《臺灣化學教育》第二十八期（2018年11月） 目  錄 主編的話 u  第二十八期主編的話／邱美虹〔HTML｜PDF〕 n  本期專題【專題編輯／邱美虹】        u  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、周金城〔HTML｜PDF〕        u  2018國際化學教育研討會：國際化學教育會議之我見—談系統思考／邱美虹〔HTML｜PDF〕 u  2018國際化學教育研討會：系統思考與化學教育 —2018國際化學教育研討會的大會演講啟發／周金城〔HTML｜PDF〕 u  2018國際化學教育研討會：參與第25屆IUPAC國際化學教育研討會心得／蘇金豆〔HTML｜PDF〕 u  2018國際化學教育研討會：化學知識饗宴：雪梨ICCE 2018紀實／吉佛慈〔HTML｜PDF〕 u  2018國際化學教育研討會：微型實驗工作坊的交流與分享／廖旭茂〔HTML｜PDF〕 n  課程教材／化學課程與教材【專欄編輯／楊水平】 u  科學建模本位的探究教學之教材設計 —以化學電池為例／邱美虹、曾茂仁〔HTML｜PDF〕 n  課程教材／化學課程與教材【專欄編輯／周金城】 u  利用手機及App開發化學探究與實作課程—高中奈米硫粒實驗反應速率的測定／劉燕孝、廖家榮〔HTML｜PDF〕 n  化學實驗／化學實驗含影片【專欄編輯／周金城】 u  綠色化學實驗模組的設計與應用-1：電化學模組／廖旭茂〔HTML｜PDF〕 n  化學實驗／化學實驗室【專欄編輯／楊水平】 u  製作天然柚香清潔劑／黎渝秀〔HTML｜PDF｜學生手冊〕 n  新知報導／國內外化學教育交流【專欄編輯／邱美虹】       u  指導高中生成為國家代表隊出席 2018日本SSH生徒科展發表會及與會心得／劉曉倩〔HTML｜PDF〕    

第二十八期 主編的話 邱美虹 國立臺灣師範大學科學教育研究所特聘教授國際純粹化學與應用化學聯盟（IUPAC）執行委員會常務委員中國化學會（臺灣）教育委員會主任委員美國國家科學教學研究學會（NARST）前理事長mhchiu@gapps.ntnu.edu.tw   本期專刊主要是報導IUPAC化學教育委員會在澳洲雪梨舉辦國際化學教育研討會(International Conference on Chemistry Education, ICCE)出席學者與教師的心得。這兩年一次的化學教育年會常會吸引世界各地對化學教學、課程、評量、實驗感興趣的研究人員或教師來共襄盛舉。由於長期投入化學教育的工作者總會在這雙年度大會分享自己的研究或教學成果，使得參與的人就如同一個大家庭一般，每次見面都有說不完的話、與分享不完的教學心得，有人拿了實驗設計向友人口沫橫飛的敘述自己的創作，有人在工作坊上與崇拜已久的同好相識心中無比激動，有人對研究與教學找到知己而建立新的研究團隊，舊雨新知的互動，讓人對這一社群有相當高的期待與認同感，也因為如此，我過去十多年間持續參加ICCE的理由。 常態性文章有邱美虹和曾茂仁以建模探究的方式進行化學電池單元的設計，並結合自然科學探究與實作的學習表現指標，使改良後的教學活動內容更能服膺新課綱的精神，該計裁並經實證研究證明有其正面的效益；廖旭茂的以雷射切割機完整開發一套電化學實驗模組；劉燕孝和廖家榮透過手機及App開發高中奈米硫粒實驗反應速率之測定的化學探究與實作課程，改善既有的實驗方式，充分利用行動裝置，除可以解決額外添購實驗器材的困擾，還可提升實驗數據測量的精準度，非常值得化學老師參考。黎渝秀利用季節性的材料製作天然柚香清潔劑，是結合生活與化學的一個實例，不僅可以提升學生好奇心，也可以寓教於樂，在即將展開多元選修課程之際，這一主題相信也會引起同學們的學習化學的興趣。劉曉倩長期投入帶領學生參加科展，此次是第三次獲選代表臺灣赴日參與日本SSH生徒科展發表會，在指導學生發、實驗設計、訓練學生發表等等，相當老到，其內容相當豐富可供有興趣向國際舞台邁進的老師參考。最後，希望你會喜歡閱讀這一期的內容!

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:國際化學教育會議之我見—談系統思考 邱美虹 國立臺灣師範大學科學教育研究所*mhchiu@ntnu.edu.tw n  前言 IUPAC 每兩年舉辦一次的國際化學教育研討會，2018年7月10-14日在雪梨舉辦。身為化學會的國家代表，我先於7/9出席IUPAC 化學教育委員會(Committee on Chemistry Education, CCE)會員會議討論與報告委員會各項事務，我因為執行一項11個科學組織合作的科學家性別差異的計畫案，遂於會中作進度報告。然後再於7/10 上午出席IUPAC國際計畫–化學教育中的系統思考(Systems Thinking in Chemistry Education, 簡稱STICE)的討論會議，下午再續開CCE會議的第二階段討論會議，並出席開幕式和第一場專題演講。會議期間除出席上述會議外，並出席大會各項專題演講、海報展示、分組報告等等活動。 圖1. 參與IUPAC 系統思考(Systems Thinking)計畫小組討論 此次共有來自30個國家268位與會者，其中人數最多的當然是澳洲計有97位，其次是美國39位、日本是13位、紐西蘭12位、加拿大和英國各10位，臺灣則是有7位出席(其中3位教授4位中學教師)。 大會主題報告共有四場，來自德國基爾大學(Kiel University, IPN)的IlkaParchmann是個非常傑出的化學教育學者，目前擔任該校學術與師培副校長的工作。她的報告圍繞在大學教育教學與人才培育上，與之前她在中學化學教育研究上的報告比較不同。但主軸仍是以化學中巨微觀概念的建立為主。其次，Peter Mahaffy and Stephen Matlin報告系統思考(Systems Thinking)。該計畫由IUPAC經費補助一群來自世界各國的教授共同探討如何在大學和中學化學教學中發展學生系統思考的能力。此議題雖非新概念，在其他領域早有人涉獵，但是在化學界卻是由Stephen Matlin 在Nature發表一篇重要文獻後才在IUPAC內引起注意。此次在大會中報告，主要是期待在化學教育界引起重視。而這兩位學者也在大會中安排數場相關議題的論壇，我有幸參與其中<系統思考與化學教育之學與教>一組而對與系統思考有關的多重表徵、複雜系統、非線性關係、交互作用等議題進行報告(Ho, et al., 2018)。本文後續會對此主題再加以說明。再者，專題演講還有加拿大的新秀有機化學教授Alison Flynn 針對大學有機課程的設計進行翻轉教學，雖然上課學生人數甚多，但在教學時Flynn盡量讓學生分成小組討論，並讓教師和學生產生更多的對話，使學習可以更加主動與引起興趣。最後，MarietjiePotgieter以南非在大學有限的資源下，如何利用網路將實驗能力建立起來做為演講的重點。每場演講都很精彩，也呈現嶄新的思考方式與教學策略，對推動化學教育工作很有啟發性。   n  系統思考的定義 系統思考在1987年時由Barry Richmond提出，他認為思考是一種動態的，透過動態思考(dynamic Thinking)可以追蹤自己對特定議題或挑戰產生一個隨時間而改變的表現路徑。而這種動態思考並非與生俱來的。Arnold 和 Wade (2015)在回顧許多學者對於系統思考的定義後曾指出，系統思考就是一種系統(system thinking can be viewed as a system)，換言之，系統思考就是思考關於系統的系統(system of […]

2018國際化學教育研討會： 微型實驗工作坊的交流與分享 廖旭茂 台中市立大甲高級中等學校教育部高中化學學科中心nacl880626@hotmail.com n  前言 啟程，是對路上的風景有所期待！回看過去-7月14日的臉書，我寫下了這些文字，或許這樣的文字才能真實傳遞當時的感受！ ICCE 2018 in Sydney 工作坊今天中午結束了，身體很疲憊，卻也亢奮…… 一個月前開始了「Experiencing the electrochemical lab kits designed for the secondary students in Taiwan」電化學實驗模組的準備工作，因為之前的活動訊息不是很透明，工作坊在哪進行也不清楚，於是必須在台灣模擬各種可能會發生的突發狀況，讓90分鐘的實驗工作可以順利進行；加上澳大利亞對於化學品以及廢棄物的管制相當嚴格，出發之前就被主辦單位要求填寫實驗風險影響評估，內心的忐忑不言可喻….      #7/10 下午開始在雪梨大學商學院報到註冊，雪梨大學內既古典又現代的建築群令人讚嘆，晚上是歡迎見面會，見到了幾位來自亞洲的熟面孔，日本、韓國、中國學者，以及風趣幽默的老教授–西澳的Bob Bucat！ #7/11所有利用實驗室開工作坊的學者們被要求一早到實驗室報到，參加實驗室的安全使用說明會，地點是位於化學院五樓的分析實驗室。因為能夠參觀一流大學的實驗室，而雀躍不已。化學院內管理員技術人員至少有四人，分配在不同樓層，辦公室像個藥局，有一個窗口，一個門，內部相當明亮寬敞，而且相當友善，跟大學時代飄逸著詭異、陰暗髒亂的狹隘空間大相徑庭！一進到實驗室門口就被要求穿實驗衣，及護目鏡，接著說明實驗室的空間配置，廢棄物的傾倒分類原則、逃生動線、滅火器的位置等。實驗室很乾淨明亮，幾乎沒有氣味，而且廢液並不是儲存在實驗室內，也會固定時間就有人原來清運，跟台灣一年一清完全不同！ 7/11早上、下午各有一場微型化學的工作坊，早上場是日本學藝大學Kamata教授的工作坊，Kamata son是日本微型化學的大咖，為人卻很低調含蓄，創新的手作實驗設計總是令人贊嘆不已，身為首席fans的我，早早去去佔位子，因爲大會會場在商學院，離化學院走路要10-15分鐘，加上資訊不明，活動延遲了十分鐘才開始！這次Kamata son 帶來了丹尼爾電池的新設計，讓人耳目一新，最棒的是這次帶著一位美麗活潑的美眉助手–大學部的畢業生，即將成為中學老師的她讓整個活動順暢不少，活動結束將實驗模組盒贈送給Kamata大師，也順便邀請他來參加7/13的工作坊！下午是另一位是在英國倫敦CLEAPSS擔任顧問的Bob Worley，Bob在全世界相當知名，應該是歐洲甚至全世界在微型化學最具影響力及知名的人物，來到雪梨之前通過幾次信，也相互Twitter 了，這次能目睹高人到廬山真面目，實在是開心，Bob的實驗設計很厲害，往往一滴溶液就能進行酸鹼、電解、沈澱等反應…..兩位大師的實驗相關細節，我會撰文在台灣化學教育期刊，供大家參考！ #7/12 沒有實作，大部分時間躲在旅館內準備，晚上在達令港晚宴，見證了澳洲只有葡萄酒是便宜的傳言，以及西方人晚宴的熱情…. #7/13………………………………… 很開心能夠與國立臺灣師範大學科學教育研究所的邱美虹教授、國立台北教育大學周金城教授及學科中心伙伴一起參加了今年七月中旬在澳洲雪梨大學舉辦的第二十五屆國際化學教育研討會（25th International Conference on Chemistry Education, ICCE 2018），大會中除了筆者的電化學實驗模組體驗外，另外還有兩場來自日本的Kamata教授及英國學者Bob的實作工作坊。趁記憶猶新之時，將親手做實驗Workshop的內容記錄下來，跟大家分享。   n  工作坊之前….. 一、填寫化學系的危害物的鑑定、風險評估與控制表格文件(HAZARD IDENTIFICTION, RISK ASSESSMENT & CONTROL, […]

科學建模本位的探究教學之教材設計—以化學電池為例 邱美虹1,*、曾茂仁1,2 1國立臺灣師範大學科學教育研究所2臺北市立大直高級中學*mhchiu@gapps.ntnu.edu.tw n  前言 科學家對於模型的觀點，以及教師或學生對科學模型與建模的研究日漸受到重視，已不言而喻。十二年國民基本教育自然領域課程綱要已於107年9月16日通過，再度強調強化跨科統整的重要性，並以探究課程內容培養學生探究的能力，而且課程綱要亦提到以培養學生建模能力為主，這是首次在臺灣的課程綱要中出現的核心科學素養，本文主要的目的是介紹以建模為設計導向結合探究能力的培養，研發八年級科學核心概念之一—化學電池—的教材設計。 n  建模教材的架構 根據邱美虹（2015, 2016）提出建模過程中所需要的能力分成四階段八步驟，分別為：第一階段為模型發展階段，含模型選擇和模型建立；第二階段為模型精緻化階段，含模型效化和模型分析；第三階段為模型遷移階段，含模型應用（近遷移）和模型調度（遠遷移）；第四階段為模型重建階段，含模型修正（弱重建）和模型轉換（強重建）。這四個階段在使用時並非是序列性的，所建立的模型無法有效地呈現數據的關係時，模型即失效，無法進行問題解決，這時必須要重新選擇與建立模型，再經歷效化確認後才能用於資料處理或問題解決情境中。所以建模歷程可能不同階段會出現小迴路（loop），以利建構有效與精緻化的科學模型。此建模過程如圖一所示。 圖一：建模歷程的相互關係（邱美虹，2016） 模型的建構強調科學模型，是由多個組成成分存在特定的複雜關係，再由多個複雜關係建構成一個系統或理論(見圖二)。模型的建立首先需選擇適當的組成成分或元件、確定成分或元件之間的關係、對所建立的模型進行評估、檢測，以確保其可行性，然後就所建立的科學模型進行資料的分析與應用，最後再視需要或問題情境，進行必要的修正與轉化。 圖二：模型中成份、關係和系統(或理論)間的關係（邱美虹，2016） 選擇化學電池進行教案的設計，主要是因為化學電池概念具有以下的屬性。 (一)化學電池具有多個元件，例如：電極（A）、鹽橋（B）、電解液（C）、電解質（D）、導線（E）等。 (二)化學電池多個元件之間存在特定的關係，例如：活性大小不同的金屬可以作為電極（AA’）、電解液能與電極反應（CA）、鹽橋含有電解質（BD）以維持溶液的電中性、導線連結電極（EA）等。 (三)化學電池中數個關係可以形成一個系統，例如：電解液與鹽橋內的電解質的關係（CBD）、電極與電解液的關係（AC）、導線與電極連結（AE）等而組成一個化學電池（ABCDE等）。 n  科學建模與探究過程的關係—建模本位之探究 為何探究過程還要有建立模型的過程呢？本文作者認為，十二年國民基本教育在探究過程中強調觀察與定題、規劃執行、分析與發現、以及討論與溝通，然而建模歷程可以更明確地指出在探究的過程中科學模型的建立是科學探究中思考智能重要的環節，也是學習科學知識的目標。從科學本質的角度觀之，科學建模的歷程是透過評估、測試、應用和修正的過程，探究能力的思考智能逐漸改變而趨向於科學模型。2019年即將實施的十二年國民基本教育自然領域課程綱要將與世界科學課程接軌，強調在探究的過程能有系統地發展出科學模型，回歸科學本質，強調建模和探究關聯的重要性，兩者之間可相輔相成，使教學與學習活動的目標更加明確且具操作性。 本文將介紹如何將建模架構(邱美虹，2016)和12年國教之探究能力相互結合，成為「以建模為本的探究（Modeling-based Inquiry, MBI）」教學模式(如圖三所示)，並據此進行教學活動之設計。圖三顯示MBI的設計架構，是從驅動問題出發，學生運用自己的素樸模型進行個人模型的發展，透過觀察與想像擬定探究的主題；第二階段進行素樸概念所建立的模型的精緻化，透過推理論證與批判的歷程，計畫與執行計畫以確立模型的有效性及資料分析的功能；第三階段–模型遷移時，利用以建立且效化過的模型，經由推理、批判、分析等過程進行進遷移和遠遷移的學習(如問題解決或概念理解)；最後到達第四階段–模型重建，經歷想像創造、推理論證、批判思辨的科學表現，在這些階段皆須透過文字或語言和符號，以討論和傳達的方式進行溝通，必要時進行原來模型的修正與轉換，以形成更接近於數據與推理的結果類科學模型或是科學模型。 圖三：建模歷程與探究能力關係的建模本位探究教學模式 n  教案設計實例—化學電池 曾茂仁（2016）運用邱美虹（2015, 2016）的建模歷程到中學化學電池的教材設計。除納入建模歷程外，也融入十二年國民基本教育自然領域課程綱要中所規範的探究能力，以期未來在教學現場實施時，讓教師們可以理解建模與探究兩者之間的關係以及如何透過強化探究的過程建立對科學模型的認識與應用。 以下教案設計的內容依據建模歷程四階段，納入探究能力，逐項說明如下： 建模歷程一：模型發展階段 探究能力：觀察與定題、建立模型 模型發展階段主要包含模型選擇和模型建立，此階段主要教學目標為讓學生知道電池時所需要物件的名稱和物件的功能，能夠從教科書或教師準備的學習教材中提取出相關概念。在此階段，常用的提問為： l  一個化學電池的裝置，需要哪些的材料，才能進行運作呢？ l  一個化學電池的裝置，所選取的材料，每一個所扮演角色目的為何？ 通常學生能夠輕易的從文章中選取出構成電池元件與各元件所扮演的角色，此時的學習活動符合自然領域課程綱要中學習表現的探究能力─觀察與定題：依據過去所學的知識，與生活中所觀察到的資料，確認電池運作的原理（氧化還原）、理論或物件（電極、鹽橋）。 待確認學生具備元件的概念後，學生從教科書或是教材中提取出構成電池的元件與概念後，教師再繼續提出以下問題： l  電池的元件與元件間有什麼樣的關係呢？ l  有什麼原理可以來敘述元件之間的關係呢？ 上述的問題主要聚焦在元件與元件之間的關係，元件之間的關係通常涉及微觀的概念（粒子的移動方向）、理論（氧化還原）或是符號的表現（化學反應式）。在進入化學電池複雜的反應機制前，教師必須先確認學生已具備元件之間的關係。要完成化學電池的模型，除了元件本身和元件之間的關係外，還要考慮多重關係下建立的系統。以下說明何謂系統：由於鋅電極的活性大於銅電極，因此鋅電極丟出電子（氧化還原），電子透過導線流到銅電極（電子的移動方向），使得電解液中的銅離子獲得電子後還原成銅原子吸附在銅電極上。為了使電解液保持電中性，鹽橋中的陽離子則會朝銅電極端的電解液移動。透過上述的連接，化學電池的模型逐漸形成，符合課程綱要中學習表現的思考智能─模型建立之指標。 建模歷程二：模型精緻化階段 探究能力：想像創造、推理論證、計劃與執行、分析與發現 模型精緻化階段主要包含模型效化和模型分析，此階段的活動重點是透過探究的方式檢驗第一階段建立的模型是否正確性？是否能夠用以解釋問題的成因？因此，在第二階段，教師帶領學生在實驗室，教師說明學習目標並採用問題引導的方式讓學生進行實驗，此活動設計主要是讓學生學習改變不同的變因對實驗的影響（模型效化），活動內容如下： l  請根據實驗變因的種類，填寫化學電池的實驗變因於表一。 表一：化學電池的實驗變因  實驗 變因 影響化學電池電壓的因素 變因選項 改變電極材質 改變電解液濃度 […]