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感熱紙的熱致作畫和酸鹼多段變色實驗 / 廖旭茂、黃家均、林群耀、廖心妍

Monday , 2, May 2016 Comments Off on 感熱紙的熱致作畫和酸鹼多段變色實驗 / 廖旭茂、黃家均、林群耀、廖心妍

感熱紙的熱致作畫和酸鹼多段變色實驗 廖旭茂1, 2, *、黃家均1、林群耀1、廖心妍1 1國立大甲高級中學2教育部高中化學學科中心*nacl880626@hotmail.com n  影片觀賞 感熱紙的簡單測試實驗曾經出現在教育部高中化學學科中心所研發的實驗影片—感熱酸鹼試紙(註1),當觀看該影片時對其中的呈色原理不是很清楚,經過一番文獻探討,並經實驗測試後,終於釐清其中的來龍去脈。本影片是由作者在國立大甲高中化學實驗室拍攝,並提供其製作的詳細過程。 影片網址:感熱紙測試,https://youtu.be/91XnuKONm7I n  簡介 傳真紙又稱感熱紙或熱敏紙,其變色的過程常引發高中學生的濃厚興趣,除了背後隱藏的化學原理外,加上傳真紙的塗層中所使用的化學物質—雙酚A,可能是一種環境荷爾蒙等問題,近年來也有很多中小學生把傳真紙的議題選為科展的題目,進行探究。傳真紙如何變色?經文獻探討發現傳真紙塗層結構傳真列表機內有一個小型加熱元件,當傳真紙與加熱頭接觸時,傳真紙內的熱敏染料會發生化學變化,因而變色(註2)。大部分的熱敏染料多屬於內酯類的隱型染料(leuco dye),因酸鹼改變、氧化還原、紫外線照射與否,甚至壓力改變而改變顏色(註3)。傳真紙中含有四種不同類型的成像化合物,包括:隱型染料,發展劑,敏化劑和穩定劑,最後還有一層保護層,可減少因暴露於UV光、水、油脂、塑化劑等原因而造成熱圖像的褪色(註4)。 本實驗演示利用焊錫用的烙鐵,熱風槍以及盛裝於指甲油瓶的酸與鹼溶液,活潑地將傳真紙的特性呈現出來,並說明反應發生的原理。 n  藥品與器材 熱風槍、30 W烙鐵、指甲油罐、呈色孔盤、傳真紙、6 M氫氧化鈉10毫升、12M濃鹽酸10毫升、15M濃磷酸10毫升、冰醋酸。 n  實驗步驟 一、演示規劃A:利用烙鐵在傳真紙上作畫 1.        取一張傳真紙,大小約15 Ï 15 cm,若紙張捲曲,以書本壓5分鐘後,平鋪在桌上。 2.        取一支30 W焊錫用烙鐵,插上電源,預熱3分鐘後,試以烙鐵頭接近紙面,觀察紙面上有何變化? 3.        練習以烙鐵頭輕輕劃過紙面,隨即可在傳真紙上作畫。 4.        作畫完畢後,拔掉插頭,將烙鐵至於烙鐵架中,避免誤觸燙傷。圖 1為完成的一幅畫。 圖1:傳真紙的熱致變色作畫 二、演示規劃B:利用熱風槍和酸鹼溶液在傳真紙上玩圈叉遊戲 1.        取一張傳真紙,大小約A4紙大小,若紙張捲曲,同前,以書本壓5分鐘後,平鋪在桌上。 2.        將冰醋酸及配製好的6 M氫氧化鈉溶液倒入指甲油的空玻璃瓶內,備用。 3.        先以玻璃瓶的毛刷沾取少許冰醋酸,在傳真紙上寫下「Thermal paper」,觀察紙面的顏色變化。 4.        取一預熱過的熱風槍,輕輕靠近傳真紙面(四個角落事先以膠帶固定住),觀察紙面變化。持續靠近紙面3秒鐘觀察紙面顏色的變化。 5.        利用熱風槍的熱風吹拂在紙面的空白處,讓紙面全部變色後,用指甲油的毛刷沾取少許氫氧化鈉,在紙面上畫出九宮格線,觀察紙面上顏色的變化,另一同學同樣取一個盛有氫氧化鈉的指甲油瓶,以瓶口的刷子沾取少量的氫氧化鈉溶液,接著在九宮格內開始玩起圈叉遊戲。 6.        待溶液稍乾後,沾少量冰醋酸,毛刷延著之前打叉的筆跡畫過,觀察紙面顏色的變化。 7.        演示結束後,沖洗毛刷,並將指甲油瓶中剩餘的酸鹼溶液倒回原來的塑膠試劑瓶中儲存。待下次實驗再用。圖2為演示實驗結果。   圖2:冰醋酸在傳真紙上留下的字跡(左),在傳真上的圈叉遊戲(右) […]

螺旋狀旋光彩虹管教具設計 / 廖旭茂、林宸緯

Friday , 4, March 2016 Comments Off on 螺旋狀旋光彩虹管教具設計 / 廖旭茂、林宸緯

螺旋狀旋光彩虹管教具設計 廖旭茂1, 2, *、林宸緯1 1國立大甲高級中學2教育部高中化學學科中心*nacl880626@hotmail.com n  影片觀賞 化學彩虹管實驗曾經在2015年教育部高中化學學科中心種子教師培訓營的一項教具製作分享,這是國立大甲高中的化學創新教具之一,本影片是由作者在國立大甲高中化學實驗室拍攝,並提供其製作的詳細過程。 影片網址:螺旋狀旋光彩虹管,https://youtu.be/JPkSNM8py-c。 n  簡介 左旋、右旋是日常活中常聽到的化學名詞,旋光是甚麼?如何觀察?這一切必須從光波談起。光波是一種電磁波,其中電場的振動方向稱為偏振方向;當偏振方向凌亂無序的太陽光通過偏光片時,若光波的偏振方向只朝著單獨一個方向,則稱此為「線偏振」(linear polarization)或「平面偏振」。當一平面線偏振的光線通過一個具光學活性的溶液時,偏振面會被偏轉一個角度,此現象即為旋光性(optical rotation)。圖1為旋光示意圖。 圖1:旋光現象示意圖 (圖片來源:https://en.wikipedia.org/wiki/Optical_rotation) 若將一光學活性溶液(例如果糖溶液)放至在兩片偏光片之間時,平面偏振光的電場會被旋轉。當面向光源時,能使偏振面順時針方向旋轉的物質稱為右旋性(dextrorotatory),而使能使偏振面逆時針方向旋轉者稱為左旋性(levorotatory)。 旋轉量α與通過溶液的路徑長L(cm)成正比,亦與溶液的濃度C(g/mL)成正比;科學上將偏振光通過單位長度、單位濃度的旋轉量()稱之為比旋(specific rotation,又稱旋光率),以符號表示不同溫度和不同波長λ的色光。同一旋光性物質,對不同波長的光有不同的比旋,通過的波長越短,溶液的比旋越大,此現象稱之為旋光色散(optical rotatory dispersion),表一為各種波長的比旋。 表1:蔗糖溶液在20℃的比旋(請見參考資料[2]) 波長 (nm) 顏色 比旋 656 紅 53.18 589 橙 66.50 535 黃 82.25 508 黃─綠 91.53 479 綠 104.24 447 藍 121.63 旋光色散通常需要隔著偏光片用眼睛觀看,觀看的位置在溶液的上方或容器的側邊,因此需要往下或彎腰觀測,操作不易,本實驗將改變觀測方式,製作可攜式、容易觀測的教具,並透過散射(scatter)原理,讓學生直接於透明管中到螺旋狀旋光彩虹。 n  藥品與器材 毛筆用墨水 1滴、燒杯、玻棒、玉米糖漿 500 mL、果糖(2 M) 500 mL、透明壓克力管(外徑 45 […]

結合微電影於製作豆腐和植物染實驗中— 創意影片拍攝心得分享(上) / 劉曉倩

Thursday , 31, December 2015 Comments Off on 結合微電影於製作豆腐和植物染實驗中— 創意影片拍攝心得分享(上) / 劉曉倩

結合微電影於製作豆腐和植物染實驗中— 創意影片拍攝心得分享(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  緣起:我的少女時代 十年前意外接到教育部高中化學學科中心(以下簡稱學科中心)雅雯邀請加入其工作團隊,憶起第一次參加會議時的戒慎恐懼,一個如此強大的學科中心指派的任務可能非同小可,脖子上的毛都快豎了起來,資深大家長龔自敬老師除了將階段性工作事項一一說明外,還播放了學科中心資深教師製作的創意實驗影片,專業的裝扮和實驗設備,前輩實驗動作十分精準,口齒清晰三言兩語就能把實驗精髓完整呈現,內心折服外,潛伏多年的雄心及表演慾也激出渴望的火花,遠目少女時期的自己—運動舞社社長,從劇本編寫、組編舞曲、編舞、到成為表演者,沉寂多年,隨著時光之河容顏及熱情已成乾枯的典藏,如今有了伸展的舞台,內心熱血流竄,即使賣老臉也應兩肋插刀賣力演出,一方面深思創意實驗影片以研發實驗為主,太搞笑恐會失焦,太正經又擔心鄉民在點閱YouTube時,一看到學科中心的招牌音樂就直接按叉忽略,枉費學科中心教育普羅大眾的美意,因此尺寸拿捏端看個人本事。 初期拍攝主題以研發創新實驗為主,筆者平日除了教學就是喜歡蒐集各種稀奇古怪實驗,一次偶然機會跟學生分享拍攝影片經驗,他們覺得很新鮮,想參與拍攝,也因此有了主題呈現的表演方式。實驗準備、試做都是由學生負責,拍攝當天大家集思廣益,學生時期情景重現,小幸運的是,這些孩子雖然來自普通班,卻是靈活手巧的孩子,他們創意無限,也因為此次影片拍攝,他們發現自己,找到自己,意外促成這幾個學生日後參與全國化學創意闖關比賽都有十分傑出的表現。 本文共提供兩則實驗內容及其影片,主要是以家庭化學實驗為主,所謂家庭化學實驗是指在家裡做化學實驗,使用的藥品和器材可以從家裡取得,購自五金行、百貨行、文具店、藥局等,或取自廢棄物,而不使用化學實驗室的場地以及藥品和器材。但因拍攝方便起見此兩個實驗都在實驗室中進行,一是學科中心2012年創意闖關比賽影片「關公賣豆腐」,以三國時期大將關公原先是賣豆腐的小販切入主題,介紹豆漿是膠體溶液,當遇到生石灰或硫酸鈣時會達到蛋白質等電點而沉澱,呈現古人的生活智慧。另一則是2014年拍攝的「神奇的植物染」,片中小男孩所使用布為棉布,洋蔥是染劑原料,當小男孩使用了乞丐給的〝神奇豆子〞時,染布效果大增。過程中主要強調出媒染劑對於染布的神奇功效,並介紹其原理。 n  影片觀賞 一、  關公賣豆腐 本實驗影片是2012年化學學科中心拍攝,提供其製作的詳細過程。 影片網址:https://www.youtube.com/watch?v=EjQpbEoxcRI, YouTube. 二、  神奇植物染 本實驗影片是2014年化學學科中心拍攝,提供其製作的詳細過程。 影片網址:https://www.youtube.com/watch?v=40J1tKBW5xs, YouTube. n  器材及藥品: 加熱板 1 台、保鮮膜 、玻棒 1 支、燒杯(500毫升) 1 個、燒杯(250毫升)  1 個、培養皿  3 個、餐巾紙 1 張、豆漿、硫酸鈣(食品材料行有販售) 1 克、洋蔥表皮 10克(約兩顆的量)、5%的明礬(KAl(SO4)2‧12H2O)水溶液(食品材料行有販售) 。 n  實驗步驟 一、  關公賣豆腐 1.        配製硫酸鈣飽和溶液:取50毫升的蒸餾水,加入適量的硫酸鈣,建議比例:硫酸鈣與水的重量比例是1:7。 2.        取一個250毫升的燒杯,放入豆漿(無糖豆漿較佳),隔水加熱至80℃。再加入硫酸鈣飽和溶液,稍加攪拌後靜置十分鐘。 3.        靜置10分鐘(必要時可以先加熱再靜置),為加速豆腐沉澱生成,可以再以冷水浸泡5分鐘,加速冷卻。此時豆漿分成兩層,上層為水,下層沉澱物質即為豆腐。 4.        將上層澄清液倒掉,將豆腐倒入鋪有保鮮膜的培養皿,可以餐巾紙輕壓液面吸水。 […]

結合微電影於製作豆腐和植物染實驗中— 創意影片拍攝心得分享(下) / 劉曉倩

Wednesday , 30, December 2015 Comments Off on 結合微電影於製作豆腐和植物染實驗中— 創意影片拍攝心得分享(下) / 劉曉倩

結合微電影於製作豆腐和植物染實驗中— 創意影片拍攝心得分享(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《結合微電影於製作豆腐和植物染實驗中—創意影片拍攝心得分享(上)》〕 n  微電影拍攝心得 一、  創意不設限 隨著大眾生活忙碌,使用平板和手機的習慣頻繁,微電影(Microfilm)儼然成為一般民眾消遣娛樂的主流,所謂微電影其實是「微型電影」的簡稱。指的是運用在各種新媒體平台上播放,適合在移動狀態或短時間休閒狀態下觀看的、具有完整策劃和系統製作體系支持的完整故事情節的「微(超短)時(30-300秒)」放映。這類短片週期製作時間不長,內容融合了幽默搞怪、時尚潮流、公益教育、商業定製等主題,可以單獨成篇,也可以系列成劇。 教育部於2013年因應主流,加強培養「會說會寫會玩會演科學故事的人才」,使科學、原理及意涵等艱澀知識,藉由影音、圖像等數位媒體與闖關活動創意方式,變成社會大眾容易閱讀吸收的資訊。希望透過學生擔任關主親手實作解說實驗原理,提昇科學素養,落實國內科普教育之推動與發展。 為避免學生拍片主題流於鬆散,學科中心蒐整各校學生實作課程教學優良示例與學科中心教學資源研發推廣小組研發創意趣味實驗,以提供參賽學生參考。 筆者的學生對於參加創意闖關比賽及拍攝影片興致一開始並不高,筆者先將闖關主題的詳細實驗步驟及實驗試做成果供學生參考,科學班利用專題課的科展空檔,普通班利用午休及社團活動時間,試做實驗及拍攝。印象最深刻的是其中一組學生所做的闖關題目是「水果酵素炸彈」(見圖3),逗趣的對白及生動的配樂,彷彿帶著魔法吸引了在場所有同學的目光。其中一位學生是設計專才,另外一位則是動漫迷,兩個不同專才領域的組合,在化學領域激盪出火花! 圖3:學生練習創意闖關比賽影片拍攝 透過一次又一次的拍攝過程激發多元思考,從怯生生的面對鏡頭,到以劇情串連實驗甚至以幽默的方式呈現刻板的實驗流程,學習團隊合作及邏輯思考之能力,進而完成闖關活動創作,享受操作實驗之樂趣。 二、  老師只是配角 「如果要拍個有關化學微電影,你會怎麼寫劇本吸引一般大眾去觀賞?」一次上化學課,跟大家聊到微電影時,一時興起問學生的看法。開放性的問題引起大家熱烈回響,化學實驗就像是一道最頂級的美味,「食材」(實驗藥品和儀器)可以由老師準備,但如何燒出好菜(實驗流程)讓顧客(鄉民)賞臉,就是主廚(學生)的本領了。 以下是幾位參與2014及2015年學科中心影片拍攝的學生訪談。 問:當初參與拍攝學科中心影片的動機是什麼? 郭承賢(簡稱郭):覺得好玩,拍攝主題是「家庭化學」,因為家住鹿港菜市場旁,常會看到有小販賣洋蔥,聽老師說洋蔥表皮可以染色覺得很新鮮,想做看看,之後試做了其他果皮染色,但效果不如預期,尤其是火龍果顏色好紅,染布卻無法上色,覺得染布學問大不簡單,要做得好是真學問。 吳秉儒(簡稱吳):設計實驗很新鮮,以前都是照著實驗紀錄本做,對於結果幾乎都可以預期,但是拍攝實驗影片不同,自己不僅對實驗原理和內容要熟悉,實驗步驟還要自己構思,覺得很有挑戰性。 梁佑任(簡稱梁):想嘗試新的事物,上網查實驗資料,實驗數據整理及配合時事撰稿,覺得很有成就感!圖4、5、6及7為學生進行實驗影片拍攝過程。 圖4:2014年學科中心影片「神奇植物染」染布過程 郭碩修(簡稱修):覺得微電影很潮,自己寫劇本當主角,很有趣!手工抄紙不如想像中好做,做了十幾次,常常不小心烤焦,因為研究主題的關係,所以特別上網查廣興紙寮發展史,了解台灣造紙業的興衰,覺得傳統產業真的很辛苦,需要政府支持及維護,並找出新的發展契機。 圖5:2014年學科中心影片「可以吃的手工抄紙」 王彥之(簡稱王):以前看教學影片,不是很在意,這次有了拍攝機會,當然想去試試看,做實驗儘量找有把握的,想拍一些較有趣的主題,讓朋友及家人了解家庭中化學處處可見,親近化學可以讓自己活得更健康。 蕭然駿(簡稱蕭):自己是被動被說服進來拍攝,但在跟其他組員討論時,覺得將課本生硬的主題設計成劇本很有挑戰性。本身個性較害羞所以常會忘詞,覺得演員真的不簡單! 問:在課業繁忙的高中生活中,如何完成事前準備工作?自己是否有類似的拍片經驗?拍攝當天有什麼感覺? 吳:劇本是自己上網看Youtube影片找靈感,到學校後與同組夥伴一起順稿,實驗試做是利用專題課完成,自己不是第一次演戲,國小演過灰姑娘,國中參與過成發及外交小尖兵,但到拍攝現場面對鏡頭還是會緊張,尤其是新民高中實驗室設備很乾淨也很專業,導演很親切又會帶戲,覺得自己要多加油些。 郭:國中時是童軍團,常有機會演戲,拍攝實驗影片時恰好是期中考前幾天,所以準備不多,但因為稿子是自己花了好幾個晚上完成,所以印象特別深刻,覺得很有成就感! 王:劇本是利用下課時間與夥伴像聊天的方式順稿,老師提供好幾個實驗主題概念,我們先做自己較有把握的部分,上網查資料,並且在家裡的鏡子前練習,儘量練到不刻意的感覺。 拍攝當天現場很專業,導演很會演戲也給了很多寶貴意見,他通常不會強迫我們怎麼演戲,所以氣氛很輕鬆,演起來也自在。   圖6:2015年影片「高分子聚合物迷思」拍攝(左),導演和剪輯師以專業鏡頭檢視拍攝( 右) 梁:我們的劇本是配合時事撰稿,上網查相關的實驗內容和步驟,放學後利用通訊軟體聯絡並練習,有時利用LINE互相討論並順稿,我參與了兩次學科中心影片拍攝,雖然都是擔任搞笑的腳色,但拍攝主題不同,準備方向也不一樣,爾後看到YouTube實驗影片會更注意,對於其他老師拍攝的內容也會想多去了解。 修:我也是參與兩次的實驗影片拍攝,第一年拍攝時看到很專業的攝影機,不知道眼睛要看哪裡?導演很有耐心,會一次又一次的指導,第一次拍攝手工抄紙時,假裝踩到香蕉皮摔跤好幾次,結果影片剪輯完成時,居然被全剪光光,深深體會演員的甘苦。第二年拍攝時,導演一刀未剪,覺得自己已漸被肯定,覺得很開心!   圖7:2015年影片「魔法學老師吹毛求疵」拍攝(左),拍攝影片完大功告成師生合影(右) 問:影片剪輯完成後自己是否有推薦給家人和朋友觀賞,他們的看法如何?對於此類影片拍攝是否有些建議及心得? 吳:自己看了影片後,會希望影片趕快結束,哈哈~朋友說我的表情很有戲,但我知道他們很羨慕,能在學科中心的影片中出現覺得很驕傲,相信十年、二十年後會很懷念這段青春時光!以前刻板印象覺得學科中心影片都是老師在上課講解,所以在YouTube看到時都不是很注意,現在真正參與其中,發現其實其他老師拍攝內容十分有趣,而且題材生活化,對於普羅大眾了解化學很有幫助,我覺得宣傳很重要,希望透過大眾媒體廣為宣傳。 郭:能跟自己的好友一起拍攝真的很開心,同時也介紹給自己的家人及朋友一起去觀賞,覺得很有成就感,家人覺得「家庭化學」很有趣,希望學測完可以再去拍攝。 王:拍攝完自己不太敢看,覺得自己耍寶有些蠢,但一方面又很想讓同學去看自己的表演,未來想拍5~10分鐘長度的微電影,結合更多生活中的化學和搞笑的劇情,希望學測完可以全心全力來準備實驗劇本,為自已留下永恆回憶。 蕭:希望將來拍些結合時事的化學,尤其是有關油品檢測及食品添加物,讓一般人了解化學真的很重要,而且也很有趣! 修:同學幾乎都看過影片,覺得自己好像明星,明年希望有機會可以拍攝食安問題,覺得影片標題也很重要,會吸引一般人想去看,希望學科中心影片廣為宣傳,大鳴大放! 三、教師指導微電影拍攝心得—翻轉角色 在網際網路迅速發展的時代下,大眾使用網路的頻率也逐漸增高,尤其是青少年。在傳統媒體之外,網際網路提供了另一種廣告宣傳平台。這也使得微電影崛起,相對於一般傳統廣告,微電影以短片的模式將產品置入影片,利用影片中的演員、情節以及氛圍,更加深消費者對商品的印象。微電影沒有時效性、也不需要高額的傳播費用、直接利用YouTube就可以免費上傳影片,具有「病毒式傳播」的特性,同時微電影可以與觀賞者利用平台互動分享心得,有別於傳統廣告無法與消費者交流分享,吸引更多消費者注意,甚至達到廣告的目的。 化學微電影是除了臉書以外可以與讀者分享的有聲平台,有別於傳統教學實驗影片,同時也翻轉了傳統角色安排,以學生當主角,老師在輔導者的位置,畢竟真正的學習主體是「學生」,學生會比老師更了解時下年輕人想要知道的主題及表演方式。 指導學生實驗影片拍攝幾年下來,發現他們的頭腦很活,對於實驗也很有主見,雖然沒有酬勞、沒有獎盃,更無關升學,但參與的學生都樂在其中,無須彰顯。也許對學生而言,能參與化學奧林匹亞選訓營是求學時期的夢想;然而對老師而言,彰顯的卻不只是帶著一些有才的學生成為國家代表選手而已,而是能看到學生在自己的引領下慢慢地進步,享受學習,熱愛化學,如同當年戴維博士發現了法拉第,如璞玉般耐磨而漸漸散發出耀眼的光芒! n  參考資料 1.      […]

創意化學實驗—環保手動肥皂機 / 葉凡愉、周明毅、王冠智、沈明勳、黃琴扉

Tuesday , 29, December 2015 Comments Off on 創意化學實驗—環保手動肥皂機 / 葉凡愉、周明毅、王冠智、沈明勳、黃琴扉

創意化學實驗—環保手動肥皂機 葉凡愉、周明毅、王冠智、沈明勳、黃琴扉* 國立高雄師範大學科學教育暨環境教育研究所*chinf1027@yahoo.com.tw n  前言 環境教育為目前我們極力推廣的教育理念,也希望此理念可以與各領域學科知識做結合,像是學生們在進行科學實驗課程時,也可以更有感地關心到他們的生活環境。其中,環保意識、水汙染防治的概念,更是要推廣到中小學的學生,以落實環境教育。國中理化有教導學生天然肥皂、合成清潔劑的原理與製程,天然肥皂的原料取得是比較環保,對環境的汙染低;使用過後排放到水中後是可以被細菌分解的,不會產生泡沫汙染。然而,合成清潔劑的原料取得為石化產品,在生產的過程中,對環境的傷害很大,並且排放到水中後會產生泡沫汙染。另外,市面上販售的合成清潔劑,可能還含有增稠劑、珠光劑、保濕劑、人工色素、香料、殺菌劑及防腐劑等化學添加物,因此,使用此種合成清潔劑,可能會導致洗劑殘留在皮膚上,侵入人體,並且可能會造成皮膚或肝腎的病變,對人體相當不好。 製作肥皂的方式大致上分為四種:熱製法、冷製法、再生法、融化再製法。目前國中理化實驗課大致上都使用熱製法教導學生製作肥皂。但是在實驗過程中,我們發現到:若是選擇不適當油品或者是加熱溫度過高,會產生不好聞的味道;然後最後製成的成品,也不太容易乾燥,這導致學生最終也不敢使用自己製做的肥皂。此種製作肥皂的方式,雖然學生學習到了實驗技巧,但如果實驗後就把成品都丟掉,那此實驗對環境是不友善的。有鑑於熱製法因需要加熱,對學生有危險性,加熱過程中,也有不好聞的氣味產生,因此我們選擇使用冷製法製作肥皂。冷製法做肥皂的過程,是無需加熱,並且不會有異味產生。但缺點就是要準備許多的容器裝原料,學生會覺得此實驗用到的器具過多,不好整理;然後需要用打蛋器攪拌四~五個小時,此過程是疲累而且無趣的。我們就此兩個缺點發想了一個「環保手動肥皂機」,希望可以藉此肥皂機,讓大家做起肥皂是輕鬆、簡單、環保,並且是有趣的。 為了提供一個更環保、更方便製作肥皂的器具,許多研究人員以及國、高中的學生都投入了環保手動肥皂機的研發。綜觀之前所有製作肥皂的實驗課程,是非常繁複,並且需要許多的器具,因此本文作者發想,是否可以製作一個一體成型的器具,只要使用這一個器具就可以輕鬆製作出肥皂,也不需加熱,所以我們就改良了身邊要丟掉的食物攪拌器,希望可以達到廢物利用的精神,開發出一個全新的「環保手動肥皂機」,然後再搭配本文作者研發之肥皂配方,就可以製作出天然、環保、又可以使用之手工肥皂。 n  裝置設計與製造肥皂 一、材料和藥品 廢棄的食物攪拌器(1公升) 1個、氫氧化鈉 75公克(購自五金行和化工原料行)、椰子油 125公克、棕櫚油 150公克、橄欖油 225公克、冰塊 150公克、電子磅秤 1個、量杯 1個、皂模 5個、紙碗 1個,如相片一所示。      相片一:所需材料和藥品(由左而右排列) 二、設計與製造過程 1.        先量出冰塊約150公克(±20公克),加入廢棄攪拌器中,如相片二所示。 相片二:將冰塊加入廢棄攪拌器中 2.        量出氫氧化鈉75公克,放入一個乾淨的紙杯內,如相片三所示。 相片三:氫氧化鈉75公克 3.        一邊攪拌冰塊,一邊慢慢少量加入氫氧化鈉(若一瞬間倒入,怕溫度突然升高),一直攪拌到氫氧化鈉完全溶解在水中,鹼水就製造完成,如相片四所示。   相片四:攪拌食物攪拌器中的冰塊並且緩辦加入氫氧化鈉 4.          當鹼水完成時,把攪拌器放置在電子磅秤上歸零,慢慢倒入棕櫚油(150公克)、橄欖油(225公克)、椰子油(125公克),如相片五所示。   相片五:油品由我們改良的食物攪拌器上方漏斗倒入 5.        開始手動攪拌,攪拌約20分鐘左右,當皂化混合液呈現黏稠狀即可(注意液體中若有浮油,表示攪拌不完全,需繼續攪拌),且避免皂化混合液中有氣泡,因為皂化成形時肥皂中會有空洞,如相片六所示。   相片六:攪拌完成的肥皂(內無空洞產生) 6.        當肥皂混合液完全攪拌成功時,再慢慢倒入皂模中,放置在陰涼處約一星期脫模,如相片七所示。 相片七:將肥皂混合液倒入皂模中 7.        依上述步驟,製作並且使用「環保手動肥皂機」,環保好用的手工皂就完成了。 n  原理和概念 一、皂化反應     油脂在鹼性溶液中加熱,發生水解反應,產生長鏈脂肪酸鹽(肥皂)和副產物甘油。肥皂分為鈉皂和鉀皂,通常稱鈉皂為肥皂。若鹼性物質使用氫氧化鈉,則生成鈉皂。若鹼性物質使用氫氧化鉀,則生成鉀皂。皂化反應如式[1]所示。 油脂 […]

創意微型實驗—微型水果電池 方金祥 創意微型科學工作室 chfang1273@yahoo.com.tw 本文作者在本期刊《臺灣化學教育》第十期中曾設計微型鋅銅電池,其電解液需用到一種化學藥品硫酸銅溶液,而在以水果製作成的微型水果電池中就不必用到任何化學藥品,其電解液並非硫酸銅溶液而是水果原本的內含物。由於微型鋅銅電池中之銅離子在正極會被還原成金屬銅,而鋅在負極會被氧化成鋅離子,然而在微型水果電池中並沒有如同一般鋅銅電池或微型鋅銅電池中有銅離子來被還原,而是由水果中之內含物酸性氫離子來被還原。因此以鋅片為負極與銅片為正極,在水果中正負極間所產生的電位差就不會跟一般的鋅銅電池產生1.10 V一樣,然以鋅片為負極與銅片為正極在各種水果正負極間所產生的電位差,也同樣可使電子鐘音樂盒、搖擺器、電子鐘運轉以及使聖誕音樂卡唱出聖誕歌及接在聖誕音樂卡上之LED燈發亮等等現象。在本文中將介紹以在作者在庭園中自種之水果為材料來製作微型水果電池及其應用,俾以提高學生學習電化學之意願與興趣。 n  微型水果電池之原理 一般水果中之內含物之液體都是含有豐富的維生素C(抗壞血酸)而呈現酸性,因此微型水果電池的原理乃是利用其果汁中之酸性物質內的氫離子在正極被還原成氫氣(氫之標準還原電位為0.00 V),而陽極(負極)的鋅易被氧化(鋅的標準氧化電位為0.74 V)。因此,以銅片為正極和鋅片為負極時,負極在水果中所產生之電位差即為0.74 V,其反應式如式[1]~[3]。 陰極(銅片,正極)反應:2H+(aq) + 2e– → H2(g)               Ered = 0.00 V           [1] 負極(鋅片,陽極)反應:Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e–           Eox  = +0.74 V        [2] 電池總反應:Zn(s) + 2H+(aq) → Zn2+(aq) + H2(g)                  Ecell = +0.74 V         [3] n  材料與藥品 小番茄 2粒、百香果 2粒、檸檬 2粒、諾麗果 2粒、大塑膠蓋子 1 個、銅片(0.2 cm […]

小一學童實作化學實驗—有趣的泡泡蟲 / 方慧娟

Sunday , 27, December 2015 Comments Off on 小一學童實作化學實驗—有趣的泡泡蟲 / 方慧娟

小一學童實作化學實驗—有趣的泡泡蟲 方慧娟 臺北市私立再興小學教師 國立臺北教育大學自然科學教育學系在職碩士班licalles@yahoo.com.tw n  「泡泡蟲」的教學策略 小朋友最喜歡吹泡泡了,只要有機會吹泡泡,往往都愛不釋手。生活中,許多小朋友都有經驗,無論是洗手、洗澡或洗碗,偶爾無意間會搓出一些泡泡,好奇的寶寶就會嘗試玩出不同形式的泡泡,一頭栽入化學的實驗中……。藉由一年級上學期康軒版生活課「吹泡泡真有趣」單元,分組進行有趣的泡泡蟲遊戲,讓小朋友從中學習到如何利用家裡廚房、浴室常見的清潔劑製作出泡泡水和發現吹泡泡蟲的技巧。 本教學活動「有趣的泡泡蟲」,運用數學─科學─科技(Mathematics-Science-Technology, MST)教學策略,將數學、科學和科技的概念互相連結,希望透過吹「泡泡蟲」的活動設計,融入數學長度測量、比例等概念以及科學的溶解概念、空氣佔有的空間、泡泡的表面張力等概念,讓學生從活動中發現問題,進而能統整所學的概念來解決問題,以培養探索的精神,並提升其科技素養的能力。 MST教學強調學科整合策略,意指科技學習能從與其他跨領域學科互動關係中,幫助學生了解科技的定位(游光昭,1999)。科學需要科技的發展來測試並證明多項科學的定律、理論與原則;科技也需要科學來解釋自然世界的結構與現象;而數學則提供了科學與科技間的溝通橋樑。國外有許多專家學者提出運用數學、科學和科技統整的教學模式,來解決實際的問題(黃能堂、高長志,2004)。因此,自然科教師應善用教育科技和其他領域教學相結合,使教學更多元又有效能(李隆盛,1999)。 本教學活動希望透過MST教學策略,使學生在活動中能統整所學的數學、科學和科技之概念,從活動過程中,引導學生主動發現問題,小組合作解決問題,以培養主動探索精神。 n  有趣的「泡泡蟲」吸引學童目光 首先,教師先在講台上放一個不透明的袋子,袋裡放滿了各式清潔劑、一瓶甘油和一瓶水,然後隨意拿出一瓶洗碗精,開始調配泡泡秘方,在桌上吹出一隻的泡泡蟲,隨即又拿出一瓶洗髮精,調配泡泡秘方,也在桌上吹出一隻的泡泡蟲,接下來陸續拿出不同的清潔劑,調配比例……,小朋友在老師吹出第一個泡泡,接著連成一隻的泡泡蟲時,驚呼聲連連,不約而同的拍手叫好,個個都躍躍欲試。再來,請小朋友回家準備可以製作泡泡蟲的原料,此原料必須是家裡現有的家用物品。隔天大家再一起來玩泡泡蟲遊戲。圖1為小朋友看到桌上的泡泡蟲都很興奮。圖2為小朋友很興奮的展示他手中的泡泡蟲。 圖1:小朋友看到桌上的泡泡蟲都很興奮 圖2:小朋友很興奮的展示他手中的泡泡蟲 n  「泡泡蟲」的原理和概念 清潔劑和肥皂都是表面活性劑,它們能使目標溶液表面張力顯著下降的物質,可降低兩種液體或液體─固體間的表面張力。它長得長長的,一面喜歡水,稱為親水端;另一端喜歡油,稱為親油端,如圖3右的藍色球和棒所示,球的位置代表親水端,棒的位置代表親油端。 把清潔劑或肥皂與水混合後,親水端的一面會溶在水中,親油端的一面則會全部聚集在水面上。當攪拌泡泡水時,把表面活性劑和空氣同時送進水中。表面活性劑」的親油端會包住空氣,可愛的泡泡就形成囉,如圖3左所示!   圖3:清潔劑或肥皂遇到水時,親水端會包圍住水,而形成薄膜(左);清潔劑分子的放大示意圖(右),藍色代表清潔劑分子,紫色代表很多聚集的水份子。 (圖片取自:科學遊戲實驗室,http://scigame.ntcu.edu.tw/bubble/bubble-001.html)   氣佔有的空間:把吸管插入泡泡中,慢慢吹氣,泡泡會愈來愈大。泡泡的表面張力:是一種物理效應,使得液體表面總是獲得最小的、光滑的面積,就像是一層彈性的薄膜。原因是液體的表面總是試圖達到能量最低的狀態。在數學概念方面,長度測量:量出吹好的泡泡之長度。比例:自製泡泡水,小組討論清潔劑、甘油與水的最佳的比例並測試和實作。 n  學生實驗的問題 1.        什麼原料可以吹泡泡? 2.        如何吹出大泡泡蟲? 3.        吹泡泡蟲的技巧? 4.        如何吹出很多的泡泡蟲? 5.        設計最佳造型的泡泡蟲。 圖5:小朋友很興奮的在幫泡泡蟲做造型。 n  家用物品 每組自由準備:洗碗精、洗衣粉、洗髮精、洗手乳、沐浴乳、醬油、食鹽、方糖、食用醋、沙拉油。 每組必備物品:甘油(500毫升) 1瓶/組〔購自化工行〕、小吸管 12支/組〔購自超市〕、大吸管 12支/組〔購自超市〕、透明塑膠杯(200毫升) 10個/組〔購自超市〕、小量杯(20 毫升) 4個/組〔購自五金行〕 n  實驗過程 一、  找出什麼原料可以吹泡泡蟲? 1.        將洗碗精、洗衣粉、洗髮精、洗手乳、沐浴乳、醬油、鹽、糖、醋、甘油、沙拉油等不同的原料加入50毫升的水,配製成溶液。 2.        […]

製作3D光雕印章 呂雲瑞   國立市立高雄女子中學教育部高中化學學科中心chem_tim@yahoo.com.tw n  影片觀賞 本實驗影片由臺灣多媒體創意教學協會協助拍攝,教育部高中化學學科中心提供。 影片網址:3D光雕,https://www.youtube.com/watch?v=u0zdTAFkhdo, YouTube. n  簡介 印章是中華文化的代表之一。舉凡結婚生子、簽辦信用卡、領取信件……等等日常生活中的事務,印章總是扮演著不可或缺的角色。印章材料的演進史中,陶瓷曾為印章最古老的 材料,後來後漸發展為金屬、植物、獸骨、石塊等材質,乃至現代的塑料、橡膠。 不過因為印鑑章的辨識不甚容易,且易於仿冒,近年來有愈來愈多廢除印鑑證明之聲浪 產生,本研究試著由光誘導性質連結到印章之製作,由自製簡易升降平台,改良光聚合製程,並結合時下流行之平板電腦及APP以製作「親筆簽名」的效果印章,便可應用於藏書章、或是落款等功能。透過光聚合技術的光敏樹脂材料也是現在3D列印技術中最夯的超級明星,可提供快速和高品質的列印。 n  藥品與器材 1.        己二醇二丙烯酸酯(1,6-hexanediol diacrylate) 2.        苯基雙(2,4,6-三甲基苯甲基)氧化磷(Phenylbis(2,4,6-trimethylbenzoyl) phosphine oxide) 3.        蘇丹紅一號(Sudan I) 4.        丙酮(acetone) 5.        乙醇(ethanol) 6.        蒸餾水 7.        實驗用固定夾 8.        玻璃培養皿 9.        筆記型電腦或平板電腦(設計圖案或字型) 10.    DLP投影機(BENQ) 11.    平面鏡 12.    水平儀 n  實驗步驟 一、光誘導聚合反應溶液配製 1.        取98 mL的己二醇二丙烯酸酯(作為聚合物單體),2 g的苯基雙(2,4,6-三甲基苯甲基)氧化磷(當作光引發劑photo-initiator),再加入0.006 g的蘇丹紅一號(作為光吸收劑photo-absorber)。 2.        將上述三種藥品依序倒入100 […]

創意微型實驗— 微型鋅銅電池及其在化學教學上的應用 / 方金祥

Tuesday , 3, November 2015 Comments Off on 創意微型實驗— 微型鋅銅電池及其在化學教學上的應用 / 方金祥

創意微型實驗— 微型鋅銅電池及其在化學教學上的應用 方金祥 創意微型科學工作室 chfang1273@yahoo.com.tw 化學是一門極具趣味性且理論與實驗並重之科學,因此在相關單元之中,除了理論介紹之外都配有相關的實作性實驗,盼由正確的實驗的結果來應證理論的真實性。在學校的化學實驗裡如何減少使用藥品,以減少廢液的產生進而突增廢液回收與處理的困擾與困難度,以減低對環境污染的衝擊,是當務之急。因此將傳統實驗裝置與實驗過程加以改良,使實驗裝置更為簡單,實驗步驟更為安全更為有趣,使化學實驗更符合環保理念可回收低汙染省資源的綠色化學實驗。在本文中將傳統式的鋅銅電池加以微型化而成為微型鋅銅電池,得以方便將兩個或多個鋅銅電池加以串聯起來,並在化學實驗中加以延伸與應用,以提高學生學習電化學之意願與興趣。 n  微型鋅銅電池之原理 以鋅片和銅片為電極,分別在插入藥品溶液中,電極與溶液之介面間會產生所謂的電極電位,而在當兩溶液間以鹽橋來溝通電路後,在這兩個電極間所產生之電位差即稱為電池電位(電壓),其反應式如式[1]~[3]所示。 正極(銅片,陰極)反應:Cu2+(aq) + 2e– → Cu(s)              Ered = + 0.36 V        [1] 負極(鋅片,陽極)反應:Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e–           Eox  = + 0.74 V       [2] 電池總反應:Zn(s) + Cu2+(aq) → Zn2+(aq)  + Cu(s)              Ecell = + 1.10 V        [3] n  傳統鋅銅電池與微型鋅統電池之比較 傳統鋅銅電池與微型鋅銅電池在器材裝置及藥品之使用皆略有不同,其差異之比較如表一所列及相片一所示。 表一:傳統鋅銅電池與微型鋅銅電池之比較   相片一:傳統鋅銅電池裝置和微型鋅銅電池裝置(右) (左圖取材:自八十二年國編版高中基楚理化實驗手冊下冊) n  材料藥品與器材 一、   […]

創意微型實驗—微型化學噴霧槍在化學演示實驗上之應用 / 方金祥

Friday , 28, August 2015 Comments Off on 創意微型實驗—微型化學噴霧槍在化學演示實驗上之應用 / 方金祥

創意微型實驗—微型化學噴霧槍在化學演示實驗上之應用 方金祥 創意微型科學工作室chfang1273@yahoo.com.tw 一兼二顧摸蛤兼洗褲,資源回收做環保兼組裝成化學實驗裝置—微型化學噴霧槍,此一實驗裝置極符合「低污染、可回收、省資源」的綠色環保理念。可利用此一裝置來演示化學實驗包括酸鹼中和、氧化還原之顏色變化以及化學能轉變成光能等,使化學教學更有創意、化學反應更為直接、更為生動、活潑、有趣。俾能引起學生對化學的好奇與學習興趣。茲將微型化學噴霧槍之設計與製作之詳細過程說明如下: n  材料與藥品 (一)材料 塑膠噴霧器(安立清潔劑噴霧器) 1組、塑膠瓶(蘋果西打630 mL) 1瓶、塑膠瓶(藥品瓶100 mL) 1瓶。(相片一)    相片一:塑膠噴霧器(左)、塑膠瓶(中)、藥品瓶(右) (二)藥品 稀鹽酸(0.1 M HCl) 100 mL、氫氧化鈉溶液(0.1 M NaOH) 100 mL、硫代硫酸鈉溶液(0.1 M Na2S2O3) 100 mL、過氧二硫酸鉀(0.1 M K2S2O8) 20 mL、碘酒溶液(市售) 100 mL、酸鹼指示劑(酚酞,Phenolphthalein)(相片二)。 相片二:酚酞指示劑 n  設計與製作 微型化學噴霧槍係由噴霧器、反應接收瓶及廢液收集瓶等三部分組成。其設計與製作分述如下: 一、噴霧器主體 1.        將回收自安立清潔劑噴霧器之標籤撕下,如相片三所示。 相片三:回收自安立清潔劑之噴霧器 2.        此一噴霧器之構造與一般塑膠噴霧器有所不同,由噴霧器主體(相片四左)與兩個藥品瓶(相片四右)組成。其中噴霧器主體下方有兩條導管分別插入可裝兩組藥瓶之兩個藥品瓶中,當壓縮噴霧器時兩組藥品可同時經由各自之導管上升至噴霧器之噴嘴,然後混合在一起而以霧狀噴出,如相片四所示。    相片四:噴霧器之兩條導管(左)與兩個藥品瓶(右) 3.        撕下蘋果西打塑膠瓶之標籤,如相片五所示。 相片五:取下標籤之蘋果西打塑膠瓶 4.        將塑膠蓋子取下並在蓋子之中央處挖一個孔洞,如相片六所示。   相片六:挖一個孔洞之塑膠蓋子 5.        […]