10thNICE-微型蒸餾器工作坊發表 廖旭茂1, 2 1台中市立大甲高級中等學校 2教育部高中化學學科中心 nacl880626@gmail.com 摘要：蒸餾是一種基本的分離技術，利用混合物中各成分沸點的差異來進行分離。它廣泛應用於釀造、石化等產業。然而，高中實驗室中傳統的蒸餾裝置通常體積龐大、價格昂貴且易碎，限制了其用途，多半僅用於教師示範，而非學生的實際操作。因應臺灣對綠色化學與創客運動日益重視，本研究開發了一種新型微型蒸餾裝置。此系統以 20 mL 樣品瓶取代傳統的大型圓底燒瓶，外部纏繞電熱絲並透過變壓器控制，以提供穩定熱源，免除了對昂貴且高耗能的電熱套，或具危險性的酒精燈的需求。此外，珍珠奶茶用矽膠吸管作為冷凝管，並配合USB供電的沉水馬達，進行水循環以達到高效冷卻，進而實現節水效果。綜合以上，微型蒸餾裝置具有體積小、耐用、可攜帶、節能等優點，提升了安全性與實用性。其設計可廣泛應用於蒸餾實作相關的教育場合，並可作為探究式與實作型科學課程中的寶貴工具。 前言 連日大雨滂沱，思緒紛亂，索性打開筆電，整理手機內照片，一幅幅山形的旖旎風光與與精采活動剪影快速流轉，溯洄從之，濁緒緩緩滌清。回憶山形之旅，將依時序，記下這趟台日友好之旅的驚奇…. 很開心能夠與國立臺灣師範大學科學教育研究所的邱美虹教授、國立台北教育大學周金城教授所帶領的博士生團隊，以及學科中心伙伴一起參加了今年七月底在日本山形市所舉辦的第十屆亞洲化學教育研討會（10th Conference on Network for Inter-Asian Chemistry Educators, 10th NICE Conference），本屆NICE大會，有各國代表的主題報告、口頭報告，與精彩的師生海報展，其中更有數個攤位，各式道具齊全，藉由實驗演示來介紹自己的研究成果；筆者延續以往NICE的慣例，分享迷你型蒸餾模組的體驗工作坊（Workshop），由於事前與主辦單位充分地溝通，獲得時段、時間與場地上妥善地安排，讓一個小時內結合介紹簡報與蒸餾實作體驗結合的工作坊能夠圓滿進行。趁思緒清晰之際，將微型蒸餾器的製作、組裝、使用與測試結果，與工作坊的分享歷程，記錄下來。 迷你型蒸餾器的開發與應用 迷你型蒸餾器的外型特徵是從前一代（廖旭茂，2020）改良而來；為減少電熱式加熱瓶纏繞電熱線時常發生的短路現象，並提升隔熱效果，捨棄原有扁形電熱合金帶的使用，改用外覆鐵弗龍塑膠的電熱絲；為提高鑽孔的安全性，加大矽膠塞的規格，並捨棄一般珍奶吸管的使用，改用彈性更好的矽膠管；為避免操作時燙傷，加熱瓶底部加裝矽膠套，作為隔熱之用；為穩定電熱加熱瓶，捨棄原有藉由雷射切割機與機械加工而成的壓克力支架，改用實木底座，節省繁複工序，並提升原有加熱瓶的穩定度。確認所有工序後，並測試蒸餾器對各種酒類的蒸餾功能，與相關溫度變化參數。除此之外，新一代的蒸餾器，可改變加熱瓶的體積，選擇不同電阻的電熱線，與變壓器的選擇，以達到最適合的功率輸出。將兩代蒸餾器的外觀，做一比較，如圖1所示。 圖1：圖左為第一代蒸餾器，圖右為第二代蒸餾器     各關鍵元件的製作、組裝、使用過程分述如下： 電熱式加熱瓶的製作 電熱式加熱瓶的製作包括：聚熱鋁箔紙的黏貼、電熱線的纏繞與固定、隔熱防燙矽膠套的安裝、實木底板的黏著等；按此完整過程，可以劃分成兩個區塊、11個詳細步驟，第一區塊為電熱式加熱瓶的製作（包括步驟1-1~1-5）。相關步驟如圖2所示。 圖2：電熱式加熱瓶的製作流程 第二區塊屬於電熱式加熱瓶的優化，包括直流電源接頭-管狀端子的壓接、防燙矽膠套的安裝、與實木底座的黏著固定，（包括步驟1-6~1-11）。相關的步驟如圖3所示： 圖3：電熱式加熱瓶的優化製作流程 冷凝管的製作 冷凝管的製作包括玻璃內管彎折、矽膠塞上鑽孔（含玻璃內管穿孔與冷卻水孔，共鑽2個孔），進出水口金屬管轉接頭安裝等相關製作流程，如圖4（步驟2-1至2-5）所示： 圖4：冷凝管的製作流程 迷你型蒸餾器的組裝 取一個6號矽膠塞，以鑽孔器鑽出2個孔，一孔供冷凝管的玻璃內管貫串連接，作為熱蒸氣的接收通道，另1孔插入溫度計的金屬探針頭，以偵測蒸氣的溫度；6號矽膠塞緊塞加熱瓶後，與冷凝管連接在一起。冷凝管前、後矽膠塞的進、出水口，透過不鏽鋼金屬管作為轉接頭，分別連接各一條約40公分長的小矽膠管；隨後進水口的矽膠管與固定在燒杯底部的打水小馬達出水口連接，而與出水口連接的小矽膠管放置回燒杯中，達成冷卻水循環節水的目的。相關組裝流程如圖5（步驟3-1至3-5）所示。 圖5：迷你型蒸餾器的組裝步驟 4.迷你型蒸餾器的使用（以紅酒蒸餾為例） 量取8毫升紅酒，倒入加熱瓶中，蓋上與冷凝管左側相連的矽膠塞；接著250毫升燒杯中注水約八分滿，隨後將打水小馬達的USB插頭插入變壓器的USB插座中；當變壓器的插座接通電源時，冷卻水自打水馬達流出，經由小矽膠管，由下方進入冷凝管的玻璃內管與大矽膠外管之間，等大矽膠外管注滿水後，水再由上方經出水口、小矽膠管回到燒杯中。 接下來，變壓器的的DC接頭分出的兩條鱷魚夾紅、黑導線，分別夾持電熱瓶前、後電熱線的管狀端子，電熱線不分極性，相反接法，亦可產生電熱效應。將注意力放在溫度計上，觀察溫度計顯示的溫度有無上升，10秒鐘後若無變化，檢視鱷魚夾接線、插頭是否接妥？若無問題，繼續加熱約6~8分鐘後，仔細觀察第一滴蒸餾液溜出，紀錄溫度計的溫度與餾液的顏色。圖6（步驟4-1至4-5）是迷你型蒸餾器的使用步驟。    圖6：蒸餾器的使用步驟流程 5.蒸餾液觀察與酒精度的測量 當收集餾液達1毫升時，紀錄此時溫度計的溫度，並將蒸餾液迅速倒至一乾淨小樣本瓶A，接著將收集瓶放原來回收位置，持續通電加熱。取一支小滴管自樣本瓶A中吸取1小滴蒸餾液，滴在手背上，戳開液滴嗅聞，觀察溶液的顏色、氣味。與原酒相比較有何差異？ 梅酒 蒸餾後的餾液酒精濃度與原梅酒相比是升高或降低？取一酒精度計，打開取出盒中小滴管，吸取蒸餾液滴在觀測平台上，闔上透明蓋，手持酒精度計朝向日光燈光源處，觀察光線曲折後，藍白的交界處對應的刻度，即為酒精的濃度。試問蒸餾液的確切濃度是多少 %？觀測酒精濃度過程，如圖7所示。 圖7：酒精度計的外觀操作與測量過程 7.迷你型蒸餾器的梅酒蒸餾測試此迷你型蒸餾器，透過12V，2A的變壓器加熱，若教師想了解加熱瓶的加熱效果，可透過紅外線溫度計測量瓶外溫度，並利用數位溫度計量測瓶內的溫度，探討加熱過程中瓶身的溫度隨時間的變化。圖8為加熱效果調查的實驗裝置。 圖8：加熱瓶加熱效果的量測裝置 此種變壓器常見於監控攝影機系統上，最大功率為24W，價格不貴；亦可使用較高功率的變壓器或電源供應器供電，加熱速度會增快，但溫度提高，安全性會有疑慮，價位也會較高。圖9為瓶內、外溫度隨時間的變化。 圖9：電熱瓶內、外的溫度變化 關於活動後話 […]

NICE國際研討會論文發表與交流 —簡易有機化合物卡牌遊戲分享 鐘建坪1*、鐘奕勳2 新北市立錦和高級中學國中部、新北市南山中學國中部 *hexaphyrins@yahoo.com.tw 摘要：本文分享參與第十屆NICE研討會的心得、想法，以及發表簡易有機化合物卡牌遊戲的設計與應用成果。作者們共同開發的簡易有機化合物卡牌遊戲，旨在以遊戲化方式幫助國中學生理解基本的有機化學分子。遊戲設計透過卡牌的元素組合與策略操作，使學生在遊戲中熟悉國中課本介紹的烷類、醇類、有機酸及酯類的基本特徵。研究結果顯示，65名國中八年級學生參與的試驗中，後測成績顯著高於前測，表明此份卡牌遊戲能夠提升學生對簡易有機化合物的記憶與理解。同時，參與者在遊戲愉悅性、規則易學性、科學概念融入及設計創新度等面向均給予相當高的正面評價，充分展現該遊戲的學習潛力。此外，透過國際研討會的交流，能擴展師生的國際視野，讓教師從不同國家的教育實踐中汲取經驗，讓學生能夠理解不同文化背景的科學學習。 前言 每隔2年舉辦一次的NICE（The Network of Inter-Asian Chemistry Educators）研討會，於2025年7月26至28日在日本山形縣舉行。本次為第十屆，由山形大學主辦，與會人員來自臺灣、日本、韓國、馬來西亞等國家的大學教授、中小學科學教師，以及中學學生。大家齊聚一堂，共同分享與討論化學教育相關主題。本次第一作者發表3篇海報論文，其一為以探究與實作的方式在彈性學習課程協助學生開發科學桌遊，並以設計思考架構，讓學生歷經同理心、界定問題、創意發想、製作原型，以及測試等探究歷程，以發展學生的設計思考能力（Jong, 2025）；其二為與鐘君瑋共同發表，利用環境部水質資料庫的資料進行分析，探討淡水河長年水質的變化趨勢，以確認淡水河水質是否有所改善(C. W. Chung & Jong, 2025)；其三為與本文第二作者共同開發簡易有機化合物桌遊，著重如何協助學生透過遊戲化的方式進行國八下有機化合物單元內容的學習（Y. H. Chung & Jong, 2025）。本文主要說明在簡易有機化合物的桌遊開發、學生學習的成效與評價、研討會報告內容與參與歷程的心得分享。 簡易有機化合物卡牌遊戲 一、桌上遊戲 桌上遊戲（Tabletop Games）是一個廣泛的類別，泛指所有以桌面或特定平面為互動場域，並藉由實體物件（如圖板、卡牌、模型、骰子等）進行的遊戲或活動。範疇涵蓋傳統圖板遊戲、策略卡牌遊戲、棋子遊戲等。與數位遊戲相較，桌遊的核心特質在於其「面對面」的互動性與「實體操作」的體驗。遊戲規則提供一個結構框架，玩家必須在此框架內進行策略思考、資源管理與決策判斷（鄭秉漢等，2019；Cheng et al., 2019）。科學桌上遊戲（Science Tabletop Games）是一種將科學概念與遊戲機制融合的教學工具。主要是將抽象的科學概念，轉化為具體的遊戲規則、組件與互動機制（鐘建坪、鐘君瑋，2023；Cheng et al., 2019）。科學桌上遊戲已出現在教科書，以協助學生學習相關概念，例如：化合物卡牌配對遊戲，利用記憶的方式配對出能夠形成化合物的陰陽離子，讓學生在遊戲中逐漸熟悉不同的陰陽離子如何形成離子化合物（南一書局，2024）。 二、有機化合物遊戲 有機化合物的學習內容廣泛，包含：定義、分子式、鍵結、結構、命名、反應，以及性質等內容。目前已有多款主題各異的有機化合物桌遊運用於實際教學(Crute, 2020; Farmer & Schuman, 2016; Molvinger et al., 2021; Triboni & Weber, 2018)。這些遊戲著重不同面向，以協助學生學習有機化合物的相關概念。在命名與結構部分，Crute (2020)以賓果（BINGO）遊戲為架構，協助學生認識烷類的命名。Molvinger等人(2021)以桌遊方式讓學生學習共價鍵，在組合原子卡牌時，必須確保中心原子滿足八隅體等規則。在反應與合成部分，Farmer和Schuman (2016) 設計卡牌遊戲讓學生思考如何策略性地改變化學鍵的斷裂與生成，以學習化學反應的合成，而非只是單純背誦反應式。系統整合應用層面，Triboni和Weber(2018)設計卡牌遊戲模擬一個真實的有機化學實驗室環境，玩家不僅要完成合成反應，還需管理資源、控制溫度與pH值等反應條件。雖然已有許多有機化合物桌遊提供不同的教學目標，但是專為國中學生初次接觸有機化合物的入門款桌遊仍未多見。 發想主題與遊戲內容介紹 […]

庫普曼的傳奇故事 游文綺、胡景瀚* 國立彰化師範大學化學系*chingkth@cc.ncue.edu.tw   n  從庫普曼定理到諾貝爾經濟學獎 庫普曼（Tjalling C. Koopmans, 1910-1985）的名字出現在所有的量子化學課本，也出現在物理化學的教科書上。以他為名的量子化學「庫普曼定理」（Koopmans’ theorem）內容為：分子的第一游離能等於其最高佔有分子軌域之能量的負值 此定律源自1934年他發表的論文1。然而庫普曼自此從科學界消失，直到多年後他在1975年獲頒諾貝爾經濟學獎（Prize in Economic Sciences）。庫普曼的一生樸實又傳奇，簡介於此，其人像如圖一所示。   圖1：庫普曼於1967年獲得比利時魯汶天主教大學（Catholic University Leuven）的榮譽博士學位（左）；1975年獲得在諾貝爾經濟學獎放在網站上自傳的照片（右）。 （圖片來源：Eric Koch for Anefo, CC0, via Wikimedia Commons: https://shorturl.at/gADG0.） 1990年代，筆者之一（胡）在美國讀博士班時，量子化學實驗室的同學都一定要會證明庫普曼定理。然而，在訊息交換緩慢的當時，沒有人知道庫普曼在1934年發表這篇論文後去了哪裡，那是他唯一一篇自然科學的論文。幾年後得知，庫普曼獲得1975年的諾貝爾經濟科學獎，筆者對這位學者的生平無比的好奇，多年後才從諾貝爾基金會網站上讀到他的自傳2。 n  庫普曼的家庭背景 庫普曼於1910年出生於荷蘭，父母親都是教師，父親是新教聖經學校的校長。庫普曼的大哥是荷蘭改革教會的一名牧師，是新教學生組織中最具影響力的領導人，不幸地在二次大戰時為流彈所傷而早逝。他的二哥是一位化學工程師。幸運的庫普曼在14歲時得到父母故鄉的學習津貼直到26歲，使得他有機會能夠探索不同的知識領域，包括神學、心理學和精神病學。他在神學上的探索使得他背離父母親信奉的新教，也曾經考慮過主修精神病學。 n  高成就的跨領域 大學時期，庫普曼主要學習數學，特別是分析與幾何，他在廣泛的閱讀中了解到科學領域需要全新的概念來取得進一步的發展。大學畢業後，庫普曼的學習轉向「理論物理學」，立志像他的指導教師漢斯‧克雷莫（Hans Kramers）一樣，有著溫柔的智慧並且鼓舞人心。克雷莫應用數學於實質性研究領域的態度與風格，對庫普曼後來的研究產生顯著的影響。庫普曼的研究，也就是所謂的「庫普曼定理」發表於1934年，之後庫普曼便將他的數學專長轉向應用於經濟學。 在1930年代初，馬克思主義3經濟學家指出當時的經濟大蕭條是資本主義的巨大危機，庫普曼受到啟發，並開始意識到經濟的世界秩序是不穩定、不可靠的。庫普曼開始和具有共產主義傾向的學生和失業工人建立友誼，也受到馬克思《資本論》的啟發。在同一時期時，一個新的知識領域—數理經濟學（Mathematical Economics）—正在蓬勃發展，此領域讓庫普曼的數學背景能夠應用於一個更接近人類生活的主題，他幸運地得到此領域領導者揚•丁柏根（Jan Tinbergen，1969年諾貝爾經濟學獎得主）持續半年每周一次的一對一教導，丁柏根不只在經濟建模方面極具聰明才智，對於經濟行為關係現實主義的廣泛經驗知識更是讓庫普曼留下深刻的印象。庫普曼開始著手撰寫博士論文，論文的主題是統計學在經濟學上的應用。 在撰寫博士論文的最後階段（1936年），庫普曼做出很多關於統計學方面新想法的講座，還認識他的妻子，她是庫普曼輔導過數學經濟學的學生之一，彼此之間有很多的共同興趣，兩情相悅的他們於次年10月結婚，同年11月，在克雷莫和丁柏根的共同指導下庫普曼獲得博士學位。 兩年之後，庫普曼接替丁柏根在經濟學院的講座工作，後來又替丁柏根為英國建構經濟模型，一直到二戰爆發為止。庫普曼在戰爭期間對於英國做出重要的貢獻，庫普曼的工作主要是整合所有船隻的使用狀況到一個報表，對最佳路線和不同路線上的相關運輸成本進行研究。此外，庫普曼對於「航運悖論」的解釋，也有著很大的科學影響。 後來庫普曼受邀加入考爾斯經濟學研究委員會4。在委員會工作的期間，庫普曼增加對二元性數學結構的理解，還擔任六年的研究部主任，後來轉任耶魯大學新的考爾斯經濟學研究基金會，研究關於時間上的最佳分配，且與同事共同研究經濟體系的描述和比較。直到戰爭蔓延到西歐，庫普曼與妻小離開歐洲搬到美國居住。 庫普曼之後在美國國家科學院（NAS）5的一個委員會任職，對能源供應領域的時間優化技術的應用產生了興趣；並且在國際應用系統分析研究所（IIASA）6進行為期一年的訪談，學會用不同角度看待能源問題。自1955年之後他在耶魯大學任教，直到他在1985年去世。1975年，庫普曼因為他在最佳資源分配的經濟學理論上的貢獻與列昂尼德·康托羅維奇（Leonid Kantorovich）共同獲頒諾貝爾經濟學獎7。 n  庫普曼跨領域的時間軸 庫普曼的一生樸實又傳奇，1910年出生於荷蘭，18歲時在烏特勒大學學習數學，之後研讀理論物理學與數理經濟學學科。24歲發表量子化學「庫普曼定理」，26歲取得數理統計學博士學位，隨後為英國建構經濟模型，直到戰爭蔓延西歐，庫普曼移居美國，並加入考爾斯經濟學研究委員會，在40歲轉任耶魯大學直到75歲去世，並於1975年65歲時獲頒諾貝爾經濟學獎。庫普曼跨領域的時間軸，如圖二所示。 圖1：庫普曼跨領域的時間軸 n  附錄 請下載—庫普曼自傳（中文版） n  參考資料和附註 1.   Koopmans, […]