液面上的華爾滋 清潔劑液面的彈跳現象 劉曉倩   國立彰化高級中學教育部高中化學學科中心 torrina01092002@yahoo.com.tw Honey 會跳舞 黏滯性高的蜂蜜如果由適當高度流下，形成一細小的流動液柱，在流體接觸到平面時，常會自行螺旋捲曲成為中空圓柱狀的繩捲型態，稱為蜂蜜線捲（honey coil）或液體繩捲（rope coil）。這是個容易觀察、卻牽涉到力學與流體力學的複雜物理現象。繩捲現象的正式學術研究可以追溯至1958年，由巴恩斯（George Barnes）與伍德考克（Richard Woodcock）兩人首先發表「液體繩捲效應」 （Liquid Rope-Coil Effect） 一文， 其中提到流體看起來是繞著一個垂直於接觸平面的軸線旋轉，但是液體粒子本身其實並沒有繞著軸旋轉。兩人以力學的角度，針對此一現象作系統性的討論，發現從不同高度垂落而下的蜂蜜會折疊、堆積，形成各式各樣的「舞姿」，至於形成原因正有待我們去研究。（如圖1）。            圖1： 蜂蜜繩捲現象（圖片來源：龍騰出版社） 清潔劑也跳華爾滋? 然而所有黏滯性高的液體都會有這種現象嗎？筆者的學生觀察到，把洗碗精的塑膠壓瓶壓頭打開拉高距離液面一段距離，成細流而下的洗碗精一開始也有繩捲纏繞現象，但接著底部會形小隆起，隨後出現一條束狀濺射，甚至彈跳半可達10公分之遠，如同跳華爾滋般華麗而壯觀。這些奇妙的現象激起我們高度的好奇心，於是上網查找資料及參閱書籍，得知此彈跳現象稱為「凱氏效應」（Kaye effect）。但是，是否每一種清潔劑都會有彈跳現象呢？          圖2：常見的清潔劑結構（長鏈脂肪酸金屬鹽）（圖片來源：龍騰出版社） 界面活性劑的介紹 原理 界面活性劑主要是讓兩個互不相溶的接觸面，不再排斥彼此靠近的物質。人類最早使用的清潔劑為肥皂，又稱作長鏈脂肪酸金屬鹽（如圖2），如：硬脂酸鈉（C17H35COONa）及軟脂酸鈉（C15H31COONa）。現今常用的人工合成清潔劑組成則為長鏈烷基硫酸鹽類，如：正十二烷基硫酸鈉（C11H23CHOSO3Na）， 以及長鏈烷苯磺酸鹽類（  R－C6H4－SO3Na）， R＝－C9H19~－C15H31），如：正十二烷基苯磺酸鈉。 種類 生活中舉凡食品、藥品、肥皂、洗碗精、清潔劑、洗衣粉、洗髮精、潤絲精、沐浴精、化妝品、殺蟲劑都有界面活性劑的存在。依其在水中親水端的帶電性，大致可分為陰離子界面活性劑、陽離子界面活性劑、兩性離子界面活性劑、非離子界面活性劑，如表1所示。 種類 陰離子界面活性劑 陽離子界面活性劑 兩性離子界面活性劑 非離子界面活性劑   脂肪酸鹽，如椰子油脂肪       例子 酸鉀；烷基硫酸鹽，如月桂醇聚醚硫酸脂鈉鹽 （SLES）、烷基聚氧化乙 脂肪銨鹽，如溴化十六烷三甲基銨 甜菜鹼類，如椰油醯胺丙基甜菜鹼 如聚氧乙烯烷基醚 （AE）、聚氧乙烯－ […]

北京化學教學交流：高中菁英化學教育交流與參訪心得（上） 劉曉倩 國立彰化高級中學教育部高中化學學科中心torrina01092002@yahoo.com.tw n  衝突與混亂下的獨特美感 一百五十多年前的北京，即使有月亮仍舊是漆黑的夜晚，清咸豐皇帝命恭親王奕訢為欽差大臣，與英國使節額爾泰簽訂北京條約，外人勢力由海口深入中國內地，人民開始覺醒…也因為覺醒，才有了一連串自強運動。覺醒後的古都歷經戰火呈現時空下的衝突，混亂，也有了其他大都市所沒有的獨特美感。記憶裡的老北京月色濕暈，像是宣紙上烙下的淚滴，陳舊模糊。然而百多年後的傍晚，佇立北京市街口，微雨乍停，天際出現雙彩虹奇景，路人驚喜道，近五十年罕見（見圖1）！夜幕漸深，月光歡愉而明亮，放眼過去都是高樓大廈，只有路邊的攤販叫賣聲宏亮，櫻桃一斤十元人民幣，買了滿滿一包也不心痛，時空交錯裡模糊的記憶沉澱著深刻的光影，即使再好的月色也帶著淒涼。 參訪團一行十六人第一天晚上就在北京師範大學附屬的京師大廈落腳，此次沒有高中化學學科中心張雅雯隨行，夜晚的都市探究之旅少了歡笑聲多了孤獨，只好對著檯燈練習隔天的教學分享，心裡平靜但是沒有享受的感覺，前年跟著臺灣師範大學邱美虹教授上海教學參訪帶來的強國震撼，已在心裡埋下種子，兩年不斷提醒自己要成長，我不知道北京的教學環境如何，但我相信自己做事一向是「歡喜做，甘願受」，我願意被榨取被燃燒，讓自己飛得更高，至於能產生多少亮度？有多痛、多辛苦，非得要自己去感受才行，這是一條必經的道路，也是邱美虹教授引領我們的道路，這是一種壓力，也是一種動能，平凡的石墨在高溫高壓下才能成為鑽石！ 圖1：極少下雨的北京午後出現雙彩紅（霓虹）的奇景 n  空中花園—北京十四中 北京市第十四中學建立於1906年，後更名為燕冀中學。1949年建國後，學校成為公立完全中學，並再次統一命名為北京市第十四中學。學校現分為高中部、初中部與國際部，架構上與臺灣的完全中學相似，十四中也是北京市高中示範學校，是課程改革樣本學校，更是北京市批准國際學生留學的開放學校。 北京市寸土寸金，發展屋頂綠化已經實施多年，屋頂綠化可以提升城市景觀效果，緩解城市雨洪和緩解城市熱島效應等具有重要的生態價值，十四中張琳校長對於空中花園設計十分推崇，數種喬灌木花草混種的屋頂綠化，在遏制北京霧霾及降解大氣飄塵方面都具有明顯成效。園中還開闢了幽靜的小道，巧奪天工的園林景色讓緊湊的交流行程緩解，稍稍放鬆了腳步（見圖2）。 圖2：參訪團於北京十四中空中花園合影   n  教育交流重點與感想 十四中對整個交流過程安排十分細膩，不僅貼心地為來訪貴賓準備繁體字行程簡介、精緻的手工扇見面禮，同時將整個行程分為五個階段進行：學校簡介、分科交流、校園導覽、教學觀摩、十四中化學科高端備課經驗分享。筆者主要是負責中學教師「臺灣化學教育—菁英教育教材教法分享」，重點如下： 一、國家成立資優班和科學班的目的：因為經過檢定的資優生擁有高智商，熱衷於感興趣的學習，有著多元智慧以及高度的創造力，但是普遍資優生對於一般學習容易分心、過度激動、無法完成課業，進而衍生出種種無法適應班級生活的行為，矛盾的是，資優生卻是促進國家進步最重要的因素，因此教育部經由專家學者建議，成立資優班及科學班，提升國家菁英教育。 二、科學班的理念及目的：提升數理能力基礎，並且藉由科技人才優勢，提升國家高科技競爭力，因為國家只需極少比例的教育經費，即可嚴格甄選出資優生，創造經濟效益，並冀望帶動普通教育，回饋普通教育所需。 三、科學班的課程規劃：高中前兩年完成三年基礎科學課程，高二暑假通過資格考，高三進入合作的大學修習大一數理課程及從事專題研究。 四、教師專業成長及潛能激發：任課教師通常是無給職教學及心靈導師，須自行負責高中端專題課程規劃及準備、課餘科展指導及假日競賽培訓，更沉重的是承受社會期待。至於科學班導師須承擔學期服務活動的安排、主題活動的規劃及大學申請入學備審、口試個別指導。 五、國家對科學班的學生未來的期許：如同漫威中「蟻人」角色，是可以跨領域合作、科學及人文素養兼備、有社會責任、非個人英雄主義且承認犯錯、願意改進的國家科技後勤部隊。 六、資優班與科學班不同之處：資優班已在各大高中行之多年，科學班於2011年才開始成立，兩者目標不同，資優班在課程規畫上進度較快，但高三時無法到大學修課，因此在學測準備上時間較充裕；科學班並未有特殊升學管道，仍須參加大學學測，但若是拚學測，如何專注於基礎科研？面對這些複雜的課題，教育部仍在想辦法討論制定中。 七、教育部理想與現實面的衝突：對於科學班的定位及期許，北部與中南部家長不同，北部家長思想較開闊，多數尊重學生升學意願，就讀大學基礎科學科系的人才較多，反觀大多數中南部家長則傾向於讓孩子就讀醫學系，所以每年科學班在招生上多會根據升學現況跟家長說明，同時各校每年都會推動「特色課程」，吸引有志從事基礎科學的學生來就讀。 八、如何擬訂兼具「特色」與「升學」的教學進度表？首先教學設計上減少單向授課模式，穿插基礎實驗訓練，定期舉辦實驗競賽，激發潛能，增進同學間的分工合作，創造不同學習成效。 九、科學班專題課程規劃：「學習共同體」的建立，跳脫食譜式實驗教學，開放實驗主題和實驗步驟，經由實驗結果分析和相互討論，啟發好奇心，創造新的研究主題，達成自主學習的最終目標，做為進入大學實驗室的預備，如下所示。 十、跨領域合作特色課程：在地生態研究（漢寶濕地）建立跨領域學習課程（生物、地理、地科、化學），提早為教育部推動107年課綱「探究與實作」課程做準備。 教學分享過程十分緊湊，十四中因為是完全中學，有些高中課程，例如：電化學在初中階段就已完成，高二完成高中全部課程（所有中國的高中課程設計都是如此），高三則是做升學準備，複習高考內容（相當於臺灣學測，中國考試時間在6月初）。學校社團活動也很多，例如：模擬聯合國、文學社、科技社及中科院社團…等等。 中科社是由一群愛好科研、擅長發明創造的學生組織成的社團，劉通宇同學發明的地溝油變柴油的環保裝置，讓地溝油有效利用，此份研究曾被北京日報北京青年報報導轉載44次之多，此外學校在特色課程上安排十分用心，「食育」課程的設計，旨在研究食物中食品添加劑對美拉德反應（Maillard反應）的影響，化學與生活緊密結合。 此次交流活動最大幕後功臣當屬臺灣師範大學邱美虹教授及北京師範大學化學學院王磊教授（見圖3），由於十四中是第一個參訪學校，雖然筆者有參訪過上海中學的經驗，但對於中國的教學專有名詞及口音仍存在不少障礙，聽講過程十分吃力，腦波調頻好久終於在下午高端備課經驗分享時才漸能整合。 圖3：臺灣師範大學邱美虹教授（左）與北京師範大學化學學院王磊教授（右）合影 透過王磊教授高分貝和鏗鏘有力的音調，對於其近幾年大力堆廣的高端備課有了粗淺的了解，王教授雖貴為北師大化學教育研究所所長，同時主持教育部「國培計畫」初中和高中教學新課程實驗區教師遠距培訓示範項目十餘項，對於教師培訓都親做親為，在座老師私下透露，王教授上課通常從早上八點持續到晚上十點，從課程實施前的學生前測、課程實施計畫如何進行、課程結束後的學生後測和兩次的學生訪談都鉅細靡遺的指導，一整天課程中間幾乎都不休息，因為她認為中學教育是國家進步的根本，學科核心概念學習和關鍵能力的培養十分重要，教師是教育的主體，所以師資培育輕忽不得。再者中國教師有分級制度，由區級骨幹教師、市級骨幹教師、高級教師甚至升級到特級教師都須經過教師評鑑和師培過程，因此再怎麼苦都要咬緊牙關撐下去。 〔續《北京化學教學交流：高中菁英化學教育交流與參訪心得（下）》〕  

北京化學教學交流：高中菁英化學教育交流與參訪心得（下） 劉曉倩 國立彰化高級中學教育部高中化學學科中心torrina01092002@yahoo.com.tw 〔承《北京化學教學交流：高中菁英化學教育交流與參訪心得（上）》〕 n  教育交流重點與感想 反觀臺灣的教育制度，中學教師並未有分級制度，學校實驗設備及耗材經費需以申請計畫方式取得，由高中自行找大學端教授合作撰寫計畫，最後再由科技部審核計畫通過與否，優點是申請的設備及耗材較符合高中課程實驗需求，缺點是一般高中教師平日即有課程壓力，無論是資深教師或新進教師授課鐘點均相同，即使是學校計畫主持人也未獲減授終點，因此造成多數老師不願意分擔申請計畫重任或新課程實施的共備課程推廣。 此外申請過的計畫案在期中及期末尚需書寫繁瑣的實施成果報告，最好有成果亮點呈現，這對於課程繁忙的一線教師真的是一大挑戰！若是在107年課綱實施計畫前，我們教育體制也能有大學教授願意熱心協助，負責課程規劃、教具研發甚至定期駐校參與共備課程，相信對於現行教育改革會有實質幫助。當然教育部應主動積極訂立完善的教師進修規畫，而不是設立一堆生硬的教師發展評鑑線上課程。我們都知道這種套餐式的制式課程對於教學現場的品質提升十分有限，更甚者極有可能造成更多教師忙於課餘參與教師評鑑課程，無暇參與教育部專業課程研發、種子教師培訓等對教學現場實質有幫助的活動，甚至壓縮本科的備課、學生科展指導及學科能力培訓等。更令人不解的是，教育部在審核各級高中均質化、優質化過程時，還將這些透過線上教師專業發展評鑑課程培訓通過率做為學校是否優質化的參考指標，無怪乎每年各學科中心在召集種子教師參與工作計畫時，常出現窘困的情形，因為參與種子教師培訓對於教師專業發展評鑑未有任何幫助。 分享過程休息時間十分短暫，對於十四中實驗室只能走馬看花，但此行臺灣老師都是行家，很快看出他們實驗室是真的有在使用，而且每一個實驗桌都設置了有毒氣體抽濾裝置，實驗藥品及器材也都盡量做到微型微量，十分值得我們學習。 下午化學科教學分享，主題是高一課程「化學能與電能」，十四中孫文艷老師從生活中的知識線索引導入能源探討，版書內容精要，同時引導學生對於氧化還原觀念的再度澄清，並與化電池相互結合，雖然化學方程式書寫與臺灣略有不同，但是「二維」版書的設計模式令人印象十分深刻，此種教學模組的建立主要是由王磊教授教學團隊透過高端共同備課所指導（見圖4）。 圖4：孫文艷老師利用二維圖形解說氧化還原 剛開始聽講時十分吃力，這是全新的教學方式，也是王教授的心血，筆者從一開始內心痛苦抗拒到理性接受學習，發現此種版書設計其實就是圖表的簡化模式，不僅如此「二維圖形」對於元素氧化還原電位的解說特別受用，學習到新的教學模式是此行最大的收穫！ 比較可惜的是學生在課程中實驗時間太趕，多數學生未做完實驗卻匆促寫完實驗報告，回答老師問題時，態度趨於保守，不如臺灣學生活潑開朗。 n  胡同老北京，留下許多情 北京是千年古都，新舊交雜的城市混亂風貌，如同街道上充斥的各種款式的電動車和腳踏車一樣，不僅是最大特色也是最有魅力的地方，本來在臺灣準備的口罩一個也沒用上，北京這幾年連空氣品質都進步很多，至少在地鐵的電子看板還可以隨時看到即時空氣品質指數，街道上沒有上海市區充斥的喇叭聲。參訪北京科技館時，發現當地國小學生排隊井然有序，筆者正要對一隻大恐龍拍照時，有一群孩子還會互相提醒，別擋了別人鏡頭….誠如邱美虹教授所言，這是一個有溫度有故事的都市，教育對人民多了一份文質彬彬的期待。 此次參訪北京對於錯綜複雜東西向的老胡同最有感觸，北京城規畫源自元代，胡同直而不彎，此為配合中國四合院建築多坐北朝南所致，小小窄窄的巷道市景氣息十分濃厚，隨著都市不斷更新大量胡同和四合院都被拆除，只剩二環以內的老城區居多。此次有王磊教授的博士班一年級生周冬作陪，穿梭在後海的大小寺廟間，對於人說百花的深處，住著老情人，縫著繡花鞋的舊時氣味格外有感觸。 其實後海是一大片水域，走到盡頭的酒吧街遊客集中最多，走累了想喝杯冷飲得多揣度荷包銀兩，畢竟一罐3元人民幣的酸梅汁，這裡可要賣45塊人民幣！若是想來罐比利時啤酒買醉片刻，索性就當作買這片燈紅酒綠的風景付出的高額代價吧！（見圖5） 胡同的唯一缺點是屋內不設廁所，公廁又沒門，重視隱私的遊客多少有些不便，曾想過帶把傘如廁，但看到公廁內自在滑手機上廁所的現代北京女性，還是無法突破心防，不管你愛不愛，習慣不習慣，這都是北京。 圖5：後海燈紅酒綠呈現老北京的夜晚獨特風情 n  北京大學—一動一靜未名湖 北京大學是此行參訪的一大重點學校，周其鳳校長於北大臨湖軒恭候大家，對於校史發展解說十分詳盡，周校長文學造詣甚高，訪談中不時穿插古詩詞及早期即興創作，讓大夥講話也不禁文謅謅起來，周校長提到蔡元培任北京大學校長時期，推動「循思想自由原則、取兼容並包之義」改革，使北京大學成為新文化運動的中心、五四運動的策源地。1952年北京大學聚集了原北大、清華、燕大三校的自然科學、人文學者，奠定了文理兩科長期領先的地位。 如今北京大學是一所兼具自然科學、人文學科、社會科學、醫學以及新型工科的綜合性大學，而北京大學校區於1952年遷入位於西北郊的原燕京大學校園內（燕園），燕園兼收中國古典韻味和西方規劃理念，主要景觀有未名湖、博雅塔等。圖6為筆者與鐘建坪老師及吳國良博士於未名湖合影。 湖與塔的天作之合成了未名湖的主弦律，北大校友許秋漢曾寫過一首歌「未名湖是個海洋」： … 詩人都藏在水底  靈魂們都是一條魚  也會從水面躍起  未名湖是個海洋 鳥兒飛來這個地方  這裏是我的胸膛  這裏跳著我心臟 … … 圖6：筆者與鐘建坪老師（左一）及吳國良博士（右一）於未名湖合影 周校長貼心安排到北京大學就讀大一的臺灣學生校園導覽，中午在學校食堂用餐親自體驗北大師生餐飲狀況（20元人民幣餐卡，任選三主菜加一湯，還搭配冷飲，十分划算！）。下午一點準時抵達化學學院，化學學院副院長裴堅教授說明北大化學系發展概況，他說今年三月才剛與孫聆東副教授、劉小雲助理教授應臺灣大學化學系邀請，帶領十位博士生至臺灣大學化學系進行交流。言談中裴教授透露對臺灣化學教育的隱憂，十年前與十年後的臺灣大學感覺相去不遠，但是北京大學的化學系研究論文十年來已經有了大幅的進展，相信未來十年北大的研究成果絕對可以超越中央研究院，他覺得臺灣的學生在進大一時應把握學習機會，基礎不是問題，重點在於願意下功夫和反覆學習，學生對於化學知識的建立如同「磚工」，肯搬磚下苦功的人才能成為頂尖的化學家。 n  石墨經烈火般地焠煉 教書愈多年，覺得自己要改變，回顧人生中有近一半的歲月雖在教書，但對於板書或僅是為了環保改換成電子白板的教學模式不夠滿足，這種不滿足的恐慌感來自哪裡？自己也說不上來，於是我一直在尋找，尋找的過程是痛苦的，因為你得拿掉自己的名牌，拿掉自己的所有經歷，將自己原有的倒空，謙卑地從頭學習！試想石墨若只是經過烈火的焠鍊並不能成為鑽石，唯有經過一次又一次外在壓力的考驗和琢磨才能蛻變。 此行北京參訪過程感受北京師範大學王磊教授團隊全方位照顧，點滴在心，但內心感受十分沉重，臺灣教育近幾年來學生議題的推動始終擺脫不了爭取自身權利保障，反思對於課業的付出是否也有等值的期許？未來所面臨的就業挑戰及社會議題，這些孩子準備好了嗎？當我們教師面對緊鑼密鼓的教育洪流挑戰，永無止境的教育改革壓力，我們唯有把握機會練就各種能力，在此期許學生未來除了爭取自主權提升外，也應有更高層級的學習領悟與認知，透過雙向溝通協調消弭對立，才能讓教育品質提升，臺灣雖只是地圖的一個小點，但是經過烈火及高壓淬煉，定能發出鑽石般的光芒！ n  參考資料 1.      北京第十四中學，維基百科，https://zh.wikipedia.org/zh-tw/北京市第十四中学。    2.      北京大學，維基百科，https://zh.wikipedia.org/zh-tw/北京大学。