化學探究教學:介紹一本化學探究教材的免費書籍—Inquiry in Action: Investigating Matter Through Inquiry 林靜雯 國立東華大學課程設計暨潛能開發學系jingwenlin@mail.ndhu.edu.tw 許多科學課程重視動手做,但學生投入科學活動的同時,其實對科學過程或所涵蓋的概念所知甚少。因此,美國國家研究委員會在1996年出版的「國家科學教育標準」(National Science Education Standards, NSES)中便強調以「探究」教學法來解決這種問題。在臺灣,無論九年一貫課程或即將實施的十二年國教課綱亦皆強調科學學習應以探究和實作的方式來進行。但,究竟探究教學應如何進行?即使是教學現場多年的資深科學教師,也不見得能掌握精要。若您對如何進行探究教學同樣一頭霧水,不妨一同探索一本化學探究的公開教材—Inquiry in Action: Investigating Matter Through Inquiry(以下簡稱Inquiry in Action),如圖一所示,整本書下載網址:http://www.inquiryinaction.org/pdf/InquiryinAction.pdf。此書由美國化學會(American Chemical Society)出版,公開在網路上,內容非常豐富,包含學生講義和教師手冊,提供了一整套詳細的物質科學課堂活動設計,手把手地帶著3至8年級科學教師回應這個重要問題。 圖一:一本化學探究的公開教材 (圖片取自:www.inquiryinaction.org/) n 本書中探究的定義及特徵 對學生而言,「探究」指的是學生通過提問、觀察、測量、做實驗、基於證據進行邏輯推理,以及報導結果這個科學調查研究過程發展出來的一套能力與理解力。對於教師而言,「探究」或「探究式教學」指的是教師為了盡可能地讓學生參與科學調查研究所採用的策略和技巧。探究式教學最顯著的特徵是教師幫助學生識別並匯報研究,以及實施調查研究過程中,學生思維過程的展現。透過探究式教學,學生不但可以掌握學習內容,還可以學會進行科學探究的技能。Inquiry in Action這本書乃以引導式探究教學方法為基礎來設計課堂活動,其具有探究式教學的五項基本特徵:1. 學生藉由一個可用科學研究回答的問題開始進行研究;2. 學生仰賴證據嘗試解答問題;3.學生基於所搜集的證據來解釋對問題的解答;4. 學生評鑑自己的解釋;5. 學生就其提出之解釋進行溝通與辯證。 n 本書含括之概念及其結構 本書共包含1.科學問題及其探究、2.物理屬性、3.物理變化、4.固體、液體和氣體的溶解、5.化學變化、6.物質的狀態、及7.密度七個主題。這些主題的篩選乃基於美國「科學教育內容標準」(National Science Education Content Standards),以及對教師們進行問卷調查之結果。雖然這些基本概念主要適合3至8年級學生(7-12歲)學習,但教師還是可以藉由不同的提問策略、提供不同程度的引導,或調整詞彙難度,來加強中學10至11年級(14-15歲)學生對這些基本概念的理解深度。每個主題有數個活動,都圍繞著一個特定「調查研究」的主題。每一個「調查研究」之結構又包含1.「主要概念、課程目標和標準」、2.「活動材料」、3.「提供教師參考的科學背景知識」、4.數個詳細的教學「活動」、5.「評量規準」、及6.「複習與應用」等環節。 在「主要概念、課程目標和標準」中,本書又進一步區分出K-4年級及5-8年級兩種課程目標和標準,教師可以依據自己教學的需要,選定適合的學習目標。不過,這裡的課程目標和標準,為美國的課程,臺灣的教師仍需進一步參考九年一貫課程或十二年國教課程綱要進行轉換。而在「活動材料」部份,所有的材料都考量過安全性,且大部分的材料都是日常生活中就垂手可得的物品。此外,在進行實驗前,教師常需進行教學準備,例如:溶液的製備、準備小組使用的燒杯、在燒杯上貼標籤等等,這些繁瑣的事前準備,本書亦製作彩色書頁,特別將教師事前準備活動給獨立出來,是個貼心的小設計。而在提供教師參考的科學背景知識中,書中已經提供一些進階知識,但另有一些線上資源與影音資料供教師們參考選用。例如:分子模擬等補充資料,建議教師們有空時,不妨到此書的網站上探索。調查研究的最後,通常須對學生進行總結性的評量,在本書「複習與應用」一節中,提供了許多調查的回顧、動手做的活動和短篇文章閱讀等學習單,教師可以依據實際需求,選擇適合的活動進行評量。此外書中每單元皆有延伸的補充閱讀,標題為:「這是怎麼回事?」(“What’s going on here?”)此處的內容皆是在分子的層次解釋該單元中各項觀察,對小學生而言,這些解釋難度過高,但這些內容可以連結未來中學階段的延伸學習。 圖二:Inquiry in Action一書之教師資源網站 (圖片擷取自:www.inquiryinaction.org/) n 教學「活動」之結構:以第一主題「科學問題及其探究」為例 其中,「活動」這個環節最是鉅細靡遺,藉此幫助學生:識別與控制變因、設計實驗、報導觀察結果、在證據與解釋之間建立邏輯連結,並評鑑結果。每一項活動的設計包括以下這些元素:調查研究之問題、研究流程、預期結果、活動單和評量。此書的網站(www.inquiryinaction.org,見圖二)上方另有「Classroom Activities」選單,分別對應到書中的七個章節,方便教師快速瀏覽使用。以下藉由第一主題「科學問題及其探究」舉例說明如下: (一)調查研究之問題 […]
2015亞洲化學教育國際研討會:日本科學未來館介紹及對科教意義初探 周金城 國立臺北教育大學自然科學教育學系ccchou62@tea.ntue.edu.tw n 各屆舉辦地點和本屆辦理概要 由中日韓三國主辦的亞洲化學教育研討會(Conference on Network for Inter-Asian Chemistry Educators, NICE Conference),各屆舉辦地點分別在:第一屆2006年於韓國首爾的淑明女子大學,第二屆2007年於臺灣台北的國立臺灣師範大學公館校區,第三屆2009年於日本東京的東京學藝大學,第四屆2011年於南韓首爾的首爾國立大學,第五屆2013年於臺灣屏東的國立屏東教育大學與墾丁福華飯店,本次第六屆2015年於日本東京的日本科學未來館(Miraikan)〔全名為國立新興科學與創新博物館(National Museum of Emerging Science and Innovation)〕。前五屆研討會主要在大學校園中舉辦,除了第五屆第二天搭乘巴士移到墾丁福華飯店續辦活動。 第六屆研討會註冊參與的會員共有118人,其中來自日本55人、臺灣37人、韓國18人、馬來西亞1人、香港1人、中國2人、新加坡1人、德國1人、菲律賓2人。臺灣是僅次於地主日本參加人數最多的國國家。口頭論文發表17篇,海報發表35篇,工作坊6場,大會演講4場。由於是化學教育研討會,因此除了口頭論文與海報發表外,同時會安排動手做科學實驗演示工作坊,化學實作因為受限於實驗場地,若沒有在化學實驗室,需要動手操作的化學實驗就必須要很安全,只有安全與無污染的實驗,才能在一般場地實施。因此,能夠在科學展示館辦理化學教育研討會,在動手做科學實驗演示工作坊的實驗主題的選擇上就會有一些限制。 本屆研討會決定在自2001年開館的日本科學未來館七樓的會議室區域舉行,整個場地有四個部分,有未來館演講廳舉行專題演講、海報與廠商教具展示區,以及兩間研討室,整個場地的安排集中在七樓,對整個活動的進行算是相當的方便。本次研討會舉辦的日期是2015/07/29~31,前兩天是研討會,第三天是整天參訪日本東京學藝大學附屬高中的化學實驗教學課程。第二天的下午14:00 ~ 16:00大會有安排參觀位在1到5樓的未來科學館主體展示館,在時間有限的情況下,筆者以兩小時的行程所能參觀到的展示區部分進行介紹。 n 日本科學未來館介紹 一、 未來館地點和各層樓展示 日本科學未來館位於東京交通便捷的台場地區(見圖一),也是日本大型商場聚集的地區。科學未來館門票個人部分售價620日圓(台幣約160元),18歲以下210日圓(台幣約55元),售價算是非常便宜。開館時間10:00~17:00,因為研討會是九點開幕,我們早上無法由大門出入,而是由後方的行政區入口由警衛檢查證件進入會場的。 圖一:Miraikan於東京灣區中以紅點標(左),Miraikan於台場區域中以紅點標記(右) 一樓是標誌性展式區、三樓是常設展覽區—創造未來、五樓是常設展覽區—探索世界還有一間咖啡館、五樓是球幕影院、七樓則是觀景廊內設有餐廳和會議室等。一樓可以花錢另外買票體驗本田(Honda)製造的未來個人移動工具〝UNI-CUB”(註1),看起來有點像一張會移動的板凳,但體積小有其方便性,對未來老年化的社會,行動不便者的移動有其研究的價值與意義。 二、 球型顯示器GEO-COSMOS 由一樓到六的挑高大廳,懸吊一個直徑6.5公尺的球型顯示器GEO-COSMOS(見圖二左)的中央,此球型顯示器是顯示衛星對地球攝影的畫面,走過館場的橢圓形廊橋斜坡走道,會像是由外太空看地球一般,非常的特別。但由於整個環境太亮,若是周遭環境再暗一點,就會更像由太空船內看面向太陽的地球面。此外,觀眾可以躺在大廳向上仰望地球(見圖二右)。 圖二:GEO-COSMOS 顯示地球影像(左),觀眾可躺在大廳仰望GEO-COSMOS(右) 球幕影院門票是可以先在網路預約(見圖三左),這樣就可以確保當天來參觀者可以看到球幕影院中所播放的影片,每場約25分鐘,播放立體天象影片,需要另外付費,成年人300日圓,18歲以下100日圓。三樓有實驗工作室,在周末會舉辦尖端科學技術的實驗教室,也是需要提前上網預約。三樓另外還有好奇心樂園,這是一個可以親子共同體驗的科學活動空間,每次45分鐘,無須再另外購票(見圖三右)。而一樓的販賣部營業時間是由10:00~18:00,17:00展示館關閉後還有一個小時可以輕鬆購物,若販賣部與展示館閉館時間相同,這樣參觀者就需要壓縮參觀的時間去購物,時間錯開這似乎是不錯的營運方式。 圖三:球幕影院說明告示牌(左),可與觀眾互動之現場展示(右) 三、 仿真機器人Otonaroid 說到日本的仿真機器人,就不得不提到日本大阪大學智能機器人學實驗室的主持人石黑浩教授,將認知科學與機器人學緊密的相互結合,指出「為了讓仿製人和真人一樣,我們必須從認知科學、行為科學及神經科學的角度研究人類的活動;為了評估人類的活動,我們又必須在仿製人身上實踐該行動背後的程序。」(註2)。而這些機器人娃娃「Telenoid」(註3)開發目的主要是作為溝通使用(見圖四左),它可以過網路進行遠端操控動作,可以發出聲音做為溝通的工具。而仿真機器人「Otonaroid」(註4),也是可以作為遠距溝通的工具,甚至可以操縱動作,整個外型更接近真人的設計(見圖四右)。2014年所發佈的可播報新聞的仿真機器「Kodomoroid」(註5),其外型就直接由真人仿製,可以像新聞主播一樣進行新聞播報。展示的方式也很特別,觀眾必須蹲下由一個縫隙中來觀看此展示(見圖五)。 圖四:機器人娃娃Telenoid(左),觀眾與仿真機器人Otonaroid互動(右) 圖五:仿真機器人Kodomoroid播報新聞 四、 機器人ASIMO 本田技術研究所所設計製造高度約130公分的機器人「ASIMO」(見圖六),每天有三次每次10分鐘的現場表演,分別是11點、14點與16點。由於16:00要回到7樓參加閉幕式,因此沒有機會看到實際現場表演的樣子,雖然沒有時間能親眼看到,但還是可以透過網路看到它的風采(註6)。由影片中可以看到ASIMO可以走路、上下樓梯、跑步、雙腳跳躍、單腳跳躍、踢足球、開保溫瓶蓋倒水並取水給發出指令者、握手、甚至簡單的舞蹈動作。 圖六:ASIMO會由左邊櫥窗出場和觀眾進行近距離接觸 五、 機器人Paro 2008年日本產業技術綜合研究所製造來陪伴老人和小孩的機器人「Paro」(註7),這機器玩具的外形像一隻幼小的海豹,毛皮和鬍鬚下有傳測器,可以對聽覺、視覺和觸覺等刺激進行反應,可以使用者進行互動,是設計為療癒系的機器寵物,可惜參觀時間不足,這個展示無法親自看到,只能由展場簡介手冊中看到此展示,但YouTube上已有很多這些機器裝置實際運作的影片介紹,筆者也逐一將連結列出。YouTube 2D影片的介紹有時比到現場觀看更清楚與仔細,但少了臨場感,若未來這些介紹能以3D影片呈現,將更具臨場感。 […]
2015亞洲化學教育國際研討會: 攤位展示介紹和科學未來館參訪 徐欣慈 私立復旦高級中學 教育部高中化學學科中心 x9020010x@gmail.com n 前言 日本科學未來館(Miraikan)全名為國立新興科學與創新博物館(National Museum of Emerging Science and Innovation),是日本東京著名的科學博物館之一(見圖1),初到此館,還沒進館前,建築物本身的圓弧線條,透明玻璃設計,新穎、美感兼具,令我興奮不已,這次真的很高興,可以藉由第六屆亞洲化學教育研討會(6th Conference on Network for Inter-Asian Chemistry Educators, 6th NICE Conference, NICE 2015),在為期三天的研討會內,與教育部高中化學學科中心的前輩與夥伴們一起得到參訪的機會,窺探科技發展的奧妙,實為一大幸福。針對此行中,在館內的所見所聞,與大家做個小小分享。 圖1:日本科學未來館的建築外觀 (圖片來源:左圖,https://en.wikipedia.org/wiki/Miraikan#/media/File:Miraikan.jpg;右圖,http://www.nikken.jp/en/projects/image/143_01.jpg) n 海報展示和攤位參觀 一、 大型演講廳 全館共有七層樓,研討會的前兩天,與會者都是在館內度過的,頂樓的七樓,主要是大型演講廳(見圖2左)、會議室,可供申請租用,也是此次研討會的會場所在。第一天,與會者先到七樓完成報到後,便進入氣勢宏偉的演講廳內參與開幕式(見圖2右),聆聽各國與會者關於化學教育的演講,及各國高中生的作品分享。整個演講廳的設計,是以半圓弧形的舞台為中心,擴散出去的座位排列,最多可容納300人,不論是在哪一個位置,都可以清楚地看到台上的狀況。 圖2:7F演講廳(左),筆者與武陵高中張明娟老師合影(右) (圖片來源:左圖,http://www.miraikan.jst.go.jp/guide/images/miraicanhall_s.jpg) 二、 海報展示 七樓擁有的會議室共有四間,一間做為海報展的展示室(見圖3左),兩間是會程中安排的教學分享演講舉行處(見圖3右),同時也是我們研討會的用餐處,另一間則是第二天工作坊(Workshop)的場所。海報展示的會議室,有一整面完全是玻璃窗的設計,圓弧狀又傾斜向外延伸,空間感十足,給人一種很舒服、很開闊的感覺。圖3中圖是筆者的海報展示。 圖3:海報展示會議室(左),筆者發表的海報(中),以及教學分享演講實況(右) (圖片來源:左圖,http://www.miraikan.jst.go.jp/guide/images/cr3_s.jpg.) 三、 化學書籍和教科書展示 除了海報展示外,室內也設有日本實驗器材廠商和教科書商的攤位,不只可以實際操作攤位上的展示品,書籍也可自由翻閱參考。在東京書籍的攤位(見圖4左)上看到了數位教學軟體的商品,並有一些生物圖鑑的書籍。隔壁的Chart式數研出版攤位(見圖4右)上,可以看到日本學生使用的教科書、應試題本及參考書,從國小、國中到高中都有,內頁幾乎全部都是精美的彩色列印,並很注重學科知識與生活的連結,照片豐富多樣,價格卻不昂貴。 圖4:日本教科書商攤位,東京書籍(左)和Chart式數研出版(右) 在東京書籍的攤位上,筆者尤其受到〈化學圖鑑〉這本書(見圖5)的吸引,僅800日幣,便向攤位廠商要求購買,卻意外得到廠商的贈書,可謂幸福來的太突然。參考書的部分,或許是因較為專業,價位較高,翻閱內容可以看見,與臺灣的高中化學教育的深度廣度出入不大,但令人驚訝的是,日本國內高中化學修習的學分比臺灣少,卻能學完一樣多的內容,可以想見學生求學的壓力不亞於臺灣,或許正因如此,日本書商非常致力於豐富精采、淺顯易懂的教學用書設計,藉此幫助孩子學習,提升對知識的渴望。 圖5:廠商贈書筆者兩本,〈化學圖錄〉內頁附圖之週期表,連結生活的內容呈現 […]
大學入學考試與化學評量: 個人申請作業介紹—以臺灣大學化學系為例 陸駿逸1, *、吳國良2 1國立臺灣大學化學系 2大學入學考試中心 *cydlu@ntu.edu.tw n 前言 本期專題的主題是大學入學考試與化學評量,廣義的大學入學考試,除了由大學入學考試中心(大考中心)所舉辦的學科能力測驗(學測)、指定科目考試(指考)、高中英語聽力(英聽)之外,校系於個人申請第二階段所舉行的指定項目甄試,亦屬於入學考試的一環。每一校系對學生的要求有所不同,因此對於第二階段甄試項目也有不同的設計。本文介紹的國立臺灣大學(臺大)化學系因屬競爭熱門的校系,故甄選的過程較為複雜。希望藉由本文的介紹,讓社會各界對臺大化學系個人申請的現行作業流程,有更進一步的了解。 n 作業流程 一、第一階段篩選 臺大化學系個人申請的相關作業流程如表一所示,以103學年度為例,個人申請核定的招生名額是32位,預計甄試的人數是96位,指定項目甄試費用是1500元。高中學生經由第一階段學科能力測驗的成績篩選後,再進入第二階段的甄試項目。臺大化學系對於第一階段學測所訂之檢定標準,國文、英文、數學、自然是均標,社會是底標。篩選的倍率分別是英文3倍率、數學4倍率、自然5倍率。學生通過第一階段學測成績篩選之後,再進行第二階段甄試,預計的學生人數為96位,但是,通常會因為與其他校系撞期的相關因素,使得最後參與學生為60-70位。 二、第二階段甄試 臺大化學系個人申請第二階段甄試,分為資料審查、化學筆試以及口試三個部分。審查資料包括:高中(職)在校成績證明、自傳(學生自述)、讀書計畫(含申請動機)、個人資料表,以及其他有利審查資料。這些資料審查的內容與面試的成績結合後,也就是說綜合考量所繳交之審查資料和面談表現後,所得的成績為口試成績。口試成績占30%,其餘分別是學測成績占30%、化學筆試成績占40%。 筆試的測驗時間為80分鍾。每年由兩位教授命題。以今年為例,選擇題和非選擇題各占50%左右。筆試因包含選擇題和非選擇題,除了測驗考生學科知識外,也強調學生論述能力之評量。值得說明的是,命題教授是以高中化學教科書為基礎,再進行些微的延伸,故高中生在做準備時,應考慮以高中化學課本為基礎,行有餘力時,再補充大一普化的內容。主辦單位為確保筆試的公平性,這些試題皆未曾公開,但每年的命題教授還是以不重複過去的考古試題為原則。筆試之後,由命題教授進行閱卷,所得的成績,即為筆試成績。筆試地點在台大化學系館,如圖一所示。 除了筆試成績之外,學生面談的表現也是一項重要指標,學生的口試成績是由資料審查與面談表現兩者結合而得。資料審查中,若是高二、高三的成績較高一進步許多,或是主科的成績表現優異,應可獲得加分的效果。若有相關的化學競賽或是國際的競賽,如:奧林匹亞,則會受到審查委員的青睞。除了學業成績的優良表現之外,學生若在社團活動有突出的表現,也可能打動評審委員。此外,招生簡章中有特別提到,可檢附大考中心英聽測驗的成績,作為審查的參考資料。化學系雖未訂定英聽的檢定標準,但可提供作為備審資料的一部分。口試地點在台大化學系館,如圖一所示。 圖一:臺大化學系個人申請第二階段筆試和面試地點—臺大化學系館外觀(左)、臺大化學系館中庭(右) 經過資料審查、筆試之後,臺大化學系的申請入學還有面談部分(或稱口試)。口試是以分組方式進行,學生2-3人為一組,教授則是3人一組擔任口試委員。口試的題目會先由會議進行討論修訂,以避免疏漏或考慮不周之處。為減緩學生口試過程中的緊張情緒,學生在口試進行前20分鐘左右,會拿到主辦單位事先準備好的書面試題4-6題,也就是說,學生在進行口試前,有一些準備的時間。進場後,先就書面試題口頭回答,而口試的後半部分也再加上其他的隨機試題。由於是採取團體面試,有些問題會以搶答的方式,來觀察評斷學生的臨場表現。因應有些同學因個性拘謹害羞或緊張而無法搶答的情況,也有些問題會以指定回答方式進行,使每位學生在口試時,都有機會可以陳述自己的意見。通常口試問題的設計是由淺至深,有些日常生活中能看到的現象,其背後的化學原理便可能作為口試的問題。這些問題的設計,是希望見到學生在申論過程中運用知識,並展現其邏輯分析能力。因此,即使答案並不完全正確,若能展現條理清楚的因果分析,還是能拿到好成績。學生在口試過程有時難免會「卡關」,答不出話來。口試委員也會嘗試將問題拆解,藉由引導的方式,讓學生就其所知道的部分回答,而能表現出自己的程度。 經由這些程序後,結合學測成績(占30%)、筆試成績(占40%)、資料審查與口試成績(占30%)這三種成績的總和,就是考生最後排序與錄取的依據。 表一、國立臺灣大學化學系申請入學規準 學科能力測驗篩選方式 第一階段 科目 國文 英文 數學 社會 自然 總級分 檢定 均標 均標 均標 底標 均標 — 篩選倍率 — 3 4 — 5 — 甄選總成績採計方式及占總成績比例 第二階段 學測成績採計方式 *1.00 *1.00 *1.50 — *1.50 — […]