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讓學生的類比「活」起來: 生成式 AI 輔助物質粒子模型建構的教學設計與實踐 / 陳楨鈺、劉璟儀、王秋雯、林靜雯

Thursday , 4, December 2025 Comments Off on 讓學生的類比「活」起來: 生成式 AI 輔助物質粒子模型建構的教學設計與實踐 / 陳楨鈺、劉璟儀、王秋雯、林靜雯

讓學生的類比「活」起來: 生成式 AI 輔助物質粒子模型建構的教學設計與實踐 陳楨鈺1,2、劉璟儀1、王秋雯1,3、林靜雯1* 1國立臺北教育大學自然科學教育學系 2新北市民安國小 3桃園市永順國小 Email: jwlin@mail.ntue.edu.tw 摘要:本文以國小六年級「物質粒子模型」(Particle Model of Matter, PMM)課程為例,設計兩節結合生成式 AI 的建模課程,帶領學生建立(Generation)、評鑑(Evaluation)與修正(Modification)的建模循環歷程。課程中,學生先以語言建構初始類比模型,再透過 AI 生成圖像,使抽象概念得以具象化,進而比較並修正模型。在此過程中,教師適時提供引導與鷹架,提醒學生聚焦於「粒子運動」與「能量來源」等核心概念,並示範如何修正提示詞(Prompt),避免學生過度著重在圖像細節修正而忽略科學內涵。同時,學生靈活運用 PAD 評鑑標準:科學合理性(Plausibility,P)、經驗與想像的對齊性(Alignment,A)、圖像細節(Detail,D),特別是在後期建模階段,以圖像細節(D)成為主要策略,學生能積極提出修正指令,展現多次觀察與反思後的主動學習與後設認知發展。課程成果顯示,生成式 AI 的視覺回饋不僅降低了語言表達的門檻,也支持學生持續修正內部模型,深化對粒子概念的理解。本文提供具體的教學流程與策略,展現生成式 AI 在小學自然課程中輔助建模教學的可行性與價值,並為教師設計建模活動提供實務參考。 前言 臺灣《十二年國民基本教育課程綱要》首次將「建立模型」列為國小自然領域的學習表現,並將「物質由微小粒子組成,且粒子不斷運動」等微觀概念下移至高年級(教育部,2018)。此一改革挑戰了傳統以觀察與操作為主的教學模式,也使教師必須重新思考如何設計建模活動,以協助學生理解看不見、摸不到的現象,並逐步發展以模型解釋現象的能力(Harrison & Treagust, 2000)。 物質粒子模型(Particle Model of Matter, PMM)作為科學的重要核心概念,主張所有物質由不斷運動的粒子組成。然而,學生往往難以從直觀的「物質連續觀」轉變為「粒子觀」,並傾向以巨觀經驗來解釋現象(Lee et al., 1993)。即使是資深教師,在 PMM 教學中也可能存在概念模糊(Chen & Lin, 2024)。為釐清教學重點,林靜雯(2024)提出八項核心粒子命題,並結合 Merritt和Krajcik (2013) 的心智模式分類,凸顯了類比建模在 PMM 教學中的潛力。然而,學生在語言表達上經常受到限制,導致難以清楚呈現其類比模型的結構,使教師難以判斷其理解(Harrison & Coll, 2008)。 隨著人工智慧技術的發展,生成式 AI(Generative Artificial Intelligence, […]

《2019國際化學元素週期表年特展》活動介紹 / 邱美虹

Friday , 3, May 2019 Comments Off on 《2019國際化學元素週期表年特展》活動介紹 / 邱美虹

《2019國際化學元素週期表年特展》活動介紹 邱美虹 國立臺灣師範大學科學教育研究所 mhchiu@gapps.ntnu.edu.tw 《2019國際化學元素週期表年特展》為科技部、教育部國民及學前教育署、行政院環境保護署毒物及化學物質局指導,由國立臺灣師範大學、中國化學會以及國立臺灣科學教育館共同主辦,為慶祝聯合國宣布的2019年為國際化學元素週期表年,同時也是俄國化學家門得列夫(Dmitri I. Mendeleev)於1869年發表元素週期表150年,希望藉由今年一連串的慶祝活動,彰顯化學元素對人類衣食住行育樂、醫藥、能源、科技發展等各面向的貢獻。此特展將從108年6月1日(星期六)起在科教館展出後,將陸續在國內其他四個博物館展出,並將移展到各中學和大學,以共襄盛舉今年化學界的大事。 凡是上過科學課程的人,沒有不知道元素週期表的,而學過週期表的人也都或多或少會知道金屬和非金屬這些元素在週期表中的位置。如今我們看到週期表中的各元素所在的位置似乎是理所當然,但是門得列夫在1869年時是排列63張卡片時發現元素之間的的規律性而建立週期表的,並大膽地對尚未發現的三個元素進行預測,後來這些元素也都被證實他們的存在,這一步使得他的週期表與其他較為保守的科學家所建立的週期表不同且更具前瞻性,雖然現今週期表的排列方式是以原子序為主,有別於當年門得列夫以原子量排列的方式,但無損於門得列夫在科學上的崇高地位與貢獻。 此次特展分為六大展區,展出內容都是精心設計的展品,包含元素方塊週期表、光雕投影、化學元素大事記、化學元素海報、視障者點字元素週期表、女性科學家與週期表、稀缺元素週期表、中學生眼中的週期表、元素文學小品、元素郵票展、擴增實境(AR)和虛擬實境(VR)等。其中有幾項展品特別值得在此一提,如元素光雕投影(魔方118)以中國風的方式呈現元素的特性,這應是是全球首創;盲人點字週期表嘉惠盲人、臺灣學生的藝術創作週期表以及新興科技與化學學習的連結等,同時展品中的稀缺元素週期表更是讓我們必須正視因科技所帶來的化學元素瀕危之衝擊,希望能透過這些展覽品傳遞化學元素對人類科學發展的貢獻、激起社會大眾對化學與化工的正面觀點、建立基本的化學與化工的認識、提高對環境與永續發展議題的關心、積極發展永續化學的行動力,以達到科普傳播與提升民眾科學素養的目標。     光雕投影創作理念分享——魔方118 演講者:劉育樹導演(光點吉樹工作室) 2019年是為聯合國(UN)公布之「國際化學元素週期表年」,亦是俄羅斯化學家門得列夫(Dmitri I. Mendeleev)提出元素週期表的150周年。正因為元素週期表在人們眼中是西方科學界的產物,因此我們藉由此光雕投影將元素週期表結合中國風,以呈現獨特的東方風格,其中尤以傳統臺灣特色為主。 影片內使用了大量東方元素來結合西方的元素週期表:以風水羅盤的圓形排法替換週期表的矩型排法,除了以圓象徵人類生存之地球,更代表著週期表中的所有元素皆是存在於這個圓中──即地球上。中文字也是東方文化中重要的元素之一,影片中將週期表元素的英文字替換成中文字呈現,其用意在於將熟悉的西方週期表以東方詮釋表達東方對於化學界亦有所貢獻,而非僅止於推崇西方科學。 影片中亦會列舉人類生活中的重要元素,並呈現該元素的材質、顏色或特性等,讓人們認識到生活周遭其實有很多物品都和化學元素有關;此外,象棋是華人世界眾所皆知的棋藝遊戲,透過使用象棋作為化學元素的象徵物,把虛幻的化學元素實體轉化為熟悉的象棋棋子,讓大眾對於艱澀的化學多了一分親切感。而化學元素除了實體化作為象棋外,亦可以真實的進行對弈,透過分類化學元素,區分成金屬及非金屬兩類型來進行對弈。金屬與非金屬之間的對戰、結合呈現出真實的化學反應,生成一個化合物。藉由這些元素象棋之間的對戰、元素結合成的化合物,讓大眾更加了解這些化學元素在日常生活中是多麼地頻繁出現,皆是出現在我們的生活之中。 作為最後一個東方元素,影片中使用廟宇的籤筒,來呈現傳統臺灣風格的週期表。以矩形週期表旋轉收進籤筒,旋轉即是圍繞成一個圓圈,再度使用圓作為世界的概念,而所有的元素繞著圓旋轉,與開頭的圓互相呼應,串聯整部影片並以東方風格收尾。   特展亮點 1. 入口意象 本特展之主視覺牆面,設計元素包括週期表、本次周年紀念活動的主人翁——門得列夫,化學元素的物理及化學性質,及其在各領域之多元豐富應用等,以彰歡慶元素週期表被提出屆滿150週年之意涵。 2. 元素方塊 展場內打造118個大型元素方塊,方塊每面分別展示該元素之原子序、原子量、化學性質及與該元素相關之歷史、生活、科技等科學資訊。118個方塊將依週期表排序堆砌成巨型元素方塊牆面,錯落有致的立體牆面搭配光雕影片投射,展現化學元素發展歷史、文化脈絡及生活應用,如同一場知識的聲光饗宴,絢麗非凡。場內另陳列有10x10cm比例的小型元素方塊牆面,118顆方塊皆可取出觀賞六面的設計內容,讓知識可以親手觸摸。       元素方塊(Md)         小型元素方塊牆面 3. 魔方118——光雕投影(光點吉樹設計) 邀請國際知名3D動畫導演劉育樹為國際化學元素週期表年慶祝活動精心設計,透過中西合璧的巧思,將西方科學結合中國風,以中藥櫃的概念呈現獨特的東方特色,展現出全新文創概念的元素週期表。 光雕影片內容將以多媒體動畫形式,傳達化學元素如何存在於我們的身邊,並與我們的生活密不可分。全片中英對照,適合全年齡的民眾一同來感受獨此一門,視覺與聲音的饗宴。 光雕影片投影開始畫面 4.  元素大事記 以時間軸方式展示元素週期表中各化學元素,自紀元前至近代間發現年代之大事記,並將各元素以化學性質分類,於右下角加註圖例說明,方便民眾瞭解人類發掘元素的歷史。 (由國立臺北教育大學周金城教授設計之大事記) 5.  稀缺元素週期表 為了讓世人意識到全球元素稀缺的嚴重性,本特展展示歐洲化學會(European Chemical Society)所繪之稀缺元素週期表繁體中文版,並搭配與化學元素相關的問答,製成互動式掀牌展板寓教於樂,傳達生活中的化學知識以及稀缺金屬的議題,進而促使大眾珍惜資源,以利永續發展。 6.  中學生眼中的元素週期表 由國立臺灣師範大學邱美虹教授發想,臺北市立大直高中林欣美老師、曾茂仁老師,新北市立三重高中張怡婷老師、李雁婷老師,國立臺灣師範大學附屬高級中學吉佛慈老師,及新北市立新北高級中學鍾曉蘭老師指導,帶領各級學校學生所設計的118幅元素繪圖週期表。以活潑生動的藝術形式,將化學元素融入你我的生活。 7. 最古老的現存教室用週期表(現場展示為複製品) 於2014年英國聖安卓大學(University of St. Andrews)整理校內演講廳儲藏室時所發現。此週期表的內容與門得列夫1871年發現的週期表很相似,但已有1875年發現的元素鎵(Ga)、1879年發現的鈧(Sc),但尚未紀錄1886年發現的鍺(Ge),故推論這張海報約於1879-1886年間製成,距今已有約140年的歷史,極有可能是現存最為古老的元素週期表。 8. 視障者點字元素週期表 由國立彰化師範大學楊水平教授所發想設計,與校內師生合作重新構思週期表,並製作透明自黏膠片點字,將兩者相結合成世界第一幅針對視障者使用的元素週期表,並於特展內展出,讓化學教育不再侷限於生理,歡迎參觀者皆前來觸摸點字週期表的特殊魅力。 […]

國內外化學教育交流/林靜雯

Friday , 15, August 2014 Comments Off on 國內外化學教育交流/林靜雯

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、Network for Inter-Asian Chemistry Educators (NICE) 2015介紹 二、Pascal Mimero博士所提供之EC2E2N專刊—2014年6月,15(4) 三、2015年化學教育重要研討會期程 n  詳細介紹 一、Network for Inter-Asian Chemistry Educators (NICE) 2015介紹 Network for Inter-Asian Chemistry Educators會議的緣由是台灣的邱美虹教授、韓國的Choon H. Do教授與日本的Masato M. Ito教授在2004年參加International Conference on Chemical Education(ICCE)時共同提出的想法。隨後以e-mail交換意見,2005年韓國Prof. Do參加中國化學會(臺灣)年會時進一步洽談後,於2006年2月在韓國光州舉行第一次亞洲化學教育研討會籌備會議。籌備會上決議,以後應該每兩年舉辦一次研討會,每一個國家至少派五位代表參加。主辦國提供另外兩個國家各五人的住宿安排,各國與會人員機票自理。舉辦研討會所需相關經費,由主辦國家負責籌畫,並向國際化學組織IUPAC申請補助。 第一屆亞洲化學教育研討會訂於2006年在韓國首爾舉行,第二屆在2007年由台灣台北舉辦,第三屆在2009年由日本東京舉辦。爾後每兩年舉辦一次,與國際化學研討會(ICCE)舉辦年錯開來。暫訂先由台灣、韓國、日本三個國家輪流主辦,未來也期待有更多的國家能夠一同參與化學教育的推動。 2013年NICE於台灣屏東風光落幕後,即將邁入第六屆,並將於2015年7月29-31日(原訂2015年7月28-30日)於日本東京台場的日本科學未來館舉辦。日本科技未來館於2001年7月10日開幕,該館除了設置以「地球環境與尖端科技」、「技術革新與未來」、「資訊科技與社會」、「生命科學與人類」4個主題式的常設展,介紹尖端科學技術之外,並經常舉辦各種專題展覽。邀請國內化學教育學者與教師一起共襄盛舉。 (圖片來源:日本科學未來館,http://www.miraikan.jst.go.jp/aboutus/。) (圖片來源:日本科學未來館,http://www.miraikan.jst.go.jp/zh/。) Geo-Cosmos這顆直徑約六公尺、重13噸的球體,是利用10362片OLED打造而成的鎮館展品,以超過一百萬畫素的高解析度隨時更新。它可反應出當天的衛星雲圖、四季變化、模擬氣候變遷…等。 (圖片來源:日本科學未來館,http://www.miraikan.jst.go.jp/exhibition/future/robot/robotworld.html。) 廣受歡迎的「機器人世界」,除了讓人能夠與可感受撫摸方式和力道的海豹機器人互動之外,還可見到動作靈活、會踢足球的ASIMO機器人,今年更展示了兩款可播報新聞、解說展覽的智能機器人。 二、Pascal Mimero博士所提供之EC2E2N專刊相關公告—2014年6月,15(4) 2014年6月的EC2E2N專刊現已上傳(http://www.ec2e2n.info/news/2014/1504_201406)。下期將訂於2014年10月出刊。 三、2015年化學教育重要研討會期程 (一)      The 6th Network […]

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