軟體與平台在中小學化學教學上的應用：用Yenka軟體輔助教學及實作評量 –以五年級上學期南一版第三單元空氣與燃燒為例 林禹伶 國立臺北教育大學自然科學教育學系碩士在職專班 aa20091125@gmail.com 壹、前言     「哇!哇!燒起來了!」「哇!哇!爆炸了! 」今天我們利用YENKA化學實驗模擬軟體讓學生們預測接下來的要做實驗的結果，學生們的眼光緊緊地被電子白板上YENKA的實驗模擬結果所吸引，也期待著接下來的實驗操作會有什麼驚喜。YENKA化學實驗模擬軟體是在使用電腦的環境下，提供多種實驗藥品和器材，讓教師能針對教學需要進行設計的軟體。其中因為是在使用電腦的環境，能讓學生安全的進行各種模擬的化學實驗，提供了孩子們探索以及大膽嘗試的機會。     以前在帶班擔任導師時，曾目睹自然與生活科技科任老師因為安全、器材短缺及沒有實驗室的考量，在進行化學實驗教學時，只見到自然與生活科技科任老師帶著一組實驗器材，讓所有的學生以自然與生活科技科任老師為圓心圍成一圈，只用眼睛觀察由自然與生活科技科任老師自己一個人所做出來的實驗。學生完全沒有動手做實驗的機會，即使學生用心觀察，但也只有一次機會來觀察那稍縱即逝的實驗結果。看到這樣的畫面令人震撼，同時也思考有沒有什麼方式能讓所有的學生都能進行與課程相關的實驗。在臺北教育大學自然科學教育學系進修時，在周金城教授的化學特論的課程介紹下接觸到YENKA化學實驗模擬軟體，並向臺北教育大學自然科學教育學系借安裝有YENKA化學實驗模擬軟體的平板電腦，實際應用在新竹某工業區附近，中型規模的小學五年級兩個班，學生的家庭背景多元，兩班共有54位學生，我們針對學校所使用教材南一版五上第三單元空氣與燃燒來設計YENKA實驗。       YENKA化學實驗模擬軟體的優點在於可以在不用連接網路的環境下使用模擬軟體。除了利用桌上型電腦外，還可以利用電子白板、筆記型電腦或平板電腦操作，但電腦或平板電腦的設備必須為Windows作業系統，並非Android或iOS介面的平板電腦。這次使用9台ASUS Transformer Book T100TA觸控電腦，讓27位學生分成9組，每組三人，共同學習操作與討論。建議學生分組為三人一組，平板電腦讓同學輪流到中間的操作，旁邊兩位學生可以不受干擾一起觀察。也因為三人一組，所以可以進行同儕對話與討論。 貳、以YENKA化學實驗模擬軟體作為預測實驗結果的課程設計     南一版五年級上學期第三單元空氣與燃燒課程銜接上，是承接三年級上學期第三單元空氣單元，與六年級下學期第二單元防鏽與防腐。學生在三年級上學期第三單元空氣學會空氣是會流動以及空氣佔有空間的概念。在五年級上學期第三單元空氣與燃燒繼續先由空氣開始，先討論生活中燃燒的現象，到自製氧氣瓶和二氧化碳瓶，並檢驗氧氣和二氧化碳的特性，進而探討燃燒要達到有可燃物、助燃物及必須達到燃點這燃燒三要素，並學將這燃燒三要素應用在生活當中，了解滅火原理進而減少火災的發生。 圖一:課程銜接情況(引自南一教師手冊P226，2017)     五年級上學期第三單元空氣與燃燒著重於化學實驗，其中包含了四個實驗: 實驗一:空氣幫助燃燒？、實驗二:氧氣的特性、實驗三:二氧化碳有什麼特性？、實驗四:燃燒須達到燃點。除了藉由實驗觀察及歸納實驗結果外，還著重於各項實驗器材的使用及藥品安全的處置方式。 YENKA化學實驗模擬軟體並非取代動手做實驗操作，而是藉由設計實作或實作評量，讓學生藉由操作流程中了解實驗的目的，而不是背誦實驗結果，學生藉由實驗理解現象，而非直接灌輸給學生。由於模擬軟體中的實驗器材的仍有不足，因此想讓所有的學生都能進行和課程完全相同的實驗有困難，不能將課程中所有實驗全部都由YENKA化學實驗模擬軟體來取代。因此YENKA化學實驗模擬軟體如何幫助自然科教學，需要再思考轉化成可以設計的實驗。最後，教學上仍保留了實際的實驗操作，但以YENKA化學實驗模擬軟體作為實驗前引起動機並藉由操作讓學生思考需要準備什麼實驗器材，並藉由電腦操作預測實驗結果。最後在課程的最後利用YENKA化學實驗模擬軟體設計實作評量來了解學生是否學會。呈現的教學為虛擬–實際–虛擬的流程。如下表，以實驗二、氧氣的特性為例: 圖二: YENKA化學實驗模擬軟體的教學流程 圖三:實驗前，利用電子白板呈現 YENKA化學實驗模擬軟體讓學生進行預測     圖四:預測後進行實際實驗操作   參、   利用YENKA化學實驗模擬軟體做為實作評量的實驗設計     在課程進行最後，設計了兩個YENKA化學實驗模擬軟體實驗，讓學生以三人為一組，每一組一台觸控電腦，以小組合作的方式完成學習單上的問題，檢視學生對於課堂知識吸收了多少。 實作評量一:未知氣體特性的觀察與歸納        我們在實驗一設計了四種未知氣體，讓學生觀察及歸納各種未知氣體的特性，作為實驗二的複習及引導。其中未知氣體一為呈現黃綠色的氯氣，未知氣體二是無色不具有助燃性且使澄清石灰水變混濁的二氧化碳，未知氣體三是無色具有助燃性的氧氣，並加入了無色但遇到火會產生爆炸的氫氣的未知氣體四。     這次的實作評量加入國小實驗中不常使用的兩種氣體:氯氣和氫氣，來作為概念應用作為學習成效判斷的依據。黃綠色的氯氣具有助燃性及毒性，會刺激人體的呼吸道系統。氫氣是高度易燃與空氣混合後會產生爆炸的危險氣體，在最近填充氣球的氣體的新聞中頗具爭議，因為明星的加持下讓填充氫氣的波波球一夕爆紅，但國內外仍有填充氫氣的波波球發生爆炸而傷人的案例。這些氣體平時在實驗室中使用時就要小心謹慎。但因為使用YENKA化學實驗模擬軟體提供安全的實驗環境，並仍可讓學生認識不同氣體的燃燒特性。讓學生能經由操作YENKA化學實驗模擬軟體認識不同氣體，亦在安全無慮的環境下進行辨識，讓學生盡情的探索。這是YENKA化學實驗模擬軟體最大的優點，除了在實作評量中學會操作實驗外，也提醒學生除了認識這些氣體危險性，更要學會辨識、遠離和保護自己的能力。實作評量的實驗設計，如下所示。 一、實驗器材:      氯氣(未知氣體一)、二氧化碳(未知氣體二)、氧氣(未知氣體三)、氫氣(未知氣體四)、發紅的線香、燃燒的線香、澄清石灰水。 二、操作步驟 (一)步驟一:一次只選一種氣體，先觀察氣體的顏色，再將觀察到的現象記錄在學習單中如圖所示   圖五:實驗一氣體比一比 圖六:實驗一學習單   (二)步驟二:放入檢測器材，例如發紅的線香，觀察發生的變化，並將實驗結果記錄在學習單中      圖七:氯氣，氣體為黃綠色具有可燃性，因此檢測工具不會熄滅與透明無色的氧氣和二氧化碳有明顯的差別 圖八:二氧化碳，透明無色的氣體，不助燃，會使澄清石灰水變混濁 圖九:氧氣，透明無色的氣體，具有助燃性 […]