行動學習模式在化學教育之應用研究  翁榮源  靜宜大學應用化學系 zyown@pu.edu.tw  n  前言 科技的快速發展與進步，多媒體智慧型手機已經是大學校園裡年輕學子必備的時髦玩意兒。如何將化學教育活動從教室轉移至行動裝置上，一直是化學教育工作者的夢想，讓學生在各種不同的時間與空間環境中，隨時的進行化學知識學習，而老師可以設計最適合的教學情境與學習內容供給學生，進行有意義的學習活動與互動，讓整個學習成效提升，就是我們希望達到的目標。著重個人化的學習控制與歷程，以學習者為中心，讓學習者可以在任何需要的時候學習，達到處處可以學習的境界，已經開始萌芽。行動學習迎接新時代的化學教育，已經開始發揮核心作用。 我們將傳統教室中的教材移植到M-learning模式中，讓學習者可以隨時隨地的進行學習，不需要被環境的因素限制住，進而達到較好的學習成效。大學學生們不再滿足於課堂面對面的傳統教學模式，希望能夠盡量的利用一些空檔零碎時間進行學習，例如通勤時間、等待的空檔時間、校園中閒逛等小片段時間皆可運用，而這就是行動學習行為模式進入的時機。學習情境可在任何時間、任何地點發生，經由行動裝置將使學習的範疇更加多元化。我們將生活化學單元中的奈米化學知識，透過輕鬆、活潑的方式再配合多媒體的文字、影像、聲光、動畫、等特性，透過多媒體簡訊傳送給學習者，使學習者提昇學習興趣與動機，並提升學習成效。 n  理論探討 行動學習行為跨越區域限制，它充分發揮了可攜技術所提供的學習便利性，提供給學習者機動性、方便性，並可提供各種不同的學習素材，有著傳送教學上立即性的回饋，這將是教學者可以善加利用的特性。行動學習是結合E-learning與行動電腦所產生之學習，並且能使學習者經由行動設備，隨時隨地體會並享受教育之經驗，使教學能夠從傳統教室延伸至戶外之真實世界。美國大學校長Abbott就曾說「行動科技可以讓我們越過教室的牆，延伸我們的學習。」學習不再是侷限於特定時間或場域的活動，亦或僅止於某個時間或場域中的知識應用。 n  研究設計與方法 研究流程 本研究流程如圖1所示。 圖1：研究流程 研究工具 (一)奈米化學課程內容 本研究奈米化學單元前測測驗主要以「微小尺寸的世界」、「奈米的特性&效應」、「奈米&生活」、「奈米科技的應用」、「奈米的未來」，五大概念的內容為主。本研究實驗組以行動學習模式進行學習，控制組則以傳統教室學習模式學習。兩組內容相同，唯內容呈現方式不同，並且為了避免統計誤差，單元學習時間皆控制為兩個小時。 (二)課程前測後測 本研究的學習成就測驗以教學內容相關觀念為主，命題取材自自美國「ACS Division of Chemical Education Examination」。其ACS測驗試題的信度係數為9.0。線上測驗使用中文翻譯版本，並於編製時經由四位化學教育專家共同檢驗，以求其效度。後測測驗於學習後實施，藉此比較實驗組與控制組學生的學習成效。 (三)一般傳統奈米化學學習模式        主要內容以生活化學中較新穎的「奈米化學」知識為教材內容，並依據奈米化學相關文獻、參考自然科學相關書籍與網路資料，在傳統學習內容的設計上是以文字&圖片&動畫呈現學習內容外，在介面的設計也盡量以柔和的背景與鮮明的色彩來吸引學習者的興趣，如圖2（三張圖）所示。       圖2：一般傳統奈米化學學習模式 (四)行動學習奈米化學模式 在行動學習模式設計方面，則利用Flash Lite以mms設計為多媒體簡訊模式，呈現簡潔；另外動畫與設計的版面、圖片有絕對的相關對應，增進學習與閱覽的效果。在行動學習模式製作上，在介面的設計原則依據手機問卷與現行手機功能規範，最佳之螢幕解析度以640*480較為適合，學習小主題之檔案大小控制於300kb以下，以利傳輸與學習者接收；頁面呈現方式以活潑簡單的方式，以螢幕的觸控式按鍵來加以控制學習內容的播放時間，在行動學習模式以小主題為學習目標，以免教學資料過多，學習文字資料盡量減少，學習內容以不超過三頁之原則作為主要設計考量，減少學習者操作的麻煩。行動學習奈米化學模式，如圖3（七張圖）所示。     圖3：行動學習奈米化學模式 我們將精熟學習模式的理念融入基本教學模式，結合學習、評量與回饋、充實或補救的教學歷程，於每一個小單元的學習完畢後，全部學習者接受小測驗的評量，如學習者在該測驗上的答對率達到教學者事先預訂的精熟標準者，即被視為精熟學習者，教學者便可針對這些學習者進行充實活動的措施，以維繫其精熟的程度；若評量結果未達精熟標準者，即被視為學習不夠精熟，便會給予個別化的補救教學，以矯正其學習錯誤的地方，矯正之後，必須再接受一次小測驗的評量，如果學習者已達精熟標準，則進入第二概念的教學和學習；如果學習者未達精熟標準，則會直接給予正確答案之後，再進入第二概念的教學和學習。學習只是「快慢」不同而已，即是要給予「學習快」的學習者進一步擴展的機會，同時，也要提供「學習慢」的學習者有補救的機會，如圖4所示。 圖4：教學流程 n  結果與討論 一、學習成效分析 (一)奈米化學單元實驗組與控制組之學習成效分析（表1） 實驗組與控制組兩組學習者在學習成效分析方面，以兩組的後測成績作獨立樣本的t檢定，由下表的分析結果顯示，p值為.003小於 .05，達統計之顯著差異。顯示行動學習模式學習成效較好。 行動學習模式使用精熟學習理論，並於學習過程中結合教學、診斷評量、與補救教學，使學習者的知識建構更加完整，並讓學習者面對同樣的教材時，可依自己的學習速度，完成課程內容的學習。此外行動學習簡訊上的一大特性為擁有極高的即時性與便利性，能在「anytime, anywhere」使用零碎片段的時間充實自我，再則配合教材內容的設計，更能使學習者充分理解、吸收知識，突顯成效。學習過程中教師給予正向的肯定，等於是肯定學習者的能力，學習者會想進一步的學習，學習動機會自然提高。學習者的動機和自我激勵效能，能從教師的績效回饋中提升。   (二)探討個人相關變因對行動學習之學習成效的影響 1. 依認知型態比較實驗控制組的學習成效分析（表2） […]

高中論證教學設計 ──以蠟燭燃燒水面上升為例 許綺婷 國立臺灣師範大學科學教育研究所國立屏東高級工業職業學校hsu9716@gmail.com  n  學習論證的重要性 科學論證有兩種意義，其一為「知識的辯護」，其二為「說服」（Jimineź-Aleixandre & Erduran, 2008）。在科學探究的過程中往往需要用到論證，包括針對問題產生假說，設計實驗以獲取證據的假說演繹論證過程，以及如何說服科學社群接受自己的研究成果的論證過程。因此，高中生若沒有學習論證，則無法學到探究科學知識的完整過程。有鑑於此，本文目的在於提供一個高中論證教學設計，以作為論證教學的參考。 n  論證教學設計 許綺婷（投稿中）提出一個高中科學論證教學模式，由察覺一個困惑的觀察而提出問題，然後進入假說演繹論證過程（針對問題產生假說，設計實驗以獲取證據來支持假說），接著進入社群討論之論證過程（透過說服、溝通以討論出最適當的假說），最後得出結論。此模式共分四個階段，包括提出問題、假說演繹論證過程、社群討論之論證過程與結論。本文乃依據此模式並修改Lawson （2002）而開發出以化學科「蠟燭燃燒水面上升」為例的論證教學設計。為使學生熟悉論證結構，以利後續的論證教學，在教學前增加預備情境，先教導論證結構並清楚說明論證的如果/則/所以（If/then/Therefore）型態。以下將從預備情境開始，依序從提出問題、假說演繹論證過程、社群討論之論證過程最後得到結論等方面說明本文之論證教學設計內容。 一、預備情境 (一)先以虎克定律為例，清楚說明提出假說，設計實驗，做出預測，比較觀察值和預測是否符合，是否支持此假說，並清楚說明論證的If/then/Therefore型態。 如果（If）…彈簧長度是造成彈簧伸長量不同的原因【提出假說】 而且…當控制其它變因時，使兩個彈簧的長度不同【設計實驗】 則（then）…彈簧伸長量應該會不同【預測】 但是…最後的結果彈簧伸長量是相同的【比較觀察值和預測是否符合】 所以（Therefore）…彈簧長度的假說可能是錯誤的【是否支持此假說】 (二)蠟燭為石蠟族CnH2n+2的混合物，通常以 C25H52代表。蠟燭與氧燃燒，生成二氧化碳及水，可讓學生練習平衡方程式。其燃燒反應如式[1]和[2]所示： 2CnH2n+2 + (3n+1)O2 →2nCO2 + 2(n+1)H2O +熱量  [1] 或C25H52 + 38O2 →25CO2 + 26 H2O +熱量  [2] 二、提出問題：蠟燭燃燒水面為何上升 教師先示範蠟燭燃燒的實驗，在裝了水的水盆當中有一根燃燒中的蠟燭，將廣口瓶反轉蓋在水盆當中的蠟燭後發現，蠟燭在瓶裡還會燃燒一會兒時間，這時水慢慢上升，但是當燭火熄滅後，水面則快速上升，上升的高度比剛才還高。讓學生透過這樣的觀察而引發他們提出一個問題：水面為何上升？ 三、假說演繹論證過程 根據實驗現象可以引導學生對於「水面為何上升」的問題，提出多種假說，包括(1)耗氧假說（H1），(2)空氣熱漲冷縮的假說（H2），(3)水膨脹的假說（H3）。接著學生針對假說設計實驗，而後經由演繹推理做出預測，將實驗所得的觀察值和預測加以比較，以得到是否支持假說的結論，並請學生將論證過程以If/then/Therefore推理來呈現。 (一)耗氧假說（H1）：燭火消耗瓶中的氧氣而生成二氧化碳及水蒸氣，水蒸氣於燭火熄滅冷卻後會凝結成小水滴附著在器壁上。生成的二氧化碳是所用掉氧氣體積的25/38，加上二氧化碳微溶於水，因此瓶中的氣體體積應略為減少，水面因而上升。 If—若耗氧，燭火消耗瓶中的氧氣而生成二氧化碳及水蒸氣 And—-若使用大廣口瓶 Then—消耗氧氣較多，水面應上升較多 And—-看到水面上升量較多， Therefore—耗氧假說被支持。 (二)空氣熱漲冷縮的假說（H2）：蠟燭的熱使空氣膨脹，當燭火熄滅後溫度下降，空氣體積縮小，水面因而上升。 If—蠟燭的熱使空氣膨脹， And—-當4根蠟燭燃燒時， Then—由於溫度上升愈多，空氣應膨脹愈多，當燭火熄滅後溫度下降，空氣體積應縮小更多，水面應該上升更多。 And—-看到水面上升量較多， […]

複雜系統觀點在擴散教學的應用 鐘建坪 新北市立錦和高級中學 hexaphyrins@yahoo.com.tw n  前言 化學學科知識具備巨觀（macro-）、符號（symbolic）與中觀（meso-）三個向度（邱美虹和鐘建坪，2014; Johnstone, 1982, 2006; Mahaffy, 2006; Treagust, Chittleborough, & Mamiala, 2003）。其中巨觀指可觀察到的化學現象與相關實驗操作，符號指化學式、化學反應式以及實驗過程繪製的圖、表等，而中觀則指利用原子、分子與離子等符號解釋巨觀現象。對於不易觀察到的化學世界，科學家利用看不見的粒子解釋巨觀現象的發生原因，例如氣球的壓力來自於內部氣體粒子隨機碰撞造成的結果。此種利用中觀粒子的運作機制說明巨觀現象的改變，即屬於複雜系統（complex system）的概念層級。自然科學的領域多屬於複雜系統，因此學習科學不應該只有片段或是局部的事實記憶，而是應該提升層級從更宏觀的系統視野學習科學才能提升跨領域的整合（Wilensky & Reisman, 2006）。有鑒於此，本文嘗試先介紹複雜系統的意義，接著說明專家與生手對於複雜系統的差異觀點，最後提供化學擴散教學的相關範例作為化學教師教學上的參考。 n  複雜系統定義與介紹 複雜系統並非單純說明系統的複雜性質而是強調個體元件之間的關聯性所產生的突現結果（emergence），而系統中不同層級具備不同的行為，無法由個別單一的個體行為解釋整體系統的運作（Chi, Roscoe, Slotta, Roy & Chase, 2012; Hmelo-Silver & Azevedo, 2006; Wilensky & Resnick, 1999）。不僅自然科學中的混沌（chaos）、平衡（equilibrium）、演化（evolution）與非線性系統（nonlinear system），甚至日常生活惱人的塞車問題都屬於複雜系統的範圍（Bar-Yam, 1997）。例如：蝴蝶效應（butterfly effect）即是說明牽一髮而動全身的非線性複雜系統，當蝴蝶震動翅膀時牽涉相關因素產生變化，初始變化不易察覺，但是一旦突破臨界時即會產生巨大的結果。或者一隻喜鵲是獨立個體，而許多喜鵲組成一個群落，而不同群落之間的交互作用形成生態系，而生態系中不同物種個體之間的交互作用即為構成物種演化的動力來源。 n  專家生手對複雜系統感知差異 複雜系統通常是反直觀的，學生普遍缺乏此種概念的理解（Hmelo-Silver & Azevedo, 2006; Goldstone & Wilensky, 2008; Jacobson & Wilensky, 2006），而透過專家與生手對於複雜系統觀點的研究能夠提供後續教師提供教學策略模式的參考。相較於專家，生手對於複雜系統的想法主要受到知覺的影響而強調單一個體的個別行為忽略複雜系統是個體間交互作用突現的結果（Chi, […]

久久酒科學 陳政修a、傅麗玉*b a國立清華大學化學系 *b國立清華大學師資培育中心 lyfu@mx.nthu.edu.tw n  原住民酒文化 在清朝文學家《宋琬題戴蒼畫陳階之小像和王阮亭韻》所著一文中提及：「醇酒美人堪送老，唯學信陵君」，由此可知在漢人眼裡醇酒與美人並駕齊驅。 酒在原住民文化中扮演著極為重要的角色，用來敬獻給祖靈或有靈性的萬物，也會在喜慶時餽贈給親友們當作禮物。現今台灣的原住民族，除了達悟族，各族多以小米為主食，皆有其小米文化傳統與小米酒文化。魯凱族和排灣族就地取材，使用紅藜做酒麴；排灣族的小米祭是為慶祝小米豐收，也是排灣族計算年月的開始，傳統排灣族以所經過小米祭次數計算年齡。過去原住民族的小米酒是非常珍貴的，因為小米酒的釀造非常不容易，整個過程必須非常謹慎小心，因此過去原住民族人不隨便喝酒，只有在規範的情況，例如慶典、祭典、婚禮（圖1）、祈福、狩獵歸來、換工、道歉賠罪或是有尊貴賓客的時候，才會釀酒、喝酒。根據泰雅族的gaga（社會倫理規範），喝酒前，先以手指沾酒，向土地點灑三下，請求祖靈庇佑。 圖1：喜宴上的小米酒（傅麗玉攝影） 近代大量製造的酒進入部落後，很容易拿到酒，導致有些族人不小心染上酒癮，最後健康受損，又造成來更多的問題。過去有些社會大眾有「原住民族人愛喝酒」的錯誤印象。這幾年大家在瞭解原住民族小米文化與喝小米酒的文化意義之後，已經修正許多錯誤印象。 n  小米酒的釀造 因不同原住民族群有著不同的釀酒方式，在此我們舉泰雅族為例。泰雅族人們用小米來釀造，在這個過程當中會加入一個相當重要的材料──酒麴，如圖2所示。而在加入麴後，經過一段時間的等待，小米竟變成了香醇的酒，其中究竟產生什麼化學反應？ 圖2：成熟的小米和酒麴（傅麗玉攝影） 醣類俗稱碳水化合物，由於醣類於自然界中種類繁多，可以從它們的分子構造可以區分成單醣、雙醣和多醣。單醣無法分解成更小的碳水化合物，所以稱單醣是醣類中最小的分子，則雙醣則是由兩個單醣經過脫水反應而成，多醣，顧名思義就是由多個單醣（通常是指超過十個單醣分子）經過多次的脫水反應而形成。單醣常見的有生物系統中常被利用的葡萄糖、半乳糖及果醣；雙醣則是有麥芽糖、乳糖和蔗糖；多醣是聚合物的一種，因結構的複雜多變而使其種類益加繁多，常見的多醣如我們日常生活中不可或缺的澱粉、可以幫助腸胃消化的纖維素以及儲存身體多餘葡萄糖的肝醣。下面的反應式是利用麥芽糖作舉例，麥芽糖是一種雙醣，由兩個葡萄糖脫水化合而成，其反應如式[1]所示。 麴，對於多數人來說是陌生的。麴只是小米、糯米等糧食作物的外皮經過研磨後的粉末狀物，但通常會做成球狀，方便攜帶拿取。在釀造過程中，麴的催化功能是相當重要的隱藏角色，單憑肉眼我們看不見它，需要藉著顯微鏡才能觀察到這號人物──微生物。微生物包括了細菌以及真菌等，它們會附著在這些粉末狀固體上，在經過發酵後會大量有效的繁殖。而裡面的過程便是麴黴菌會分泌α-澱粉酶、β-澱粉酶、α-葡萄糖苷酶以及葡萄糖澱粉酶（γ-澱粉酶）進行水解醣類的作用。 原住民們來釀造酒的過程，我們稱之為「酒精發酵」，其過程的化學反應如式[2]所示： 煮熟的小米以及糯米為醣類經過酶的作用，可以從澱粉（多醣）水解成葡萄糖（單醣）。從麴裡面衍生出的酶，不只可以催化澱粉分解，也可以高效率使蛋白質、脂肪等低分子物質進行分解。分解成小分子的單醣之後，便會行發酵作用，將葡萄糖經由呼吸作用中的糖解作用（Embden-Meyerhof Parnas），在無氧的狀態之下反應成酒的主要成份乙醇。 n  結語 我們現今生活中的哪些事物與原住民祖先釀酒的智慧相互輝映呢？最常見是烘焙。上述的發酵反應裡會產生出二氧化碳，使麵包變的鬆軟好吃。酵母微生物在麵糰發酵，使得麵糰中裡的醣類進行酒精發酵，產生出乙醇和二氧化碳；二氧化碳在麵糰中形成空隙，氣泡慢慢受熱增加體積使麵糰膨脹起來，而麵包之所以沒有酒味是因為乙醇烘焙受熱揮發。 無論是哪一個族群，祖先的經驗累積皆有其科學根據的，許多看似平凡無奇的事物背後都藏著許多的科學知識值得探索發掘。 傅麗玉（左）和原住民阿秋媽媽在小米田裡合影 （照片由國立清華大學師資培育中心傅麗玉提供）

波以耳與近代化學的誕生 洪振方 國立高雄師範大學科學教育暨環境教育研究所 t1873@nknucc.nknu.edu.tw n  煉金術 近代化學是由古代的煉金術演變而來。古時候，人們在製作陶器、冶煉金屬等生產活動中，逐漸認識了如何使物質的顏色、光澤、硬度等物理性質發生改變，同時也認識了很多物質間的變化。古埃及人的冶金技術很發達，有些工匠在製作金飾品時，會偷斤減兩，偷偷在貴重的黃金中加入便宜的黃銅，古希臘人在與古埃及人生意往來中發現了這一點，這給他們一個啟發，是否可以用某種方法將便宜的銅、鐵等金屬轉變為貴重的黃金呢？ 由於人們對黃金的追求欲望，促進了煉金術的形成和發展。當時所發展出來用於煉金的方法，是將銅、錫、鉛、鐵等普通金屬混合熔煉，得到黑色合金，再加入水銀使它表面變白，再用硫磺水把合金泡過使它變黃，然後將它洗淨而成。這樣煉出的金屬，當然不是黃金，只是表面顏色相似而已。圖1為煉金術士的實驗室。                                                                  圖 1：煉金術士的實驗室                             […]

國內外化學教育交流 林靜雯 國立東華大學課程設計與潛能開發學系jingwenlin@mail.ndhu.edu.tw n  內容摘要 一、Chemical Education Journal（CEJ）搶先線上閱覽！ 二、化學教育重要研討會期程 n  詳細介紹 一、Chemical Education Journal（CEJ）搶先線上閱覽！ ª CEJ由日本Division of the Society of Computer Chemistry發行，具英文版及日文版，本期為第15卷2期，刊載於台灣屏東教育大學所主辦之第5屆International Conference of Network for Inter-Asian Chemistry Educators (NICE)會議論文特刊，2月21日出刊，目前共含11篇文章。 ª 此期刊為免費的電子刊物，詳情請點閱這裡。 ª 此期刊邀請大家踴躍投稿第16卷（2014）。請點閱「投稿須知」（Notice for Contributors）一節。 二、化學教育重要研討會期程 u  2014年 ª European Conference on Research in Chemistry Education, ECRICE2014（歐洲化學教育研究研討會） 地點：芬蘭于韋斯屈萊(Jyväskylä) 日期：2014年7月7-10日 網址：www.jyu.fi/ecrice2014 口頭發表摘要投稿截止日：2014年4月13日 海報發表摘要投稿截止日：2014年5月31日 報名截止日：2014年5月31日 早鳥優惠截止日：2014年4月30日 […]