《臺灣化學教育》第五十二期（2023年6月）   n  主編的話 u  第五十二期主編的話／邱美虹〔HTML｜PDF〕 n  本期專題【專題編輯／陳皇州、李賢哲】 u  科學展覽指導經驗談／陳皇州、李賢哲〔HTML｜PDF〕 u  科學展覽指導經驗談：指導學生參加全國科展國中組19年之經驗與成果分享／蔡名峯〔HTML｜PDF〕 u  科學展覽指導經驗談：如何用「食物」帶領國小學童跨進科展領域／蕭妃茹〔HTML｜PDF〕 u  科學展覽指導經驗談：由參與國中科展到協助指導國中科展之歷程心得分享 / 王昕芸〔HTML｜PDF〕 n  綠色化學／微型化學實驗【專欄編輯／廖旭茂】 u  以可程式微量光電比色法監控振盪反應顏色週期性的變化 ／廖旭茂、陳冠愷〔HTML｜PDF〕 n  課程與教材／化學小故事【專欄編輯／楊水平】 u  貝采利烏斯的微粒理論 ／游文綺、胡景瀚〔HTML｜PDF〕

科學展覽指導經驗談 1陳皇州2李賢哲 國立屏東大學應用化學系 1kelvin@nptu.edu.tw  2sjlee@mail.nptu.edu.tw n  前言     首先感謝本期(52)擔任執筆的作者們，在百忙之中完成科學展覽參與及指導心得之分享的文章，客座主編與副主編謹此對同在教育工作崗位上辛勤付出的教師們，致上最高的敬意與感佩。參加科學展覽對於培育學生們科學素養的幫助是顯而易見的。由於在各項的科學展覽中，總是能夠看到同學們發揮創意與想像力，帶給大家許多引人入勝的科學探究題目以及有趣的發現。 科學展覽為參與活動的學生們營造了一個富含互動和實踐的學習環境，讓參展的學生可以親自進行科學實驗、觀察實驗結果現象和探索科學原理。而將這樣的科學探究過程、團隊合作精神，並於最後以有系統的方式將研究成果展示於閱聽大眾眼前的一段科學之旅，將充分地引導出學生對科學的興趣與熱情，激發他們進一步探索和學習科學的動機。而科學展覽最為重要的意義，莫過於學生能夠對於科學方法加以實踐，包括前期的參與觀察、提出問題、設計實驗、收集數據和分析結果。後期則通過參加展覽，瞭解科學領域的基本概念、原理和應用，拓寬科學知識面，從而培養學生的科學思維和解決問題的能力。 n  本期專題文章簡介     本期專題的第一篇文章，是由彰化縣立陽明國民中學的蔡名峯老師所主筆，其由一位國中科展指導老師的角度出發，以『把每位學生帶起來，不放棄任何一位學生』的信念為基礎，細數過去二十年來走過科展之路的點點滴滴，文章涵蓋如何將參與科展的機會，推廣到不同學習成就學生的學習歷程上，讓不同背景的學生有機會認識及參與科展活動，而非成為少數資優班學生的專利。其作法包含了擴大學生參與管道、家長參與的科展分享研習、結合理化實驗單元並設計創意科學實驗、成立社團時間並利用假日進行經驗傳承等具體措施。正如同蔡老師所說，「創意科學經營」方法無他，唯「教育愛」與「教學熱忱」而已，如此教育哲理的實踐，的確非常值得我們學習與借鏡。     本期的第二篇文章主要介紹的是以一位參與科學展覽的學生的角度，陳述了在學生時期參加科展競賽的心路歷程，以及後來成為科展作品指導者的心境轉變，更體驗了教學相長的真諦。這是由目前就讀國立臺灣師範大學的王昕芸同學所撰寫。由筆者所分享的科展作品實例中，將數學與音樂結合的創新領域及探究過程，著實令人印象深刻，也令人想起國立臺灣大學化學系戴桓青教授曾經帶領以感應耦合電漿質譜儀定量，分析一把愛因斯坦曾使用過的義大利小提琴的組成元素，也藉此揭示了名琴樂聲悠揚之秘密的研究。這兩個科學探究的例子發生於不同的教育現場，但卻是有著異曲同工之妙。而我們認為這就是科學展覽將有效增加公眾與科學相互理解與對話的證據。 本期專刊第三篇文章，由高雄市左營區舊城國民小學的蕭妃茹老師撰稿，分享以高雄市舊城國小的『自造者廚房』，提供舊城國小教師及學生一個學習食品營養與安全的食物自造基地，並搭配教育部108課綱中食安領域的課程，強調從最基礎的食物營養成分及特性開始，透過自造者廚房融合食物營養成分運算思維，以及置入STEM精神的課程與活動，啟發學生其對於製作安全且營養的食品具有正確的概念，因而獲致具有健康概念的飲食內容。在以「廚房裡的科學」為基底，發展食安領域的學習成長的理念下，蕭妃茹老師以食物中的天然化學為師，發想適合國小學童動手實作的科展主題，無論是傳統食物、流行食品、特色料理或是農產品再利用等主題，都成為孕育學生參與科學展覽作品製作及研究的主題。誠如蕭老師所述，在民以食為天的龐大吸引力下，學生們自然而然地對於探索食物相關的科學有著高度的興趣，而學生經由參與實驗的設計、操作及數據分析的過程中，學習了科學探究的思考能力與邏輯批判，其所呈現之富含色香味俱全的健康食品，更能夠讓所有的科展參與者與參觀者體悟到原來科學就在你日常生活的每一天。 n  結語     再次感謝本期專刊的作者們，藉由分享參與或指導科展的經驗，說明了科學展覽除了能夠將科學知識與概念，以最為直覺的方式呈現給閱聽大眾外，也能夠進一步啟發參觀者的創新思維，消除科學知識的隔閡，提高公眾對科學的認識和理解並促進科學與社會之間的溝通，進而激發公眾對周遭重要議題的關注。綜上所述，我們深信科學展覽在科學教育傳播、創新和社會影響力方面具有重要的意義，包含能夠啟發人們對科學的興趣和探索精神，促使人們思考和行動，培養現代公民的科學意識等。我們希望藉由本專刊的分享，對於即將或已經參與科學展覽相關活動的教師及學生們，提供有價值的經驗分享，為科學教育的未來一起攜手向前，開創新局。

科學展覽指導經驗談：指導學生參加全國科展國中組19年之經驗與成果分享 蔡名峯 彰化縣立陽明國民中學 greenman7777@gmail.com   n  前言─把每位學生帶起來 有一句在教學上常聽到的諺語：「讓我用聽的，我隨後就忘了；讓我用看的，我就能記得住；讓我親身去做，我才能真正的了解。」（I hear and I forget. I see and I remember. I do and I understand.）。這句至理名言燃起我對科學教育認知的那把火，重新思考要如何去耕耘學生們的科學活動，也逐漸影響學生們為了自己的生涯目標而奮鬥的決心。 對我而言，老師不是職業，而是一項「人生志業」。我的母校也是我長期任教理化的陽明國中，在這20年來對科學教育及科展活動的推廣，也促使我榮獲101年全國師鐸獎（附錄1）、特殊優良教師金質獎、創新教學金像獎等獎項，並獲得大愛電視台「專輯報導–我的老師這樣教」的殊榮（附錄2）。且已三度獲頒「全國科展滿15屆優良指導教師」（已滿19屆）獎章（見圖1和圖2），更讓我堅定「把每位學生帶起來，不放棄任何一位學生」的信念，凡事只要盡全力必能「創造出唯一」，讓科學的種子萌芽茁壯，並依學生自己的長才御風而扶搖直上。 圖1：19年來指導全國科展和彰化縣科展獎座合影 圖2：指導參賽全國科展滿15屆優良指導教師接受頒獎 n  科展可以是所有學生的舞台並非僅限學業頂尖者 在引導科展活動中，發現培養學生的創造力、意志力及團隊精神是有助於日後生涯的發展。第43屆科展學生群中，就有4台大醫科、3名台大電機，其他醫科10餘人。再者，陽明國中也打破科展的迷思，讓科展活動並非僅是學業頂尖者的場所，學生們只要能全心投入者，即使是後段班，亦能發揮長才，也能獲得荷蘭國際科展金牌獎、臺灣國際科展獎項及全國科展前三名佳績。筆者指導全國科展19年中，榮獲全國科展第一名者常是常態分班學生（第48屆全國科展理化科第一名「色彩變變變」的學生就是普通班，後來因科展推甄上台中女中資優班，進而推甄上台大醫科）（附錄3）。（第50屆全國科展作品：點「食」成金（附錄4），作者之一並非為頂尖的學生，卻是最積極投入者，他展現研究科展強烈的企圖心，深獲評審的青睞，終獲全國科展應用科第二名，也因科展技藝加分而申請就讀彰師大附工，進而就讀台北科技大學。科展帶給他的激勵效應，成就了他的科技之路，我也始終引以為傲！ n  陽明科展，揚名全國 近10餘年來陽明國中更形成了「進擊的科展團隊」（見圖3），成立「自然科學博物館彰化陽明科學教育中心」、科展E化教室、科展看板展示走廊，出刊陽明歷屆科展得獎的作品集，成效卓著，10餘年來已三度獲得全國科展國中組團體第一名及TDK獎第一名（第48、50及56屆），且兩度獲全國團體第二名（第55和57屆）。第55屆科展曾有7件作品進軍全國，而第56屆全國科展（獲得2件全國第一名分別是「物理科–電池跳、挑電池」及「應用科–糞力而為」，1件全國第二名「地球科學科–搶救台灣國寶石」）（附錄5），榮獲積分27分，更打破全國科展最佳積分紀錄，獲得蔡總統在總統府召見（見圖4），至今無其他學校能破此紀錄。 圖3：陽明國中形成「進擊的科展團隊」指導科展 圖4：第56屆全國科展，榮獲物理全國第一名及應用全國第一名，與總統合影 更有榮獲臺灣國際科展二等獎，進而代表臺灣參加荷蘭國際科展榮獲金牌獎。還有學生參加國際化學奧林匹亞榮獲金牌獎，進而甄試上台大醫科，令人引以為傲（見圖5和圖6）。   圖5：化學奧林匹亞金牌、荷蘭國際科展金牌、臺灣國際科展及全國科展活動照 圖6：彰化縣科展頒獎陽明國中學生合照 n  經驗分享─人人都是科學家 陽明國中連續20年榮獲彰化縣團體第一名，全校曾經最多送件近100件，推廣科展經驗分享，略述如下： 一、  在招收與推動學生參與科展管道方面 1.      吸引社區的小六學生參與科學活動 舉辦「金頭腦科學活動」，吸引社區小六學生來陽明國中參加科學活動，並用科學魔術（附錄6）來吸引小六學生的目光，例如：在金頭腦第一次活動中，設計聖火台表演「水火相容點聖火」（見圖七左），使用電石加水，並用點火槍引燃乙炔氣體，點燃科學的聖火，吸引學生們的目光與歡呼，效果十足。三個月的活動期間，共同參與科學實驗活動，例如：馬達刷刷車、光碟氣墊船、創意九龍公道杯、創意玄機杯、金幣銀幣變變變、油墨水中畫、棉線結晶開花等（見圖七右），讓學生們設計「創意科學作品」，並在「金頭腦Line群組」中分享，激發出更多的科學創意，並鼓勵就讀陽明國中後，進入科展社繼續從事科展研究。   圖7：金頭腦科學活動～「水火相容點燃科展聖火」（左）；金頭腦科學活動的眾多實驗，讓學生們親自動手操作（右） 2.      鼓勵校內和任課班級的學生加入科展 鼓勵全校學生和任課班級學生參與「科展活動」，並且鼓勵成績優異者能主動對弱勢或成績落後者邀請加入科展的組別。筆者指導彰化縣科展19年，共獲特優47件進全國，優等147件，甲等60件，佳作133件，共獲獎379件作品。 二、  假日辦理親師生科展活動與邀請畢業學長返校協助科展經驗傳承 利用假日辦理「科展分享研習」，鼓勵家長們一同來聆聽，每年近300人次進入校園了解科展活動，引進家長資源和職業的經驗分享，讓歷屆科展學長姐持續回母校協助科展的成功經驗分享，也引導學弟妹們進行科展研究，促使科展主題內容探討更新穎和多元化。因家長和歷屆科展學長姐們假日返校的協助陪伴，也使實驗室的安全把關更加完善。 三、   科展結合理化課程與成立科展社團 […]

科學展覽指導經驗談：如何用「食物」帶領國小學童跨進科展領域 蕭妃茹 高雄市左營區舊城國小 pinkitty.tw@gmail.com   ■      前言 筆者擔任高雄市舊城國小自然科教師，透過實作、「食」作學科學方式，以食物適當延伸課程內容，讓孩子將課堂學習的科學知識，靈活有趣的應用在生活中。當孩子學過「廚房裡的科學」後，會指導孩子做雞蛋布丁，觀察糖的溶解及認識雞蛋的變性作用（圖1）：學過「認識酸鹼溶液」之後，帶學生運用酸鹼變色，動手調配出蝶豆花漸層飲料（圖2）；學過「食物的保存原理」就來做做泡菜與果醬，認識醃漬與滲透壓的簡單原理。當科學教育連結到有趣的食農教育，學生展現滿滿的學習動力，所以許多的科展主題都是從學生在食物製作的經驗中取得。 要進行食物製作的場地需要考慮到安全、衛生及動線，儘量不要在實驗室裡做可食用的食物，以免誤導學生把實驗做出東西與可吃的食物混淆了，造成學生誤食；所以一開始就是在教室裡，用課桌椅拼湊著用，用具也都是簡易型，有時需要麻煩學生自備器具與材料，雖然不方便，但看見孩子專注參與，我認為這樣的學習是無法用紙筆評量的（圖3）。俗話說「戲棚下站久就是你的」，這樣的堅持，在105學年至106學年出現了轉機，學校參與屏東大學的研究計畫，建置一間以「自造者廚房」為發想的「焙客創課基地」，主要宗旨是以食育教育為基石，創客教育為實踐，希望啟發學生生活科學新思維，孕育具有人文科技新素養的學生。此間創客基地有別於其他以新興科技為主的設備，設置一些日常生活常用的食品製造工具，讓學生由最原始的食材，學習組合與創作出記憶中的味道或是創新的食物（圖4）。有了這樣的硬體設備，學校教師透過參與食育教育教案設計及規劃校訂課程，讓本校學童在安全的環境下，認識食物的原貌，了解食物美味的科學原理。烘焙教室是一個享受學習的場所，在這裡，孩子們可以盡情發揮自己的創意和想像力，製作出屬於自己的美食作品。教師們希望透過烘焙課程，能夠培養孩子的興趣，同時也能夠啟發孩子們對化學的興趣與好奇心。                        圖1三年級雞蛋布丁DIY                                                              圖2五年級夢幻蝶豆花DIY       […]

科學展覽指導經驗談：由參與國中科展到協助指導國中科展之歷程心得分享 王昕芸 國立臺灣師範大學數學研究所研究生 wang.sinyun@gmail.com   n  前言 作者從國小到高中參加過多次科展，在一次次的參賽過程中，學會了進行科學探究、發現並解決問題，也熟練了文書處理和口語表達能力。進入師大數學系就讀後，我修習資優教育學程，開始學習如何指導學生製作科展。 在母校彰化市陽明國中蔡名峯老師的邀請之下，我回到國中協助學弟妹製作科展，並分享了自己當時參賽的心路歷程（圖1）。在這個過程中，我發現教育不只是知識的傳遞，更是將自己的心得經驗分享給學弟妹，引導他們發掘問題，培養他們尋找答案的能力。同時，這也是一個挑戰自己的機會，讓我更了解如何有效地引導學弟妹，提高他們的探究和創新精神。 圖１：收到蔡名峯老師（左3）邀請，與同學一起回母校協助指導科展 n  當年參與第53屆國中科展「音樂數學，數學音樂」的作品回顧 我對於科學探究很有興趣，很享受發現問題並解決問題的成就感，國中時在蔡名峯老師的鼓勵下，便與好友組隊共同進行研究。我們依照自己有興趣的主題「音樂與數學」，從大量的文獻中尋找相關資料，發現了音樂與數學的相關性，決定優先聚焦在「歌曲中的黃金比例」。 在整個研究過程中，我們花了不少時間討論歌曲分析的方法，例如：流行音樂與古典音樂的歌曲架構並不相同，計算黃金比例的段落定義也不太一樣。另外，我們在蒐集資料時，發現十二音列作曲法和數學的關係，但應用到部分高中數學的內容，所以也特別請教老師，協助我們理解。很幸運地，這件作品「音樂數學，數學音樂」榮獲了全國科展第53屆應用科學科第三名的佳績。 當時科展作品「音樂數學，數學音樂」透過數學的角度，剖析音樂中的奧妙規律，有以下幾個亮點。 第一，我們發現（請參照洪宇萱、王昕芸，2013）許多熱門歌曲的「第一段落總秒數」與「第一段落開始處至副歌結束處的總秒數」之比值，符合黃金比例。我們針對KKbox 2008至2011年度排行前10名的華語流行歌曲進行分析，發現大多數的曲子確實符合這樣的規律。特別地，我們觀察到，最接近黃金比例0.618的前10名中，前7順位皆為華語流行歌曲，後面則是校園民歌和西洋經典歌曲。     第二，我們嘗試觀察古典音樂是否有類似性質。由於古典音樂沒有「副歌」的概念，於是我們從小奏鳴曲的其中一個樂章，研究「呈示部」、「發展部」、「再現部」與總小節數的關係。最後，便驚喜地發現：「至再現部的小節數」與「第一樂章總小節數」的比值竟然也符合黃金比例！     第三，我們研究了「十二平均律」的等比關係，以及樂器所需調音頻率的關係。在其中，我們發現，新維也納樂派的十二音列作曲法竟然也與數學矩陣有所關聯。這個作曲法，必須先創作一個「音列原型」，包含一個八度內所需的12個半音，每個音恰出現一次。而我們從數學的角度思考，發現12*12的數獨正可以解決這個要求。另外，這個作曲法中，除了音列原型，還有逆行、倒影、倒影逆行，這些方法透過數學矩陣的角度，其實皆可以用矩陣變換的觀點詮釋。     第四，我們利用了以上發現的黃金比例奧秘，也創作了一首屬於我們自己的歌曲，發現在有著黃金比例的架構下，樂曲變得更加動聽。 對我來說，科展不僅是一個展示研究成果的舞台，更是一個提升自己各方面能力的機會。在科展的製作過程中，我學會了如何進行科學探究，也學會了如何表達研究成果，這些能力讓我在日後的學習中受益匪淺。總結而論，感性的音樂中，其實也存在著理性的數學元素。當我們結合了這樣的理性與感性，往往便能激盪出令人驚豔的生命樂章。 n  現在協助指導國中科展的經驗和成果分享 參與科展的身分從學生轉變為指導者，讓我能從不同角度體驗科學探究的過程，很開心能將自己所學，用於協助指導學弟妹的科展。 針對數學科的科展作品，我會請他們依照自己的研究主題查詢歷屆作品，協助他們在閱讀後簡單整理前人的研究內容及主要證明工具，再提供學弟妹修改方向。相較於理化、生物、應用科學等科別，數學科不用撰寫實驗流程，但需要寫清楚所有觀察、推理及證明的過程，我也會利用這個機會，讓他們知道如何撰寫嚴謹的數學推論。 針對其他科別的科展作品，我會提供一些作品架構與撰寫的建議，例如：研究過程、討論、結論部分是否有依照當初設定的研究目的條列式撰寫？每個實驗的控制變因、操縱變因、應變變因為何？是否有撰寫清楚？以及數據繪製的圖表的適用性（針對不同情況，使用長條圖、直方圖、折線圖或圓餅圖等不同圖表）。 在指導學生過程中，我注重與學生的互動，聆聽他們的意見和想法，並引導他們思考，使其成為獨立的研究者，我自己也從中獲得不少成就感（圖2）。 圖2：協助指導學弟妹科展，聆聽他們的意見和想法，並引導他們思考 n  指導國中化學科（或理化科）科展實例分享 我曾協助指導學弟妹科展作品《手助健康》，該組的目標是研發一款既能消毒又可以保養手部的產品。在研究過程中，首先進行了大量的文獻探討，瞭解前人做過哪些相關研究。在設計實驗時，我會提醒學生要注意控制變因、操作變因、應變變因等關鍵因素，同時選定合適的實驗器材與材料，此外，也特別選擇適當的場地，以確保實驗的再現性。 在本研究中，該組利用酒精比重計，檢測酒浸液的酒精濃度；用pH計檢測酒浸液與膠質原液的酸鹼值；用肌膚測試儀，檢測敷手後皮膚白皙度、含水度、彈性。透過這項研究，學生不僅能掌握實驗設計技巧，同時也學會如何運用科學知識和技能，解決實際的問題。 該組最後利用酒浸液與膠質混合液的方法，成功地開發出了一種含有 75%酒精濃度的乾洗手液。這個作品也在今年（第63屆）的彰化縣科展競賽中，得到評審肯定，榮獲生活與應用科學科第一名，成功晉級全國賽。 n  結語 從10年前全國科展獲獎到現在能夠協助指導，不僅能夠幫助學弟妹培養科學探究的能力和創新精神，同時也是對自己教學能力的一種挑戰。在這個過程中，我更像是學生並肩作戰的夥伴，他們在努力的同時，我也在學習。獲得滿滿成就感之外，也讓我更加熱愛我的教育事業。我相信，在未來的日子裡，我將繼續致力於科學教育的推廣和發展。 n  參考文獻 洪宇萱、王昕芸（2013）。音樂數學，數學音樂。中華民國第53屆中小學科學展覽會國中組生活與應用科學科參展作品(第三名)。