第五十期 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 國際純化學暨應用化學聯合會（IUPAC）執行委員會常務委員 國際理事會(International Science Council)治理委員會委員及Fellow 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         十一月有兩個機會到德國參加會議，一個是出席在法蘭克福舉辦的國際純粹暨應用化學聯盟(International Union of Pure and Applied Chemistry, IUPAC)的理事會議，一個是擔任在柏林舉辦的「圍牆倒塌科學高峰會議(Falling Walls Science Summit) 」 中Falling Wall Lab的總決賽評審。然而在此同時，有一個更重要的全球氣候議題大會正在埃及舉行(2022 年 11 月 6 日至11 月 18 日)，那就是 2022年第27屆「聯合國氣候變化大會」，稱為COP27 (全名為第27屆Conference of the Parties)。主要是每年由參與聯合國氣候變遷綱要公約（UNFCCC）的締約會員國舉辦，集結197個會員共同討論氣候變遷的議題。此次會議針對維持1.5度C的目標要減少化石燃料的使用再度進行討論，眼見2030年即將到來，而距離2050年的淨零排放目標亦不遠，然而成效卻不彰。全球大氣排放數據顯示，中國大陸每年二氧化碳排放量最多，約為125億噸之多，其次依序是美國有48億、歐盟約28億、印度是26億然後是俄羅斯19億噸；但在人均上面最多的卻是美國14.2噸、其次依序是俄羅斯13.5噸、中國大陸8.7噸、歐盟6.3噸、和印度1.9噸(麥克格拉夫，2022)。這些數值的確驚人，在享受新興科技的同時，不得不反思人類為下一代留下什麼樣的世界?! 雖然，此次會議成立「損失與損害」(loss and damage)基金，由已開發國家支付較貧窮國家費用以作為補償氣候變遷所造成的經濟損失，並支持他們因極端氣候而陷入危機的國家所必須採取的氣候行動，但是問題的癥結在於減少化石燃料的使用卻未見與會各國提出具體作為，若無正視問題和改變現狀的勇氣，要期待淨零排放恐怕會是緣木求魚。         本期專刊由國立臺北教育大學周金城教授擔任客座主編，共邀請六位中學教師分享線上教學的課程設計與教學策略，在面對疫情嚴峻學生無法到校接受課程和進行實驗時，教師必須具有轉化課程和實驗的能力，使學習不中斷。此次專題的六篇文章各提出不同的教學策略以改善學習環境。此外常態性文章有張美玉和李哲迪的「以淺談TIMSS(Trends in International Mathematics and Science Study)成就測驗之參與經驗」介紹其參與多年TIMSS計畫的經驗與洞見，做為科學教育教與學的重要參考與省思的資料。洪文東的「化學與物理一理一合殊」，從物質的合成與分析的角度去探討物質的本質。最後，邱美虹參與德國柏林舉辦的圍牆倒塌(Falling Walls Science Summit)活動的介紹與心得分享，可以作為國內在人才培育上要有所作為時的參考。 一年又到歲末，預祝所有的讀者平安健康，並以喜悅的心迎接2023年! […]

疫情下線上化學實驗和探究與實作課程 周金城 國立臺北教育大學自然科學教育學系 ccchou62@tea.ntue.edu.tw       n  前言 這兩年由於新冠肺炎疫情學校反覆停課，讓教師與學生們都被迫需要透過網路來進行教學，也讓大家正視該如設計網路教學課程，也逐步由排斥網路教學到接受網路教學，再到網路教學與實體教學並存等不同階段。若只是概念解說而非實作性課程，透過網路教學應該還能夠應付，但若是需要實驗的課程，該如何設計就變成的一個高度挑戰性的任務。在大學停課時，我們曾經思考讓學生利用家中廚房必備的物品來動手做實驗，但有學生反應是住在學校宿舍，所以要取得家中廚房必備的物品都很困難，這會讓廚房化學實驗都不可能進行，那這樣要如何解決呢?對手邊什麼生活器材都沒有的學生，要如何做實驗的確是一個難題，也需要教師設法來思考解決方法。我們先不討論什麼廚房器材都沒有的學生，若學生手邊有一些器材的學生，要如何來進行遠距動手做探究與實作的實驗。              n  本期專題文章簡介 第一篇是大甲高中的廖育茂老師《探究大豆脲酶的催化作用Ⅰ-尿素的分解與檢測》，是透過到家中附近的商店可以買到或家中已有的物品來設計此實驗，透過天然植物蝶豆花或薑黃當作酸鹼指示劑，取不同溫度處理過的生黃豆漿萃取液(含脲酶酵素)，加入現今可在加油站購置加入柴油車的尿素，觀察酸鹼指示劑顏色變化以了解對尿素分解情況的影響，這個實驗真的是一個可以在家中進行，但是背後卻有相當化學深度的實驗。這個能夠在家中讓學生自行操作的實驗，也一定很適合在學校進行，是一個非常值得推廣的化學實驗。 第二篇是彰化高中劉曉倩老師《宅在家也可以探究-停課不停學的自然探究實作》，此文是說明數個可以在家進行的實驗活動，能整合到學生的自主學習的三個活動上。第一個是轉化邱美虹教授在臺灣推動2019年國際化學元素週期表年活動中所設計的元素方塊製作活動（邱美虹，2019），劉老師將之轉變成學生在家動手做的活動。第二個是設計可讓學生在家探究的化學實驗，利用賣場可購得乾燥劑中生石灰加水後產生高溫放熱，觀察不同變因條件下化學反應溫度的變化曲線，並且實際將雞蛋加熱煮熟的實驗，並透過電腦整理數據與製作圖表，找出最佳比例的加熱曲線。第三個是利用光碟片燒錄訊號的細微凹凸面，形成反射光柵來自製光譜儀，來觀察不同光源的可見光譜，這些都是可以在家動手做的化學實驗，很適合推廣。在Journal of Chemical Education期刊上近十幾年來有多篇利用光碟片製作光譜的實驗，有興趣的讀者可以搜尋一下。 第三篇是陳育仁老師《完整的線上探究與實作教學實務分享》一文說明有些實驗材料較複雜，學生在家遠距上課時是難以取得的，因此讓學生線上分組討論實驗變因，整合大家的想法後，討論縮減成幾個可行的實驗變因與實驗流程，由老師在學校線上操作學生所設計的實驗，拍攝實驗過程讓學生記錄數據與分析結果，這的確是一個可行的方法，在疫情下的不得不的遠距實驗課，讓學生動腦而由老師來動手，文末也針對線上課程提出一些改進建議。 第四篇是花蓮高中林于人老師《宅實作—天然酸鹼指示趣探究》一文，則是在停課不停學期間，讓高一學生在家找尋生活中的酸鹼指示劑，並測試生活中的各種溶液的酸鹼性，由學生的心得資料可以看到的在動手做實驗的過程，能提升學生問題解決的能力，在既有的手邊資源與設備下，完成這一個具有挑戰性的任務。酸鹼溶液與指示劑是一個由國小到大學都可以進行的實驗，可以設計得很生活化也可以很學術化，這個實驗的重點會是讓學生思考在有限實驗器材下的實驗步驟的創造，並完成教師指定的實驗結果，是一個簡單有趣的探究實驗設計。 第五篇高雄女中呂雲端老師《探究與實作、實驗與專題研究之設計雄女3C白袍魔法科學家》一文，開始先說明探究與實作課程規劃的流程，先進行基礎能力的教學再進行師生對話討論，並結合時事及生活議題來進行研究。後續面臨停課不停學的問題，則調整教學與評量的方式。評量包含三個部分:一、團隊完成小論文20%:論文包含完整的科展架構，但針對因停課而無法繼續未完成實驗的小論文部分，能以研究計畫或創意說明書的方式撰寫。二、個人作業20%:是針對教師提供的網路影片來撰寫心得。三、團隊或個人期末報告20%:針對居家防疫提出有創意的想法，並錄製3至5分鐘的影片。文章內容涉及較多的面向討論，有興趣的讀者可以再仔細閱讀。 第六篇是由作者所撰寫《模擬化學實驗與遠距化學實驗課程》，本文是針對大一普化實驗在疫情下的遠距實驗出發，來思考模擬化學實驗與普化實驗結合的可能性。這是由於疫情下利用模擬化學實驗來取代普化動手做實驗，所使用的模擬化學實驗是利用Yenka軟體來設計。本文最後還提供一個已設計雙氧水加二氧化錳催化分解生成氧氣的模擬實驗，可以讓學生操作後得出數據，並計算出反應速率定律式、反應級數與反應速率常數。    n  結語 在新冠肺炎疫情下學校不得不全面採用線上教學，也激發出教師們許多不同的線上教學模式，改變了大家長久以來的實體教學習慣。以前我總覺得實體授課必定優於線上授課，但在實際參與非實作的化學專業課程線上教學後，竟發現線上比實體能和學生有更多的互動，因為線上可以要求每一位學生留言也可以進行投票，教學的互動性提高很多。但是，需要實作的課程例如普通化學實驗，則仍是很難只透過線上教學來完成，未來還有很多需要投入教學研究發展的地方。目前即使疫情已經趨緩，但有許多地方仍辦理線上會議、線上研習或線上研討會，這免去參與者舟車勞頓之苦，而且出席率與參與人數也提高，以節能減碳的觀點，這不啻是一件美事。     n  參考文獻 邱美虹（2019）。慶祝IUPAC100 &2019國際週期表年在臺灣(IYPT in Taiwan) 活動成果展示： 系列活動介紹(二)。臺灣化學教育，第34期。https://chemed.chemistry.org.tw/?p=35795。

疫情下線上化學實驗和探究與實作課程： 探究大豆脲酶的催化作用Ⅰ-尿素的分解與檢測  廖旭茂 台中市市立大甲高中 教育部化學學科中心 nacl880626@hotmail.com        n  前言  進入交流道下的加油站加油時，站內常見到寫著『加尿素』三個大字的看板，心裡納悶：為什麼柴油車要添加肥料呢？原來柴油車引擎與一般的汽機車的噴射引擎不同，廢氣排放中，以氮氧化物NOx的占比較高，是空汙主要元兇，因此目前歐洲六期環保多以選擇性催化還原法（SCR, Selective Catalytic Reduction）來減少氮氧化物的排放。然而選擇性催化還原法與一般汽機車所使用的三元觸媒轉化器不同，它需要在排氣管中段進入處，噴入尿素水溶液，尿素在高溫時會分解出NH3，然後NH3與廢氣中的NOX反應生成無害的氮氣與水(”Selective catalytic reduction”, 2021）。近日韓國、日本等多個國家因疫情、貨運塞港等因素，無法從外國進口足夠量的尿素，進而影響到貨、卡車的交通，以及建築業重機械的操作使用，差點癱瘓該國的經濟運作（中央社，2021），尿素的重要性可見一般。下圖為尿素在引擎中的運作示意圖。 圖1：尿素在柴油引擎中的角色與作用 （修改自Moiras et al., 2017）     尿素除了在空汙的防治上作出貢獻外，其實其主要用途在是農業上的使用，作為主要的氮肥，大幅提供農作物的生產力，解決人類的糧食問題。進入土壤中的尿素，可被其中的酵素-脲酶（urease），所分解，產生氨氣與二氧化碳，高溶解度的氨即可成為植物合成蛋白質的氮源；室溫下，1莫耳的尿素在尿酶的催化下，可分解釋出2莫耳的氨氣與1莫耳的二氧化碳；脲酶是水解酶的一種，除土壤外，廣泛存在於細菌（幽門螺旋桿菌）、真菌、藻類、豆科植物、及哺乳類動物的腸胃道內（Lorenc, 2008）。下圖是來自產氣克雷伯氏菌（Klebsiella aerogenes）尿酶的3D分子結構圖。 圖2：尿酶的3D結構 （”UREASE“, 2021） 完整的教學活動分為初階的定性調察與進階的定量探究兩個部分；初階的活動進行以腦內風暴-演示實驗來引發學生的學習動機作為開始；進入正式課題，首先調查蝶豆花萃取液在不同酸鹼環境中的顏色變化；接著認識尿素溶液的性質、以蝶豆花液驗證尿素受大豆萃取液-尿酶催化作用的發生、對比大豆萃取液煮沸與否對催化反應的不同、比較不同豆類萃取液對催化反應的差異；進階的活動則引導學生正確使用手機結合色彩APP，紀錄調查尿素催化分解反應過程中NH3的釋出，造成溶液鹼性提高，蝶豆花因而變色的過程，進一步探究催化分解的變因與機制（洪宇宸、紀庭芯，2021）。 本探究活動以學生受疫情影響，在家進行實驗探究為前提而設計；多利用家用常見的物品與材料來將探討尿素受尿酶（urease）催化的分解作用，比如利用可分解的蝶豆花、薑黃粉或紫色高麗菜作為指示劑，偵測分解的產物-氨氣的存在；利用小調色盤取代易脆裂的試管、燒杯等容器；以藥妝店可拿到的針筒取代安全吸球、吸量管或量筒，作為定量取樣的實驗工具；使用智慧型手機及色碼APP，取代分光比色的昂貴儀器；實踐在家也可以進行定性又定量的科學探究，在不確定因素瀰漫的疫情時代裡，學生的學習不致中斷。       n  腦內風暴：教學演示-如何檢驗尿素在高溫分解的產物氨氣？      取一個電熱瓶模組（廖旭茂，2020），安裝固定好後，秤取約5公克的尿素倒入電熱瓶中，接著秤取2公克的氧化銅粉末置入NH3偵測玻璃管中，最後量取澄清石灰水15毫升加入吸收瓶中。模組裝置固定好後。下圖為反應示意圖。 圖3：尿素在高溫柴油引擎中的角色與作用 開始以變壓器的紅、黑鱷魚夾接通加熱瓶兩個扣環，引燃酒精燈，開始加熱、反應。觀察電熱瓶、偵測玻璃管中的氧化銅粉末及吸收瓶是否發生變化？5分鐘後，停止加熱，稍後打開電熱瓶，以廣用試紙靠近瓶口，觀察試紙的顏色是否發生變化？此時以手揮動瓶口，是否嗅聞到特殊的氣味，這氣味像什麼？請將相關現象觀察，以文字填入下表中。 我的實驗觀察 文字敘述 電熱瓶的變化： NH3檢測玻璃管的變化： 吸收瓶的變化： 表1：教學演示觀察紀錄表      n  藥品與器材 1.藥品：生大豆2.0克/組（加入20毫升的水，打成豆漿）、購自加油站的AdBlue尿素30毫升/組（若購買不易，可以蒸餾水、尿素自行調配32.5%的尿素溶液）、蝶豆花試液（乾蝶豆花20克溶於80 毫升熱水中，浸泡1小時，以濾紙過濾。可分裝全班8組使用）、薑黃試液（超市購置薑黃粉10克溶於90 毫升的藥用酒精中，攪拌均勻後，浸泡30分鐘，以濾紙過濾。可分裝全班8組使用）、檸檬酸 （Citric acid, C6H8O7）、碳酸氫鈉 （NaHCO3）、食鹽（NaCl）。 2.器材：咖啡豆打豆機（果菜汁機）、咖啡用濾紙1包、果菜汁機、調色盤2個/組、針筒（1、2.5、10、30毫升各2支）、塑膠滴管（3毫升，僅適用實驗室版本）3支、果醬瓶數個（約30毫升）。 […]

疫情下線上化學實驗和探究與實作課程： 宅在家也可以探究 停課不停學的自然探究實作 劉曉倩 國立彰化高級中學 torrina01092002@yahoo.com.tw       n  前言 2021年五月萬惡的新型冠狀病毒最終還是沒有放過台灣，一陣疫情風暴後台灣國高中的孩子瞬間被進化成遠距教學的生活，原本以為只有兩週宅在家上課，孩子、家長及老師可能有些苟且想法，認為只是十四天而已，忍一下就過了，沒想到隨著衛福部公布的每日確診人數居高不下，最後不僅整個學期都必須遠距上課，連暑期所有的營隊也被迫取消或線上舉行。雖然有部分都會型學校早在去年就開始規劃師生線上學習，但是多數的學校老師卻因為突然停課需要線上教學而面臨上課步調大亂甚至連平常小考進行方式都需要線上考試的窘境。此外，強調「動手做」的自然探究實作課程該如何遠距教學及線上進行，面臨一大考驗！ 然而危機就是轉機，筆者執教多年每年寒暑假都會給學生「宅在家的科學實作」及「科普閱讀心得」作業，並且將課程設計參與全國高中競賽（旺宏科學獎閱讀科學找樂子），提供學生完整的自然探究實作學習成果的規畫。在2021年筆者與學生以「翻滾元素週期樂」及「眼見為憑的光譜世界」閱讀及實作專案，榮獲「旺宏科學獎全國最佳閱讀計畫」的殊榮！也是網路票選最佳閱讀專案第一名！此外因應108新課綱自然探究實作課程即使未能進行在校實體實驗，我們在課程設計上調整成線上授課及設計成「宅在家也可進行探究實驗」的方式進行，再運用ICT（information communicational technology；資通訊科技）利用聲音、影像或網際網路等資訊科技作為學習媒介，促進學習成效，相信可以開啟學生學習的另一扇窗，同時透過建立線上討論平台（Google Meet 最陽春，簡單易學！），我們也可以視實際教學情況跟學生一起測試要用的網路軟體一一建立上課模式與風格，原先學習的教學資源、線上互動方式及評量也不會消失。最重要的是培養學生自主學習的能力，我們老師規劃主題課程，學生自行分析他們需要什麼，透過線上討論將問題解決。       n  課程設計理念 一、翻滾元素週期樂 學生藉由週期表「元素方塊實作」，將該元素相關的性質及相關實驗實作，簡述在元素方塊的六個面，其中一個面必須有QRcode掃描實驗影片及元素說明。此外同學必須完成元素簡報說明至少6張作成果發表分享使用及電腦打字心得報告1200字至1500字左右。 二、眼見為憑的光譜世界 學生自主閱讀原子發展史、電子軌域、建立能階概念、元素放射光譜及近代電子組態的建立等，並且藉由自製反射及入射光柵實作，學會探究實作的過程。此外學生必須完成自製反射及入射光譜實作簡報說明至少6張成果發表及提供分享使用。 三、遠距教學事半功倍 遠距教學成功的重要關鍵是需要家長、老師、學生三方配合，其實遠距教學最難克服的點，是老師們的視訊教學要怎麼跟課程做整合，另外還需要訓練學生在沒有老師監督的情況下進行「自主學習」，並自然而然養成「自主學習」的習慣。除了要教導學生如何使用線上平台，有些老師會建議家長在家從旁協助，因為老師們會發現，學生自己在家中上課時，除了會開著跟老師視訊的畫面，還會自行另外開視窗作別的事情，使得遠距教學的學習效率降低。 但是最重要的還是課程設計本身最好是可以讓學生自己探索，可以自己動手做的安全性高的實驗，再請家人從旁協助拍攝影片，如此一來，遠距教學成功率較高且全家一起動手做也是一種情感謀合。       n  課程設計範例 一、翻滾元素週期樂 週次 具體目標 教學內容 第一週 課程設計說明 1.教師說明課程設計目標及成果展現格式介紹（元素方塊格式、六個面必須呈現的內容摘要、相關示範實驗或語音講述要點）。   2.人員分組（分為六組）及選定分組組長，同學有問題時可以先小組線上討論。   3.建立LINE群組，大家有問題時可以隨時提問及回答。 第二週 建立學習目標所需的相對應知識，並針對所討論的主題進行設計。   1.教師先讓同學討論抽籤或自己選定想要研究的三到四個元素。   2.同學自己先上網搜尋該元素所對應的相關資料。   3.學生找到的資料來源必須是可信度高的網站來源，若是對於找到的內容有所疑慮或者出現任何問題可以跟大家討論。   4.學生針對自己選定的元素查閱的資料，分類出哪幾個元素是可以進行相關實驗，哪些元素是無法進行實驗，必須採取何種方式讓觀賞者可以理解。 第三週 元素方塊大小要如何設計：發現問題   1.老師跟同學考量所陳設的場地，一起規劃元素方塊大小。大家一定要統一方塊規格，否則大小不一，很難陳列。   2.分小組討論及發表每位同學元素的六個面所陳述的內容、字體大小及相關實驗內容是否合適。 […]

疫情下線上化學實驗和探究與實作課程： 完整的線上探究與實作教學實務分享 陳育仁 新北市立明德高級中學 yokjin@yahoo.com.tw     n  緣起  110年3月份開始，隨著國內新冠肺炎疫情的擴散，同年5月17日高中職以下意外的停課了，這也馬上打亂了我們自然探究與實作課程原來的進行步調。在停課前學生已對水火箭模組進行了兩週的課程，對現象的觀察、初步的實驗規劃構想，以及實驗器材(水火箭)的製作等已有一些進展。 停課馬上帶來了如何在線上遠距進行，這種以實作為主的課程之挑戰。我們幾位合作協同的老師，馬上召開了一場線上會議，研究設定了新的線上課程的進度與規範。為了不中斷學生過去兩週的學習，我們決定延續原來的主題，但對原先排定的課程流程及規劃稍做調整。並且保持邊做邊修正的機動與彈性，開始進行這場遠距教學的新挑戰。      n  線上課程馬上面對困難 在準備線上課程之初，我們幾位老師就梳理出了五項馬上會面對的挑戰，同時為了能順利有效授課，也都全力與時間賽跑，找出解方，茲分述如下： 一、建立線上教室確保所有學生都能順利「到課」 在線上課程開始時面對的首要困難，就是如何確保所有學生都能夠順利到課。這次停課來得突然，我們沒有時間好慢慢去教學生，或確保學生能掌握各類不同的線上教學軟體，所以決定要選用一個他們馬上可以上手，各科目皆統一使用的方式來進行。以確保所有學生能夠順利到課。 學校的資訊組在這項困難上幫了很大的忙，他們為每個班設立了一個Google classroom，其上建置好一個各科目通用的meet會議室連結，再以班上師生們的校務帳號來建立參與成員。這項設定的好處就是同一班的學生全部都直接到這個線上教室上課，由老師跑到不同班的線上教室授課，因為老師相對來說比較能掌握資訊的技巧，也避免學生需因不同的老師，就要使用不同的軟體、跑不同的線上教室上課，反而會讓資訊能力較弱的學生因而缺課了。這一策略有效的解決了我們的第一個困擾，除個別課堂請者之外，學生到課率是100%。 二、線上會議室可滿足小組討論不干擾他人和不受他人干擾的討論空間 「討論」是自然探究與實作課程中一個相當重要的元素，所以我們幾位協同合作的老師希望小組能有一個不受干擾，也不干擾他組的線上討論空間，確保他們可以討論，同時不因為討論而破壞線上教室的發言秩序。 經討論後，我們最後決定以成立小組的meet會議室來解決。這是立基在因為學生上課都是用meet會議室，所以這個軟體是不用另外教學，馬上可以保證所有學生都會用的線上教學系統，而且也可以有效避免學生因不知道怎麼用新的軟體，可能導致落掉課程中的討論環節的困擾。 在執行討論教學的過程中，我個人是在學校以大電視同步開啟10組(我們上課分10組)討論室的視窗、開啟電視喇叭，但不接麥克風。所以可以在同一時間聽到各組討論的情況，其教學效果遠比實體課好太多，實體授課時當老師靠近哪一桌時，其他桌的組別之討論我們是聽不太到的，但經大電視觀察時，10組的聲音基本上是同步的，所以老師可以同時間非常清楚的觀察到各組的討論情況(如圖1)。而且從學生的聲音及視窗的發言標示，就可以分辨是哪一組的討論內容。同時可以用另外一台電腦來點入到特定組別的討論室裡，去提供學生必要的引導或提示。 圖1 以大電視同步觀察各組討論 由圖1中可知，雖經要求學生把攝影機都打開，但許多學生還是因沒有攝影機或網路頻寬不夠等因素而沒有畫面。這凸顯資訊資源在家庭上差距，而且也多少會影響到授課的順利與否。另外，這種小組討論室學生只能夠進到自己所屬的討論室，他並無法如實體授課時，可以參考其他組別的討論情況。這一點上明顯減少了學生間可以跨組向討論較佳進行組別學習的機會。 三、雲端硬碟能即時取得學生作業並可即時回饋 能夠即時針對學生的作業給予回饋，方便學生隨時修正、精進是自然探究與實作課執行上一個很重要的環節。我們決定把實體課程時用來收取學生作業的雲端硬碟，延伸建置了不同的子目錄，讓學生能上傳他們隨堂的所做的東西，即便是小組的記錄把大家討論所得手寫了，再拍照上傳亦可。接著由老師在全體的大教室裡去做分享與回饋，學生只做說明及回應。這做法一來可以有效解決了即時回饋的需求，此外，可以避免學生因個別資訊設備或資訊能力的限制而影響畫面分享的流暢及上課的節奏。最重要的還是因為學生原已熟悉雲端硬碟的操作，不需要另外花時間做操作教學，學生也不會因為不會操作而導致缺漏課。 四、解決停課後學生無法在家進行實驗測試來修正計畫的問題 停課後導致學生無法在家裡做水火箭的實驗測試，也使得他們無法依測試結果來做其實驗規劃的修正，如調整控制變因的量值(如水量)，或操縱變因的測量範圍(如氣壓的改變範圍)等。 為了解決學生沒辦法操作測試實驗的困難，我們決定由老師來代為操作實驗的方式克服這項挑戰(圖2)。我們同步收集了所任教的五個班級，所有組別學生希望測試的所有問題後，由老師在學校代為操作這些測試實驗，拍成影片後放在線上讓學生下載來看，學生再依影片中的測試實驗結果，來檢視其實驗規劃是不是要做修正。 這做法能有效的改善學生不能做測試實驗的困擾，而且學生經由老師代為操作的測試實驗所得結果，也確實能提供足夠讓他們精修其實驗規劃的資訊。 圖2 各代操之測試實驗影片截圖 五、解決學生無法在家實驗取得數據問題 這次線上教學所面對更艱困的挑戰，是學生沒辦法在家裡做水火箭實驗取得數據。我們使用的解決方法是提供學生，前一學期上課的學生所測試的原始數據做選擇使用，當成他們的測量結果。在這一個做法上確實有一些不理想的地方，學生在數據的選擇上，有一定程度的實驗誤差，他們未經精確實驗測量，也無從知道實驗的哪個環節會出現什麼問題。所以學生可能單由數據量的多寡等因素來挑選數據，甚至有些組別所挑選的數據與他們想要探究的內容並不那麼一致。特別是在測量的過程中會面對什麼樣的挑戰、是什麼樣的錯誤導致數據的不可靠等等，在測試錯誤(try and error)的學習體會方面較欠缺。 但是學生還是可以從過去的原始數據中，在數據的分析、建模等素養上，達到一定程度的學習效果。   n  線上課程進行不易評估學生的課程參與度 當線上課程開始進行，一些原來未預想到的挑戰馬開始一一浮現。馬上引起我們幾位老師注意的是：如何去正確的評量？ 在實體課程中，我們容易同時觀察所有學生的參與狀況，但在線上課程中反而不容易同步觀察到全部學生的課堂參與度，特別是當我們發現有些學生是因其資訊設備的限制，導致較不易即時回應教師提問、參與討論或提供上傳分享的畫面，我們沒有辦法知道他是不是正在專心聽講、努力幫忙記錄，或者他真的沒在用心參與。因為看不到學生的完整參與過程，故無法100%的了解學生的參與程度，所以會擔心提高課堂參與度評估的誤差，我們只能以「從寬認定」來盡可能降低評估的差異性。 圖3 線上課程學生的自評與他評較極端，更多被評為無貢獻 進行線上課程而浮現的科技貧富差距現象，也同步引出了在實體課程與線上課程間，學生的自評與他評結果產生明顯差異的問題(如圖3)。一些在實體課中較活躍、積極的學生，會因為他的資訊能力，或是資訊設備，導致他在線上課程中無法表現自己，比如有同學因家中資訊設備不允許而無法參與小組的線上共同編輯等。這問題間接影響了他的自評與他評結果。依本次課程執行的結果看來，電腦網路設備落差確實會引起另類的不公平，這問題值得我們認真思考克服策略。    n  線上課程進行後的反思與建議 有了這次的線上教學實務經驗，我們幾位合作的老師也做了以下的四點反思： 一、遠距教學所突顯的，電腦網路設備落差造成的不公平必須注意及尋找對策。在線上課程施行前先確保學生能取得最基本、足夠課程需求的設備，以盡可能減少這項不公平。 二、線上實驗(探究與實作)課程還是應該改為居家可以取得材料、一個人可以完成的實驗來取代比較理想。讓學生更能理解測量上的限制及各項測量上應注意的細節。 三、線上課程中學生會減少跟同儕間互相學習的機會，若讓學生把自己的實驗錄影上傳到網路分享可以稍微改善這問題，但同時也帶來了增加約生額外的錄製負擔、增加網路頻寬或流量不足的學生不能下載觀看的問題。 四、應該可以確定一個線上教學更有效架構跟流程，當任一模組在執行的時候，應該要有某些遠距教學架構與流程，讓資訊或教育的傳遞上是比較有效的。 希望這次線上探究與實作教學完整的實務分享，能給未來欲開發線上探究與實作或實驗課程的老師，提供有價值的參考。

疫情下線上化學實驗和探究與實作課程： 宅實作—天然酸鹼指示趣探究 林于人 國立花蓮高級中學 yujen525@hlhs.hlc.edu.tw   n  緣起  2021年5月19日全台進入疫情三級警戒開始，接踵而來的學校實體停課讓教學場域一夕間全線上化，原本對線上教學仍有滿多疑問的老師們無暇思考太多，只能立即化身直播主，學習如何透由網路影像與學生們互動。當時我的高三班級皆已期末考結束了，因此我只有每週兩節的高一課程要進行線上教學，讓我可以從容備課之外也能慢慢熟悉Google Meet 及Classroom的操作介面，開始架構我想要呈現的線上化學課程模式，並努力構思如何讓學生們仍能體驗『做中學』才有趣的化學實作！ 那時我在線上教學內容已介紹「酸鹼指示劑」（張煥宗，2021），高一的學生可以舉例說出他們曾學過的酸鹼指示劑，如石蕊試紙、酚酞，並說出會如何變色來判斷溶液的酸鹼性，因此我以「自製酸鹼指示劑」為主題（蕭次融，2009)，開始引導學生進行他們的「宅實作」。在線上能給學生「陽春式」教學資源：除了提供主題相關的實驗影片，教師親自示範一些簡易測試來引發學生提問；讓學生自己開始搜索文獻資料、選擇在家中能取得的天然材料、嘗試如何製得指示劑並測試其酸鹼型顏色，再以自製的酸鹼指示劑來測試家中有的酸鹼物質。    n  教師宅實作的教學歷程 一、在Google Classroom建立『作業』及『課程資料』 （一）『自製酸鹼指示劑』 作業的簡易說明       選用可取得的『植物』來測試日常生活中的酸鹼物質！拍照上傳你的測試結果(圖1)。 圖1 Google Classroom『自製酸鹼指示劑』作業說明   (二) 酸鹼指示劑有趣實驗影片       我所選用的影片資料主要是來自LIS ( Learning in Science )情境科學教材，這個團隊成立於2013年7月，是一個非營利組織，致力於為國中小自然教師及學生，設計有別於填鴨教育的科學教材，協助教師進行STEAM和科學素養導向的教學，讓教師更簡單地進行教學創新，幫助更多學生找回對科學的學習動機，並培養解決問題的能力。 圖2 YouTube【自然系列-化學 | 酸鹼01】拉瓦節の酸鹼變色大作戰【下】 (三)教師示範「簡易且不完美」測試記錄      如表1所示，列出的圖片記錄是以家中喝水的一般玻璃杯進行實作，材料也都是廚房現有可選用的，測試結果拍照看起來變化並不明顯，仍如此呈現給學生當作教材，其實是希望學生覺得『宅實作』可以很家常，也可能會看到不怎麼完美的實驗結果，但重點是願意嘗試！ 表1：紅莧菜汁與廚房中酸、鹼物質的顏色紀錄 紅莧菜&煮過原汁液    加入糯米醋    加入小蘇打粉 二、師生留言區的互動問答     首次施行「宅實作」的我在作業說明的內容不多，學生似乎也不明白如何運用所給的課程資料，所以他們在作業留言區提出許多疑問（見圖3），有學生提出擔心防疫期間無法準備「專業的」的器材和藥品，所以無法完成這項作業。也有學生不確定自己要如何選擇用哪種材料來製作酸鹼指示劑才合適，看到老師用的是「紅莧菜」，但不一定能和老師一樣用某種蔬菜，所以我回應說：「不一定要用菜菜呀~也可以用花花草草果果皮！」     這樣的留言互動讓教師可以明白學生對課程的疑慮有哪些方面，也可適時協助學生面對問題如何解決，讓學生體驗到不是食譜式實驗課程，而是108課綱推動『科學探究與實作』的重要精神（段曉林，2021）。 圖3：Classroom師生留言區    n  […]

疫情下線上化學實驗和探究與實作課程： 探究與實作、實驗與專題研究之設計  雄女3C白袍魔法科學家  呂雲瑞 高雄女中化學科 chem_tim@yahoo.com.tw ■前言 面對108新課綱規劃的探究實作課程，得知科學的學習成效與學生本身的動機有很大關聯性。如果將日常生活與學科知識相互鏈結，應可大幅提高學生的興趣，進而自發性的閱讀思考，跳脫傳統教科書的窠臼，正呼應了目前教育改革的首要目標—自主學習。 冀望培養聽、說、讀、寫科普基礎人才，使科學、原理及意涵等艱澀知識，藉由影音、圖像或文章寫作等創意方式，變成社會大眾容易閱讀吸收的資訊。提升科普人力素質及科普文章品質，落實科普傳播之推動與發展。以淺顯易懂的文字敘述，將多種化學原理融合在主題事件中，期望啟發學生的好奇心和求知慾，並能將課堂或書本中獲得的化學知識，應用在觀察各種日常現象，養成正確的推理思考習慣。主題的編排方式循序漸進，從學生既有的知識技能，提供符合邏輯並較為多面向的思考模式。在每次的課程裡，開放式的問題設計可讓學生討論，教師從中發現不同學生差異性，一點一滴地體認自然科學的奧秘，培育學生具有正確的科學素養。 當課程進行一定段落後，建議教師可參與學生討論，修正或補強其相關基本概念，利用網路科技搜尋連結相關事件，此種開放式多元化的編寫精神，是本課程較為特別之處，期待這類科普小論文實作課程，可作為E世代學子多元選修之參考範例(如圖1所示)。 圖1 課程主軸概念圖 課程說明與規劃 (一)本課程3C精神 Curiosity～永保好奇探索之心；Creativity～具備創新與創造力；Culture～營造喜愛閱讀之文化。藉由高中自然科學各領域的部分重疊性，設計出有效提升學生科學素養、培養學科興趣並能積極參與科學活動的特質。本課程將拓廣潛在課程，奠定學生科學知識的基礎、強化學生實驗操作的能力、加強學生對相關課題探究、執行的能力(見表1)(課程實施規劃請見附錄)。 (二)基本知能為發展目標，強調跨領域交流的學習 以108新課程為基準，學程模式為主的設計概念。藉由教師引導規範，培育學生科學素養與倫理，完成自然科學的實踐觀察與創意研究方法。將合科之課程拓廣，以奠定學生科學知識的基礎、強化學生實驗操作的能力。 （三）以高一必修化學課程為主軸，設計螺旋式合科課程 普及科學教育的精神、培養相關領域之興趣，並積極參與科學性質的活動和服務學習。加強學生對相關課題探究、執行的能力，期望培育出未來具有創新思考與國際視野的台灣本土的科學家。 ■課程實行現況 (一)先進行基礎能力的教學，再進入師生相關主題的討論     教師根據近三到五年內科普時事或新聞議題，自行編製講義教材或是課外讀本。運用教學經驗，設計相關主題或概念，讓學生將問題點提出作討論，藉以提升學生高層次的思考及解決問題的能力。 教授內容如下 1.科學知識：主要偏重於加深、加廣學生們在基礎化學暨自然學科，以補充教材或是課外閱讀來建立學生吸取科普知識的習慣。 2.科普推廣：身處科技生活的現代，每個人都需要具備基本科學常識，教師選取相關報導或文獻導讀，培育學生獲取科普知識的習慣。 (二)結合時事及生活議題的領域研究     讓學生根據自己的興趣與能力，從發現問題、產生疑問、蒐集資料、設計問題、進行研究，最後再利用科學方法，歸納、推論而得到一個屬於個人或小組獨特新穎的結論、發現或發明的新知識。 執行方式如下： 1.科學小實驗或演示：透過實驗操作，訓練學生們在實作方面的能力及技巧，授予他們對實驗應有的正確態度及觀念。 2.專題探討研究：根據學生的興趣學科，選擇研究之主題，訂定計畫，有效地蒐集相關文獻資料後，須與教師討論出適當的研究方法。後續實驗操作與數據資料分析，進而形成執行研究的能力。 表一 3C課程實施情況 發現問題 研究與規劃 1.教師教導文獻蒐集暨學術倫理 2.訓練學生閱讀理解 1.教師引導後學生自由選擇相關主題。 2.擬定本學期的研究計畫並滾動修正。 論證與建模 表達與分享 1.分析生活常見天然化學物質。 2.實際操作基礎實驗技能。 1.同學分組設計實驗關卡。 2.闖關海報解說科學原理。 成果發表海報製作(個人) 成果發表海報製作(團體) (實驗數據、研究流程) (期末線上課程發表) 高市科學展覽(團體) 高市科學展覽(個人) (多元適性發展:應用科學類) (多元適性發展:資訊科學類) ■線上課程設計與評量的調整方式 […]

疫情下線上化學實驗和探究與實作課程： 模擬化學實驗與遠距化學實驗課程 周金城 國立臺北教育大學自然科學教育學系 ccchou62@tea.ntue.edu.tw 　n  前言 我從來沒有思考過大一普通化學實驗課程，如果學生沒有到化學實驗室做實驗要如何上課？2021年9月時，因為疫情再度爆發，大學開學延後而且開學前三周全面遠距教學，而我要上大一普通化學實驗課程，我才開始思考要如何讓大學生遠距做化學實驗的問題。 科學實驗模擬軟體在小學科學教學上的使用，我很早關注這樣的教學方式。我自己先前的科技部專題計畫，曾採購一套全校授權的Yenka科學實驗模擬軟體，放在本校電算中心網站上，開放全校學生使用，師培生與在職教師的回應都很良好，也有不少師培生變成正式教師後都繼續在課堂上使用。但我卻沒有在大學的普通化學實驗課程使用過，因為我仍不確定是否可行，而且覺得複雜的大學普化實驗應該不能使用模擬軟體來進行，應該只適合中小學。 　n  大一普化實驗遠距實驗初步嘗試 前面提到大學開學延後而且開學前三周全面遠距教學，學生無法到學校做普通化學實驗，因此我利用手邊的Yenka科學實驗模擬軟體，設計酸鹼滴定實驗給學生模擬操作，透過google meet同時開設16間討論室讓學生三人一組在線上做化學實驗，並透過google 表單收集學生實驗結果，如下圖1所示。由於每一位學生操作化學實驗模擬軟體的步驟不同，學生的答案也會有不同的實驗結果，甚至還會有實驗誤差，我對這樣的結果感到很意外，因為這就像真的做實驗一下，許多學生的答案都是不一樣的(如圖2)，因此我認為YENKA化學實驗模擬軟體是一個停課不停學下取代實際動手做實驗的替代方案。 圖1 透過google meet同時開設多間討論室讓學生小組線上做實驗   圖2 利用google 表單收集學生實驗結果 　n  化學模擬實驗與化學實驗課程結合讓學生進行探究 要如何讓學生自由地進行科學實驗探究呢?我們以化學實驗探究為例。要讓學生進行化學實驗，教師通常有下列考量:1.準備適當的器材(可以提供多種的器材嗎?)；2.準備適量的藥品(可以提供多種的藥品嗎?)；3.準備適量的設備(電子溫度計、pH計等)；4.準備適合的實驗場地(實驗室、抽風設備、實驗桌與水槽)；5.準備適當的防護工具(實驗衣、手套與護目鏡等)；6.準備廢液回收；7.其他(安全性、費用、時間等)。由小學到大學的實驗課，一般而言都是依照實驗手冊來準備實驗藥品與器材，因此實驗課不會準備多餘的藥品與實驗器材讓學生自由的進行科學探索。做實驗時，每一項藥品與器材都是教師所準備好的，而且每一項都是實驗過程中需要用到的，數量也都是剛好。因為藥品是與器材室並不會開放給學生任意拿取，尤其是化學藥品，有些需具有危險性或是較昂貴，因此無法自行取用，想要自行設計或改變實驗的過程幾乎是不可能。利用科學實驗模擬軟體，是有機會讓學生進行科學探索，設計變因來進行實驗操作，並收集資料(周金城，2018)。 化學模擬實驗與化學實驗課程結合，可以有兩個面向上的探討。第一、設計可以在普通化學實驗課程中使用的化學模擬實驗：由於疫情下的遠距化學實驗課程是一個需要被解決的問題，因此化學模擬實驗的設計有其必要性。另一方面，化學模擬實驗如何在真實的動手做普通化學實驗課程中前後如何被融入使用，也需要進行討論。第二、提供給學生設計與修改化學實驗的探究與實作機會：因為普通化學實驗課程時間有限，而且化學實驗具有一定的危險性，加上化學實驗廢液與藥品的處理繁複，因此學校很難有機會讓學生在普通化學實驗課程自行修改與設計實驗。透過化學模擬實驗軟體，可以提供給學生設計化學實驗的機會，如此可以提升學生化學探究與實作的機會。 　n  科學探究是要培養學生的科學過程技能而非實驗操作技能 108自然科學領域課綱的探究能力區分成思考智能和問題解決。思考智能包含想像創造、推理論證、批判思辨、建立模型。問題解決包含觀察與定題、計劃與執行、分析與發現、討論與傳達。依據108自然科學領域課綱課綱，描述高中生的自然科學學習特性，在加廣課程中，「可較大幅放入微觀、抽象思考、基本運算與理論推導的層次，並建立科學模型與理論的系統性思考方式。」 因此可以透過科學實驗來幫助學生建立科學模型。 一般科學過程技能，包含八項基本過程技能與五項統整過程技能。八項基本的過程技能包括：(1)觀察(Observing)；(2)測量(Measuring)；(3)應用空間／時間的關係(Using space time relationships)；(4)傳達(Communicating)；(5)分類(Classifying)；(6)預測(Predicting)；(7)應用數字(Using numbers)；(8)推論(Inferring)。五項統整過程技能包括：(1)控制變因(Contorlling variables)；(2)下操作型定義(Defining operationally)；(3)解釋資料(Interpreting data)；(4)形成假設(Formulating　hypotheses)；(5)設計並執行實驗(Experimenting) (魏明通，2006）。上述的這些科學過程技能，是在解決生活中各種問題的通用能力，選擇何種指示劑來判斷酸鹼滴定，是一個化學實驗技能，雖然化學實驗技能也是我們要培養學生的能力之一，但科學過程技能會是更重要培養學生學會的通用能力。因此普通化學實驗課的重點除了是「實驗操作技能」，還有「科學過程技能」。而數位化科學實驗模擬軟體，其軟體設計可以聚焦在「科學過程技能」，讓學生多一些時間思考操作變因與控制變因來自行設計模擬化學實驗，而非只是精熟「實驗操作技能」上。 　n  提供給學生測試自己化學實驗假說的做實驗空間 利用科學實驗模擬軟體，來設計探究取向實驗融入課程中，讓學生也可以利用科學實驗模擬軟體學習科學探究能力。108自然領域課綱高中部分強調「學生能從一系列的觀察、實驗中取得自然科學數據，並依據科學理論及方法進行比較與判斷資料，進而以批判的論點來檢核資料的可信性，並提出創新與前瞻的思維來解決問題。學生能運用較為複雜的科學模型、理論與儀器等，獨立規劃完整的實作探究活動，進而根據實驗結果，反思實驗過程的優、缺點，以修正實驗模型或創新突破。」因此，模擬化學實驗室軟體是可以給大一普通化學生進行前述「獨立規劃完整的實作探究活動」的機會，並且「根據實驗結果，反思實驗過程的優、缺點，以修正實驗模型或創新突破。」 Fukami (2013)有一篇發表在最頂尖期刊之一的Science文章，就是強調史丹佛大學針對大學生物實驗教學設計探究取向課程。課程結構是每週有一個小時的講述課程與四個小時實作課程，讓學生大量數據進行假說測試(hypothesis testing)。我認為利用科學實驗模擬軟體，是可以讓學生進行假說的測試，透過科學模擬實驗是可以輸入資料，並且產生數據，再讓學生依此數據建立模型，相信能提升學生的探究能力，並且透過科學模擬實驗也大大縮短學生做實驗等待的時間。 Yenka化學實驗模擬軟體，能提供給學生測試假說實驗的機會，但不會造成化學教師帶實驗準備上的麻煩。當然在設計的過程中仍有很多需要克服的地方，例如模擬化學實驗室的藥品櫃沒有我們所需的藥品，所以需要在模擬實驗事先反應出我們所需的藥品後才能進行實驗，我也是需要花費很久時間才完成實驗模擬設計。這部分其實也可以給學生挑戰，讓學生來設計出項真實實驗一樣的模擬實驗，這對學生化學實驗訓練將會是高層次的練習與挑戰。 大一學生利用我所設計雙氧水加二氧化錳催化分解生成氧氣的模擬實驗（見圖3），可以操作後得出數據，並計算出反應速率定律式、反應級數與反應速率常數。當然，我要特別說明的是這個實驗結果不一定會和真實的實驗結果一致，但是真實實驗要操作與計算的過程，是和這個模擬實驗一模一樣的。因此，學生透過這個模擬實驗，就可以學習到如何計算出反應速率定律式、反應級數與反應速率常數的方法。 圖3 模擬實驗擷取畫面 　n  結語 化學模擬實驗可以提升學生的高層次科學過程技能: 一般科學過程技能，包含八項基本過程技能與五項統整過程技能。這些能力都有機會透過開放式的實驗課程來達到但是受限時間、安全性與經費等各種因素，無法提供給學生任意使用藥品的開放式實驗。透過YENKA虛擬化學實驗室軟體，可以讓學生任意的取用藥品、器材、加熱裝置與電子天平等儀器設備。 化學模擬實驗能部份解決疫情下線上動手做化學實驗，因為新冠肺炎疫情的停課，觸發了我想要嘗試設計模擬化學實驗給大一普通化學學生實驗的可能性。如前述，我也真的實際進行過遠距的化學模擬實驗，初步看來算是有還不錯的結果。當然，模擬化學實軟體不會真的能取代真實的動手做實驗，但是如疫情停課不停學特殊情況，化學模擬軟體實驗還是會比完全沒有實驗動手做實驗更好。 我從來沒有想過要利用化學模擬軟體實驗在大學普通化學實驗課上，真的是因為COVID-19疫情改變了我們對於很多事物既定的觀點，也讓我有機會驗證在大學普通化學實驗課上，讓化學實驗實際動手做與模擬軟體兩者結合的可能性。 　n  […]