國小自然「水溶液」單元延伸實驗 —利用海藻酸鈉製作有色溶液的酸鹼指示晶球 林沛瑩 新北市三重區五華國小 臺北教育大學自然科學教育學系科學探究與實作碩士在職專班 bear3162027@gmail.com ■前言 在課堂實驗的過程中，學生偶然的發現紫色高麗菜汁滴在可樂中，顏色還是黑色，此時，學生一片嘩然地討論著，並思考如何用紫色高麗菜汁來觀察到可樂的酸鹼性。 因為可樂是含有顏色的飲料，所以使用紫色高麗菜汁會較難觀察，而我們也較難將可樂變成透明無色的，於是靈光乍現，突然想到之前指導的科展作品有做過「海藻酸鈉晶球」，若是利用晶球包覆的原理，應該可以使可樂的色素不會影響到紫色高麗菜汁，進而讓顏色的變化更加明顯。 於是本文作者設計了一系列的酸鹼課程，將海藻酸鈉晶球融入在國小課程中，讓學生再觀察水溶液的酸鹼性時，不會受到水溶液本身顏色的限制，進而可以透過日常生活中的指示劑來進行觀察。 ■課程目標 本次課程的學習目標如下： 1.      學生能以安全的方式觀察未知溶液。 2.      學生能運用器材檢測水溶液的酸鹼性。 3.      學生能製作出海藻酸鈉晶球 4.      學生能說出製作海藻酸鈉晶球的原理 5.      學生能製作出紫色高麗菜汁晶球 6.      學生能運用紫色高麗菜汁晶球檢測水溶液的酸鹼性 7.      學生能運用紫色高麗菜汁晶球製作出變色晶球果汁 ■活動所需器材 課程活動所需物品器材如下： 類別 所需物品器材 水溶液 (檢驗酸鹼性) 醋、汽水、食鹽水、食鹽水、小蘇打水、沙士、奶茶、柳橙汁 化學藥品類 (製作紫色高麗菜汁晶球) 海藻酸鈉、氯化鈣、乳酸鈣、氯化鈉 檢測酸鹼性 紫色高麗菜、藍色石蕊試紙、紅色石蕊試紙、 廣用試紙 玻璃器材類 (器材量以每組為單位) 500毫升燒杯2個、100毫升燒杯7個、滴管7支、小塑膠杯3個、小湯匙1支、培養皿4個、攪拌棒1支 l   小提醒：最後製作出來的晶球讓學生可以吃看看，所以在活動六進行時要使用一般廚房使用的廚具來進行實驗。因此這堂課的容器要使用乾淨且全新的塑膠杯來進行。 ■教學活動 本次教學活動從基礎到應用，共設計六個活動。 【活動一、認識酸鹼】 1.      教師準備幾種生活中常見的水溶液，例如：醋、小蘇打水等。 2.      請學生用視覺、嗅覺來觀察水溶液，接著再請學生進行發表。 (實驗安全提醒：不知名的水溶液，千萬不能用口嘗或與皮膚接觸) 【活動二、檢測酸鹼】 1.      教師準備不同酸鹼性的水溶液，例如：醋、汽水、食鹽水、食鹽水、小蘇打水等。 […]

有機物定義與乾餾的探究課程 鄭志鵬 jjpong@lsjh.tp.edu.tw n   課本中的乾餾課程設計比較 國中的「有機化合物」課程，目前出版社通常將這個單元放在八年級下學期的第五章。這個單元開始的切入點，不同出版社的編排方式略有差異。以下作簡單的比較： 版本一、先說明「什麼是有機化合物」或是「有機化合物的定義」從「與生命相關的化合物」演變至「含碳化合物」。之後就操作乾餾竹筷的實驗，檢驗乾餾過程中產生部分物質的特性，並聲稱乾餾過程中產生的物質有哪些。 版本二、在有機物定義的說明後，先提出竹筷是植物，所以必然含碳。可以由乾餾實驗來證明，並且希望透過乾餾出其他物質的檢驗來推論有機物除了碳之外，還有哪些元素。 版本三、是從烤肉時，不管烤什麼食物都會產生黑色物質的觀察切入，提出問題：「是否那些黑色物質是組成生命的共同物質呢？」引出乾餾的動機。乾餾實驗後，才提出有機化合物的定義。         在版本一中，較看不出進行乾餾實驗的動機，國中理化實驗室不易檢驗乾餾後的真正物質。但在教科書的書寫上，將乾餾的產物描述放在實驗的「結論」中。讓人疑惑我們是怎麼從實驗結果知道這樣的結論的。在版本二中，也是先提出了有機化合物的定義為含碳化合物。然後以「檢視有機物中，除了碳之外還有哪些其他元素」作為乾餾實驗的動機。在實驗結果的描述中，寫出了「由實驗結果可知…其組成成分為可燃燒的甲烷、氫氣、一氧化碳…」同樣令人疑惑是如何得知這些產物的。在版本三中，從日常生活的經驗觀察出發，提供乾餾實驗很好的動機。並且在乾餾竹筷觀察之後，才提出有機物的定義。讓學生從日常生活經驗走到實驗觀察之後，再給予定義。我認為是較佳的作法。對於乾餾的成分則以「經過分析之後得知…」是更合理的描述方式。         個人最喜歡第三個版本，從日常生活觀察作起點，引出實驗室中的實驗觀察，再以這些經驗為基礎提出科學家對有機物的定義。以「經驗->實驗->定義」這樣的結構來學習會有較佳的探究成分。但我想我們可以在乾餾實驗中，再作一些調整，讓探究的精神可以再更深入一點。         乾餾的實驗，在三個不同版本的教科書裡面，扮演的角色多屬於「說明」。邏輯大概是：有機物含碳，竹筷是有生命的物質製成的，所以也應該含碳。既然如此，那就來乾餾看看。最後看到黑色的固體產物碳，就證明了我們說的是對的。但嚴格說起來，這不是「證明」而是「說明」，這樣的實驗結果並沒有任何「證明」的作用。在這邊安排乾餾的實驗，感覺課程目標的設定上，學習乾餾的技術是多過對於有機化合物的認識的。我不知道為什麼國中生需要學習乾餾的概念和技術，不過一直以來課本都是這樣安排的。         那怎麼樣讓乾餾的實驗可以多一點探究的成分呢？其實很簡單，就是不要只乾餾竹筷就行了。其實我們可以多挑選一些不同的有機物和無機物來乾餾，就可以比較出乾餾後的差異，進行討論後引出有機化合物的定義。         其實在12年國教課綱中，在有機化合物的學習內容說明中就有提到：         Jf-IV-1 有機化合物與無機化合物的重要特徵。1-1 以實作將麵粉、糖粉和食鹽放置於蒸發皿中加熱 並比較結果，說明有機物與無機物的差異。         具體來說，符合課綱精神的課程該如何設計進行呢？以下是教學流程的介紹。 n   教學流程 一、引入情境進行觀察         教師從網路上找出許多食物或有機物燒焦的照片，請學生觀看並說出看到哪些共同處？ 圖片來源:Pxhere、Pixabay 以上這些圖片的共通處，當然就是澱粉、糖或木材因為受熱而變焦黑。引導學生看出之後，讓學生試著說出自己生活經驗中，還有哪些把東西燒焦的經驗？哪些東西會燒焦？將這些會燒焦的東西清單列在黑板上，讓學生看看這些會燒焦的東西，又有哪些共同之處？教師可以讓學生盡可能的發表想法並且討論。例如可能有學生會說：這些都是可以吃的。教師可以將這個答案讓全班都聽到，然後請問全班對這個說法有沒有意見？能不能找到反駁的例子？可能就會有學生能提出：房子不能吃，但也會燒焦。持續幾次的討論後，就可能可以引出：這些好像都是動物或植物？或者這些都和「活著的」東西有關？這類的歸納。若學生無法順利的看到此規則，教師也可以視情況提出我們要的答案。 有時候老師會因為無法引導學生說出我們心裡要的正確答案而沮喪，其實並不需要。因為在討論的過程中，學生已經學習要觀察比較資料的相同處或相異處；聆聽他人的發言並且檢視其正確性；說出自己與他人不同的意見等等。以上這些，都是教師在營造討論情境時，可以一再提醒學生的部分。受限於授課時間有限，教師不會無止盡的將課程停留在這裡。「與生命有關的物體可能會燒焦」是認知層次的學習目標之一，其實以講述直接告知也可以達到此學習目標。這段課程是藉由這個認知層次的目標，帶出學習表現中的「觀察」「討論」等目標。所以後者目標已經在課程中充分執行了之後，前者的認知目標即使沒有被提出，也可以用講述法來取代。這段課程一方面是對現象做了觀察與歸納，另一方面是對有機化合物的定義做了前置的準備。 二、想像、定題與計畫         從第一步的觀察與討論，就可以引出「是不是與生命相關的物質都會燒焦呢」這樣的問題。接下來，教師就可以提出挑戰：那我們要怎麼樣作一些實驗，來測試這個猜想的正確性呢？這實驗當然不可能真的去證明「所有的」生命相關物質都會燒焦。但是提出猜想後，作一些測試是很合理的。         有些學生可能會說：「那就再找更多與生命相關的物質來燒燒看」。教師在這邊可以讓學生提出「假設」。假設我們之前的歸納是正確的，那找更多生命相關的物質來燒燒看，應該會得到什麼樣的結果呢？也有可能學生會用反面的方式來說：「不是跟生命相關的物質，是不是就不會燒焦呢？」當然我們可以稍微討論一下這兩個問題是不是同一個問題，或者這個問題是不是我們關注的問題。如果都是的話，我們不但要找生命相關的物質來實驗，也要找跟生命無關的物質來實驗。         在自然領綱學習表現中的「想像創造」條目，提到：「根據已知的自然科學概念經由自我或團體探索與討論的過程，想像當使用的觀察方法或實驗方法改變時，其結果可能產生的差異。」。因此想像必須要有根據，不是真的天馬行空的亂想。這個想像根據的就是原本已知的自然科學知識提出來的猜想：生命相關物質會燒焦。根據這個猜想，就可以去推想挑選的物質如果是跟生命相關的或無關的，燒起來結果應該就會有怎樣的不同。         接下來，老師可以用自己預先準備的不同材料，例如：竹筷、糖粉、麵粉、豬肉乾、魷魚絲、花生、食鹽、粉筆等等，準備讓學生分組進行乾餾。乾餾前，可以讓學生討論這些東西，應該是屬於和生命相關的還是不相關的？以上述的這些材料來說，應該是很容易區分的。區分之後，就可以先預測乾餾之後會不會變黑。在這邊出現的乾餾技術，就是有動機的。如果直接燃燒的話，就算有碳也可能燒掉變成二氧化碳，所以以隔絕空氣的方式加熱，可以更容易看到燒焦的狀況。這段課程一方面是操作「根據猜想做出預測」另一方面則是將有機化合的分辨實作了一次。 三、執行、分析與發現         老師指導學生乾餾的操作方式、意義和安全注意事項後，就可以讓學生進行乾餾的操作。操作乾餾的過程中，必然會聞到不同的氣味，會冒出不同的煙霧，有些偏白有些偏黃，有些可燃等等。這些可以在乾餾前，提醒學生觀察冒煙的顏色、可燃性、酸鹼性等等。讓現象出現時，學生更能意識到眼前的現象。         若課程時間或器材較為充足，可以讓一組的學生乾餾多一點種類的材料。若課程時間較趕，可以分六組分別乾餾不同的東西。一樣使用乾餾一次的時間，但是可以得到六種不同的乾餾結果。完成乾餾後，先將乾餾物放在旁邊，等待降溫。等待的同時，教師可以確認乾餾過程的結果。把觀察到的冒煙情況、檢驗的結果都先收集起來寫在黑板上。這裡就可以看出一些規律性：乾餾的若是有生命相關的物質，都會看到冒煙、有水氣、有些酸性和可燃性氣體產生的現象；若是無機物，則都沒什麼反應。這個階段，不建議去談乾餾出來的物質到底是什麼。其實從這個實驗中，除了水氣可以用氯化亞鈷檢驗之外，其他物質根本難以實際確認。這個課程階段旨在彙整實驗結果，看出異同與歸納。所以並不適合提出無法用實驗檢驗的分析結果。         冷卻完成後，將鋁箔紙打開很容易可以將無機物和有機物的結果區分出來：就是變成黑色與沒有變色。對不同的物質，進行乾餾，結果發現可以依據結果很明確的分成兩個類別。結果很明確的原因，不只是因為顏色容易區分，而是因為最開始有依據觀察提出問題，並且提出猜想。這個猜想引導著我們要觀察是否有黑色的碳產生，所以目標是很明確的。         將結果分類後，檢視原本的假設，看看哪些燒焦？哪些不會？可以發現竹筷、豬肉乾、魷魚絲、花生這些都燒成焦黑了；食鹽、粉筆這些則沒有什麼改變。整理實驗結果，讓結果變成更容易讀取資訊的形式，是一種「分析」。「發現」則是能回應一開始問的問題：是否與生命有關的物質都會燒焦呢？以這個結果來說，顯然答案就是正確的了。 […]