透過變因探討「紙」色層分析 倪行健 臺中市立長億高級中學 nsc100100@gmail.com n  前言 筆者試著以「是否一定要遵循實驗手冊按部就班（step by step）地操作實驗？」的想法，取代食譜式的實驗程序，嘗試不局限於「在封閉容器中」、「使用濾紙」、以及「實驗室內的溶劑當展開液」的濾紙色層分析實驗，放手讓學生有自己不同的想法融入此實驗之中。 各組學生在實驗前先討論、設計，思考在不同材質的紙上（見圖1），點上不同品牌、不同性質（油性或水性）的不同色筆（見圖1），放入不同的展開液中（見圖2），觀其層析狀況（見圖3），並紀錄之（見附件一和附件二）。因此，筆者將濾紙色層分析的「濾」字去掉，暫稱為「紙」色層分析。 圖1：各組學生自行引用不同的紙材和色筆進行層析 圖2：展開液部分由老師提供、部分由學生自己攜帶或提出要需求 筆者思考：濾紙色層分析一定要用濾紙、制式的展開液…等等嗎？讓學生有更多的參與感，有更多自己想法融入色層分析實驗中，在不同變因下，出現那些不同的實驗結果，並且嘗試解釋其原因。在定性的實驗過程中，除了融入學生的創意、想法及設計元素，首先還可以讓學生試著預測（prediction），各種不同色筆可能隱藏那些顏色（見圖3）的色素；在不同的展開液中，哪一種展開液的分離效果較佳？…等等。然後，學生開始實驗（experimentation）、觀察（observation）、紀錄（record）。最後，討論與結論（discussion & conclusion）。這種教學更能增添趣味與和變化？並讓相互觀摩的機會？這不也是一種自學、思考、表達的「學思達」呢？ 圖3：在相同的材質紙上，點上相同各色的色筆，在不同展開液中層析的狀況 n  進行實驗 一.  實驗名稱：「紙」色層分析—誰的分離效果較佳？ 二.  實驗原理：色層分析法係利用混合物在固定相及移動相中，因溶解度的不同而有不同的分布，亦即為利用不同的親和力來進行分離。 三.  實驗目的 1.    能利用混合物在固定相和移動相中，因溶解度的不同而有不同來分離混合物（色素）。 2.    瞭解混合物在固定相和移動相中，因溶解度的不同而有不同以達成分離混合物的原理。 3.    培養小組合作和討論的習慣，形成學習共同體，相互欣賞、學習、互助，產生1 + 1 > 2的效果。 4.    養成做中學（learning by doing）的習慣，藉以激發出創意與發明的潛能。 四.  實驗方法：控制變因實驗法／分組合作 五.  實驗變因：紙質、色筆、展開液（見圖1、2） 六.  實驗探討 1.    其它條件（實驗變因）都一樣的情況下，哪種展開液的分離效果較佳？ 2.    其它條件（實驗變因）都一樣的情況下，哪種顏色的色筆的分離效果較佳？（甚至可探討不同品牌的同色筆層析的差別） 3.    其它條件（實驗變因）都一樣的情況下，哪種紙質上的顏色分離效果較佳？ 七.  實驗材料：所用紙質、大小、形狀、色筆、展開液：各組自訂。 八.  進行實驗：操作步驟（見圖4）並紀錄實驗結果、拍攝影片並後製作，繳交。 圖4：色筆點上不同紙材（上）、置入不同展開液（中）和用影像記錄結果（下） […]

看插畫也能學化學 張庭婷1、周金城2, * 1國立臺北教育大學自然科學教育學系碩士班科學教育組 2國立臺北教育大學自然科學教育學系 *ccchou62@tea.ntue.edu.tw  n  前言 我（第一作者）在擔任補習班化學教師三年多的經驗中，發現高二的學生感到最困難的單元就是二上化學第一單元的「氣體」了。學生下課後來到補習班，除了問課本習題，也常請教關於該單元如何準備，或是要怎麼樣才能將氣體五大基本定律—波以耳定律、查理定律、給呂薩克定律、波查定律以、及亞佛加厥定律的內容「記起來」等問題。身為化學教師，當然不希望自己的學生使用死背的方法，因為背得了一時，背不了一世，短時間的記憶對他們的幫助不大，一不小心還可能產生迷思概念。但是要真正的理解，能使用什麼方法呢？這個小小的想法，開啟了我和科學插畫的緣分。 n  學生晤談紀錄 在上課前，我先詢問三位學生：「你們仔細閱讀課本上的文字敘述後，對於氣體這個單元的想法是什麼？」 （以下三位高二學生以S1、S2和S3代稱） S1（女生）：「在看完波以耳定律的簡介後，我在腦袋裡想像一間教室和一個操場兩個地方都擠了同樣多的人，因為教室會比較擠，所以教室裡的壓力比較大。因此可以說明當氣體溫度和莫耳數恆定的時候，體積越小的容器，壓力會越大。」 S2（女生）：「我腦袋裡第一個浮現的圖像是氣球，如果吹氣進去，氣球會膨脹起來，隨著氣球慢慢地充大，證明氣體的量越多，體積就會越大。」 S3（男生）：「目前為止我只有把這些定律的公式背起來，沒有試著去理解，因為我怕太仔細地去讀反而會忘記這些符號的位置。」 師：「很好，那你們對於這五項氣體定律最大的疑惑是什麼？」 S1：「我不太能理解查理定律和給呂薩克定律內描述的，溫度和壓力以及體積的關係，我想用實際存在的物品去解釋，但是沒有辦法。」 S2：「我覺得困難的地方也是大致相同，不了解溫度和壓力、體積的關係。」 S3：「我覺得這有一點太難了，可能需要用其他的方式學習我才能理解。」 經過晤談後，發現學生在學習這個單元時，只要看到公式出現，就自然而然地想要將這些公式與生活經驗連結（如S1和S2的回答），如此可以幫助他們在學習新概念上擁有教學鷹架（instructional scaffolding）的輔助，同時在思考時也會使用具體看得見的物品來當作例子，幫助記憶。 同時也發現，其實氣體單元中的五大定律，描述的視角皆是十分微觀的，在國中和高中一年級時尚未要求學生使用分子動力論的角度來看壓力、體積、莫耳數甚至能量上的變化，就這樣一頭栽進微觀的世界，也難怪他們會無所適從了。 n  進行文獻探討 我（第一作者）目前正在就讀研究所，因為大學時期就對科學繪本非常有興趣，因此也決定進行這方面的研究，非常幸運地，有一天正在進行論文的文獻探討時，在期刊論文中尋找到關於科學繪本的幾篇文章，裡頭提到人類接收的外界刺激，有80％是經由視覺傳遞，在實際見聞的狀況下，有30％的大腦皮層會參與，透過具體圖像的視覺傳遞加上閱讀時使用語言聯合區，將能使學童更加能理解文中所要傳達的意涵，且對於學生的科學詞彙理解、描述性概念、學習動機以及課堂參與皆有顯著的提升。利用卡通形式設計科學教材內容，能吸引學生進一步去理解科學本質或複雜科學概念(Chin & Teou, 2009; Cil, 2014; Dalacosta, Kamariotaki-Paparrigopoulou, Palyvos, & Spyrellis, 2009)。若能使用具體圖像和容易閱讀的文字來進行氣體單元的教學，或許也能有成效也說不定，不失為可以嘗試的辦法。 需要具體圖像和容易閱讀的文字，我直覺想起了國小自然課本經常會有的可愛插圖，或許高中課本、講義中，有那麼一本是我需要的。但是，在進行各大書商化學課本、講義的分析比較之後，發現大部分都是利用文字敘述來解釋氣體定律，且其中刊載的插畫皆是化學家發現氣體定律前進行實驗的觀察結果（見圖一），這類插圖雖立意良好，但卻因為出現了Ｊ型管這項不常見的實驗器材，反而造成學生認知上的困擾，於是在遍尋不著理想中的科學插畫教材後，我決定自己繪製一套氣體定律的插畫。 圖一：書商既有插畫示意圖—以波以耳定律為例 （資料來源：南一高中學習網，http://www.nani.com.tw/nani/slearn/slchem/chem_a/2_year/chem_a_2y1.jsp） n  作品展示 經過大量閱讀高中化學書籍以及參考大二時期修習的物理化學這門課的講義後，我繪製了五大氣體定律的科學插圖，這些作品展示如圖二～六所示。 圖二：化學插畫—波以耳定律 圖三：化學插畫—查理定律 圖四：化學插畫—給呂薩克定律 圖五：化學插畫—波查定律 圖六：化學插畫—亞佛加厥定律 n  感想 融入這些插圖於教學中，發現透過可愛插圖（具體圖像）的教學法，普遍受到學生的歡迎，以下附上三位高中學生利用化學插圖學習後的心得。 S1：「使用這幾張插圖學習後，解決了我原本對於氣體溫度和壓力以及體積關係的疑問，而且很可愛，我很喜歡。」 S2：「原來溫度提昇會造成氣體分子能量的變化，這是我在閱讀課本時無法了解的，有插圖可以讓我理解氣體發生改變的前因後果，不過如果會動就更好了。」 S3：「現在我覺得可以不用硬背也能理解這些氣體定律了。」 很開心學生們因為這些化學插圖在學習上的疑惑都得到解決，雖然進行科學插圖的繪製前後都花了很多時間，但是如果能將這項教學方法進行推廣，相信會有更多學生受惠，因此將我繪製這套插圖的動機和過程以及成果撰寫成文章投稿至《臺灣化學教育》，以期有更多人能使用這項化學教學資源，如有任何意見，也歡迎您來信指教。 […]

「食物的養分」動手做教學活動（上） 蔡孟錡 新北市立新泰國民中學 國立臺北教育大學自然科學教育學系碩士班科學教育組 Kusa1219@gmail.com.tw  n  前言 在自然科的教學中，有許多的知識會因為在教學現場的設備或是限於學生的先備知識不足的問題，導致只能以口述或是以影片輔助的方式講解，或者是有部分太過抽象的概念對於學生來說很難學習，變成學生只能夠以記憶的方式學習，不僅無法從中真正了解其意義所在，也常常在測驗過後就忘得一乾二淨，作者認為這樣的學習對學生而言是沒有實質上幫助的，例如：在國中生物的3-1食物中的養分，養分的分子對學生來說是看不見的，而糖類的別稱碳水化合物這個概念學生也只是死記而已，因為學生無法真的看到碳與水結合成醣類，自然也就無從理解為什麼醣類 = 碳水化合物。 實際上，食品的養分與我們的生活息息相關，並且當中也有許多化學的概念，因此筆者設計了這樣一個動手做操作性強的實驗教案[1]，以期能夠加強學生對養分的概念，並且把以往認為只能在實驗室中操作的化學實驗利用簡單的方式呈現，讓食物中的各樣化學分子藉由簡單的燃燒，呈現出不同的物質特性，進而讓學生學習到不同的物質分子在高溫下的不同反應，讓學生能夠連結自己的生活經驗與實際上的化學知識，並引起他們對食物養分的好奇心，進而關注自己每天所吃的食物，也希望能以此拋磚引玉，讓更多的好點子可以被激發出來。 n  介紹醣類、脂質及蛋白質 醣類，又稱為碳水化合物，主要是由碳、氫、氧三種元素組合而成，可依照糖的數目分為單醣、雙醣與多醣，其中單醣最為人所熟知的就是葡萄糖，它同時也是身體最主要的能量來源，每公克可產生4大卡的能量，當加熱時會產生碳和水[2]。葡萄糖的結構式與其加熱反應式，如圖一所示。 C6H12O6 → 6C + 6H2O 圖一：葡萄糖的結構式與其加熱反應式 蛋白質是一種由胺基酸所組合而成的大分子有機化合物，胺基酸的主要結構為碳、氫、氧及不同的官能基組成，並且在結構的兩端分別形成氨基與羧基，胺基酸之間在以肽鍵連結，目前胺基酸的種類一共有20種，分別具有不同的功能與特性，而蛋白質每公克可產生4大卡的能量，但由於蛋白質式組成身體的重要分子，且身體在分解蛋白質時會產生含氮廢物，因此蛋白質並非身體最佳的能量來源[3]。 脂質的主要結構為碳、氫、氧所形成的長鏈脂肪酸與甘油所組成，並依照其結構與碳鏈的長短可分為飽和脂肪酸、單元不飽和脂肪酸、多元不飽和脂肪酸，脂肪每公克可產生9大卡的能量，並且在高溫時相對於醣類與蛋白質來的穩定，因此在身體內主要作為養分儲藏的主要形式之一[4]。 n  實驗材料 每一組用量：葡萄糖粉 15 g、白砂糖 10 g、太白粉 10 g、蛋白質粉 10 g（動物性或植物性蛋白皆可）、油脂 10 g、花生 1小包、洋芋片 1包、小型塔模 15個（蛋塔塔模）、點火槍 1把、鑷子 1把、小型平口點滴瓶 3個（分別裝入水、本氏液、碘液）、紙杯 2個、白紙 1張、2號夾鏈袋 4個（裝葡萄糖、砂糖、太白粉、蛋白質粉之用）、衛生紙一包。 n  教學實施過程 1.        若時間充足，則以講述法進行教學，讓學生能夠對本章節有初步的認識，以便於接下來的實驗操作。若是時間不充足的話，則可以利用影片，例如：教科書廠商所製作的教學資源光碟或是上網搜尋影片資源（https://www.youtube.com/watch?v=qU3Y-CT-u5k），讓學生先進行預習的工作，在課堂上就直接讓學生完成知識的產出與學習。 2.        先小考確認學生的先備知識（小考考卷請見附錄二）。若是學生預習不足，則快速地把養分的概念講述一次，再正式地進入實驗的課程。 3.        說明今日的實驗步驟。 4.        發下使用的材料，進行第一個實驗—加熱醣類、蛋白質、及脂質。 5.        […]

「食物的養分」動手做教學活動（下） 蔡孟錡 新北市立新泰國民中學 國立臺北教育大學自然科學教育學系碩士班科學教育組 Kusa1219@gmail.com.tw  〔承〈「食物的養分」動手做教學活動（上）〉〕 n  結語 以燃燒加熱養分的方式讓學生學習過後，學生們普遍對於養分都有更多的認識，學生們藉由這個實驗可以學習到經過簡單的實驗方法，就可以讓不同的食物呈現出不同的狀況，進而歸納並推理其他的食物含有那些養分，讓學生可以將學科知識與實際生活經驗連結。此外，可以讓學生思考在生活中的某些食物為什麼會出現特定的狀況（例如焦糖），也可以讓學生發現當物質有相似的組成狀態時期表現出來的特性也會有類似的狀況（例如醣類與蛋白質），並且讓學生直接看見醣類中的碳與水，此處不僅可以連結健康與體育、生物、化學的部分，讓學生對食物中的養分有更多的認識與概念，也可以讓學生更關心自己每天所吃喝的食物的成分究竟是甚麼。若是此種觀念可以繼續發揚下去，相信吵得沸沸揚揚的食安問題可以更加減少，讓每個人吃得更健康。 n  參考資料 1.        阿簡生物筆記。2011教學紀錄：食物中的養分，http://a-chien.blogspot.tw/2011/10/2011.html。 2.          糖類，維基百科，自由的百科全書，http://zh.wikipedia.org/wiki/糖类。 3.          蛋白質，維基百科，自由的百科全書， http://zh.wikipedia.org/wiki/蛋白质。 4.          脂肪，維基百科，自由的百科全書，http://zh.wikipedia.org/wiki/脂肪。 n  附錄 附錄一：教學活動設計 「生物體的養分」教學活動設計 教學主題 南一版自然與生活科技第一冊3-1生物體的養分 設計者 蔡孟錡 教學對象 國中七年級學生 教學時數 135分鐘 教學對象分析 國中七年級學生，在學習該章節之前已完成細胞構造、細胞層級的課程學習。 教材來源 南一版自然與生活科技第一冊 自編教材-3-1學習單 設計理念 因為學生對於養份的概念只停留在書本上的知識，因此經由實驗與討論將學生在書本上認識的六大類養分從抽象概念轉變為可見的實際概念。 教學內容分析 透過小組內的討論，讓學生對於六大類養分（尤其是醣類、蛋白質、以及脂質）更熟悉。此外，也透過燃燒食物來判定所含的養分種類，另外也帶入燃燒食物計算熱量的實驗，並討論此實驗可行與不可行的部分（燃燒食物計算熱量為課本實驗，此處沒有實際計算熱量，只有使用這個觀念以及讓學生討論此實驗是否可行與為什麼），最後在藉由實際品嘗各種糖，並利用本氏液、碘液測定醣類的實驗讓學生對養份有更完整的概念。   教 學 目 標 單元目標 具體目標 一、認知部份 l  能說出六大類養分的特點。 l  能說出六大類養分之間的異同。 l  能利用成份資料計算食物熱量。 […]

「膠體溶液的帶電性與凝聚」的回饋與補充 施建輝 國立新竹科學園區實驗高級中學 教育部高中化學學科中心 schemistry0120@gmail.com n   簡述回饋、更正及補充 針對《臺灣化學教育》第五期「膠體溶液的帶電性與凝聚」一文，簡述回饋、回應、更正及補充如下： A.      回饋-1：以硫化砷說明「金屬的硫化物則帶負電」有不妥之處，因為砷為非金屬，不宜以此例說明「金屬的硫化物則帶負電」。 回應：非常感謝，應改為硫化鎘或硫化鋅等金屬硫化物才合適。 B.       回饋-2：膠體溶液的帶電性以吸附層、擴散層說明是膠體化學常有的說法，但是文中所附圖片都是呈現「單一離子」，似乎不妥，應該有其他離子被吸附，只是有量多量少的區別罷了。 回應：除膠核之結晶態結構僅能吸附特定粒子，吸附層與擴散層確實應該有帶不同電荷的離子被吸附，僅是數量有多有少，詳見圖5。 C.       回饋-3：「氫氧化鐵溶膠：氯化鐵溶於水可製得氫氧化鐵溶膠」描述太簡略，因為將氯化鐵溶於水無法製得氫氧化鐵溶膠，應該是「氫氧化鐵溶膠：氯化鐵溶於沸水可製得氫氧化鐵溶膠。 回應：謝謝告知，藉此各位讀者可了解如何配製氫氧化鐵溶膠，非常感謝。 D.      回饋-4：金屬的氫氧化物帶正電，金屬的硫化物則帶負電」不適用於某一反應物過量的情況，例如Fe(OH)3膠體溶液，以FeCl3與KOH配製時，若是FeCl3過量，則氫氧化鐵溶膠帶正電；若是KOH過量，則氫氧化鐵溶膠帶負電。 回應：可參考課本原文「金屬的氫氧化物帶正電，金屬的硫化物則帶負電」僅適用於「氯化鐵溶於沸水製得氫氧化鐵溶膠」這種特例，若某一物質過量，即不適用此段文字。此一回饋將於後文中詳加論述。 E.       更正：膠核（colloidal nucleus）應包括結晶態（aggregate）吸附層中緊密吸附之與結構有關之離子，詳見圖6。 F.        專有名詞英文更正：膠粒（granule），詳見圖6。 G.      專有名詞英文增列：膠團（micelle or colloidal particle），詳見圖6。 n   翔實說明 「拋磚引玉」這句成語，在《臺灣化學教育》第五期「膠體溶液的帶電性與凝聚」一文獲得見證。該文章發表後，不久即收到我多年的老友，在高中化學老師中可說是學養相當豐富的老師，該老師對我的文章內容頗多肯定，但也指出一些闕漏之處，如上述回饋內容，對我有震聾啟聵之效，並提供參考文章供我閱讀，本人非常感佩。基於該位老師的特別叮嚀：「低調」，只好姑隱其名。本文將就這位老師提供的參考文章進行補遺的工作。 根據Panet-Fajans’s rule: Only these ions, which are included in the structure of the insoluble salt crystal or those, that form insoluble compounds […]