綠色化學創意競賽： 花蓮高工學生研究二氧化錳的回收再利用 陳弘欽、詹秉澄、陳昭華、黃玄智* 國立花蓮高級工業職業學校化工科 *hale@msg.hlis.hlc.edu.tw n  教師指導心得 學生在11月底興奮地傳了簡訊告訴我（通訊作者）：「老師，我們綠色化學（減毒減量）專題製作獲獎了，謝謝老師！」，雖然僅是短短的得一句話，卻難以掩蓋學生獲獎的喜悅，以及被肯定的鼓勵，相信這對這群參與製作的學生絕對是正向的加分。擔任化學化工科的教師以來，一直以將學生所學的專業知識能應用在實驗上，並培養學生發現問題和解決問題的科學能力，作為教學最重要的理念，只要學生願意，一定盡全力協助到底。 花蓮高工化工科的學生是一群學業知識刺激較少、但非常純樸的孩子，除了入學的PR值明顯不如西部的學生之外，接受外來資訊的刺激亦是不夠，導致研究的主動性及積極度低落，需要老師更多的關注和協助。這一次有機會參加第一屆綠色化學（減毒減量）的專題競賽就是一種肯定，能獲獎更是加倍的鼓勵。但一路走來：搜尋資料、實驗研究、數據整理、結果呈現、與全國好手同台切磋，最後上台一起領獎，整個過程清楚地看見學生快速的成長與進步，積極參與實驗及研究（見圖一），這對學生來說絕對是一次成功的經驗，對指導老師而言亦是一次難得進化成長的機會。    圖一：參與學生認真研究討論實驗情況（相片人物：陳弘欽、詹秉澄） n  設計理念與研究 一、  得獎作品 l   作品名稱：真的不要把我丟掉！雙氧水分解實驗中催化劑二氧化錳的回收再處理。 l   參賽學生：陳弘欽、詹秉澄、陳昭華；指導教師：黃玄智。 l   得獎名次：高工組綠色化學（減毒減量）創意競賽銅牌獎。 二、  設計理念 利用二氧化錳催化雙氧水產生氧氣的實驗，是在學習化學知識中第一個接觸催化反應，利用二氧化錳在反應中擔任催化劑加速雙氧水分解為氧氣和水，但經實驗的結果及其他的參考文獻資料顯示，使用過的二氧化錳再次催化雙氧水產生氧氣的效能會變得非常差，因此使用過的二氧化錳往往不被再次使用，而直接依實驗室廢棄物管理規則以重金屬丟棄規定棄置。 而二氧化錳被歸類為「催化劑」，催化劑定義為在某反應步驟中參與反應，形成中間產物後，在接下來的步驟中又變回原物質。所以完成催化反應後催化劑的質量及組成理論上是不會改變的。就是這點讓我們感到好奇，既然它是催化劑那為什麼重複使用後催化效果會差距那麼大？所以我們對此來設計此次的實驗。 三、  實驗原理 過氧化氫可自發地分解而生成水和氧氣，反應式如式[1]所示。 雖然二氧化錳可以當此反應的催化劑，加快生成氧氣的速率，但是經過我們實驗後發現二氧化錳在催化過後再次進行催化的反應效能就會大幅下降，所以我們針對要如何回覆二氧化錳催化雙氧水效能這一點來設計實驗。其中有加入酸、鹼、還原劑、氧化劑到反應裡，有在二氧化錳催化雙氧水完後，用各種不同藥品清洗二氧化錳等。最後發現酸會抑制反應、鹼可以增快反應，而用酸來洗過二氧化錳後也可以有效的使二氧化錳回覆效能。 四、  研究過程 實驗一：探討二氧化錳未處理就回收使用的次數與雙氧水生成氧氣速率的關係 1.        實驗器材：錐形瓶（100 mL）、量筒（2000 mL）、攪拌器、磁石、鐵架、固定夾、塑膠管、塑膠盤， 2.        架設實驗裝置如圖二所示。 圖二：二氧化錳催化雙氧水實驗裝置 3.        秤取0.3克的二氧化錳和3克的雙氧水（35％）。 4.        置入二氧化錳到有側管錐形瓶中，放入磁石，加入10 mL的去離子水，開啟攪拌機，加入3克的雙氧水後迅速蓋上橡皮塞。 5.        計錄時間和氧氣生成的體積。 6.        待反應完成後，把瓶內的液體倒入蒸發皿內，潤洗乾淨。 7.        加熱蒸發皿內液體，剩少許後放入105度℃的烘箱內，烘半小時，回收二氧化錳。 8.        重複實驗4次，取4次實驗的平均值。 9.        取第一次實驗回收的二氧化錳，重複4次步驟3.~7.。 10.    […]

端午吃粳粽說化學 傅麗玉 國立清華大學師資培育中心lyfu@mx.nthu.edu.tw 端午節剛剛過，想必許多人都吃了粽子。炎熱的天氣，難免想起小時候的端午節最愛吃的粳粽。我看過母親把一大盆的糯米用水浸泡，然後放入一種粉狀的東西，只要一點點就夠了，與糯米攪拌在一起，包到竹葉中。母親說米不能放滿，否則煮熟時，糯米會膨脹而漏出來。然後放入水中煮熟，冷卻後放在冰箱冰涼，就變成小巧晶透又冰冰涼涼的粳粽（見圖1）。吃粳粽的時候，可以沾上一層厚厚的砂糖，也可以拼命地沾糖漿大吃，甚至有時奢侈地淋上一大匙蜂蜜，那是難忘的人生幸福（見圖2）。我記得母親說那種粉叫做「粳粉」。兒時的我好奇地問過母親為什麼糯米會變成透明的粳粽，母親說是因為加入「粳粉」。其實「粳粉」的成分的確是讓糯米變成透明的關鍵。台語說的「粳粉」就是鹼粉，台語發音的「粳粽」就是「鹼粽」。但是，為什麼加入粳粉，糯米就會變成晶透的鹼粽？粳粉是什麼成分？ 圖1：小巧的粳粽（傅麗玉攝，2015） 圖2：搭配蜂蜜享用晶透冰涼的粳粽（傅麗玉攝2015） n  當今普遍的粳粽做法 根據老一輩的說法還有筆者在市場的詢問，目前為了省時省工，已經很少採用古法製作鹼粽。當今粳粽的做法是先將糯米浸泡一或半小時，加上鹼粉攪拌均勻後，放著約十二小時才可開始用粽葉包裹，米量約七分滿，然後用竹葉將米包裹成粽子，用棉繩綁緊。但是要注意竹葉中不可以放滿米，以免因為米煮熟後體積膨脹而擠出來。煮沸一大鍋水，滴入少許沙拉油，放入鹼粽，水要蓋過粽子，以小火煮三至四小時，熄火再燜1小時。撈起粽子，讓粽子變涼，放到冰箱冷藏至 冰涼就可以吃了。 n  粳粉成份與粳粽相關的化學反應 葡萄糖分子互相「手拉手」（α-鍵）構成澱粉分子。但因為葡萄糖分子結合的構造不同，澱粉可分為直鏈澱粉和支鏈澱粉。糯米的澱粉有較多的支鏈澱粉分子結構（見圖3）。支鏈澱粉子與支鏈澱粉子的OH基彼此之間會形成許多分子內氫鍵，因而互相吸引。因此，相較一般的米飯，糯米飯的口感比較黏。 圖3：糯米澱粉的支鏈分子結構 粳粽的製作應用的是糯米的「澱粉糊化」反應。「澱粉糊化」又稱為「澱粉α化」，是指澱粉在水中加熱，澱粉顆粒吸水膨脹。未經加熱的生澱粉顆粒由規則排列的結晶區及具有親水性質但排列不規則的結晶區所組成。生澱粉經過加水加熱後，規則排列的結晶區的構造被破壞，澱粉顆粒吸水，澱粉顆粒體積變大，同時黏度增加而造成膨潤現象（swelling）。如果繼續加熱到60℃與80℃之間，支鏈澱粉的雙股螺旋結構會被解開，澱粉顆粒被破壞而形成半透明的膠體溶液，然後水分子再與葡萄糖分子以氫鍵結合，造成澱粉分子的體積膨脹甚至破裂，這個過程稱為「澱粉糊化」。「澱粉α化」讓大分子轉換為小分子，更容易食用。   另一種澱粉糊化的方法為「鹼糊化」或「化學性糊化」。直接加入鹼液如粳粉，在不加熱條件下，能加速澱粉產生糊化作用。澱粉加入鹼液可使澱粉分子分散（dispersion）和糊化，縮短澱粉的糊化分離時間。適量的鹼可以使粉狀在受熱分解時，吸收水份，產生黏彈性。加入鹼粉，可讓澱粉分子結構破壞，發生糊化反應。糊化後的澱粉，由於多糖分子吸水膨脹以及氫鍵斷裂，更容易被澱粉酶水解，進入人體後容易消化。粳粽的原料是糯米，主要的成分是澱粉。鹼性添加物能使糯米中的澱粉與蛋白質糊化凝結。因為米粒遇鹼後進行糊化，澱粉會快速膨潤，比上述用水浸漬所造成的膨脹程度更大，而且會變成一整塊QQ的物體，最後就不太看得到米粒的形狀（見圖4和圖5）。做鹼粽用的粳粉成分為碳酸鈉、碳酸鉀或氫氧化鈉，都是強鹼性的化學物質，具有腐蝕性，若直接食用，會嚴重地傷害人體。   圖4：鹼性的粳粉使糯米的澱粉快速膨潤，糊化凝結，米粒形狀被破壞而黏成一團，變成有黏彈口感的粳粽（傅麗玉攝，2015）   圖5：鹼性的粳粉使包紅豆餡的鹼粽糯米米粒和紅豆顆粒形狀被破壞而黏成一團（傅麗玉攝，2015） n  懷念粳粽最古老的做法 古早年代，人們用草木灰製作鹼水，以稻草梗燒成灰，溶於水中，等待沈澱，便可以得到天然的鹼水。在化學科技尚未普及的年代，台灣人做粳粽的過程非常繁瑣。首先要做的準備工作就是製作鹼水。先將硬木或稻草燃燒成木灰，在一個底部已經打洞的水桶的底部鋪上一層曬乾的乾淨稻草，倒入約半桶的木灰。將此裝有木灰的水桶放入另一個大的乾淨水桶中。倒入一些乾淨的雨水或泉水，確保水質是無污染的軟水。外面的水桶可以收集從內桶過濾出來的鹼水。將收集到的鹼水再倒回內桶，每天至少反覆收集三遍，連續至少三天，最後所得到的水就是天然的鹼水，含有一些碳酸鈉和碳酸鉀的成分，可用來製作鹼粽。適量的鹼會使支鏈澱粉受熱分解時，吸收水份，讓澱粉有更好的黏彈性，口感有嚼勁。鹼水也有防腐以及中和酸性的功用。只是使用天然的鹼水所做成的鹼粽，糯米的糊化程度較小，其內部還可以看到米粒和紅豆的形狀（見圖6）。當今天然的鹼水所做成的鹼粽非常稀少，筆者四處尋訪採用天然鹼水做鹼粽的店家，最終也只找到一家。 圖6：使用天然的鹼水所做成的紅豆鹼粽內部還可以看到米粒和紅豆的形狀（傅麗玉攝，2015） 使用粳（鹼）粽油、粳（鹼）粉務必千萬小心，粳油、粳粉都屬於強鹼性，添加少許到糯米中，雖然對人體無立即的傷害，但若直接誤食粳油、粳粉，其強鹼會造成食道嚴重傷害。往年曾有民眾誤食「粳（鹼）粽油」造成食道嚴重傷害的不幸事件。如果可以多花一些時間，採用古老的方法製作鹼粽，應該是比較安全的。 n  參考資料 1.        吳嘉麗（2004）。化學、食品與社會。台北：中國化學會出版。 2.        左卷健男（2005）。圖解化學超有趣。台北：世茂出版社。 3.        鹼粽，維基百科，http://zh.wikipedia.org/zh-tw/鹼粽 [2015/2/17] 4.        Homemade Lye from Wood Ash, http://www.aselfsufficientlife.com/homemade-lye-from-wood-ash.html [2015/2/19]  

創意化學實驗—親生活環保電池 黃琴扉*、梁騏霖、劉嘉茹 國立高雄師範大學科學教育暨環境教育研究所 *chinf1027@yahoo.com.tw n  前言 環境教育是目前全世界亟欲推行的教育理念，而其中，節能省碳、節能省電的概念更是日常生活中環境教育的重點。能源與供電是近代人類發展與生活進步的重要驅動力，在日常生活中，人們可以利用能源來使冰箱運轉而保存食物，可以使電燈發光而提供夜間照明，也可以利用石油等能源，提供工廠的運作與汽車的驅動；由此可見，能源與供電對現在人類的生活有不可取代的地位。以日常生活中常見的1.5伏特乾電池（碳鋅電池）而言，其可應用於日常生活中的手電筒照明、時鐘及鬧鐘的轉動、小型電動工具的驅動等，然而乾電池屬於一次性電池，用完即需要回收，使用後會造成許多廢棄物的堆積與環境污染，而乾電池中的電解液若使用不當或放置過久，也會滲出鋅殼外層，導致化學物質外漏的危害，另外，鹼性電池使用氫氧化鉀當電解液，雖然可延長使用時間，但使用後仍需要回收，同樣造成廢棄物堆積與環保問題，而鹼性電解液若不小心外漏，更對人體皮膚造成腐蝕等危害。 目前市面上也有販售許多可充電電池，其電壓也維持在1.5伏特左右，使用的便利性與一般乾電池相似，更提供了可充電的優勢，因此降低了廢棄物的產生，也可以再次循環使用，但是其充電來源是採用家用供電系統進行充電，因此仍是耗費了家用供電能源。再者，充電電池的充電時間往往高達6-8小時，因此對於急需用電的民眾來說是非常不方便的，因此仍有可改善的空間。總結上述，目前的乾電池或充電電池，都需要採用化學物質當導電液，乾電池屬於一次性電池，用完即丟，造成廢棄物堆積，也不能重複使用，而充電電池雖然可以充電後再重複使用，但是其充電來源是家用供電能源，因此並沒有達到實際節省能源的功用。 為了提供一個更環保、更省能的電源，許多研究人員，甚至學生的科學覽展都投入了水果電池的研發。然而，綜觀水果電池的各類研究，大多數均嘗試在改良不同金屬片搭配後電壓大小，或利用不同的果汁、搭配不同濃度，進行相關研究報告。換句話說，傳統的水果電池製作方法，都是以不銅金屬片，插在不同的水果上面，進行電壓或電流的測試，其在操作時果汁的汁液會四處流動，而操作完畢後，那顆水果也無法再利用了；於是，每次要製作水果電池時，就必須再切一顆水果，然後弄得到處都是汁液，非常不方便，導致傳統水果電池的推廣性降低，實用性也降低。為了解決上述一系列的問題，本文作者自行開發了全新的「親生活環保電池」，其設計與組裝詳細說明如下。 n  原理和概念 電化學反應的原理如式[1]~[3]所示。 陰極半反應（銅線，正極）：2H+(aq) + 2e–→ H2(g)     E°（標準還原電位） = 0.00 V    [1] 陽極半反應（鋁線，負極）：Al(s) → Al3+(aq) + 3e–    E°（標準氧化電位） = +1.66 V    [2] 電池總反應：2Al(s) + 6H+(aq) → 2Al3+(aq) + 3H2(g)    △E°（電位差） = +1.66 V    [3] n  裝置之設計與製作 一、   材料和藥品 鋁線（4公尺） 1條、廢棄電線（15公分） 2條、鱷魚夾 4個、廢棄粗銅線（2公尺）1條、菜瓜布（不限顏色） 1塊、廢棄中藥罐（含藥罐蓋子，100 mL） […]

探究「紅綠燈」示範實驗的多彩顏色 廖旭茂1, 2, *、陳嬿竹1、羅珮綺1、林芳瑜1 1國立大甲高級中學 2教育部高中化學學科中心 *nacl880626@hotmail.com n  影片觀賞 多彩紅綠燈的實驗是國立大甲高中學生專題研究課程的主題之一，本影片是由作者學生在國立大甲高中化學實驗室拍攝，提供不同pH值下，靛胭脂（indigo carmine）指示劑的變色。 （影片網址：啟動多彩紅綠燈，https://youtu.be/K84YbFeGCYA, YouTube.） n  簡介 在示範實驗中，突發的火焰、爆鳴聲以及多彩的顏色變化最受到學生的喜愛；能夠在不同的酸鹼性或氧化還原反應中變色的指示劑，常在課堂中被老師們拿來吸引學生的目光，如藍瓶實驗、紅綠燈實驗、彩虹連線及乾冰魔法變色實驗。紅綠燈實驗所用的指示劑為靛胭脂，是一種酸鹼指示劑，也是一種氧化還原指示劑，在氫氧化鈉存在的鹼性環境中，加入葡糖糖等還原醣後，會因電子得失多寡，產生兩階段變色：先變紅色，再轉為黃色。不同酸鹼、氧化還原環境交織成多彩顏色的變化。 跟BR振盪反應（Briggs-Rauscher oscillating reaction）一樣，紅綠燈實驗最能引起學生好奇心，但也是不容易將變色原理解釋清楚的演示實驗，透過本校專題研究課程，引導學生探索紅綠燈實驗的變色反應之成因，在數位感測器的即時監測協助下，經過一番努力，學生終於解開紅綠燈變色反應的機制，所謂「教學相長」，在指導學生探索時，老師也在受益匪淺、成長許多。本文除介紹實驗溶液的配製，供高中教師進行演示實驗的參考，並提供分光光度計時間掃描監測法，探索紅綠燈變色的成因，撥絲抽繭，讓原本複雜的化學原理能夠獲得合理的解釋。 n  藥品與器材 1%靛胭脂 3 mL、葡萄糖 9.0克、氫氧化鈉 9.3克、250 mL 血清瓶 3個、500 mL 錐形瓶 3個、矽膠塞 3個、電子天平 1台、玻棒 1支、塑膠滴管 3 支、分光光度計 1部、比色槽 1個。 n  實驗步驟 一、課堂上的化學演示 (一)三種不同pH值溶液的配製 1.        溶液A：0.30公克的氫氧化鈉、3.0公克的葡萄糖，溶於蒸餾水中，加入1毫升1%的靛胭脂溶液，配製成150毫升的溶液。[NaOH] = 0.050 M，[葡萄糖] = 0.11 M。 2.        溶液B：1.5公克的氫氧化鈉、3.0公克的葡萄糖，溶於蒸餾水中，加入1毫升1%的靛胭脂溶液，配製成150毫升的溶液。[NaOH] = 0.25 […]

創意微型實驗—簡易環保電解裝置 方金祥 創意微型科學工作室 chfang1273@yahoo.com.tw 本文作者曾先後設計了三代的「簡易環保電解裝置」，這三代的電解裝置之比較如表一所列和相片一所示。第一代「簡易環保電解裝置」曾參加中華民國第四屆發明和創新展覽會榮獲發明類教師組第二名，並取得中華民國經濟部中央標準局新型專利，如附錄所示。第二代的「簡易環保電解裝置」曾以「學校化學科減量減廢實驗之設計」為企畫案主題之一，參加由台灣通運傳動機械股份有限公司所舉辦的一九九七年歐普環保獎（The 1997 Opel Environmental Award）企畫案競賽，本文作者以「學校化學科減量減廢實驗之設計」榮獲第一名，如附錄所示。本文將介紹第三代的「簡易環保電解裝置」之設計與製作過程。 表一：三代簡易環保電解裝置之比較 簡易環保 電解裝置 電解槽材料 電解管材料 電解管刻度 刻度正確性 第一代 回收兩個果凍塑膠杯 壓克力管 自訂刻度 體積讀數 接近正確 第二代 回收兩個果凍塑膠杯 塑膠注射筒（10 mL） 原有刻度 體積讀數 正確 第三代 回收兩個布丁塑膠杯 丟棄式滴管（10 mL） 原有刻度 體積讀數 最為正確    相片一：三代簡易環保電解裝置，第一代（左）、第二代（中）、第三代（右） n  原理和概念 在以鹼性的氫氧化鈉溶液為電解質，經通入直流電後，進行水的電解，其電解反應如式[1]~[3]所示。電解總反應之電位差為負值（–1.229 V），因此欲電解水時必需外加至少1.229 V，才能順利進行水在鹼性溶液中之電解。 陰極（負極）：4H2O(l) + 4e– → 2H2(g) + 4OH–(aq)    E°red = – 0.828 […]

創意微型實驗—微型發光噴泉裝置 方金祥 創意微型科學工作室 chfang1273@yahoo.com.tw n  目的 在微型發光噴泉裝置的二支並聯式塑膠注射筒中，分別抽取兩組不同的藥品溶液後，經同步推擠注射筒之活塞後，兩種藥品溶液會經由注射針頭前端噴出，當兩組藥品溶液相遇後，會即刻起化學反應並發出螢光，而以噴泉方式產生，此裝置可在一般教室中之講台或學生座位前演示化學能轉變為光能（發光噴泉，簡稱光泉）。 n  原理 魯米諾（Luminol）之中文名稱為3-氨基鄰苯二甲醯肼（又稱光敏靈），英文名稱為5-Amino-2,3-dihydro-1,4-phthalazinedione，其分子結構式如圖一所示。化工原料行販售的魯米諾藥品是呈白色粉末狀，如相片一所示。將魯米諾溶解在氫氧化鈉的鹼性水溶液後鹼性的氫氧化鈉溶液作為激發劑，將魯米諾激發產生一個帶有兩個負電荷的雙陰離子（dianion），此魯米諾的氫氧化鈉溶液為第一組藥品。另在過氧化氫（雙氧水）中加入赤血鹽（鐵氰化鉀K3Fe(CN)6），以赤血鹽中正三價之鐵離子（Fe3+）作為催化劑，催化過氧化氫（雙氧水）分解放出氧氣，並以分解所放出之氧氣作為氧化劑，赤血鹽之過氧化氫（雙氧水）溶液為第二組藥品。而此氧氣可將雙陰離子加以氧化成一極為不穩定的過氧化物，此一過氧化物會急促地分解而放出氮氣來，進而將原雙陰離子轉變成激發態（excited state）的3-氨基鄰苯二甲酸。當由激發態轉換至基態＊（ground state）時便會將其化學能釋放出來，而釋放出來的化學能會轉變成光能而以光子的形式存在，此光子的波長約位於可見光譜中的藍色光（~450 nm）部分。因此當將第一組藥品溶液（魯米諾的氫氧化鈉溶液）與第二組藥品溶液（含赤血鹽之雙氧水）溶液混合再一起時，混合溶液中之氧氣即可將魯米諾氧化而瞬間發出淡藍色光來。 圖一：魯米諾（Luminol、光敏靈）之分子結構式   相片一：白色粉末之魯米諾 （Luminol） n  材料與藥品 一、   材料 塑膠注射筒（35 mL） 2支、三孔橡皮塞 1粒、注射針頭（針頭需磨平） 2支、透明塑膠軟管（或橡皮管） 20 cm、有蓋透明塑膠瓶 1個、半透明塑膠瓶 1個、單孔塑膠塞 1個、小塑膠塞 1粒 二、   藥品 魯米諾（Luminol，光敏靈） 0.1g、過氧化氫(3% 雙氧水H2O2） 5 mL、赤血鹽（鐵氰化鉀K3Fe(CN)6） 0.3 g、氫氧化鈉 4 g、氰光棒（市售14吋犀利光） 1支 n  設計與製作過程 1.        用熱熔膠將2支35 mL的塑膠注射筒黏成一組並聯式注射筒，如相片二所示。 相片二：並聯式注射筒 2.        將2支注射針頭之尖端剪掉或磨平，再分別插入3孔橡皮塞之2個孔中。另在3孔橡皮塞之第3位置孔插入一支硬質塑膠管（勿穿出橡皮塞），如相片三所示。 相片三：插入2支注射針頭與一段硬質透明塑膠之3孔橡皮塞 3.        將2支並聯式塑膠注射筒之注射針接頭分別插入在3孔橡皮塞中之注射針孔中，另以一條長約20 […]

104年國中教育會考 自然科（理化）試題分析 祁明輝 臺北市立龍山國民中學（退休） jerrychi66@gmail.com 104年國中教育會考（以下簡稱教育會考） 已於5月16~17日（六～日）舉行完畢，由國立臺灣師範大學心理與教育測驗研究發展中心（以下簡稱心測中心）負責命題、組卷、閱卷與計分，心測中心於6月2日起逐步公布各項結果，並提供考生教育會考成績查詢。 n  會考功能與評量結果 國中教育會考採標準參照方式呈現學生各科結果，依據課程綱要及學科內涵，邀請學科教授、中學教師及測驗專家，依據事先制定的各能力表現標準，對各科學生能力等級做「精熟」與「基礎」等級的門檻切點設定，將各科評量結果分為「精熟」、「基礎」及「待加強」3個等級。心測中心公布104年教育會考自然科各等級答對題數及人數百分比統計結果[1]，如表一所示，與103年結果如表二比較，待加強人數百分比略減。 表一：104年教育會考自然科各等級答對題數及人數百分比統計 等級 精熟 基礎 待加強 答對題數 47~54 19~46 0~18 人數百分比 13.89% 63.30% 22.81% 表二：103年教育會考自然科各等級答對題數及人數百分比統計 等級 精熟 基礎 待加強 答對題數 46~54 19~45 0~18 人數百分比 14.37% 60.38% 25.25% n   自然科（理化）試題評析 104年教育會考自然科題本[2]總題數為54題，其中測驗內容歸屬於理化部分共28題，所占比例為51.85%，題型均為單一選擇題（單題、題組）。分析理化試題28題中，22題含有圖表，與實驗相關的題目有11題，與計算相關的題目有9題，結合生活情境則有8題。〔補充說明：以上是根據各單題分析，因此題數會重複〕 基本上，就此次教育會考理化科試題而言，大都能掌握課程內容的基本、重要的知識與概念，也少有需要繁雜計算的題目。茲舉部分理化試題為例，並稍加說明。 〔例1〕 〔例2〕 〔例3〕 〔例4〕 〔例5〕 〔例6〕 n   結語 報載清華大學榮譽講座李家同教授評論教育會考的基本題太少，心測中心也予以回應[3]，由表一顯示，此次教育會考中，約有22%的國中畢業生，無法達到「基礎」等級，也就是答對題數未超過自然科總題數的三分之一（即18題）。個人認為還是要回到教育會考的主要功能—學生學力檢定，如何在不影響測驗結果的有效性與準確性的條件下，教育會考試題的內容與難度也是可以有所調整的。 n   參考資料 1.        104年國中教育會考各科計分與閱卷結果說明，http://cap.ntnu.edu.tw/exam/104/PressRelease_1040605.pdf。 2.        104年國中教育會考自然科題本，http://140.122.228.14/104cap/104P_Nature150DPI.pdf。 […]

奈米風華—奈米教育之推廣以奈米營隊為例 柯翠菱1、楊欣旻1、郭芊汝1, *、丁信中2, *、陳東煌3, * 1高雄市立三民國民中學 2嘉南藥理大學兒童產業服務學位學程 3國立成功大學化學工程學系 1, *chainrule@cc.smjh.kh.edu.tw 2, *hcting607@gmail.com 3, *chendh@mail.ncku.edu.tw n  前言 奈米科技的潮流已經衝擊全球的科學教育界，而奈米科技的掌握和發展也代表了國力的進步（潘文福，2004；吳文龍、徐愛均、黃萬居，2012），故世界各國無不盡力地融入奈米科技相關的知識到教學和日常生活中，增加大眾對此科技的熟悉，以利公眾事務的推行，如英國早期的科普活動（public understanding of science，公眾理解科學）。自從震驚全台的SARS風暴喚醒我國對奈米教育的注意力，促使教育部開始辦理奈米基礎教育推廣活動，我國國家科學委員會自2003年便開始推動一系列奈米相關計畫，而本校三民國中擔任奈米種子學校已逾10個年頭，在推動奈米科技教育上不遺餘力，這十年來我們的奈米團隊辦過100場以上的推廣活動，包括奈米營隊下鄉，科工館的奈米魔法營，其中奈米K-12融入教學的計畫中，國中階段的教材即是由本校師生共同討論編纂而來。推廣對象從小學生、中學生、小學老師、國中教師、家長到一般民眾，深入淺出的講解配合動手做，把深奧的奈米科技推廣到各個角落，深受學生、家長、老師好評。 20世紀以來，自從Deway提倡「Learning by doing」的概念，在科學探究和教學的領域裡我們便相當重視實作的部分，尤其是近年來非制式科學教育逐漸受到重視，NSTA（1999）認為非制式教育包括由營隊、博物館、戶外教學等機構所規劃或發展的一些課程或是實作體驗，而且非制式教育因為能夠與制式教育有互補的作用（Laherto, 2012），故在促進學生對科學的學習興趣和科學素養上也有一定的貢獻（Stocklmayer, 2010；鄭瑞洲、洪振方、黃台珠，2013），故近幾年本校三民國中將奈米活動聚焦於融入教學，成為自然領域教學特色。除了原有的奈米營隊之外，增加了師生合作共同編撰，專為國中生設計的奈米教材，融入奈米教材在校內自然科與社團教學、參加奈米科技教學模組競賽，並於國三會考後舉辦奈米週等活動。 去年本校奈米團隊特地為學生規劃一場奈米科學魔法營，活動內容包含4個關卡：奈米特性介紹、彩蝶效應DIY、奈米碳球模型DIY、趣味化學示範實驗與互動，ITEA（2003）提出科學教育應該強調實作，因為親自動手體驗是最能直接強化科技技能，並且能夠訓練孩子自己發現問題（王郁文，2004），故本次化學示範實驗進行方式採用〝先感受驚奇的化學，之後再藉由互動的討論方式以瞭解原理”，並於本次活動中加入反思的部分以期提高溝通、解決問題的能力及跨領域學習的能力（魏明通，1997；范姜林鳳，2009）。 n  活動流程 本次研習活動對象為國小六年級學生和國中一、二年級學生，奈米課程的三位講師對奈米課程的講授都有相當豐富的經驗，楊水平教授更是演示實驗界的翹楚，課程內容及講師的背景如下，奈米特性介紹：由南區奈米中心種子教師郭芊汝師負責，主要講述奈米的尺度、意義及應用；彩蝶效應DIY：由南區奈米中心種子教師李道良老師講授，主要內容為光的性質（色散、折射、干涉繞射）、光子晶體的定義、蝴蝶翅膀的表面構造及彩蝶效應，最後利用光柵片及透明膠帶進行彩蝶效應的模擬實驗；奈米碳球模型DIY：由高雄市國教輔導團自然領域兼任輔導員蔡志清老師擔任，內容包含介紹碳的家族及奈米碳管的發現、種類、結構、特性還有其應用；趣味化學示範實驗與互動：特聘彰師大化學系楊水平教授主講，內容包含壓縮的鋁罐、阿拉丁神燈、瓶中精靈、大象牙膏、蒸汽引擎、燒不破的紙鈔、薑黃紙上畫圖和寫字及酸鹼龍捲風等主題。 活動開始全體學生先共同參加奈米特性介紹的關卡，並且進行奈米成就測驗與科學學習興趣問卷前測，接下來將學生們分成三組，分別輪流進行彩蝶效應DIY、奈米碳球模型DIY、趣味化學示範實驗與互動這三個關卡活動，每個關卡進行一小時後再進行交換，一共輪流3次，使每個學生可以參與到每一關卡（見圖一），最後再進行奈米成就測驗與科學學習興趣問卷後測。     圖一：奈米特性介紹（左上）、彩蝶效應DIY（右上）、奈米碳球模型DIY（左下）、趣味化學示範實驗與互動（右下） 由於想知道資訊爆炸的現在孩子們對奈米的背景知識及學習興趣是不是與之前的研究一樣，故今年的營隊除了以往的課程外也加入了科學學習興趣問卷及奈米成就測驗學習單的元素並利用統計方法進行分析，茲就其結果與大家分享。 n  資料量化分析之結果 一、認知測驗和學習興趣分析 本研究使用SPSS20.0統計軟體進行量化分析，首先將全體學生共71人的奈米認知測驗和4科學學習興趣量表進行前後測分析，如表一所示。 表一：奈米認知測驗和學習興趣的前後測 組別 人數 平均數 標準差 前測 後測 前測 後測 前測 後測 奈米認知 71 71 8.87 12.08 2.52 […]