當藝術遇見化學：奈米世界的構築藝術： 第一型晶籠水合物的串珠模型之結構與製作 范原嘉1、金必耀1,*、左家靜2,* 1國立臺灣大學化學系2國家高速網路與計算中心1byjin@ntu.edu.tw; 2cct@nchc.narl.org.tw   n  摘要 本文介紹串珠模型在第一型晶籠水合物的應用，這種晶籠水合物的結構是由氧的四配位結構連結而成的開放骨架結構，環繞在每一個氧有四個氫鍵為初級構造單元，以氫鍵橋連氧原子而形成兩種次級構造單元，再堆積成三度空間的骨架構築。這種含有甲烷的晶籠水合物不僅對於地球的生態有一定的重要性，更可能是一種未來重要的能源，不同的晶籠水合物的本身結構更是精巧萬分，就像是奈米空間的奇幻建築，千姿百態，給人無限的想像。運用數學串珠來建構水合物的立體結構，相當於是將這些奈米結構視為氫鍵的硬球殼堆積模型， 串珠模型中的珠子代表氫鍵， 真實地通過巨觀的硬球殼疏堆積，把晶籠水合物在奈米世界的三度空間排列變為富有藝術感的立體建築結構。 關鍵詞：分子模型、數學串珠、籠形水合物、非計量化合物、化學奧林匹亞 n  引言 西元1811年，英國化學家戴維（Humphry Davy）發現在他之前認為是固體氯的一種物質，其實含有許多的水。十多年後，戴維的助手法拉第用分析化學方法確認這種物質的化學組成為Cl2·10H2O，後來更精確的實驗指出這種含有氯的水合物的組成相當接近Cl2·8H2O。從那時起，含有各種不同氣體分子的水合物被陸續報導，這包括了鈍氣與分子量較小的碳氫化合物。二十世紀中，美國化學家包林使用X-射線繞射實驗闡明了氣體水合物的結構，是水分子用氫鍵連接成籠子結構，再堆疊成含有孔洞的四配位骨架結構，氣體客分子包合在籠子之中，成為晶籠水合物（Clathrate hydrates）1。 有趣的是，第四十屆在匈牙利舉行的國際化學奧林匹亞競賽，有這麼一個理論問題，測驗學生對這種第一型晶籠水合物的認識，題目如下2： 第6題         佔總分的7% 6a 6b 6c 6d 6e 6f 6g Task 6 3 5 3 6 6 12 10 45                 *附註：這個表格給出第六題中七個小題的計分細節，即每個小題的點數，加起來的總點數為45點，此題佔總分7分。 將氯氣加到接近凝固點的水中，會產生一種淡綠色羽毛狀的沉澱物；另外在加入如甲烷和鈍氣等其他氣體時，也會有類似的沉澱。這些物質是非常重要的，因為其中甲烷水合物被認為大量地存在於自然界中，幾乎和其他天然氣存量一樣多。 這些沉澱物都有類似的結構。當溫度稍高於凝固點時，水分子會形成由氫鍵連結而成的籠形骨架結構，並被填於孔洞中的氣體分子所穩定，這種結構稱為晶籠體或是晶籠水合物。 氯和甲烷的晶籠體有相同的結構，其主要特徵是20個水分子先形成接近球形的十二面體，單位晶格中這些十二面體以體心立方的方式排列，相鄰的兩個十二面體由二個位在單位晶格面上額外的水分子所連接，而且每一個單位晶格的面上都有兩個額外的水分子。單位晶格的邊長為1.182 nm。 這種結構含有兩種孔洞，一個是上述十二面體的內側空間（稱為A–型孔洞），另外還有一種稍大的孔洞，每一單位晶格中有6個這種B–型孔洞。 a)    每一單位晶格中有幾個A–型孔洞？ b)   每一單位晶格中有幾個水分子？ […]

當藝術遇見化學： 化學在藝術品和文化遺產保護的應用 胡景瀚 國立彰化師範大學化學系*chingkth@cc.ncue.edu.tw n  在藝術品和文物上的菌膜 在藝術品和文化遺產的保護過程中，菌膜（biofilm）造成的傷害是相當難處理的。菌膜是微生物細胞的聚合體，在菌膜中的細胞會以化學訊息互相溝通，這種溝通過程稱為「群聚感應」（quorum sensing）。群聚的細菌對於抗菌藥劑（抗生素）的抵抗力是它們在分離浮游狀態的一千倍以上，因此菌膜對健康有許多危害，人體約八成的感染是由菌膜所造成的，例如：牙垢、尿道炎、造成肺炎的鏈球菌等皆是。我們在樹幹和石塊上也經常看到菌膜留下的斑駁痕跡，圖一是竹子上的菌膜。 圖一：竹子上的菌膜 除了對健康造成的影響，在藝術品和文物上的菌膜也成為文物保護工作的一大難題。柬埔寨巴容廟的石雕佛像（見圖二）、位於義大利的世界文化古蹟「哈德良別墅」（見圖三）的石柱都受到菌膜的嚴重侵蝕。 圖二：柬埔寨巴容廟 （圖片來源：Das Lächeln von Angkor by Hans Stieglitz, https://goo.gl/4apXS2） 圖三：哈德良別墅 （圖片來源：The Maritime Theatre by GNU Free Documentation License, https://goo.gl/99H8f1） n  化學方法清除菌膜 清除藝術品或古蹟上的菌膜遭遇到的困難，是我們不能用過度侵入性的方法，傷害了文物。苯扎氯銨（Benzalkonium chloride，見圖四）經常被用來消除藝術品和文物上的菌膜。苯扎氯銨是一種陽離子界面活性劑，可用於手術前消毒，也被應用於道路和泳池當作除藻劑。 圖四：苯扎氯銨的結構式 苯扎氯銨去除菌膜的能力有限，若想增強去除菌膜的能力，我們須先了解群聚感應的機制，圖五是細菌形成菌膜的示意圖。圖中紅色的紅點代表細菌溝通分子（N-acyl homoserine lactone, AHL），AHL由細菌的一段稱為LuxI的基因所製造，另一段基因LuxR會利用AHL和DNA中的Lux Box結合，並活化基因Lux CDABEG，這段基因會進行集體行為，如製造螢光分子（某些寄居在發光烏賊體內的細菌），或對宿主釋出毒性等等，也可能會製造更多的溝通分子。然而，細菌的AHL受體必須在足夠高AHL濃度時才能作用，受體會偵測環境中AHL的濃度，並在適當的濃度下啟動系列反應。 圖五：細菌形成菌膜的示意圖 （圖片來源：Bacterial Quorum Sensing by Caroline Dahl, https://goo.gl/HU1xw2） 有趣的是，各種細菌用來溝通的分子都有相似的結構（見圖六）。圖六中的分子1是一種革蘭氏陰性菌（綠膿桿菌）的群聚感應分子，2和3是其它革蘭氏陰性菌的群聚感應分子，我們可以看出這些分子的結構的相似性。紐約州立大學的Suga教授合成出分子4，並證明它具有抑制綠膿桿菌群聚的功能。1從圖六中我們可以看到1和4極為相似，可能是後者取代了前者和受體的作用並干擾了後續的生化作用。 圖六：各種細菌用來溝通的分子，1-3為革蘭氏陰性菌的群聚感應分子 一氧化氮（NO）是一個簡單的雙原子自由基分子，然而自二十世紀後期，NO與生物化學的重要關聯陸續被發現，它是生物體中的訊息傳導物質，對於代謝、免疫、血管擴張等生化功能都扮演了重要的角色，最早揭露其生化功能的科學家們也因而於1998年獲頒諾貝爾獎。 因為分散的菌膜容易被苯扎氯銨消滅，有科學家因此想到利用NO先將菌膜驅散，降低其群聚程度後再施以苯扎氯銨消滅細菌。這個想法果然得到很好的結果，相關的研究仍在持續進行中。2,3 某些實驗室則合成了帶有NO的有機物自由基，並證實其亦具有非常好的驅散細菌的能力。澳洲墨爾本大學的Schiesser實驗室證實了先以非常低濃度（50 mM）的5（見圖七），塗在菌膜上再加入0.001%的苯扎氯銨可以有效地除去從木雕藝術品取下的菌膜（一般的古蹟處理程序使用2%的苯扎氯銨）。4 圖七： […]

當藝術遇見化學：新型凝膠修復西畫 邱美虹1,*、曾茂仁2 1國立臺灣師範大學科學教育研究所 2臺北市立大直高級中學 *mhchiu@ntnu.edu.tw n  前言 你是否曾好奇過為何美術畫作歷經數百年歲月的卻似乎未曾在畫作上留下痕跡？你又是否想過若是出自名家之手的畫作受損誰又能妙手回春呢？誰是那位化妝師為原畫做修復呢？而修復師又需要那些知識與技巧呢？ n  遲來的喜悅 最近在英國每日電報（The Telegraph, 2017.11.8）中Mark Molloy報導了一篇非常有趣的發現，一副400多年前畫著英王詹姆士一世夫人的畫作經過專家在短短幾秒鐘的時間內就去除塗在畫作上長達200多年的黃棕色保護膜，俗稱凡尼斯（Vanish），使得畫中夫人纖細的手指與精緻的臉龐重現於世人眼前。基本上凡尼斯是一種透明的薄膜，畫家在作品完成後通常會上一層凡尼斯以保護畫作不置於受到汙染、氧化或是黴化。而凡尼斯隨著時間會逐漸變質，使得原畫作漸漸失色，讓後人無法見識到其本色。 然而究竟是什麼方法可以進行這類型的修復呢？新興化學藥品與技術的快速發展，使得過去傳統修復畫作的方法有重大的突破，在一群專家長時期對凝膠與溶劑進行實驗後，他們發現利用此混合物去除凡尼斯後，並不會傷害畫作本身原創作時的色彩。這種使用新型凝膠進行西畫修復的工作已逐漸成為新的潮流以保持畫作原貌，此次詹姆士一世夫人的畫作原貌得以重見天日便是一個極佳的事例。以下簡介新型凝膠修復畫作的方法。   圖一：原畫作（左）和除去發黃的凡尼斯後美人臉龐（右上）、 纖手輕持白花細膩的筆觸即現（右下）（Philip Mould & Co.提供） n  凝膠修復法的優缺點 修復師經常使用有機溶劑清洗油畫表面，然而清洗時，有機溶劑流動性強，易造成清洗範圍過大；清洗後的有機溶劑會穿透顏料，滲透入畫布中，使得有機溶劑殘留在畫布的夾層內。經過一段時間後，殘留的有機溶劑會導致畫作表面隆起、溶解原有的顏料並且破壞畫作的穩定性。如此一來，修復畫作卻演變成另一種傷害畫作的行為。修復師為了避免有機溶劑被畫布吸收，以棉花或紗布作為載體吸收有機溶劑後覆蓋在油畫表面一段時間，其清潔效果會因覆蓋時間太長，進而衍生另一問題。 一直到九零年代興起的一項新穎的技法─凝膠修復法，此技法是將清潔畫作所使用的有機溶劑與凝膠混合，塗抹在需要清潔的畫作上，這樣不但保留了原先的清潔能力，更能夠提高黏滯性（Carretti, Dei, Weiss, & Baglioni, 2008）。以凝膠為載體，能夠有效控制有機溶劑的流動，更精準地掌握清潔範圍，進一步的防止過量的有機溶劑滲透入畫布中，減少因修復對畫作造成的傷害。 1964年《威尼斯憲章》提出應以對文物造成「最小干預」為主要的修復原則，然而凝膠修復法中所使用的凝膠為聚丙烯酸，完成清潔後去除凝膠時，部分凝膠會殘留在畫作表面難以去除。為了去除殘留的凝膠，修復師必須使用另一溶劑清洗畫作表面，如此一來，大幅降低修復師使用凝膠修復法的青睞，故此法違背了威尼斯憲章的美意。 n  比較兩代凝膠修復法的差異 綜合上述情形，清除畫作上的凡尼斯時，凝膠必須具有高黏滯力，以增加清潔劑與畫作間的接觸時間；完成清除後，凝膠則需要降低黏滯力，利於移除凝膠，避免殘留在畫作表面。為了滿足此兩種需求，新型凝膠修復法因而產生，同時聚備凝膠的黏滯性與液體的流動性，並且輕易的在兩者間轉換，是新型凝膠修復法最大的特色。 修復師認為減少凝膠在畫作上的殘留為目前主要的修正方向，因此，針對凝膠的特性進行研究發現，若改變凝膠的環境條件（pH值或溫度），亦會改變凝膠的性質。有別於大分子量的凝膠種類，新型凝膠則是選用小分子量的有機膠體作為凝膠主要的選擇對象，並且無須改變環境溫度就能夠轉換狀態。新型凝膠最大的優勢在於能夠以凝膠狀態清除畫作上的凡尼斯，且尚能以液體的狀態自畫作表面上被清除，此為使用新型凝膠主要的優點。 n  新型凝膠的運作機制 凝膠修復法利用「可逆反應」尋找到凝膠新的化學反應機制，在改變反應物的濃度下輕易的在「凝膠」與「液體」間轉換，藉此修正傳統凝膠易殘留的缺點與兼顧高留滯力的優點，更延伸凝膠修復可使用的範圍（Carretti, Bonini, Dei, Berri, Angelova, Baglioni, & Weiss, 2010）。新型凝膠的化學反應如式[1]所示： 由新型凝膠的可逆反應式中可知，在有機胺類中通入二氧化碳後，利於正反應的進行，會形成氨基甲酸銨（ammonium carbamate）為凝膠狀態，此時凝膠為有機溶劑的載體，由於凝膠的黏滯性較高，停留在畫作上的時間也較長，有利於提升去汙效果。完成汙漬清除後，於凝膠上通以氮氣（N2），降低二氧化碳（CO2）的濃度，由於反應物濃度降低，利於逆反應的進行，使得逆反應速率大於正反應速率。因此整體化學反應方向朝左方，使得「凝膠」轉換成「有機胺類」（液態），在清除凝膠時易脫離畫作表面，不損壞油畫。 透過可逆性的凝膠機制設計，掌握化學性質後能夠在凝膠與液體間任意切換，並且保有優點並改進缺點，更靠近修復藝術上的目標。未來，仍可針對凝膠的各種特性進行研究，並且開發更多用於不同情形下的凝膠修復技術，能夠提供給畫作修復師更多且更符合需求的選擇性。 n  課綱核心概念與〈探究和實作〉 12年國民基礎教育重視「科學探究與實作」、「科學本質與科學態度」、及「核心概念」，同時也強調跨學科與跨領域的橫向連結，藉由橫向連結展示知識與技能的廣泛性與關聯性，本文藉由油畫修復說明藝術品的創作、製作、修復都會與科學相關，當我們欣賞一幅畫時，其實可以透過不同的視角去認識藝術品。而在學校教學也不宜太過窄化，宜以生活相關的素材或主題來彰顯科學知識的廣大範疇。 n  參考文獻 威尼斯憲章（1964）. […]

當藝術遇見化學：西畫除黴的跨科教學設計 林佳穎 臺北市立啟聰學校jiaying0504@gmail.com 臺灣位處與亞熱帶，常年高溫多雨且氣候濕熱，這樣的濕熱環境容易滋生黴菌，因此黴菌是無所不在的，當黴菌滋生在畫作上時，會造成畫作嚴重的損害。本文從西畫除黴為出發點，討論黴菌生長條件、除黴菌的方式、比較除黴方式之異同，並探討西畫除黴與十二年課綱核心概念、科學探究、科學實作、科學態度與科學本質之間的關聯性，最後提出西畫除黴作為生物與化學跨科教學單元的可行性。 n  黴菌生長條件 一、  溫度 大多數的黴菌的理想生長溫度範圍介於15～30℃之間，當溫度低於0℃或高於50℃時黴菌難以生長。臺灣位於亞熱帶地區，全年的氣候溫度適宜，夏季平均溫度都28～29℃，冬天平均溫度約在16～20℃左右。因此，臺灣的溫度是很適合黴菌生長的。 二、  濕度 一般而言，最適合黴菌生長的相對溼度範圍為75～95%之間當環境的相對濕度低則黴菌越不易生長。此外，由於環境的溫度的高低也會影響相對溼度的蓋變，而且黴菌也可以從多種途徑（空氣、生長基質等）獲取水分，因此黴菌最適合的溼度會因環境而變動。而臺灣平均的空氣相對濕度剛好落在75～95%之間，因此臺灣的濕度也是很適合黴菌生長的。 三、  養分 只要環境可以提供黴菌生長所需的養分，黴菌即可以順利生長，而黴菌生長所需的養分可來自於食物、灰塵、書籍、家具…等生活中常見的物質，也就是說人類生存的環境中提供給大量的養分的來源。綜合以上，我們可以知道黴菌最合適的生長環境是高溫度、高濕度、高養分，而臺灣全年皆為高溫高濕的氣候，所以臺灣是一個非常適合黴菌生長的環境。 n  去除黴菌的方式 臺灣濕熱的氣候加上紙張可以提供充足的養分，因此畫作沒有妥善保存就會滋生黴菌，進而產生褐色的菌斑（見圖一）或是使得畫作發黃變色（見圖二）。要如何去除畫作上的黴菌呢？本節將介紹漂白劑、酒精、雷射光及紫外線四種去除黴菌的方法。 圖一：畫作有褐色的菌斑 （資料來源：Baptism of Jesus by Andrei Rublev, https://en.wikipedia.org/wiki/Andrei_Rublev） 圖二：畫作發黃變色 （資料來源：Ultima Cena (Leonardo) by Leonardo da Vinci, https://it.wikipedia.org/wiki/Ultima_Cena_(Leonardo)） 一、  漂白劑 1.        氧化漂白劑：可以分為含氯型及含氧型兩種，例如：次氯酸鈉漂白劑是為含氯型漂白劑，可以釋放氯自由基；過氧化氫漂白劑為含氧型漂白劑，可以釋放氧自由基。兩種氧化漂白劑都可以使黴菌細胞膜中脂質發生過氧化反應，造成細胞膜的損害，或者是使得黴菌細胞核中的蛋白質或核酸分解變性。一般常見之發黃或褐斑多可以此種方式去除，生活中常見的漂白劑即為氧化漂白劑。 2.        還原性漂白劑： 此類漂白劑可以還原有色物質為無色分子，作用較氧化漂白劑溫和緩慢。例如：硼氫化鈉是還原性漂白劑，對纖維的破壞性較小，價格卻較為昂貴，通常在專業修復時使用。雖然漂白水劑可以殺死黴菌，且取得容易，但是在去除黴菌同時也會除去畫作的顏料，因此濃度控制需要精準，否則容易傷害畫作。 二、  酒精 酒精具備高度揮發性，70～75%的酒精能使微生物脫水且凝固，進一步讓微生物細胞內的蛋白變性喪失代謝功能，以達到消毒效果。這種去黴方式較難以殺死黴菌的孢子，會有再次滋生黴菌的的機率，對深層的黴菌的效果會較不好。 三、  雷射光 1.        雷射光清潔技術常用的種類有二氧化碳雷射、KrF雷射、Nd：YAG（釹釔鋁石榴石）雷射等。當我們照射雷射光束在黴菌上，會產生電磁波使黴菌內的原子強烈震盪，便能將黴菌內的原子鍵結打斷，最後使得黴菌的結構崩壞，因此可以將顏色移除。 2.        在高強度雷射光束下會造成紙張纖維焦黃或是穿孔，因此須使用低強度的雷射光束多次照射，才可以去除紙張纖維表面的黑色黴菌孢子；但是對於嵌埋在紙張內部的黴菌，不論是在任何強度或次數下都無法以雷射的方法除去。此外，雷射光除了可以去除黴菌，也會同時移除畫作表面的顏料，因此在使用上需要注意雷射光的強度與照射位置。 四、  紫外線 紫外線中的UVC（波長280～200 nm）波長短且能量強，因此可以破壞黴菌細胞核內的DNA（去氧核醣核酸）及RNA（核醣核酸）結構，進而使得蛋白質無法形成，造成黴菌的死亡。但是，紫外線中的UVC也會破壞紙張纖維與顏料，使得畫作褪色並加速畫作老化，因此在使用時要注意使用的範圍。 […]

國小學生製作薑黃試紙進行「無字天書」活動 李 萍1、2,*、張自立3、辛懷梓3 1國立臺北教育大學自然科學教育學系碩士在職專班 2新北市立永和區網溪國民小學 3國立臺北教育大學自然科學教育學系 leepin570810@gmail.com ■前言 在國小自然與生活科技五下課程「水溶液的酸鹼性質」單元中，小朋友認識到很多植物都富含花青素，可以作為天然酸鹼指示劑，檢驗水溶液的酸鹼性質，例如：紫色高麗菜汁、紅鳳菜汁、黑豆水…等。筆者之前曾參加過自然科研習，有講師介紹薑黃試紙，提及薑黃中的薑黃素也是一種很不錯的酸鹼指示劑材料，薑黃素在中性、酸性條件下呈黃色，例如：與鹽水和食用醋作用會呈現黃色；而在鹼性條件下，當pH大於8時，薑黃素會由黃轉紅，呈現紅褐色，例如：與小蘇打水或肥皂水作用會變成紅褐色。因此筆者這學期以薑黃試紙為主題在任教班級內進行延伸課程，希望藉此活動讓六年級學生複習上學期學過的水溶液酸鹼性質單元，並認識另一種不同於花青素的酸鹼指示劑。 ■薑黃素是什麼？ 薑黃（curcuma）是咖哩粉中常見的香料成分，它是一種從薑科植物的根莖提取得到的黃色色素，薑黃素（curcumin）是最主要的薑黃化學成分，具明亮鮮豔的顏色，它對還原劑穩定，著色力強，不易褪色，可以作為食用色素，嚐起來味辛，帶點土味，常用來作為咖哩等食品添加原料。除了作為食品原料，薑黃素也具有廣泛的藥理作用，在古印度及中國醫學都曾使用薑黃來治療發炎性疾病、皮膚疾病及創傷，近代研究證實薑黃素（curcumin）具有如降血脂、抗氧化、抗發炎等功能。2004年時發現薑黃素能抑制HIV-1整合酶活性而用於愛滋病的臨床試驗，此外，抗癌是薑黃素的主要藥理活性之一，其抑制腫瘤的作用已在許多動物實驗中得到反覆證實，其具體抗癌機制已成為近期研究熱點 (維基百科，2017)。 在化學上，薑黃素天然的酚類在固態和溶液中主要是以烯醇式（enol form）存在，其結構式如下圖所示(維基百科，2017)。由於薑黃素不溶於水和乙醚，但溶於乙醇、丙酮、冰醋酸和丙二醇，因此我們可以利用乙醇(藥用酒精)作為溶劑，將市售薑黃粉與乙醇調合後，做成酸鹼指示劑溶液或製成試紙，讓小朋友試著利用薑黃試劑或試紙檢測不同性質的水溶液。 薑黃素的結構式，圖片來源：維基百科   ■本課程實驗器材 一、薑黃試劑與試紙製作器材 1.燒杯(50ml)  一個       2.湯匙  1支      3.藥用酒精(濃度95%)  一瓶 4.市售薑黃粉 一罐        5.乳膠手套  12雙 6.圍兜6件               7.晾衣夾  26支   8.A4影印紙  13張 二、無字天書活動每組器材 1.試管、試管架、燒杯 2.酸鹼水溶液6種(鹽水、糖水、醋、檸檬汁、小蘇打水、肥皂水) 3.白色蠟燭 4.水彩筆   ■教學流程 壹、準備活動(引起動機) 1.教師在課堂上分發薑黃粉讓每組學生觀察，並說明薑黃粉是製造咖哩的主要原料。 2.以簡報介紹薑黃和薑黃素的關係，認識薑黃素（curcumin）是薑黃中存在的天然食用色素。 3.向學生解說薑黃粉中的薑黃素可以製作指示劑，就像五年級學過的紫色高麗菜汁中的花青素，遇到酸鹼水溶液會有不同的顏色變化。   貳、發展活動 活動一：當酸鹼水溶液遇到薑黃指示劑 1.取3公克薑黃粉到一個小燒杯中，加入30 ml藥用酒精，用湯匙攪拌促進溶解，形成黃色的薑黃酒精溶液，如圖一所示，即可成為薑黃指示劑。 2.每組準備6種酸鹼不同性質的水溶液：鹽水、糖水、醋、檸檬汁、小蘇打水、肥皂水，倒入試管，學生以滴管將薑黃指示劑分別滴入6種水溶液中，觀察並記錄水溶液在指示劑加入後的顏色變化，如圖二、三。學生會發現薑黃素在鹼性的小蘇打水和肥皂水中呈現紅褐色，在酸性的醋、檸檬汁和中性的鹽水、糖水中則呈現黃色，如圖四所示。   圖一：自製薑黃指示劑材料 圖二：以薑黃指示劑檢驗水溶液 圖三：觀察水溶液的顏色變化 圖四：水溶液遇薑黃指示劑的變化 […]

國小自然教室裡的化學探究與實作─以製作天氣瓶為例 葉雅婷 國立臺北教育大學自然科學教育學系碩士在職專班 vvsky@apps.ntpc.edu.tw n 前言 一百零八學年度開始，十二年國教的新課綱即將上路，為配合十二年國教課程的連貫性，相關的課綱內容也進行了些微的調整。在自然科學領域當中，制定了核心素養的三大內涵：（一）提供學生探究學習、問題解決的機會，並養成相關知能的「探究能力」；（二）協助學生了解科學知識產生方式和養成應用科學思考與探究習慣的「科學的態度與本質」；（三）引導學生學習科學知識的「核心概念」。從核心素養可以發現，新課綱希望培養學生在學習「核心科學概念內容」之外，同時重視學生在 「探究能力」和「科學的態度與本質」兩方面的「學習表現」，使學生知而後能行。因此，筆者希望藉由課外的課程–天氣瓶的製作，讓學生從觀摩前人的設計中，來培養探究的能力。讓學生從自己動手操作的過程中，發現問題進而解決問題，並建立實作的能力。 n 「天氣瓶」介紹 天氣瓶在歷史上又被稱為風暴瓶（Storm Glass）。在18世紀〜19世紀的歐洲，曾被當作天氣預報的工具。天氣瓶是在密閉的玻璃容器中，裝入多種化學藥品組成的透明溶液，它會根據外界的溫度變化，呈現出不同型態的結晶，舊時被用來預報天氣的變化，現在則為美麗的科學裝飾品。 圖一 自製的天氣瓶 n 課前準備 一、藥品 名   稱 容   量 數量 1.硝酸鉀（KNO3） 500 g 1 2.氯化銨（NH4Cl） 500 g 1 3.天然樟腦粉（Camphor，C10H16O） 500 g 1 4.蒸餾水（純水，H2O） 2500 mL 1 5.酒精（95%， C2H5OH） 500 mL 5 二、器材 名   稱 數量 1.燒杯（500 mL） 12 2.玻棒 12 3.量筒（100 mL） 8 […]