看插畫也能學化學 張庭婷1、周金城2, * 1國立臺北教育大學自然科學教育學系碩士班科學教育組 2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（第一作者）在擔任補習班化學教師三年多的經驗中，發現高二的學生感到最困難的單元就是二上化學第一單元的「氣體」了。學生下課後來到補習班，除了問課本習題，也常請教關於該單元如何準備，或是要怎麼樣才能將氣體五大基本定律—波以耳定律、查理定律、給呂薩克定律、波查定律以、及亞佛加厥定律的內容「記起來」等問題。身為化學教師，當然不希望自己的學生使用死背的方法，因為背得了一時，背不了一世，短時間的記憶對他們的幫助不大，一不小心還可能產生迷思概念。但是要真正的理解，能使用什麼方法呢？這個小小的想法，開啟了我和科學插畫的緣分。 n  學生晤談紀錄 在上課前，我先詢問三位學生：「你們仔細閱讀課本上的文字敘述後，對於氣體這個單元的想法是什麼？」 （以下三位高二學生以S1、S2和S3代稱） S1（女生）：「在看完波以耳定律的簡介後，我在腦袋裡想像一間教室和一個操場兩個地方都擠了同樣多的人，因為教室會比較擠，所以教室裡的壓力比較大。因此可以說明當氣體溫度和莫耳數恆定的時候，體積越小的容器，壓力會越大。」 S2（女生）：「我腦袋裡第一個浮現的圖像是氣球，如果吹氣進去，氣球會膨脹起來，隨著氣球慢慢地充大，證明氣體的量越多，體積就會越大。」 S3（男生）：「目前為止我只有把這些定律的公式背起來，沒有試著去理解，因為我怕太仔細地去讀反而會忘記這些符號的位置。」 師：「很好，那你們對於這五項氣體定律最大的疑惑是什麼？」 S1：「我不太能理解查理定律和給呂薩克定律內描述的，溫度和壓力以及體積的關係，我想用實際存在的物品去解釋，但是沒有辦法。」 S2：「我覺得困難的地方也是大致相同，不了解溫度和壓力、體積的關係。」 S3：「我覺得這有一點太難了，可能需要用其他的方式學習我才能理解。」 經過晤談後，發現學生在學習這個單元時，只要看到公式出現，就自然而然地想要將這些公式與生活經驗連結（如S1和S2的回答），如此可以幫助他們在學習新概念上擁有教學鷹架（instructional scaffolding）的輔助，同時在思考時也會使用具體看得見的物品來當作例子，幫助記憶。 同時也發現，其實氣體單元中的五大定律，描述的視角皆是十分微觀的，在國中和高中一年級時尚未要求學生使用分子動力論的角度來看壓力、體積、莫耳數甚至能量上的變化，就這樣一頭栽進微觀的世界，也難怪他們會無所適從了。 n  進行文獻探討 我（第一作者）目前正在就讀研究所，因為大學時期就對科學繪本非常有興趣，因此也決定進行這方面的研究，非常幸運地，有一天正在進行論文的文獻探討時，在期刊論文中尋找到關於科學繪本的幾篇文章，裡頭提到人類接收的外界刺激，有80％是經由視覺傳遞，在實際見聞的狀況下，有30％的大腦皮層會參與，透過具體圖像的視覺傳遞加上閱讀時使用語言聯合區，將能使學童更加能理解文中所要傳達的意涵，且對於學生的科學詞彙理解、描述性概念、學習動機以及課堂參與皆有顯著的提升。利用卡通形式設計科學教材內容，能吸引學生進一步去理解科學本質或複雜科學概念(Chin & Teou, 2009; Cil, 2014; Dalacosta, Kamariotaki-Paparrigopoulou, Palyvos, & Spyrellis, 2009)。若能使用具體圖像和容易閱讀的文字來進行氣體單元的教學，或許也能有成效也說不定，不失為可以嘗試的辦法。 需要具體圖像和容易閱讀的文字，我直覺想起了國小自然課本經常會有的可愛插圖，或許高中課本、講義中，有那麼一本是我需要的。但是，在進行各大書商化學課本、講義的分析比較之後，發現大部分都是利用文字敘述來解釋氣體定律，且其中刊載的插畫皆是化學家發現氣體定律前進行實驗的觀察結果（見圖一），這類插圖雖立意良好，但卻因為出現了Ｊ型管這項不常見的實驗器材，反而造成學生認知上的困擾，於是在遍尋不著理想中的科學插畫教材後，我決定自己繪製一套氣體定律的插畫。 圖一：書商既有插畫示意圖—以波以耳定律為例 （資料來源：南一高中學習網，http://www.nani.com.tw/nani/slearn/slchem/chem_a/2_year/chem_a_2y1.jsp） n  作品展示 經過大量閱讀高中化學書籍以及參考大二時期修習的物理化學這門課的講義後，我繪製了五大氣體定律的科學插圖，這些作品展示如圖二～六所示。 圖二：化學插畫—波以耳定律 圖三：化學插畫—查理定律 圖四：化學插畫—給呂薩克定律 圖五：化學插畫—波查定律 圖六：化學插畫—亞佛加厥定律 n  感想 融入這些插圖於教學中，發現透過可愛插圖（具體圖像）的教學法，普遍受到學生的歡迎，以下附上三位高中學生利用化學插圖學習後的心得。 S1：「使用這幾張插圖學習後，解決了我原本對於氣體溫度和壓力以及體積關係的疑問，而且很可愛，我很喜歡。」 S2：「原來溫度提昇會造成氣體分子能量的變化，這是我在閱讀課本時無法了解的，有插圖可以讓我理解氣體發生改變的前因後果，不過如果會動就更好了。」 S3：「現在我覺得可以不用硬背也能理解這些氣體定律了。」 很開心學生們因為這些化學插圖在學習上的疑惑都得到解決，雖然進行科學插圖的繪製前後都花了很多時間，但是如果能將這項教學方法進行推廣，相信會有更多學生受惠，因此將我繪製這套插圖的動機和過程以及成果撰寫成文章投稿至《臺灣化學教育》，以期有更多人能使用這項化學教學資源，如有任何意見，也歡迎您來信指教。 […]

「食物的養分」動手做教學活動（上） 蔡孟錡 新北市立新泰國民中學 國立臺北教育大學自然科學教育學系碩士班科學教育組 Kusa1219@gmail.com.tw  n  前言 在自然科的教學中，有許多的知識會因為在教學現場的設備或是限於學生的先備知識不足的問題，導致只能以口述或是以影片輔助的方式講解，或者是有部分太過抽象的概念對於學生來說很難學習，變成學生只能夠以記憶的方式學習，不僅無法從中真正了解其意義所在，也常常在測驗過後就忘得一乾二淨，作者認為這樣的學習對學生而言是沒有實質上幫助的，例如：在國中生物的3-1食物中的養分，養分的分子對學生來說是看不見的，而糖類的別稱碳水化合物這個概念學生也只是死記而已，因為學生無法真的看到碳與水結合成醣類，自然也就無從理解為什麼醣類 = 碳水化合物。 實際上，食品的養分與我們的生活息息相關，並且當中也有許多化學的概念，因此筆者設計了這樣一個動手做操作性強的實驗教案[1]，以期能夠加強學生對養分的概念，並且把以往認為只能在實驗室中操作的化學實驗利用簡單的方式呈現，讓食物中的各樣化學分子藉由簡單的燃燒，呈現出不同的物質特性，進而讓學生學習到不同的物質分子在高溫下的不同反應，讓學生能夠連結自己的生活經驗與實際上的化學知識，並引起他們對食物養分的好奇心，進而關注自己每天所吃的食物，也希望能以此拋磚引玉，讓更多的好點子可以被激發出來。 n  介紹醣類、脂質及蛋白質 醣類，又稱為碳水化合物，主要是由碳、氫、氧三種元素組合而成，可依照糖的數目分為單醣、雙醣與多醣，其中單醣最為人所熟知的就是葡萄糖，它同時也是身體最主要的能量來源，每公克可產生4大卡的能量，當加熱時會產生碳和水[2]。葡萄糖的結構式與其加熱反應式，如圖一所示。 C6H12O6 → 6C + 6H2O 圖一：葡萄糖的結構式與其加熱反應式 蛋白質是一種由胺基酸所組合而成的大分子有機化合物，胺基酸的主要結構為碳、氫、氧及不同的官能基組成，並且在結構的兩端分別形成氨基與羧基，胺基酸之間在以肽鍵連結，目前胺基酸的種類一共有20種，分別具有不同的功能與特性，而蛋白質每公克可產生4大卡的能量，但由於蛋白質式組成身體的重要分子，且身體在分解蛋白質時會產生含氮廢物，因此蛋白質並非身體最佳的能量來源[3]。 脂質的主要結構為碳、氫、氧所形成的長鏈脂肪酸與甘油所組成，並依照其結構與碳鏈的長短可分為飽和脂肪酸、單元不飽和脂肪酸、多元不飽和脂肪酸，脂肪每公克可產生9大卡的能量，並且在高溫時相對於醣類與蛋白質來的穩定，因此在身體內主要作為養分儲藏的主要形式之一[4]。 n  實驗材料 每一組用量：葡萄糖粉 15 g、白砂糖 10 g、太白粉 10 g、蛋白質粉 10 g（動物性或植物性蛋白皆可）、油脂 10 g、花生 1小包、洋芋片 1包、小型塔模 15個（蛋塔塔模）、點火槍 1把、鑷子 1把、小型平口點滴瓶 3個（分別裝入水、本氏液、碘液）、紙杯 2個、白紙 1張、2號夾鏈袋 4個（裝葡萄糖、砂糖、太白粉、蛋白質粉之用）、衛生紙一包。 n  教學實施過程 1.        若時間充足，則以講述法進行教學，讓學生能夠對本章節有初步的認識，以便於接下來的實驗操作。若是時間不充足的話，則可以利用影片，例如：教科書廠商所製作的教學資源光碟或是上網搜尋影片資源（https://www.youtube.com/watch?v=qU3Y-CT-u5k），讓學生先進行預習的工作，在課堂上就直接讓學生完成知識的產出與學習。 2.        先小考確認學生的先備知識（小考考卷請見附錄二）。若是學生預習不足，則快速地把養分的概念講述一次，再正式地進入實驗的課程。 3.        說明今日的實驗步驟。 4.        發下使用的材料，進行第一個實驗—加熱醣類、蛋白質、及脂質。 5.        […]

「食物的養分」動手做教學活動（下） 蔡孟錡 新北市立新泰國民中學 國立臺北教育大學自然科學教育學系碩士班科學教育組 Kusa1219@gmail.com.tw  〔承〈「食物的養分」動手做教學活動（上）〉〕 n  結語 以燃燒加熱養分的方式讓學生學習過後，學生們普遍對於養分都有更多的認識，學生們藉由這個實驗可以學習到經過簡單的實驗方法，就可以讓不同的食物呈現出不同的狀況，進而歸納並推理其他的食物含有那些養分，讓學生可以將學科知識與實際生活經驗連結。此外，可以讓學生思考在生活中的某些食物為什麼會出現特定的狀況（例如焦糖），也可以讓學生發現當物質有相似的組成狀態時期表現出來的特性也會有類似的狀況（例如醣類與蛋白質），並且讓學生直接看見醣類中的碳與水，此處不僅可以連結健康與體育、生物、化學的部分，讓學生對食物中的養分有更多的認識與概念，也可以讓學生更關心自己每天所吃喝的食物的成分究竟是甚麼。若是此種觀念可以繼續發揚下去，相信吵得沸沸揚揚的食安問題可以更加減少，讓每個人吃得更健康。 n  參考資料 1.        阿簡生物筆記。2011教學紀錄：食物中的養分，http://a-chien.blogspot.tw/2011/10/2011.html。 2.          糖類，維基百科，自由的百科全書，http://zh.wikipedia.org/wiki/糖类。 3.          蛋白質，維基百科，自由的百科全書， http://zh.wikipedia.org/wiki/蛋白质。 4.          脂肪，維基百科，自由的百科全書，http://zh.wikipedia.org/wiki/脂肪。 n  附錄 附錄一：教學活動設計 「生物體的養分」教學活動設計 教學主題 南一版自然與生活科技第一冊3-1生物體的養分 設計者 蔡孟錡 教學對象 國中七年級學生 教學時數 135分鐘 教學對象分析 國中七年級學生，在學習該章節之前已完成細胞構造、細胞層級的課程學習。 教材來源 南一版自然與生活科技第一冊 自編教材-3-1學習單 設計理念 因為學生對於養份的概念只停留在書本上的知識，因此經由實驗與討論將學生在書本上認識的六大類養分從抽象概念轉變為可見的實際概念。 教學內容分析 透過小組內的討論，讓學生對於六大類養分（尤其是醣類、蛋白質、以及脂質）更熟悉。此外，也透過燃燒食物來判定所含的養分種類，另外也帶入燃燒食物計算熱量的實驗，並討論此實驗可行與不可行的部分（燃燒食物計算熱量為課本實驗，此處沒有實際計算熱量，只有使用這個觀念以及讓學生討論此實驗是否可行與為什麼），最後在藉由實際品嘗各種糖，並利用本氏液、碘液測定醣類的實驗讓學生對養份有更完整的概念。   教 學 目 標 單元目標 具體目標 一、認知部份 l  能說出六大類養分的特點。 l  能說出六大類養分之間的異同。 l  能利用成份資料計算食物熱量。 […]

阿美族用草木灰進行植物染 傅麗玉1, *、楊惠媖2 1國立清華大學師資培育中心 2國立玉里高級中學 *lyfu@mx.nthu.edu.tw 豐年祭期間走訪花蓮河東部落，連續好幾天都在秀姑巒溪河床，想親近瞭解河東部落特有的部落文化。看到雀、白鷺鷥、芒草、水芹菜、銀合歡樹、沙堆及大小石頭。此部落離秀姑巒溪河岸邊有幾百公尺，那外頭擺放著一艘木筏，前方的草屋工舍（taloan）炊煙裊裊，裡面有三位mamo（奶奶）們正在烤魚，還有將濕的衣服曬乾。走上前去，看到小小的火紅通通地燒著，樟樹、九芎樹和蘆葦草的香味撲鼻而來，草木灰的顏色漂亮極了！右岸的楛楝樹下，一群耆老族人正等著我們，原來他們正開始製作阿美族人古老的傳統技藝竹筏。希望教導族裡年輕的一代，傳承竹筏的傳統技藝。阿美族有豐富的傳統文化智慧，一定要傳承下去。 n  阿美族的植物染與草木灰文化智慧 為了傳承阿美族草木灰與植物染文化，帶著孩子跟著耆老上山砍柴。木柴完全陰乾後，經過祖靈託夢而選定地點，選擇乾燥晴天的日子染布（見圖一）。染布地點在溪岸或空曠地，先煮染材，利用不同溫度的水，將天然植物色素充分溶解，行程濃縮液，做成染液（見圖二）。將棉蔴布綁成所要的圖樣。基本的準備工作完成，燒柴點火前，所有參與人員先一起祭祀祖靈，驅趕邪惡靈（阿美族語mifetik），以保佑染布成功。但是前晚有做惡夢者、放屁、打嗝、打噴嚏者，不得參加。 祭典完成後，點燃芒茅草與木頭。燒灰過程，茅草、五節芒、龍眼小樹枝為底部，再放置木頭。燒製時間大約二十四小時或一天一夜，須全程在場守護，以便隨時控制火勢以及維持火候，保持燃燒木灰的均衡度。等待茅草、五節芒、樹枝、木頭都燒成灰（見圖三）。等降溫後，再一次祭祀感謝祖靈保佑，才可取草木灰。將草木灰與山泉水混合後過濾（見圖四），倒回去再過濾一次，重複至少三天每天至少三遍（見圖五）。將最後過濾的草木灰水與染好的棉蔴布浸泡之後覆蓋於土壤內隔絕氧氣，使染布成形。最後用無患子植物做皂洗過程，將染成的布洗過（見圖六），陰乾後即可，所染出的顏色非常獨特（見圖七）。 圖一：選擇乾燥晴天的日子染布，小朋友正在曬檳榔和薑黃染材（楊惠媖提供） 圖二：將綁好圖樣的棉蔴布放在染料進行染煮（楊惠媖提供） 圖三：燒製降溫後的草木灰（楊惠媖提供） 圖四：草木灰與山泉水混合後過濾（楊惠媖提供） 圖五：草木灰水倒回去再過濾（楊惠媖提供） 圖六：用無患子植物做皂洗過程的浸泡搓揉染好的布（楊惠媖提供） 圖七：用熟曬的薑黃、檳榔萃取植物色素染出獨特的顏色（楊惠媖提供） n  草木灰的化學 草木灰中含有碳酸鉀（potassium carbonate），碳酸鉀的化學式為K2CO3，外觀是無色結晶或是白色顆粒，可溶於水，水溶液呈弱鹼性。草木灰加水攪拌、加熱讓碳酸鉀溶解於水。趁熱過濾並蒸乾水分，可得碳酸鉀結晶。不同植物的草木灰碳酸鉀含量不同。自古以來，許多不同的族群文化，已經知道利用草木灰的「草鹼」（即碳酸鉀），亦即利用火爐中留下的炭灰或草木灰，當作去油污的清潔劑。過去在平地稻田收割後，會就地把稻桿燒成灰，利用稻桿的草木灰所含的碳酸鉀當作鉀肥。泰雅族用炭灰水漂白苧麻線並除去油質，使苧麻的纖維更易染色。 在國外，化學的「鹼」的英文字alkali是從阿拉伯文「植物的灰燼」演變而來。日文的「石鹼（せっけん）」就是肥皂的意思。十八世紀德國科學家Heinrich Diesbach最早發現把草木灰和牛血加熱反應的產物再與氯化鐵（FeCl3）溶液混合，可以得到一種的藍色沉澱物，就是深藍色的顏料普魯士藍（Prussian blue）。因為草木灰中的碳酸鉀和牛血中含氮化合物，加熱以後形成氰化物，再與血中的鐵發生反應，得到黃色的亞鐵氰化鉀K4[Fe(CN)6] （黃血鹽），與氯化鐵反應後，產生亞鐵氰化鐵（Fe4[Fe(CN)6]3）也就是普魯士藍。普魯士藍經常用來與其他顏料混合成許多不同的顏色，是很重要的基本顏料。 以草木燒成的草木灰含有鹼性的碳酸鉀，溶到水中呈現鹼性反應，炭灰加水煮成鹼性的炭灰水pH值大於7，能使紅色石蕊試紙變成藍色，鹼性的炭灰水可以洗去油污是因為碳酸鉀在水中解離成鉀離子（K＋） 和碳酸根離子（CO32–） ，碳酸根離子與水作用（H2O）產生氫氧根離子（OH–），使得溶液呈現鹼性，其反應如式[1]所示。而一般油污主要成分是油脂類，又稱為三酸甘油酯化學式是CH2COOR-CHCOOR'-CH2COOR"，其中R、R'、R"為長鏈烷基或烯基。在碳酸鉀鹼性環境下水解，三酸甘油酯生成脂肪酸鉀（鉀皂）和甘油，亦即產發生皂化作用，其反應如式[2]所示，鉀皂具有除去油污的功能。 K2CO3(aq) + H2O(aq) → HCO3–(aq) + OH–(aq) + 2K+(aq)    [1] CH2COOR-CHCOOR'-CH2COOR"(l) + 3OH–(aq) + 3K+(aq) → R-COO–K+(aq) + R'-COO–K+(aq) + R"-COO–K+(aq) + HOCH₂CHOHCH₂OH(l)    [2] n  植物染的化學 […]

「膠體溶液的帶電性與凝聚」的回饋與補充 施建輝 國立新竹科學園區實驗高級中學 教育部高中化學學科中心 schemistry0120@gmail.com n   簡述回饋、更正及補充 針對《臺灣化學教育》第五期「膠體溶液的帶電性與凝聚」一文，簡述回饋、回應、更正及補充如下： A.      回饋-1：以硫化砷說明「金屬的硫化物則帶負電」有不妥之處，因為砷為非金屬，不宜以此例說明「金屬的硫化物則帶負電」。 回應：非常感謝，應改為硫化鎘或硫化鋅等金屬硫化物才合適。 B.       回饋-2：膠體溶液的帶電性以吸附層、擴散層說明是膠體化學常有的說法，但是文中所附圖片都是呈現「單一離子」，似乎不妥，應該有其他離子被吸附，只是有量多量少的區別罷了。 回應：除膠核之結晶態結構僅能吸附特定粒子，吸附層與擴散層確實應該有帶不同電荷的離子被吸附，僅是數量有多有少，詳見圖5。 C.       回饋-3：「氫氧化鐵溶膠：氯化鐵溶於水可製得氫氧化鐵溶膠」描述太簡略，因為將氯化鐵溶於水無法製得氫氧化鐵溶膠，應該是「氫氧化鐵溶膠：氯化鐵溶於沸水可製得氫氧化鐵溶膠。 回應：謝謝告知，藉此各位讀者可了解如何配製氫氧化鐵溶膠，非常感謝。 D.      回饋-4：金屬的氫氧化物帶正電，金屬的硫化物則帶負電」不適用於某一反應物過量的情況，例如Fe(OH)3膠體溶液，以FeCl3與KOH配製時，若是FeCl3過量，則氫氧化鐵溶膠帶正電；若是KOH過量，則氫氧化鐵溶膠帶負電。 回應：可參考課本原文「金屬的氫氧化物帶正電，金屬的硫化物則帶負電」僅適用於「氯化鐵溶於沸水製得氫氧化鐵溶膠」這種特例，若某一物質過量，即不適用此段文字。此一回饋將於後文中詳加論述。 E.       更正：膠核（colloidal nucleus）應包括結晶態（aggregate）吸附層中緊密吸附之與結構有關之離子，詳見圖6。 F.        專有名詞英文更正：膠粒（granule），詳見圖6。 G.      專有名詞英文增列：膠團（micelle or colloidal particle），詳見圖6。 n   翔實說明 「拋磚引玉」這句成語，在《臺灣化學教育》第五期「膠體溶液的帶電性與凝聚」一文獲得見證。該文章發表後，不久即收到我多年的老友，在高中化學老師中可說是學養相當豐富的老師，該老師對我的文章內容頗多肯定，但也指出一些闕漏之處，如上述回饋內容，對我有震聾啟聵之效，並提供參考文章供我閱讀，本人非常感佩。基於該位老師的特別叮嚀：「低調」，只好姑隱其名。本文將就這位老師提供的參考文章進行補遺的工作。 根據Panet-Fajans’s rule: Only these ions, which are included in the structure of the insoluble salt crystal or those, that form insoluble compounds […]

國內外化學教育交流 林靜雯 國立東華大學課程設計與潛能開發學系jingwenlin@mail.ndhu.edu.tw n  內容摘要 一、EC2E2N NewsLetter（2015年2月刊）搶先線上閱覽！ 二、化學教育重要研討會期程 n  詳細介紹 一、EC2E2N NewsLetter（2015年2月刊）搶先線上閱覽！ EC2E2N NewsLetter由European Chemistry and Chemical Engineering Education Network於1999年創立的電子報，英文版，一年有五期，每兩月出一期。電子報通過電子郵件免費寄發給所有協會會員和註冊讀者。自2011年以來，每年至少出一期The International Year of Chemistry會議論文特刊，以關注某一地區之化學教育或化學教育之某一議題。 本期為2015年2月刊，是以“Chemistry teaching and learning, at secondary and tertiary levels of education and between them” 為主題的特刊，刊登的13篇文章，涉及以下四個議題：1.化學教育的多種層面和類型；2.品質之保障—教職員工的發展；3.教育尖端科學（如Nano-chemistry）和RRI（Responsible Research and Innovation approach，負責任的研究與創新途徑）；4.致力科學與教育之非政府機構。 此期刊為免費的電子刊物，詳情請點閱網頁：http://www.ec2e2n.info/contact-us。此期刊邀請大家使用這個電子郵寄地址：newsletter@ec2e2n.info，踴躍投稿到：http://www.ec2e2n.info/contact-us。請點閱Communication and NewsLetter（溝通與電子報）一節。 二、化學教育重要研討會期程 A.      The 6th Network for Inter-Asian Chemistry Educators, […]