大學普通化學實驗室規劃與實驗課程: 高雄大學普化實驗實施 李頂瑜 國立高雄大學應用化學系 tingyulee@nuk.edu.tw ■ 前言     「臺灣化學教育」是化學界在化學相關教學與專業學習資訊提供、分享與參考的重要刊物。此次編輯團隊規劃普化實驗室相關專題，高雄大學應用化學系很榮幸能藉此交流平台介紹我們對於普通化學實驗課程(普化實驗)的一些價值認知、目標期望、實施方法、與未來策略進行介紹，希望經由此次的交流分享可以精進我們在普化實驗未來的規劃，以增進對所有修習普化實驗的學子有更佳的學習成效。 ■ 普化實驗的認知     普化實驗是許多理工相關科系的必修或選修課程之一，化學相關科系當然列為必修課程。然而因為經費(化學實驗需要藥品、耗材、儀器設備折損等等費用)的因素，普化實驗的必要性就受到一些挑戰的雜音。尤其在疫情期間，許多實驗課程被迫暫停改以線上教授方式，更加增添了普化實驗是否學生可以以在家自學或者是錄影帶方式觀賞學習即可，無須到實驗室實體上課，甚至可將它刪減的爭論。另一有關普化實驗價值的爭論來自於部分教育人士(尤其非化學相關)，他們認為普化實驗過程基本上只要依據一定的步驟操作就可以得到特定的結果，因此能產生的科學教育效應有限，也就是所謂的性價比或投資報酬率並不高(Arnaud, 2020)。 我們單位一直以來都持續在討論普化實驗(尤其現場實體教學)的價值所在。有關動手進行實驗的重要性美國化學學會政策說明(ACS Public Policy Statement 2020-2023)已經清楚闡述其不可取代性，在此就不贅述(可參閱The American Chemical Society, 2022)。至於普化實驗的重要性，事實上不離脫於文獻與學者對科學實驗室課程的剖析(Hofstein & Hugerat, 2022; DeKorver & Towns, 2015; Elliott et al., 2008; Reid & Shah, 2007)，除了專業上能讓學生更深入了解科學的本質，學習與熟悉科學的概念、事實、技術操作技巧和執行過程技能外，同時也包含學生基本素養與核心能力的培養，例如，獨立思考、學術倫理、溝通表達、團隊合作等等。不過普化實驗的特色之一在於它不只是化學相關專業學生的必修課程，也常是跨STEM學生修習的課程，而且又因為它常常安排在大學一年級授課，因此它不但具有大學學習生涯基礎奠定的作用，同時也兼具了銜接高中與大學教育橋樑的任務，意義重大，不可或缺。 ■ 目標期望與實施方法 一、目標期望 由於普化實驗的不可或缺性，我們期望以普化實驗作為教育載具，達到以下學習目標:激發並保持學生對科學的興趣和動力，培養學生科學推理能力、倫理涵養、創造性思維、解決問題能力、實踐能力、自律能力、和團隊合作能力，並加深學生對科學本質、工作執行程序之複雜性和不確定性、以及科學探究而非只是單純科學知識或理論恪守的理解。 二、實施方法 綜合上述期望目標，在實驗室操作執行方面，除了提供學生既定且制式課本資訊內容作為課程依據外，也會在課程進行過程中增添一些腦力激盪要素。同時我們也相當重視學生在實驗教室外的訓練，包含課前預備和課後反思。 （一）課前預報撰寫 學生進行實驗課程課前的準備工作是非常的重要。在進入實驗室前，學生就必須先了解當日要進行實驗的主題、目的、原理、使用藥品的物化性和安全性、使用的儀器設備、以及實驗步驟，如此方得以實驗操作過程安全且實驗平順完成，也才能在實驗進行中同時思考並領悟那些事件項次是觀察重點。撰寫預報就是一個達到這些目標的策略方法。至於預報如何撰寫，除了依循課本內容外，我們有一些附加準則。 1.     在普化實驗授課型態上會依環境與學生需求分組，可為單人操作方式與多人同組操作方式。由於後者著重團體合作，因此在預報撰寫前，同組組員必須先開小組會議討論即將進行的實驗內容，尤其是實驗過程的步驟與分工，並於預報中註明會議日期、時間、地點和每一位組員簽名。 2.     實驗目的和原理在盡量搜尋相關資料後，以自己認知與理解的內容表達陳述，並列參考資料出處。 3.     詳述當次所有使用藥品之物性與化性(例如，顏色、外觀、熔點、沸點、溶解度、穩定性、反應性…等等)，以及毒性與危害性，並且需畫出化學結構，也要列出參考資料來源。 4.     儀器設備圖示化，並結合實驗步驟。 5.     […]

大學普通化學實驗室規劃與實驗課程: 高醫醫化系普化實驗室之設計與化學實驗之整合 李建宏1＊,林淑芬,陳慧芬2＊ 高雄醫學大學醫藥暨應用化學系 1 chli@kmu.edu.tw; 2 hfchen@kmu.edu.tw   n  前言 近十五年本學系在實驗課程中的教學變革相當大。原先的課程設計在大一上、下學期為普化實驗課程，著重在基礎實驗技能的養成以及思考能力的建構；大二上學期為分析實驗課程，目的在暸解分析實驗的基礎和古典分析方法應用，大二下學期則為有機化學實驗課程，提升學生在有機實驗操作技能以及有機合成的實驗知識。但因為學生在加入教師實驗室進行專題研究時，實驗技能普遍不足，且對於實驗的思維模式過於單調，觀察能力不足導致記錄及報告的撰寫也未能詳盡。為改善學生學習狀況，本系有感於專題研究的重要性，規劃化學系學生在畢業之前對於策劃研究、執行實驗有通盤性的認識和訓練；十年前即開始整併實驗目標是打破各科實驗藩籬，將其重組。雖然成效顯著，但本系近年進行必修課程改革，將大一普通化學由原本二學期6學分降低為一學期4學分，專業必修科目（有機化學、分析化學、儀器分析、無機化學、量子化學、物理化學、生物化學、醫藥品合成化學）提前一學期修習，讓學生有更多的時間進入實驗專題或實習領域。為配合現在學生學習型態的改變以及課程設計的變化，107學年度起，由本學系前主任許智能教授和實驗課程授課教師進行第二次調整實驗課程內容，為使實驗課程與必修學科之間有更好的鏈結，並且強化實驗內容的完整性。將原本普化實驗刪減濃縮後，並結合分析化學的檢驗、定量概念，整併入化學實驗一，重整過後的實驗內容配合新制大一學生普通化學的進度；大一下的普化實驗課程調整為分析及有機基礎實驗技能設計，將基礎分析實驗與有機純化技巧訓練規劃為化學實驗二；並於大二規劃更多樣的有機實驗課程，讓學生能在大二上先做完有機基礎實驗知能及技能的學習後，大二下再增加更多應用以及連續性的實驗挑戰，所以化學實驗三、四除強化各樣有機純化技巧與光譜鑑定操作之外，亦包含有機化學各種反應與多步驟合成反應介紹（如圖1），重整過後的實驗內容亦配合學生必修科目有機化學與分析化學的進度，加深學生在學理認知與操作技能的連結。 圖１：本學系改革後實驗課程設計 n  實驗課程簡介 一、大一普化實驗整合分析及有機基礎實驗 　　在化學系中，最重要的課程莫過於實驗課程。實驗過程除了能夠幫助學生建構科學的知識外，透過實驗中的觀察更能夠連結理論，進而理解科學原理。雖然實驗課程對化學系學生的養成及訓練十分重要，然而目前的實驗課程方式仍停留在傳統的設計。課程中一般給定大部分的實驗參數，學生照表操課在規定的時間內完成固定的操作，收集類似的結果。如此設計主要在技藝的傳承，而非訓練邏輯思考及改正實驗中發現的錯誤。本學系在每年的教學工作中總是不斷地在調整實驗課程內容，希望能夠引起學生的學習興趣，規劃能夠發動學生主動去探究的實驗課程。進一步讓學生藉由這個教材的設計，重拾對化學的好奇心，也希望化學系學生能了解到實驗的重點是發現、改善及創新，為未來學業發展及生涯規劃建立基礎。在本學系中，實驗課程的規劃是循序漸進，大一上為基礎實驗技能及觀察訓練，大一下為分析及有機操作技能訓練，到大二整學年的有機技能訓練，目的在希望學生能連結學習到的技能及知識應用在進階的實驗課程及教師實驗室的專題研究上。 在多年教學的過程中，發現實驗課程內容若能較貼近生活主題，學生的專注力相對提高，以及對於課程的反饋回應較熱烈。例如本學系在大一下學期阿斯匹靈的製備實驗中帶入了銅錯合物的製備：生物體內存有一些微量金屬，這些微量金屬與體內生物分子結合形成錯合物，在生物代謝和醫藥上扮演著舉足輕重的角色。過去科學家已經發現(Abuhijleh, 2011)阿斯匹靈與 Cu2+ 會產生螯合錯合物 (chelating complex) （如圖2），而此銅錯合物能強化阿斯匹靈作為非類固醇抗發炎藥物 (NSAID) 的療效，阿斯匹靈銅錯合物能以治療類風濕關節炎，同時更有做為治療血栓性疾病的潛力。因此研究阿斯匹靈與金屬配位形成的錯合物之結構與反應亦成為極具前瞻性的議題。此外本實驗設計讓同學來牛刀小試，學習以自製的阿斯匹靈作為配位基，與醋酸銅反應形成阿斯匹靈銅錯合物，因酯官能基配位能力不高，因此所得之結構有可能是單核錯合物 Cu(asp)2，亦有可能是雙核錯合物Cu2(asp)4(asp = aspirinate, 阿斯匹靈陰離子)。反應式如下: 圖2：阿斯匹靈銅錯合物 二、大二有機化學實驗與分析化學實驗的整合 本系亦將大二傳統會進行的有機化學實驗和分析化學實驗進行整合成為化學實驗三與四。而傳統的有機化學實驗大致可分為下列流程表進行(如圖3上): 預報撰寫，進行實驗，和實驗報告撰寫的流程進行。藉由本系的實驗課整合，我們也進行了一系列的調整(如圖3下)，首先加入運用線上軟體IRS互動系統回饋的方式在實驗課前進行實驗原理的測驗，促進學生預習且加深印象的效果。而實驗的設計上也配合有機化學正課課程的進度搭配達到學以致用和實作驗證理論的效用。另一方面，我們也鼓勵學生除了以書寫紀錄實驗的觀察現象也搭配影片的製作加深學生對實驗過程的印象。除此之外，我們更運用本校在藥物合成上的儀器資源優勢，讓學生實際操作核磁共振光譜儀和紅外線光譜儀，並進行結構鑑定解析。而為了驗證所學，在每學期實驗課程的期末進行實作測驗：第一學期是跑台期末考，讓每位學生在不同關卡分別能對有機實驗中不同的基礎實驗技巧和相關原理能做檢核也藉此再次強化其相關概念; 而第二學期則是進行未知混合物分離與鑑定的期末考(Feist, 2004)，讓每位學生能藉由一年的實驗課程後，經由所學的觀念後先對未知混合物的物性進行分析後並找尋適當的分離方式，再由實驗的分離將混合物進行純化，最後藉由光譜鑑定與相關知識進行結構的解析。這一連串的檢核在訓練學生於未來碰到未知問題時分析思考，運用所學知識分析，和藉由儀器解析到解決問題的相關能力。由這樣的實驗整合期許培養學生遇到問題思考、分析和整合的能力。 圖3. 傳統有機分析實驗和本系整合實驗流程圖 三、化學實驗室規劃與設計     除了實驗課程的重整與優化外，本校亦投入資源設立新實驗室（如圖4上）。學生實驗室為化學系學生接觸專業化學實驗工作的初場域。除經驗及技能的學習外，在實驗室中首重的是安全。本校基於希望學生第一次進入實驗室時即建立相關的安全知識，認識實驗室安全守則。本系學生實驗室考量現今實驗室安全需求，規劃乾式廢氣處理設備，整合旋轉濃縮儀及循環冷卻水系統、天平區、烘箱及落地型排煙櫃等進行統一規劃，使學生實驗動線更為順暢。     其中更增加設置落地型的排煙櫃（如圖4下）將供大量溶劑配置、矽粉轉移等等實驗操作使用。設置具抽氣功能之溶劑櫃，降低溶劑/廢液存放之蒸汽揮發等氣味逸散，並避免火災。另設之藥品準備室，亦配置具排氣功能之藥品櫃放置藥品。特別設立特別實驗教學實驗室，放置常見分析儀器(如UV-VIS)。寄望此設計能帶給學生貼近真實研究實驗室的工作經驗，養成正確的工作態度及習慣。                  圖4：（上）實驗室平面配置圖，（下）落地型排煙櫃照片與示意圖 (引自三雄科技股份有限公司網站)   n  結語 在化學系中，最重要的課程莫過於實驗課程。實驗過程除了能夠幫助學生建構科學的知識外，透過實驗中的觀察更能夠連結理論，進而理解科學原理。本學系過去15年兩階段方式革新實驗內容，實驗課程的規劃是循序漸進，大一上為基礎實驗技能及觀察訓練，大一下為分析及有機操作技能訓練，到大二整學年的有機技能訓練，目的在希望學生能連結學習到的技能及知識應用在進階的實驗課程，更了解化學合成的流程，並探索系所教師的各種研究領域，除了知識技能的訓練，也希望開啟學生的視野，了解化學在各種產業的應用性與重要性，提升學生主動學習的熱情，使學生從基礎實驗室進入專題研究的過程更加順利。 n  致謝與其他說明 本文作者李建宏為高醫醫化系助理教授，陳慧芬為高醫醫化系副教授。感謝林淑芬中級技佐提供實驗室規畫設計圖與內容，完善豐富本文。 n  […]

大學普通化學實驗室規劃與實驗課程: 中原大學化學系普通化學實驗室之規劃與特色 莊敬、陳志德 中原大學化學系 gjchuang@cycu.edu.tw   n  前言 一、系所歷史沿革 本系創立於民國44年，經68年不斷努力求新，已擁有一流的師資與設備。民國63年與化工系共同成立應用化學研究所，並於民國70年獨立為化學研究所，民國72年獲教育部核准成立博士班。民國88年為因應國內社會經濟變遷，大學部兩班分組為化學組及材料化學組，並成立碩士專班。民國91年成立理學院奈米科技中心，民國95年與物理系、生物科技系與奈米科技中心合辦奈米科技跨領域學程。本系目前設有學士班、碩士班、碩士在職專班及博士班等四種班制。本系擁有化學館與理學大樓(2-5F)兩棟建築，教學與研究空間充足。實驗教學佔有最大空間，如普通化學實驗室，物理化學實驗室，有機化學實驗室，儀器分析化學實驗室與材料分析化學實驗室，足見本系對於實驗教學之重視(中原大學化學系, 2020)。 二、系所目標、特色及發展規劃 本校創校68年，致力培育國家高等教育人才，具有優良校風與學術成就。本校教育宗旨理念以全人教育與知識經濟為兩大主軸，提倡手腦並用、寬廣學養及關懷情操等三大教育目標。針對此目標所設計的課程，則強調專業、實作、通識及關懷教育等四大方向。本系之教育對象為大學部學生，碩士研究生與博士班研究生。本系為其設定之教育目標分述如下： 學士班教育目標：培養具有高尚品德與堅定化學專業知識的人才。 碩博班教育目標：培養具有專精化學專業知識與研究暨應用能力之人才。 本系持續推動學術專業與專題實作之平衡教學。專題研究課程列為必選，以奠定學生紮實的實驗基礎。教師專長領域涵蓋有機化學、無機化學、分析化學、物理化學與材料化學等。研究上包含基礎研究與產業之開發。 本系教學著重理論與實驗並重，嚴格要求基本學科訓練，以應付多變的科技產業。本系提供多樣性課程及學程，如奈米科技學程，以擴展學生視野，靈活其思考。基礎實驗力求學理與實務並重，訓練學生動手做的習慣與實事求是的精神。大二升大三暑假即要求學生進入各老師研究室，進行專題研究，培養獨立思考、主動創新與系統整合之能力。另積極辦理四加一學/碩士雙聯學位及逕讀博士學位，以鼓勵本系優秀學生提早進入研究領域。本系致力於國際學術交流，與Temple大學及日本新瀉大學合作，進行多項交換學生計畫，同時與馬來西亞拉曼大學學院(Tunku Abdul Rahman University College)理學院，互派學生進行專題研究，對拓展學生之國際視野裨益極大。 三、學士班課程規劃 本系期望能培養出品德與化學專業兼具的人才，作法為訂立兩類核心能力。一為專業核心能力的培育(professional education)，可細分為專業化學之能力、組織統整與應用能力、創新思考與研發能力及化學實務與應用能力等四種，主要由本系負責達成。二為品德核心能力的培育(General Education)，可細分為責任與倫理能力、溝通協調與團體合作能力、熱忱與壓力管理能力及關懷與博愛能力等四種，主要由本校的通識課程教育及課外活動等負責達成。 n  普化實驗課程之規劃 一、課程設計 為達成本系學士班教育目標，依學士班課程規劃，普通化學實驗課程選擇與一般生活息息相關之題材。同時為反應高中端化學教育於實驗教學之匱乏，實驗教材強調基礎化學實驗操作技巧以及各類器材之使用方法，於動手學習的同時了解相關原理。其後引入化學合成與鑑定的基本技巧，培養學生實驗操作與解決問題之能力，同時強化學生獨立自主與溝通協調之能力。以奠定日後銜接有機，分析，物化與材料等實驗所需的基礎技能。 二、課程內容     實驗一至九從基礎操作方法，如玻璃器材，天秤，加熱板，重力及抽氣過濾等基礎之實驗所需技巧，慢慢引入化學鑑定，分離，檢定濃度，純化等深入之實驗流程(中原大學化學系, 2022)。另外，實驗安全教育也是普化實驗的重點之一。課程中教師將講解各項實驗之意外預防事項以及防護器具之使用方法。 實驗一: 基本操作方法 實驗二: 定組成定律 實驗三: 運用酸鹼指示劑標定標準酸鹼度 實驗四: 由茶葉中萃取咖啡因 實驗五: 利用分光光度計測定離子濃度 實驗六: 葡萄酒的蒸餾 實驗七: 維生素c含量測定 實驗八: 錯化合物的生成 實驗九: 再結晶與熔點測定 實驗前，授課教師會講解當日實驗所需之原理，執行方式，以及應注意之安全事項。實驗進行時也會不時與助教對各組同學進行協助與指導。實驗報告之內容著重於該實驗之原理與實作所遇問題之檢討。期末時會以操作考的方式檢定同學之學期成效。 n  普化實驗室之規劃 本系可使用之空間與儀器設備，相當充裕。除了獨立的三層樓化學館外，尚有理學大樓二樓至五樓之空間，並有獨立的化學系圖書室，供學生憑學生證自動進出使用。除專用實驗室、研究室、討論室及教室外，另有放置共用貴重儀器之實驗室。其中普通化學實驗室位於化學館二樓（見圖1），內有三十座獨立通風櫃（見圖2）。本系另有寬敞之儀器分析實驗室（見圖3與4），內部儀器可支援普化實驗產品之鑑定工作。每間實驗室皆設有緊急洗眼設施與急救箱，門口皆有緊急淋浴裝置。每學期定期檢驗，確保設施完善，以保障學生實驗安全。 […]

大學普通化學實驗室規劃與實驗課程： 彰化師範大學普通化學實驗教學 楊水平 國立彰化師範大學化學系yangsp@cc.ncue.edu.tw   國立彰化師範大學化學系普通化學實驗室提供普通化學實驗、化學科教材教法、化學科教學實習及自然科學領域探究與實作專題等科目的教學場所。本文介紹兩方面：普通化學實驗室的儀器和設備，以及普通化學實驗的教學。 n  簡介普通化學實驗室儀器和設備 本系普通化學實驗室儀器設備分為：大型設備、小型設備、安全設備及實驗用儀器，簡介如下： 一、  大型設備 (一) 大型實驗桌8張和示範桌1張，每張實驗桌可供3-4組（1組2人）使用，如圖1所示。   圖1：實驗室有8張大型實驗桌 (二) 儲存櫃32個（在實驗室後面），作為存放儀器和中學化學實驗用儀器設備之用，如圖2所示。   圖2：實驗室有32個儲存櫃 (三) 藥品櫃1座（在實驗室後面）和1座排煙櫃，如圖3所示。固體藥品按照英文子母排序放在上層；液體藥品分為酸鹼液體、有機液體及配製溶液，固體小瓶裝放在下層。   圖3：實驗室有1座藥品櫃和1座排煙櫃 二、  小型設備 (一) 電磁加熱攪拌器27台，廠牌：Corning，型號有兩種，加熱最高溫度480°C，攪拌範圍：60～1100 rpm，如圖4所示。   圖4：實驗室有27台電磁加熱攪拌器 （圖片來源：https://rb.gy/guurdf 和 https://rb.gy/wxwca7） (二) 電子分析天平7台，精確度0.0001 g，如圖5所示。 圖5：實驗室有7台電子分析天平 (三) 烘箱3台和超音波清洗機1台，如圖6所示。   圖6：實驗室有3台烘箱和1台超音波清洗機 (四) 水流抽氣幫浦3台和離心機4台；桌上型電腦和螢幕1組和單槍投影機1台。 三、  安全設備 (一) 淋浴洗眼器（在室外靠門邊）2座、滅火器15個（6個在室內和9個在室外周邊）及緊急應變用品櫃（在室外）2座，如圖7所示。    圖7：在實驗室內外的安全設備 (二) 化學實驗用防護面具46個，安全眼鏡50個。防飛沫防霧封閉式眼鏡/護目鏡（自備）。 四、  實驗用儀器 (一) 分光光度計8台 […]

大學普通化學實驗室規劃與實驗課程: 東海大學化學系普化實驗室及特色介紹 楊俊豪1、劉信宏、張仁宗、吳明珠、郭珊綺、杜澄達、賴英煌2 東海大學理學院化學系1 joie@thu.edu.tw; 2yhlai@go.thu.edu.tw ■ 前言 普通化學實驗是修習化學課程驗證理論、理解化學原理的重要過程之一。安全，符合課程需要、動線合宜的現代化普通化學實驗室是化學系的基本配備。因此，適當的化學實驗環境、人員配置及導入學習軟體是規劃實驗課程時須重視的幾個重點。感謝臺灣化學教育的邀請，藉此機會介紹本系普通化學實驗室。祈使有意瞭解東海大學理學院化學系的讀者一窺究竟．同時讓對化學教育有興趣的讀者多一分瞭解實驗室現場的情況。 ■ 化學系普化實驗現況 一、地點及空間 東海化學系大學部設立於建校之初，由1955年至今已有67屆學生。由20人的小班制逐漸擴增為化生組及化學組兩班，目前每班約45人，大學部在籍學生共371人。學士班課程安排依組別不同，由基礎逐漸加深加廣至專精弘通。系上的必修實驗課程有普通化學、普通物理、生物化學、有機化學、分析化學、物理化學及儀器分析化學等實驗。上述實驗課程除了儀器分析實驗安排於化學館儀分實驗室外，其餘皆安排於本校2005年竣工的基礎科學實驗館六樓。此樓層是化學系專屬的大學部基礎實驗空間，如圖1。 圖1：東海大學基礎科學實驗館及六樓主要走道 二、人員配置 每一門實驗課程除了普通化學授課教師外，安排有專職助教帶領實驗進行，保持高品質實驗課程的教與學，目前系上共有七位助教執行實驗教學，其中有五位助教參與普化實驗的進行。杜澄達助理教授負責一門全英文普化實驗課程。各實驗課程系上會安排碩士級研究生輔助化學實驗順利進行。此外，為落實每位學生都能瞭解實驗內涵並實際操作設備及器材，因此以一人一組規劃進行。單一普通化學實驗室最大可進行組別達60組。 三、與時俱進的課程規劃 東海大學為綜合型大學，目前有九個院．其中理學院、工學院、農學院及國際學院中的八個學系課程有安排普通化學實驗，上下學期合計開授19門，十分重要。因此，每學年投入不少資源在實驗室的軟硬體維護及提升。本系支援校內所有普通化學實驗的開授。實驗課程內容按授課教師要求及系所屬性搭配普通化學課程安排進行，以達到理論與實驗上的驗證。然而，科技快速進展，學生對實驗變化及數據的掌握能力已有質上的提升，對應之道是逐漸引入新式教學設備，讓實驗上的觀察及記錄過程資訊化，並搭配適當的軟硬體以提升學習的品質。近年系上所開授的必修實驗課程與時俱進，基於永續環境、綠色化學及銜接新世代科技，部分實驗朝達到實驗目的；瞭解原理；可觀察現象等前題下進行減量，調整藥品，更新設備等多面向執行。值得一提，自111學年度開始嘗試普化實驗專題。學生4人一組，自由組隊，由目前普化實驗課沒有列入的實驗，請學生從講義撰寫及簡報，並製做一個完整的普化實驗，實驗課最後請學生上台發表成果。讓108課綱薰陶下的學生有機會發想，並著手執行。 四、普化實驗課程的軟硬體 硬體：化學實驗室規劃符合國家法規，亦是校內外勞工安全及環境安全展示演練場域。每一實驗室進出口都有兩個，窗戶通風良好，光線充足。逃生標示清楚，滅火裝置完整。實驗室設有置物櫃，供學生放置個人物品。各實驗組別會配置完整實驗器材，放置於可上鎖的專屬櫃位。所有實驗室並配有空調，在實驗助教評估下可讓上課學生在適宜環境進行化學實驗。實驗室內有實驗進行區；天秤室；助教作業區及藥品存放區，請見圖2。安全設備有抽風及抽氣設備，淋浴室、緊急沖淋洗眼器設備、護目鏡、滅火器、濃煙逃生袋及緊急安全器材櫃等。加熱設備全面採用加熱板。安全設備定期維護檢修及更新。此外，廢棄物品、廢液、廢棄化學品按法定回收種類區分及收集。圖3為上述各區域相片集。    圖2：實驗區、天平室及助教行政作業區、藥品存放區         圖3：（上）淋浴室、緊急沖淋洗眼器及滅火器；（下）濃煙逃生袋、緊急安全器材櫃及廢液暫存區 軟體：１.所有進入實驗室的教職員生須接受完整安全教育訓練，方能進入實驗室執行化學實驗。２.專屬實驗課程網頁，每一班實驗課程皆可上網查詢課程綱要，實驗內容及進度，請見圖四。３.實驗教學影片製作，本系助教製作普通化學實驗教學影片並對外開放搜尋。普通化學實驗內容隨時可進行的有42個，現行課程常安排的30個實驗已拍攝完成，如表一。４.實驗報告繳交：實驗預報有傳統紙版報告繳交及上網檢核兩種形式交替進行，實驗結果線上登錄並批改，此部分特別感謝教育部教學實驗計畫提供補助。使教學現場學生自課堂上抄寫報告的現象明顯下降。實驗結果報告形式亦逐漸朝向無紙化方向進行。５.本校建置的iLearn系統，提供學生線上資源及執行實驗前檢核，並提供學生線上課程，降低COVID-19疫情對需動手操作實驗的影響。 隨著資訊軟體使用程度提升，學生可提前觀看實驗重點，搭配線上檢核降低學生課堂趕實驗報告的情況，以及電子檔報告繳交大幅減少紙張使用量。這些部分都是在學學生很有感的改變。目前學生表達對實驗環境能與時俱進十分贊同，但檢核試題的數目及多樣化可持續精進。實驗環境的軟硬體還有更多可進步及調整空間，有賴各方一起努力。   圖4：各教學實驗室專屬網頁及普通化學實驗室網頁 表1：東海大學普化實驗課程內容。現可執行42個實驗，其中30個有拍攝實驗影片 註1，已拍攝實驗影片並開放網路蒐尋 五、化學教育推廣場域 化學系支援大學部實驗課程外，亦積極投入舉辦科學活動及傳播科普知識。正課時間外亦提供場地及設備給經過申請通過的研習活動；大學先修課程（ＡＰ課程）；大學社會責任活動（ＵＳＲ）；寒暑假科學營等。由2014年開始執行的高中實驗教學活動已超過100場次，見圖五範例。期間與多所高中合作進行實驗教學，其中包括精誠中學、建臺中學、彰化女中、台南二中、大甲高中、嶺東高中等等全國北中南各地公私立學校。更有來自馬來西亞的寬柔中學，到東海化學系的實驗室進行科學教育實驗活動。在既有的軟硬體資源下，發揮最大的功效，服務最多有興趣於科學的群組。不少化學系學生在過程中參與科學教育實驗活動，除了正式課程上的學習，也在不同類型的科學實驗教學活動中受益。   圖5：2022年中山高中實驗教學活動及樂齡科普實驗。 ■ 化學系普化實驗特色 最後透過條列的方式，羅列東海大學化學系普通化學實驗室的幾個特點: 1.     實驗設備新穎，實驗環境符合法規。 2.     專業實驗助教，優良的教學品質。 3.     資訊軟體使用程度與日俱增，實驗預報、結報及實驗數據數位化。 4.     拍攝實驗影片，學生易掌握實驗重要環節。 5.     落實化學藥品減量、減廢理念。 6.     化學教育推廣重要場域。 7.     學生可參與普化實驗專題。 ■ 結語 東海大學化學系擔負每學年普通化學實驗課程的正常開授，期許進入實驗室的學生可在規劃良好，符合法規、安全及適宜的環境下學習。在專業實驗助教帶領及研究生的協助下，修課學生可以獲得良好的學習資源。學校每學年投入資源提升實驗室的軟硬體，促使教學實驗現場持續進步，以保持學習內容符合時代需求。能力所及本系亦樂意提供環境及師資協助推廣科普。 […]

大學普通化學實驗室規劃與實驗課程: 國立屏東大學應用化學系之普化實驗室規劃 鍾旭銘 國立屏東大學應用化學系 shiuanmin@mail.nptu.edu.tw n  前言     國立屏東大學於103年8月1日由國立屏東教育大學與國立屏東商業技術學院合併成立，同年本系由化學生物系更名為應用化學系；因此，國立屏東大學應用化學系今年剛邁入第九年，亦為全國最年輕的化學系，在前三任系主任歷經系所更名、課程重新規劃、師資聘任、教學實驗設備添購與實驗教室改建等工作，目前已經完成軟硬體初步的修改與增建工作。 n  普通化學實驗課程規劃 普通化學實驗課程是化學系的第一門實驗課程，從高中進入大學就讀的化學新鮮人，在高中時期大部分的學生皆未經過實驗課程訓練，普化實驗課程需肩負實驗室安全、實驗基礎操作與實驗器材設備介紹等規劃。在實驗課程內容規劃上，包含有機化學的酯化反應–人工香味製備、皂化反應–清潔劑製備、從茶葉中萃取咖啡因與乙醯化反應–阿斯匹靈製備；分析化學的酸鹼指示劑及pH值測試、酸鹼滴定、分光光度計在定量分析上應用與氧化還原滴定–維生素C含量測定；物理化學的樂沙特列原理實驗、色彩震盪反應與碘鐘實驗；無機實驗的廢鋁鐵罐製備鋁明礬與草酸鉀錯化物的製備；生物化學的醣類結構與檢驗、蛋白質的變性及檢驗與牛奶成分分析；上述實驗的規劃，讓大一學生初步認識化學系大二與大三主要必修課程，可以更快適應專業化學相關課程；國立屏東大學是由高教、技職與師培合流的大學，普化實驗課程亦規劃針對國小教師培育之課程，如：熱冰實驗、葉脈書籤（見圖1）、化學花園、天氣瓶製作與濾紙色層分析等實驗課程；另外，實驗亦規劃了抗菌潔手露、防曬隔離霜、紫雲膏（見圖2）與萬金油等產品製作課程，讓學生了解如何運用乳化反應、萃取技術與藥劑調配等化學觀念結合至生活用品中。普通化學實驗課程是一門須動手操作課程，需藉由實驗動手操作、數據量測記錄與細心觀察結果，來印證與了解教科書上化學原理的入門課程，所以本課程涵蓋各類需求考量下完成規劃。 課程規劃目的   1. 藉由操作器材與儀器，熟練基本操作技巧，並驗證普通化學的重要現象及理論。   2. 培養學生良好的科學態度及素養，熟練及統整科學過程技能，培養科學探究的能力。   3. 提高學習化學之興趣，並能獲得日常生活中此方面之知識、應用於日常生活中，及日後從事此相關行業時所需之基本知能。   上學期普化實驗課程規劃   課程名稱   課程內容概述   實驗安全與衛生規定說明   課堂說明實驗室安全衛生規定並演練緊急灑水設備、洗眼器與滅火器等。   實驗器材使用與化學藥品說明   介紹普化實驗中需使用的實驗器材，與化學藥品以及其危險性。   基本實驗操作說明與演示   介紹藥品取用秤重、安全吸球與移液吸管、抽氣過濾、滴定管使用以及藥品配製等基本操作說明與演練。   抗菌潔手乳實驗   介紹三乙醇胺對高分子膠之作用，進行75%酒精與精油抗菌之效果。   勒沙特勒原理實驗   在一個平衡的反應中，藉由改變濃度、壓力與溫度等影響平衡的因素，改變平衡狀態後，讓反應重新達到平衡。   酸鹼鹽與指示劑實驗   認識酸鹼性與pH值的關係，學習使用吸量管配製不同濃度的酸鹼標準溶液，觀察各種指示劑在不同酸鹼度時的顏色變化，並嘗試由紫色高麗菜萃取液自製酸鹼指示劑。   鹼的腐蝕–葉脈書籤製作   […]

疫情下線上化學實驗和探究與實作課程 周金城 國立臺北教育大學自然科學教育學系 ccchou62@tea.ntue.edu.tw       n  前言 這兩年由於新冠肺炎疫情學校反覆停課，讓教師與學生們都被迫需要透過網路來進行教學，也讓大家正視該如設計網路教學課程，也逐步由排斥網路教學到接受網路教學，再到網路教學與實體教學並存等不同階段。若只是概念解說而非實作性課程，透過網路教學應該還能夠應付，但若是需要實驗的課程，該如何設計就變成的一個高度挑戰性的任務。在大學停課時，我們曾經思考讓學生利用家中廚房必備的物品來動手做實驗，但有學生反應是住在學校宿舍，所以要取得家中廚房必備的物品都很困難，這會讓廚房化學實驗都不可能進行，那這樣要如何解決呢?對手邊什麼生活器材都沒有的學生，要如何做實驗的確是一個難題，也需要教師設法來思考解決方法。我們先不討論什麼廚房器材都沒有的學生，若學生手邊有一些器材的學生，要如何來進行遠距動手做探究與實作的實驗。              n  本期專題文章簡介 第一篇是大甲高中的廖育茂老師《探究大豆脲酶的催化作用Ⅰ-尿素的分解與檢測》，是透過到家中附近的商店可以買到或家中已有的物品來設計此實驗，透過天然植物蝶豆花或薑黃當作酸鹼指示劑，取不同溫度處理過的生黃豆漿萃取液(含脲酶酵素)，加入現今可在加油站購置加入柴油車的尿素，觀察酸鹼指示劑顏色變化以了解對尿素分解情況的影響，這個實驗真的是一個可以在家中進行，但是背後卻有相當化學深度的實驗。這個能夠在家中讓學生自行操作的實驗，也一定很適合在學校進行，是一個非常值得推廣的化學實驗。 第二篇是彰化高中劉曉倩老師《宅在家也可以探究-停課不停學的自然探究實作》，此文是說明數個可以在家進行的實驗活動，能整合到學生的自主學習的三個活動上。第一個是轉化邱美虹教授在臺灣推動2019年國際化學元素週期表年活動中所設計的元素方塊製作活動（邱美虹，2019），劉老師將之轉變成學生在家動手做的活動。第二個是設計可讓學生在家探究的化學實驗，利用賣場可購得乾燥劑中生石灰加水後產生高溫放熱，觀察不同變因條件下化學反應溫度的變化曲線，並且實際將雞蛋加熱煮熟的實驗，並透過電腦整理數據與製作圖表，找出最佳比例的加熱曲線。第三個是利用光碟片燒錄訊號的細微凹凸面，形成反射光柵來自製光譜儀，來觀察不同光源的可見光譜，這些都是可以在家動手做的化學實驗，很適合推廣。在Journal of Chemical Education期刊上近十幾年來有多篇利用光碟片製作光譜的實驗，有興趣的讀者可以搜尋一下。 第三篇是陳育仁老師《完整的線上探究與實作教學實務分享》一文說明有些實驗材料較複雜，學生在家遠距上課時是難以取得的，因此讓學生線上分組討論實驗變因，整合大家的想法後，討論縮減成幾個可行的實驗變因與實驗流程，由老師在學校線上操作學生所設計的實驗，拍攝實驗過程讓學生記錄數據與分析結果，這的確是一個可行的方法，在疫情下的不得不的遠距實驗課，讓學生動腦而由老師來動手，文末也針對線上課程提出一些改進建議。 第四篇是花蓮高中林于人老師《宅實作—天然酸鹼指示趣探究》一文，則是在停課不停學期間，讓高一學生在家找尋生活中的酸鹼指示劑，並測試生活中的各種溶液的酸鹼性，由學生的心得資料可以看到的在動手做實驗的過程，能提升學生問題解決的能力，在既有的手邊資源與設備下，完成這一個具有挑戰性的任務。酸鹼溶液與指示劑是一個由國小到大學都可以進行的實驗，可以設計得很生活化也可以很學術化，這個實驗的重點會是讓學生思考在有限實驗器材下的實驗步驟的創造，並完成教師指定的實驗結果，是一個簡單有趣的探究實驗設計。 第五篇高雄女中呂雲端老師《探究與實作、實驗與專題研究之設計雄女3C白袍魔法科學家》一文，開始先說明探究與實作課程規劃的流程，先進行基礎能力的教學再進行師生對話討論，並結合時事及生活議題來進行研究。後續面臨停課不停學的問題，則調整教學與評量的方式。評量包含三個部分:一、團隊完成小論文20%:論文包含完整的科展架構，但針對因停課而無法繼續未完成實驗的小論文部分，能以研究計畫或創意說明書的方式撰寫。二、個人作業20%:是針對教師提供的網路影片來撰寫心得。三、團隊或個人期末報告20%:針對居家防疫提出有創意的想法，並錄製3至5分鐘的影片。文章內容涉及較多的面向討論，有興趣的讀者可以再仔細閱讀。 第六篇是由作者所撰寫《模擬化學實驗與遠距化學實驗課程》，本文是針對大一普化實驗在疫情下的遠距實驗出發，來思考模擬化學實驗與普化實驗結合的可能性。這是由於疫情下利用模擬化學實驗來取代普化動手做實驗，所使用的模擬化學實驗是利用Yenka軟體來設計。本文最後還提供一個已設計雙氧水加二氧化錳催化分解生成氧氣的模擬實驗，可以讓學生操作後得出數據，並計算出反應速率定律式、反應級數與反應速率常數。    n  結語 在新冠肺炎疫情下學校不得不全面採用線上教學，也激發出教師們許多不同的線上教學模式，改變了大家長久以來的實體教學習慣。以前我總覺得實體授課必定優於線上授課，但在實際參與非實作的化學專業課程線上教學後，竟發現線上比實體能和學生有更多的互動，因為線上可以要求每一位學生留言也可以進行投票，教學的互動性提高很多。但是，需要實作的課程例如普通化學實驗，則仍是很難只透過線上教學來完成，未來還有很多需要投入教學研究發展的地方。目前即使疫情已經趨緩，但有許多地方仍辦理線上會議、線上研習或線上研討會，這免去參與者舟車勞頓之苦，而且出席率與參與人數也提高，以節能減碳的觀點，這不啻是一件美事。     n  參考文獻 邱美虹（2019）。慶祝IUPAC100 &2019國際週期表年在臺灣(IYPT in Taiwan) 活動成果展示： 系列活動介紹(二)。臺灣化學教育，第34期。https://chemed.chemistry.org.tw/?p=35795。

疫情下線上化學實驗和探究與實作課程： 探究大豆脲酶的催化作用Ⅰ-尿素的分解與檢測  廖旭茂 台中市市立大甲高中 教育部化學學科中心 nacl880626@hotmail.com        n  前言  進入交流道下的加油站加油時，站內常見到寫著『加尿素』三個大字的看板，心裡納悶：為什麼柴油車要添加肥料呢？原來柴油車引擎與一般的汽機車的噴射引擎不同，廢氣排放中，以氮氧化物NOx的占比較高，是空汙主要元兇，因此目前歐洲六期環保多以選擇性催化還原法（SCR, Selective Catalytic Reduction）來減少氮氧化物的排放。然而選擇性催化還原法與一般汽機車所使用的三元觸媒轉化器不同，它需要在排氣管中段進入處，噴入尿素水溶液，尿素在高溫時會分解出NH3，然後NH3與廢氣中的NOX反應生成無害的氮氣與水(”Selective catalytic reduction”, 2021）。近日韓國、日本等多個國家因疫情、貨運塞港等因素，無法從外國進口足夠量的尿素，進而影響到貨、卡車的交通，以及建築業重機械的操作使用，差點癱瘓該國的經濟運作（中央社，2021），尿素的重要性可見一般。下圖為尿素在引擎中的運作示意圖。 圖1：尿素在柴油引擎中的角色與作用 （修改自Moiras et al., 2017）     尿素除了在空汙的防治上作出貢獻外，其實其主要用途在是農業上的使用，作為主要的氮肥，大幅提供農作物的生產力，解決人類的糧食問題。進入土壤中的尿素，可被其中的酵素-脲酶（urease），所分解，產生氨氣與二氧化碳，高溶解度的氨即可成為植物合成蛋白質的氮源；室溫下，1莫耳的尿素在尿酶的催化下，可分解釋出2莫耳的氨氣與1莫耳的二氧化碳；脲酶是水解酶的一種，除土壤外，廣泛存在於細菌（幽門螺旋桿菌）、真菌、藻類、豆科植物、及哺乳類動物的腸胃道內（Lorenc, 2008）。下圖是來自產氣克雷伯氏菌（Klebsiella aerogenes）尿酶的3D分子結構圖。 圖2：尿酶的3D結構 （”UREASE“, 2021） 完整的教學活動分為初階的定性調察與進階的定量探究兩個部分；初階的活動進行以腦內風暴-演示實驗來引發學生的學習動機作為開始；進入正式課題，首先調查蝶豆花萃取液在不同酸鹼環境中的顏色變化；接著認識尿素溶液的性質、以蝶豆花液驗證尿素受大豆萃取液-尿酶催化作用的發生、對比大豆萃取液煮沸與否對催化反應的不同、比較不同豆類萃取液對催化反應的差異；進階的活動則引導學生正確使用手機結合色彩APP，紀錄調查尿素催化分解反應過程中NH3的釋出，造成溶液鹼性提高，蝶豆花因而變色的過程，進一步探究催化分解的變因與機制（洪宇宸、紀庭芯，2021）。 本探究活動以學生受疫情影響，在家進行實驗探究為前提而設計；多利用家用常見的物品與材料來將探討尿素受尿酶（urease）催化的分解作用，比如利用可分解的蝶豆花、薑黃粉或紫色高麗菜作為指示劑，偵測分解的產物-氨氣的存在；利用小調色盤取代易脆裂的試管、燒杯等容器；以藥妝店可拿到的針筒取代安全吸球、吸量管或量筒，作為定量取樣的實驗工具；使用智慧型手機及色碼APP，取代分光比色的昂貴儀器；實踐在家也可以進行定性又定量的科學探究，在不確定因素瀰漫的疫情時代裡，學生的學習不致中斷。       n  腦內風暴：教學演示-如何檢驗尿素在高溫分解的產物氨氣？      取一個電熱瓶模組（廖旭茂，2020），安裝固定好後，秤取約5公克的尿素倒入電熱瓶中，接著秤取2公克的氧化銅粉末置入NH3偵測玻璃管中，最後量取澄清石灰水15毫升加入吸收瓶中。模組裝置固定好後。下圖為反應示意圖。 圖3：尿素在高溫柴油引擎中的角色與作用 開始以變壓器的紅、黑鱷魚夾接通加熱瓶兩個扣環，引燃酒精燈，開始加熱、反應。觀察電熱瓶、偵測玻璃管中的氧化銅粉末及吸收瓶是否發生變化？5分鐘後，停止加熱，稍後打開電熱瓶，以廣用試紙靠近瓶口，觀察試紙的顏色是否發生變化？此時以手揮動瓶口，是否嗅聞到特殊的氣味，這氣味像什麼？請將相關現象觀察，以文字填入下表中。 我的實驗觀察 文字敘述 電熱瓶的變化： NH3檢測玻璃管的變化： 吸收瓶的變化： 表1：教學演示觀察紀錄表      n  藥品與器材 1.藥品：生大豆2.0克/組（加入20毫升的水，打成豆漿）、購自加油站的AdBlue尿素30毫升/組（若購買不易，可以蒸餾水、尿素自行調配32.5%的尿素溶液）、蝶豆花試液（乾蝶豆花20克溶於80 毫升熱水中，浸泡1小時，以濾紙過濾。可分裝全班8組使用）、薑黃試液（超市購置薑黃粉10克溶於90 毫升的藥用酒精中，攪拌均勻後，浸泡30分鐘，以濾紙過濾。可分裝全班8組使用）、檸檬酸 （Citric acid, C6H8O7）、碳酸氫鈉 （NaHCO3）、食鹽（NaCl）。 2.器材：咖啡豆打豆機（果菜汁機）、咖啡用濾紙1包、果菜汁機、調色盤2個/組、針筒（1、2.5、10、30毫升各2支）、塑膠滴管（3毫升，僅適用實驗室版本）3支、果醬瓶數個（約30毫升）。 […]

疫情下線上化學實驗和探究與實作課程： 宅在家也可以探究 停課不停學的自然探究實作 劉曉倩 國立彰化高級中學 torrina01092002@yahoo.com.tw       n  前言 2021年五月萬惡的新型冠狀病毒最終還是沒有放過台灣，一陣疫情風暴後台灣國高中的孩子瞬間被進化成遠距教學的生活，原本以為只有兩週宅在家上課，孩子、家長及老師可能有些苟且想法，認為只是十四天而已，忍一下就過了，沒想到隨著衛福部公布的每日確診人數居高不下，最後不僅整個學期都必須遠距上課，連暑期所有的營隊也被迫取消或線上舉行。雖然有部分都會型學校早在去年就開始規劃師生線上學習，但是多數的學校老師卻因為突然停課需要線上教學而面臨上課步調大亂甚至連平常小考進行方式都需要線上考試的窘境。此外，強調「動手做」的自然探究實作課程該如何遠距教學及線上進行，面臨一大考驗！ 然而危機就是轉機，筆者執教多年每年寒暑假都會給學生「宅在家的科學實作」及「科普閱讀心得」作業，並且將課程設計參與全國高中競賽（旺宏科學獎閱讀科學找樂子），提供學生完整的自然探究實作學習成果的規畫。在2021年筆者與學生以「翻滾元素週期樂」及「眼見為憑的光譜世界」閱讀及實作專案，榮獲「旺宏科學獎全國最佳閱讀計畫」的殊榮！也是網路票選最佳閱讀專案第一名！此外因應108新課綱自然探究實作課程即使未能進行在校實體實驗，我們在課程設計上調整成線上授課及設計成「宅在家也可進行探究實驗」的方式進行，再運用ICT（information communicational technology；資通訊科技）利用聲音、影像或網際網路等資訊科技作為學習媒介，促進學習成效，相信可以開啟學生學習的另一扇窗，同時透過建立線上討論平台（Google Meet 最陽春，簡單易學！），我們也可以視實際教學情況跟學生一起測試要用的網路軟體一一建立上課模式與風格，原先學習的教學資源、線上互動方式及評量也不會消失。最重要的是培養學生自主學習的能力，我們老師規劃主題課程，學生自行分析他們需要什麼，透過線上討論將問題解決。       n  課程設計理念 一、翻滾元素週期樂 學生藉由週期表「元素方塊實作」，將該元素相關的性質及相關實驗實作，簡述在元素方塊的六個面，其中一個面必須有QRcode掃描實驗影片及元素說明。此外同學必須完成元素簡報說明至少6張作成果發表分享使用及電腦打字心得報告1200字至1500字左右。 二、眼見為憑的光譜世界 學生自主閱讀原子發展史、電子軌域、建立能階概念、元素放射光譜及近代電子組態的建立等，並且藉由自製反射及入射光柵實作，學會探究實作的過程。此外學生必須完成自製反射及入射光譜實作簡報說明至少6張成果發表及提供分享使用。 三、遠距教學事半功倍 遠距教學成功的重要關鍵是需要家長、老師、學生三方配合，其實遠距教學最難克服的點，是老師們的視訊教學要怎麼跟課程做整合，另外還需要訓練學生在沒有老師監督的情況下進行「自主學習」，並自然而然養成「自主學習」的習慣。除了要教導學生如何使用線上平台，有些老師會建議家長在家從旁協助，因為老師們會發現，學生自己在家中上課時，除了會開著跟老師視訊的畫面，還會自行另外開視窗作別的事情，使得遠距教學的學習效率降低。 但是最重要的還是課程設計本身最好是可以讓學生自己探索，可以自己動手做的安全性高的實驗，再請家人從旁協助拍攝影片，如此一來，遠距教學成功率較高且全家一起動手做也是一種情感謀合。       n  課程設計範例 一、翻滾元素週期樂 週次 具體目標 教學內容 第一週 課程設計說明 1.教師說明課程設計目標及成果展現格式介紹（元素方塊格式、六個面必須呈現的內容摘要、相關示範實驗或語音講述要點）。   2.人員分組（分為六組）及選定分組組長，同學有問題時可以先小組線上討論。   3.建立LINE群組，大家有問題時可以隨時提問及回答。 第二週 建立學習目標所需的相對應知識，並針對所討論的主題進行設計。   1.教師先讓同學討論抽籤或自己選定想要研究的三到四個元素。   2.同學自己先上網搜尋該元素所對應的相關資料。   3.學生找到的資料來源必須是可信度高的網站來源，若是對於找到的內容有所疑慮或者出現任何問題可以跟大家討論。   4.學生針對自己選定的元素查閱的資料，分類出哪幾個元素是可以進行相關實驗，哪些元素是無法進行實驗，必須採取何種方式讓觀賞者可以理解。 第三週 元素方塊大小要如何設計：發現問題   1.老師跟同學考量所陳設的場地，一起規劃元素方塊大小。大家一定要統一方塊規格，否則大小不一，很難陳列。   2.分小組討論及發表每位同學元素的六個面所陳述的內容、字體大小及相關實驗內容是否合適。 […]

疫情下線上化學實驗和探究與實作課程： 完整的線上探究與實作教學實務分享 陳育仁 新北市立明德高級中學 yokjin@yahoo.com.tw     n  緣起  110年3月份開始，隨著國內新冠肺炎疫情的擴散，同年5月17日高中職以下意外的停課了，這也馬上打亂了我們自然探究與實作課程原來的進行步調。在停課前學生已對水火箭模組進行了兩週的課程，對現象的觀察、初步的實驗規劃構想，以及實驗器材(水火箭)的製作等已有一些進展。 停課馬上帶來了如何在線上遠距進行，這種以實作為主的課程之挑戰。我們幾位合作協同的老師，馬上召開了一場線上會議，研究設定了新的線上課程的進度與規範。為了不中斷學生過去兩週的學習，我們決定延續原來的主題，但對原先排定的課程流程及規劃稍做調整。並且保持邊做邊修正的機動與彈性，開始進行這場遠距教學的新挑戰。      n  線上課程馬上面對困難 在準備線上課程之初，我們幾位老師就梳理出了五項馬上會面對的挑戰，同時為了能順利有效授課，也都全力與時間賽跑，找出解方，茲分述如下： 一、建立線上教室確保所有學生都能順利「到課」 在線上課程開始時面對的首要困難，就是如何確保所有學生都能夠順利到課。這次停課來得突然，我們沒有時間好慢慢去教學生，或確保學生能掌握各類不同的線上教學軟體，所以決定要選用一個他們馬上可以上手，各科目皆統一使用的方式來進行。以確保所有學生能夠順利到課。 學校的資訊組在這項困難上幫了很大的忙，他們為每個班設立了一個Google classroom，其上建置好一個各科目通用的meet會議室連結，再以班上師生們的校務帳號來建立參與成員。這項設定的好處就是同一班的學生全部都直接到這個線上教室上課，由老師跑到不同班的線上教室授課，因為老師相對來說比較能掌握資訊的技巧，也避免學生需因不同的老師，就要使用不同的軟體、跑不同的線上教室上課，反而會讓資訊能力較弱的學生因而缺課了。這一策略有效的解決了我們的第一個困擾，除個別課堂請者之外，學生到課率是100%。 二、線上會議室可滿足小組討論不干擾他人和不受他人干擾的討論空間 「討論」是自然探究與實作課程中一個相當重要的元素，所以我們幾位協同合作的老師希望小組能有一個不受干擾，也不干擾他組的線上討論空間，確保他們可以討論，同時不因為討論而破壞線上教室的發言秩序。 經討論後，我們最後決定以成立小組的meet會議室來解決。這是立基在因為學生上課都是用meet會議室，所以這個軟體是不用另外教學，馬上可以保證所有學生都會用的線上教學系統，而且也可以有效避免學生因不知道怎麼用新的軟體，可能導致落掉課程中的討論環節的困擾。 在執行討論教學的過程中，我個人是在學校以大電視同步開啟10組(我們上課分10組)討論室的視窗、開啟電視喇叭，但不接麥克風。所以可以在同一時間聽到各組討論的情況，其教學效果遠比實體課好太多，實體授課時當老師靠近哪一桌時，其他桌的組別之討論我們是聽不太到的，但經大電視觀察時，10組的聲音基本上是同步的，所以老師可以同時間非常清楚的觀察到各組的討論情況(如圖1)。而且從學生的聲音及視窗的發言標示，就可以分辨是哪一組的討論內容。同時可以用另外一台電腦來點入到特定組別的討論室裡，去提供學生必要的引導或提示。 圖1 以大電視同步觀察各組討論 由圖1中可知，雖經要求學生把攝影機都打開，但許多學生還是因沒有攝影機或網路頻寬不夠等因素而沒有畫面。這凸顯資訊資源在家庭上差距，而且也多少會影響到授課的順利與否。另外，這種小組討論室學生只能夠進到自己所屬的討論室，他並無法如實體授課時，可以參考其他組別的討論情況。這一點上明顯減少了學生間可以跨組向討論較佳進行組別學習的機會。 三、雲端硬碟能即時取得學生作業並可即時回饋 能夠即時針對學生的作業給予回饋，方便學生隨時修正、精進是自然探究與實作課執行上一個很重要的環節。我們決定把實體課程時用來收取學生作業的雲端硬碟，延伸建置了不同的子目錄，讓學生能上傳他們隨堂的所做的東西，即便是小組的記錄把大家討論所得手寫了，再拍照上傳亦可。接著由老師在全體的大教室裡去做分享與回饋，學生只做說明及回應。這做法一來可以有效解決了即時回饋的需求，此外，可以避免學生因個別資訊設備或資訊能力的限制而影響畫面分享的流暢及上課的節奏。最重要的還是因為學生原已熟悉雲端硬碟的操作，不需要另外花時間做操作教學，學生也不會因為不會操作而導致缺漏課。 四、解決停課後學生無法在家進行實驗測試來修正計畫的問題 停課後導致學生無法在家裡做水火箭的實驗測試，也使得他們無法依測試結果來做其實驗規劃的修正，如調整控制變因的量值(如水量)，或操縱變因的測量範圍(如氣壓的改變範圍)等。 為了解決學生沒辦法操作測試實驗的困難，我們決定由老師來代為操作實驗的方式克服這項挑戰(圖2)。我們同步收集了所任教的五個班級，所有組別學生希望測試的所有問題後，由老師在學校代為操作這些測試實驗，拍成影片後放在線上讓學生下載來看，學生再依影片中的測試實驗結果，來檢視其實驗規劃是不是要做修正。 這做法能有效的改善學生不能做測試實驗的困擾，而且學生經由老師代為操作的測試實驗所得結果，也確實能提供足夠讓他們精修其實驗規劃的資訊。 圖2 各代操之測試實驗影片截圖 五、解決學生無法在家實驗取得數據問題 這次線上教學所面對更艱困的挑戰，是學生沒辦法在家裡做水火箭實驗取得數據。我們使用的解決方法是提供學生，前一學期上課的學生所測試的原始數據做選擇使用，當成他們的測量結果。在這一個做法上確實有一些不理想的地方，學生在數據的選擇上，有一定程度的實驗誤差，他們未經精確實驗測量，也無從知道實驗的哪個環節會出現什麼問題。所以學生可能單由數據量的多寡等因素來挑選數據，甚至有些組別所挑選的數據與他們想要探究的內容並不那麼一致。特別是在測量的過程中會面對什麼樣的挑戰、是什麼樣的錯誤導致數據的不可靠等等，在測試錯誤(try and error)的學習體會方面較欠缺。 但是學生還是可以從過去的原始數據中，在數據的分析、建模等素養上，達到一定程度的學習效果。   n  線上課程進行不易評估學生的課程參與度 當線上課程開始進行，一些原來未預想到的挑戰馬開始一一浮現。馬上引起我們幾位老師注意的是：如何去正確的評量？ 在實體課程中，我們容易同時觀察所有學生的參與狀況，但在線上課程中反而不容易同步觀察到全部學生的課堂參與度，特別是當我們發現有些學生是因其資訊設備的限制，導致較不易即時回應教師提問、參與討論或提供上傳分享的畫面，我們沒有辦法知道他是不是正在專心聽講、努力幫忙記錄，或者他真的沒在用心參與。因為看不到學生的完整參與過程，故無法100%的了解學生的參與程度，所以會擔心提高課堂參與度評估的誤差，我們只能以「從寬認定」來盡可能降低評估的差異性。 圖3 線上課程學生的自評與他評較極端，更多被評為無貢獻 進行線上課程而浮現的科技貧富差距現象，也同步引出了在實體課程與線上課程間，學生的自評與他評結果產生明顯差異的問題(如圖3)。一些在實體課中較活躍、積極的學生，會因為他的資訊能力，或是資訊設備，導致他在線上課程中無法表現自己，比如有同學因家中資訊設備不允許而無法參與小組的線上共同編輯等。這問題間接影響了他的自評與他評結果。依本次課程執行的結果看來，電腦網路設備落差確實會引起另類的不公平，這問題值得我們認真思考克服策略。    n  線上課程進行後的反思與建議 有了這次的線上教學實務經驗，我們幾位合作的老師也做了以下的四點反思： 一、遠距教學所突顯的，電腦網路設備落差造成的不公平必須注意及尋找對策。在線上課程施行前先確保學生能取得最基本、足夠課程需求的設備，以盡可能減少這項不公平。 二、線上實驗(探究與實作)課程還是應該改為居家可以取得材料、一個人可以完成的實驗來取代比較理想。讓學生更能理解測量上的限制及各項測量上應注意的細節。 三、線上課程中學生會減少跟同儕間互相學習的機會，若讓學生把自己的實驗錄影上傳到網路分享可以稍微改善這問題，但同時也帶來了增加約生額外的錄製負擔、增加網路頻寬或流量不足的學生不能下載觀看的問題。 四、應該可以確定一個線上教學更有效架構跟流程，當任一模組在執行的時候，應該要有某些遠距教學架構與流程，讓資訊或教育的傳遞上是比較有效的。 希望這次線上探究與實作教學完整的實務分享，能給未來欲開發線上探究與實作或實驗課程的老師，提供有價值的參考。