《臺灣化學教育》第五十九期（2025年3月） 目錄 主編的話 第五十九期主編的話／周金城〔HTML｜PDF〕 本期專題【專題編輯／周金城】 二氧化碳教學探究：連結溫室效應、氣體行為與碳封存的環境教育實踐 ∕ 周金城〔HTML｜PDF〕 二氧化碳教學探究：藍碳生態系的潛力與挑戰：從碳埋藏到甲烷排放 ∕ 莊佩涓〔HTML｜PDF〕 二氧化碳教學探究：氣候變遷與環境教育： 二氧化碳的溫室效應實驗探究 ∕ 張詩敏〔HTML｜PDF〕 二氧化碳教學探究：應用紅外線熱顯像技術於加壓氣體儲存洩漏檢測之研究—以氣泡水瓶二氧化碳洩漏為例 ∕ 邱麗綺〔HTML｜PDF〕 二氧化碳教學探究：探究二氧化碳氣體與水的作用-氣體溶解和逸散與pH值變化 ∕ 周金城〔HTML｜PDF〕 教學教法／化學課程與教材【專欄編輯／陳英智】 雙語「熱」—小學自然科學課堂中的實踐 ∕ 陳英智〔HTML｜PDF〕

第五十九期 主編的話 周金城 國立臺北教育大學自然科學教育學系 ccchou62@tea.ntue.edu.tw   前言 最近又到了各縣市中小學科學展覽會的時節。每當在科展報告中看到引用「臺灣化學教育」網站上的資料，總讓人感到欣慰與鼓舞。雖然擔任臺灣化學教育網路期刊的出版工作確實壓力不小，但想到有許多師生讀者的支持與肯定，總能成為我們持續努力的動力。 在此也誠摯邀請參與科展製作的師生們，將您的科展作品加以改寫，結合化學教育的相關內容與應用，投稿至本期刊。這不僅能讓更多讀者深入了解科展的精華與價值，也能促進化學教育的推廣與交流。 本期專題主題「二氧化碳教學探究：連結溫室效應、氣體行為與碳封存的環境教育實踐」 行政院於2022年3月正式公布「2050淨零排放路徑及策略總說明」， 同年12月公布「12項關鍵戰略行動計畫」。確立在2050年達成淨零排放的目標（國家發展委員會等，2022）。​該策略以「能源轉型」、「產業轉型」、「生活轉型」和「社會轉型」四大轉型為核心，並在「科技研發」與「氣候法制」兩大治理基礎上推動。而其中12項關鍵戰略之一就是「碳捕捉利用及封存(Carbon Capture, Utilization, and Storage ，簡稱CCUS)」(國家發展委員會，2022）。科技研發基礎中的＂產業技術精進落實＂項目， 有1.開發低成本的二氧化碳捕捉創新技術、2.推動二氧化碳捕捉利用轉化為低碳化學品的創新技術、3.建立可運行的二氧化碳封存場域、4.推動CCUS成功經驗複製擴散。其中CCUS內容中，最重要的就是如何減少大氣中的二氧化碳，為了將此概念落實到小學教育中，加強學生對於二氧化碳性質的認識，就需要設計更多的教學與實驗內容。因此，由我邀請幾位專家學者與國小老師共同針對此主題撰文。 本期專題主要有四篇文章，這四篇文章以「碳」為核心，從不同角度引導中小學生認識氣候變遷與科學探究的關聯，並強化實作與科技應用能力。首篇由中央大學莊佩娟教授撰寫，介紹紅樹林、海草床等藍碳生態系的碳封存潛力與風險，引導學生思考自然解方在氣候危機中的角色。第二篇由國光國小張詩敏老師撰寫，透過簡易實驗讓學生觀察二氧化碳的溫室效應，認識碳排放與氣候變遷的關聯。第三篇由永安國小邱麗綺老師撰寫，運用紅外線熱像儀偵測氣體洩漏，讓學生從儀器操作中了解二氧氣體氣體壓力與溫度的關係及科技應用。第四篇則由北教大周金城教授撰寫，以實驗探究二氧化碳溶於水後的酸鹼變化，深化學生對碳循環與海洋酸化等議題的科學理解。整體內容兼顧科學原理、實驗設計與永續議題，是兼具知識性與操作性的優質教材。 化學教學主題 由2017年起，台北市推動開始推動國小雙語教育政策，包含國小自然領域，在不少老師的持續耕耘下，逐步跳脫出全英語教學模式，發展出適合目前我們國小學生的雙語自然教學方式。臺北市萬華區西園國小陳英智老師投稿的《雙語「熱」—小學自然科學課堂中的實踐》，以臺北市國小六年級自然課為場域，運用5E探究式教學法結合CLIL(Content and Language Integrated Learning)理念，設計出兼顧自然科學與英語學習的雙語課程，主題聚焦於「熱的影響與傳播」。課程以英語繪本導入，搭配熱現象實驗與生活應用討論，提升學生對熱傳導、三態變化等科學概念的理解，同時培養其英語詞彙與表達能力。透過Google表單調查，約六成學生對雙語自然課持正向態度，亦顯示語言難度與理解負荷仍為挑戰。研究建議運用動畫、圖示、實作與鷹架設計，協助學生跨越語言與科學的雙重門檻。雖然考量多方因素，自113學年度起，臺北市「公立國民中小學雙語教育實施計畫」中，已將自然科學課程從國小雙語課程建議科目中移除，但仍有一群認同並致力推動雙語自然教學的教師持續努力。長遠而言，發展自然科學的雙語教學確具其必要性，但在實施策略上需更具彈性與節奏，方能穩健推進。 結語 本期專題聚焦二氧化碳教學探究，結合氣候變遷、碳封存與環境永續等議題，從實驗設計到科技應用，展現化學教育的多元面向。此外，自製黏合劑的實驗設計讓學生從生活中體驗化學，強化實作與探究能力；而雙語自然教學的實踐，也反映教師們在科學與語言整合上的創新與努力。我們誠摯邀請更多教育現場的師生將實作經驗與教學成果分享投稿，讓化學教育與社會議題連結得更緊密，持續在孩子心中種下科學探究的種子。 最後，再次宣傳第十屆亞洲化學教育研討會訊息(https://www.nice2025.jp/)，研討會將於2025年7月26日至28日在日本的Yamagata Kokusai Hotel舉行(見圖1)。 ​NICE（Network of Inter-Asian Chemical Educators）成立於2005年，旨在促進亞洲地區化學教育專業人士之間的交流與合作。 ​該會議的目標是比較亞洲各國化學教育的現狀，討論共同面臨的挑戰，並從國際視角為各國特定問題提供建議。​NICE研討會與典型的國際研討會有所不同，強調包括中學和大學教育者參與，許多報告以海報展示或小組研討的形式進行，透過面對面的交流和實驗操作來理解彼此的想法。​目前，研討會的摘要投稿和註冊已經開始，​摘要投稿期限為2025年5月31日，​歡迎大家踴躍投稿。 圖1 2025第十屆亞洲化學教育研討會徵稿海報 參考文獻 國家發展委員會、行政院環境保護署、經濟部、科技部、交通部、內政部、行政院農業委員會、金融監督管理委員會（2022）。臺灣2050淨零排放路徑及策略總說明。20250329取自https://ncsd.ndc.gov.tw/Fore/nsdn/about0/2050Path 國家發展委員會（2022）。十二項關鍵戰略。20250329取自https://www.ndc.gov.tw/Content_List.aspx?n=6BA5CC3D71A1BF6F

二氧化碳教學探究：連結溫室效應、氣體行為與碳封存的環境教育實踐 周金城 國立臺北教育大學自然科學教育學系 Email:ccchou62@tea.ntue.edu.tw 前言 面對全球氣候變遷的挑戰，環境教育已成為培養下一代氣候意識與永續行動力的重要關鍵。環境教育必須向下扎根，當小學生能夠有環境意識並建立正確的環境概念，當他們成為未來公民，才能對環境永續產生對應的行動。本期專題彙整四篇以「二氧化碳」為核心的教學研究文章，分別從溫室效應實驗、氣體性質探索、洩漏偵測技術到自然碳匯概念，呈現中小學科學教育在推動氣候素養與科學探究上的多元樣貌。 專題文章介紹 第一篇文章〈藍碳生態系的潛力與挑戰：從碳埋藏到甲烷排放〉是由中央大學莊佩娟教授所撰，從自然碳匯的角度切入，介紹紅樹林、海草床與鹽沼等藍碳生態系的碳封存能力與潛在環境風險，引導學生思考自然解方（nature-based solutions）在因應氣候危機中的角色與挑戰。大自然的碳循環原本就會具有自我平衡的能力，但是因為人為活動讓這個平衡被破壞，當平衡被影響的某個程度就有可能導致自然無法再自我平衡，這是最需要關注的地方。 承接自然碳匯的系統觀，第二篇文章〈氣候變遷與環境教育：二氧化碳的溫室效應實驗探究〉是由新北市國光國小張詩敏老師所撰，則將焦點轉向溫室氣體本身的加熱效應。文章以簡易實驗操作讓學生觀察不同氣體在日照下的溫度變化，透過數據佐證二氧化碳作為溫室氣體的加熱效應，幫助學生建立氣候變遷與碳排放的概念，並引導其理解淨零排放與CCUS(Carbon Capture, Utilization and Storage)等現代碳管理技術。透過此類活動，學生不僅能學會設計對照實驗與紀錄資料，也能具體體會科學如何回應當代環境議題，強化其將知識應用於現實世界的能力，讓中小學生可以由杜動手做實驗更直觀的方式來了解溫室效應氣體。 在理解氣候與碳管理之後，第三篇〈應用紅外線熱顯像技術於加壓氣體儲存洩漏檢測之研究——以氣泡水瓶二氧化碳洩漏為例〉是台中市永安國小邱麗綺老師所撰，展示如何利用紅外線熱像儀進行二氧化碳氣體洩漏的非接觸式觀察，提升學生對高壓氣體行為、壓力與溫度變化關係的理解，亦展現儀器應用於生活情境的可能性，增進科技素養與實驗觀察能力，進一步帶入科技應用與實作情境。高壓封存的二氧化碳，特別是在氣候科技與工業安全日益受到重視的背景下，此篇文章提供學生從「問題識別」到「儀器觀測」的完整學習歷程，有助於啟發其對科學應用的興趣與責任感。利用紅外線熱像儀進行氣體洩漏處的檢測，再生活中有需多應用之處，不只是二氧化碳的漏氣，幾乎所有高壓氣體的洩漏處，都可以此方法進行檢測。 最後，第四篇〈探究二氧化碳氣體與水的作用：氣體溶解和逸散與pH值變化〉是由作者所撰，回歸氣體本質與基本化學交互現象，聚焦於二氧化碳與水的交互作用。文章結合酸鹼指示劑進行實驗，透過簡單的實驗設計讓學生理解氣體溶解度、逸散行為與酸鹼變化的關聯，強化其對大氣碳循環與海洋酸化等議題的基礎認識。透過觀察氣泡逸散與pH值變化的過程，學生能將抽象的化學變化轉化為可視化的學習經驗，進一步發展操作技能與邏輯推理的能力。很適合中小學生進行實驗操作與探究。 結語 綜觀四篇文章，皆以學生為核心，結合課綱精神與探究實作，將抽象的氣候與碳循環議題轉化為可觀察、可操作、可理解的教學活動。這不僅有助於學生科學概念的建構，也能培養其批判思考與永續行動力，為邁向2050淨零碳排社會扎根基礎。回顧第五十六期以「新課綱粒子觀點教學的挑戰」為主題的專題內容，曾指出對國中小學生而言，氣體行為本就難以觀察與實驗，尤其氣體多為無形無色，使其教學更加困難。因此，設計適合學生於校園中進行的氣體觀察與操作實驗格外重要。本期專題特別提供三個與二氧化碳相關且具可行性的延伸實驗，不僅有助於學生了解二氧化碳的特性，也強化其對氣體行為、環境變遷與科技應用間連結的理解，為氣候教育的教學實踐提供具體參考。先前第五十六期的專題文章主題是「新課綱粒子觀點教學的挑戰」， 曾指出氣體行為對國中小學生而言本就難以觀察與實驗，尤其多數氣體為無形無色，更增添教學困難。因此，設計能在學校中實作的氣體觀察與操作實驗格外關鍵。本期專題提供三個適合在學校進行和二氧化碳有關的延伸實驗，也可以幫助學生更了解二氧化碳的特性。

二氧化碳教學探究：藍碳生態系的潛力與挑戰：從碳埋藏到甲烷排放 莊佩涓 國立中央大學地球科學學系 Email: peichuanchuang@cc.ncu.edu.tw 摘要:藍碳生態系統（BCEs）如紅樹林、鹽沼與海草床，是全球重要的碳匯，能長期儲存大量有機碳。研究發現，紅樹林的淨初級生產率（NPP）極高，每年可固定大量碳，其中部分輸出至海洋，部分則長期埋藏。然而，紅樹林不僅是碳匯，也可能成為碳源。沉積物中的有機碳會因氧化還原反應被微生物分解，產生二氧化碳與甲烷，而甲烷的全球暖化潛能遠高於二氧化碳，其排放可能抵消紅樹林藍碳埋藏量的20%。本文作者過去的研究顯示，人類活動與污染可能使紅樹林相關水體的甲烷通量增加數十倍，影響碳循環與氣候變遷。儘管紅樹林在碳循環中扮演關鍵角色，但其沉積物中碳、硫、氮等元素的循環機制尚未被完整量化。目前針對紅樹林沉積物與水體的甲烷排放研究仍有限，本文作者認為未來應進一步量化相關元素的生物地球化學循環，以精確評估紅樹林對氣候變遷的影響，並建議台灣投入更多研究資源。 前言 藍碳生態系統（Blue Carbon Ecosystems, BCEs）如紅樹林、鹽沼與海草床，是全球重要的碳匯，雖占海洋面積不到1%，卻貢獻超過50%的海洋沉積碳埋藏量。本文整理了過去針對紅樹林生態系統的重要性，以及沉積物中碳的埋藏與分解相關研究進行回顧，希冀未來台灣也能夠投入更多相關研究。紅樹林淨初級生產率（Net Primary Productivity, NPP）達每年92至280億公噸碳，沉積物碳儲存量高達每公頃956公噸碳，使其成為熱帶地區碳含量最高的生態系統之一。然而，紅樹林亦可能成為碳源。有機碳分解受氧化還原條件影響，當氧氣耗盡後，微生物利用錳氧化物中的四價錳（Mn⁴⁺）、硝酸鹽（NO₃⁻）、鐵氧化物中的三價鐵（Fe³⁺）與硫酸鹽（SO₄²⁻）進行厭氧氧化還原反應分解有機碳，最終可能產生甲烷（CH₄），其全球暖化潛能遠高於二氧化碳。研究顯示，紅樹林NPP約每年200 億公噸碳，其中34.1 億公噸碳（20%）回到大氣，117.9 億公噸碳（60%）輸出至海洋，僅18.4至34.4 億公噸碳能長期埋藏。此外，甲烷排放可能抵消紅樹林藍碳埋藏的20%。未來研究應進一步量化紅樹林沉積物中碳、硫、氮等元素循環，以精確評估其氣候變遷影響。 藍碳生態系統重要性 氣候變化主要由大氣中二氧化碳濃度增加所驅動，是地球面臨的最重大全球環境問題之一（Nellemann et al., 2009），減緩策略包括減少排放以及保護和增強自然碳儲存（Rosentreter et al., 2018）。大多數保育計畫著重於恢復陸地生態系統，如熱帶雨林，並增強農業耕地中的碳儲存（Pan et al., 2011; Agrawal et al., 2011）。近年來，沿海植被生態系統因其為重要的天然碳匯也開始受到重視（Mcleod et al., 2011; Duarte et al., 2013），如2009年「藍碳」一詞的提出，主要是因為人們日漸意識到海洋生態系統在氣候變化緩解中可能具有的量化重要性（Nellemann et al., 2009; Lovelock and Duarte, 2019）。藍碳 (BC, Blue Carbon）由海洋生物捕獲大氣二氧化碳並被封存在海洋環境，包含沿岸藍碳生態系（BCEs, Coastal Blue Carbon Ecosystems）及開放海洋藍碳生態系（Open Ocean […]

二氧化碳教學探究： 氣候變遷與環境教育：二氧化碳的溫室效應實驗探究 張詩敏1、2 1新北市國光國小 2國立臺北教育大學自然科學教育學系 Email: nice1040802@gmail.com 摘要：本教學內容結合氣候變遷議題與自然科學課程，旨在提升學生對溫室氣體與全球暖化影響的理解，並認識「淨零排放」及CCUS技術。透過課程設計，引導學生了解氣候變遷對臺灣造成的多重影響，包括氣溫升高、農漁業減產、生態破壞、水資源分配不均與極端氣候事件頻繁等問題，強化學生環境永續意識。同時，配合「溫室氣體實驗」，比較空氣、二氧化碳與丁烷在日照下的溫度變化，結果顯示二氧化碳升溫最明顯，佐證其為主要溫室氣體，有助於學生建立科學概念與實證能力。實驗不僅提升學生對氣候變遷議題的關注，也培養其動手實作與觀察能力。整體課程銜接108課綱精神，結合理論與實作，促進學生對環境議題的理解與行動力，期望透過教學引導，激發學生思考自身行為對氣候的影響，進而實踐減碳行動，邁向永續發展目標。 前言 我們的地球只有一個，維護環境永續是全球共同的責任。近年來，氣候變遷問題日益嚴峻，聯合國氣候峰會 COP29（Bhatti, 2024）警告，2023 年為有紀錄以來最熱的一年，全球平均地表溫度較工業化前上升約 1.4°C。若要將升溫控制在 1.5°C 內，必須在 2030 年前將全球碳排放量減少約 50%，然而，2023 年全球碳排放仍上升 1.1%，距離目標仍有明顯落差，科學界估計，每年碳排放至少需減少 7% 才有機會達標。 在臺灣，因應氣候變遷的挑戰，108 課綱自然科學領域第三階段 特別納入「自然界的永續發展」相關學習內容，強調學生對環境變遷的認識與行動能力，包括： INg-Ⅲ-1自然景觀和環境一旦被改變或破壞，極難恢復。 INg-Ⅲ-3生物多樣性對人類的重要性，而氣候變遷將對生物生存造成影響。 INg-Ⅲ-4人類的活動會造成氣候變遷，加劇對生態與環境的影響。 INg-Ⅲ-7人類行為的改變可以減緩氣候變遷所造成的衝擊與影響。 康軒版(王美芬，2025）、南一版（盧秀琴，2025）與翰林版(賴信志，2025)六年級自然科學課本，三個版本皆提到「INg-Ⅲ-1自然景觀和環境一旦被改變或破壞，極難恢復。」。翰林版和南一版皆有提到自然界、人類和氣候變遷之間的關係，並說明臺灣為因應全球氣候變遷2023年通過《氣候變遷因應法》，希望能降低與管理排放溫室氣體，明定於2050年達到「溫室氣體淨零排放」的目標。而法規中所謂溫室氣體是指二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亞氮（N2O）、氫氟碳化物（HFCs）、全氟碳化物（PFCs）、六氟化硫（SF6）、三氟化氮（NF3）及其他經中央主管機關公告者。 氣候變遷對臺灣的影響已逐步顯現，若無法有效減少溫室氣體排放，將帶來一系列環境與社會挑戰。夏季可能延長，高溫與酷熱日數增加，影響公共健康並加劇都市熱島效應。農作物如水稻、玉米及畜牧產量將因高溫而下降，海水升溫亦將衝擊漁業生產。生態方面，森林適生海拔上升，棲地面積縮減，導致物種生存受到威脅。水資源方面，春季降雨減少，乾旱加劇，豐枯水期差距擴大，影響農業與供水安全。此外，極端氣候事件發生頻率增加，颱風與豪雨的強度更甚以往，使災害應變與水資源管理面臨更大挑戰（許晃雄等，2024）。即便堤防可因應海平面上升，颱風暴潮仍可能提高沿海地區的淹水風險。 面對這些變遷，透過環境教育培養下一代的氣候意識與行動力，將是因應未來挑戰的關鍵。本研究希望透過溫室氣體科學實驗，讓學生親身觀察不同氣體對環境溫度的影響，深化對氣候變遷、淨零排放與 CCUS 減碳技術的認識，並進一步思考如何在日常生活中落實減碳行動，為永續未來盡一份心力。 認識淨零排放與CCUS的關係 根據聯合國政府間氣候變遷專門委員會（IPCC, 2021），「淨零排放」是指在人為排放的二氧化碳（CO₂）與人為移除的 CO₂ 之間達到平衡，使大氣中 CO₂ 濃度不再上升，以穩定氣候變遷。目前全球多國已承諾在 2050 至 2060 年間實現碳中和，其中臺灣於 2023 年通過《氣候變遷因應法》，規劃 2050 年達成淨零排放目標。 CCUS（Carbon Capture Utilization Storage）被視為減少碳排放的關鍵技術，主要分為三個步驟：碳捕集（Carbon Capture）、碳利用（Utilization）、碳封存（Storage）。目前 […]

二氧化碳教學探究：應用紅外線熱顯像技術於加壓氣體儲存洩漏檢測之研究—以氣泡水瓶二氧化碳洩漏為例 邱麗綺 臺中市西屯區永安國小 Email:lichi0425@mail.yaes.tc.edu.tw 摘要：本文探討紅外線熱像儀技術在小學科學教育中的應用，我們透過檢測氣泡水瓶中二氧化碳的洩漏，幫助學生理解氣體溶解度、壓力與溫度變化之間的關係。氣泡水中的二氧化碳溶解度受壓力與溫度影響，當瓶蓋打開或瓶身發生洩漏時，氣體逸出會導致局部溫度下降，而這種變化可透過熱像儀進行非接觸式觀察。我們利用熱像儀測量瓶蓋與瓶身的溫度變化，判別是否發生微洩漏，並探討測量距離、環境條件與誤差控制方法。結果顯示，熱像儀能有效檢測高壓氣體洩漏，並可應用於氣體鋼瓶、滅火器、瓦斯罐等設備的安全檢測。此外，透過實驗與視覺化觀察，我們讓學生更直觀地理解二氧化碳的溶解、逸散與固碳概念，進而提升他們對科學學習的興趣。未來，紅外線熱像儀也有機會可作為二氧化碳封存技術的檢測工具。 前言 國小自然科學在高年級教材有認識空氣的相關單元，內容主要是引導學童認識空氣的組成、特性及其在生活中的作用。教材涵蓋氧氣與二氧化碳的特性，探討燃燒、滅火和鐵生鏽等現象與空氣的關係。透過實驗活動，學生將學習氧氣的助燃性、二氧化碳的滅火性，以及影響鐵生鏽的因素。 此外，教材也探討有關預防火、防災及逃生避難的知識以及二氧化碳排放過多對環境的影響，還有固碳對減緩全球暖化的作用。 在南一版五年級下學期《認識空氣》單元中為例(盧秀琴，2024)，教材介紹了二氧化碳的排放與固定的概念。植物能透過光合作用吸收大氣中的二氧化碳，並將其轉化為養分儲存在體內，從而減少大氣中的二氧化碳含量，有助於減緩地球暖化。種植樹木是一種有效的減碳方式，特別是森林植物，由於其吸收與固定二氧化碳的能力較強，因此在調節大氣中的二氧化碳濃度方面發揮重要作用。這個過程稱為「固碳」，對環境保護至關重要。 目前固碳方法可分為自然固碳與人工固碳，主要目的是減少大氣中的二氧化碳含量，減緩全球暖化與氣候變遷的影響。以下是幾種主要的固碳方式(國家科學及技術委員會、經濟部、環境保護署，2023）： 一、自然固碳﹕森林、土壤與海洋碳匯在自然碳封存中扮演重要角色。 （一）森林碳匯（Forest Carbon Sink） 透過光合作用將大氣中的二氧化碳固定於植物體內，並將碳儲存在土壤、有機物及木材產品中，減少碳排放對環境的影響。 （二）土壤碳匯（Soil Carbon Sink） 是陸域系統中最大的碳儲存庫之一，能夠長期封存碳，並透過適當的農業管理技術有效降低溫室氣體排放。 （三）海洋碳匯（Marine Carbon Sink） 則藉由海洋吸收並儲存大氣中的二氧化碳，特別是沿岸生態系（如紅樹林、海草床、鹽沼等）在碳封存方面具有重要作用，能夠穩定調節大氣中的二氧化碳濃度，有助於減緩全球暖化的影響(行政院農業委員會，2023)。 二、人工固碳: 碳捕捉與封存技術（CCUS）是減少二氧化碳排放的重要手段，包括碳捕捉（Carbon Capture）、碳利用（Carbon Utilization） 和 碳封存（Carbon Storage）三大部分。碳捕捉技術透過燃燒前、燃燒後或富氧燃燒等方式，從燃煤電廠、鋼鐵廠、水泥廠、石化廠等大型固定排放源直接攔截二氧化碳，避免其進入大氣。捕捉到的 CO₂ 可進一步碳利用，轉化為燃料（如甲醇、合成氣）、化學品、建材（如碳酸鈣）或透過微生物與藻類吸收轉化為生質產品，提升經濟效益。未被利用的 CO₂ 則透過碳封存技術（CCS），長期儲存於地質構造（如枯竭油田、深層鹽水層）或海洋，以確保其不再釋放回大氣，達到減碳目標。這三者相互配合，形成完整的碳管理技術，為全球減碳與氣候變遷因應提供可行方案。 由於二氧化碳的封存這些概念較為抽象，不容易直接教導學生，因此我們嘗試設計一個能讓學生觀察到具體現象的實驗，幫助他們理解二氧化碳封存的相關概念。在日常生活中，學生最常接觸到的二氧化碳來源之一就是二氧化碳氣體鋼瓶，例如氣泡水機會使用二氧化碳鋼瓶來製造氣泡水，空氣手槍則可能使用較小型的二氧化碳鋼瓶，而二氧化碳滅火器與汽水機則使用更大容量的二氧化碳氣體鋼瓶。我們希望透過這些生活中的實例，讓學生更直觀地認識二氧化碳的封存與應用。 前幾年因為疫情的關係，每個學校都會購置熱顯像儀用來測量學生體溫，我們利用這個被閒置的工具，並拿生活中學生常接觸的「氣泡水」進行實驗觀察，讓學生對於二氧化碳的認識能更視覺化。 高壓增加二氧化碳溶解於水的現象 要認識二氧化碳對小學生來說，碳酸飲料最貼近他們的生活經驗，而近幾年流行的氣泡水主要原理是將二氧化碳（CO₂）溶解於水中形成碳酸（H₂CO₃），其反應式為CO₂+H₂O⇌H₂CO₃。當瓶蓋打開時，溶解的二氧化碳會釋放出來，形成氣泡。在製造過程中，工廠會將純水放入加壓設備，並在高壓環境下注入二氧化碳氣體，使其大量溶解於水中，轉變為碳酸水。二氧化碳的溶解度受溫度與壓力影響，壓力越大，溶解度越高，因此氣泡水在未開封時瓶內壓力較高，而溫度越低，二氧化碳溶解度也越高，這使得冷藏氣泡水比常溫氣泡水保留更多氣體。當二氧化碳溶於水時，會與水分子發生可逆反應，生成少量碳酸（H₂CO₃），使氣泡水帶有微酸性（pH 約 3-4），這也是氣泡水喝起來帶有刺激感的原因。 當瓶蓋打開時，瓶內壓力突然下降，原本溶解在水中的二氧化碳會重新轉變為氣體並逸出，形成上升的氣泡，使氣泡水發出「嘶嘶聲」。如果瓶子在開啟前經過搖晃，氣體釋放的速度會更快，可能會導致氣泡水噴出。這些特性使氣泡水具有獨特的口感與飲用體驗。 二氧化碳氣體對水的溶解度，可以用亨利定律來計算。氣體溶解在水中的量，會隨著氣體的壓力增加而增加。換句話說，壓力越高，二氧化碳溶解得越多，壓力降低時，二氧化碳就會從水中跑出來變成氣泡。這就是為什麼氣泡水在瓶蓋打開時會冒出氣泡的原因。另外，溫度也會影響二氧化碳的溶解度。當水的溫度越低，二氧化碳溶解得越多；當溫度升高，二氧化碳就更容易從水中跑出來。因此，冷藏的氣泡水比常溫氣泡水保留更多氣體，而熱的氣泡水則會變淡，因為二氧化碳比較容易逸出。簡單來說，氣泡水中的二氧化碳會因為壓力與溫度的變化而影響溶解度，這也是為什麼氣泡水需要在高壓、低溫的條件下才能保留最多的氣泡。 瓶裝飲料中灌入二氧化碳的其中一個目的，就是讓打開時飲料的溫度降低。這是因為當瓶蓋打開後，瓶內的壓力下降，溶解在飲料中的二氧化碳迅速逸出並轉變為氣體，在這個過程中會吸收熱量，造成氣體膨脹冷卻效應，使得飲料溫度稍微降低。這種現象與噴霧罐噴出液體時感覺變冷的原理類似，都是因為氣體擴散時會帶走部分熱量。因此，當我們打開氣泡飲料時，會能聽到「嘶嘶聲」，還可能感覺到瓶口附近變得稍微涼爽。 如果寶特瓶裝的氣泡水放久了變得沒有氣，通常是因為瓶蓋沒有鎖緊，導致二氧化碳慢慢逸出。我們可以利用高壓氣體洩漏時需要吸熱的特性來檢測瓶蓋是否有漏氣。當二氧化碳從瓶蓋縫隙洩漏時，周圍的溫度會稍微降低，而這個變化可以透過學校購買的熱顯像儀來觀察。使用熱顯像儀後，瓶蓋有漏氣的部分會顯示出較低的溫度區域，讓這個現象變得清楚可見。 熱像儀使用說明 在前幾年新冠肺炎嚴重時期，學校門口得有使用讓顯像儀來測量進學校的人員是否有發燒的情形。但是，因為疫情緩和後，學校就將讓顯像儀封存起來，因此我們想到可以使用學校採購的顯像儀來進行一些有趣的測量工作。我們使用的紅外線熱像儀，型號是FLIR E5XT紅外線熱像儀，根據網站說明書標示的可偵測溫度範圍為 -20°C 至 +400°C，紅外線解析度 160×120像素。然而，在進行實驗觀察前，仍需先進行儀器溫度校正。為確保測量的準確性，我們需先比對熱像儀偵測到的溫度與電子溫度計測得的溫度之間的差異，確認儀器的準確度後，再進行後續實驗。        圖1 熱像儀-FLIR E5XT […]

二氧化碳教學探究：探究二氧化碳氣體與水的作用-氣體溶解和逸散與pH值變化 周金城 國立臺北教育大學自然科學教育學系 Email:ccchou62@tea.ntue.edu.tw 摘要：本文探討二氧化碳在水中的溶解與逸散過程，並透過實驗讓學生理解氣體溶解度、壓力與 pH 值變化的關聯。我們首先分析108 課綱及三大版本國小自然科學教材對二氧化碳的介紹，發現各版本均涵蓋其性質、來源、檢測方法與應用，但對環境影響與固碳概念的深度有所不同。為了深化學生的理解，我們設計了探究實驗，讓學生在透明塑膠杯中加入純水與廣用指示劑，並透過吹氣、靜置與打氣筒等方式，觀察二氧化碳的溶解與逸散如何影響水的酸鹼值。結果顯示，二氧化碳溶解會降低 pH 值，而逸散則使 pH 值回升。為強化學生的探究能力，建議可以讓學生探討溫度變化、攪拌、氣體交換速率等因素對二氧化碳溶解度的影響，並與海洋酸化、湖泊水質變化及氣候變遷進行連結。透過這些活動，我們不僅幫助學生建立二氧化碳的科學概念，也讓他們思考如何減少碳排放，以減緩全球暖化。此外，本研究亦提供教師可行的教學策略，使科學探究更貼近生活，提升學生的環境素養與問題解決能力，並鼓勵他們在日常生活中實踐環保行動。 前言 隨著全球暖化問題日益嚴重，提升國小學生對二氧化碳的相關知識已成為重要的教育課題。二氧化碳（CO₂）作為大氣成分之一，不僅在自然界的氣體循環中扮演關鍵角色，也與氣候變遷、環境污染及能源使用等議題密切相關。因此，如何在小學科學教育中深化學生對二氧化碳的認識，並幫助他們理解其性質、來源、檢測方式與環境影響，是值得探討的課題 根據108自然科學課程綱要（第三學習階段），學生需學習以下與二氧化碳相關的知識： INa-Ⅲ-4(4-1)：了解大氣主要氣體的組成，包括氮氣、氧氣、二氧化碳與水蒸氣。 INb-Ⅲ-2(2-2)：透過助燃性不同，鑑別氧氣與二氧化碳。 INb-Ⅲ-2(2-3)：透過澄清石灰水實驗，鑑別二氧化碳。 INd-Ⅲ-1(1-2)：透過蠟燭燃燒實驗，認識氧氣與二氧化碳的製造與性質，並探討空氣對物質變化的影響。 INe-Ⅲ-2(2-3)：透過實驗或影片觀察化學反應，如紙張燃燒產生二氧化碳、鐵生鏽、雙氧水與胡蘿蔔產生氧氣等，進一步理解化學變化形成新物質的概念。 然而，除了這些基本課綱內容，是否能透過更多簡單實驗，讓學生更深入理解二氧化碳的性質與環境影響，值得進一步探討。 我們整理了康軒版(王美芬，2024）、南一版（盧秀琴，2024）與翰林版(賴信志，2024)五年級自然科學課本中空氣相關單元中有關二氧化碳的內容。三個版本皆介紹了二氧化碳的基本性質、來源、檢測方法及應用，並強調二氧化碳是不助燃的氣體，可與氧氣的助燃性做區別。此外，教材皆提及澄清石灰水檢測法，說明二氧化碳能與氫氧化鈣反應，使澄清石灰水變混濁。雖然三個版本都提到植物透過光合作用吸收二氧化碳，但僅南一版明確提及「固碳」的概念，解釋植物如何固定二氧化碳以減少大氣中的含量。 在二氧化碳的來源部分，南一版與翰林版特別提到蠟燭燃燒後，廣口瓶內的二氧化碳濃度上升，使澄清石灰水變混濁，而康軒版與翰林版則皆提到酵母菌發酵可產生二氧化碳，使麵包蓬鬆。在環境影響方面，南一版與翰林版明確指出二氧化碳是溫室氣體，並說明過量排放可能導致全球暖化。整體而言，南一版對固碳與環境影響的討論最為完整，而翰林版則補充了二氧化碳在日常生活中的應用，如碳酸飲料與乾冰，使學生能加理解二氧化碳的影響與用途。 由於二氧化碳是主要的溫室氣體之一，因此學生應該進一步學習其來源、影響、應用及管理方式，以培養對環境變遷的理解，並思考如何減少碳排放。首先，二氧化碳的平衡是大氣環境中的重要議題。大氣中的二氧化碳來自自然過程（如火山噴發、生物呼吸、燃燒）及人為活動（如工業生產、交通排放）。透過學習二氧化碳的來源，學生可以更清楚人類活動如何影響環境，並思考如何減少額外的二氧化碳排放，以維持自然碳循環的平衡。 其次，學生應該認識二氧化碳對環境的影響。過量排放的二氧化碳會導致全球暖化，進而引發氣候變遷，如冰川融化、海平面上升與極端氣候。此外，二氧化碳溶解於水中可能會降低水的pH值，導致酸雨的形成，進一步影響生態環境。學生可以透過二氧化碳溶解於水的實驗，探討二氧化碳如何影響水體酸鹼值，模擬其對生態系統的影響。 除了環境影響，學生也應學習二氧化碳的應用與管理。在日常生活中，二氧化碳可應用於食品製造（如發酵過程產生氣體使麵包蓬鬆、碳酸飲料製造），也可作為乾冰、滅火器的主要成分。此外，為了減少二氧化碳對環境的影響，現代科技發展出二氧化碳捕集與封存技術（Carbon Capture and Storage, CCS），以及再生能源技術，如種樹減碳、使用太陽能、風能等環保能源，這些都是學生應該認識的環境保護策略。 為了讓學生更深入理解二氧化碳的性質與環境影響，教師可以設計更多探究實驗。例如，透過小蘇打與醋反應製造二氧化碳，並驗證其不助燃的特性，讓學生實際觀察氣體的產生與特性。此外，進行蠟燭燃燒與澄清石灰水變混濁實驗，幫助學生理解燃燒產生二氧化碳的過程。最後，可透過溶解度與氣體逸散實驗，觀察二氧化碳如何影響水的酸性，模擬海洋酸化的現象，讓學生更具體理解環境變遷的科學原理。 透過這些實驗與討論活動，學生不僅能強化對二氧化碳的理解，還能思考如何在日常生活中落實環保行動，如節能減碳、減少浪費、選擇低碳能源等，以實際行動減少二氧化碳的排放，為環境永續發展貢獻力量。 認識生活中的二氧化碳溶解於水中的概念 二氧化碳在水中的溶解與逸散過程，與自然水域的酸鹼變化、水生生物的生存，甚至極端環境下的氣候災害息息相關。當二氧化碳溶入水中時，會與水分子結合形成碳酸（H₂CO₃），使水的 pH 值降低，導致水體酸化。然而，當水體受到攪動或氣體交換加快時，二氧化碳會從水中逸散，使水的 pH 值回升。這一現象不僅影響海洋與湖泊的水質，也與人類管理水生環境的方式息息相關。 在人工水域中，魚缸與池塘通常使用打氣機來維持水質與魚類的生態平衡。打氣機的作用在於攪動水體，促進氧氣溶解，防止水中氧氣不足而導致魚類窒息。同時，這種攪動也會加速氣體交換，幫助水體排出過量的二氧化碳，避免水質因二氧化碳累積而變酸。特別是在夜間，水生植物停止光合作用但仍會釋放二氧化碳，若無適當氣體交換，水質可能會變得過酸，影響魚類與其他水生生物的健康。因此，打氣機不僅能提供充足的氧氣，還能維持水體的酸鹼平衡。 然而，在某些極端環境下，二氧化碳的溶解與逸散可能會造成嚴重災害。例如，1986 年 8 月 21 日，非洲喀麥隆的尼奧斯湖突然釋放大量二氧化碳氣體，造成近 2000 人窒息死亡。這場災難的主因是湖泊的熱分層現象導致二氧化碳長期積累於深層水域，當湖水因強風吹拂或季風冷卻發生對流時，深層水快速上升至表層，壓力驟降導致水中的二氧化碳迅速逸散，形成高濃度的二氧化碳氣團，最終導致附近居民與動物因缺氧窒息。這一事件顯示出，環境變化對氣體溶解與逸散的影響，不僅影響水體生態，也可能對人類安全造成威脅（Zumdahl & DeCoste, 2016, p. 716）。 透過溶解度與氣體逸散的探究實驗，學生可以進一步理解二氧化碳如何影響水的酸性，並模擬海洋酸化的過程。這些科學概念不僅能幫助學生理解水體化學變化的機制，也能引導他們思考如何減少二氧化碳排放，以降低對環境的影響。 我們設計簡單的實驗方法，幫助國小學生認識二氧化碳對水的作用性質。在透明塑膠杯中加入約 5-6 […]

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 […]