鋁元素的趣味科學實驗 周金城 台北教育大學自然科學教育學系 ccchou62@tea.ntue.edu.tw 鋁元素的簡介 鋁是地殼含量中排序第三的元素,僅次於氧與矽。鋁也有很好的延展性,可以製成鋁箔,在生活中有許多的應用。鋁的活性比鐵大,但鋁製品卻不會像鐵製品整個氧化鏽蝕,這是因為鋁表面和氧氣結合氧化後所產生的氧化鋁,會緊密的結合在鋁的表面上,所以讓鋁的內部不會繼續發生氧化。十九世紀初,由於不易將鋁純化出來,導致當時鋁的價格比黃金還高。由於2019年是國際化學元素週期表年,筆者將兩個鋁元素相關的科學實驗撰寫出來,一個是化學實驗,另一個是物理實驗,這兩個實驗都適合讓國小學生操作,若能先閱讀實驗安全事項,並注意實驗過程,這兩個實驗是安全又好玩的實驗。 鋁元素的物理實驗簡介 第一個實驗是「磁鐵吸引鋁箔紙」,我們知道磁鐵與磁鐵可以互相吸引外,磁鐵也可以吸引鐵製品,但磁鐵不能吸引鋁箔紙。但是,鋁箔紙捲成空心管柱後,將強力磁鐵由垂直地面的鋁箔紙所捲成空心管柱中間自由落下,竟然會減緩掉落的速度,感覺就像強力磁鐵能吸引鋁箔所以減速落下一樣。國小三年級就有磁鐵單元,六年級有電磁作用,因此這個實驗很適合當作國小課程的延伸,讓學生進行探究與實作的活動設計,讓學生找出影響強力磁鐵落下速度變慢的原因探究,並可進一步引導學生思考已利用此一科學現象進行創意發想。 一、實驗原理 當磁鐵與線圈的相對位置快速改變時,磁鐵會誘發線圈產生感應電流,此線圈上的電流會產生一個磁場來抵抗原磁場的變化,這個稱為冷次定律(Lenz’s law)。若磁鐵快速靠近環形線圈,會產生相斥的感應磁場,而當磁鐵離開環形線圈時,會產生相吸的感應磁場,這其實是磁通量改變的結果(如圖一)。若是將線圈改成金屬管,就會使垂直地面掉落的強力磁鐵的落下的速度減緩,這就是應用冷次定律所造成的有趣科學現象。 將鋁箔紙捲成筒狀多層並垂直地面,由上端放入強力磁鐵自由落下,雖然磁鐵不會吸引鋁製品,但是掉落的強力磁鐵因冷次定律所產生吸引與反抗的磁場,產生讓磁鐵落下的速度減慢。若是鋁箔捲越多層,強力磁鐵落下的速度就會越緩慢。 圖1在環形線圈掉落的強力磁鐵速度減緩的原因示意圖 雖然前述的實驗原理對小學生來說有些複雜,但是實驗操作步驟與現象的觀察卻很容易進行。這個實驗在網路上常見到使用鋁管或是銅管來進行實驗,但是生活中要找到剛好粗細大小合適的鋁管或銅管並不容易。筆者早期測試時使用一兩張鋁箔紙發現沒有明顯的減速效果,曾經放棄這樣的設計。後來,有一次再度嘗試包覆鋁箔紙時,就想嘗試是否多包覆幾張長鋁箔紙會有明顯的減速效果呢?竟然發現包覆多張就可以觀察到強力磁鐵掉落時的減速效果。而且這樣的實驗還有一個優點,就是讓我們可以觀察到,當包覆越多層鋁箔紙,減緩的效果越明顯,這是直接使用鋁管或銅管沒有辦法觀察到的操縱變因。或許有人會想,使用鐵管是否可以觀察強力磁鐵掉落的速度減緩的更明顯呢?其實使用鐵管是觀察不到這個現象的,因為鐵管會和強力磁鐵緊緊的吸附在一起,根本不會掉落喔! 二、所需藥品與器材 1. 10×10 mm強力磁鐵兩個 2. 粗吸管兩根(珍珠奶茶吸管,管內直徑約1.2公分,長度大約22公分,內徑要略大於磁鐵,但不宜過大) 3. 鋁箔紙一捲 4. 剪刀 5. 碼表 圖2準備兩根珍珠奶茶吸管與兩個強力磁鐵 圖3準備比吸管稍短的鋁箔紙數張 三、實驗步驟 1.準備一根吸管及一個強力磁鐵。 2.將強力磁鐵對準吸管口,放開強力磁鐵使其自由落下,碼表記下時間。 圖4放開強力磁鐵使其自由落下 3.將吸管外圈用逐層纏繞鋁箔紙,並逐次紀錄磁鐵落下的時間。 圖5鋁箔紙盡可能的平整捲於吸管上 圖6測量強力磁鐵在不同吸管中落下速度差異 4.將吸管外圈用鋁箔紙纏繞多圈,重複上述步驟。建議可以繞十幾層,繞越多層強力磁鐵落下減緩效果越明顯,而且鋁箔紙纏繞珍珠奶茶吸管越緊密越好。 5.可以取兩根吸管,一根有包覆鋁箔紙,另一根無包覆鋁箔紙,兩根吸管並排,吸管上端分別置入強力磁鐵並相吸住。當兩根吸管用力拉開時,就可以清楚看到兩個磁鐵落下的時間有明顯差異。 6.可以將兩個強力磁鐵相吸,比較兩個磁鐵與一個磁鐵放入吸管中掉落速度的差異。 四、教學注意事項 1. 第一次操作的吸管無包鋁箔,作為對照組。 2. 包覆鋁箔紙的吸管可形成環形導線的線圈。 3. 當強力磁鐵落下時,磁鐵移動之下方鋁箔管會產生相斥的感應磁場,會抵擋強力磁鐵落下造成的磁場變化;磁鐵移動之上方鋁箔管會產生吸引的感應磁場,下方產生排斥磁場,上方產生吸引磁場,造成強力磁鐵落下的速度減慢的原因。 4. 手拿吸管時,不要大力捏住吸管,這樣磁鐵落下變慢的原因不是因為冷次定律,而是因為吸管口徑變窄,倒致摩擦阻力變大所造成磁鐵落下變慢。 五、安全注意事項 1. 強力磁鐵相吸時力量很大,可能會導致手指的皮膚被夾傷,要小心使用強力磁鐵。 2. 強力磁鐵若由高處直接掉落地面,強力磁鐵可能會破裂,而破裂碎片邊緣可能會很鋒利導致手被割傷,因此由吸管落下的強力磁鐵在桌面上進行,且桌上放置軟布以減緩衝擊力量,避免強力磁鐵破裂。 […]
第八屆亞洲化學教育國際研討會 周金城 臺北教育大學自然科學教育學系 ccchou62@tea.ntuie.edu.tw n 前言 由韓國、日本與台灣所發起的亞洲化學教育國際研討會(International Conference on Network for Inter-Asian Chemistry Educators, NICE)今年7/30~8/1日已完成第八屆NICE研討會三天活動的辦理,各國參加的人數也趨於穩定,常常可以看到許多熟識的面孔,包含各國的大學教授與高中老師,於第八屆馬來西亞也加入了核心國家的行列中。而我也自NICE籌備會開始參與,每一屆NICE研討會都參與,也擔任過台灣辦理NICE研討會大會秘書,一直到這次擔任大會主席,要負責申請校內外經費,並籌畫整個活動的進行。每一屆參與NICE也都在吸收各屆辦理的優點,思考要如何避免缺點的發生,這是一個漫長的學習歷程。 n 留下活動的軌跡 辦完NICE研討會後,將NICE研討會辦理的軌跡留下,提供給以後想辦理的夥伴參考也是重要的,因此邀請參與的核心夥伴分別撰文將這些紀錄留下。 第一篇由我所撰寫的文章是〈亞洲化學教育國際研討會辦理回顧與第八屆活動特色介紹〉,先描述由NICE研討會籌備到後續七屆辦理的NICE研討會的情形,且寫出比較不一樣的活動設計,以及設計這些活動時的背後考量。經費是活動設計上的最大考量,本屆的研討會由註冊費收入的經費大約總經費的四分之一,也就是四分之三的費用並須由其他管道申請。在有限的經費下要辦理有特色的研討會,是相當不容易的事。親力親為可以減少人力費用的支出,例如大會網站就是由我親自建置,就可以省下好幾萬的費用,但也耗去我相當多的時間。 第二篇由台北教育大學自然科學教育學系的林靜雯教授所負責撰寫〈第八屆亞洲化學教育研討會論文發表情形速寫〉針對本次研討會的文章進行分析整理,除了有各國參與的人數,針對投稿發表類型是口頭發表、海報發表或是示範實驗進行分析。也針對投稿的主題進行分析,發現本次NICE研討會上的投稿是以教室對話分析與教學策略與日常生活中的化學主題為最多,可以讓我們對整體的學術活動輪廓有一個清楚的圖像。 第三篇是大甲高中廖旭茂老師撰寫〈指導學生參加2019年亞洲化學教育研討會擔任科學志工心得分享〉一文,則是針對他為設計研討會所設計的化學闖關遊戲前後歷程,並帶學生全程參與NICE研討會三天兩夜的整個心得。NICE研討會創造了給高中學生的舞台,而廖老師則把握的這個機會,大力的推了學生們一把讓他們有機會參與國際學術活動。由他文章中的學生心得,可以看出他的學生可以在參與研討會的過程前後,獲得許多成長的機會。 第四篇是新北市立新北高中的鍾曉蘭老師撰寫〈亞洲化學教育國際研討會之高中參訪活動–讓高中生變成主角〉一文,針對如何安排NICE研討會的高中參訪活動流程與訓練學生擔任英文導覽解說員與化學實驗活動的英文助手,都有詳細的說明。最重要的是讓高中生由活動參與者,變成活動的執行者,創造給學生舞台,也盡力幫助學生在舞台上發光發熱。 第五篇是由台北教育大學自然科學教育學系的何慧瑩教授所撰寫〈第八屆亞洲化學教育國際研討會之場地與議事組準備經驗交流〉一文,則是將繁雜的事務工作規劃做一個紀錄,讓大家了解研討會是有很多工作要同時規劃處理。找學生幫忙工作是目前大學困難的任務,因為要事先辦理保險並繳費,但是學生後來臨時有事不能來,但是保險費早已繳納,也無法向學生求償,這是找尋協助研討會人力上最大的困難點。 n 結語 第八屆亞洲化學教育國際研討會網站上,有詳細的會議議程與論文手冊資料,有關學術活動部分是比較容易了解的,但是其他沒有在網站上出現的內容才是更需要被了解。這次的第八屆亞洲化學教育國際研討會投審稿系統,是採用中華民國計算機語言學會所建置的線上會議管理系統,除了投審稿系統也有這註冊繳費的金流系統可以繳費租用,可以節省大量的時間與精力。租用系統所需繳納的費用不會很多,聯繫接洽上也不複雜,問題提出與解決都是透過網站聯繫,處理問題相當有效率,非常推薦使用,聯繫的窗口地址是位於中央研究院的資訊研究所內,若有興趣辦理國際研討會者,在經費有限的情況下,可以多加利用此管道來建置線上投審稿系統與線上繳費金流系統,應該是相當安全的,畢竟駭客也隨時隨地在等待綁架我們網站。
第八屆亞洲化學教育國際研討會辦理回顧與第八屆活動特色介紹 周金城 臺北教育大學自然科學教育學系 第八屆亞洲化學教育研討會大會主席 ccchou62@tea.ntue.edu.tw n 前言 亞洲化學教育研討會(International Conference on Network for Inter-Asian Chemistry Educators,簡稱NICE)是兩年辦理一次的會議,目前的主要核心國家是日本、韓國、台灣與馬來西亞。前八屆都是由韓國、台灣與日本輪流主辦,第七屆研討會時NICE委員會開會決定讓馬來西亞加入委員會,並決定讓馬來西亞主辦第九屆亞洲化學教育研討會,而第十屆則是再度回到日本主辦。要申辦NICE研討會必須在四年前向NICE委員會提出申請,若有興趣辦理的其他國家可以於第九屆NICE研討會時向委員會申請辦理第十一屆亞洲化學教育研討會。辦理的日期最好能配合主要核心國家的學校暑假時間來辦理,由於日本暑假開始的時間是在七月下旬,所以研討會辦理的時間主要是在七月底,以利日本的教授、高中老師與學生參與。 表一 第一到第八屆亞洲化學教育研討會與舉辦資料 地點 主辦學校 日期 大會主席 第一屆* 韓國首爾 淑明女子大學 2006/8/14-16 Prof. Choon H. Do 第二屆 臺灣台北 臺灣師範大學 2007/30~8/1 邱美虹教授 第三屆 日本東京 東京學藝大學 2009/7/29-31 Prof. Masahiro Kamata 第四屆 韓國首爾 首爾大學 2011/7/26-28 Prof. Choon H. Do 第五屆 臺灣屏東 屏東教育大學 2013/7/25-27 李賢哲教授 第六屆 日本東京 […]
第八屆亞洲化學教育國際研討會之高中參訪活動–讓高中生變成主角 周金城1*、鍾曉蘭2 臺北教育大學自然科學教育學系1 新北市立新北高中2 *ccchou62@tea.ntue.edu.tw n 前言 今年7月30到8月1日舉辦第八屆亞洲化學教育國際研討會(NICE),而大會於第三天安排高中參訪行程,這是自2009年的第三屆亞洲化學教育國際研討會開始加入的。當時的大會主席東京學藝大學Masahiro Kamata教授安排參與者參訪東京學藝大學附屬中學,當時的活動是由學校老師進行導覽,由各國教授或教師上台到高中班級中進行實驗實驗教學,相當有趣。之後,每屆的亞洲化學教育國際研討會的第三天就會安排參與者到高中進行參訪,並且加入了不同國家高中生一起做化學實驗以及高中生專題海報發表競賽的活動,讓不同國家高中生之間可以有許多學習與觀摩的機會。 n 到新北市立新北高中辦理參訪 於大會第三天上午十點半抵達新北高中,這次能到新北高中辦理NICE研討會高中化學教育參訪活動,大會非常感謝新北高中倪靜貴校長以及化學科教師鍾曉蘭博士的全力支持,讓高中參訪活動得以順進行。創建自1997年的新北高中是一個校園面積大,軟硬體設備均優的學校,校園中有很好的科學教學設備與實驗室,讓來參加NICE研討會的學者,印象深刻。 圖1 到新北高中參訪校門口合影 圖2 對大會參與者進行學校簡介 n 分組參觀學校的科學教育設施 新北高中校內有一個小型的科學博物館,內容比較多是收集生物與地科的相關模型與材料,可以讓教師在教學時有效利用。之前幾屆的國際化學教育研討會的高中參訪,都是由各校的英文老師負責相關解說。今年的則是由新北高中的教師訓練學生負責英文解說與導覽,這可以給學生很好的訓練機會,增加學生直接參與國際交流活動的機會。 圖3 新北高中校內就有小型自然科學博物館 圖4 由新北高中的學生擔任英文導覽員 除了小型博物館,還有座可以容納整個班級人的星座投影天球儀,是由新北高中的老師進行導覽解說,利用天球儀可以觀察南北半球的星空與星座,這是需要運用高度空間能力想像的學習主題,但是透過星座投影天球儀可以讓學習變得容易些。 圖5 星座投影天球儀播放室 大家最有興趣的還是參觀化學實驗室,實驗室中12組實驗桌,每一張桌子都有配置兩個水槽,每張桌子的上方都有配置萬向抽氣罩,牆邊還有配置數座通風櫥,因此可以讓學生放心的在實驗室裡進行各種化學實驗。而實驗室講台後方則是有很大間的實驗準備室並與實驗器材室與實驗藥品室相通,讓化學教師在實驗器材準備上相當的方便。化學實驗室相當的重要,若有安全方便的化學實驗場地、充足的實驗器材與設備,化學教育就可設計相當多的實驗活動讓學生進行。化學實驗室也是NICE參與者參觀的重點,想要觀摩學習各國在化學實驗室上的設計與安排,作為設計改進的參考。由於整個高中的科學教育設施相當完善,其中一位韓國的高中老師還詢問說這是一所私立學校或是特別的科學高中嗎?當我們告訴他們這是一所一般的公立高中時,他們都表現出非常訝異的表情。 圖6 化學實驗室 n 化學實驗DIY活動 七月的下午天氣是是相當炎熱的,若所有人到化學實驗室做實驗,可能會很會流很多汗。新北高中很貼心地將中午的午餐場地、下午的化妝品與乳液的DIY製作活動、高中生化學海報發表都安排在圖書館會議室,一方面洗手乳與乳液的DIY製作活動沒有藥品汙染的危險性,另一方面都在相同場地,大家也就不需要再移動位置,而且圖書館會議室是冷氣的。 下午實驗活動是由鍾曉蘭老師負責,她設計了洗手乳與乳液的DIY製作活動,先統一進行基本實驗原理與過程解說後,就進行分組實驗活動。每一組實驗活動,都由一位新北高中學生來負責英文解說帶領小組的其他組員進行實驗操作。新北高中的學生事都已經過訓練,表現得非常好,能帶領大家添加正確的試劑的比例,每人完成一罐洗手乳與一罐乳液並且可以帶回去,與會者都相當的開心。 圖7 化妝品與乳液的DIY製作活動 n 高中生化學海報發表競賽 在實驗過後,最重要的就是高中生化學海報發表競賽,這對各國高中學生來說都是有相當的壓力的。畢竟化學專題研究本身就已經有相當的難度,還要使用英文來進行解說。但是這些上場的學生都表現得相當沉穩,並沒有膽怯的樣子,而且可以和參觀海報者的提問,進行回答都表現都表現的相當好。這次的海報展總共有六組學生報名參展,主要是來自日本、韓國與台灣。我們由日本、韓國與台灣的教授中,各找一位代表來進行評分,再將三個評審的成績加總計算,第一名與第二名都是來自大甲高中的學生獲得,第三名則是來自東京學藝大學附屬中學的學生獲得。很高興台灣的學生表現亮眼,這要歸功大甲高中的指導老師廖旭茂老師願意全力付出的指導學生,才能讓將學生展現出此能力,廖老師每年都有指導學生參與台灣的全國科展活動,也經常得到全國很好的名次,他會進一步鼓勵高中生再將研究成果轉成英文海報,在經過英語發表訓練就可以參與這個競賽活動。其實各國高中生能有勇氣能站在這裡分享研究成果,就已經相當不簡單了。 圖8 各組高中海報作者與參與者互動之照片 n 參訪活動閉幕 隨著高中生化學海報發表競賽頒獎結束,由上午開始的高中參訪活動就結束了,而整個NICE研討會三天的活動也就隨著落幕。自2009年加入高中生參訪與高中生海報競賽,整個NICE研討會就年輕活潑了起來,也打造了一個給專屬給高中生參與國際化學教育學術活動的舞台,而高中化學老師扮演了一個很重要的關鍵角色,就是要如何將學生推上這個國際的舞台。亞洲化學教育國際研討會經過大家多年的努力,搭建出了這個專屬高中生展現化學學習成果的舞台,希望更多的化學老師能夠注意到這個舞台,幫助學生躍上這個舞台。 圖9 下午四點半離開新北高中前的中庭合影 n 結語 目前國內高中接待國際參訪工作愈來越頻繁,也顯示教育部推動國際交流具有相當的成效。由於台灣越來越重視英語教育,所以高中生的整體英語能力相較於以往有顯著提升,而且有些高中學生就已經可以通過中高級的英語檢定,使用英語進行溝通與表達已完全沒有問題。因此高中老師會訓練這些英語能力較佳的學生,擔任國際參訪工作的接待或導覽解說人員。這次的亞洲化學教育國際研討會接待、導覽與帶化妝品DIY實驗工作,就是由新北高中學生來直接負責的。早期的各國高中參訪主要是學校老師扮演主要的導覽與實驗教學活動角色,到這一次已經可以讓高中生來負責部分導覽與實驗教學活動,這是一個很重要的轉變。若能鼓勵學生積極投入化學教育活動,相信可以培養更多高中生在大學選讀化學相關學系,增加未來化學領域的相關工作人員。這次的高中參訪是相當成功的,也讓亞洲化學教育國際研討會的第三天高中參訪的形式有了新的面貌。
兩岸化學教育高峰論壇:化學模擬實驗軟體在國中八年級理化的探究與實作應用 陳子聖*1、周金城2 1臺北市立敦化國民中學 2國立臺北教育大學自然科學教育學系 *t733@thjh.tp.edu.tw 前言 科學教學的核心之一是幫助幫助學生培養解決問題的能力,無論在「九年一貫課程綱要能力指標」,或是即將實施的「十二年國民基本教育自然科學領域課程綱要」中,都提及探究教學中,教師需幫助學生學習如何具備問題解決的能力。若身為教師能落實平日教學課程中安排學生進入實驗室動手操作,學生才比較有可能藉由實驗操作的過程,培養問題解決的能力。但是由於部分實驗仍具有危險性,過去並不容易讓學生可以自行設計實驗,並自主測試實驗結果。利用商業化的Yenka Science軟體,教師可以設計物理、化學、數學與工程等主題的科學實驗,讓學生在電腦上親自進行科學模擬實驗操作,並且可以讓學生熟悉實驗步驟並收集數據,進而預測實驗可能的結果。 此次教學研究將以4個八年級上學期理化實驗內容,設計Yenka化學模擬實驗,並進一步比較使用Yenka融入實驗教學與一般教學的八年級學生在學習成效上是否有顯著差異。過程中學生約三人一組藉由觸控平板電腦來操作模擬實驗,熟悉實驗步驟並練習預測結果。透過Yenka融入的實驗組與一般教學的對照組進行比較,發現不論國小或是國中Yenka融入的實驗組教學成效都優於一般教學對照組,且成績進步達顯著差異。 研究背景與目的 2019年即將啟動的12年國民基本教育課程綱要(簡稱課綱)中的自然科學課程中,規劃每學期至少包含一個跨科單元,實施跨科主題整合的探究與實作學習,其主要目的並不是取代學科的實驗課程,而是讓學生可以動手將想法實際執行出來,以提升學習成效。因此,在本教學研究中,希望藉由Yenka實驗模擬軟體操作,透過學習單內容設計加入引導式探究的內容,以2~3人為一組進行小組討論,幫助學生在實驗過程中培養探究學習能力,並能解決所教師所設計的實驗問題,例如:在原有課本實驗內容中加入不同物質的溶解度觀察,以瞭解溫度上升是否均能增加溶解度等,延伸實驗的廣度與深度,以提升學生的科學學習成效。故本次教學研究目的有二: 1. 利用Yenka科學實驗軟體融入科學教學活動,幫助學生科學成效是否能有所提升。 2. 利用Yenka科學實驗模擬軟體融入實驗課程時,學生所遇到的問題與解決方式。 研究設計 為了確認實驗模擬軟體在國中教學效果,我們選擇台北市某國中八年級學生,將自然與生活科技的四個主題的融入Yenka活動,分別是1.密度的測定、2.混合物的分離、3.溫度對固體溶解度的影響、4.氧氣的製備及性質。研究期程共計共 6 週,每周 4 節課,合計 24 節課,教學對象的2班學生均為常態編班,其實驗組 26 人,控制組 27 人,合計 53 人,實驗模擬軟體均採用Yenka Chemistry,而實驗影片內容採用康軒版電子書所附內容,每次課程進行前,先進行前測,兩組進行相同時間的教學,再進行後測。茲將教學流程說明如表一所示。 表一:每次實驗課程之教學流程 實驗組 (26人) 前測 概念教學 Yenka模擬軟體操作+ 小組討論 進實驗室 動手實作 後測 對照組 (27人) 觀看實驗影片+ […]
設計適合國小學生動手做的化學實驗 周金城 臺北教育大學自然科學教育學系 ccchou62@tea.ntue.edu.tw l 十二年國教自然領域課綱國小階段說明 十二年國教自然領域課綱之特色與原則,在國民小學教育階段是:1.強化以「主體經驗」為主,「客體經驗」為輔;2.著重觀察、親身體驗和具體操作;3.培養學習興趣、保有好奇心;4. 根據觀察體驗提出自己看法;5.從生活中察覺問題(十二年國教自然領域課綱,2018)。如何設計給國小學生可以動手做且生活化的科學實驗,並且可以在國小教室中能實際帶學生進行實驗,是許多國小教師的挑戰。許多有趣的科學實驗,受限於時間、經費、設備、場地、安全性、學生能力等考量,在國小的教室中進行並不容易,要如何轉化成為國小學生可以實際執行的科學實驗,若能有國小教師願意將實際帶學生進行科學實驗的教學經驗分享,則其他教師就可以據此加以修改減少摸索的時間。 參照十二年國教國民小學教育階段自然領域課綱,國小教師未來在設計科學實驗活動上,可以注意以下以幾個部分。國小自然內容選擇上,以日常生活可實際觀察的題材為主,並能引發學生的探索興趣。讓學生可以透過觀察、資料收集、比較分析與實驗等方法來找尋答案。國小自然實驗設計上,在「進行實驗探究時,學生能夠將實驗結果做描述性或數量化的分析,並利用合適的方式或型式表達探究之過程、發現或成果。」因此,設計實驗活動時,能讓學生展示與發表實驗結果是重要的,可以讓他們彼此觀摩與學習。國小自然議題的選擇上,「配合學生日常生活情境中所遭遇科學環境相關議題如:能源使用、環境汙染、生態破壞等,選擇合適議題,引導學生透過資料收集、論證、合作專題探究等多元學習方式,建立正確的認知,養成良好的態度與技能並落實於生活之中。」國小自然教學流程設計上,「可採結構式探究活動,循序漸進,由教師提出具體的研究問題,指導學生體驗從事科學活動的歷程,如設計研究流程、收集資料與分析、提出解釋與結論。透過實地操作探究活動,學生能認識和使用適當的測量工具,觀察自然事物的變化,思考造成變化的因素,進而選取其中的變因,設計實驗流程,實際操作,進行資料的收集與分析。」(十二年國教自然領域課綱 p67-74,2018) l 本期專題文章簡介 本期專題共有五篇文章,都是有經驗的國小教師將常見的化學實驗轉化成在國小教室中可以實際讓學生動手進行實驗與討論的教學經驗分享。我們可以透過網際網路搜尋很多設計完整的化學實驗,但我們比較缺乏的是這些化學實驗在國小中該如何來修正與進行,以及學生在做實驗時常會有哪些操作上的錯誤問題,或是這個實驗所涉及的相關科學概念學生會有哪些迷思概念等。要知道這些問題的答案,在過去需要教師多年教學經驗的累積,而現在資深教師透過網際網路的社群分享,讓新手教師可以減少摸索的時間,並讓經驗得以累積。 第一篇”「美國中學化學教材—分子問題單元」在臺灣小學高年級實施現況分析”是周正秋老師利用美國化學學會所出版的中學化學實驗教材中有關分子實驗設計,在台灣的小學高年級的教室中進行教學的經驗分享,利用已經開發的國外教材,改編成在適合台灣教室中可以進行的教學設計,對國小教師而言是一個很重要的能力。 第二篇是莊真真老師所撰寫的”低年級的學生也可以自己輕鬆製作標本”,利用環氧樹脂的A劑與B劑,讓一年級學生將乾燥的昆蟲軀殼放入做成漂亮的水晶標本,藉由像美勞一樣的活動,從中體會環氧樹脂的A劑與B劑相加後放熱與硬化的化學反應過程,雖然沒有辦法清楚對國小一年級學生解釋化學反應,但也讓學生在動手做的過程中能觀察、親身體驗和具體操作。 第三篇文章是”如何帶國小五年級學生動手進行萃取植物葉綠素實驗”,張詩敏老師設計一個讓國小五年級學生動手做探究與實作的活動,比較不同溶劑萃取葉綠素的效果,並讓學生進行實驗紀錄與比較。 第四篇文章是”讓國小學生調配不同比例玉米粉進行「擴溶現象」之探究”,是由老嘉琪老師所設計改編自常見的非牛頓流體實驗,加入國小五年級所學的酸鹼溶液性質,探究對非牛頓流體性質的影響,是符合國小高年級學生能力的設計。 第五篇是”國小學童進行電池取火「燃燒火種」活動”,由黃郁芬老師所設計改編電池打火機的實驗,讓學生重複操作網路上的實驗影片內容,確認網路影片實驗結果也是對學生很好的訓練,訓練學生思考網路上的影片是否真的都可以輕易完成,還是需要有一些要注意的實驗技巧,甚至發現網路實驗影片可能是假的。 以上五篇都是由國小在職教師所設計或改編的實驗活動,都在教學現場實際進行教學過,也對教學過程提出改進的省思,相信可以給其他對國小化學實驗設計有興趣的教師,提供一個國小化學實驗教學上的參考。 l 結語 要設計可以實際在國小進行的化學實驗並不容易,最難的部份是要能了解學生在實驗室中的各種突發狀況。最近筆者帶大四的國小師培生到國小進行三周教學實習,其中五年級自然實驗活動就是使用點燃的線香插入充滿氧氣的瓶中觀察氧氣的助燃現象,看似簡單的實驗,卻有五年級在實驗過程中因為疏忽導致被點燃的線香燙傷。如何設計安全有趣的化學實驗相當重要,在整個實驗活動的安全流程設計需要長期教學經驗的累積,藉由國小教師彼此間分享教學經驗,才能夠讓實驗教學能越來越精進。 參考資料 教育部(2018)。十二年國民基本教育課程綱要國民中小學暨普通型高級中等學校–自然領域課程手冊。台北市:教育部。
2019國際元素週期表年(IYPT):化學學習與元素週期表 周金城 臺北教育大學自然科學教育學系 ccchou62@gmail.com n 前言 元素週期表一直是化學學習的核心內容之一,它呈現了一種自然界化學反應的規律性模型。本文的目的在分析化學教育相關文獻中有關週期表相關文獻之內容分析與整理,了解化學教育工作者以何種角度來研究週期表。元素週期表的內容背誦記憶是必須的,但是教師可以透過更多有趣的活動來幫助學生學習週期表(Franco-Mariscal, 2014)。 n 元素週期表教學的相關研究簡介(或評介) 為了瞭解元素週期表的相關教學設計與研究,作者利用臺灣大學的web of science資料庫,透過關鍵字” periodic table”進行檢索,再將和元素週期表有關的教學活動簡單整理如下,有興趣的讀者可以再進一步進行文章閱讀。 最常見的是使用桌牌遊戲的方式設計週期表學習活動(Bayir, 2014; Franco-Mariscal, Oliva-Martinez, Blanco-Lopez, & Espana-Ramos, 2016; Franco-Mariscal, Oliva-Martinez, & Gil, 2015; Kavak, 2012; Marti-Centelles & Rubio-Magnieto, 2014; Moreno, Hincapie, & Alzate, 2014)。將化學反應拍攝呈線上影片,讓學生學習週期表中的元素反應(Moore, 2009);使用故事情境的方式,來教導九年級學生周期表(Demircioglu, Demircioglu, & Calik, 2009);設計可使用QR-code的撲克牌,使用行動裝置來學習週期表(Bonifacio, 2012)。 也有使用電腦設計探索式解謎遊戲,幫助大學生來學習週期表的概念(Larson, Long, & Briggs, 2012);讓小學生透過動手製作模型的方式,來學習元素的週期性(Selco, Bruno, & Chan, […]
2018國際化學教育研討會:看得到與看不到的化學—出席國際化學教育研討會心得分享 邱美虹1、周金城2 1國立臺灣師範大學科學教育研究所 2國立台北教育大學自然科學系1mhchiu@ntnu.edu.tw 2cccchou62@gmail.com 本期專題是以出席國際化學教育研討會的心得分享為主,五位作者分別就理論的新思潮–系統思考進行探討,第一篇文章是邱美虹教授從系統思考的定義著手,討論系統思考的元素及其關係,進而引介大同世界的化學的新思潮,以期待對化學教育勾露出一個新的里程碑。第二篇由國立臺北教育大學周金城教授進一步在其文章中提到系統思考是高層次的思維以及其在工程領域中的運用,並提出其個人對於系統思考與STEM教育的關聯性之看法。第三篇是由宏國德霖科技大學蘇金豆教授將此次研討會的整個活動概要的介紹,讓讀者可以對大會活動有一個整體的認識。第四篇是國立臺灣師範大學附屬中學吉佛慈老師將國際化學教育委員會的會議活動,全程參與大會活動心得,以及大會結束後的自行安排的活動行程也都做一個詳細的說明,讓未來有興趣參與國際化學教育研討會的高中老師可以提早安排規劃。第五篇的臺中市大甲高中的廖旭茂老師,他已有多次參與國際化學教育研討會的經驗,此次受邀安排一個化學實驗工作坊的活動,該文描述如何在國際化學教育研討會申請舉辦一個動手做實驗工作坊,以及在國內事前的文件申請與準備,到當地實驗活動前場地勘查與準備,辦理工作坊的過程,以及和來自全世界動手做化學實驗專家的交流心得,做了詳細的介紹,這是一篇很有意義的文章。本期的專題文章共有五篇,分別由不同角度來描述2018國際化學教育研討會的參與心得,讀者可依興趣選擇感興趣的主題閱讀。
2018國際化學教育研討會:系統思考與化學教育—由專題演講的啟發 周金城 台北教育大學自然科學教育學系 ccchou62@tea.ntue.edu.tw n 科學教育中的系統思考 Mahaffy, Peter G.教授受大會邀請演講,演講主題是”見樹又見林:科學教育中的系統思考(Seeing The Forest while in trees: Systems Thinking in Science Education”,在科學教育中的系統思考議題,是我過去比較少關注的主題,藉由這次的專題演講,提高了我對此主題的瞭解。Mahaffy教授指出「現今的STEM教育在許多學科都被關注與發展,但是在化學領域與其他領域並沒有將系統思考融入於教學之中。系統思考是一種具有價值的工具,能幫助學生理解所研究的主題以及所獲得的知識,如何和周遭世界產生關聯。研究如何有效利用系統思考在可視化的複雜中去發現簡單性。通過系統思考來重新定位化學教育,可以幫助學習者由片段的化學反應與過程知識轉變為該領域的全面性理解。系統思考可以提供學生導引,幫助他們了解STEM教育與多樣的新興全球挑戰的相關性,包含永續性、替代能源、地球限度、聯合國永續發展的目標。IUPAC計畫得到國際化學科學發展組織(International Organization for Chemical Sciences in Development)支持,發展將系統性思考融入普通化學的學習目標與策略。」 n 化學領域中的系統思考 搜尋相關文獻找到化學教育與系統思考有關文獻,Tumy (2016)研究針對共41位的大三與大四的學生進行有關酸鹼概念的半結構訪談,發現學生對於酸的強度解釋與預測,大多使用單一因素來考慮,而非考慮所有影響酸強度的所有因素(如鍵的極性、鍵的強度、氫離子解離度、酸的強度、共軛鹼的穩定度等),因此應該促進學生的系統思考與認識論上的論證對話,以幫助學生進行有意義的化學學習。系統性思維強調整體不僅只是部分之合。化學是運用系統思考學科之一,例如元素組合成化合物,化合物的性質與元素性質就是截然不同的。當化學系統的反應機制與系統元素能適當的呈現,就可以促進系統思考。 n 工程領域中的系統思考 在工程領域中系統思考也是被強調的,Hill-Cunningham, Mott, and Hunt (2018)指出工程設計過程(Engineering Design Process,EDP)引導對問題的創造性解決方案,能幫助教師了解如何應用EDP創造設計一堂課程,學生經由應用他們所學習過的科學與數學概念來解決現實世界的問題。促進學生理解的EDP重要成果之一是幫助學生系統思考,讓多元觀點與元素能概念化用以解決問題。系統性思考是能夠識別各部分,然後理解各部分如何整合工作以構成整體。 表一 EDP步驟、定義與範例說明(Hill-Cunningham, Mott, and Hunt , 2018) EDP步驟 定義 範例 改進 產品的某一個方面有問題 隨身杯上的飲水孔,會讓咖啡滴出來到地板上。 提問 […]
軟體與平台在中小學化學教學上的應用 周金城 台北教育大學自然科學教育學系教授 ccchou62@tea.ntue.edu.tw 數位科技的軟硬體發展越來越快,能夠應用在教學上的資源越來越多。學科專家結合軟體工程師,將許多有效的教學軟體與平台開發出來。幾年前聽一位設計課程地圖系統的教授演講提到,一個好的教學平台設計,是要將複雜的教學理論放進平台之中,讓一個不懂複雜教育理論的教師跟著平台的操作,也可以設計出符合複雜教育理論的教學。這句話一直在腦中迴盪至今,我們在使用各種便利的軟體時,不也就是軟體設計者將複雜的事務,透過軟體與平台設計將工作的步驟簡化了,讓我們可以輕鬆地完成符合規範的工作。以下我們介紹一系列可以將複雜的學習理論簡化的軟體與平台,讓教師可以達到事半功倍的教學效果。 n 本期專題文章介紹 本期的專題是《軟體與平台在化學教學上的應用》,共有五篇專文。以下將逐一介紹。 第一篇是鐘建坪老師的《質性與量化的視覺化建模工具—SageModeler簡介》,建模是近年來科學教育中很熱門的議題,但有具體與完整的建模工具並不多見,由美國密西根州立大學為主開發的SageModeler建模軟體,可以讓使用者利用來建質化與量化的操縱變因與應變變因之間的連結,是一個操作簡單且有用的軟體,而且由國立彰化師大科學教育研究所李文瑜教授團隊完成介面中文化,讓中小學生使用上更加的便利。文中還針對理想氣體方程式的學習舉例說明設計方式,讓讀者可以能具體的了解設計方法。 第二篇是陳子聖老師的《透過製作均一教育平台學習資源以提升國中生酸鹼反應概念》,陳老師長期投入於協助均一教育平台錄製線上學習課程,並說明如何透過翻轉學習與混成學習方式,如何讓教室來利用此平台的資源進行教學,亦讓學生利用此平台的資源進行學習。均一教育平台的網路資源,經由良好的教學模式搭配下,可以提升學生的學習成效。文中也針對均一教育平台學習資源如何幫助國中生學習酸鹼反應概念進行案例說明。 第三篇是林禹伶老師的《用Yenka軟體輔助教學及實作評量—以五年級上學期南一版第三單元空氣與燃燒為例》,林老師藉由Yenka軟體設計一系列國小空氣與燃燒單元的實驗活動,讓學生在沒有危險的虛擬實驗室進行實驗操作,並觀察反應現象。之後再藉由Yenka軟體,來設計實作評量試題。實際實驗搭配虛擬實驗室,有助學生提高對科學過程技能的瞭解。 第四篇是邱麗綺老師的《利用逗豆芽遊戲平台提高學生學習參與度—以自然與生活科技五年級下學期水溶液的性質單元為例》,邱老師利用台北教育大學自然科學教育學系盧玉玲教授所開發的逗豆芽平台,放入試題讓學生利用平板進行測驗遊戲。一般的紙筆測驗對學生而言都是有壓力的,但是透過遊戲式平台的設計,讓測驗變得有趣了。學生在遊戲的過程,為了得高分,認真作答記下試題答案,甚至不想下課了。遊戲的小道具增加了運氣的成分,讓成績表現不是很好的學生,也有贏的機會,也大大提升了參與補救教學學生的學習動機。 第五篇是由筆者所寫的《Plickers即時反饋系統在國小臨床教學實務分享–以國小三年級自然與生活科技奇妙的水實驗活動為例》,筆者由106學年度起執行教育部「106 學年度教學實務課程教師至高級中等以下學校進行教學或研究活動計畫」,到小學的教學現場進行臨床教學,將Plickers即時反饋系統融入國小的教學活動中,發現這個軟體在國小各年級使用上都沒有問題,而且學生大多數都喜歡使用這個軟體,但有些教學使用上的注意事項,在文中有特別說明。文中也有針對國小奇妙的水實驗活動,進行教學範例說明。 n 結語 不同於針對單一主題的教學設計軟體與平台,本專題是介紹通用性的軟體與平台,也就是教師可以利用這個平台工具來設計許多專屬於自己的教學材料。逗豆芽與Plickers是針對評量方面的軟體與平台結合的設計,均一教育平台是針對數位影音學習資源整合的平台設計,Yenka軟體是針對科學實驗設計出實驗現象觀察與數據整合的軟體,SageModeler平台是針對建立質化與量化模型的建模操作工具。每一個軟體與平台都會有其優點與限制,教師們可以嘗試多加利用後,針對自己有的手邊資源與教學上的學生需求,來設計出自己專屬的教學材料。