透過顯現隱形指紋解開密碼鎖—結合實驗導向與問題解決取向的教學實例 蔡家興1、遊文綺2、許榮成2、陳芷誼2、李忠家2、楊水平3, * 1國立彰化女子高級中學 2國立彰化師範大學化學系（時任教學助理） 3國立彰化師範大學化學系 * yangsp@cc.ncue.edu.tw 摘要：本教學設計結合實驗導向與問題解決取向，分為兩部分四階段的教學。第一部分採用「先做後講」（先做實驗後講解原理）的實驗導向教學，先認識指紋類型和特徵和識別系統（亨利分類及IAFIS/NGI），再操作四種顯現技術（粉末法、寧海準法、硝酸銀法、氰丙烯酸酯法），然後教師引導學生學習原理和概念。第二部分則強調問題解決取向，包括聚斂性結構良好問題（指紋密碼開鎖競賽）和擴散性創意問題（局部修改或創意設計指紋顯現技術並進行試作與發表）的任務。此教學設計已在大學和高中實施，重視理論與實際的教學；以及在國中小科學教育推廣實施，偏重技術操作的教學。 簡介 人的汗水組成有水、有機成分（脂肪酸、乳酸、尿素和尿酸等）及無機離子（氯化鈉等），手指也會沾黏來自皮脂腺分泌的油脂（脂質和類固醇等）。汗液含有機和無機化學成分及其顯現指紋的技術與原理可以融入在各課程中教學，如基礎無機、有機、分析、物理及生物化學。舉例說明：指紋顯現的粉末附著在汗液的水分或油性成分上，可視為表面化學中吸附作用；顯現汗液中的氨基酸和氯化鈉成分涉及有機和無機化學反應，可以納入定性分析；再者，指紋粉末法還與極性和非極性分子的溶解度、沉澱反應及氧化還原反應等有關，並涉及分子之間的靜電吸引力。此外，指紋的類型與細節特徵、指紋的識別也是化學和指紋學強調知識學習的可應用價值。 本教學設計結合實驗導向（Experiment-based）與問題解決取向（Problem-solving oriented）的兩種教學法，分為四階段教學，分述如下：(一)在實驗導向方面：採用「先做後講」(Do-then-explain / activity-before-concept）的教學模式，【第一階段】的重點：(1)熟知指紋的類型與特徵，和(2)理解指紋的識別（電腦化前的亨利分類系統與電腦化後的IAFIS/ NGI電腦系統）；【第二階段】的重點：(1)四種指紋法的操作技術（法盤、海準法粉末、硝酸寧法顯現(2)，以及壓克基因的操作技術（法盤、海準法、硝酸鹽法顯現(2)，以及壓克烯的方法。 (二)在問題解決取向方面：【第三階段】的重點：(1)教師設計結構良好的問題，以「聚斂性問題解決：顯現隱形指紋密碼開鎖獲得金幣」為主題，和(2)提供具體的材料和試劑、指紋競賽規則、四個拉鏈收納袋的內容物與其開鎖獲得金幣」為主題，和(2)提供具體的材料和試劑、指紋競賽規則、四個拉鏈收納袋的內容物與其開鎖獲得金幣」為主題，和(2)提供具體的材料和試劑、指紋競賽規則、四個拉鏈收納袋的內容物與其開鎖獲得金幣”為主題，和(2)提供具體的材料和試劑、指紋競賽規則、四拉鏈收納袋的內容物與其開鎖獲得金幣」為主題，以及(2)提供具體的材料和試劑、指紋競賽規則、四拉鏈收納袋的內容物與其開鎖獲得金幣”為主題，及(2)提供具體的材料與試劑、指紋競賽規則、四拉鏈收納袋的內容物與其開鎖取得金幣」為主題，及(2)提供具體的材料與試劑、指紋競賽規則、四張拉鏈收納袋的內容物與其開鎖取得金幣」為題標【第四階段】的重點：(1)教師設計結構不良的問題，以「擴散性問題解決：修改設計並試作指紋顯現技術」為主題，和(22 )規劃兩項教學設計：設計一：「局部修改並試用指紋顯現技術」，包含學生搜尋現有指紋顯現技術的資料、提出修改構想、試作修正構想及試作圖形本教學設計已在彰師大化學系「一般化學實驗」及彰化女中「高三多元課程共修技術操作與推廣課程並重修技術的教學課程的研究。 指紋的類型與特徵 一、指紋—摩擦脊紋與指印 摩擦脊紋（Friction ridge patterns）是指人類手掌、指尖、腳掌與腳趾表皮上由脊線與溝線所形成的自然皮膚結構圖案，用以增加摩擦力、防止滑動。指印（Fingerprint）是指手指與物體接觸時，留下隱形的摩擦脊線痕跡。摩擦脊紋與指印互為鏡像，如圖1所示。摩擦脊紋與指印本質不同，但常被「指紋」（Fingerprint）一詞混用，可以指「指紋的結構」或「指紋的印記」。 圖1：摩擦脊紋（左）和指印（右），兩者互為鏡像。 （圖片來源：Fingerprint, https://en.wikipedia.org/wiki/Fingerprint） 指紋採集是法醫學中的關鍵程序。手指分泌的水分和油脂會在光滑表面留下隱形痕跡，經過墨水或顯色劑處理後，能被轉印並觀察。指紋結構極細且相當穩定，不易改變，即使同卵雙胞胎也不相同，因此指紋可作為可靠的識別方式。 二、指紋的類型 美國聯邦調查局（Federal Bureau of Investigation, FBI）自20世紀初建立指紋檔案系統以來，採用系統化指紋分類系統，便於快速查詢並比對大量指紋。在電腦化之前，這套系統主要依靠紙本卡片與人工歸檔。 FBI的分類系統源自亨利分類系統（Henry Classification System），最早由英國愛德華·理查·亨利爵士（Sir Edward Richard Henry）於1896年在印度提出，美國後續修訂並擴展。在1924年美國司法部合併軍方與民間的指紋檔案後，FBI建立世界最大規模的指紋檔案庫，並對亨利系統加以簡化與擴展，成為FBI指紋分類系統。 FBI系統是依照指紋圖形特徵（Pattern types）與數值分類公式（Numerical Classification Formula）進行歸類。主要圖形類型初步分為三種：(1)迴旋紋（Loops）、(2)弓形紋（Arches）及(3)漩渦紋（Whorls）（Behind the Crime, nd），如圖2所示。 圖2：FBI初步分類指紋主要類型為三種：迴旋紋（左，編號1）、弓形紋（中，編號2）及漩渦紋（右，編號3）（註：此處編號僅作為後續學習的開鎖碼） 美國聯邦調查局又細分指紋為八種紋型（Palm Reading Perspectives, 2011）：平弓紋（Plain Arch）、帳篷弓紋（Tented arch）、尺側回形（Ulnar loop）、橈側回圖（Radial loop）、平渦紋（Plain […]

過碳酸鈉取代雙氧水產生氧氣於國小製造氧氣實驗之可行性探討 周佳誼、周欣誼、何家齊* 國立中科實驗高級中學 Email: justsayhi@nehs.tc.edu.tw 摘要：本研究旨在為國中小學設計一種更安全、快速的製氧實驗，以取代具腐蝕性的雙氧水。文章探討使用俗稱「固體雙氧水」的過碳酸鈉。實驗結果顯示，過碳酸鈉在水中會釋放過氧化氫並呈鹼性，促進氧氣生成。製氧效率受水量影響，1克過碳酸鈉搭配15毫升水反應速率最快。提高水溫能顯著加速產氧量。雖然金針菇催化效果最佳，但其保存不易且在高溫下效用降低。綜合考量，建議學校實驗採用溫熱水(約60℃)搭配易取得且可重複使用的銅片(如壹圓硬幣)加速氧氣生成。此組合能在15分鐘內產生超過500毫升氧氣，足夠學校實驗教學使用，且比傳統雙氧水實驗更安全便捷，具推廣潛力。 前言 在小學自然課程中，製造氧氣是利用雙氧水加胡蘿蔔或金針菇，在國中則是利用雙氧水加二氧化錳。雙氧水是中小學化學實驗製造氧氣所使用的主要藥品之一，但高濃度的雙氧水具腐蝕性，若不慎直接接觸，會引致皮膚出現化學灼傷；低濃度雙氧水產生氧氣的速率很慢，不利氧氣的收集。我們在實驗器材藥品室中找到一瓶尚未過期的15%雙氧水，瓶身已經明顯膨脹變形，應該是在實驗室保存過程中持續分解出氧氣造成瓶子的壓力變大所導致。我們當時僅只是打開雙氧水瓶蓋動作，就發現手指頭皮膚有被腐蝕的痕跡，推測應該長期存放在實驗室，瓶蓋處有雙氧水揮發滲漏的情形。這讓我們思考是否能使用簡單安全藥品取代雙氧水，且實驗藥品容易保存，以此為出發點，試著重新設計出適合在國中小製造氧氣的實驗。基於安全性考量，我們的研究想要找出一個方便、快速、安全的方法來製造氧氣方法，以取代原本課本使用液態雙氧水製造氧氣的實驗設計，我們查詢文獻後發現在日常生活中常被用作清潔劑的過碳酸鈉，具有去污、漂白與抗菌等功能，因其可釋放出氧氣，有人稱其為「固體雙氧水」。本研究將進一步探討過碳酸鈉分解產生氧氣的速率，以評估其應用潛力與最佳反應條件。 過碳酸鈉性質介紹 過碳酸鈉（Sodium percarbonate）又稱過氧碳酸鈉或過氧化碳酸鈉水合物（sodium carbonate peroxyhydrate），俗稱「固體雙氧水」，是碳酸鈉與過氧化氫形成的加成物(adduct)。其實驗式為：2Na₂CO₃·3H₂O₂（式量為 314 g/mol），外觀為白色無味的顆粒狀粉末，屬無機鹽，溶於水後會釋放出碳酸鈉與過氧化氫，呈鹼性，具有氧化性。反應式如下： 2Na2CO3·3H2O2 → 3H2O2 + 4Na+ + 2CO32- 2H2O2 → 2H2O + O2 Dideriksen（2007）指出，過碳酸鈉在室溫下雖具有一定穩定性，但仍須注意保存條件，以避免分解或降低活性。首先，應置於乾燥環境中，因為受潮會加速其分解，釋放出過氧化氫與氧氣；其次，需避免光照，特別是強光與紫外線，因其可能促進過氧化氫的分解；此外，應使用密封容器保存，以防吸濕並避免與空氣中的水氣或二氧化碳接觸；最後，也應避免高溫環境，因為溫度升高會顯著加快其分解速率。總而言之，妥善的保存條件有助於維持過碳酸鈉的穩定性與功效。 我們測試室溫下過碳酸鈉加水後，其水溫與pH值之變化。於室溫下，將0克（對照組）、10克與20克過碳酸鈉分別加入100mL去離子水中，並於30分鐘內每10分鐘測量溫度與pH值。實驗後發現溫度變化不大與室溫(25℃) 相近，pH值方面，對照組在30分鐘後的pH為8.25；加入10克過碳酸鈉的溶液pH為10.45；加入20克者則為10.42。由此可見，過碳酸鈉加水後會使水溶液明顯鹼化，顯示其分解產生的碳酸鈉具有鹼性特性。 相同重量過碳酸鈉加不同水量產生氧氣量的比較 本研究探討在25℃下，相同質量（1公克）的過碳酸鈉，在不同水量條件下反應24小時後的氧氣產生差異(如圖1)。根據化學計算，1公克過碳酸鈉理論上可完全分解產生約0.00560莫耳的氧氣，換算為標準狀況下約137.13毫升。但實驗結果顯示，實際產生的氧氣量明顯低於理論值。在此實驗設計中，我們將1公克過碳酸鈉分別加入10 mL、100 mL與250 mL的水中，並以排水集氣法觀察其氧氣產生狀況。實驗中使用充滿水的量筒倒置於水槽中，可清楚觀察並測量產生的氧氣量。此外，三組條件同時進行，有助於提升對控制變因的掌握與比較的準確性。結果發現，水量越少氧氣的反應速率與產量皆越高，其中加水10 mL的實驗產氧最明顯(表1與圖2)。這是因為水量少時， 1克碳酸鈉加入10 mL水之溶液pH值較加入100 mL與250 mL之水量更大，形成鹼性更強的溶液。此趨勢與過碳酸鈉溶於水後所形成的鹼性環境有關，因其釋放的碳酸鈉（Na₂CO₃）使溶液pH升高，而過氧化氫（H₂O₂）在鹼性環境中分解速率加快，進而促進氧氣釋放。儘管理論上相同質量的過碳酸鈉應產生相同體積的氧氣，實驗卻顯示水量會影響產生氧氣反應速率與24小時後產生氧氣量，說明水量亦為影響的變因。綜合上述實驗結果可知，水量愈少，產氧效率愈高，可能與鹼性強度提升有關，未來可進一步探討在更少水量條件下（如5 mL或更少）是否能進一步提升氧氣產生效果。 圖1  過碳酸鈉1公克的與10mL、100mL、250mL水量產生氧氣實驗裝置正面與背面照片 表1  1公克的過碳酸鈉加入不同水量條件下產生氧氣的理論與實際數據比較 水量 理論量產生氧氣量 24小時後 實驗測量氧氣量 氧氣產生率% 10mL 137.13 112 81.68% 100mL […]

雙語「熱」—小學自然科學課堂中的實踐 陳英智 臺北市萬華區西園國小 a2113n7001@grad.ntue.edu.tw 摘要：本文以六年級學生的自然課作為實踐5E探究式教學法的場域，並於課堂中初次加入CLIL的理念，研究的主要目的是實驗新的教學方法以及調查學生對實施雙語自然課後的看法。研究者以物理和化學的重要主題｢熱的影響與傳播｣出發，於課堂中使用英語詞彙和句型，搭配中文解釋，以建立學生基礎觀念。為了深化學生的閱讀素養與科學實作的能力，採用Kathleen Weidner Zoehfeld 於2015年出版的科學繪本 What Is the World Made Of? All About Solids, Liquids, and Gases啟發學生去觀察生活中物質遇熱時的三態變化，順帶學習英語的表達，在示範教學的一堂課和學生一同討論熱學基本原理的生活應用，輔以學生的實驗紀錄發表與學習單當作形成性評量。經Google表單調查發現64%的學生對這樣的雙語課持正面回饋，但仍有不少課程與學習上的難點尚待克服。 前言 雙語教育近年來在臺灣教育現場已成為熱門關鍵字。不論是生活、健康與體育、藝術、音樂、綜合，甚至讓許多學生視為畏途的雙語數學或雙語自然課，也有一些學校正在推行。第一線的教師與專家學者對雙語政策的推行看法分歧。如何達到自然課的課程目標，又能培養學生的語言理解能力，這確實對自然教師和學生來說皆是挑戰。研究者以六年級翰林版第一章：「熱的影響與傳播」當作主題，以5E(Engagement, Exploration, Explanation, Elaboration, Evaluation)探究式教學法為教學設計的骨架，並加入CLIL(Content and language integrated learning，內容和語言的整合學習)的理念，希望能創造出一些教學上的火花。 課程設計 課程設計採學生和學科為中心的折衷模式，流程修改自陳佩英與愛思客團隊(2018)課程設計思考流程，而評量方式以學生實驗與創作的內容與學校傳統的紙筆評量搭配而成(見圖1)： 圖1 課程設計思考流程圖 「熱」這個單元是化學、物理的重要基礎。本次教學的重點在於 一、帶領學習者認識物質在不同溫度產生體積脹縮的現象。 二、建立學習者的粒子觀念，使學習者更能體會物質三態變化的過程。 三、引導學習者透過實驗探究熱傳播的方式。 四、啟發學習者應用所學到的「熱」知識到生活中。 五、鼓勵學習者認識科學英語詞彙，閱讀和收聽相關科普介紹。 周金城(2021)指出國小自然雙語教學可分成科學概念教學和科學實驗操作兩部分。在科學概念教學的時候，可以列出該單元重要中、英語單字介紹，並且使用表達因果句型的英文字，在中文講解時逐步增加英語比例。至於實驗操作，因為能搭配動作，可以逐步增加英語使用比例並鼓勵學生多使用中、英語表達。以此概念做為雙語自然教學時的目標，並設計授課的流程如圖2所示： 圖2 教學流程執行步驟 根據Bybee(2009)5E探究式教學法為課程骨架建立學生觀念，主要分為以下步驟： 1.參與(Engagement)：研究者透過Kathleen Weidner Zoehfeld(2015)所創作的英語繪本提問「這世界究竟是由什麼組成?(What is the world made of ?)」「你（妳）曾經看過人穿牆嗎?(Have you ever […]

萃取實驗：適用於教師示範和學生動手做 謝佶霖1、彭郁惠2、楊水平3,* 1高雄市立新莊高級中學 2桃園市立幸福國民中學 3國立彰化師範大學化學系 *yangsp@cc.ncue.edu.tw 簡介 關於萃取實驗，在108新課綱「十二年國民基本教育課程綱要國民中小學暨普通型高級中等學校–自科學領域課程綱要」中，高中化學課綱有提到主題「物質的結構與功能（C）」和副主題「物質的分離與鑑定（Ca）」，以及相關的學習內容「CCa-Ⅴc-1混合物的分離過程與純化方法：蒸餾、萃取、色層分析、硬水軟化及海水純化等」，學習內容說明提到「1-2 以有機溶劑可以萃取花或葉中的色素」和「1-5 示範實驗：萃取、蒸餾 及以TLC片進行色層分析」（教育部，2018）。 為配合新課綱的學習內容，作者設計萃取的定性實驗：兩單元的教師示範實驗和四單元的學生動手做實驗。在「教師示範實驗」方面：【示範一】液相‒液相萃取：萃取廣用指示劑，製作廣用試紙；【示範二】固相‒液相萃取：萃取薑黃素，製作薑黃試紙。在「學生動手做實驗」方面：【實驗一】液相‒液相萃取：(1)從口水萃取自己的DNA，和(2)從鮮乳萃取DNA；【實驗二】固相‒液相萃取：(1)用植物油萃取橘子皮的檸檬烯，製作天然護膚乳液；和(2)用酒精萃取檸檬皮的檸檬精油，製作環保油垢清潔劑和環保洗碗精。 本文的實驗設計聚焦在：(1)「教師示範實驗」不使用典型的分液漏斗，而採用家用產品和實驗室材料並用，而且強調娛樂姓與教育性並重，短時間可在教室或實驗室完成示範教學；(2)「教師示範實驗」在示範後，以隔空噴出酸鹼煙霧的方式，進行檢驗萃取廣用指示劑和薑黃素的效果，讓學生感受驚奇有趣；(3)「學生動手做實驗」均為結合生活的家庭實驗，全部使用家用產品，可方便在五金百貨賣場、書局文具行、食品材料行、超市、藥局及網路商店等處購得，而且使用的藥品和器材具低危險性；(4)「學生動手做實驗」的操作過程簡易且時間縮短，不必事先乾燥果皮，不必一週以上的浸泡，不需加熱也避開火源，用刨絲器刨細果皮，藉由攪拌和擠壓，提升萃取的效果；(5)「學生動手做實驗」的成品—天然護膚乳液、環保油垢清潔劑和環保洗碗精，可在平日居家使用，讓學生感受親自動手做實驗的樂趣；以及(6)「學生動手做實驗」均為定性實驗，作者提供學生延伸探究與實作的問題。 教師示範實驗 一、觀賞教師示範影片 本示範實驗影片的內容有二部分：(一)固相‒液相萃取：萃取薑黃素，製作薑黃試紙；和(二)液相‒液相萃取：萃取廣用指示劑，製作廣用試紙。這影片僅供教師示範教學的參考，建議教師在課堂中親自操作示範實驗，並且在示範的過程中向學生提出一些問題並互動討論，讓學生有深入理解原理和概念的機會。 圖1：萃取示範實驗影片 （影片網址：https://youtu.be/Hb6Z5tTRlUg.） 二、教師示範的過程和效果 【示範一】液相‒液相萃取：萃取廣用指示劑，製作廣用試紙 (一)藥品與器材 〘示範用〙寶特瓶（附瓶蓋，容量600 mL，高透明度，瓶身無凹凸狀為佳） 1個、廣用指示劑（瓶裝） 100 mL、乙酸乙酯（Ethyl acetate） 100 mL、燒杯（100 mL） 1個、藥匙 1支、塑膠稱量盤 1個、碳酸鉀（Potassium carbonate） 6藥匙（約10-15 g）、噴霧瓶（50 mL） 1個、影印紙（白色A4大小） 1張、塑膠盆（盆底大於A4） 1個、吹風機 1支。〘檢驗用〙石蠟（白色） 1小塊、磁鐵壓條（長約30 cm） 1條、濃鹽酸（Hydrochloric acid, 12 M） 約5 mL、濃氨水（Conc. ammonia water. 15 M） 約5 mL、滴眼瓶（點眼瓶，20 […]

高中多元選修課程介紹 漫遊幸福川~生活中的化學 林威志 高雄市立高雄中學 carrot710305@gmail.com 本校多元選修開設年段原先只有高一，但隨著108課綱的推進，目前高二也已開設相關課程。多元選修課程，可提供同學增廣學科視野，發掘多元潛能，並有加深加廣的選修機會，增加學生動手做的能力。而本校鄰近幸福川（二號運河），因此藉由相關水溶液介紹，期望學生能理解並進而珍惜環境資源，達到永續發展的概念。 n  課程設計理念與評量方式 一、課程設計理念 這門多元選修課程內容主要設定在生活中的化學，內容包含最貼近學生的兩大主題：食物化學與衣物化學，讓學生可以在進入學校的高一生活中，先增加實作經驗，以彌補國中端實驗操作課不足缺憾，並藉由這堂課期望學生能先藉由生活中最熟悉的項目，建立起「喜歡化學、願意思考並動手實作」的重要精神（見表1），進而培養學生從不同角度看事情，理性分析、判斷對錯的思辨能力；嘗試將想法付諸實行，勇於嘗試的實踐力；並由同儕間溝通互動，與科學宅急便的闖關活動，利用口語、文字、圖像、影音或實物等表達方式，有條理且具科學性的陳述探究成果，並與他人分享，達到社會參與的科學人精神。 表1 課程設計理念與學習目標規畫 課程名稱   中文名稱：漫遊幸福川~生活中的化學  英文名稱： Chemistry in life 課綱核心素養   A自主行動： A2.系統思考與問題解決, B溝通互動： B2.科技資訊與媒體素養, C社會參與： C2.人際關係與團隊合作, 學生圖像   思辨力：從不同角度看事情，理性分析、判斷對錯。         1.培養批判和獨立思考的能力。         2.運用科學化的方式分析、統整思緒。         3.從多面向角度檢視客觀事實。 實踐力：將想法付諸實行，勇於嘗試。         1.釐清計畫目標，分析計畫需求，擬訂可行計畫。         2.針對計畫所需，尋求且妥善運用校內外資源。 創意力：面對任務時，運用各種心理技巧來產生創意的能力。         1.在學習領域中呈現多面向的思考模式。 .        2.在學習過程中建立多元價值觀。, 學習目標   1.     啟發學生對環境的關心及如何應用學校學到的知識解決生活中的問題。 2.     培養學生正確的研究方法及設計出適當的實驗解決問題。 3.     培養學生團隊合作精神﹑多媒體運用能力﹑精準口語報告實驗結果。 4.     […]

繪本融入自然界永續發展議題提升學生探究之能力 李佩蓉、洪振方 國立高雄師範大學 rungli2626@gmail.com n  前言        環顧全球，受到氣候劇變、資源耗竭、汙染嚴重等因素影響，造成一種不穩定的局勢。為了讓地球和人類永續發展，教育扮演着關鍵性的角色，透過教育的變革能讓人類有更好的生活品質。1992年聯合國即提出永續發展之理念（Combes, 2005），於2015年發佈「2030永續發展目標」（Sustainable Development Goals，SDGs），結合永續發展教育向各國、各領域推動（葉欣誠，2017）。我國對於永續發展教育的重視，始於1997年8月成立「行政院國家永續發展委員會」，積極推動永續發展教育工作（黃朝恩，2007），對永續發展而言，教育是關鍵。 永續發展教育（Education for Sustainable Development）有四個主要的驅動目標（United Nations, 1992）：（1）提升和改善基礎教育，（2）對現存教育方向再調整以強化永續發展，（３）喚起大眾意識來瞭解永續性，（4）提供培訓。有品質的教育是全面性的，必須考慮永續性的環境、社會（包含文化）和經濟三個領域，透過環境教育及永續發展的教育與學習，全面性的推動，以行動來維護自然界的永續發展（張珍悅、徐勝一，2010）。然而，近年全球疫情爆發，更加速促使各界反思人類與環境的關係。 n  科學閱讀資源的發展 一、緣由 　　近年來日月光企業也積極規劃及推動各項節能減碳計畫，進一步強化落實企業的社會責任，朝永續發展的目標前進（日月光集團，2020）。利用繪本圖畫的方式帶領學生認知自然界永續發展的重要，利用節能減碳、回收處理、再生利用等方法來保護環境。教師運用問題導向式學習，藉由繪本設計學生可思考的問題，問題在情境中，讓學生從繪本裡的圖片及簡單的文字敘述，學習觀察一個環境的變化，進而從繪本轉移到對於自己居住環境的變遷，激發他們覺察、探究的能力，思考環境的變化對於生態環境所造成的影響。 　　十二年國民基本教育課程綱要中（教育部，2018），學習內容中的自然界永續發展提及「INg-II-2地球資源永續可結合日常生活中低碳與節水方法做起」、「INg-III-5為使地球永續發展，回收再利用的重要性」、「CNa-Vc將永續發展的理念應用於生活中，水資源回收與再利用的重要性」。透過學校推動環境教育，培養節能減碳意識，促使民眾在個人日常生活中，實踐節能減碳與環保意識。 二、探究式閱讀教學 　　本文設計以繪本融入自然界永續發展之議題，運用探究式閱讀教學，從思考的進路展開，幫助學生進行自主學習（黃國珍，2020），將環境教育透過科學知識的傳遞融入學科。繪本可運用到不同的年齡及學習階段，透過問題或情境誘發學生思考，建立學生的學習目標，由教師引導學生進行自我導向式研讀，從繪本中增進對節能減碳的認識，利用圖畫的方式和簡單的文字敘述，將能源的使用與地球永續發展息息相關的知識融入學科，並加以簡化，藉由繪本探究科學現象或問題，教師引導並激發學生的好奇心與想像力，讓學生在情境中學習，藉此發展科學知識與理解科學概念。 環境污染的問題受到全球重視，想讓學生藉由《張婆婆的奇幻城堡》這本繪本，以輕鬆有趣的內容帶領學生認知自然界永續發展的重要。《張婆婆的奇幻城堡》提到環境的汙染導致動物的棲息地被破壞，如何找出根本的解決辦法，讓環境能再回歸以往的美好，讓學生們透過閱讀、觀察、討論繪本裡的插圖，在老師引導探究的過程中，設計學生可思考的問題，讓學生提出愛護地球的具體做法且落實於生活中，學生們也漸漸體認到節能減碳是大家共同的責任。 三、繪本內容介紹 　　《張婆婆的奇幻城堡》一開始以大黑龍的出現隱喻工業發展造成環境汙染的影響，主角是一位有智慧、充滿愛心的張婆婆，在張婆婆的引導下環境再度回歸以往的美好。繪本中角色們有效的團隊合作，凝聚共識解決環境污染的問題，讓學生從中了解團隊合作是不可或缺的技能，可參考圖1。 圖1：繪本內團隊合作之圖片（引自財團法人日月光文教基金會） 　　本繪本設備意指污水的處理過程設計，再生處理後將乾淨的水回放，一套水的循環系統，至於我們生活、工業或農業使用後的水，經過處理後又回到河川或海洋，讓原本污染的河水回歸清澈，可參考圖２。 圖2：繪本內汙水處理設備之圖片（引自財團法人日月光文教基金會） 除淨化水質外，更將其中的污泥雜垢資源化與再利用，原本造成水質污染的物質，成為環境美化與便利設施的最佳資源，引導學生找出對地球環境的共識、歸屬與認同，如何將永續發展的理念應用於生活中，可參考圖3。 圖3：繪本內污泥資源再利用及淨水回放之圖片（引自財團法人日月光文教基金會） 本繪本也提到汙水處理的設備系統將污水變成乾淨的水，永續水再生，但依舊要面對設備的維護及水資源有限的問題，內文中將自動清洗裝置的概念簡化與轉化，藉由繪本中腳色小布魯們自告奮勇的進入清洗，使設備管路得以順暢運作，更有效率外，最重要的是清洗的人工與時間成本的節省，可參考圖4。 圖4：繪本內日月光集團其冷凝器自動清洗裝置之圖片（引自財團法人日月光文教基金會） 原本提供的用水，需大量的木材燃燒加熱，意旨原本的處理方式，龐大的需求，需面對的是耗能與能源有限的問題。透過空壓機熱回收設計，將原本的廢熱，利用熱交換器提供大量無毒、無污染的熱氣；並利用冷卻器，設計成氣對水的熱回收，讓原本浪費的熱能得以回收利用，讓冷水的溫度得以先行加溫，不再需要耗費大量的能源加熱，即可達到節約能源目的。使用繪本來帶領學生進行不同主題課程的動機，希望運用探究式閱讀教學，結合科學閱讀資源，在學校推動環境教育教學，在這個講求環保永續的世代裡頭，不只是個人要有節能減碳的思維，許多企業、公司對於環境保護也在共同努力中，可參考圖5。 圖5：繪本內日月光集團其空壓機熱回收裝置之圖片（引自財團法人日月光文教基金會） 四、科學閱讀資源應用 　　為提升學生的探究能力，教師可以將探究式閱讀應用於科學閱讀資源的教學過程，（一）提出問題：將繪本以科學閱讀資源導入，由教師以開放式提問和認知結構提問方式作為學生閱讀繪本過程中的提問引導語設計，在此基礎上要求學生快速閱讀繪本，以掌握繪本大意，如在《張婆婆的奇幻城堡》繪本中，教師為學生創設探究情境，向學生提出問題，“水的污染，對全球生物與自然環境會造成什麼樣的影響？”、“環境汙染中除了水的污染，還有哪些汙染造成環境的破壞？” 讓學生不只是找答案，而是在情境中進行探究，在思考問題的過程中提高閱讀興趣。（二）引發思考：逐步引導學生省思繪本主題所欲及傳達的意涵，讓學生更深入去思考水污染可根據污染雜質的不同而分為化學性污染、物理性污染和生物性污染，而“自然環境的這些水污染又分為哪些？如何造成？對環境造成多大的影響？“環境污染是全球共同的課題，“國際、社會、企業、個人，各自扮演的腳色是什麼？大家如何共同保護環境？“通過問題的連貫性和邏輯性激發學生的探究興趣。（三）合作探究：合作探究是探究式閱讀很重要的環節，教師可以讓學生以小組的形式進行自主、合作探究，為了保證學生的有效討論，可以記者採訪的任務，先討論經濟的發展對環境造成的汙染，進而影響到其他物種生存的權利，引導學生去思考日常生活中是否已造成了環境的汙染，反思檢視自己的生活習慣，通過團隊協作完成，在這個過程中，教師要對小組進行指導，幫助學生明確探究方向，經過討論的建構過程，使學生掌握對提問的思考和探究答案的能力。（四）評鑑交流：在各小組的思維碰撞後，進行成果分享交流，經由繪本引導學生理解各別段落的意義，及故事發展的脈絡與邏輯，讓學生有條理且具科學性的陳述探究成果，增進團隊合作的能力，達到能分析、思辨與批判人與科技、社會、環境之間的關係，在學習過程中建立多元價值觀。（五）重建詮釋：通過教學目標設定探究任務，為學生設計跟生活貼近的問題，並總結前面的過程，詮釋重建作者思想，從繪本中的科學知識，統整出核心的立場、觀點、論述、明確主題，讓學生面對任務時，透過提出問題、引發思考、合作探究和交流，培養學生正確的研究方法及解決問題的能力，將探究過程中獲得的知識內化，理解繪本內容，啟發學生對環境的關心，了解能源的使用與地球永續發展息息相關，樹立良好的環境價值觀。 讓學生們感受到地球環境維護的重要性，除了提升自身的環境敏感度，關懷生活環境之外，如何應用學校學到的知識解決生活中的問題。     除了提升學生閱讀效果，了解資源的回收再利用其必要性，繪本內容中企業的新興能源與替代能源的發展，希望以可愛活潑的腳色讓循環利用的話題頓時變得輕鬆有趣，將原本生硬的設備運作，使用孩子們的語言，並從他們的視野出發，轉化為貼近生活經驗所能理解的科學知識，吸引他們閱讀，探討回收再利用與節能減碳的重要性。讓學生們了解這已受到汙染的環境需要每個人一起維護，不僅僅是企業們的責任，引導他們提出讓自然界永續發展的具體作法且落實於生活中，並帶出繪本裡的腳色—小布魯們團隊合作的精神，結合每一個人的力量，與家人、朋友們一起維護並落實自然界的永續發展。 n  結語     科學閱讀資源這些生活化、情境式的繪本閱讀，藉由生動的圖文傳遞環保的意涵與價值，學生接受度高，是引領學生進入環境教育的殿堂，產生學習效益的環境教育輔助教材。教師於課堂上對於繪本所設計的問題，與學生深度討論或設計相關活動，讓學生能夠對自己所生存的自然環境有深入的省思進而在日常生活中提升環保行動力，引導學生有正向的思考、提升心靈層次，讓世界越來越美好！ n  參考資料 日月光集團（2020）。取自：https://ase.aseglobal.com/ch/csr/corporate_sustainability_policy_and_management/corporate_sustainability_policy 黃國珍（2020）。探究式閱讀：黃國珍的閱讀進階課，從自我提問到深度思考，帶你讀出跨域素養力。台北：親子天下股份有限公司。 黃朝恩、張珍悅、葉瓊文、陳玉雯、周紅美（2007）。高中新課程永續教育之研究–地理科，國科會95年度專題研究計畫成果報告：NSC95-2511-S-003-015。 教育部（2018）。國民中小學十二年國民基本教育課程綱要─「自然科學領域」。臺北：中華民國教育部。 張珍悅、徐勝一（2010）。永續發展教育脈絡探討：「聯合國永續發展教育十年計畫」之回顧，地理研究，52，1-26。 […]

素養導向評量：化學科探究與實作命題之我見 楊吉水 國立台灣大學化學系 jsyang@ntu.edu.tw         前言     大家俗稱之「108課綱」明確規範「普通型高級中等學校自然科學領域部定必修總分數12學分中，應含三分之一跨科目之主題式探究與實作課程內容」。既然探究與實作課程旨在培養學生的科學素養，又是必修課程，「探究與實作命題」自然成為大學入學考試中心(以下簡稱大考中心) 111學年度大學入學考試「素養導向命題」的一部分。然而，面對沒有特定教材的探究與實作課程，高中端除了有教材準備的壓力外，也擔憂如何協助學生因應大考的探究與實作試題。對此，大考中心除提供考試說明與範例等書面資料外，也積極召開各項說明會與工作坊，期使高中老師們明瞭各種素養題型，但受限於時空因素，無法擴及每一位教師或關心此一議題之大眾。因此，繼去年拙作「素養導向評量：化學科素養命題之我見」註1後，我再次以參與大考中心試題研發者的身分，針對化學科探究與實作命題的一些重要面向與觀點，以本文與大家分享。      素養命題類型 我先前已於上述拙作中對素養命題的精神與某些誤解提出說明，在此，稍作簡單摘要與補充。一道素養題的要素，是題目要有新資訊(未出現於教材之內容)，學生需要結合先備知識與新資訊，才能正確回答問題。我要特別強調新資訊不等於新知識：資訊是可以被立即明白、接收及應用的內容，而知識是需要經過一段較長時間思考、理解及練習後，或需透過他人傳授講解才能真正掌握的內容，學校的教學內容即是各種知識。因此，將「加深加廣」的選修學科知識包裝成學測的素養題並不恰當，因為題目包含新知識而非新資訊，無法以簡短題幹於短暫考試時間內達到知識傳授與立即應用的目的。此作法也不符公平性，因為有學過的自然組學生較占便宜。另一種不合適的做法是考「閱讀測驗題」，亦即不需先備知識便可由題幹資訊回答的題目，畢竟我們要測試的是化學素養而非單純語文素養。 「探究與實作」在課綱中雖是一門課，實則有兩個不同層次，可比擬大學中的「××化學實驗」和「專題研究」課，前者已有完整的目標、方法和流程，著重實驗技巧與相關學理，各項實驗可在一段短時間內完成，而後者則充滿未知，一切從「發問」開始，並要設法找尋答案，邏輯推理是必備的能力，有了最後的「發表」才算大功告成。因此，「探究與實作命題」可分成「探究命題」與「實作命題」。據此，素養試題可分成三類(見表1)：「知識素養題」、「實驗/實作素養題」和「探究素養題」。「知識素養題」即是以素養題型測試學生對學科先備知識掌握之多寡者。當題目涉及實驗操作，且符合新素材(非基本課綱實驗)要件者，便是「實驗/實作素養題」，這類題目旨在測試與實驗相關的先備知識(實驗原理和器材功用)或對實驗數據的理解與分析能力。「探究素養題」則著重研究動機(要探究之問題)、研究方法和邏輯推理與推論等，測試學生的基本科學素養。既然一道「實驗/實作素養題」或「探究素養題」有許多面向，且題幹敘述(含實驗步驟)通常較長，也會提供相關實驗數據，這類題目適合以題組方式呈現，特別是混合題型(含選擇題與非選題)。以下透過兩個範例作相關說明。 表1：三大素養題型之測試目標與先備知識層次 知識素養題   實驗/實作素養題   探究素養題   測試目標   學科知識   實務操作   邏輯推理   先備知識   中   中   低         探究與實作命題示例 例一（107年指考試題） 某日王同學整理實驗桌時，發現一瓶未加蓋的水合硫酸鐵(Ⅱ)（FeSO4⋅7H2O），其中已有部分晶體變為黃褐色。經詢問老師，得知是因為部分鐵(Ⅱ)離子被氧化所致。於是王同學決定分析這瓶試藥中鐵(Ⅱ)離子的含量。他準備了以下器材：天平、容量瓶（100mL）、燒杯（250mL）、量筒（100mL）、錐形瓶（250mL）、滴定管、滴定管夾、分度吸量管、安全吸球、玻棒、漏斗及鐵架。 實驗過程如下： 步驟1.稱取水合硫酸鐵(Ⅱ)試樣4.00克倒入容量瓶中配製成100mL的水溶液。 步驟2.準確量取步驟1之水溶液50mL倒入器材甲中，再加入3.0M硫酸溶液約30mL，混合均勻。 步驟3.將已標定過的0.05M過錳酸鉀溶液裝入器材乙中，並讀取器材乙中溶液體積的最初刻度為28.25mL。 步驟4.以過錳酸鉀溶液滴定器材甲中的硫酸鐵(Ⅱ)溶液，當達到滴定終點時，讀取器材乙中的溶液刻度為48.25mL。 根據上述實驗回答下列問題：（8分，每小題各2分） 1. 寫出器材甲的名稱。 […]