慶祝IUPAC100&2019國際週期表年在臺灣(IYPT in Taiwan) 活動成果展示： 系列活動介紹(二) 邱美虹 國立臺灣師範大學科學教育研究所 mhchiu@gapps.ntnu.edu.tw   IYPT in Taiwan 特展 為慶祝俄國化學家門得列夫(Dmitri I. Mendeleev)於1869年發表元素週期表150年，聯合國宣布2019年為國際化學元素週期表年(International Year of the Periodic Table of Chemical Elements, IYPT)。臺灣為參與這項國際性的活動，在科技部、教育部國民及學前教育署、行政院環境保護署毒物及化學物質局指導，由國立臺灣師範大學(以下簡稱臺師大)、中國化學會(以下簡稱化學會)以及國立臺灣科學教育館共同主辦《2019國際化學元素週期表年特展–在臺灣》，從2019年6月1日起至8月26日共展出為期近三個月的特展，觀展人有來自世界各地的人士與師生，參觀人數約32000人，盛況空前。該特展的主要展品在《臺灣化學教育》電子期刊五月號有做詳盡的介紹，如元素方塊週期表、光雕投影、化學元素大事記、化學元素海報、視障者點字元素週期表、女性科學家與週期表、稀缺元素週期表、中學生眼中的週期表、元素文學小品、元素郵票展、擴增實境(AR)和虛擬實境(VR)等。展覽開幕式影片可於網站觀賞(網址為: https://www.youtube.com/watch?v=ezPktr1vj9k)。 此次特展因受到廣大觀眾的喜愛和各博物館的支持與青睞，共同以秉持服務更多民眾的初衷，此特展於八月底開始在臺中自然科學博物館(科博館)、基隆海洋科技博物館(海科館)、高雄科學工藝博物館(科工館)陸續展出，同時海洋生物博物館(海生館)已預約明年起做一整年的IYPT元素週期表特展，這實在是令人興奮的接力賽。各館的主要內容將於本期刊分別介紹。 臺師大和化學會在科教館的特展影片獲得國際純化學暨應用化學聯合會(International Union of Pure and Applied Chemistry, IUPAC)諾貝爾競賽獎(NobeliumContest Award)(見圖一)，令人深感榮幸與欣慰! 圖一: IUPAC諾貝爾競賽獎(Nobelium Contest Award) 以下針對IYPT in Taiwan特展擇要介紹如下: 主視覺此主視覺(見圖二)要表達的意向如下: 左下角為本活動LOGO，其中H(1)和Og(118)代表週期表全部有118個元素，同時還有門得列夫Md(101)。正上方以大螢幕呈現門得列夫頭像、簡介其生平以及元素符號；其下方的展示櫃呈現元素的原子結構和物質的三態；在中間最前方則是以展示櫃呈現元素的應用面，每個展示櫃上方的英文字樣分別代表半導體、光電、食品與醫療領域。而右邊的圖案則是呈現綠色化學與環境共存的生態小島。活動的吉祥物以帝雉為代表(圖二右)，是因其為世界瀕危鳥類，取其意企盼大眾珍惜元素。這兩項設計皆由楊宇辰小姐與工作團隊討論後所設計的成品，深獲觀展者喜愛。 圖二: IUPAC主視覺(左)與吉祥物(右) 元素方塊  元素方塊的概念一共製作三款，大方塊(圖三-a)、中方塊(圖三-b)和小方塊(圖三-c)。方塊每面分別展示該元素之原子序、原子量、化學性質、重要實驗及與該元素相關之科學史、生活、科技等資訊。大方塊在展場以公共藝術的方式呈現、中方塊設計是可以讓參觀者取出觀看各面的設計、小方塊是以A4大小的紙張製作，供辦理活動使用。這五面當中原子量、原子序和週期表的設計是由淡江大學王文竹教授負責帶領學生製作的、四面的實驗、科學史等是由來自各大學教授或各中學教師選擇自己感興趣的元素設計的。的六面則是中徐生繪製的元素圖。此項成品準備期較長，所耗人力和經費有較多，然內容相當豐富，值得反覆品味。 圖三: 大方塊(a)、中方塊(b)、和小方塊(c:左為牟中原院士、右為觀展人) 魔方118此光雕設計特邀請國際知名3D動畫劉育樹導演為國際化學元素週期表年慶祝活動精心設計具中國風的週期表影片。樹導表示，「此光雕投影將元素週期表結合中國風，以呈現獨特的東方風格，其中尤以傳統臺灣特色為主。影片內使用了大量東方元素來結合西方的元素週期表：以風水羅盤的圓形排法替換週期表的矩型排法，除了以圓象徵人類生存之地球，更代表著週期表中的所有元素皆是存在於這個圓中──即地球上。…影片中將週期表元素的英文字替換成中文字呈現，其用意在於將熟悉的西方週期表以東方詮釋，表達東方對於化學界亦有所貢獻…影片中亦列舉人類生活中的重要元素，讓人們認識到生活周遭其實有很多物品都和化學元素有關。此外，透過象棋作為化學元素的象徵物，把虛幻的化學元素實體轉化為熟悉的象棋棋子，讓大眾對於艱澀的化學多了一分親切感…並以真實的對弈，結合金屬與非金屬之間的對戰而進行化學反應。…最後一個東方元素是廟宇的籤筒，用來呈現傳統臺灣風格的週期表。以矩形週期表旋轉收進籤筒，再度使用圓作為世界的概念，而所有的元素繞著圓旋轉，與開頭的圓互相呼應，串聯整部影片並以東方風格收尾。」  圖三: 大方塊(a)、中方塊(b)、和小方塊(c:左為牟中原院士、右為觀展人)   […]

慶祝IUPAC100&2019國際週期表年在臺灣(IYPT in Taiwan) 活動成果展示： 歐洲化學會週期表與稀缺元素 邱美虹 國立臺灣師範大學科學教育研究所 mhchiu@gapps.ntnu.edu.tw n  摘要 本文主要介紹歐洲化學會（European Chemical Society）2019年出版的歐洲化學會週期表（EuChemS Periodic Table），並論及元素存量與人類過度使用而造成缺乏的危機議題，希望藉此引起社會大眾或學生對新興科技與化學元素的進一步認識，進而抱持正確使用新興科技的態度。 n  歐洲元素週期表 歐洲化學會在2019年一月公布了一張變形週期表（EuChemS, 2019；中英文版分別見圖一和圖二），這張週期表是以地球上存在的90種天然元素依照其存量取對數（Log）後所繪製的，所占面積越小代表其在自然界中的含量越少，藉此呼籲社會大眾應該更加重視有限的資源與再利用的概念。圖中除以面積來傳遞存量的概念外，顏色則代表存量瀕臨危機的程度：如紅色代表未來100年內面臨嚴重缺乏；橘色代表因使用日增而導致的缺乏威脅；黃色代表供應有限而未來有缺乏的風險；以及黑色代表來自衝突礦產；而白色的小方塊則代表手機。圖一顯示，手機至少含有31個元素，其中約有一半的元素因人類對於3C產品的依賴與日漸增，在不正確的觀念與濫用的情況下快速減少，因而面臨缺乏的威脅［如釔（Yttrium, Y）、銦（Indium, In）］。我們是否了解有些元素［如金、錫、鉭（Tantalum, Ta）、鎢］ 事實上是來自有爭議的礦產區，這些元素的來源是否合法，可能造成的後果為何呢？同時，我們是否理解且也已經準備好面對元素稀缺（endangered/scarcity）的困境？  圖一：英文版的歐洲化學會週期表（EChemS, 2019） 圖二：中文版的歐洲化學會週期表（EChemS, 2019）  雖然宇宙中氦氣的含量僅次於氫氣，但在地球上氦氣卻是稀少的。根據圖一和圖二顯示，氦是未來百年內面臨高度缺乏的元素。或許大家對氦並不陌生，因為生日聚會或是慶典中都會以氣球表達歡樂與祝賀之意，氣球中便是以充滿氦氣為主。氫氣在空氣中散播出去後便不易回收。根據海德堡大學地球化學和宇宙化學家Trieloff教授指出，地球不像木星是氣體星球充滿氫氣和氦氣，地球本身是岩石行星，因重力之故，地球的重量不足以抓住這兩種氣體，但為何氫含量充足而氦卻面臨缺乏呢？Trieloff指出，因為氫氣存在於水中，而氦氣卻會在空氣中飄走（Schmidt, 2016）。根據圖三顯示，因使用氦氣施放各式氣球而消耗掉的氦氣含量佔14%；潛水員用的呼吸筒，以氧氣與氦氣混合避免純氧造成減壓症（6%）；這兩項即已佔20% (1/5)。除此之外，氦氣在電子業和半導體上的使用佔11%；在醫學上冷卻核磁共振造影 （MRI）機器所產生的高溫，約佔20%，前述這些使用氦氣的情形就已經佔約51%（APS, MRS, & ACS, 2016）。以此情況看來，氦似乎面臨稀缺的問題，因而價格在過去五年不斷升高，使得科學研究經費隨之上升。然而，一群在英國杜倫大學和牛津大學的科學家在Goldschmidt 會議上指出，根據他們針對美國和加拿大22個井中找到天然氣的樣本進行質譜儀分析發現，地下水與氦含量有高度相關，或許人們低估了氦在自然界的含量（Danabalan, 2015）。該研究團隊同時也指出黃石公園噴出的氣體中可能也有氦氣的存在，知道氦氣可能來自深層的地殼中，或許讓科學家可以思考何處才是去尋找氦的足跡。不僅如此，牛津大學地質學家與挪威礦業公司Helium One在2016年公布在非洲坦桑尼亞火山斷裂區發現大量的氦存量，據估計應有15億立方公尺的氦含量，大約等於全世界七年的年消耗量。同時，研究人員指出，以亞利桑那從天然氣中可以獲得約7%的氦氣，卡達（Qatar）則可以獲得比較經濟的方式0.1%的氦氣。可惜的是，坦桑尼亞雖然可以從火山的氣體中獲得4%的氦，但是剩下的96%氣體卻與天然氣不同，它們是無法再利用成為具有經濟價值的產品（Schmidt, 2016）。Collins（2019）則指出，阿爾及利亞和俄羅斯其實也擁有充沛的氦氣可以輸出，但是受限於政府的法令，而無法提供其他國家使用。可臆測的就是，如此的做法或許正是限制或左右其他國家在醫療或是科技上的發展與應用。氦氣是否真的面臨稀缺，的確是個值得科學家持續研究與關心的議題，無論如何，資源的開發與保存是脣齒相依，人們實在應該珍惜自然資源。 圖三：2015年時氦氣在各項使用需求量之百分比（APS, MRS, & ACS 2016, p.6） 又如，第五週期的第III族元素釔（Y，原子序39）和第XIII族的銦（In，原子序49）都是屬於即將面臨嚴重缺乏的元素，這兩個元素都是製作手機必要的元素。以銦為例，銦因為熔點低、沸點高、低電阻，可在常溫下與氧緩慢反應產生氧化膜，具有抗腐蝕性，其價格高昂且供應有限，除可製作手機觸控面板、太陽能電池等高科技產品外，也是國防軍事、航空業和現代資訊產業等高科技領域的重要元素（國家毒物中心，2019）。其他金屬如鎵、銀、鋅等都是手機裡所需的元素但也將是面臨高度缺乏的危機。全球每年有將近五億支的廢棄手機，其中中國大陸就佔約一億支，而回收的廢棄只佔1%。或許手機使用者可以審慎思考是否可以降低更換手機的頻率，以珍惜自然資源並確保擁有永續與友善的環境。 n   手機與稀缺元素 根據圖一和圖二顯示，自然界中的元素並非「用之不盡、取之不竭」，我們應該要思考是否有必要經常更換電子產品，使廢棄的產品造成環境汙染？我們是否已準備好面對資源匱乏時，所造成生活不便的困境呢？在圖一和圖二中指出，手機至少含有31種化學元素。另一項智慧型手機所含有化學元素的報告（Compound Interest, 2014；見圖四）則指出，智慧型手機包含不下41種元素，分別用在製作螢幕、電池、電路和外殼。如以螢幕而言，其含有銦錫鋁矽的氧化物；電池（如鋰、鈷、碳、鋁、氧）；線路則含有金、銀、銅、鎳、鉭等多種元素；最後是外殼，含鎂、溴，鎳等元素。 以下針對化學元素在手機中的元素與功能再進一步加以說明（Compound Interest, 2014）： 螢幕：包含有氧化銦錫（Indium […]

慶祝IUPAC100&2019國際週期表年在臺灣(IYPT in Taiwan) 活動成果展示： 「百變化學–元素週期表150週年」特展 張鈞翔*、鍾坤煒 國立自然科學博物館 cch@nmns.edu.tw* n  摘要 躬逢其盛、共襄盛舉！在2019國際化學元素週期表年，也是俄羅斯化學家門得列夫 (Dmitri I. Mendeleev) 提出元素週期表的150週年之際，位於臺中的國立自然科學博物館，特別與國立臺灣師範大學、中國化學會，共同推出『百變化學–元素週期表150週年」特展（圖一），展期從2019年8月20日起至2020年2月23日，帶領大朋友與小朋友一起來探索化學科學的奇幻奧妙！ 圖一  國立自然科學博物館隆重開展 開展至今，已經吸引超過36,000人次來自全國各地的觀眾朋友，共同親身體驗與享受化學知識所帶來的樂趣！在展場中，饒富生趣的元素週期表的聲光投影，深深吸引了觀眾朋友的眼光。全新設計天文化學主題，以生動的圖文動畫，帶領觀眾探索宇宙空間，化學元素的起源。在精美的圖像中，元素週期表的研究發展歷史，以及週期表內容與規則一覽無遺。而化學元素無所不在，在我們生存的地球環境、在我們喜愛的礦物精品、在我們熟悉的詩詞文學、在我們的日常生活，處處充滿著化學元素，也洋溢著奧妙的化學變化。 為了盛大推出這項特展，國立自然科學博物館館藏精品礦物精銳盡出，特別推出「地殼中的化學元素—礦物」主題單元（圖二），展出70件各類礦物標本，包括純金、純銀、純銅、純鐵，以及珍貴的鑽石、祖母綠，呈現礦物精品的元素特色與大自然的奧祕，也提供觀眾朋友們進一步認識化學元素與礦物之間的關係。 圖二  「百變化學—元素週期表150週年」特展礦物展區一隅 地球上的萬物都是由化學元素所組成的，人類到目前為止已經發現了118種元素，組成了約三千多萬種的物質。地殼乃是地球層圈構造的最外層，在地殼中元素的含量稱之為「地殼含量（註）」，通常以百分比來表示。含量最多者依序為氧、矽、鋁、鐵、鈣、鈉、鉀和鎂，以上8種元素占了超過98%的地殼含量，而這些元素在地殼中多以礦物的形式存在。 n   氧和矽 氧和矽是地殼中含量最多的兩種元素，分別達48.6%及26.3%，因此，地殼中含有氧和矽兩種元素的礦物種類也相當多。例如：氧和矽結合形成了常見的石英、水晶、玉髓、瑪瑙等石英家族的二氧化矽礦物（圖三），而由含矽的陰離子團與其它陽離子結合，便形成大量的矽酸鹽礦物，在自然界已知的礦物種類中，矽酸鹽礦物約占總數的四分之一，包含常見的長石、石英、雲母、輝石、角閃石、橄欖石、黏土礦物等造岩礦物。 圖三  透明且晶形佳的石英稱為水晶，是地表最常見的礦物之一。 n   鋁    鋁是地殼內蘊藏最豐富的金屬元素，地殼中的含量約為7.73%，在自然界通常以氧化物的形式存在。鋁主要賦存在鋁土礦，或稱為水礬土（Bauxite）內，這種礦物主要成分是含有雜質的水合氧化鋁（Al2O3·2H2O），一般供作煉鋁用的水礬土含有50~60%的氧化鋁，而氧化鋁不僅是製造鋁的來源，也是製造礬土水泥和耐火材料的重要原料。鋁具有質輕且不易生鏽的特性，不過質地較軟，須與其他金屬混合，以合金的型態被廣泛運用。在自然界中純的三氧化二鋁，稱為剛玉，硬度高，常被用來當做研磨材料；另外，結晶透明的剛玉可作為寶石，其中紅寶石（圖四）、藍寶石就是剛玉中有名的品種。 圖四  紅寶石是結晶透明的剛玉因含鉻離子而呈紅色 n   鐵 鐵在地殼中的含量約為4.75%，也是地球內核及外核的重要成份，堅硬而有延展性、且具有良好的可塑性和導熱性。自然界裡很少有純鐵，大多是和氧化合之後的狀態存在。一般提煉鐵的主要礦物有赤鐵礦（Fe2O3）、磁鐵礦（Fe3O4）、菱鐵礦（FeCO3）、褐鐵礦（Fe2O3·nH2O），以及針鐵礦（FeO(OH)）。現今世界上最重要的鐵礦來源為帶狀鐵礦層（Banded Iron Formations，簡稱BIF），此種帶狀鐵礦（圖五）是由大量且呈薄層的磁鐵礦或赤鐵礦等氧化鐵反覆堆疊，並常夾雜帶狀虎眼石、碧玉或燧石等所組成，主要在距今約三十多億至十多億年前的太古代（Archean）和元古代早期（early Proterozoic）所形成，是一種相當古老的沈積岩。 圖五  帶狀鐵礦是目前世界上最重要的鐵礦來源 n   鈣 鈣的英文calcium是來自拉丁文calx，意指生石灰，地殼中鈣的含量約為3.45%。鈣在自然界多以離子狀態或化合物形式存在，並無單質存在。地球上最常見的含鈣化合物為碳酸鈣（CaCO3），發現主要產於石灰岩和早期海洋生物的化石殘骸，廣泛用於塑料、橡膠、油墨、塗料等方面，也是製作水泥與玻璃的原料。自然界主要的含鈣礦物有方解石（圖六）、霰石（CaCO3）、白雲石（CaMg (CO3)2）、石膏（CaSO4·2H2O）、螢石（CaF2）、磷灰石（Ca5(PO4)3F）等。另外，在珍珠、貝殼、珊瑚、蛋殼及一些動物殼體的有機體中也都含有鈣。 圖六  方解石是很重要的含鈣礦物 n   鈉 鈉是最常見的鹼金屬元素，元素名稱來自拉丁文 Natrium，原意是天然鹼。在地殼中鈉的含量為2.74%，主要以鈉鹽的形式存在。鈉鹽是指有鈉離子和酸根離子化合而成的鹽類，如常見的氯化鈉、碳酸鈉、硫酸鈉、碳酸氫鈉等，其中由氯化鈉組成的礦物－石鹽（Halite, 圖七），除了可作為調味料和防腐劑，也是製作蘇打、鹽酸、金屬鈉等化工產品的重要原料，故有 「化學工業之母」 的稱號。其它常見的含鈉礦物有鈉長石（NaAlSi3O8）、芒硝（Na2SO4·10H2O）、鈉硝石（NaNO3）等。 圖七  石鹽的天然結晶呈正立方體 […]

慶祝IUPAC100&2019國際週期表年在臺灣(IYPT in Taiwan) 活動成果展示： 看見化學了！元素週期表150周年特展—科工館的展示、科教活動及推廣 洪莞媜1,*陳綺霞2 1國立科學工藝博物館展示組　約僱技術員 2國立科學工藝博物館展示組　組主任 *ady@mail.nstm.gov.tw █ 緣起 2019年適逢俄國化學家門得列夫提出元素週期表滿150周年，國立臺灣師範大學科學教育研究所(以下簡稱臺師大)邱美虹教授在科技部、教育部國民及學前教育署、行政院環境保護署毒物及化學物質局共同支持下，與中國化學會及國立臺灣科學教育館策辦了一檔「國際化學元素週期表年特展」，以表彰門得列夫之偉大貢獻。國立科學工藝博物館（以下稱科工館）身為國家第一個應用科技類博物館，自需積極參與及推廣。 「化學元素」對於一般人而言，或許感到疑問：「化學元素跟我們的生活究竟有什麼關係呢？」實則關係不說不明!該特展於臺北科教館開幕當時，經由化學師生進行「化學元素變變變——實驗演示」的科學秀，再加上特展內容豐富有趣，進而讓民眾了解到化學元素與我們的生活密切相關!也因而理解到元素並非取之不盡、用之不竭，如果未善加回收運用，待其用完時，將大大影響我們的生活。 為讓中南部的社會大眾也能有機會了解化學元素與常民生活的連結，移展是必須，而推廣活動更是不可或缺。因此科工館除積極評估移展項目外，並盤點館內各項資源，開始了一系列的活動。自9月底開展迄至10月底止，己逾3,000名觀眾參與體驗，包括1,248名學生團體參觀特展；1,161人次參與集章活動；1,506人次體驗科教活動。透過上該展覽及活動的推廣，確實助益民眾了解化學元素與日常生活的關係，並進一步體認到某些元素資源永續利用的重要性。 █ 展示內容 特展展出內容都是由臺師大邱美虹教授等人精心設計，科工館秉持「生活議題」為主軸，擇定元素方塊週期表、光雕投影、化學元素大事記、化學元素海報、視障者點字元素週期表、稀缺元素週期表等展品，引導民眾從生活周遭事物重新認識元素與生活的重要性，主視覺意象則承續邱教授於科教館展覽，以淺紫色為基底。展覽主視覺如下圖：     ▲圖一特展主視覺意象 展覽大致分為五大展區，內容概述如下： 分區 主題 展示內容 A 入口引言 以主視覺彰顯2019 年為聯合國公佈之「國際化學元素週期表年」，同時紀念俄羅斯化學家門得列夫提出的元素週期表至今 150 週年。 B 元素大事記 以時間軸簡列方便民眾瞭解人類發掘元素的歷史。 C 魔方118 由劉育樹導演親自操刀所編製影片中，學習中西文化的融合與交流，感受科學與藝術的趣味結合。 D 探索元素週期表 以不同型式來認識各元素的趣味性，如中學生眼中的週期表、最古老的週期表、視障者的週期表、稀缺元素週期表及元素海報等等。 E 元素藝廊 從文學小品及郵票來發現元素的蹤影。   展場實景 ▲元素海報                                                ▲模擬實驗室場域 ▲元素藝廊                                              ▲特展全景 ▲光雕投影單元                                      ▲展覽主視覺 █ 推廣活動 為讓民眾透過不同型式來認識元素與生活的重要性，科工館規劃各式活動，包括展廳集章闖關、教師研習及現場科教活動DIY等體驗，同時結合「科工平安燈，點燈傳愛」活動，幫助經濟弱勢學童接觸更豐富的教育資源。其中，教師研習在於協助中華民國科學教育學會推廣元素週期表的桌遊教具，活動開辦以來，也接獲許多民眾洽詢購買的回饋意見。 一、結合展廳辦理集章闖關活動 科工館共有18個常設展廳，在這些展廳中，有許多應用於日常的元素，此次的闖關集章活動配合特展，從各展廳中挑選出觀眾們較熟稔者，期望藉由找出各展廳的對應元素，讓觀眾邊探索邊學習，從而獲取知識與樂趣。截止10月底止有1,161人次參與。 […]

慶祝IUPAC100&2019國際週期表年在臺灣(IYPT in Taiwan) 活動成果展示： 從展示、演示與實驗跨出科教館在國際化學元素週期表年的盛宴 陳虹樺1*、陳雪玉2、林祝里3、李姤妤1、陳思羽1、周憶慈1 國立臺灣科學教育館實驗組教育人員1 國立臺灣科學教育館館長2 國立臺灣科學教育館實驗組主任3 irisnn@mail.ntsec.gov.tw1* 科學的發展，元素週期表扮演了相當重要的角色。第一個有規律性的元素週期表是在1869年由俄國化學家門得列夫（Dmitri I. Mendeleev）所提出，為表彰門得列夫對科學的貢獻，適逢2019年是第一張元素週期表提出的第150周年以及國際純化學及應用化學聯合會(International Union of Pure and Applied Chemistry,簡稱IUPAC)成立100 周年慶，聯合國教科文組織便訂定2019年為「國際化學元素週期表年」（International Year of the Periodic Table of Chemical Elements,簡稱IYPT）。在此國際盛會下，國立臺灣科學教育館(後簡稱本館)秉持推廣科學教育的宗旨及本質任務，應邱美虹教授之邀請，與全臺相關推動化學教育、科學教育的館所、機構及中心，共同辦理各式推廣慶祝活動，從「發現週期表」、「認識週期表」到「應用週期表」的脈絡，規劃一系列的科學課程與科普活動，提供中小學師生或一般民眾體會化學元素週期表的奧秘與美麗。 壹、 發現週期表 世界各地推動的IYPT慶祝活動是為了引起世人重視元素週期表發現的歷史脈絡、科學發展與元素的密切關係、元素在生活上的價值以及稀缺元素對科學與生活永續發展的影響等。為此，國立臺灣師範大學、中國化學會及本館在6月1日至8月26日首波於科教館3樓公益特展區舉辦了「2019國際化學元素週期表年特展」，透過大型元素方塊堆疊的元素週期表，結合光雕投影和豐富的元素相關展覽品，讓民眾能對元素週期表有較深入的認識，及瞭解元素與生活其實是息息相關。本館展期結束之後，基隆國立海洋科技博物館、臺中國立自然科學博物館、高雄國立科學工藝博物館及屏東國立海洋生物博物館亦陸續展出結合該館特色的化學元素週期表特展，可逕至各館網頁查詢。有關臺北科教館的IYPT特展詳細介紹，可詳閱本刊2019年5月第31期由邱美虹教授主寫之「《2019國際化學元素週期表年特展》活動介紹」。 貳、 認識週期表 (一) 強調探究與實作的實驗營隊-IYPT元素營 在聯合國提出的17項「全球永續發展目標」（Sustainable Development Goals, SDGs）中，從經濟成長、環境保護及社會進步等三大面向探究永續發展的議題，也顯示國際間對「永續發展」議題的重視，其中「優質的教育(Quality education)」該項議題更與本館成立宗旨及本質任務相符，並致力提供各年齡層、不受宗教、種族、性別及社經背景等限制之優質的科學教育課程及活動。在「化學元素週期表」之主題下，本館邀請理化背景專長、實作經驗豐富的國高中職教師成立化學元素課程規畫小組，首先針對國小高年級以上學生發展從單一元素到結合相近性質多種元素的多元課程。同時，課程設計也呼應108新課綱強調學生探究與實作能力的培養，從生活中重要且常用的元素著手，將學科知識、實驗操作、生活應用等層面相互連結，特此規劃「電池與能源」及「生命大事記」兩大主題的科學營。 在「電池與能源」營隊中，以氫、銅、氮、矽的基本性質介紹與相關特色實驗操作，以及電池組成與金屬材料間關係探究，帶領學生認識電池與能源相關概念的課程設計；例如：「銅」元素帶入國中常見鋅銅電池與電能產生的關係、從「氫」元素及「矽」元素介紹氫能與太陽能的應用等。在「生命大事記」營隊中，以碳、氧、碘的基本性質介紹與相關重要實驗操作，以及鹼金族、鹼土族與鹵素族的化學性質測試與現象觀察，最後結合AR技術的元素擴增實境呈現與表達化學元素內容，也安排其中一堂課參觀位於本館3樓的IYPT特展，能以更系統性的欣賞元素發現歷史、重要科學家故事及各種類型元素週期表等內容，並依學習單的引導，進行重點觀察及紀錄(如圖一)，讓學習場域從實驗室延伸到展場。 本次營隊的教學設計中，強調探究與實作的學習歷程，教師除安排各種元素相關實驗讓學生認識元素的性質及應用性之外，也在實驗的過程中提供學生觀察、實驗變因探索及實驗結果討論的引導式探究設計。另一方面，因應科展逐年重視實驗記錄在科學研究上的重要性，為從小紮根學生對實驗筆記的認識並培養紀錄的重點及習慣，本次規劃的營隊中在進入第一堂課元素主題課程前，先安排半小時的實驗筆記課程，並請授課教師在後續課程中加強學生進行實驗筆記的訓練，逐步培養學生在科學研究上的基礎能力。 本次課程實施在今(108)年的暑假期間，招收國小高年級學生共77位，透過課後課程回饋單的分析(採五分量表，分數1-5分，分數越高表示越滿意)得知，學員對講師的上課方式非常喜歡(M=4.41)、對課程內容非常感興趣(M=4.49)、參加後的學習收穫感到非常豐富(M=4.52)，顯示學生喜愛本次課程的設計；另外，從學員的訪談中，學員自認瞭解課程中提到的科學名詞，如「氫H、銅Cu、Fe是鐵、矽是Si」，且在參加營隊後，對於化學元素的學習更感興趣，也會想要了解其他元素的特性。除了學生的回饋外，在營隊課程結束一個月內亦召開課程檢討會議，從教學者的回饋進行課程的調整，例如：建議在3小時的課程時間內，部分實驗可先準備半成品(例如: 容器先挖洞、電線先焊接好…等)，以掌握課程進度；實驗操作設計如有實驗組與對照組時，要讓學生仔細觀察兩組設計的差異性，在實驗操作中也要留意勿因操作上的疏失，而讓數據結果被質疑 (例如:燃燒鋼絲絨時，學生常會因動作過大，讓部分鋼絲絨掉到容器外，造成數據差異)；燃燒鹼金屬、鹼土金屬的實驗中，發現學員較難判斷金屬的燃燒狀態以及是否燃燒完全，建議可改為影片或圖片輔助教學；另外，化學實驗操作前必要的操作說明及安全注意事項要再三確認，讓學生了解正確的操作步驟後，再進行實驗，以確保課程安全性。透過學生與授課教師對課程的回饋，後續將對課程進行調整，作為本館特色營隊開放給更多學生有學習的機會。    圖一 「生命大事記」營隊中學生參觀IYPT特展並進行觀察及紀錄   (二) 從化學元素的發現歷史學習化學元素–化學元素報你知 「歷史」係指人類社會過去的事件和行動，以及對這些事件行為有系統的記錄、詮釋和研究。「化學元素報你知」的系列課程從單一化學元素被發現的科學歷史中，帶領學習者了解科學知識發展的脈絡，以及當時時空下的科學家們提出這些概念的想法，以協助學習者進一步地認識該化學元素的性質及應用。今年總共發展3件教案，分別為「百變碳元素」、「氫」及「氧」。 碳元素是在有人類活動以來，就有存在痕跡的古老元素之一，存在形式多變，包含八種同素異形體，應用範圍廣泛，從奈米碳的特性探索、巴克球製作及有機物與無機物的實驗中，初探碳元素的百變性質(如圖二)。氫及氧的發現，則與燃燒現象息息相關，從17世紀的波以耳、史塔爾，到18世紀的舍勒、普利斯力、卡文狄西、拉瓦節等科學家的科學研究中，科學家們逐步建構出氫及氧的輪廓，並各自提出燃素說、氧化說等不同的科學理論。在課程中教師從介紹這些科學知識發展的歷史背景引導學習者說出科學家們提出理論時的依據及證據，透過提問，讓學習者能思考站在不同角色立場時對提問的回答為何，認知及理解科學知識的產生會依自我的立場及觀點而不斷的改變，培養學習者批判思考的能力。 「化學元素報你知」課程實施在假日上午，每堂課3小時，共有61位4-9年級學生參與，雖然學生的年齡層差異較高，但教學者以明確具體示範操作步驟，大多數學生仍可完成實驗；惟深入以化學方程式來解釋觀察到的現象時，七年級以下學生因沒有理化基礎，會先簡單說明元素符號及化學方程式的意義，建立學生對化學反應的基本概念，八年級以上學生因已開始學習國中理化內容，但因學習進度略有差異，會先請他們說明該堂課中出現的化學方程式代表的意思，便於教學者判斷該班學生對化學符號理解的程度，以決定加強補充說明或僅帶過此部分的內容即可，得以掌握課程進度。 在氧元素的課程最後半小時，嘗試讓學生自行設計題目的「快問快答」做為學習成果檢核的方式。首先讓學生將該堂課中學習到的內容設計成題目，讓其他小組搶答，設計題目及答對的小組都可以得分。從學生設計的題目與答案，教學者可以了解他們對元素的理解程度，再者，也請其他小組學生判斷這個題目的設計是否正確及合宜?若他們可以再次修正，他們會如何修改?提供學生進行後設思考的機會，是值得推薦非制式場域進行課程設計者之參考。 圖二 「百變碳元素」中學生觀察白糖及鹽巴燃燒後的產物探究有機物與無機物的差異 […]