實踐史懷哲精神教育服務— 師資生在偏鄉國中進行爆炸實驗示範教學 顧展兆、洪于涵、蔡欣展、楊水平* 國立彰化師範大學化學系 *yangsp@cc.ncue.edu.tw n  緣起 教育部為了鼓勵師資生實踐史懷哲關懷弱勢和專業服務的精神，並且發揮教育大愛，擬定了「教育部補助大學師資生實踐史懷哲精神教育服務計畫作業要點」[1]，其服務內容兼顧偏鄉弱勢與都會弱勢，師資生到高級中等以下學校和幼兒（稚）園，進行弱勢學生和幼兒（包括原住民、清寒子女、外籍配偶子女、偏遠或特殊地區學生和幼兒以及都會弱勢學生和幼兒），進行課業輔導和學習活動，內容也包括了生活品德教育和生涯規畫輔導。 國立彰化師範大學長久以來致力於培養學生的服務奉獻精神，並積極投入社會服務工作已持續十年之久，在每年的暑假舉行，為期四星期[2]。本校依照教育部之計畫制定「國立彰化師範大學104年度師資生實踐史懷哲精神教育服務計畫」[3]，其目標有三方面：(1)關懷弱勢的人道精神，(2)專業知能的奉獻服務，(3)無私無我的人倫大愛。自97年起至今，彰化縣境內的線西國中和芳苑國中為本校長期實踐史懷哲精神教育服務計畫的合作學校，歷年實施成效良好且獲得兩校師生的好評[4]，圖一為彰化師範大學師資生的偏鄉國中自然科教學現場之一隅。   圖一：彰化師範大學師資生的偏鄉國中自然科教學現場之一隅 n  服務團隊目標和行政執掌 修習教育學程的師資生在未來大多期望邁進教職之路，本校透過「史懷哲精神教育服務計畫」，創造一個極佳的學以致用機會，招攬許多有志於擔任中學教師的師資生，利用暑假到偏鄉國中服務，由師資生自己設計課程並進行實際教學，以累積教學實務經驗，並養成教育服務的熱忱，為未來成為優秀教師的生涯規劃累積實力。本計畫104年度執行的目標有三方面：(1)透過服務學習強化師資培育的內涵，培養師資生服務精神；(2)使受服務國中學生得到關心與輔導，積極向學，並引導學生建立良好的品德生活及生涯規劃；(3)促進彰化師範大學與受服務國中建立雙向互動回饋機制，形成長程服務學習策略聯盟[3]。 本校「史懷哲精神教育服務計畫」的服務團隊，從行政業務到各科教學完全由參與的師資生一手扛起，104年度的服務團隊成員共有50位（線西國中有23位和芳苑國中有27位），線西國中學生參加暑期輔導有兩班，共計33位。服務團隊的工作除了課程設計和現場教學外，也要負責整個營隊的行政運作，包括與學校相關單位溝通、教務排課、總務器材和採購、學務和導師以及學生生活管理等。此服務團隊的行政組織分為：召集人、課程組、總務組、器材組、生活組以及文書組。其中課程組的工作：(1)討論學科課程，確立內容和方向並編製課表；(2)各科課程的資料收集與統整，製作學生講義手冊；(3)瞭解學生學習成果和個別落差。 n  自然科課程設計和教學 本校「史懷哲精神教育服務計畫」的教學課程分為六科：國文科、英文科、數學科、自然科、社會科以及綜合輔導科，皆由精熟該領域的師資生編寫適當教材並擔綱授課教師。以下描述國中自然科方面的課程設計。 在國中自然與生活科技領域方面，化學科編列在二和三年級為主，由於本次服務對象為一年級升二年級的學生，因此自然科的教學主要規劃以複習和預習同時進行。在複習課程內容方面，主要以生物科為主；在預習課程內容方面，主要以化學和地球科學為主。由於授課對象多半是對學習低落或失去學習意願的學生，因此在自然科授課伙伴們的討論下，決定以實驗活動和示範教學來進行，以激發學生的學習興趣，再帶入他們到科學知識和概念的學習。表一為本次史懷哲教育服務線西國中自然科的授課主題及其授課節數和比重，自然科共有15節，每一節上課時間為45分鐘。 表一：自然科課程的授課主題及其授課節數和比重         本次自然科的授課教師有：國立彰化師範大學化學系學生顧展兆、蔡欣展及洪于涵三人，指導教授為楊水平老師。由於今年線西國中服務志工團隊成員沒有物理系、生物系及地理系的師資生，因此所有自然科的教學就由化學系的師資生擔任授課教師，這在課程教學的安排上是一項極大的挑戰，有教學夥伴被分配到較不熟悉的科目，需要花更多時間準備上課的教學內容。 n  化學示範教學 本次理化教學以化學示範（chemical demonstrations）為主。化學反應千變萬化，聲光色俱全而且多彩多姿，化學示範是透過驚奇有趣的化學實驗來展示化學的奧妙和魅力。在教學中常創造歧異事件（discrepant events）以互動方式來引起學生對化學的興趣，並且讓學生自主思考和討論，進而促進學生對化學知識的理解。因此，化學示範強調娛樂性和教育性，它是一種非常有勁道的教學策略[5]。 在化學科課程設計和教學方面，化學系的師資生可以學以致用，教學容易上手勝任。由於化學科是國一升國二學生尚未學習的科目，為激發學生的學習興趣，課程設計與新聞事件做連結，因此我們以粉塵爆炸和高雄氣爆作為規劃的主題，除了讓學生了解影響反應速率的因素之外，也能讓學生了解實驗安全防護，我們設計兩個小規模的爆炸反應—粉塵爆炸和氫氣爆炸，讓國中學生瞭解塵爆和氣爆的化學原理及其危險性，以及如何安全防護操作實驗。 一、  粉塵爆炸實驗 以下為粉塵爆炸的示範教學流程，以預測‒觀察‒解釋（prediction-observation-explanation, POE）模式進行，本實驗主要參考資料來源有[6]和[7]。 1.        教師穿實驗衣並戴安全眼鏡，也要求學生戴安全眼鏡，準備演示粉塵爆炸示範實驗。 2.        首先，教師在黑板上寫出數種粉末（麵粉、太白粉、小蘇打粉、胚芽米粉、奶精以及糖粉），學生進行預測：哪些粉末能夠引起燃燒？並且記錄在學習單上。 說明：由於多數學生有看過八仙樂園的塵爆新聞，因此學生會產生迷思，誤以為只要是粉末都會燃燒。 3.        然後，教師放置適量的麵粉粉末於小碟子上，再放入改造過的塑膠桶內，點燃桶中的蠟燭，蓋上桶蓋。 4.        教師於安全位置（距離塑膠桶約1.0公尺），以打氣筒吹氣使麵粉粉末飛散，如圖二所示。 5.        學生觀察是否有燃燒現象，並紀錄在學習單上。 6.        教師重複示範步驟2～4，依序進行其他粉末的爆炸與否的實驗。 7.        教師與學生進行討論（見圖三）：引起粉末燃燒的原因為何？是否符合燃燒三要素？   圖二：教師對奶精粉末噴氣前（左）和爆炸的瞬間效果（右）   圖三：示範爆炸實驗後，教師與學生進行互動討論 粉塵爆炸是微細顆粒懸浮在空氣中的快速燃燒，但是不一定在一個密閉的空間中發生。粉塵爆炸可能發生在足夠高濃度的任何分散粉末狀可燃材料且在大氣在中或其他氧化氣體的媒介，如氧氣[8]。粉塵爆炸有四個必要條件：可燃性的粉塵、在空氣中有足夠高濃度的懸浮粉塵、有氧化劑（通常為大氣中的氧氣）、以及有一個點火源。在一些傳統的報告中，密閉的空間（confinement）被認為是第五個必要條件，但這不是一個必要條件，此條件會導致極大的物理傷害[8]。點火源並不一定需要明火，可能為靜電放電、摩擦、設備產生電弧、表面發熱、軸承過熱、明火、菸蒂餘燼等[9]。報載八仙樂園塵爆事件專案小組鎖定爆炸的原因是高溫燈具所造成的，當晚使用的BEAM200電腦燈，燈泡的背部溫度超過1000℃，表面溫度長時間使用能超過400℃，而當天電腦燈使用時間至少超過1個半小時，足以超過玉米粉的燃點430℃[10]。 二、  氫氣爆炸實驗 以下是氫氣的爆炸的示範實驗流程，仍然以預測‒觀察‒解釋（prediction-observation-explanation, […]

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 […]