「化學元素週期表環島之旅」特展借展後記： 元素週期表的演進介紹與教學運用 廖酉鎮1、夏小雅2 雲林縣立麥寮高中 1prohamer@gmail.com  2smalljar35@gmail.com n   前言 延續2019年國際元素週期表年（Ineternational Year of the Periodic Table of Chemical Elements, IYPT）之活動，2020年由國立臺灣師範大學科學教育研究所辦理「化學元素週期表環島之旅」特展活動，將「國際化學元素週期表年（IYPT）特展」之教育資源，經由各級學校申請借展途徑，擴大展覽教育功能。本校趁此良機申請借展，並針對此特展規劃導覽解說，希望經由導覽解說，讓觀展師生更進一步了解元素週期表的相關歷史、門得列夫的週期表為何較同時期他種週期表地位更高，知悉元素週期表的多元性以及相關的一些元素知識概述等等，在一節課的導覽解說中，能對週期表與生活中常見的化學元素有更多的認識。 n   導覽解說設計發想 借展之初規劃展品陳列動線時，打算依門得列夫1869年週期表的原型以及其他各類週期表為開端探索元素週期表，緊接著元素大事記、元素命名與翻譯等為導覽主軸，輔以美國化學會（American Chemical Society, ACS） 元素海報、稀缺元素週期表、化學元素與女性科學家等延伸說明，最後參觀學生海報競賽得獎作品、IYPT 公益彩繪列車等展品。 導覽解說稿內容部分，在探索元素週期表的部分，筆者認為僅介紹門得列夫的週期表，少了一些元素概念的演進史可惜了些，也希望能說明門得列夫的週期表相較其他同時期週期表更被廣為接受的原因。 對於元素大事記的部分，則針對部分元素提供相關說明以增加趣味性。稀缺元素週期表的解說重點在於落實廢棄電子產品回收，化學元素與女性科學家部分著重於兩性平權、學生海報競賽得獎作品強調自我創意發想等。 n   導覽活動增設展品 導覽時，教師會提供學生學習單，其中包含週期表與元素之最等知識性的問題，以及金字塔型週期表紙模供學生製作，將學習單最後轉變為的擺飾品。 配合解說元素概念的演進與各類週期表，本校自行增加部分海報與金字塔週期表、物理學家週期表實體模型（Stowe’s physicist’s periodic table） （Wikipedia, 2018d）；同時，配合國一學生尚未接觸理化課程中原子模型，利用鋁線製作氫原子、鋰原子以及碳原子模型輔助，以說明Stowe的週期表；再自製現存密度最高的鋨金屬─重量模擬體驗裝置，讓學生感受高密度金屬的重量感與理解密度的概念。 n   週期表的演進導覽：從煉金術到週期表 本展覽重心在化學元素週期表，導覽便由化學（Chemistry）的字源煉金術（Alchemy）與古代的元素概念導入，以下為各項導覽解說概略內容。 1.              四元素說（Empedoclean elements）：由介紹西元前四世紀亞里斯多德所建立的四元素說展開序幕（唐登鋼，2008，頁50），介紹風、火、水、土四元素構成萬物的概念（圖1），煉金術士希冀經由添加其他物質與提煉過程，調整物質中四元素比例，達到將物質轉為黃金的效果。可引入哈利波特電影第一集「哈利波特：神秘的魔法石」，以及冰雪奇緣電影第二集中出現風、火、水、土四元素場景的相關說明，增加學生共鳴。              圖1：四元素說 （Wikipedia,2019b） （圖片來源：https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Four_elements_representation.svg） 圖2：神學與煉金術圖（Alchemical emblem），包含四元素、三原素、與七大金屬（Wikipedia, 2018a） （圖片來源：https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fotothek_df_tg_0007129_Theosophie_%5E_Alchemie.jpg）  2.              五元素說：一樣由亞里斯多德提出，認為風、火、水、土四元素之外，有稱為乙太（Aether或Ether）的中間性元素（趙匡華，1998，頁51），能藉由提煉提取，並協助物質的轉化（唐登鋼，2008，頁50）。 3.              七大金屬：七大金屬（Seven […]

化學元素週期表環島之旅 元素實驗動手做設計與活動辦理分享 廖旭茂1, 2 1台中市立大甲高級中等學校2教育部高中化學學科中心nacl880626@hotmail.com n  前言 IYPT環島巡迴展覽結束了，心裡面除了如釋重負外，更有滿滿的回憶。從去年六月初在台北科教館的開幕典禮上，進行電解水實驗演示活動開始，到八月初的亞洲化學研討會NICE8th，12月初在東京的閉幕式活動，一直到現今的IYPT環島巡迴展覽，終於告一段落，主辦單位周備的思慮、充滿創意的巧思、加上過人堅韌的意志，各式各樣的參與者，串連在一起，而每一個片段也格自發展出跌宕起伏的不同故事，長留心中（圖1）。 圖1：IYPT環島巡迴展甲中站合照 五月中承諾接辦IYPT環島巡迴展覽甲中站的活動，自五月底辦完漢口國中科學宅急便後，立馬投入這次活動的籌畫。為提升同學參與展覽活動的意願，除了原來的靜態展品外，也規劃了五個元素相關的實驗動手做的活動與四項展品。最後還設計了一個跟展覽相關的學習單，讓學生回答參展心得。 在美虹教授的建議下，將每一個活動元素實驗寫成文章，分享出來，希望幾個實驗設計等相關活動，可以提供後續舉辦者一個參考。 n  元素實驗動手做介紹 五個實驗動手做，實驗最重要的是場地，考慮擺攤的地點在校內藝之鄉周邊，並沒有水龍頭，因此實驗的內容都是偏向微型、綠色的實驗設計，不需要使用大量用水，而且多與最近開發的實驗內容有關。微型、綠色實驗的相關內容近年在國際上風行，演示的過程總是吸引眾多的目光。 此次擔任志工的都是自科社的學生，他們剛剛在5月底參加過市內漢口國中的科學宅急便活動，所以彼此間相當熟悉，也有比較多的實作的經驗；老師僅提供實驗的內容，至於活動如何進行包裝，由志工學生討論決定，相關元素實驗內容分述如下： 一、綠色蝕刻鑰匙圈製作 第一個體驗活動為綠色電化學蝕刻，主要的任務是引導同學體驗自行開發的綠色電化學蝕刻教具。選取一塊方形的黃銅板上，黃銅板上事先貼上了一層膠膜，膠膜上利用割字機「繪」出LOGO圖案，實驗前將「繪」出LOGO圖案以鑷子挑除，造成鏤空的LOGO，藉由直流電與鹽水產生的電化學反應，讓黃銅氧化，蝕刻出LOGO文字凹洞，並將完成蝕刻的黃銅片與印有校徽的相片紙，合一製作成鑰匙。相關電化學類似的製作的原理與方法可參考臺灣化學教育網站1。下圖為綠色電化學蝕刻關的實作過程。 圖2：電化學蝕刻的過程及鑰匙圈的完成圖 實驗所需的藥品材料很簡單：包括9V乾電池（亦可使用可重複充電的18650鋰離子電池及鉛蓄電池）、正方形壓克力鑰匙圈（內徑35×35 mm）、厚0.2mm的黃銅片、可列印相片紙，1M食鹽水。 二、猜猜我是誰–焰色反應     第二個為焰色關，因為金屬氯化物原子化的溫度較低，首先利用金屬氫氧化物與氯化銨反應製造金屬氯化物（製作如步驟1~2）。金屬氫氧化物在酒精凍（製作如步驟3）的燃燒下，發出各種不同顏色的火焰，同學可以根據驗色來判斷金屬氫氧化物的身分。相關步驟如下： 1.      以咖啡攪拌刮勺取未知物氫氧化物M(OH)n和氯化銨，其比例為3平匙的M(OH)n，與1平匙的氯化銨。加入紅蓋試劑瓶中，蓋上紅瓶蓋，觀察兩者的狀態，隨後手持樣本瓶在桌上畫圈，並上下搖晃30秒後，觀察粉末的外觀與瓶身的變化。 2.      打開瓶蓋，以手在瓶蓋上方緩緩揮動，聞聞看是否有特別的氣味。這氣味像什麼？。 3.      取2毫升的飽和醋酸鈣溶液倒入小鋁杯中。隨後以量筒取10毫升的酒精到入小鋁杯中觀察鋁杯中溶液的變化。 4.      撕開一小張衛生紙放置小鋁杯中，覆蓋面積約8~9成。 5.      以刮勺挖取取試劑瓶內的白色物質，放置在衛生紙上，以打火機點燃酒精凍，觀察火焰的顏色。 6.      根據焰色試判斷M的身分。答對後，可以得到小禮物。 圖3：焰色反應–猜猜我是誰闖關活動 實驗所需的藥品材料：包括氫氧化物（氫氧化鋇、氫氧化鈣、氫氧化鍶、氫氧化鋰）、氯化銨、飽和醋酸鈣溶液、95%藥用酒精、衛生紙、咖啡攪拌匙、空試樣瓶、小鋁杯。 三、強取毫奪–微型金屬取代反應 1.      擲骰子決定金屬A與溶液B，先預測可能發生的反應，並將預測結果寫在便條紙上，貼在展示板上。 2.      取B溶液2滴在微孔盤上，並用鑷子夾取一根金屬絲，貫穿液滴後將孔盤放置於顯微鏡下（顯微鏡事先連接電腦螢幕）。 3.      調整焦距後，從螢幕觀察溶液的變化，並判斷孔盤中發生的反應。 4.      比較實際發生的結果與自己的預測是否相符。 5.      相符者可獲的精美小獎品。 圖4：圖左為擲骰子決定A、B，圖中為預測單，圖右為透過螢幕進行觀察 實驗所需的藥品材料：工業用顯微鏡、21吋液晶螢幕、自製微孔盤2、鑷子、便利貼、簽字筆、五種金屬絲（鎂、鋅、鐵、錫、銅）、五種0.5M的鹽溶液（硫酸每、硫酸鋅、硫酸亞鐵、硝酸鉛、硫酸銅）。 四、氫鈷碘鋅銅氯元素提煉_水溶液電解反應 1.      抽籤或抽擲骰子(氫鈷碘鋅銅氯)抽取欲電解的四種電解質溶液。並提問欲製備的元素會在哪一極析出？ 2.      氫氣的製備：取10毫升的硫酸鈉溶液倒入電解器中。裝置完成，隨後通入電流，觀察針筒中溶液的變化。3分鐘後停止電解，分別吸取針筒底座正、負極附近的溶液，加入兩支試管中，隨後滴入廣用指示劑2滴，觀察溶液的顏色變化。接著以針筒通過三向閥吸取兩極的氣體，針筒前端接矽膠管將氣體打入泡泡水中。打火機點火靠近泡泡，觀察泡泡變化。猜猜看這氣體是甚麼？ […]