的實作素材以食材居多（水果、豆腐、維生素等），並以食安相關的農藥殘留檢驗議題呼應之。水扮演化學反應最重要的溶劑，國小高年級課綱由探究水溶液的溶解度、酸鹼性、導電性開始，啟蒙酸鹼反應的學習；另一重要的氧化還原反應，則透過煙火、鐵化合物等具有鮮明顏色改變來引起國高中生的學習動機，顯示化學教學皆與真實問題息息相關，亦能融入對應的文化及在地特色。作者群皆具有豐富的化學研究與教育經驗，不吝分享教案、影片及實作經驗，致力於實驗設計中傳達綠色化學的永續理念—少廢棄物、低毒、節能、減量、安全及循環再利用。期待透過更多先進的教學分享，傳達給莘莘學子化學之美、探究之趣與永續之道! 參考文獻 王智弘（2019）。素養導向師資培育與課綱轉化─教育2030的觀點。臺灣教育評論月刊，8(12)， 32-37。 田孟心（2020年11月3日）。PISA考題搶先看》OECD教育主席：家長們經常想把一切都留在過去。天下雜誌。https://www.cw.com.tw/article/5102554 […]

理解日常的化學挑戰：探究真實問題之化學素養教育—國小自然科學領域的素養導向教學與評量：以水溶液酸鹼概念為例 陳文正1、陳健忠2,* 1花蓮縣光復鄉大興國民小學； 2,*宜蘭縣頭城鎮二城國民小學 *Email：s835062@tmail.ilc.edu.tw 前言 自113學年度起，國小自然科學領域已經全面實施108課綱的新課程，相較過去的九年一貫課程，新課綱有不少調整之處，有些將原本安排在國中階段的學習內容移到國小階段，例如：能量、粒子概念…等；有些則是將原本安排在國小高年級的學習內容調整至中年級，例如：聲音…等。其中，比較特別的是有些科學概念同時出現在國小階段的中高年級自然課本單元裡，本文探討的水溶液酸鹼概念就是屬於這一類的調整。過去，水溶液酸鹼概念只出現在國小高年級的課本單元，在108課綱實施後，水溶液酸鹼概念被安排在國小中高年級的不同單元裡，這樣的調整可能會讓國小自然老師感到疑惑，如果可以瞭解課程調整的原因及不同年段的水溶液酸鹼概念教學重點，應有助於國小自然老師的課室教學。本文主要在探討國小自然科學領域的水溶液酸鹼性單元之教學與評量，首先，分析新舊課綱在不同年段水溶液酸鹼概念的內容安排；接著，提出一個水溶液酸鹼概念的探究活動教學設計；最後，說明素養導向的水溶液酸鹼概念評量設計案例。 國小自然科學領域酸鹼概念相關單元的內容分析 一、國小中年級水溶液單元酸鹼概念的學習內容 過去的九年一貫課程的綱要中，安排國小中高年級的學生都要學習有關水溶液酸鹼的主題，其中，「自然與生活科技」學習領域教材內容細目的次主題226就是「酸、鹼、鹽」，這個次主題的學習內容包括「常見食物的酸鹼性/2a.能利用氣味、觸覺、味覺簡單區分常見食物的酸鹼性。」若以108課綱實施前一年的109學年度三個坊間常見書商(K版、H版、N版)編排的國小教科書來看，各版本都將水溶液的單元安排在三年級上學期，整理如表1所示。 從表1的內容來看，各版本設計的課本內容大致以「溶解、溶解量及影響溶解量的因素」等概念為主，過程技能皆著重「觀察、辨別、測量、記錄、比較」等能力，換言之，九年一貫課程綱要的教材細目僅安排學生做到「能透過氣味、觸覺、味覺簡單區分常見食物的酸鹼性」，然而相關的能力指標並未要求學生有關酸鹼的概念理解（教育部，2012），在此脈絡之下，教科書商在編輯國小中年級的自然課本時，有關酸鹼的概念學習，大多聚焦在使用嗅覺和味覺等感官來區分各種食物具有的不同酸鹼氣味和味道；在過程技能方面，則希望培養學生具備觀察、辨別、測量、記錄、比較等相關能力。值得注意的是，在九年一貫時期的國小中年級自然課本內容設計，並未涉及水溶液酸鹼的相關概念。 表1 九年一貫課程中年級水溶液單元學習內容一覽表 教科書 版本 K版 H版 N版 單元 名稱 廚房裡的科學 三上第四單元 溶解 三上第四單元 溶解 三上第四單元 活動 內容 活動一、廚房調味師 活動二、溶解量比一比 活動三、生活中的溶解應用 活動一、食鹽在水中溶解了 活動二、溶解高手 活動三、溶解的應用 活動一、溶解的現象 活動二、可以溶解的量 活動三、生活中溶解的例子 科學 概念 溶解、溶解量 影響溶解量的因素 溶解、溶解量 影響溶解量的因素 溶解、溶解量 影響溶解量的因素 過程 技能 觀察、辨別、測量、 記錄、比較 觀察、辨別、測量、 記錄、比較 觀察、辨別、測量、 記錄、比較 再來看108課綱的國小中年級學習內容，「水溶液酸鹼概念」安排在「交互作用」的次主題中，學習內容為「INe-Ⅱ-4常見食物的酸鹼性有時可利用氣味、觸覺、味覺簡單區分，花、菜葉會因接觸到酸鹼而改變顏色」，要求學生能利用嗅覺、觸覺、味覺簡單區分常見食物，例如：常見調味料的酸鹼性，並觀察以花卉、菜葉所萃取的汁液接觸酸鹼之變色，進而認識物質會因接觸不同的環境而改變。若以108課綱實施後的113學年度K版、H版及N版的國小教科書來看，各版本在中年級有關水溶液酸鹼的單元安排整理如表2所示。 以表2的內容所示，K版和N版仍維持九年一貫時期的設計，將水溶液酸鹼概念安排在三年級的學習單元，要求學生在該單元學習「辨別粉末、溶解、溶解量、水溶夜酸鹼及酸鹼指示劑的變化規則」等概念。有別於其他兩個版本，H版教科書則是將水溶液酸鹼概念單元安排在四年級，要求學生學習「交互作用、影響物質變化的因素、水溶夜酸鹼及酸鹼指示劑的變化規則」等概念。三個版本的單元活動設計，皆透過實作活動來培養學生「觀察、辨別、測量、記錄、比較及分類」等過程技能。值得一提的是，K版教科書在該單元的活動三，要求學生利用材料特性辨別材料的學習任務，讓學生針對未知粉末進行觀察及測試，再從粉末的顏色、氣味、味道、溶解性、溶解於水後的酸鹼等特性，推理並舉證說明未知粉末的種類，此學習任務著重於培養推理、論證的能力，相當符合108課綱自然科學領域綱要的學習表現內涵(教育部，2018）。 […]

理解日常的化學挑戰：探究真實問題之化學素養教育—國小「食物電池」全民科學週 教案設計與闖關實作 柯凱珮 花蓮縣北埔國小 Email: chchch68@gmail.com 前言 在國民小學自然科教學裡，檢驗水溶液性質是高年級學童踏入化學領域裡，基礎且重要的一步，其內容以觀察物質溶解現象、探討酸鹼性、自製天然指示劑及測試水溶液導電性為主。筆者在教學過程中經常延伸導電性的教學實驗，讓學童以易取得的食物中嘗試發電，並學習變因控制的科學方法。一方面滿足孩童喜歡動手操作的天性，另方面在十二年國教課綱自然科學探究與實作的趨勢裡，勢必從國小階段就開始培養孩子「發現問題而去尋求解答」的能力。 本教案設計是2021年第七屆「北花蓮全民科學週」參與教案甄選入選「國小組」最佳教案設計，主題為「餐桌上的科學」，由日常生活中最重要的「吃」談起，探究自然科學中許多與「食物」相關的現象，透過物理、化學、仿生、生活科技等跨領域的動手操作，理解食物在科學中蘊含的奧妙（仿生與環境實驗室，2024）。本教案結合並強調「動手做」與「趣味性」，同時融入教育部十二年國教課程綱要的學習內涵及表現指標，以實驗探究式教學啟發學童了解某些食物中含有導電物質的事實，引導學童從操作中認識化學電池的正負極，進而啟發學童對生活環境產生好奇心及觀察力（柯凱珮、沈敬堯， 2021）。 教學實施過程與成果 一、教學情境準備與引導 （一）以食物汁液為電解質 由於在課本裡已學過利用食鹽水、小蘇打水、糖水、醋等溶液，連接發光二極體並觀察是否發亮，在延伸學習的活動中，筆者讓學生思考：食物裡含有的汁液是否具備可導電的媒介？學生提出的食物種類五花八門，師生共同討論並慢慢聚焦，在容易取得的前提下，從健康課本裡提到的飲食金字塔來選擇我們的食物。最後，我們選擇了馬鈴薯(五穀根莖類)、紅蘿蔔(蔬菜類)、柑橘(水果類)、牛奶(奶蛋類)、醬油(油脂堅果類)等，亦可視實際狀況更換食物。 （二）兩種活性不同的金屬作為正負極 在情境引導的過程中，筆者播放均一教育平台影片「伏打電池」，約2分36秒，講述1800年義大利人伏特製作伏打電池的過程，並根據影片內容提出問題，引發學生思考正、負極金屬與電解液的關係： Q1：伏特利用何種物品作為正負極？ Q2：伏打電池的電解質溶液是哪一種液體？ 學童從影片中瞭解：化學電池是利用兩種活性不同的金屬作為正極(Cu)與負極(Zn)，它們之間還需要電解質；當兩種不同的金屬碰觸到電解質，形成氧化還原反應，產生電子轉移；化學電池即是將化學能轉換成電能的一種裝置。筆者請學生回溯中年級時利用電線、電池、燈泡接通電路的舊經驗，使用學生熟悉的學習內容、生活現象或實際經驗，減少認知負擔。 師生討論後，決定第一階段模擬伏打電池，以銅片及鋅片作為正負極，如果成功，第二階段就將正負極物質改成容易取得的「壹圓錢幣」(＋) 與鋁箔(－)。 圖1：器材準備 二、實驗操作流程 本實驗需組員分工合作，建議以異質能力分組為佳，教師可在黑板上畫電路圖進行講解，並指導各組學生按步驟操作： 圖2：教師手繪的電路圖 表1 第一階段：指導學生基本實驗之操作流程 (1)各組在桌上鋪好報紙。 (2)將電子時鐘的紅線接上正極物質，藍線接上負極物質。(本範例正極為Cu，負極為Zn)。   (3)另取一條電線，一端接銅片，一端接鋅片。 (4)組長至講台前切開食物，並依電路圖正確插上正負極物質與電線，觀察電子時鐘是否出現數字? 【補充說明】 能夠啟動電子時鐘所需之電壓為0.9V。 (照片中之儀器為數顯可調式電源供應器) 實驗結果：如果電子時鐘沒有亮，請學生檢查是否接錯或鬆脫現象，立即著手修正；如果順利成功，則進入第二階段，更換正負極再行測試： 表2 第二階段：指導學生更換正負極物質之操作流程 將原本的正極Cu改為壹圓硬幣，原本的負極Zn改為廚房鋁箔紙。 觀察電子時鐘是否出現數字? 學生在練習更換正負極物質之後，若能成功發電，第三階段教師可進階開放，讓學生使用不同食物搭配不同正負極物質來進行食物發電。教師提供市售粗筆心(石墨)作為正極物質，迴紋針作為負極物質。 表3 第三階段：學生自主探究不同食物的電解質之操作結果 【食物】紅蘿蔔 石墨(＋)，迴紋針(-) 【食物】地瓜 石墨(＋)，迴紋針(-) 【食物】牛奶 石墨(＋)，迴紋針(-) 三、學生紀錄與歸納 大部分的小學生對於「食物」有莫名的期待，而食物結合發電，更能引起學生高度興趣。筆者鼓勵學童在動手操作後，立即畫下或寫下操作過程，而食物電池很適合以畫圖方式重現實驗，如圖3及圖4： 圖3：學生手繪的檸檬電池(正極-壹圓硬幣，負極-鋁箔) 圖4：學生手繪的柑橘奇異果電池(正極-壹圓錢幣，負極-迴紋針)     從學童的繪畫中，筆者邀請孩子說說看：如何連接電線與壹圓錢幣？如何連接電線與迴紋針？如果壹圓錢幣與迴紋針碰在一起會發生什麼事？你們這組的食物電池讓電子時鐘亮多久？操作中你覺得最困難的是什麼？如果正負極不小心碰在一起，電子時鐘還會亮嗎? […]

理解日常的化學挑戰：探究真實問題之化學素養教育—國中「化腐朽為神奇」全民科學週 教案設計與闖關實作 劉曉倩 國立彰化高級中學 torrina01092002@yahoo.com.tw 前言 花蓮縣自2015年起開始舉辦「花蓮縣全民科學週」（2017年更名為北花蓮全民科學週)，以「探究式」、「動手做」、「教中學」及「合作學習」等多元方式，積極推動 K-12 學生的科學學習興趣，並在各校間產生迴響。科學週每年徵選主題教案，強調「知識性」、「動手做」與「創新與趣味」的實驗設計，同時結合教育部十二年國民基本教育課程綱要的學習能力及表現指標，將實驗室外的探究體驗融入正式課堂中。 2024年是「北花蓮全民科學週」邁入第十年，活動彙整了過去110 個教案及實驗示範影片，並於「全民FUN科學」平台上發布，為師生與民眾提供豐富的自主學習資源。國立東華大學北花蓮科普團隊由環境暨海洋學院楊悠娟教授領導，並邀請物理學系曾賢德教授與葉旺奇教授協助，聯合來自東華大學、花蓮縣內外的科普推廣夥伴，共同開發並推廣一系列探究實作活動（仿生與環境實驗室，2024)。 科學週闖關活動的設計，目的是引發學生對科學的好奇心，激勵他們親身參與並動手實驗，進一步將所學轉化為知識與能力。闖關活動的設計通常配合關主的教育程度、參與活動的對象、場地環境及闖關活動進行時間，而有所調整。闖關活動設計看似為課綱實驗的簡化，甚至有些像是科學遊戲，實際上只要參與過設計闖關活動的教師及學生就會知道要注意的細節很多！闖關活動時，夥伴的合作協調都需要經過多次的活動前溝通及實作才能培養好的默契。但是參與過後，無論是闖關活動的關主或者參與實際闖關的師生或科學同好者都會留下難忘的成長回憶。 本教案設計是2021年參與教案甄選入選「國中組」最佳教案設計，主題為「餐桌上的科學」，由日常生活中最重要的「吃」談起，探究食物在科學中蘊含的奧妙。內容以實驗探究式教學啟發學生理解電解質的定義，並引導學生從實作實驗認識強電解質與弱電解質的差異，進而從電解質影響豆漿等膠體溶液產生沉澱的現象，啟發參與者對週遭生活環境產生好奇心及敏銳的觀察力（劉曉倩、謝佶霖，2021)。 課程設計理念 教案設計源起於結合花蓮的自然環境與特色文化，讓學生了解如何製作豆腐，並體會花蓮水土與傳統技藝的重要性。花蓮的「好山好水」孕育出高品質的黃豆與潔淨的水源，這些都是豆腐製作的關鍵。豆腐不僅是健康的食品，還是一種能從嬰兒到老年人都享用的「沒有牙齒吃到沒有牙齒」的美味，具有廣闊的市場潛力。在這個教案設計中，學生將學習認識黃豆的成份與凝固劑的作用，並了解電解質對豆腐製作的影響，藉此傳承「做久就知」的傳統技藝背後的科學原理，讓豆腐製作不再只憑經驗，而是一門有科學可循的工藝學問。 課程設計內容 一、引導發現問題 （一）引導問題的提出 讓學生觀察不同凝聚劑（如石膏、鹽滷等）對豆腐質地的影響，並引導學生思考：為什麼不同凝聚劑會產生不同的效果？豆漿的物質性質（真溶液、膠體溶液、懸浮液）如何影響凝固過程？ （二）知識基礎的建立：解釋「真溶液」、「膠體溶液」、「懸浮液」三者的主要差別 １.真溶液：均勻分布且溶質粒子小於1nm，光線無法產生散射。 2.膠體溶液：溶質粒子大小在1-100nm之間，能散射光出現廷得耳效應。 3.懸浮液：溶質粒子1000nm以上，會容易產生沉澱。 製作豆腐的原料豆漿為一種膠體溶液，膠體溶液能維持粒徑在10-9～10-7公尺是因表面帶有相同電荷（如圖１所示），相同電荷造成斥力使其不會沉降。  圖１： 膠體粒子因表面帶有相同電荷，相同電荷造成斥力使其不會沉降 製作豆腐過程中加入硫酸鈣，豆漿膠體粒子表面之負電荷被鈣離子所中和電性，導致凝聚而形成豆腐花。 （三）引導學生探索膠體溶液中最易觀察的現象 1.廷得耳效應及粒子分散於溶液中而不會沉澱。 2.引導學生設計實驗來檢驗豆漿的膠體溶液特性，如透過光束照射觀察廷得耳效應。 二、教學活動設計 （一）引起動機 發下各類豆腐食品（如豆乾、豆腐花）與學生分享，詢問學生對於豆腐製成過程和原理的認識，進一步引發他們的興趣。例如，可詢問學生：「你們知道豆腐是怎麼從黃豆變成的嗎？」或者「你們覺得豆腐和豆乾有什麼不同？」簡單介紹豆腐的種類及製作的基本原料，包括黃豆磨成的豆漿，並介紹傳統凝固劑石膏（硫酸鈣、氯化鎂）的作用。說明豆漿在加入石膏後發生的化學反應及產生凝固的過程，並引導學生思考豆漿是否是一般的液體？其內部結構有什麼特別之處？ （二）實驗活動一：光線散射實驗 1.步驟 分發一杯糖水和一杯豆漿給每組學生，使用雷射筆分別照射糖水和豆漿，讓學生觀察兩者的現象差異。 2.觀察與討論 引導學生描述觀察的現象：糖水中的光線似乎直穿而過，而豆漿中的光線則被散射。詢問學生：為什麼會有這樣的差別？ 3.概念建構 解釋觀察的現象為廷得耳效應，這是一種膠體溶液特有的光散射現象。讓學生思考，根據這個實驗，豆漿屬於哪種類型的溶液？（答案：膠體溶液） （三）實驗活動二：豆漿凝固實驗 1.步驟 （1）提供五種溶液（飽和葡萄糖、氯化鈉、硫酸鋁、食醋、硫酸鈣）和20 mL熱豆漿給每組學生。 （2）讓學生分別將五種溶液加入豆漿中，攪拌均勻，靜置5分鐘以進行冷卻，觀察豆漿是否產生凝聚反應，如圖２所示。 2.觀察與記錄 學生觀察並記錄每一種溶液加入後的變化，如是否出現凝固現象或結塊情況。 圖2： 從豆漿沉降情形中推測，陽離子價數愈高者，豆漿沉降情形愈明顯 3.討論與概念建構 引導學生比較並討論，哪些溶液導致豆漿凝固為豆腐。引導學生發現只有某些溶液能引起豆漿的凝固，這與溶液中是否含有電解質有關。 4.引入電解質與非電解質概念 進一步解釋，只有電解質溶液（如硫酸鈣）能夠使豆漿中的蛋白質分子凝聚成豆腐花，非電解質（如葡萄糖）則無此作用。 5.總結與反思 透過實驗和討論，學生理解溶液類型、膠體特性以及電解質對豆漿凝固的影響。最後讓學生總結學到的知識，並思考豆腐製作的科學原理如何應用於其他食品製程？（教案設計如附錄）。 […]

理解日常的化學挑戰：探究真實問題之化學素養教育—國中、小「維生素C的定量分析」 實驗設計與闖關實作 連經憶 國立嘉義大學應用化學系 Email:kelly@mail.ncyu.edu.tw 前言 化學是基礎科學，日常生活中食、衣、住、行都離不開化學。當學生開始學習科學時，多半是從具體地、看得到、摸的到、或是符合學生生活經驗的題材開始，例如：植物的構造；這樣學生容易進入況，降低學習科學時的挫折感。國小自然科學課本中生物及物理方面的實驗較多，化學實驗相對較少，多為物質的變化、溶解、與酸鹼度等，國小甚至於國中，可能因教師專業領域不是化學、怕教錯，對化合物性質不了解、怕危險，準備試劑、怕麻煩等因素而跳過化學實驗，因此使用的實驗材料必需是安全的或容易取得，以鼓勵中小學自然領域教師放心大膽地帶學生進行化學實驗。維生素C（Vitamin C、圖1）定量分析實驗使用的試劑恰好符合上述條件，含有維生素C的樣品很容易取得，新鮮蔬果、維生素C錠劑或飲料中添加維生素C。對中、小學生而言，維生素C是熟悉的化合物，「分析蔬果或飲料中維生素C含量」的實驗具有目的明確與容易了解的特點。定量分析的試劑及器材可改為市售的優碘或點眼瓶，實驗室中完整操作的定量分析滴定實驗亦可簡化為科學闖關活動中的科學關卡；教師可依照學生的年齡層區別，傳遞不同層次的科學知識。中學生可計算維生素C含量，並與標示值比較；小學生則計算所消耗優碘的滴數，比較不同樣品間維生素含量的高低。除了定量分析外，維生素C的穩定性也是很好的實驗題材。蔬果中有維生素C，也有維生素C氧化酶（Ascorbic Acid Oxidase），維生素C氧化酶可將維生素C氧化為脫氫抗壞血酸（Dehydroascorbic acid）（圖1）。2018年康健雜誌報導「生吃小黃瓜，蔬果維生素C全跑光光」(康健雜誌報導，2018)，此觀點與大眾的認知有落差，大部份民眾認為小黃瓜生吃能保有更多營養成份，因此需要以科學方法驗證，小心設計實驗，利用本文敍述的定量分析方法可確認報導的真實性。 維生素C的定量分析 維生素C又名抗血酸，是大家耳熟能詳、維持身體健康必需的一種營養素，除了新鮮蔬果外，在營養補充劑、果汁及各種不同飲料中都可見到維生素C的踪影。在營養補充劑中，維生素C是主角，依據衛福部食品藥物管理署於民國101年訂定第八版「國人膳食營養素參考攝取量及其說明」(國人膳食營養素參考攝取量及其說明，2023)，維生素C參與膠原蛋白、肉鹼、神經傳導物質、膽固等多種物質的合成，可促進傷口癒合、增加對受傷及感染等壓力之扺抗應付能力。在各式瓶裝飲料中，雖然維生素C不一定是功能性的主角，但因本身容易被氧化而具有良好的抗氧化活性，可避免其他化合物被氧化、變質，所以是常見的食品添加劑。 圖1抗壞血酸（左）及脫氫抗壞血酸（右）的化學結構。 分析維生素C的方法有氧化還原滴定、酸鹼滴定、比色法及高效液相層析法等，大學普化實驗利用氧化還原滴定，測定錠劑中維生素C的含量。實驗時以已知濃度的碘酸鉀（KIO3）溶液做為滴定劑，與樣品中的碘化鉀反應產生碘分子，產生的碘分子立刻與維生素C反應生成碘離子（式一及式二）。當反應達滴定終點時，因維生素C已完全耗盡，此時碘分子與溶液中的碘離子結合形成三碘陰離子（I3–）；三碘陰離子與澱粉指示劑結合，形成藍色的錯合物，使溶液呈現藍色。由達終點時消耗的碘酸鉀體積及濃度，利用式一及二的化學劑量關係，可計算樣品中維生素C的含量。 在上述實驗中，碘分子與維生素C反應，因國小教師不易取得碘酸鉀和碘化鉀，國小階段也不宜接觸這二種化合物，而市售的優碘可提供碘分子，因此在國小或國中可改用優碘進行定量分析。優碘成份是聚維酮碘（Povidone Iodine、圖2），瓶身的標示顯示，每毫升溶液中含有10mg的有效碘。下列以分析飲料中維他命C含量為例並說明。 圖2 優碘及聚維酮碘的化學結構 (引自維基百科) 一、國小端的維生素C定量分析實驗 國小學生進行化學實驗時，應著重學習觀察並記錄反應發生的現象，例如：顏色變化等；藉由重覆操作同一實驗，比較得到的數據，建立實驗結果必需有再現性的概念。本實驗已在國小科學闖關活動或科學營中進行多次，實驗時使用點眼瓶取代滴定管，以微量離心管取代三角燒瓶，以減少試劑用量及避免學生打破器材，同樣能達到比較不同飲料中維生素C含量及建立實驗結果再現性的概念。實驗步驟及教學注意事項(表1)： 表1飲料中維生素C含量分析之實驗步驟及注意事項(國小端)   實驗步驟 注意事項 1 準備二種以上飲料，一種具有標示清楚、已知含量的維生素C，例如C. C. Lemon，另一種則無標示含有維生素C，例如蘋果汁。引導學生辨認標示值。 2 取一微量離心管，加入0.5 mL 果汁及加入2滴的澱粉指示劑。混合均勻。 l   請學生觀察微量離心管上0.5 mL的刻度及並說明使用方法。 3 將稀釋的碘液滴入步驟2的微量離心管中，混合均勻，每滴完一滴後需觀察混合物的顏色。當溶液變為藍黑色時即達終點，記錄所需的碘液量。 l   有些品牌的優碘中含有賦型劑，加入過量優碘亦無法形成藍黑色錯合物，影響終點之判斷。請選用無賦型劑之優碘。 l   取5 mL優碘，加水稀釋至20 mL，混合均勻後裝入點眼瓶。 l   解說並示範點眼瓶的用法，告訴學生輕輕地擠點眼瓶，避免一下子擠出太多溶液，建議先讓學生練習，如何將點眼瓶中的液體逐滴擠出。 4 重覆步驟1-3，進行另外二次滴定，記錄達終點所需要優碘之滴數，求出平均值。 l   使用學習單，請學生記錄每次達終點所需滴數。以C. C Lemon為例，達終點且溶液變色約需8~9滴。但因每人擠壓力道不同，不同人的滴數差異可能比較大，但同一人、三次實驗之間的滴數差異不大。 l   請同學將平均滴數寫在黑板上，引導學生討論造成滴數差異可能的原因。 […]