臺灣化學教育
Chemistry Education in TaiwanBlog Archives
《臺灣化學教育》第五十四期目錄 2023年12月
Saturday , 30, December 2023 第五十四期/2023年12月 Comments Off on 《臺灣化學教育》第五十四期目錄 2023年12月《臺灣化學教育》第五十四期（2023年12月） 目錄 n 主編的話 u 第五十四期主編的話／邱美虹〔HTML｜PDF〕 n 本期專題【專題編輯／趙奕姼】 u 系統思考在化學教育上的應用／趙奕姼〔HTML｜PDF〕 u 系統思考在化學教育上的挑戰與契機：「見樹又見林」取向的化學教育／邱美虹〔HTML｜PDF〕 u 系統思考在化學教育上的應用：利用系統思考建立物理化學知識架構之探討／鄭原忠〔HTML｜PDF〕 u 系統思考在化學教育上的應用：借鏡新加坡經驗促進化學高等教育變革／Fun Man Fung (馮寬文)、劉沂欣〔HTML｜PDF〕 u 系統思考在化學教育上的應用：永續化學教學策略導入系統思考之實務經驗／周芳妃〔HTML｜PDF〕 u 系統思考在化學教育上的應用：導入系統思考的普化課提高美洲原住民學生學習意願／汪俊宏〔HTML｜PDF〕 n 新知報導／國內外化學教育交流【專欄編輯／鐘建坪】 u 《禁止化學武器公約》加入高中化學課程內容之倡議 ∕ 周金城〔HTML｜PDF〕 u 啟發與交流：参加第九屆亞洲化學教育國際研討會的收穫 ∕ 連經憶〔HTML｜PDF〕 u 9thNICE-愛上砂勞越的多變與驚奇 ／ 廖旭茂〔HTML｜PDF〕 u 高中教師參加第九屆亞洲化學教育會議 （9th NICE）的經過及省思 ∕ 劉曉倩、蔡孟祐〔HTML｜PDF〕 u 參與國際研討會擴展國際視野 —新式化學週期表桌遊分享 ／鐘建坪、鐘君瑋〔HTML｜PDF〕 n 課程教材／化學小故事【專欄編輯／楊水平】 u 威廉·普勞特的經典論文： 關於氣態物質比重與其原子重量之間的關係 ／ 游文綺、胡景瀚〔HTML｜PDF〕 n […]
第五十四期 主編的話 邱美虹 國立臺灣師範大學科學教育研究所名譽教授 國際純化學暨應用化學聯合會（IUPAC）執行委員會常務委員 國際理事會(International Science Council)治理委員會委員及Fellow 中國化學會（臺灣）教育委員會主任委員 美國國家科學教學研究學會（NARST）前理事長 mhchiu@gapps.ntnu.edu.tw 聯合國堆動的「基礎科學促進永續發展國際年」(International Year of Basic Sciences for Sustainable Development, 簡稱IYBSSD)於2022年七月開始到2023年12月15日於瑞士日內瓦的CERN舉行閉幕式(https://www.iybssd2022.org/en/home/)，並宣稱下一個十年是國際永續十年。此次國際年受到疫情影響，故與其他國際年不同，未由年頭到年尾以一年計。臺灣自2022年七月開始辦理各項響應活動，並於同年八月在勵進號上由蔡英文總統正式宣布啟動臺灣系列慶祝活動後，在全國各地展開各種類型的推廣活動，總數超過300多場，觸及百萬餘人(尤其是彩繪捷運和輕軌車廂)。部分相關活動曾在本期刊其他專刊中發表過，在此不贅述。 倒是自8月以來到12月，在短短五個月之間，IYBSSD計畫總辦共辦理六場活動，先於九月和十月之間辦理北中南三區的三分鐘英文短講科學創新教師工作坊，主要是因應政府未來將推動雙語教學政策，教師對於如何以雙語進行教學或是如何指導學生以英語進行口頭報告都在摸索當中而規劃與執行。本人設計此活動其目的是藉由科學創新英語短講師資培訓工作坊，引導教師培養學生將科學創新想法或科學研究的成品(如探究與實作的專題)以去蕪存菁、言之有物的方式將重點呈現出來，並透過英文以系統化的方式表達出其創新點子與做法以達到有效溝通與表達的目標，並希望透過有方向的教學可以鼓勵學生在探究與永續議題上能在活動過程中展現五力一心，即創新力、敘事力、溝通力、想像力、行動力和自信心，並為未來與國際化接軌做準備。由於這三場工作坊的活動內容不僅介紹英文演講技巧與科學論文投影片製作的精簡要則外，還包括現場實作，將科展獲獎作品改寫成三分鐘報告的素材，並親自體驗英文報告的經驗，以作為返校後輔導學生的基礎。 這三次參與教師工作坊的教師們給我們許多正面的鼓勵與回饋，讓我們覺得這是一個有意義的活動，也為12月舉辦的學生英文短講競賽作好準備。首次辦理這樣的活動，無前例可循，團隊成員卯足全力宣傳，最終有119隊報名參加，指導老師154位，243位同學報名參加，在短短五個月的準備時間有此成績，我們工作團隊都感到相當欣慰。當天的總決賽，國中生不讓高中生專美於前，各個能言善道，頗有大將之風，不論是個人組或是團體組都表現超乎預期。原來擔心的英文能力已不再是參賽學生的罩門。而報告的主題也從鎂空氣電池、碳循環抗菌材料、染料產生電能、胜肽抗菌、到海洋酸化等等永續議題，顯見學生關心的科學探究已不在侷限於課室中的學習，而是與社會性科學議題相關，經此打開視野並重視永續的時代意義。我們提供英文公開發表的機會，培養他們在國際交流中的競爭力，學生的表現讓我們眼睛為之一亮，對未來與下一代充滿期待。 除上述四項活動外，另外兩項活動亦與英文有關，12月初IYBSSD@Taiwan計畫總辦與美國在台協會合作(American Institute in Taiwan, 簡稱AIT)在台中和高雄分別各辦理一場全英文的台美永續與人工智慧論壇，參加的學校合計12所約550名高中師生出席，除主題圍繞在環境與生態永續和循環經濟與物質在利用外，還有新興科技的人工智慧議題，講師來自學界和業界皆以英文演講，而學生也以英文提問，討論意外的非常熱烈，不論是全球暖化、廢棄物再利用、新興科技發展、無人電動車或是生成式人工智慧等主題，都吸引年輕學生的好奇心與關注力，而回饋的意見也充分表達促進永續與認識新興科技是身為地球人不容忽視的課題。這一系列臺灣響應IYBSSD的活動在12月落幕，希望這一年多來的各種活動為學生和社會大眾留下一些種子(扎根科學)，且維持持續關心並賦予行動的積極態度讓臺灣能永續發展(永續臺灣)。 最後，本期專刊的主題為「系統思考在化學教育上的應用」，特邀中央研究院化學所趙奕姼兼任研究員擔任客座主編，旨在不同教育階段的學生應發展系統思考的能力以面對複雜與不穩定的世界，該專刊文章有邱美虹對系統思考的定義與教學現場的課程實施介紹；鄭原忠利用系統思考的框架將二氧化碳系統與熱力學知識進行連結，以建立物理化學知識架構。馮寬文與劉沂欣討論如何創造以系統思考為主的學習環境，以建立有效的學習社群，提升高等教育的品質；周芳妃則運用網路既有資料設計課程並分享學生學習心得；最後一篇則是汪俊宏分享在系統思考專業成長與實踐上的心得。國內雖然在系統思考方面的教學與研究起步較晚，但若能透過改變教學方法並提升學習興趣，此舉永遠不嫌晚。 常態性文章則有七月出席第九屆亞洲化學教育研討會(International Conference on the Network for the Inter-Asian Chemistry Educators, 9th NICE)的教授和中學教師進行分享，作者群包括周金城、連經憶、廖旭茂、劉曉倩、蔡孟佑和鐘建坪，各篇文章中針對出席在馬來西亞古晉市舉辦的會議心得與見聞提出一己之看見，下一屆的NICE將於日本山形大學舉辦，歡迎舊雨新知共同前往參與並進行交流；游文綺與胡景瀚以經典文獻評介氣態物質比重與其原子重量之間的關係，系統性介紹的內容，對化學始有興趣的讀者必定受益良多。最後是廖旭茂、施上芸、李忻慈與陳冠愷對BR振盪反應的數據處理與詮釋加以討論，可作為探究與實作課程或是多元選修課程的素材。
系統思考在化學教育上的應用 / 趙奕姼
Wednesday , 13, December 2023 本期專題, 第五十四期/2023年12月 Comments Off on 系統思考在化學教育上的應用 / 趙奕姼系統思考在化學教育上的應用 趙奕姼 中央研究院化學所（兼任研究員） chao@gate.sinica.edu.tw n 前言 大家自小都聽過「食物鏈」這個名詞，知道大自然是一個環環相扣的綿密網絡，但是知道複雜系統網絡的存在，不等同具備能夠沙盤推演其動態發展的分析/整合能力。因著絕大部分的人沒有這樣的推演能力，近代人類無意識地放任食物鏈與生物多樣性的崩壞，直到人類本身的生活受到威脅。目前人類有諸多全球性的危機需要處理，從氣候變遷問題的紓解到社會政治體系的運作，無一不受制於人民普遍缺乏看見全局以及沙盤推演的能力。另一方面，被寄予厚望創造人類美好生活的科技發展，常常伴隨著「新的解方帶來棘手問題」的困境，表示科學家或是工程師，不能置外於大自然或是人文社會體系，僅思考局部的科學問題、而不看到更大的面向。我們需要慎思明辨、有分析整合能力、看到全局的國民素養。「系統思考（Systems Thinking）」著重於分析系統成份、成份間的相互動態，並整合性地瞭解系統功能，或是系統與系統間的連動，正是建立此種素養的工具，可以消除專業分工下盛行的「見樹不見林」或是「頭痛醫頭、腳痛醫腳」的沈痾，讓人類可以更好地迎向各類挑戰。 在組織改造的書籍以及108課綱中，都可以看到系統思考的身影。事實上，在化學教育上系統思考更是重要的一環，因為在聯合國17項發展目標（Sustainable Development Goals）或是9大地球限度（Planetary Boundaries）點出的許多複雜系統中，化學都扮演了關鍵的角色。近年來備受重視的綠色/永續化學，或是產品生命週期分析，本質上都屬於系統思考的範疇。2015、2016年四位跨國的學者在期刊Nature Chemistry以「The Role of Chemistry in Inventing a Sustainable Future」以及「One-World Chemistry and Systems Thinking」為題，疾呼化學和系統思考在永續方面的重要性（Matlin et al., 2015; Matlin et al., 2016）。2017年開始，來自各方的學界志工們在IUPAC推出計畫，展開將系統思考融入化學教育的努力，並於2019年12月在期刊Journal of Chemical Education發表專刊「Reimagining Chemistry Education: Systems Thinking, and Green and Sustainable Chemistry」（Mahaffy et al., 2019）。當2021年化學會希望將系統思考推廣至臺灣化學界時，因化學會教育委員會主委邱美虹教授長期在IUPAC付出，化學會有幸邀請到IUPAC計畫主持人Peter Mahaffy教授以及他的合作夥伴Seamus Delaney博士於2022年1月15日以及2月12日在線上主持「以系統思考串起化學教育與永續議題」工作坊，與會者皆受惠良多，本次撰寫專題文章的幾位臺灣教師，都是該工作坊的學員。老師們在百忙之中對於本次專題文章用心付出，他們閱讀的文獻與提供的內容，皆超越了工作坊的範疇，做了不同的應用，或是更深入抑或更廣泛的探討，令人十分感佩！ n 本期專題文章簡介 邱美虹教授在本期第一篇文章「系統思考在化學教育上的挑戰與契機」中，對於系統思考的歷史、定義、內容做了簡短並適合化學領域的入門介紹，並揭示目前教育現場以及地球環境的現狀與挑戰。此篇藉著許多國內外實例來說明這些挑戰可以帶來的契機與多面向的影響力，例如提升師生的素養、促進跨領域學習，以及提高對於永續發展的使命感等。這些實例相信可以引發教師們設計與分享更多的課程。 […]
系統思考在化學教育上的挑戰與契機：「見樹又見林」取向的化學教育 / 邱美虹
Tuesday , 12, December 2023 本期專題, 第五十四期/2023年12月 Comments Off on 系統思考在化學教育上的挑戰與契機：「見樹又見林」取向的化學教育 / 邱美虹系統思考在化學教育上的挑戰與契機：「見樹又見林」取向的化學教育 邱美虹 國立臺灣師範大學(名譽教授) mhchiu@gapps.ntnu.edu.tw n 前言 烏卡（VUCA）時代的來臨，使得全球、地區、國家、社會以至於到個人都必須要正視VUCA帶來的意義與衝擊，而何謂VUCA呢？所謂VUCA是Volatility（易變性）、Uncertainty（不確定性）、Complexity（複雜性）、Ambiguity（模糊性）的縮寫，早期是軍事上用語，如今面對各種變化瞬息的極端氣候、糧食短缺、健康與醫療等問題，正與VUCA的觀點不謀而合，充滿未知與不穩定性。根據2023年世界經濟論壇（World Economic Forum, 2023）對來自全世界27個業界團體和45個經濟體的803個公司所做的調查顯示，未來就業需要的人才分析和創造力分別排名第一和第二，而與永續和環境相關的工作在100個快速成長的職業中排名第七，這些變化的訊息在教育上如何透過不同的思考、策略與作法，而讓下一代能具備應有的能力與態度來面對VUCA時代的到來，是本文作者擬透過對系統思考的討論提出一點建議。 n 系統思考 系統思考（Systems thinking）並不是一個新概念，在企業界早已使用這樣的概念對組織進行強化與改造（如Senge, 1990），但是在化學教育上受到積極的推動與重視，可能是約近10年的事（如Holme, 2020; Matlin et al., 2016; Mahaffy et al., 2018）。2019年美國化學會的化學教育（Journal of Chemical Education）期刊，還以系統思考為專刊主題刊登相關論文，積極推動系統思考在化學教育上的應用，以彰顯其未來影響化學教學與學習的潛力。 何謂系統思考呢？不同學者對系統思考有不同的定義，最早被記載系統思考一詞的是物理學家Philipp Frank在1938年出版的一本名為「Interpretations and Misinterpretations of Modern Physics」書中使用的（Cabrera, 2021），在書中Frank認為整體論（holism）、系統思考或是完形概念（gestalt conception）都是模擬兩可的，但物理學卻受到系統思考和系統理論影響甚鉅。不過Cabrera特別指出，雖然Frank這位物理學家提出系統思考一詞，但並不意味他是第一位深入討論系統思考的學者，且Cabrera對Google記載「系統思考」由該領域大師Jay Forrester所命名的陳述頗不以為然。姑且不論誰先提出系統思考一詞，根據文獻顯示，系統思考有多種定義，譬如Meadows（2008）認為系統思考包含三個要素，分別是目的（或功能/目標）、系統思考的特徵要素，以及特徵間的相互關係。Jaradat等人（2014, 2015）分析超過1000篇與系統有關的文獻後指出，所有複雜系統，不論是自然系統或是人造系統，在不同程度上皆表現出七種屬性：關聯性（interconnectivity）、整合性（integration）、演化的發展（evolutionary development）、突現（emergence）、複雜性（complexity）、不確定性（uncertainty）和模糊性（ambiguity）。Chiu等人（2019）則提出系統思考包含（1）系統結構、（2）複雜行為、（3）不同尺度的系統、和（4）將化學與社會和科技結合。國際純粹暨應用化學聯合會（International Union of Pure and Applied Chemistry, IUPAC）的系統思考專案（計畫名稱：Systems Thinking in Chemistry for Sustainability：Toward 2030 and Beyond（STCE […]
系統思考在化學教育上的應用：借鏡新加坡經驗促進化學高等教育變革／ Fun Man Fung (馮寬文)、劉沂欣
Monday , 11, December 2023 本期專題, 第五十四期/2023年12月 Comments Off on 系統思考在化學教育上的應用：借鏡新加坡經驗促進化學高等教育變革／ Fun Man Fung (馮寬文)、劉沂欣系統思考在化學教育上的應用：借鏡新加坡經驗促進化學高等教育變革 Fun Man Fung (馮寬文)1、劉沂欣2 1新加坡國立大學化學系、2國立臺灣師範大學化學系1 fun.man@u.nus.edu, 2yliu@ntnu.edu.tw n 前言 化學是研究物質世界相互碰撞、反應、變化與創造的科學，與人類生活及環境息息相關 。從19世紀對元素的探索、20世紀提出分子的合成，及當前光對物質的相互作用研究，從系統性宏觀的視野來看，化學是螺旋式發展同時跨越與連結眾多領域，以解決人類生活所面臨的問題，故常被視為中心科學。然而，中心科學重視「存在」而不是「佔據」，強調「功能性」而非只限於「組成性」，亦是當前化學教育欲核心發展的重要方向。其中，系統系思考（Systems Thinking，ST）對於從事化學、生物化學和分子生物學的教育人員尤其具重要意涵。系統系思考串聯學生對化學片斷式的理解，透過以全面性思考的邏輯來增強化學原理及概念的融通，分析與物理、生醫、工程和社會科學（例如法律、社會、行為、經濟及政治）各學科間的關聯，佐以實踐來貫穿應用層面的中心地位。 有鑑於此，大學化學科的教學方法迫切需要轉變，透過具有系統性、批判性思考的教學模式，引導學生解決目前在學習上面臨的挑戰。以大一學生至關重要的「普通化學」課程為例，即曾被批評以雜亂無章地講述一系列「彼此不相關的主題」（Cooper, 2010）。單就學習內容而言，普通化學中各學門的基礎理論在內容及思維方式平行且獨立，導致以切割概念的主題方式做為教學大綱，又大部分內容與高中課程關聯性弱，迫使原先基礎能力落後的學生銜接不易進而造成學習成就落後，更可能因為學習孤獨感造成「大學經歷」不佳而無法與同儕溝通及合作。有鑑於未來學術界和工業界人材培育，唯有緊密結合化學教育、研究及實踐三要素，使學生理解化學並促進與其他跨領域學科（例如:地球物理、生態和人類）的相互融通，培養思考能力和工作技能，繼能面對未來人類與環境發展益漸複雜的永續議題． 化學做為科學的中心學科（Brown & Eugene, 1977），本應以實踐「科學哲學（Philosophy of Science）」的概念來促進對不同學科的接納及包容態度。以新加坡為例，1991 年成立國家科學技術委員會（NSTB）之時，同時啟動每五年為一期的國家技術計畫，即以科學、工程和技術共同推動經濟及企業轉型為首要任務。2025的計畫中特別強調研究、創新和企業（Research Innovation Enterprise，RIE）的結合，以此改善人民生活並滿足世界永續之需求。2023年10 月筆者（作者二）邀請新加坡國立大學（NUS）化學系學者（作者一）來台訪問，並分享課程設計及各式教學研究的實施案例，有鑑於學習社群和系統思考對學生自主學習之重要性，本文撰寫之初衷欲分享新加坡以學生學習為主的教學模式，並透過永續發展和環境等議題導入系統性思考來輔助學生看到問題全貌，促進學生對事實、證據、觀察結果和論證分析的判斷，同時獲取正確知識與價值觀。本文將回顧部分教育的理論、趨勢及作法，並引用相關學習行為的理論做為參考。 n 學習社群:人和人的互動 有鑑於 COVID-19 大流行，世界各地的許多機構和大學在課堂上採取了社交安全隔離措施，迫使學校和大學進行居家學習及課程數位化。但隨著社交距離逐漸解除、全球各校恢復實體課程的同時，部分課程仍保留實體加遠距教學之混合教學形式。教育數位化的確為教學的普及性及靈活性帶來巨大好處，然而學生與教師以及學生與學生互動降低，造成學生提問變少、反饋時間拉長、教師無法了解學生的「非語言暗示」及學生同儕間缺乏互動的機會 (Pang et al., 2023)，都成為教學數位化面臨無法避免的挑戰之一。Yemen-Karpuzcu 等學者將學生間互動描述為「學習過程中重要的需求」，因為它提供個體的想法表達、揭示彼此的理解和學習想法的反思機會。如同話語社群（Discourse Community）中擁有共同價值觀所組成的一群人，以特定交流語言可以讓同儕真誠地分享想法並提高學生的成績，避免遠距課程中因喪失互動可能阻礙學習的可能性。 一、學習心理安全 學生學習社群（Learning Community）是課程學習的重要前提，因為它很大程度上影響著學習者的動機。根據 Garrison的探究社群（Community of Inquiry，CoI）框架（見圖 1）（Garrison et al., 1999），「探究社群」是連結學生和教師互動、共同參與促進批判性思考和深度學習的社群 (Fung & Kim, 2023) ，並透過發展個人學習認知、社交和教學的共同存在所形成的學習經驗。透過文獻及調查結果均表明，在與同儕討論之後，學生回答正確的百分比及對答案的信心幾乎都是增加（Smith et al., 2009）。而學生選擇不積極參加課堂討論，其主要原因是擔心「受到同儕的評判」。 研究人員普遍認同（Yep […]
系統思考在化學教育上的應用：利用系統思考建立物理化學知識架構之探討 ／鄭原忠
Monday , 11, December 2023 本期專題, 第五十四期/2023年12月 Comments Off on 系統思考在化學教育上的應用：利用系統思考建立物理化學知識架構之探討 ／鄭原忠系統思考在化學教育上的應用：利用系統思考建立物理化學知識架構之探討 鄭原忠 國立臺灣大學化學系 yuanchung@ntu.edu.tw n 前言 近年來系統思考的架構在科學、技術、工程和數學（STEM）教育上受到廣泛的關注，研究發現，系統思考的方法已經非常普遍的融入在工程、生物、地球科學等相關領域的教育現場之中(York et al., 2019)。實證研究發現，在STEM教育中，系統思考架構的導入能夠加深學習者對課程內容的理解、增強課程內容間的連結、提供學習者用真實世界問題實踐學習成果的機會、讓學習者在實驗中更全面的考慮外在的變因、以及加強學習者跨領域的思考與實作能力(Assaraf & Orion, 2005; Jacobson, 2001; Kordova et al., 2018; Mathews & Jones, 2008; Richmond, 1993; Sabelli, 2006)。這些特質顯示系統思考的訓練對學習者解決複雜社會真實問題的能力養成扮演著關鍵的角色，也因此系統思考在近年來已廣泛被納入各國的課程標準或能力評量架構之中。 系統思考雖然在STEM教育受到重視，不過，到目前為止系統思考架構在化學教育中的引進大多侷限在綠色與永續化學的相關領域，這個理由顯而易見，因為綠色與永續化學的本質就涉及跨領域的思考，並需要考慮諸多系統的邊界條件以及複雜的交互作用，使得系統思考成為一項必要的認知工具(MacDonald et al., 2022; Mahaffy et al., 2021; Mahaffy et al., 2019)。系統思考的引進代表學習者在學習知識的同時必須要能夠對相關的社會、環境系統作批判性的思考，例如在學習一個合成化學反應時，要能夠想到反應的起始物和產物與社會需求的關係、它們的製作與廢棄物處理對環境的影響如何、以及是否有其他對環境更為友善的合成方式等等(Constable et al., 2019)。Pazicni 與 Flynn 的分析指出，利用系統思考作為學習架構能夠幫助學習者建立更好的洞察力(Pazicni & Flynn, 2019)，也因為聚焦在系統功能以及動態關係的原因，能夠做到更有效的有意義的學習（meaningful learning）(Bretz, 2001; Novak, 2002)。 目前在化學領域的教學現場並未普遍的導入系統思考的訓練(Chiu et […]
系統思考在化學教育上的應用：永續化學教學策略導入系統思考之實務經驗 ／周芳妃
Sunday , 10, December 2023 國內外化學教育交流, 本期專題, 第五十四期/2023年12月 Comments Off on 系統思考在化學教育上的應用：永續化學教學策略導入系統思考之實務經驗 ／周芳妃系統思考在化學教育上的應用：永續化學教學策略導入系統思考之實務經驗 周芳妃 臺北市立第一女子高級中學 ffchou@gapps.fg.tp.edu.tw n 前言 系統思考（Systems Thinking）是一種分析和解決問題的方法，它關注整體系統、相互關聯和相互影響的因素。將系統思考應用於永續／綠色化學（sustainable chemistry／green chemistry）之教學策略中，可以增進學生理解所學之化學知識與氣候變遷、生物多樣性、水資源維護、土壤保護、人類健康福祉等永續發展目標之間的關聯，也可培養學生綜合思考、批判性思維、主動學習和解決問題的能力。本篇文章介紹目前高中課綱規範的課程中，如何在高中化學課程中，發展永續化學教學策略並導入系統思考，也說明如何利用專業且學術性的免費網頁：「Connect Chemistry to Sustainability」安排成學生的學期報告，引導學生閱讀英文網站，探索互動式工具、進行科學翻譯，達成閱讀與理解。本文最後分享數篇學生的學習心得，並分析永續化學教學策略導入系統思考的優點。 n 淺談近年化學教學策略的發展 從近年化學教學策略的發展來看，研究指出提供學生符合概念發展的學習次序及內容，可避免學生發展成不正確的概念。例如在初期先建立學生完整的微觀粒子概念，可利於學生瞭解後續氣體粒子的隨機運動、氣壓大小及分子數量的關係（邱美虹等，2013）。近期化學教學策略與教科書編輯重視所謂化學概念三個層次之間的連接，有研究識別2010至2020年的75篇論文關於化學概念三個層次的使用術語，最被廣泛使用且占比為50.67%的說法為：巨觀層次（Macroscopic Level）、次微觀層次（Submicroscopic Level）和符號層次（Symbolic Level）（Luviani et al., 2021）。 一、化學概念三個層次的教學策略 （一）巨觀層次的教學策略 教師提供肉眼可辨識、或影片、或生活經驗等的化學現象的觀察和測量。例如讓學生透過實驗觀察和測量來觀察化學現象並加以數據分析和解釋，以幫助學生建立對化學性質、反應速率、平衡等巨觀現象的理解。 （二）微觀層次的教學策略 次微觀（Submicroscopic）與微觀（Microscopic）的想法在教學上的意義相似，其差異在於次微觀與微觀是物質尺度的不同。但在目前我國中學化學課程中常以微觀稱之。策略上，教師在教學中引入分子模型、模擬軟體和動畫等教學工具等，來幫助學生理解物質結構、化學反應機制、分子運動和物質變化的微觀機制，提升學生學習理解分子之間的相互作用、反應機制和能量變化等。 （三）符號層次的教學策略 教師使用專有符號和表示法來解釋化學概念，例如化學方程式、分子結構、化學式等，來幫助學生進行化學符號的閱讀、寫作和解讀，以幫助學生熟悉化學的專業語言，也能使用符號來表示化學變化和反應。 二、化學教學策略的新增概念：永續／綠色化學 聯合國2015年頒布17項永續發展目標之後，化學教學策略也順應導入新的思維，以設計促進健康福祉、環境保護、落實永續發展目標的教材教法。依據上述需求，現行108課綱的高中化學學習內容也新增了永續／綠色化學融入各章節的設計。永續／綠色化學是強調減少對環境影響和資源可持續利用的化學原則和具體實踐方法，高中化學課程教材教法設計可涵蓋以下內容：強調環境意識與循環經濟概念、重視可永續的化學應用、探索綠色化學12原則、研發與推廣綠色實驗和可再生能源等。化學教學策略可從舖陳化學概念三個層次擴增到四個層次之間的連接：巨觀、微觀、符號表徵與永續／綠色化學。（見圖1） 圖1：化學教學策略四個層次範例：巨觀、微觀、符號與永續／綠色化學 n 系統思考的資源範例：永續／綠色化學與高中化學的連結 欲將永續／綠色化學的廣泛議題與高中化學的基礎課程形成連結，對教師而言，課程設計的挑戰性不低。為了幫助學生在環境影響議題上的學習能「言之有物」，在此介紹一項導入系統思考的網站教學資源，也介紹設計作為學期作業教學策略。 一、網站教學資源 此處介紹網站教學資源是由加拿大「國王科學視覺化中心」（The King’s Centre for Visualization in Science，KCVS）單位所開發，和IUPAC永續發展化學系統思考(STCS-2030+)計畫工作小組於 2022年 7月 8日發布，以配合基礎科學促進永續發展國際年（International Year of […]
系統思考在化學教育上的應用：導入系統思考的普化課提高美洲原住民學生學習意願 ／汪俊宏
Saturday , 9, December 2023 國內外化學教育交流, 本期專題, 第五十四期/2023年12月 Comments Off on 系統思考在化學教育上的應用：導入系統思考的普化課提高美洲原住民學生學習意願 ／汪俊宏系統思考在化學教育上的應用：導入系統思考的普化課提高美洲原住民學生學習意願 汪俊宏 Department of Science, Northland Pioneer College, Little Colorado Campus, Winslow, AZ, 86047 chun-hung.wang@npc.edu n 前言1 美洲原住民在美國教育體制屬弱勢，偏鄉地區的高等教育實屬不易推動之任務，許多原住民學生無法在六年內完成美國二年制大學學院便離開學校，即使留在原校轉系的學生也常常選擇放棄理工相關領域的路線而轉至其他領域。將系統思考導入到普通化學課已有許多院校實施，此不僅提高學習意願，也讓學習更有效率，在僅有少數學生主修化學的前提下讓較多學生不畏懼修化學課。將美洲原住民部落納瓦霍（Navajo）與霍皮（Hopi）部落的文化導入到普化課中也提高學生學習興致，將學生自身文化與化學做結合，在基礎科學課程中引起了極為顯著的影響。 n 什麼是系統思考？ 系統思考背景 大一基礎課程的學習目的是提供學生大的框架，從中尋找出自己可能有興趣的課題，藉而延續類似的課題而逐步刻畫出職業生涯的藍圖。普化課程的安排是從第一章的「什麼是化學」開始，然後一步步從原子、分子、離子架構，化學反應，化學鍵，氣態、液態、固態、溶液，熱力學，化學動力學、化學平衡等等。但在學習過程中往往產生一些疑問：學習這些內容要如何跟日常生活與未來職涯發展找到相關性。地球限度（planetary boundary）的概念（Rockström, 2009）最早由Johan Rockström等人於2009年提出，加拿大埃德蒙頓國王大學的Peter Mahaffy團隊製作的地球限度（planetary boundary）（KCVS, n.d.）網頁，讓學生更容易地了解地球限度，裡面從許多人類的重大議題：氣候變遷、海洋酸化、乾淨水源等等衍生出更多議題，這過程中引導出我們需要知道的基本概念，例如想要研究氣候變遷議題，就必須對能量守恆定律（熱力學第一定律）、分子結構與鍵結、氣態化學與化學平衡有基本了解，然後再衍伸出水的高比熱對於調節地表水溫度的重要角色。從小觀點一步步延伸至大觀點，可以幫助學生找到自己的興趣，也可以避免學生因為學習眾多普化觀念卻不知道該如何延伸至其他議題。 n 納瓦霍與霍皮文化 與美洲原住民的生活環境息息相關 歷史上納瓦霍與霍皮原住民部落主要位於猶他州、亞利桑那州與新墨西哥州，我所任教的學校所在位置包含納瓦霍郡與阿帕契郡，有部分校區在原住民部落：納瓦霍、霍皮與阿帕契，我負責教學的區域包含了納瓦霍與霍皮，這兩個部落所在位置在歷史上飽受空氣與水污染的影響，急需要理工相關背景的學生在畢業後回到原部落改善當地生活，而原住民的文化也鼓勵部落族人回到故鄉服務。在這樣的前提下，使用地球限度的概念告訴學生這個世界所面臨的問題，然後引導學生思考他們祖先世世代代生活的土地面臨了一些自然資源耗竭以及環境污染的問題，在Mahaffy等人設計的網頁中可以提醒學生氣候變遷、乾淨水源等問題可能已經在部落耆老口中聽到許多，在許多年前的部落沒有空氣與水污染的問題，現在卻浮現越來越多類似問題（Armao, 2023），當中牽連了許多歷史因素，導致目前的居民必須面對這些問題。系統思考可以引領學生思考更深層面的問題，例如乾淨水源需要學生了解酸鹼化學與分子結構與鍵結，學生會更想了解pH值與分子間作用力（例如極化作用與氫鍵）的概念，而這些概念在普化課程中皆有提到。 我在開學第一週並不是開始從普化第一章開始講起，而是用故事串連起所有的章節，引導學生思考為什麼他們需要學習普化，我從他們的日常生活環境開始引導，例如：（一）這個地區的水源來自科羅拉多河（Colorado River）以及其分支小科羅拉多河（Little Colorado River），然而這個區域的水質偏硬，因為水中碳酸鈣CaCO3的含量過高，所以在煮開水時水壺底部總是一層白色物質。（二）原住民部落耆老會使用各種藥材來治療疾病，而這些藥材只生長在特定區域，若是在保護區內，往往很少有機會能夠在藥理上有所研究，這與歷史上原住民不喜歡歐洲移民來到他們生長環境做研究有關，也因為這樣，研究相關藥物的責任便落在部落有受高等教育的年輕人身上。（三）在亞利桑那州溫斯洛（Winslow）地區附近有座火力發電廠Cholla Power Plant將在近兩年內關閉（Decenti, 2022），關閉之後面對的問題則是尋找新的電力來源，雖然說亞歷桑那有大片沙漠，理論上適合發展太陽能電力，但這樣的來源是否能穩定供應當地呢？（四）另外引導學生思考的則是地質上的問題，世界知名的大峽谷國家公園距離我任教學校僅兩個小時車程，但我們對於這座國家公園還有很多不了解的地方，研究地質化學是否能夠尋找到與大自然和平相處的方法呢？藉由引導學生思考這些問題，然後連結到化學相關領域，讓學生提高修習普化的動機，知道學習這些普化基本概念對未來可能有什麼幫助。普化教材是基礎中的基礎，如果能一開始就讓學生發現這個章節彼此的關聯性，可以提高學生留在STEM領域中繼續往上學習。 如果學生通過普化上且持續堅持修到普化下學期末，我要求學生做簡短的十分鐘口頭報告，讓學生決定他們自己感到有興趣的化學相關題目，我也鼓勵他們選擇與他們生活息息相關的題目。例如有位較年長的學生便報告他年輕時在原住民保護區內的火力發電廠工作發現的水污染與空氣污染的嚴重問題，剛好就連結到學期剛開始的地球限度議題。另外有學生報告在原住民保護區的牲畜偶爾會得到一些罕見疾病，而這些疾病只發生在原住民保護區的牲畜身上，所以相關的研究與治療方法非常稀缺，於是我便鼓勵學生繼續學習，未來朝向學生設定的生物工程領域前進。另外也有學生提到與原住民文化息息相關的可食用的仙人掌皮約特（peyote）（Horgan, 2017），此仙人掌含皮約特生物鹼，傳統上只有在部落中德高望重的人士可以在祭典中使用皮約特仙人掌與祖靈溝通，在聆聽完學生報告後得知此皮約特生物鹼與神經傳導物質高度相關，於是我便鼓勵學生繼續往此方向前進，持續在大二修有機化學，未來朝向藥物化學領域獲得更多相關知識。 表1與表2為近三年我開始在北疆先鋒學院教課的統計數據，包含出席率與平均成績。從平均成績的角度來看，並不容易看出導入系統思考前後的差異，因為學生成績計算方式有多方考量，且基礎化學的平均成績明顯低於普通化學。但從出席率來看，系統思考確實提高學生的上課意願，且從普化下學期末學生的課程反饋與口頭告知，70%學生確實明顯提出因為系統思考的緣故，學生更能確定自己未來想走的方向。 表1 基礎化學近三年出席率與平均成績。此課程主要以未來志在從事護理人員為主的基礎課程，僅傳授一個學期，許多學生在高中之前從未修習任何化學課程。我的第一年任教（2020秋季與2021春季）為新冠疫情嚴峻期間，必須完全網路授課，且學生若住在偏遠地區，無線網路往往不穩定，故無統計出席率紀錄。 導入系統思考前 導入系統思考後 基礎化學 2020秋季 […]
《禁止化學武器公約》加入高中化學課程內容之倡議 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 第九屆亞洲化學教育研討於2023年7月28-30日在馬來西亞古晉舉辦，作者很高興有機會參與本次的研討會。第八屆亞洲化學教育研討是2019年7月在臺北舉辨，後來因為新冠肺炎疫情爆發，原本預定於2021年7月舉辦的延後到2023年辦理。 第一天上午的大會演講是邀請馬來西亞大學SETM教育中心的Mohd Jamil Maah 教授，他的演講主題是「提高意識：化學品的多重使用和化學武器公約」 (Raising Awareness: Multiple Uses of Chemicals & Chemical Weapons Conventions)。他同時也是位於荷蘭海牙的「禁止化學武器組織」(Organization for Prohibition of Chemical Weapons, OPCW)下的「教育及外聯諮詢委員會」(Advisory Board for Education and Outreach, ABEO)的委員。 Maah(2023)大會演講報告內容摘要如下:「主要是說明化學品在生活隨處可見，在大多數情況下，化學被用來改善人類和地球的生活品質，但有時工業化學品可用於製造化學戰劑。而《化學武器公約》就是為了在監測和防止化學武器的發展。為了確保正確使用化學和化學品，我們必須制定並遵守嚴格的行為準則，為道德科學發展制定指導方針。ABEO是禁止化學武器組織下的一個單位，專門負責通過為學生、教育工作者、民間社會和政策制定者提供教育材料，加強對禁止化學武器組織工作和任務的理解。化學教育工作者的協助作用是讓禁止化學武器組織任務成功的關鍵因素」。 此篇報告主題引起作者的興趣，由於作者多次參加國際性化學教育研討會時，都有看到過這個組織的相關宣傳文件，但從未進一步了解這個組織，因此將藉由本篇文章來簡介這個組織與化學教育的相關性，做為大家未來在化學教學的參考內容。 圖1 Mohd Jamil Maah教授(圖左) 與演講資料(圖右) n 簡介禁止化學武器公約(CWC)與禁止化學武器組織(OPCW) 《禁止化學武器公約》（Chemical Weapons Convention, CWC, 1997），經第47屆聯合國大會通過並於1993年簽屬，於1997年4月29日正式生效的。公約全文有24條，其第八條是規定建立OPCW國際組織，總部設於荷蘭的海牙。 OPCW的主要職責和功能摘要如下： 1. 化學武器摧毀：OPCW協助加盟國安全地、有效地銷毀其存有的化學武器庫存。這包括提供技術援助和監察摧毀程序。 2.防止非法化學武器的製造和擴散：OPCW通過監督加盟國的化學工業活動，確保沒有非法製造和擴散化學武器的行為。 […]
啟發與交流：参加第九屆亞洲化學教育國際研討會的收穫 ∕ 連經憶
Wednesday , 6, December 2023 國內外化學教育交流, 第五十四期/2023年12月 Comments Off on 啟發與交流：参加第九屆亞洲化學教育國際研討會的收穫 ∕ 連經憶啟發與交流：参加第九屆亞洲化學教育國際研討會的收穫 連經憶 國立嘉義大學應用化學系 kelly@mail.ncyu.edu.tw n 初體驗–認識亞洲化學教育國際研討會 今年三月底收到邱美虹教授的邀請，孤陋寡聞的我第一次聽到亞洲化學教育國際研討會(Network of Inter-Asian Chemical Educators(NICE) Conference)，原本以為是近年才開始新的化學教育研討會，經邱教授說明，才知道這已是行之多年、二年一次連結大學教授和中學教師的研討會，原定去年辦理，但因疫情之故延至今年。今年7月28至30日在馬來西亞古晉市辦理的NICE 國際研討會是第九屆，距離2006第一屆在韓國首爾舉辦的NICE會議已過了17個年頭。非常榮幸能有機會代表台灣参加此次的盛會，剛接到這個任務時，也著實猶豫了一下，大學或念博士班期間從未修過任何一門與教育有關的理論課程，在這樣的狀況下，不知是否能言之有物地分享教學經驗?雖然已教授多年大學化學課程，當初只憑著自己的想法、参考就學期間老師們的做法便趕鴨子上架站上了講台，每每上早上8點或中午過後的第一堂課，看著台下一雙雙的瞇瞇眼，心中不免開始思考，大學教師其實也應該要接受教學的專業訓練。 参加過NICE國際研討會後，深深體會到這一個非常特別且有特色的研討會。研討會從7月27日晚間開始，到7月30日中午結束。第一天晚上是歡迎晚會，第三天大會安排了實蒙谷野生保育心中及婆羅洲文化博物館的参訪活動，其他時間則有大會演講、口頭報告及海報論文發表。参加的成員主要來自日本、韓國、新加坡、台灣及馬來西亞等亞洲國家，還有少數來自印度，教育制度不盡相同，但對教育本質的認知及期待相仿。参加人數與大型研討會相比不算太多，但参加人員對化學教育都極為投入，彼此間的聯繫及交流頻繁，除了研討會中口頭報告時的專業學術交流外，更重要地還有充份的海報論文發表時間，海報張貼時間從研討會正式開始的第一天到會議結束，讓與會學者專家可以延伸熱絡的討論。 NICE國際研討會的另一大特色是鼓勵國中、高中教師及高中生的参與。國高中化學教師以口頭報告或海報的方式分享教案及教學經驗，高中生参與海報發表及工作坊，這樣的作法在其他國際研討會中較不常見，來自各國的高中生將專題研究的成果以海報的方式呈現，當然也需要在特定的時間解說及回答問題，這樣的海報發表有效地激勵學生從高中開始學習如何進行研究，培養學生溝通及表達的能力。當老師們在聆聽口頭報告時，大會很貼心地安排高中生参加專為學生設計的「Young Ambassadors for Chemistry (YAC)」的活動，由廈門大學馬來西亞分校Yvonne Choo(朱舜藍)助理教授，及來自印度與馬來西亞的老師帶著學生做實驗。 n 研討會見聞 一、設計適合小學生操作的化學實驗 這次會議中我参與的是口頭發表，以過去數年執行國科會科學普及化計畫，辦理嘉義地區各級學校科學闖關活動為主軸進行經驗分享。嘉義縣幅員廣大靠山面海，有許多迷你的小學校，為了能讓學生享有與市區學校學生相同的科學資源，在國科會的支持下，每年都設計超過10個以上的科學關卡，同時準備實驗所需的耗材，讓参加計畫的學校可以方便地在各校辦理科學闖關活動。因参與計畫的學校以小學居多，如何設計出適合小學生操作的化學實驗是這次報告的重點。 國小自然科學中與化學相關的主題有酸鹼、水與水溶液、溶解、電解質、物質的變化等，最常做的包括測水溶液的導電度、觀察指示劑變色及自製肥皂等實驗，雖然教師們有相關的教學經驗，但實驗需要準備化學藥品，還是比物理實驗麻煩一點，而且還怕學生會打翻試劑，不好清理，如何利用日常生活中方便取得的試劑，設計出有趣又安全的化學實驗十分重要。為了設計出適合闖關活動的化學實驗，針對以上問題可以有下列的做法： 1. 以學生的生活經驗為依據，設計出有顏色、狀態、形狀或聲音變化的實驗，吸引學生對學習科學的興趣。例如可以利用市售的碘液及澱粉溶液測量瓶裝果汁中維他命C含量，在這個滴定的實驗中，學生藉由計算所加入碘液的滴數，比較不同品牌果汁中維他命C含量，達終點時反應混合物會有明顯的顏色變化。 2.如需要用到酸或鹼時，盡量以小蘇打粉、肥皂水、食醋、檸檬、檸檬酸等取代氫氧化鈉或鹽酸，確保實驗時的安全性，如果需要使用強酸或強鹼，例如以百里酚酞溶液做成隱形墨水，需要氫氧化鈉溶液讓字現型時，可以在裝有氫氧化鈉溶液的塑膠瓶中加入棉花，讓棉花吸收溶液，以免瓶子翻倒，鹼性溶液潑出。 3.進行微型實驗，使用能產生變化最少量的試劑。目前設計讓小學生可以操作的化學實驗，所使用化學試劑的量較多，如果能降低實驗時化學試劑使用量，不但可以減少不必要的浪費，同時也是對環境友善、符合綠色化學原則的做法，更重要的是增加實驗的安全性。例如利用微量離心管當成反應容器，可以控制試劑的用量在1毫升以內；利用一元錢幣進行氧化還原反應可以將硝酸銀的用量降到約0.15毫升(圖1)。如果没有微量離心管，可以利用白色湯匙進行反應，雖然看起來比用三角燒瓶或燒杯來的不專業，但易於觀察且可以有效地減少試劑的用量。 圖1：利用微量離心管、硬幣或湯匙做為反應容器，降低試劑的用量 4. 將試劑裝在醬料瓶或點眼瓶中避免打翻且方便使用。 5. 將抽象的概念視覺化，讓學生容易了解。例如，奈米、濃度對學生而言是抽象的，當物質小到奈米的尺寸時，與塊材相比會有不同的特性，因此奈米材料是目前科學研究重要的領域。為了要介紹什麼是奈米粒子，可以準備大小不同的球及圖片，讓學生選選看，比較奈米與公尺間的差異(圖2)。在介紹濃度方面，可以將黑芝麻當成溶質，白砂當成溶劑，讓學生「看見」不同濃度的混合物，建立濃度的概念(圖2)。 圖2：利用圖片、球、黑芝麻、白砂等物質將抽象的概念具體化 二、利用學習站的方式學習氧化還原反應(Study Redox Reactions Through Learning Stations) 這是馬來西亞霹靂州怡保市文東國立高中(SMK Buntong, Ipoh, Perak, Malaysia)Wong Choy Wan老師口頭報的內容(Wan, 2023)。Wong老師利用了「學習站(Learning Station)」的教學方法教授化學中較不易理解的主題。2019年Wong老師在International Journal […]