化學探究教學：引導國中生開發水災防治包專利作品的探究教學歷程 黃琴扉 國立高雄師範大學科學教育暨環境教育研究所chinf1027@yahoo.com.tw n  前言 教育部（2003）公布的「科學教育白皮書」中明確提及，科學教育的主軸是透過科學性的探究活動培養學生獨立的科學思考；由2003年至今，國內外也有許多科學教育學者透過大量研究證實探究教學對學生科學學習的重要性（Blatt, 2015; Schank & Abelson, 2013）。然而，許多職場教師們對於如何落實探究式教學以啟發國中生科學學習仍有諸多疑問，更擔心探究式教學會花費許多時間或精力，本文即以筆者與高雄市圓富國中合作的化學探究實務教學為例進行分享討論，期盼能與職場教師或相關教學、研究人員交流，以激起更多科學教育的火花。 n  以融合環境教育的問題本位學習（EPBL）進行化學探究教學 探究式教學的理念，可以追溯到Deway（1910）的哲學觀，Deway認為知識存在個體與環境的交互作用間，若是要啟發學生的主動學習，必須給予學生適當的問題情境（陳毓凱、洪振方，2007），而當問題的結構較為模糊，學生必須進一步重新定義與釐清問題後，才能擬訂解題策略時，即稱為問題本位學習（problem-based learning, PBL）；換句話說，問題本位學習就是一種建立在探究取向上的教學模式之一。本文參考Delisle （1997）、Lambros （2004）、陳毓凱和洪振方（2007）以及王紅國（2015）的問題本位學習教學理論，並於實務教學中融入環境教育因素，由筆者自行開創之環境問題本位學習（Environmental Problem-Based Learning, EPBL）教學模式，如圖1所示。 圖1：環境問題本位學習（EPBL）教學模式 筆者於圓富國中進行教學時，即根據圖1的教學模式進行引導，協助學生進行與環境議題相關的化學探究活動，並成功協助國中生開發水災防治包專利作品（於經濟部審核中）。 n  教師進行探究教學歷程之教學立場與角色定位 在說明教學歷程前，筆者希望以理論基礎與教學經驗之整合，分享給教師們進行探究教學時的心態轉換： 一、   教師應協助學生從生活環境的問題解決著手，以提升學習動機 在EPBL的模式中，融入環境教育因素是重要的一環。教師應該協助學生從生活環境中的問題解決進行發想，以誘發學生強烈的探究與學習動機。以本文為例，參與本探究活動的學生都居住於高雄市旗山區，每位學生共同的經驗都是「水災」。每逢颱風，家中必會淹水，而同學們共同的經驗就是幫家裡堆沙包；因此，學生們很容易凝聚共識，因而擬定了開發水災防治包的主題。 二、   教師為教學引導者，並非知識傳遞者 引導國中生進行探究的過程中，教師應以學習者為中心，協助學生建構自己的知識（Lawson, 2002），而不是著重於教師對學生的知識傳遞。教師應以開放而熱忱的心態與學生一同探究、學習與成長，而非僅是提供專業知識或協助資料查詢。 三、   教師應協助學生提升後設認知 雖然探究式教學可以提升學生的主動思考能力，但國中學生對於思考上的自我監控能力尚不成熟，時常無法察覺自己在假設與證據詮釋上的矛盾，或對於變因的控制不夠精準，此時教師應協助學生反思，進而提升學生的後設認知能力，以強化學生獨立思考的純熟。 n  以EPBL引導國中生由紙尿布啟發水災防治包專利研發的探究教學歷程 本節將詳述筆者採用EPBL探究教學模式成功引導國中生開發水災防治包專利作品（於經濟部審核中）的探究教學歷程（見表1）。 一、   學生來源 參與本文的EPBL探究課程的學生共有三位（男生二位，女生一位），均為國中二年級自願參加的學生，學生均自願於中午午休或早自習時間參與本課程。經過家長、學生本人、學校行政人員、導師等同意後，始進行本課程。 二、   課程時間 本課程每次授課時間為40分鐘，每週授課一次，共計一學期，扣除段考時間與國定假日等，共計上課12週。 三、   探究教學實務歷程說明 本課程結合環境教育概念，讓高雄市旗山區的國中生，以解決家鄉水災問題出發，從紙尿布高分子化學材質的高吸水特性開始發想，進而開發出水災防治包專利作品（經濟部審核中），以下將進行探究教學實務歷程說明（見表1）。 表1：環境問題本位學習（EPBL）教學模式實務應用歷程 理論基礎 教學實務 花費時間 可能遭遇的困難 融入環境教育因素，以個人經驗或生活環境議題出發，引發結構模糊問題 1.      […]

化學探究教學：思考才是關鍵—探究蠟燭之蕊 林瑞文 高雄市立左營國民中學tyjh057@gmail.com n  前言 有一回主持教師研習時，我請在場各組國中自然教師分組討論後，在小白板上寫出自己認為在學科教學時，學生應該要學到的「最重要的能力」，之後我將各組小白板貼在黑板上，然後找出出現最多次的答案，結果是「思考」，表示大部分的自然教師都認同思考能力是科學教學中最核心的能力。反觀現在自然科教學中佔最多時間的卻是灌輸知識，就如同可汗學院的創辦人所說的：學生在學校花12年的時間，學習在Google 0.02秒就可以找到的知識。這實在是很荒謬的事情，因為化學的學科特性，學生必須先習得較多的基本知識，才可以進入化學的學習，所以在國中階段許多學生對化學的認知，就是需要背誦一堆東西，還有一些計算題。事實上我們都知道基本知識是學習化學的起點，但絕不是全部，本教案的設計希望學生藉由實驗觀察與討論啟動思考的本能，引發探究現象背後原因的動力。 n  蠟燭燃燒實驗 蠟燭燃燒現象是很容易進行的實驗，沒有繁雜的實驗過程，學生可以將注意力集中在觀察與思考，也能藉此擺脫食譜式實驗的陰影，以實驗為蒐集證據的方法。在本教學方案中，實驗的問題全是教師所提供，學生設計簡易的實驗步驟後自行尋找答案，這是一種引導式探究教學。在考量國中生的程度和授課時間限制下，這應是可行的選擇，因為一味要學生自己想出實驗，恐將使學生因壓力過大而退縮。在本教案中，實驗的角色猶如鷹架，引導學生進一步思考並觀察到之前錯過的細節。文中的系列實驗，都可以讓學生自己動手，原本用於示範教學的POE（prediction–observation-explanation）策略，本活動則轉變為學生學習科學的模式，使得每一項實驗都提供學生多一點思考的機會，幫助學生探究燭蕊所扮演的角色及相關科學概念。筆者期待以學生為本的POE學習策略，能夠讓學生成為科學實驗教學的學習主體，實驗並不單用以驗證教科書上的理論，更能提供學習情境，以作為探究科學的起點。 筆者知道許多科學教師閱讀教學實務文章時，都著眼於「看到可以拿來用的實驗」，但建議讀者看本文中的實驗應以「實驗可以激起怎樣的思考與討論」為重心。是以本文中不像一般教案，以鉅細靡遺的方式寫明每一步驟，而以「教學重點」提出教學心得與建議。 n  教學流程 此教學過程的學習單，內含四項思考性問題和三項實驗如下所述，亦可參見附錄。 一、   首先讓學生用蒸發皿做一個好像永遠不會燒完的蠟燭（見圖一），請學生討論這樣的蠟燭是否能一直燒下去？   圖一：在蒸發皿中的蠟燭好像燒不盡 教學要點：此活動主要讓學生比較蒸發皿中的蠟燭與一般蠟燭的相異之處，進而思考永遠燒不盡的蠟燭這樣的說法是否合理。教師可鼓勵學生說出自己的觀察的心得，先不做任何評斷。 二、   讓學生思考下列問題：如果蠟燭沒有燭蕊可不可以燃燒？請說明原因，你回答的依據是甚麼？ 教學要點：此問題的目的是刺激學生思考燭蕊在蠟燭燃燒中所扮演的角色，要求學生不經分組討論，單獨寫出對此問題的看法，之後留作課程最後再檢視修正。 三、   讓學生操作實驗一：用打火機火焰燒蠟燭的燭身，觀察是否可將其點燃（見圖二左）。當打火機火焰燒到燭蕊時（見圖二右），情形又是如何？   圖二：以火焰直接燒蠟燭（左），以火焰燒燭蕊（右） 教學要點：此實驗讓學生看到蠟油無法直接點燃，但燒到燭蕊卻能點燃，讓學生思考燭蕊在蠟燭燃燒的功用。 四、   讓學生操作實驗二：將蠟燭切碎，放入試管中（量約半試管），以試管夾夾住後在酒精燈上加熱，待蠟油完全變成液態時，傾斜試管讓管口沾上一些蠟油，再將管口置於火上加熱，觀察發生的現象（見圖三）。 圖三：直接點燃蠟油的實驗 教學要點：蠟油可以直接燃燒嗎？當學生看到管口的蠟油以酒精燈加熱一段時間就會產生火焰，藉此引導學生思考蠟油在那些條件下（變蠟蒸氣）可以燃燒。然後再提問：蠟油要燒一陣子才有火焰，為甚麼我們很容易就點燃蠟燭？ 五、   讓學生操作實驗三：用剪刀的雙刃緩慢地靠近燃燒中蠟燭的燭蕊，但不要碰觸燭蕊（見圖四），對蠟燭的燃燒有何影響？試著解釋其原因。 圖四：以剪刀的雙刃靠近燭蕊 教學要點：此實驗要讓學生感受到蠟蒸氣沿燭蕊上升。當剪刀的雙刃靠緊燭蕊時，雙刃以下的燭火會消失，代表燭蕊下半端的蠟蒸氣需靠上端火焰來引燃。 六、   讓學生操作實驗四：同時點燃一根火柴和一支固定好的蠟燭，把火柴拿在蠟燭的上方，將蠟燭吹熄後立刻以火柴靠近（但不碰觸）燭蕊，試著讓蠟燭再被點燃（見圖五）。 圖五：蠟燭復燃現象 教學要點：有人稱此現象為「跳火」，對沒見過的學生而言，是非常神奇的事。當蠟燭剛被吹熄時，上方仍有蠟蒸氣（白煙），學生多嘗試幾次就可以知道燃燒的火柴要靠近白煙，就能輕易使蠟燭復燃，老師可以提問：白煙產自何處？（燭蕊） 七、   討論：經過之前的實驗、思考與討論，你可以寫出燭蕊在蠟燭燃燒時所扮演的功能嗎？請註明你推論的依據（哪一個實驗）。 教學要點：在臺灣現今的教育中，學生較常寫國文的作文，但很少寫與科學有關的論說文句。此階段教學重點在訓練學生將想法寫出來，特別需在文字中言明推論的依據，這是訓練學生論述能力的好機會。學生完成後教師可以分享一些同學的寫法（不具名），讓大家一起來聽聽其中的論述是嚴謹有理或有需補強的地方。 八、   進階問題：有哪些可以代替燭蕊的功用？ 圖六：用蠟油浸溼的衛生紙蕊可燃燒半小時 教學重點：教師先讓同學討論依燭蕊的功用，思考具有哪些特性的材質可能作為燭蕊。之後教師拿出衛生紙捲（見圖六），讓學生立刻進行測試，學生多會以為衛生紙會很快就燒完，但事實上衛生紙捲若先用蠟油浸溼後，在蠟油中固定好，燒半小時都沒問題（見圖六）。剛開始點燃衛生紙蕊時，教師還可以提醒學生觀察蠟油在衛生紙蕊中流動的情形，這是使用一般燭蕊看不到的現象。 九、   重新檢視學習單中第一、二題的答案，若有新的想法就用紅筆加以修正。 教學重點：經過教學後讓學生檢視課程剛開始時寫下的想法，促進學生反思從學習得到的新知識與概念。 n  學生學習表現 進行此教學活動時，我發覺拋出開放性問題後，學生先期的反應都較被動，以為不久老師就會公布正確答案，因為傳統教育讓學生習慣以為標準答案才是學習的目的，也養成只重結果輕過程的學習風格。當課程進行一段時間，學生明白從老師的口中不可能得到他們想要的正確答案後，可喜的是他們就自然會轉向由實驗與現象中尋求解答，顯示好奇與求知本是人類學習的本能。在教學的最後讓他們修正自己先前寫的答案時，可讓學生反思過程中所學到的知識與概念，是符合後設認知需求的教學設計。 n  結語 2014年諾貝爾物理獎得主中村修二在他的著作中引用保羅葛蘭素的話說：「即使在最好的高中裡學到的知識，和大學相比也是微不足道的。」，以往臺灣的教育內涵以「知識灌輸」為大宗，因此「知識灌輸」效率最高的講述法盛行，著重讓學生知道許多（把進度上完、超前），至於學生是否慣於思考、擅於提出與解決問題就退居二線了，這與現今「以培養能力」為主軸的教育潮流多有違拗。 […]

化學探究教學：氧化還原反應的國中探究教學 林宣安 臺中市立長億高級中學國中部L0930984547@gmail.com n  緣起 在實施探究教學的過程中，最常聽到教師的困難就是時間與進度的壓力，這的確是現場國中教師的難為之處，或許是因為許多教師都把探究教學與科展或是發明展之間畫上等號，因此一提到探究教學，直覺這是規模很大的教學活動，學生沒這樣的能力，這樣的教材需要教師自編，不可能有足夠時間等等的想法。 然而，在課堂裡的探究並不是要培養出可以獨立研究的科學家或發明家，而是希望讓更多的孩子（包含非自然科屬性，或根本不喜歡自然科學的孩子）了解分析事情與看待問題的邏輯方法，以及如何找到問題的答案。因此，筆者希望直接從課本的實驗來出發，一方面不會讓教師有必須獨立出探究課程的時間與進度壓力，另一方面在教材的設計上也輕鬆許多，期望在課堂中形塑出一個討論與願意深入研究的求學氛圍，不一定希望學生可以有什麼了不起的結論或應用（這不是科展、也是不發明展），而是訓練孩子問題解決的能力，也許成果不亮麗，但只要教師願意嘗試，兩年或三年的學習下來，相信孩子們會有不一樣的感受。 n  設計理念 改編原來課本氧化銅被還原成銅的實驗，簡化使用器材與實驗過程，課程的目的放在結果分析，而非實驗操作技巧，並利用紀錄單引導學生分析事情的方法與邏輯概念，比較與預期結果有何不同，嘗試解釋這當中的異同，且提出說明與解釋，再進一步驗證你的說明。藉由這些衝突經驗，引發學生討論的學習空間，並激發孩子進一步的主動探索的動機。 教師只要形塑出一個探究的氛圍，學生之間就會產生主動的討論，並與教師進一步說明驗證想法和操作過程，這已經是延伸到課室外的學習，真正將主動學習的發球權無形中讓學生主導。 n  教學設計 一、課本的實驗改良 原來課本設計的氧化銅被還原成銅實驗，在實驗操作之前其實學生已經知道氧化銅和碳反應所產生的物質，基本上是屬於已知結果的驗證型實驗，並無太多相關的變因探討。再加上所使用的器材較為繁複，對部分自然科較無興趣的學生，這樣單純觀察與訓練實驗技術的活動也是一種煎熬。 因此，筆者嘗試簡化實驗所使用器材與流程，捨去二氧化碳的檢驗步驟（這方面學生已經操作過許多次），將課程的目的放在結果分析，利用學習單（見附錄一）引導學生分析事情的方法與邏輯概念，同時也鼓勵學生提出自己的說明與解釋，再進一步驗證提出的說明。 二、實驗流程 1.        反應前的物理觀察記錄 確認學生所拿到的藥品種類，並能觀察紀錄物質的外觀，同時也訓練學生在實驗室中沉靜與細心的氛圍。 2.        反應中的操作 同一實驗桌分成兩大組進行實驗，一組將氧化銅與碳粉包在鋁箔中加熱（密閉系統），另一組則將氧化銅和碳粉直接混合在蒸發皿中直接加熱（開放系統），實驗進行時相互觀察不同實驗的結果並比較，如此便可以在有限的教學時間內進行更多不同變因的觀察（見圖1）。 實驗操作前先讓學生說明兩組實驗的目的與預期反應，目的是讓學生先對自己之前所學的知識作一個反思，並能從這些知識中推理出一個可能的解答，再來針對這些解答進行實驗設計與驗證。 教師並沒有給予詳細的實驗步驟（例如：如何加熱？如何包覆成密閉系統等等），只有給予學生一個實驗的指令，其餘就交給學生自行設計操作。 實驗過程中教師扮演一個觀察者的角色，適時的針對每一組的操作流程加以詢問與安全維護。   圖1：學生分組針對不同變因進行實驗操作 3.        反應後的觀察 將氧化銅與碳粉包在鋁箔中加熱（密閉系統）可以明顯觀察到原本黑色的反應物變成紅色（見圖2左），若在開放系統加熱幾乎維持原本的外觀（見圖2右），讓學生詳述兩組不同實驗的結果，顏色改變代表的意義為何？不變的原因又是什麼？並嘗試解釋和原本預期的落差在哪裡，再重新設計一個實驗來支持自己的解釋與論點。   圖2：密閉系統加熱後變成紅色（左），開放系統加熱後維持黑色（右） 三、善用學習單的討論 探究課程要能夠深入，不僅僅是過程中的實驗操作，更重要的是實驗後的討論與反思，這個部分通常會佔據許多正常進度的時間，也因此讓許多教師卻步。但如果沒有更深入的師生互動，就讓探究的意涵失色許多，因此筆者使用了一個折衷的方法，利用課後學習單的填寫，節省上課討論的時間，教師批改後，點出學生的問題，發回學習單後讓學生再一次反思，利用不同顏色的筆回應教師的問題，如此可能進行2~4次的來回討論（見圖3），讓學生有機會作更深入的思考，教師也能針對學生個別的問題給予協助，如此的模式意外引發了許多學生迫不急待想要和教師討論的思緒，成功引起了班級主動探究的氛圍。 圖3：教師課後利用學習單和學生討論實驗細節，節省上課時間 四、延伸到課室外的實驗 在挑起孩子們的探究本能之後，部分學生開始主動要求教師允許他們可以針對設計的驗證步驟進行實驗，當然這時候就是順水推舟，將課室內的活動延伸到課室外的加強。學生開始跨組合作，共同討論可行的實驗方案（見圖4），教師此時只幫忙整理與引導，對於進階實驗預期的結果與設計不加評論，並提供必要的設備與陪伴。 這部分不強求全班都要參與，只針對有興趣的學生鼓勵他們進一步研究，這也是教師本身必須自我調整的地方，再好的課程設計也不可能讓每個孩子都會想要學習，教師的責任除了知識的傳遞，還有另一個更重要的責任就是找出那些隱藏喜歡某些學科的孩子，帶領他們進入專業研究的殿堂。   圖4：學生跨組合作並共同討論實驗方案 以下是學生設計的實驗過程紀錄： 學生初步假設開放系統中碳粉會和空氣中的氧氣反應，因此氧化銅不會有變化。實驗設計利用酒精燈分別將碳粉1克和氧化銅3克放在蒸發皿上加熱約7分鐘（與原先實驗的加熱時間差不多），再以電子天平量測減少的質量，結果碳粉只減少不到0.1克（在電子秤的誤差範圍內），氧化銅完全沒改變（見圖5）。因此學生認為碳粉和氧化銅在蒸發皿中直接加熱，可能因為加熱時間不夠久且溫度不夠高，導致根本什麼事都沒發生，而不是我們預期的碳粉和空氣中的氧氣反應 圖5：加熱蒸發皿中的碳粉和氧化銅，結果質量幾乎沒有變化 根據上述的實驗結果，學生提出第二個假設，若是加熱的溫度不夠高，我們利用燃燒匙直接在酒精燈中加熱碳粉，應該就會反應（燃燒）。結果發現粉末掉落時會產生火花，且在燃燒匙上的碳粉質量也減少。因此學生認為碳粉直接加熱會燃燒是確定的，但溫度必須夠高且時間必須夠久才可以。因此到目前為止幾乎可以肯定教師原本的實驗設計（開放系統在蒸發皿上加熱約7分鐘）是有瑕疵的。 接下來，學生設計利用燃燒匙直接在酒精燈中加熱碳粉0.1克和氧化銅0.8克的混合物，結果發現當燃燒匙放在火焰中央時，明顯看到產生紅色的氧化銅，移到火焰上方時，紅色氧化銅馬上卻又馬上變回灰黑色。學生認為當燃燒匙放在火焰中時溫度夠高，但可能反而製造了一個缺氧的環境，因此產生紅色的銅，移到火焰上方時，高溫的銅和空氣的氧氣馬上又反應變回氧化銅。 若直接利用瓦斯噴燈加熱，則可以提供更高的溫度，而且瓦斯噴燈的火焰小，應該不至於會在周圍產生一個缺氧的環境，因此實驗設計分別利用酒精燈和瓦斯噴燈加熱（見圖6），結果如表1所示。 圖6：直接利用瓦斯噴燈加熱，提供更高的反應溫度 表1：用酒精燈和瓦斯噴燈加熱燃燒匙中的碳粉、氧化銅及混合物之結果 編號 火源 反應物 加熱時間 結果紀錄 1 […]

化學探究教學：家政教室裡的化學探究—饅頭大賽 鐘建坪1, *、何建中2, * 1, 2新北市立錦和高級中學國中部1, *hexaphyrins@yahoo.com.tw; 2, *cch1221@yahoo.com.tw n  前言 探究是擷取科學家進行科學研究的思索歷程，透過觀察、假說、反思與提出證據作為觀點陳述的基礎，讓學習者能夠構思問題、界定問題以及能夠利用已知的概念架構而提出有可能解決方案（教育部，2003、2015；National Research Council, 2000）。一般而言，學校的探究教學活動主要以課堂實驗的改良為主，經由增加變因的探討強化學生進行探究的能力養成。然而，強調課本實驗為主的修正模式仍與學生生活經驗相去甚遠，限制學生的學習遷移的效果，因此強化學生生活周遭情境中探究能力與思考智能的養成是可行的操作模式。 廚房是現代一般家庭生活料理食物的必備場所，而菜餚的料理過程更是牽涉生物、物理與化學等學科概念。例如：一道簡單的炒空心菜，過程中需要清洗減少汙泥與農藥殘留，透過炒鍋傳導的熱量讓細胞壁破裂軟化，並且加入調味料增加味覺的口感。廚師完成一份料理需要考量的因素非常多樣，才能推出因地制宜且因人而異的客製化內容，因此料理的多樣性正是貼近生活情境的探究學習活動之一。有鑑於此，本文嘗試將探究的意涵納入廚房的料理活動，讓九年級參與寒假學藝活動的學生，經由自己動手操作與反思的過程，逐步找出饅頭製成條件與口感的關係，進而完成一份理想而好吃的饅頭。 n  實施流程與步驟 一、材料項目 主要材料包含麵粉、酵母粉與糖。一般市售麵粉區分高筋、中筋與低筋麵粉，高筋麵粉是用於麵包、披薩等，低筋麵粉作為甜點與蛋糕使用，而中筋麵粉才是作為小籠包與饅頭的原料。酵母的功用在發酵之後產生二氧化碳可以作為天然的膨鬆劑，並使麵筋擴展而有嚼勁。糖作為酵母發酵的物質之一，並提供味覺甜度。 二、先前試驗 本文作者先前引領學生進行的探究活動多屬於由學科知識切入的實驗研究，在廚房環境中完成饅頭製作的探究活動尚屬第一次。因此，在課堂實際讓學生操作之前，自己即先至超商購買麵粉與酵母粉等材料，並試作二次特定條件下的饅頭口感，以確認自己能夠獨自從揉麵粉、發酵至蒸熟時間，並且控制在1.5小時內完成時，才算放下心中教學前緊張的心情。 三、正式操作 饅頭製作的探究活動分為三天，每天2節課，共6堂課時間。 （一）第一天∕依據學生討論並設定的條件製作饅頭 課堂一開始先讓學生填寫課前問卷（見附件一），題目除了涵蓋製作饅頭的巨觀影響變因之外，亦嘗試讓學生連結微觀酵母的發酵機制等。待學生完成課前問卷之後，即發放學習單（見附件二），並開始說明三天的教學活動任務，接著分組進行饅頭試做。教學場所是在家政教室進行，各組依據學生自己設定的條件進行饅頭製作。過程中教師的角色即引導學生思考想要探索的變因，例如：麵粉與水比例、揉麵團力道、發酵時間等，並讓學生實際操作。如圖一所示，剛開始學生對於饅頭製作的流程都是陌生的，因此在麵粉與水比例的拿捏上就費了一段時間。雖然每位同學都非常緊張，並深怕做出不能吃的饅頭，但卻又興致勃勃想要看見變因測試的結果。當然第一次的嘗試可能在外觀與口感與實際的販售的饅頭有所差距，但可作為第二天改進的基礎。     圖一：第一天學生實際操作的過程與成品 （二）第二天∕依據學生反思並修改的變因製作饅頭 第二天課堂一開始，各組學生必須反思第一天饅頭製作的過程與成果，以評估第二天小組將會如何改進。此時學生小組討論並思索如何進行變因條件的修正，以得到心目中理想的饅頭（見圖2）。接下來實際操作中，學生對於麵團與水比例的拿捏已經能夠較快掌握，因此各組成員開始強調酵母是否充足、甜度是否適當以及發酵時間的多寡等因素，並且使用家政教室可觸及的工具。最後成品部分已經能夠掌握饅頭的外觀與口感（見圖2）。     圖二：第二天學生實際操作的過程與成品 （三）第三天依據學生反思並找出最佳比例製作饅頭並比賽 課堂一開始與第二天相同地讓同學報告第二天的成果與改進之道，並說明將會以何種比例做為評比作品的依據。第三天時，各組學生已經熟練基本操作流程，迅速地完成麵團，各自作出屬於自己的饅頭形狀（見圖3），並將數據整理（見圖4）。最後，各組需要完成自己與作為評審審查的饅頭。各組的饅頭經由三位評審老師試吃作為小組評比成績。經由三位老師評比與試吃結果反映，雖然只有短短3天的嘗試，但已有部分小組學生已經能夠掌握相似於外面商家販賣的外觀與口感。     圖三：第三天學生實際操作的過程與成品   圖四：學生三天實際數據的範例 n  學生表現與回饋 雖然只有短暫三天共6堂課的實際操作，學生能夠熟悉製作饅頭的基本操作過程，而這些過程並沒有出現在學習單上面，而是學生們憑藉著想像、蒐尋家政教室可用的器具以及授課教師的引導下完成。學生的表現方面以變因探索、微觀化學發酵反應以及心得進行說明。 一、影響製作饅頭的變因 前測時，幾乎所有學生皆強調影響饅頭製作的因素有蒸煮的時間、溫度與發酵，其餘尚有揉麵團的力道以及師傅的技術等。後測時，學生在變因項目上多能針對實際操作過程影響的因子做出說明，例如：麵粉與水的量、製作饅頭順序、酵母發酵時間、加入糖的比例以及蒸煮時間等。 (1)前測時 S1：製作饅頭的人的做法、時間、溫度。 S2：蒸煮的時間、發酵的時間、蒸好後不能直接拿出來，要看蒸煮食的熟度，不然會扁掉或黏在鍋子（蒸籠）上，就失敗了。 (2)後測時 S1：水量、糖、酵母、麵粉的多寡、製作的順序、發酵的時間、揉麵團的力道、溫度。 S2：蒸煮時間、食材的量要拿捏、溫度以及發酵時間。 二、酵母發酵的微觀化學反應 國三學生在無預警前測的測試下，幾乎都能知道製作饅頭的科學原理是經由酵母發酵作用產生二氧化碳的結果，然而若要讓學生實際寫出化學反應式，則多數空白無法寫出，亦可能學生不清楚題意是否需要寫出化學反應式。在後測時，經由學習單的說明、實際操作流程以及教師原理機制的解釋，除了知悉酵母發酵之外，學生尚能寫出酵母發酵的反應式。此處舉兩位學生為例。 (1)前測 […]

化學探究教學：淺談探究式教學在化學科展上的應用 曾鶯芳 國立高雄師範大學附屬高級中學（退休教師）if1@tea.nknush.kh.edu.tw n  應用探究式教學在科展指導過程的緣由 探究式教學與一般我們在課堂以講述為主、教師是主角的教學完全不同，是以學生為主體的一種學習，藉由學生自己通過閱讀、觀察、實驗、思考、充分的討論及發表等途徑去獨立探究，使學生體會並學習到科學知識、科學態度及科學技能。這樣的學習方式是由學生自己建構知識，自己尋找解決問題的方法，跳脫填鴨式的教學，學生不再強記及僵化，會思考、會批判、會解決問題，學生的自主能力得到了加強。然而，探究式教學的缺點是：較不適合現行的大班教學，班級人數一多自會拖長教學時間，使得教學進度落後，定期考試的進度壓力大增，師生多無法承受。另外，由於是透過學生自主學習，因此知識和能力的建構較耗時，教師若想實施探究式教學，只能選擇性應用。 由於探究式教學的精神與獨立研究的精神一致，我喜歡在科展指導的過程中充分使用，以下就是指導科展範例說明。 n  指導科展範例：「萬年垃圾」的保麗龍有另外的價值嗎？ 民國87年我考入國立高雄師範大學附屬高級中學，這是一所完全中學，我的二名子女正就讀國小六年級和四年級，那時的校長正在推行「獨立研究」教學，就讀小六的女兒找了同學二人來找我指導，這些夥伴就從小六做科展直到國三因升學考量才拆夥，而小女則持續獨立研究至高二。這夥人在升國二時正好政府大力宣導推行「不用保麗龍免洗餐具」活動，他們在高師大餐廳的垃圾桶中看到許多保麗龍餐碗，就拿著保麗龍餐碗跑來問我，這種號稱「萬年垃圾」的東西，可以讓它有另外的價值嗎？由於國二生的化學知識有限，因此是由我開書單讓他們閱讀，有國中理化、高一基礎化學、聚合物化學…等書目，同時請他們挑看得懂或有人可以諮詢弄懂的內容閱讀，因為知識必須咀嚼內化後才能活用為智慧。 n  尋找保麗龍磺酸化的方法 一段時間後他們發現保麗龍的本質是「聚苯乙烯」，與高一基礎化學中提到的一種陽離子交換樹脂「磺酸化聚苯乙烯」（見圖1），差別只在多了一個「─SO3H」；我告訴他們這叫作磺酸基，把磺酸基加到結構上的做法就叫「磺酸化」。只要找到可以將保麗龍磺酸化的方法，就可以把這個號稱「萬年垃圾」的頭痛東西，變成可以拿來吸附陽離子的離子交換樹脂了，不僅實用還極富創意呢！    圖1：聚苯乙烯（左）和磺酸化聚苯乙烯（右）的結構式 孩子們受到我的鼓舞，開始積極進入圖書館，分頭尋找聚苯乙烯磺酸化的方法。這時間歷經一個多月，終於在徐氏基金會出版的「實驗高分子有機化學」一書中找到磺酸化的方法；可是他們立刻面對第一個問題：書中用的是顆粒狀的聚苯乙烯，而聚苯乙烯顆粒外觀與保麗龍不同，如何將保麗龍打碎變成顆粒狀？直接擊碎保麗龍產生的靜電拍也拍不掉；正好國中學過丙酮可以溶解保麗龍，他們興沖沖地把一個包裝大冰箱的保麗龍溶成一個足球大小的固體，可是體積太大怎麼變成小顆粒？ 首先，學生嘗試使用各種重物敲碎這固體，過程中甚至還敲斷了一隻大榔頭。幾經失敗挫折後，他們變聰明了，在丙酮揮發之前先撕成像穀片大小的片狀，等風乾後再用研磨機磨成粉末狀就可以了。 其次，磺酸化裝置設置好以後（見圖2），便開始進行保麗龍的磺酸化過程。只是黏呼呼的膠體物質（即磺酸化聚苯乙烯）與過程中溫度需維持在100℃三小時，都讓他們吃足苦頭！也因為沒有人這麼做過，所以磺酸化好了的產物（像極了平常食用的仙草（見圖3），我們姑且叫它做「保麗龍膠」），怎麼把它拿來進行離子交換呢？這是他們面對的第二個問題。 圖2：保麗龍磺酸化的裝置   圖3：保麗龍磺酸化前後樣貌：包裝用保麗龍（左），磺酸化後的保麗龍膠（中），顯微鏡下的保麗龍膠呈鏈狀結構（右） n  如何將「保麗龍膠」拿來進行離子交換 第一年，他們採用靜置與碘滴定法（見圖4），來檢測透過保麗龍膠交換實驗室廢水中的銅離子，雖然有結果，卻十分折磨這三個小孩，每個人的手指常常呈現泡水過久後皺皺的樣子。 圖4：辛苦地重複操做碘滴定法 第二年進行進階研究時，他們已經國三了，有了生活科技課程的加入，當中一個小孩就提出將裝置自動化的構想。Great！好棒的提議！怎麼做？這是他們面對的第三個問題。為了攜帶方便，他們規畫的電化裝置朝向微型的方向，也開始再度分頭尋找資料、諮詢相關教授老師，最後在高苑學報（民86第六卷 第一期）找到「離子交換指示儀應用於銅離子廢水之測試研究」的文章，他們學習它的電路裝置以及用電位高低表示離子濃度的原理，再加入以底片外包裝的塑膠盒自行設計陽離子交換吸附槽（見圖5），組裝成自動化「相對電位檢測」裝置（見圖6，吸附槽即位於圖中C部份）。 圖5：自製保麗龍膠吸附槽（單一吸附槽與多重吸附槽） 圖6：自動化「相對電位檢測」裝置 新方法經過初步測試，他們立刻面對了第四個問題：放在吸附槽中的保麗龍膠通通從槽中上方的溢出口流失了（見圖5）；正當大家都一籌莫展之際，一位男同學囁嚅地說：用媽媽穿的絲襪當攔網試試看。結果這個問題居然就在這男孩的巧思下迎刃而解了。 這件作品所遇到的問題當然不只這四個，但我始終站在旁觀者的角度，要求他們先提出解決問題的方法，或許不成熟但絕不先否定答案，而採用引導思考的方式讓方法逐漸可行。 n  如何處理已吸附銅離子的廢膠 這個研究主題初期進行了二年，累積不少已吸附銅離子的廢棄保麗龍膠，這些孩子有了環保概念，當然不會將廢膠直接丟棄，於是再提出如何處理廢膠的構想；經過二年的訓練，這些孩子已經習慣先構思做法再來找我討論，絕不會兩手空空就過來的，他們提出的方法是仿照紙黏土的配方，其中組成的膠部份就以廢棄保麗龍膠取代，同時添加紙漿減輕重量，再在風乾的廢膠紙黏土表面漆上亮光漆以防銅離子再釋出，後方黏上磁鐵成為「造型磁鐵」或製作成巴克球（C60）分子模型（見圖7）；別小看學生的能力，天馬行空的想像裡，有許多值得我們去開發的內容。我更喜歡學生自己製作與研發研究方法、研究器材和裝置，讓孩子從中了解其中細節與原理。 圖7：廢棄保麗龍膠製作的各式造型磁鐵與巴克球（C60）分子模型（右上圖） n  在做科展的過程培養學生面對挫折與解決問題的能力 這組孩子（見圖8）經過二年的訓練，默契、心智、技巧、科學素養、面對挫折與解決問題…等能力，早已優於同儕，這就是我喜歡長期指導同一件作品的原因。其實一件作品要發光發熱也常見於第二年，因為第一年常處於「嘗試錯誤」中，第二年則因為熟能生巧而常常可以將作品中值得深入之處加以靈活運用。 值得一提的是，科展團隊可以是學長學姊和學弟學妹組成，優點是： 1.      課程壓力小的學弟學妹，可以分擔課業較繁重的學長學姊在實作時的工作時間。 2.      經驗傳承；資深的學長學可以將寶貴的經驗，包括實驗技巧、科學邏輯…等，利用長時間相處的過程，一點一滴毫不遺漏的教給學弟學妹，下一屆科展不論是另起爐灶還是做相關研究，學弟學妹很快便能上手。 3.      實驗團隊人手多，較易發展龐大且深入的研究架構，可以使研究主題深入且完整。 圖8：參與團隊於參展作品前合影留念 n  班級小班化或者發展特色課程有利於推行探究式教學 礙於課程進度與升學壓力，探究式教學實在難以在一般課程中推行；近年來少子化造成超額教師的壓力漸漸浮上檯面，如果可以趁此機會將班級小班化，則大有機會推行探究式教學；或者將探究式教學融入特色課程中，在學期中長期經營，這課程無關升學，著重科學精神與科學技巧的培訓。例如：高師大附中小學部每周三下午有獨立研究課程、高中部每周四有專題研究課程；還有，所有的高一新生每人都需參與科展的製作，學期中定期或不定期安排專業教師或教授進行輔導，注重研究過程能力的培植，這樣不僅能執行探究式教學的精神，更可以激發學生的創見與潛能，這些能力將使學生在未來的人生路上受用無窮！  

武陵高中跨科選修課程：科學生活家 張明娟1,2, *、李嘉芳1、張美慧1 1國立武陵高級中學2教育部高中化學學科中心*bcat0428@yahoo.com.tw n 緣起 為因應教育部107課綱，武陵高中開設〈跨科選修的課程：科學生活家〉，此課程的開設源自104年10月1、2日的「健康與護理學科中心、家政學科中心暨化學學科中心」辦理的策略聯盟研習；在這次的研習中三個學科中心的種子教師一同激盪出開設跨領域的課程，在當時的研習中發現：家政與化學有相當多的適合協同教學之處，例如：在食品部分，家政科著重於做出美味的佳餚，但是在食品安全檢驗方面，其化學原理就可由化學科補其不足。在研習後，筆者與本校的家政種子教師李嘉芳老師便研擬開設跨科合作課程，我們將這個想法在武陵高中的五育五感教師社群分享，在這個跨科的教師社群中國文科張美慧老師也願意與我們共同開發跨科課程，於是〈科學生活家〉的跨科選修課程就誕生了！ n  合作開設跨科課程 我們以三次段考作為分界，研發出三大主題的課程：手工豆腐、手工肥皂、食用油的應用與檢驗。在這時，本校課程發展委員會早已將全年度的課程開設完畢，無法在104學年度下學期開設這門選修課程，恰好筆者擔任科學班主任，可以將這門課在科學班一年級的專題研究課程時間抽出兩次作為嘗試開設此跨科課程，而班級人數30人也剛好符合我們的需求，就這樣開始了我們的跨科課程〈科學生活家〉的合作開設。 以下介紹家政科、化學科及國文科的「手工豆腐」和「手工肥皂」課程規劃和實施情形： 一、手工豆腐 (一) 家政科方面 先由家政科李嘉芳老師直接帶學生到烹飪教室，進行手工豆腐的製作，其需要器材、製作流程及上課PPT分述如下： A.      需要器材 以一組為單位：托盤 1個、湯鍋（3L） 1個、湯勺 1支、漏勺 1支、量杯 1個、量匙1支、料理秤 1台、木製豆腐模具 1個、豆腐紗布巾 1片、溫度計  1支，如圖一所示。 圖一：手工板豆腐所需器材 B.        製作流程 1.        2000 mL濃豆漿放入鍋中，煮至大滾。 2.        大滾後，降溫至85℃，倒入鹽鹵水（5g鹽鹵+100 mL冷水）。 3.        攪拌後，靜置10分鐘。 4.        撈起豆花到製作豆腐的模型中。 5.        加壓，完成豆腐的製作。 C.       上課PPT 家政科李嘉芳老師上課使用的PPT，如圖二所示。         圖二：家政科老師上課使用的PPT (二) 化學科方面 A.        在豆腐的製作原理方面 膠體溶液（豆漿）加入少許電解質或插入兩電極並通電，則膠質粒子所帶的電荷，立即被電性相反的離子或電荷中和而凝聚析出，例如：加石膏（CaSO4）於豆漿中，則其中的蛋白質即凝聚成豆腐。 B.         […]

藍印術的另類實驗與探討檸檬酸根的反應 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  趣味化學實驗：「藍印術」 高中化學於選修化學（下）無機化學這個單元，會介紹到以下內容：「鐵離子（Fe3+）與黃血鹽（K4[Fe(CN)6], potassium ferrocyanide）混合時會生成稱為普魯士藍（Prussian blue）的深藍色沉澱」，同時也會提及：「亞鐵離子（Fe2+）與赤血鹽（K3[Fe(CN)6], potassium ferricyanide）混合時也會生成深藍色沉澱，以往稱為滕氏藍（Turnbull’s blue），後來發現它的結構與普魯士藍一樣，因此通稱為普魯士藍」，如圖1所示。 圖1：黃血鹽與Fe3+反應或赤血鹽與Fe2+反應均生成普魯士藍 （圖片取自翰林出版社） 一、傳統的「藍印術」 這個反應一般應用於建築界的設計圖，稱為藍圖，由於藍圖的呈現需要經過陽光曝晒，因此一般稱為「晒藍圖」，所得到的藍圖稱為「藍晒圖」。筆者於新竹科學園區實驗中學任教時，曾於選修課加入這個實驗，稱為「藍印術」。「藍印術」的實驗步驟如下： 1.        溶液A：30 g赤血鹽（K3[Fe(CN)6]，又稱鐵氰化鉀）溶於100 mL水中。溶液B：40 g檸檬酸銨鐵（(NH4)3Fe(C6H5O7)2, iron(Ⅲ) ammonium citrate）溶於100 mL水中。 2.        取等量之溶液A與溶液B混合，塗在圖畫紙上，於暗處陰乾，即得感光紙。 3.        取另一張圖畫紙設計圖案並剪裁，將剪裁完成之圖案蓋在已塗有感光原料之圖畫紙上，進行曝晒，若陽光強烈，約2~3分鐘即可完成反應，得到普魯士藍之藍色沉澱，此一步驟於照相術中稱為「顯影」。 4.        移走蓋在上方之圖畫紙，以自來水小心沖洗下方之圖畫紙，將未曝光的感光原料從圖畫紙上移除，此一步驟於照相術中稱為「定影」。 5.        晾乾，即得「藍印術」作品。 6.        「藍印術」學生作品見圖2。   圖2：新竹科學園區實驗中學「藍印術」學生作品 二、周芳妃老師改良的「藍印術」 臺北市第一女子高級中學化學科周芳妃老師2013年於高中基礎科學教學研習會中，介紹新的「藍印術」的實驗步驟給研習老師，過程簡單，成果良好，簡介如下： 1.        溶液A：檸檬酸銨鐵25 g / 100 mL水。溶液B：鐵氰化鉀10 g / 100 mL水。感光液：A、B = 1：1的混合溶液。 2.        步驟 (1)     先取一個透明小塑膠袋，使用黑色油性筆在塑膠袋上畫一些圖案，作為遮光罩的圖案。 […]

創意微型實驗—微型變色自來水裝置與在化學教學演示上之應用 方金祥 創意微型科學工作室chfang1273@yahoo.com.tw 本文描述微型變色自來水龍頭裝置之設計，該裝置在密閉系統之下使水位較低的儲水槽中之水往較高於儲水槽上的水龍頭流出來，並可應用於一般酸鹼指示劑或天然酸鹼指示劑與由水龍頭流出來之酸鹼溶液，經過酸鹼中和之後的指示劑顏色變化之教學演示，使化學教學更為生動活有趣。 n  微型變色自來水及其變色之原理 微型變色自來水是利用大氣壓力和虹吸現象，使在密閉系統中之水由下往上流，再經由塑膠三通活栓之水龍頭流出。流出之水之所以會變色，乃是由於在水中分別加入酸與鹼性溶液及酸鹼指示劑，當由兩個微型水龍頭流出之酸性溶液與鹼性溶液碰在一起時，會即刻起了酸鹼中和反應，進而使酸鹼指示劑之顏色發生變化。 n  材料藥品與器材 1.        藥品：稀鹽酸（1 M）、氫氧化鈉溶液（1 M）、紫色高麗菜，如相片一所示。 相片一：紫色高麗菜 2.        材料：5號塑膠罐、塑膠密封罐、塑膠三通活栓、塑膠塞、100 mL塑膠瓶、5 mL塑膠滴管、透明塑膠軟管及橡皮管，如相片二所示。          相片二：塑膠罐、塑膠密封罐、塑膠三通活栓、塑膠塞、塑膠瓶、塑膠滴管、透明塑膠軟管及橡皮管 3.        器材：熱熔膠（槍），如相片三所示。   相片三：熱熔膠槍 n  微型變色自來水裝置之設計與組合 一、   塑膠密封罐與其蓋子上之附件 取自市售密封塑膠罐，在蓋子的直徑上有三附件，其一為較大的孔洞（直徑約7 mm），在此孔洞上附有一個可使其密封的塑膠塞子。另在蓋子上的正中央及其後方處各有1個小孔，小孔上分別有塑膠小側管，如相片四所示。   相片四：市售塑膠密封罐（左）及在其蓋子有3個孔洞，有2個小孔（右上和右中）和1個孔洞（右下） 二、   自來水儲存槽之設計與組裝 1.        將1支100 mL塑膠瓶的蓋子打開，然後用剪刀將蓋子之尖端剪掉0.3 cm，如相片五所示。   相片五：塑膠瓶與其蓋子 2.        打開密封罐蓋子上直徑約7 mm的孔洞上之塑膠塞，然後將塑膠瓶之蓋子倒插入密封塑膠罐蓋子上的孔洞中，並用熱熔膠將其固定之，如相片六所示。   相片六：用熱熔膠將塑膠瓶之蓋子倒插並固定在密封塑膠罐蓋子上的孔洞中 3.        於塑膠瓶之蓋子底下，接上一條長約30 cm之透明軟管（可至密封塑膠罐之底部），如相片七所示。 相片七：塑膠蓋子底下接上一條透明軟管 4.        用剪刀將100 mL的塑膠瓶底部剪開，然後再將其與固定在密封塑膠罐上之塑膠蓋組合起來作為自來水之水槽之用，如相片八所示。   相片八：剪開底部之塑膠瓶（左）與原蓋子組合起來供作水槽（右） […]

感熱紙的熱致作畫和酸鹼多段變色實驗 廖旭茂1, 2, *、黃家均1、林群耀1、廖心妍1 1國立大甲高級中學2教育部高中化學學科中心*nacl880626@hotmail.com n  影片觀賞 感熱紙的簡單測試實驗曾經出現在教育部高中化學學科中心所研發的實驗影片—感熱酸鹼試紙（註1），當觀看該影片時對其中的呈色原理不是很清楚，經過一番文獻探討，並經實驗測試後，終於釐清其中的來龍去脈。本影片是由作者在國立大甲高中化學實驗室拍攝，並提供其製作的詳細過程。 影片網址：感熱紙測試，https://youtu.be/91XnuKONm7I n  簡介 傳真紙又稱感熱紙或熱敏紙，其變色的過程常引發高中學生的濃厚興趣，除了背後隱藏的化學原理外，加上傳真紙的塗層中所使用的化學物質—雙酚A，可能是一種環境荷爾蒙等問題，近年來也有很多中小學生把傳真紙的議題選為科展的題目，進行探究。傳真紙如何變色？經文獻探討發現傳真紙塗層結構傳真列表機內有一個小型加熱元件，當傳真紙與加熱頭接觸時，傳真紙內的熱敏染料會發生化學變化，因而變色（註2）。大部分的熱敏染料多屬於內酯類的隱型染料（leuco dye），因酸鹼改變、氧化還原、紫外線照射與否，甚至壓力改變而改變顏色（註3）。傳真紙中含有四種不同類型的成像化合物，包括：隱型染料，發展劑，敏化劑和穩定劑，最後還有一層保護層，可減少因暴露於UV光、水、油脂、塑化劑等原因而造成熱圖像的褪色（註4）。 本實驗演示利用焊錫用的烙鐵，熱風槍以及盛裝於指甲油瓶的酸與鹼溶液，活潑地將傳真紙的特性呈現出來，並說明反應發生的原理。 n  藥品與器材 熱風槍、30 W烙鐵、指甲油罐、呈色孔盤、傳真紙、6 M氫氧化鈉10毫升、12M濃鹽酸10毫升、15M濃磷酸10毫升、冰醋酸。 n  實驗步驟 一、演示規劃A：利用烙鐵在傳真紙上作畫 1.        取一張傳真紙，大小約15 Ï 15 cm，若紙張捲曲，以書本壓5分鐘後，平鋪在桌上。 2.        取一支30 W焊錫用烙鐵，插上電源，預熱3分鐘後，試以烙鐵頭接近紙面，觀察紙面上有何變化？ 3.        練習以烙鐵頭輕輕劃過紙面，隨即可在傳真紙上作畫。 4.        作畫完畢後，拔掉插頭，將烙鐵至於烙鐵架中，避免誤觸燙傷。圖 1為完成的一幅畫。 圖1：傳真紙的熱致變色作畫 二、演示規劃B：利用熱風槍和酸鹼溶液在傳真紙上玩圈叉遊戲 1.        取一張傳真紙，大小約A4紙大小，若紙張捲曲，同前，以書本壓5分鐘後，平鋪在桌上。 2.        將冰醋酸及配製好的6 M氫氧化鈉溶液倒入指甲油的空玻璃瓶內，備用。 3.        先以玻璃瓶的毛刷沾取少許冰醋酸，在傳真紙上寫下「Thermal paper」，觀察紙面的顏色變化。 4.        取一預熱過的熱風槍，輕輕靠近傳真紙面（四個角落事先以膠帶固定住），觀察紙面變化。持續靠近紙面3秒鐘觀察紙面顏色的變化。 5.        利用熱風槍的熱風吹拂在紙面的空白處，讓紙面全部變色後，用指甲油的毛刷沾取少許氫氧化鈉，在紙面上畫出九宮格線，觀察紙面上顏色的變化，另一同學同樣取一個盛有氫氧化鈉的指甲油瓶，以瓶口的刷子沾取少量的氫氧化鈉溶液，接著在九宮格內開始玩起圈叉遊戲。 6.        待溶液稍乾後，沾少量冰醋酸，毛刷延著之前打叉的筆跡畫過，觀察紙面顏色的變化。 7.        演示結束後，沖洗毛刷，並將指甲油瓶中剩餘的酸鹼溶液倒回原來的塑膠試劑瓶中儲存。待下次實驗再用。圖2為演示實驗結果。   圖2：冰醋酸在傳真紙上留下的字跡（左），在傳真上的圈叉遊戲（右） […]

指導學生科學展覽和獨立研究的態度與方法 曾鶯芳 國立高雄師範大學附屬高級中學（退休教師） if1@tea.nknush.kh.edu.tw 其實，我比較喜歡稱「科學展覽」為「獨立研究」，因為獨立研究顧名思義就是研究者要有自己的想法，自己設計方法去解決問題，不是按照指導老師一個指令一個動作去完成研究。我更希望科展（獨立研究）不是只做一次或一屆，因為研究成果是無止境的，沒有做完之時，只有更深入發展的空間，如果能持以長期經營與持續不斷的研究態度，這對於研究者對研究主題及研究能力必定有更進步的瞭解與建立。 作者於教學之餘對化學之「探究與實作」甚感興趣，在退休之前曾指導過多位高雄師大附中學生進行校內獨立研究，並將其成果提出參加國內和國際科學展覽（詳見附錄） ，茲將本人指導學生科展與獨立研究之心得與經驗與各位化學界同好分享。 n  獨立研究流程 獨立研究有一定的流程，如圖1所示，並介紹各階段如下： 圖1：指導學生專題研究流程 一、   決定研究領域 研究主題的尋找需要先決定研究領域，不同型態的比賽所區分的領域各有不同。 (A)   全國中小學科學展覽會 ●   國中組和國小組，科別有：數學科、物理科、化學科、生物科、地球科學科、生活與應用科學科。 ●   高中職組，科別有：數學科、物理與天文學科、化學科、地球與行星科學科、動物與醫學學科（含微生物、生物化學、分子生物）、植物學科 （含微生物、生物化學、分子生物）、農業與食品學科、工程學科（一）（含電子、電機、機械）、工程學科（二）（含材料、化工、土木）、電腦與資訊學科、環境學科（含衛工、環工、環境管理）。 (B)    臺灣國際科學展覽會 ●   展覽科別有：數學科、物理與天文學科、化學科、地球與環境科學科、動物學科、植物學科、微生物學科、生物化學科、醫學與健康科、工程學科、電腦科學與資訊工程科、環境工程科、行為與社會科學科。 二、   收集分析資料 收集資料的方法如下： ●   找書本：包含教科書（如大學用書、教師手冊…等）、科學刊物及學術論文等。 ●   網際網路：由關鍵字及關鍵詞蒐尋開始；我最常請學生上「國立臺灣科學教育館」的「臺灣國際科學展覽會」及「全國中小學科學展覽會」網頁中觀摩「歷屆參展作品」，或「臺灣網路科教館」的「科展群傑廳」一樣可以找到歷屆科展的作品。甚或高階一點的尋找「國家圖書館」裡「資源查詢」中的「臺灣碩博士論文知識加值系統」。 ●   找專家：學校老師 （包括校內的科老師、大學教授等）、研究機構研究員（中研院、工研院、生技中心） 這階段的優勢條件是有強的外語能力。 決定研究領域之後，開始大量閱讀有興趣的文獻資料，慢慢縮小範圍至鎖定某一研究主題，然後搜集相關文獻資料以確立研究方向；如果在此階段一直無法鎖定研究主題，則必須回到上層（決定領域）重新來過。 三、   構想階段 構想階段主要的目的是決定進行研究的目的（為什麼做？）、稍微訂定研究的方向（大致的題目）（做什麼？）以及了解相關資源。 科展主題「創意」是重點，而創意有兩類：「主題的創意」與「方法的創意」。 四、   決定研究方向與進行實驗 這階段的目的是獲得實驗數據，步驟如下： ●   按「研究計畫書」的步驟進行實驗。 ●   由初步數據/結果 開始做判斷，並時時檢視實驗方法與假說是否要修正、實驗結果與目前的認知是否有出入，亦即要不斷地與實驗目的及架構做比對。同時每一實驗要有對照組且至少須三次重複，以確定結果的再現性。 ●   繼續資料蒐集與分析。 五、   整理數據 這階段儘量用“數字”說話（If you […]