北京化學教學交流：認識論教學法、同課異構及課堂實驗活動 邱美虹 國立臺灣師範大學科學教育研究所mhchiu@ntnu.edu.tw 化學是一門研究物質的性質、結構、反應、變化、能量轉化等的基礎科學，其充滿多變、動態、微觀的本質與奧妙。化學總是會因為不同粒子的碰撞產生可預期與不可預期的結果，讓化學家以充滿無限期待的心情去進行實驗與探索，並從其中獲得求知的樂趣。化學教學就像化學的本質一般，充滿變化與動態的本質，它會因為教學主題、教學對象、教師的背景知識以及對學生背景知識理解的不同，產生交互作用後轉化成各種形式的教學目標與教學行為，也正因為如此，化學教學深具挑戰性，化學教師必須要能掌握化學巨觀與微觀之間的交互關係以及如何善用符號及各表徵去呈現複雜的化學關係，並展現於其教學中，以培養學生化學思維與操作和探究的能力。 此次出國參訪最主要的目的有三：其一是參觀北京三所知名中學的化學教學；其二是進行臺灣化學教師與大陸化學教師進行「同課異構」教學分享；其三是參訪北京大學化學學院在化學人才培育上的目標與策略。以下簡要的針對上述三主題加以說明。 n  磨課的過程—前測、數據處理及分析、備課研討、試講及討論、正式講及討論 唯有精進化學教學品質，方能提升學生化學學習成效與思考智能。一門課要呈現在學生面前，究竟要試講過多少次才能正式在學生面前教學呢？學生真的是白老鼠嗎？還是每一節課都是教師的經典之作，不論是第一次正式教學或是第n次教學，學生都能一樣享受教師最佳的表現嗎？ 以北京師範大學化學（校訓，見圖1左）教育研究所王磊教授團隊的「高端備課」（見圖中、右）為例，自2008年開始，王教授與第一線教師從認識論的角度進行課程設計與實施，其主要的設計理念是重視學生的先前概念、強調知識的結構、性質、位置，利用三維度的架構來進行課程設計、教學策略、教師專業成長等。在設計過程中，王磊教授都在課程實施前要求教師進行預教、經檢討後方可在課堂上實施；同時，教學中與教學後會和授課教師與學生進行面談與討論，以了解教學成效與學生學習狀況。王教授的高端備課與教學講求從知識到能力和素養的發展進階，從學習理解、實踐應用、到創新遷移三階段，每一階段分別是在「發展知識建構」、「了解知識的功能」到「知識的素養化」。其目標與做法皆相當明確，使其團隊的研究與教學實踐工作蓬勃發展並得以影響現場教師的化學教學。    圖1：北京師範大學校訓（左），王磊教授（中、右） 我們在5月23日參訪的北京十四中觀課的「原電池化學」以及5月24日在北京圓明園內的101中學的「元素週期律表」和「物質的分類」，都屬於高端備課團隊的課程之一，從教學設計、試講、教學改進、到正式講，這過程的磨練，使得上課教師對課程內容掌握的相當準確，口條清楚明確，學生可以跟著教師的思路建構知識。以白光耀老師的「元素週期律表」來說明知識的結構、性質、位置（見圖2左），結構即為元素的質子、中子和電子的排列，性質則是元素的本質（如金屬性、非金屬性或是其化合價），位置則是其在週期表中的位置。結構決定性質、性質反應結構；結構決定位置、位置反應結構；同理位置與性質亦可依此推理出其關係。透過這些框架的呈現，期待可以幫助學生建立系統性的知識。而康永明老師則是以二維方式來呈現三維的方式來呈現結構、位置、類別、化合價之間的關係（見圖2右）。   圖2：白老師運用〈結構、性質、位置〉教學法（左），康老師用三維法教學（右） 我個人一向對於大學教授能長期與第一線教師共同研發課程深感佩服。一般大學教授大都投入研究工作、撰寫研究論文，對於現場的教學較不關心，尤其是中小學教育；即使有關心者，其尺度也比較小，大多是與自己研究相關的學校合作，屬於較小規模的研究。然王教授在北京市鋪天蓋地進行教師專業成長的工作，並結合其在學術研究上的心得以及實務的需求，和教師攜手共同研發中學教材、培訓教師，近十年來的努力其成效已不容小覷，不得不令人佩服其遠見、堅持與使命感。在我個人看來，高端備課成功的理由有三：1.透過以學理為基礎解決教師現場教學的困境，強調從學生的學習出發（認識論）、深入探討學生的學習進展並以培養關鍵能力為主；2.行政資源的整合與支援，使大學、區督導與教研員的高度配合成為高端備課落地的關鍵，使其得以從點（一個班級、一位教師）到線（數個班級、數位教師）、從線（校）到面（校際）；3.在教師備課、試講、教學改進、正式講以及評量試題上皆給予直接且快速的回饋，使教師得以具體改進其教學策略與持續精進其教學。然而，這樣的教學結構也必須透過教師深刻理解學生的學習困難與發展進程，才能彰顯此種教學法的特色，否則流於形式化的教學框架，反倒阻礙發展創造性的教學法與忽視個別差異的學習狀況。 n   以線索教學法搭鷹架，有效地引導學生拓展思維與發現 在北京師範大學第二附屬中學（簡稱北師大二附中）我們看到一場相當精采的教學，該堂課的上課主題為〈醫用膠單體結構、性質與合成的概念〉，其中以檢測單體分子中的特定官能基（硝基、氰基）是否存在為這堂課的學習重點。授課的是北京市化學名師全芙君老師，她的教學法很特殊，根據學生的背景知識事前先設計好幾種線索，在給予學生特定任務後，便提供線索給學生解題，讓學生可以根據適當的線索嘗試解題；若無法解題時，可以再向全老師索取第二條線索，直到第三條線索後全老師會告知已給予足夠線索，應該由自己小組去找出合理的合成反應過程，最後全老師還要求各組將反應過程寫在教室四周的黑板上（見圖3），再由全老師來帶動全班討論正確的反應過程與產物。這樣的教學，教師要能掌握學生的既有知識與能理解新概念的準備度，並透過事前精心設計的教案與學生活動展開思維上的成長，全老師在這幾方面都展現出特級教師的專業素養，從一開始提示線索、幫學生搭鷹架、提問、追問、鼓勵小組討論、關心解題較慢者的反應等等，同時全老師在最後下結論時，也將概念圖的部分內容遮起來，再帶著學生逐步一起解開謎底。整體教學過程，讓人由衷的佩服其精練的教學策略、對學生認識知識的深入理解、以及其對學習素材深淺度的掌握，都讓人拍案叫絕。在這一堂課我們看到教師搭鷹架、學生透過討論主動建構、最後分享與討論；從師生共構、生生共構、再到師生共構，充分展現課堂是學生與教師共享的殿堂（見圖4）。 圖3：學生將討論後的化學反應過程寫在環繞在教室三面牆上的黑板    圖4：簡易的酒精燈與實驗包（左），同儕相互討論、辯證（中），全老師的總結與討論（右） n  同課異構的教學 國內對於「同課異構」教學的概念應該是較少接觸，然而這在大陸行之有年。顧名思義，「同課異構」教學就是以不同方式的教學法來闡述相同主題的內容。教師可因個人對學生背景知識的理解以及個人學科教學經驗與知識，而設計出不同的教案與教法，據此進行教學展示與分享。 此次我們在5月24日參訪位於北京圓明園內的101中學，這所歷史悠久的中學，培育出許多當代知名人物與領導人，其校園果真名不虛傳，處處皆是景，美不勝收，想必在此求學者必是一群得天獨厚的孩子。如前所述，在此校我們進行〈元素周期律表〉以及〈元素分類〉複習課程的同課異構教學。101中學派出兩位化學教師（白老師和康老師）上臺教學，而臺灣也派出兩位教師（鍾曉蘭老師和王瓊蘭老師）針對週期表進行教學，四位化學教師的教學對象都是101中學的學生。這對臺灣教師而言，也是一項挑戰。 為了讓觀課教師可以進行觀察，學校安排一個大講堂，授課教師、聽課學生、實驗器材、桌椅通通搬到舞臺上（見圖5），同時便於觀察，現場還有電視近距離現場直播每組學生小組討論時的情景，以及動手做實驗和手寫作業單的情形一覽無遺，最後再由王教授和我做相互點評。   圖5：同課異構的課堂教學觀課者（左，周冬冬拍攝）和學生（右） 101中學的兩位老師分別著重解題策略和以透過實驗猜元素的遊戲方式進行元素性質的推理活動，兩位老師的口條都非常好、內容條理分明、逐步引導學生思考，讓人印象深刻。臺灣教師的教學顯得較為活潑，鍾老師使用角色扮演的方式來說明元素形成化合物的過程，學生對於這樣的教學一開始有點錯愕，大概從未思考過用角色扮演學化學，然而很快便進入情況，這樣的活動雖是以較活潑的角色扮演為主，但是其設計活動背後的理念是希望學生以系統性的模型方式透過自我建構的建模歷程逐漸發展出化合物中元素鍵結的關係，由於時間有限（20分鐘）鍾老師未能在活動中展現完整的建模歷程（見圖6左），僅點到為止。而另一位王老師事前從臺灣帶了許多實驗教具（包括元素卡片、元素的特色實驗等），同樣的高估了可運用的教學時間，使得許多實驗都無法如期完成，甚是可惜。但是王老師將週期表101元素以及臺北101大樓和該校校名結合，透過介紹週期表引進化學史，也讓人耳目一新（見圖6右）。無論如何，這次的交流顯示大陸教師對於建模式教學較為陌生，教學著重解決問題的策略與嚴謹的知識架構，而臺灣教師的教學較為活潑並能適當地引入與生活相關的實例，兩岸高中教師都面臨大學入學考試成效的壓力，但在教學方法上卻有明顯的不同，值得相互學習與自我反思。    圖6：新北高中鍾曉蘭老師的同課異構教學（左），新店高中王瓊蘭老師同課異構教學（右，周冬冬拍攝） n  教學與實驗融合的課堂活動 化學是一門實驗的科學，透過動手做實驗，除驗證科學原理與原則外，也可以藉實驗過程享受與科學家相似的探索科學奧秘之處的愉悅。繼上海化學教學參訪之後，此次在北京參訪時再度發現，不論是立即驗證或探索課堂所學的內容，課堂上學生以小組方式透過使用簡易的實驗器材進行實驗與討論（見圖7），已是大陸化學教學的常態。 這次我們在北京14中、101中學、北師大二附中，都看到化學教師以實驗帶動討論，培養學生觀察與動手做的能力。以北師大二附中為例，即強調自主管理鼓勵主動實踐以及加強科研帶動學習工作創新，其校內的各種實驗器材完備，提供學生進行各種科學活動的機會。個人覺得將實驗器材帶到課堂上進行教學是很具創意的做法，除可直接進行實驗與原理原則相互呼應外，也可以讓教師在課堂上直接觀察學生操作技巧與資料整理的表現，教室空間雖不及實驗室大，但可在有限的實踐內快速檢驗學習狀況，不失為一種互補實驗室教學的做法。 除此之外，我們也看到北京師範大學化學系魏銳教授研發的微型化學實驗器材，提供了第一線化學教師教學上的使用，這些配合教科書設計的實驗微型器材，簡單易操作（見圖13），使得實驗可以很快的教室內就可以進行，也能即時觀察實驗現象與收集數據和分析結果，對學生而言，認識學理與實驗結合的效益大為提升。    圖7：課堂實驗活動（左），實驗包（右） n  北京大學化學學院人才培育 走進北京大學化學學院，首先映入眼簾的便是週期表（見圖8），其設計除讓人驚艷外，也不免讓人產生極高的好奇心想一窺究竟，極具創意。化學學院由資深段連運教授和教學副院長裴堅教授負責簡報及接待。裴教授開宗明義就點出北大化學學院的宗旨是在建立並完善通識教育和專業教育相結合的體系、為學生提供更多的選擇、調動學生的潛力與教師的積極性，並透過創新意識、國際視野、實踐能力，產生高素質的引領作用。裴教授還提到，北大化學學院希望學生（1）擁有跨學科解決問題和創新的能力以及（2）能在未知的知識和實踐領域提出問題。目標明確後便在課程設計上逐步朝向目標邁進，裴教授很自豪的表示近年來北大在人才培育上已有可觀的成效，會持續從課程設計上進行尖端人才培育的工作。他的報告讓我們不得不佩服北大人才培育的遠大目標是如何落實在實踐面上。對臺灣高教而言，這幾年來教育部投入相當高的經費在高教體系上，但是否在人才培育上亦有相對應的具體成效與願景，是個值得好好反思的問題，也是該具體進行評鑑的時候了。   圖8：北京大學化學學院的元素週期表展示 n  結語 此次北京行讓我深深體會到北京市參與高端備課的學校，在行政上的配合、在高等教育專家與中等教育教師的緊密合作關係、以及精益求精的磨課模式等等，讓化學教學頗具結構性，且對初任或資深教師皆產生極大的影響。至於課堂教學與實驗活動的結合，在臺灣則是較少見，個人認為這種簡易的實驗方式值得加以推廣，使學生得以做中學，理論與實驗數據相互佐證，透過動手動腦深化對化學的認識，並進行有意義的建構。而同課異構的交流更是促進教師相互學習與激勵彼此發展更具創意的教學模組，未來這類型的交流活動可以較為頻繁的進行，成為常態性教學的活動，以集思廣益激勵教師研發多元教案。大陸和臺灣在教師專業發展的制度上有明顯的不同，大陸教師的分級制度以及專業成長的嚴格要求，使得教師必須要不斷成長與研發教材、改變教法。然而，臺灣沒有教師評鑑辦法，整體而言，較難規範教師專業成長的途徑與要求。建議政府盡快落實教師評鑑制度，讓優質教師得以受到應有的肯定，也讓需要強化教學的教師有受到輔導教學的機會與管道。 n  致謝 此次參訪活動內容相當豐富，在此特別感謝北京大學前校長周其鳳院士、北京師範大學化學教育研究所王磊教授的精心安排，使我們此行收穫滿滿。此外，也特別感謝我們參訪的北京師範大學化學教育研究所的師生熱情的招待（以及周冬冬博士生全程陪伴），以及北京大學化學學院的裴堅副院長和段連運教授人才培育資訊的分享、北京101中學、北京師範大學第二附屬中學以及北京14中學的校長、行政人員、教師、以及學生給予我們最具教育價值的觀課與教學心得交流。此行還有臺灣師大科學教育研究所許瑛玿所長和楊芳瑩教授、大考中心吳國良研究員同行，以及化學教師（鍾曉蘭、鐘建坪、王瓊蘭、廖旭茂、劉曉倩）、生物教師（湯偉君、張瑜紋）與地球科學教師（莊福泰、汪慧玲、萬義昞、謝莉芬、金佳龍）一行16人，感謝大家的熱情參與。在此一併致謝。