化學教室活動：化學物質分類的類比活動 鐘建坪 新北市立錦和高中國中部hexaphyrins@yahoo.com.tw n  前言 物質的分類（Classification）是國中理化單元中介紹元素週期表（The periodic table of elements）之前重要的引介因子，藉由物質分類的說明將地球目前所有的物質區分出純物質（pure substances）和混合物（mixtures），再從純物質中界定出元素（elements）和化合物（compounds）。雖然分類在生活中視常見的事情，但是如何在課堂內將生活中具體分類的活動與抽象的科學學習結合是較少談及的內容。本文嘗試說明學生自行設定判準分類自己的抽屜與鉛筆盒，作為科學家分類地球物質的類比活動，藉由生活中分類判準的引導，讓學生體會科學家對於每個物質分類的意義。 n  類比與類比教學 類比（Analogy）是將兩個不同的概念體系藉由類比物的特徵或結構與目標物產生連結（Glynn, 1991），例如：地球是如同籃球一般的球體或是電子繞行原子核就好像行星繞太陽運轉。國中教科書化學概念使用的類比範例如拉塞福（Rutherford）的原子結構模型。藉由學生已知行星繞太陽結構類比電子繞行原子核運行，其中太陽就好像是原子核，而行星就好像是原子核外的電子，圍繞著太陽運行。 類比教學（Analogical instruction）是將學生熟悉的事物作為欲學習概念的類比物，同時比較此類比物與欲學概念的差異，藉以促進學生對於欲學概念的理解。類比在科學教學上是一項重要的教學策略，且研究顯示特定的科學概念進行類比教學能夠獲致成效（林靜雯 & 邱美虹，2005）。例如：不同溫度會影響粒子的運動的情形，而產生不同的物質狀態。此時，可讓學生利用角色模擬的方式將自己視為粒子，不同的溫度即是自己走路的速率，而且遇到障礙物或是其他「粒子」時應該要反彈，藉由學生自己擔任「粒子」的狀態體會不同溫度，粒子運動的情形。 n  教材中物質的分類內容 生活中習以為常地會將身邊的物品進行分類，例如：如果拿到洗髮精、沐浴乳、碗、盤、筷子等，我們可能會粗略地區分廚房或浴室用品等。國一生物課亦透過分類校園植物讓學生體會科學家將植物分類的依據，再說明目前科學家們如何依據植物的不同特徵進行分類。 國二的理化課程主要介紹物質的分類，區分所有的物質為純物質和混和物，純物質具備固定熔點和沸點的特性。而純物質中可再依據組成原子的類型再區分出元素和化合物，其中元素是指單一種類原子組成，而化合物是由不同種類原子以固定比例組成。 n  教學實作活動 這是在進行實際物質分類的一項前身教學活動，亦是讓學生重新回憶生活中的分類與科學中的分類都是依據特定的判準。教師們可以搭配附件的學習單同時進行，首先要求學生清空桌面，並將文具類放置於鉛筆盒或自行收納完成。當學生就緒之後，此時請學生拿出鉛筆盒看一看自己收納的文具，並嘗試思索一下判斷的依據是甚麼？接著，請學生將鉛筆盒的物品清出放置在桌面上，教師再請學生依據自己的準則重新分類一次。在等待過程中，教師可以巡視學生觀察學生實際分類的情形。待分類完成之後，再請學生思考還可以由甚麼樣其他的分類依據，請學生再重新分類一次。從上述第2次的分類中，再請學生思考桌面上已經分類成堆的文具可否再各自細分出不同的類別，並請學生實際操作（見圖1）。完成之後請幾位學生說明一下自己鉛筆盒中分類的判準，讓彼此之間了解不同的人會有不同的分類依據，有的學生會先以種類區分出「筆」和「其它」，再從筆中區分出「經常常用」和「不常使用」等。   圖1：學生自行分類鉛筆等文具 讓學生收拾好鉛筆盒放入抽屜後，緊接著讓學生說明自己抽屜中書本等物品分類的判準，此時可以發現有的學生整理的非常整齊，但有的學生抽屜卻非常凌亂。教師可請整齊整與凌亂者分別說明一下自己的分類標準，不僅讓學生思索自己分類的依據，也著墨其他同學如何進行分類。待學生分享完畢之後，重新請學生分類整理自己的抽屜，整理好之後，請學生說明此時的依據內涵，接著再請同學在這些不同類別中，再依據不同屬性分類出次類別。最後再請學生思考科學家在面對如果廣大且多樣的地球物質時，該如何進行分類？並嘗試讓學生討論說明。 n  結語與啟發 本活動提供學生在學習純物質的分類之前，先知悉自己會依據某些特定準則分類鉛筆盒與抽屜的文具和書本，正如同科學家在分類純物質時亦會根據某些特徵來區分出純物質中的次類別項目，例如：依照原子種類區分出元素與化合物。本文從學生自身的分類鉛筆盒與抽屜的經驗著手，讓學生體會科學家嘗試分類地球物質的方式，活動時間約莫20分鐘，但可以藉由前導活動讓學生連結生活經驗與學科學概念的關係。相關啟發如下： 一、分類在科學學習是一項重要的科學技能 本文介紹一般教室即可進行的分類活動，可以讓學生從中藉由判準的思考類比科學家對於自然界的分類內容。事實上，除了化學物質的分類之外，常見的亦有生物的分類系統，藉由特定的判準區分出不同科目與型態的生物類別。 二、類比活動可以做為教學策略之一，但仍應留意其限制 雖然類比教學具有良好的成效，然而教學時仍應留意類比的限制，否則學生可能因為類比的缺失與侷限進而產生迷思概念。因此，教學時應該說明此類比活動的應用目的、範圍以及侷限性，避免學生過多的誤解。 n  參考文獻 林靜雯、邱美虹（2005）。整合類比與多重表徵研究取向探究多重類比設計對兒童電學概念學習之影響。科學教育學刊，13(3)，317-345。 Glynn, S. M. (1989). The teaching with analogies model: Explaining concepts in expository texts. In K. […]

化學教室活動：透過密室逃脫遊戲精熟學習常見的化學元素 顧展兆 宜蘭縣立國華國民中學a890015@gmail.com n  前言 在國中階段學生學習生活中常見的化學元素時，大部分的學生以背誦的方式學習。本文介紹最近有名的解謎遊戲，透過提供的線索解開密碼，學生進入設定的多重關卡，逐步解開密碼，最終找尋到謎底。透過這種遊戲式的合作學習，學生在闖關和解謎的過程中，互相討論和溝通，並且記錄學習的經過，認識每個元素的特徵，進而達到學習科學的效果。 在國中自然與生活科技二年級上學期的課程中，介紹常見元素中的金屬元素和非金屬元素。本次的教學係以生活中常見的化學元素為主，讓學生認識金屬元素和非金屬元素。 n  密室逃脫遊戲與學習 密室逃脫一般泛指玩家需要發現和利用身邊的物品來完成指定任務（通常是解開特定謎題的方式），最終達到逃離該區的目的。 密室逃脫的核心精神，在於參與者經由小組中與他人交流、討論、互動，發揮集體智慧精神解答出關卡謎題，這樣的情境與課堂中，著重學生彼此間合作討論、如此營造給學生一個自主思考、推理討論、高度參與及觀察統整的空間，當課堂中學生主導權多了一些，願意嘗試遊戲得到的挫折與愉悅，都是學習與成長的一部分。 設計老師不但要從學科知識中汲取可以運用的內容之外，也要包裝知識成為足以引起興趣的內容，吸引學生的注意，引發學生解謎的興趣；除此之外，設計者也必須知道，並非所有的謎題都會如自己所預想的一樣發展，必須在操作中觀察並不斷進行調整。 n  解鎖遊戲的設計和說明 在活動開始，教師提示解鎖遊戲的工具，主要有拉鍊袋、密碼鎖及關卡提示單（見圖一），並且搭配「密碼總表」（見圖一和表一）所對應的數字，進而解開密碼鎖，並取得下一層的「關卡」。在教師選擇密碼鎖種類的方面，依照教學設計的密碼數而定，可以為三位數或四位數。每一個「關卡」使用拉鍊袋包住（見圖一），因此可以購買不同大小的拉鍊袋，大的拉鍊袋包住小的拉鍊袋，作為區分不同的「關卡」。而拉鍊袋與密碼鎖的數量取決於教學者設計「關卡」數量而定。 本遊戲所需的道具在一般的文具店即可購得，而且價格算是平易近人，而密碼鎖因為需要數量較多，可以透過網路購買較為方便，購買的密碼鎖也要選擇可以自行設定密碼，盡量選擇不同顏色以區別每組不同的密碼。 n  道具和器材的準備 筆者設計三個關卡，學生需要解開三組密碼鎖的密碼。 每組所需道具和器材：密碼鎖（三種顏色）各1個、拉鍊袋（三種不同大小）各1個、密碼總表1張、關卡提示單（見圖一）。全班五組所需道具和器材（見圖二）。   圖一：每一組所需的材料（密碼鎖、拉鍊袋、關卡提示單及密碼總表） 圖二：全班五組教具發放前準備妥當的狀態（左為密碼包和右為密碼總表） n  事前準備 1.        教師事先製作密碼總表，寫出各元素的特色在對應的表格中。可先寫出各元素的密碼，並對照數字與順序放入，每一個元素在一個密碼的編碼中僅能出現一次，例如：銀的密碼為1485，而其他元素的密碼不可在同一位數出現相同數字。 2.        教師事先規劃謎語提示，編排每一組的解謎路徑，並依照不同的路徑設定好密碼鎖（可在密碼鎖上註記上編號，以免混淆），路徑上盡量讓各組錯開。 3.        註記每一組拉鍊袋的編號，以免混淆。 4.        在拉鍊袋適當的位置上打洞，讓密碼鎖可以扣上， 5.        依照謎語第二步設計的路徑（關卡提示單），放在各個拉鍊袋中，而最小的拉鍊袋裡面擺入謎腳，例如：五組分別放入「我」、「愛」、「自」、「然」、「課」等字，最後依序鎖入最小的拉鍊袋，在遊戲結束後，教師集合這五字成字串，。 n  教學流程 一、  準備活動 1.        教師引導學生複習生活中常見的元素，由於屬於複習，因此可快速瀏覽過。 2.        在快速複習完後，要求學生收起課本，然後發下學習單（見圖三）。 圖三：發下「密室逃脫遊戲」學習單 二、  發展活動 (一)活動過程 1.        教師介紹密室逃脫解鎖遊戲的規則，並且發下各組的拉鍊袋（密碼鎖、拉鍊袋及關卡提示單）和密碼總表（見圖四）。 圖四：發下整組的拉鍊袋和密碼總表 2.        在遊戲進行中，教師巡視課堂並且給予學生適當的提示，但不明確說出答案。 3.        以分組討論的方式，要求學生在學習單上仔細記錄找尋密碼的過程。 4.        […]

化學教室活動：自製光譜儀偵測臭氧吸收光譜 陳秀荷1、劉奇愛1、楊水平2,* 1國立彰化師範大學科學教育研究所2國立彰化師範大學化學系*yangsp@cc.ncue.edu.tw n  前言 光，是以波的形式傳遞。不論是從自然界中的太陽來的，還是人工製造的燈泡來的，一道光裡含有不同的波長。有些波長的光能使我們看見顏色，稱為可見光，不同顏色的光具有不同的波長，紅光的波長比藍光的還要長，而我們肉眼所見的日光，就是由許多不同的波長、不同顏色的光彼此混合所產生的。但這些混合在一起的各種波長，是否隱藏一些細微的秘密在其中呢？ 在19世紀初期，夫朗和斐（Joseph von Fraunhofer, 1787 – 1826）因著精湛的透鏡研磨工藝，開啟人們對太陽觀測的序幕，他整合當時的觀測，從太陽儀中記錄當時的光譜，細心地記錄光譜中的暗線，共畫出了五百七十多條的暗線。但在當時卻無法對這些暗線提出合理的解釋，直到1859年克希荷夫（Gustav R. Kirchhoff, 1824 – 1887）與本生（Robert Bunsen, 1811 – 1899）合作，使得這些暗線的秘密從彩色的光譜中被揭發出來。[1] 克希荷夫原先是物理學家，僅在研究之餘，與本生一起研究化學元素的光譜。當時是以純物質的在加熱下所發出的光進行紀錄並且觀察，這些純物質加熱的光譜，並非連續的，即使通過稜鏡也只會得到亮線，而非連續的光帶。而在一次對火災的研究中，引發他們對由光源推測元素的想法。克希荷夫與本生找出夫朗和斐的觀測紀錄，與他們已知的化學元素光比對，有了驚人的發現！他們發現「暗線的位置」竟然可以對應上「已知元素光譜」的亮線位置，包括氫、鈉、鎳、鈣及鐵。因此，克希荷夫就藉此推論，太陽上存在的元素，就是吸收太陽光的這些波段的能量，生成了這些肉眼可見的暗線。後世就把這光譜上五百七十條的暗線，稱為夫朗和斐線（Fraunhofer lines）[2]，如圖一所示，圖一並未完整展現所有的夫朗和斐線。 圖一：太陽光譜與夫朗和斐線一樣，可以肉眼觀測到。 （圖片來源：Fraunhofer lines, https://en.wikipedia.org/wiki/Fraunhofer_lines.） 太陽光譜中的黑線是由於太陽表面上或更上面的氣體所引起的，它們吸收一些發出的光。 每種氣體（如氦氣，氫氣，氧氣等）都有一組非常特定的波長，可以吸收太陽光。若照射一些光線通過一些冷氣體（cold gas）和棱鏡，並記錄吸收光譜（absorption spectrum），則可以肯定地說出這氣體是什麼（見圖二），這在化學上被稱為吸收光譜學（absorption spectroscopy）。美國宇航局（NASA）的好奇號（Curiosity）探測器使用光譜儀來確定火星上存在什麼氣體和化合物。[3] 圖二：照射光線通過冷氣體和棱鏡可觀察到吸收光譜 （圖片來源：Spektrum Slunce, https://goo.gl/aGqu4d.） n  大氣層中的臭氧 地球表面的大氣層以垂直高度分為四層，由地表向外，分別是對流層（地表以上約12公里）、平流層（約從對流層頂向上至55公里）、中氣層（55-85公里）以及增溫層（100公里以上）。我們生活在對流層的底部，雲、雨、霧等常見的天氣現象發生在此層。空氣不穩定，常隨人類活動而有所變化，如霧霾、沙塵暴……。而我們所熟悉的臭氧，是在平流層「保護」我們免於紫外光的傷害。然而，臭氧實際上並不永遠像保護的天使，關鍵取決臭氧所在的「高度」。當臭氧靠近我們時，保護的功能反倒對我們成了「傷害」。當臭氧出現在靠近我們的對流層的底部，會刺激人體的呼吸道，並引起皮膚過敏。 「對流層臭氧」和「平流層臭氧」來源並不相同。對流層中的臭氧如同惡魔般傷害人類的身體，在陽光的照射下，來自汽車或工業排放的氮氧化物（NOx）汙染物發生光化學反應而產生臭氧（O3），還有其他有機化合物，如揮發性有機物（volatile organic compounds, VOC）和非甲烷總烴（non-Methane Hydrocarbon, NMHC），也可以參與這反應鏈，在有羰基物質或酮類時進一步形成臭氧（見圖三）。[4] 隨著太陽光照的強度越強，對流層中的氮氧化物汙染物的光化學反應越充分，在地表量到的臭氧濃度就會越高，由清晨靠近中午時漸漸攀升，在中午時達到一天的高峰。[5] 不僅如此，在對流層頂部臭氧是溫室氣體中的一種，將地表要放出至太空的熱量吸收下來，加劇全球暖化。以上的證據都顯出對流層的臭氧對人類健康與環境的不友善。[6] 圖三：對流層臭氧的形成途徑 （圖片來源：Tropospheric ozone, http://goo.gl/GnbaPJ.） 然而，在平流層中的臭氧卻扮演天使的角色，吸收太陽光中大部分的UV光（紫外光），保護人類和其他生物免受高能量UV光的影響，如皮膚癌、白內障及農作物的傷害等問題。平流層的臭氧是來自O2接受UV光產生自由基連鎖反應而生。形成臭氧後，又可以再次吸收UV光分解成O2。這樣的連鎖反應不斷吸收紫外光，減少紫外光到達地球表面的量，使地球上的人類免受紫外光的危害，像天使一樣在天空上保護著人類。而這層有效的保護層，也就是臭氧層。 n  空氣品質指標與臭氧吸收光譜 一、空氣品質指標 […]

歡迎來到鏡中世界  溫方旎1、李啟讓2、洪振方3 1國立屏東女中 23國立高雄師範大學科學教育暨環境教育研究所 2li483739@yahoo.com.tw n  前言    “ 鏡子國的眾生都來啊，同紅皇后丶白皇后與我共餐!-卡羅(Lewis Carroll)，《愛麗絲鏡中奇遇》(李祐慈,  2017)” 愛麗絲鏡中奇遇世界猶如鏡子，不管土地丶生物身上的構造或眾多分子都是左右對稱的，也就是我們俗稱的「掌性」。其實在真實世界中許多東西都有掌性，就像一個人的左右手，相似又相反，就是其中的代表。如何分辨分子是掌性(chiral)或非掌性 (achiral)？我們可以透過分子和鏡像中的分子判定。若分子與鏡像中的分子不可重疊，表示分子有鏡像異構物的存在，就稱為掌性分子如示意圖1(a)。若分子與鏡像中的分子可重疊，則稱為非掌性分子如示意圖1(b)。                圖1(a) (修改自蔡蘊明, 2004)                                圖1(b) (修改自蔡蘊明, 2004)   科學家常利用偏振現象來研究掌性，也利用此偏振的特徵來驗證答案。在圖2裝置中可以看到偏振現象，從白熾燈”1”發射出的非偏振光”2”，入射於傳輸軸為垂直方向的偏振板”3”，透射出來的是垂直平面偏振光”4”。 圖2 偏振現象 (圖片來自:https://zh.m.wikipedia.org/zh-tw/偏振) n  鏡像對稱            世界有兩端會有兩塊土地差不多尺寸，也多像騎兵靴子，很難說是巧合。不過差別在紐西蘭和義大利左右相反，這種關係成「掌性」，而我們都以「對稱」來指「鏡像對稱」，見圖3。平面的物體不具有掌性，因為只要翻轉就能互相重疊，但是有三維空間如圖3中紐西蘭和義大利、圖4中香芹酮就具有掌性。 圖3把義大利以紐西蘭取代南歐地圖，可以看出兩國互為鏡像對稱(李祐慈,  2017) 圖4香芹酮(Carvone) (圖片來自:http://www.nsf.gov/news/news_images.jsp?cntn_id=118468&org=NSF) n  掌性的研究  必歐(Jean-Baptiste Biot)是第一位研究掌性的人生於1774年，是一位晶體學家，見圖5。他一開始發現無機晶體存在掌性(ex.石英)，不過組成石英(二氧化矽)單體單元，因本身對稱，單體單元和單體單元的鏡像是相同的，所以不具掌性；但堆積成石英晶體結構就具有掌性，見圖6。 圖5第一位研究分子掌性的科學家必歐 (圖片來自: https://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E6%AF%95%E5%A5%A5-%E8%90%A8%E4%BC%90%E5%B0%94%E5%AE%9A%E5%BE%8B) 圖6   SiO2晶體 (圖片來自: https://zh.m.wikipedia.org/zh-tw/二氧化矽)   n  以兩副太陽眼鏡驗證必歐的實驗   研究掌性最簡單的方法是讓一束偏振光通過樣品，然後觀察這束光的偏振方向及旋轉角度。我們用以下三個實驗來驗證，實驗1：當兩副眼鏡的鏡片方向平行，所有的光都可穿過鏡片如圖7(a)。實驗2：若兩副眼鏡的鏡片偏振方向互相垂直，所有的光都被濾掉無法穿透如圖7(b)。實驗3：若在圖7(b)兩副眼鏡之間插入光學活性物質，光又可穿過鏡片如圖7(c)。 圖7(a) 圖7(b) […]

應用微型實驗在國中小二氧化碳製備之比較 葉瀚陽1、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班 2國立臺北教育大學自然科學教育學系 1tony81yhy@gmail.com   ■前言     在現行國中小自然與生活科技領域課程中，皆有二氧化碳氣體的製備實驗，國小實驗方式主要是用燃燒蠟燭產生二氧化碳，或在塑膠袋中加入小蘇打加醋收集氣體。但上述方式卻有收集氣體的純度不足或實驗操作不易之處。     國中課程則改用排水集氣法來收集二氧化碳，其優點是可以大量收集二氧化碳，且收集過程中即驗證二氧化碳難溶於水的特性，對於定性的驗證較為方便。但在「產量」的控制上，排水集氣法無法精準觀察產量變化。本篇旨在以微型實驗「針筒集氣法」比較蠟燭產氣法、塑膠袋集氣法以及排水集氣法等實驗方式之不同處，保留優點並修正不足之處。   ■微型實驗的目標及應用     微型實驗發展已有一段時間，最主要訴求是希望比起一般實驗操作，可以達到更環保、簡便及安全的目的，力求簡化實驗的複雜度，並對環境造成最小汙染（方金祥，2014a）。     本篇針筒集氣法即微型實驗的一種應用，以學生易於取得的器材，簡化實驗的器材裝設與操作步驟，且反應後產生的廢棄物及汙染也極少，相當符合微型實驗的精神。文獻指出，方金祥（2014b）曾利用針筒進行氯氣製備實驗的相關研究，本篇參考其裝置設計，將其應用於其他氣體的製備實驗，再與傳統排水集氣法進行教學比較。    民國106年的新北市國小組科學展覽會中，即有一篇是以「針筒集氣法」來收集氣體，解決傳統「排水集氣法」無法量化紀錄缺點，並以針筒集氣法測定不同反應物的重量、濃度與溶液種類的氣體生成實驗比較。然在此篇科展的結論中，僅說明針筒集氣法之優點，未詳細與蠟燭集氣法、塑膠袋集氣法與排水集氣法進行優缺比較，也未在教材的延續上做說明。本篇將詳細比較上述各種實驗方法之器材與反應物的準備、操作步驟以及反應後剩餘物的差異，以作為國中、小教師未來在進行氣體製備單元教學時的參考。   ■二氧化碳製備實驗的重要性與教學目標     國小階段的二氧化碳製備主要是定性實驗，教學目標主要為帶領學生學會設計實驗流程、決定控制與操作變因以及認識二氧化碳的基本特性，例如助燃性或比空氣重等等。     國中則包含定性與定量，除了再次驗證二氧化碳的基本性質外，主要的教學目標是要讓學生了解二氧化碳製備背後的化學反應，包括化學式的認識以及反應物與生成物的劑量計算。可惜的是現行國中課程雖有化學計量的課程編排，卻因定量實驗的精準度要求高、操作工具繁雜及實驗討論困難，導致多有忽略。 十二年國教強調「探究與實作」，旨在培養學生的操作與辯證、處理數據、資料合理度判斷與檢核等能力。因此本篇研究希望對學生自然領域的核心素養培養、國中小自然領域課程設計、教師教學操作與實務討論等面向皆能有所貢獻。   ■傳統製備二氧化碳之實驗討論 一、國小： (一) 方法：蠟燭集氣法、塑膠袋集氣法。 (二) 討論： 1. 上述的兩個實驗主要說明物體燃燒及小蘇打加醋皆可以產生二氧化碳；接著透過加入澄清石灰水產生白色沉澱，檢驗燃燒後產生的無色、無味氣體為二氧化碳。 2. 蠟燭集氣法的耗時取決於廣口瓶的大小，小容量廣口瓶不方便學生操作，選擇大容量卻又可能導致時間不易掌握。 3. 實驗後廣口瓶及塑膠袋內不僅有二氧化碳，因此無完整驗證是否為二氧化碳造成澄清石灰水產生沉澱。 二、國中： (一) 方法：排水集氣法。 (二) 討論： 1. 此實驗相較國小的方法可以收集到較純的二氧化碳，且同時也在實驗過程中證明了二氧化碳難溶於水。 2. 但實驗流程中對「中段氣體」的說明卻不精準，學生不知何時該開始收集。以及此反應容易準備過多反應物，導致實驗後的殘餘反應物較多。 3. 本實驗可精準測量反應物的量，但對氣體生成量的計算，因收集氣體的操作流程中會釋放些許氣體而顯得困難。   ■微型實驗「針筒集氣法」製備二氧化碳實驗的器材、流程與比較 一、實驗器材（以小蘇打加醋為例）： 塑膠針筒、玻璃針筒、三轉活塞、小蘇打水溶液、醋、澄清石灰水。   […]

雞蛋的美麗與哀愁：奈米雞蛋與滲透雞蛋 張函郁1、黎渝秀2 國立中央大學附屬中壢高級中學1hanyuchang0820@clhs.tyc.edu.tw 2candy@clhs.tyc.edu.tw n  前言 自108課綱籌備以來，「自然科學探究與實作」和「多元彈性選修」一直是新課綱的核心精神[1]。民國九十六學年起，國立中央大學附屬中壢高級中學優質化校務經營計畫「從A至A+全面優質」願景下，設置課程多元創新的學園 — 在高一課程開設二節「彈性選修」，提供學生在高二選組前各式各樣不同課程的學習和體驗；目前，更是在高二和高三各開設一節「彈性選修」，讓學生在多元課程薰陶下，找出自己的方向，其中課程「趣味化學」即是期望學生透過親自動手實驗中，觀察現象，發現問題，解決問題，進而提出自己的想法，提供對化學領域有興趣且願意實地操作的學子們契機，探索這未知又令人著迷的化學世界。 n  雞蛋實驗設計圖 【實驗一】：奈米雞蛋 n  實驗器材 以每3人組成一小組：雞蛋（2顆，白殼）、鐵夾（試管夾）1支、蠟燭1根、火柴1盒（或打火機1個）、去離子水（100 mL）、燒杯（200 mL）1個、塑膠滴管（3 mL）1支。 n  操作步驟 1、  先點燃蠟燭，滴些許蠟油在桌面上，使蠟燭可以站立在桌面。 2、  再以鐵夾夾住雞蛋，放置雞蛋於蠟燭火焰之中，不可以高於火焰（見圖一左），如此才容易附著上不完全燃燒的碳微粒，使蠟燭燃燒完後的碳微粒可以均勻附著於雞蛋上。 注意：勿在雞蛋上同一點燻過久，均勻地燻黑雞蛋，以免受熱不均造成蛋殼破裂（見圖一右）。   圖一：雞蛋不可以高於火焰（左）；均勻地燻黑雞蛋（右） 3、  〚活動一〛：在步驟2中完成燻黑的雞蛋，並取另取一顆未燻黑的白殼雞蛋，分別以塑膠滴管吸取1 mL去離子水，滴加水到這兩顆雞蛋殼的表面（見圖二左），觀察其現象並比較其差異。 4、  〚活動二〛：擦乾雞蛋表面的水，再重新燻成全黑，盡可能再讓整顆雞蛋的表面都燻成黑色，並壓入裝有100 mL去離子水的燒杯中（見圖二右），觀察其現象。   圖二：用水噴灑雞蛋殼的表面（左）；壓入燻黑的雞蛋到水中（右） 5、  〚活動三〛：分別放入白殼雞蛋與燻黑雞蛋到1 M HCl中，以橡皮管引導至澄清石灰水溶液中，觀察這兩顆雞蛋與稀鹽酸反應產生的氣泡（見圖三左）。放置一天後，觀察並紀錄澄清石灰水溶液的變化（見圖三右）。 註：澄清石灰水端的軟木塞務必稍微鬆開，以免產生氣體過多而使試管爆開。   圖三：雞蛋放到稀鹽酸中：放入不久（左）：放置一天後（右） n  實驗紀錄 1、  經由〚活動一〛中，滴加水滴到燻黑蛋殼表面上，可觀察到不容易附著，甚至滾動，與荷葉上水滴一般。而未滴加水滴到燻黑蛋殼（白殼雞蛋）表面上，可觀察到水滴附著到蛋殼表面上。兩者差異非常明顯。 2、  經由〚活動二〛中，可觀測到原本在空氣中為全黑的雞蛋，在壓入水中後變成透明並帶有一點銀白色，極像一顆銀雞蛋，非常美麗。 3、  經由〚活動三〛中，可觀察到白殼雞蛋與鹽酸反應產生氣泡的速率較快，且氣泡量明顯較多，經由一天後，澄清石灰水明顯混濁。而燻黑雞蛋與鹽酸混合，四個小時後，表面的燻黑物逐漸脫落，部分未被燻黑物包覆的蛋殼與鹽酸接觸，才明顯產生氣泡，經由一天後，雖然澄清石灰水變成混濁，但是不如白殼雞蛋明顯。 n  實驗討論 l  蠟燭主要成分為烷類，燃燒的產物為後燃燒完全的二氧化碳和水氣以及燃燒不完全的殘餘碳粒。在〚活動一〛中，因燃燒不完全的碳微粒附著在蛋殼表面，水滴在燻黑的蛋殼上不容易附著，甚至滾動，如同蓮葉顯現出疏水性，因此燃燒不完全的碳微粒在蛋殼表面已形成奈米級的碳粒，因而有「蓮葉效應」（Lotus effect）的疏水性（hydrophobicity）顯現。 […]