校本必修與多元選修:發展與實踐校訂課程 鍾曉蘭 新北市立新北高級中學 教育部高中化學學科中心 chshirley2007@yahoo.com.tw 引言 108課綱將學校課程分為二種類型,除了部訂課程,另有校訂課程。學校發展本位課程可以透過課發會的運作擬定課程計畫,並組織課程領導及學習社群,鼓勵教師進行教學研究及進行公開授課。新課綱提倡的校訂課程,強調以學生為本,鼓勵跨域課程與協同教學,提供學生更多元且豐富的學習,藉以發展學生的核心素養。然而大部分的教師們習慣以課綱的學習內容為基礎,依循著教科書的教學架構逐步進行教學,因此對於校訂課程有許多的疑義與實際執行上的困難,包括:如何進行跨域共備、如何找尋合宜的教材、如何設計教學活動與多元評量,這些都是現場老師們目前面臨的挑戰。本期專刊分享六所高中的校訂必修與多元選修課程,提供教師設計課程的示例,祈願對於教師們在設計新課程時,能有所幫助。 本期專刊介紹 本期的專刊是介紹校訂課程之校本必修與多元選修,首先,由張明娟老師與吳德鵬老師介紹武陵高中榮獲108年度教育部教學卓越獎的校訂必修課程—千塘桃花源,此課程融合九大科教師,在不斷的嘗試與共備中,找到武陵人的核心課程:埤塘學。希望學生藉由探索桃園遍布各區的埤塘,引發學生關懷環境永續,培養其社會責任與探究能力。其二,由中山女高曹雅萍老師分享多元選修—專題研究法,主要對象為數理資優班的學生,課程分為一般探索、研究方法訓練、獨立研究實作三大主題,期許未來能推廣到對獨立研究有興趣的普通班級學生。其三,筆者根據新課綱的課程設計理念,設計一門跨領域的多元選修課程—科普寫作與傳播,學生從觀看科普文章、科普影片中,找到有興趣探究的議題或科學主題,不僅學習科學概念,也同時引導學生進行發現問題、規劃與研究、論證與建模、表達與分享等探究的歷程,將學習的成果寫成小論文與製作科普小影片,促進科學知識進入個人和社會生活。其四,竹山高中陳映辛老師與馮松林老師以科學宅急便活動為基礎,發展的多元選修—生活科學家及科學志工,是以科學實驗探究及生活科學實驗為主體,讓學生從基本實驗操作能力學習開始,學習如何做科學探究,並結合生活相關之科學實驗,讓學生能於日常生活應用科學,做一個生活科學家,最後學生將所學的科學進行志工服務。其五,高雄中學林威志老師與林宗益老師分享的多元選修—化學入門(Ⅰ)(Ⅱ)與化學宅急便,強調「化學即生活;生活即化學」,所有的化學學習都與生活離不開關係!最好的教育就是從生活中學習、從體驗中學習,讓學生能在生活中印證化學原理和概念。其六,花蓮女中陳斾玎、謝文靜及陳文燕三位老師,以跨領域合作設計多元選修課程—花女福爾摩斯:談鑑識、文學、司法,課程依照教學順序,分為鑑識、文學、司法三部分,由化學科探討鑑識科學採集現場其他跡證相關原理,透過實作開始引發學習興趣,國文科作為橋梁,進行犯罪學討論、推理小說續寫、冤獄文學共賞等課程後,以公民科的法律課程接續,進行議題討論、案件分析、模擬法庭,期待能在此課程帶入科學探索、文學賞析、司法嚴謹,並解此培養學生思辨能力。
校本必修與多元選修:武陵高中校定必修:千塘桃花源 張明娟1,2,a、吳德鵬1,2,b 1桃園市立武陵高級中學 2教育部高中化學學科中心 abcat1764@gmail.com、bdepeng.tw@gmail.com n 前言 武陵的學生很會念書,武陵的升學率很好,但在高分數高學歷的成就底下,學生到底學會了什麼?離開會考、學測,丟掉紙筆測驗後,學生對高中三年所學還會記得什麼?武陵的學生很有能力,在個人成就之外更希望能對團體、社會、環境有所認識與貢獻。武陵的老師在努力教學外更希望學生能認識環境和關心社會。此課程融合九大科教師,秉持著對教育共同的信念和嚮往,在不斷的嘗試、磨合與共備中,終於找到武陵人的核心課程「埤塘學」。遍布各區的埤塘,是來自桃園各處學生的共通點,希望藉此發掘在地文化,厚植家鄉情感,關懷環境永續,培養社會責任。 武陵漁人撐篙推行,帶著武陵人穿梭古今,尋找桃花源,讓桃園埤塘閃爍的波光,成為武陵人胸前最美的勳章,更希望課程設計的用心,讓學生能主動的學習,真正的學習,共築武陵教與學的桃花源。 此必修課一學年2學分與多元選修對開(參見圖1),武陵高一普通班共18班,所以一學期會有9個班級的學生同時上這門埤塘學,又是跨領域的課程,協同教師有18位在同一時間授課。課程有三大模組分別是:緣溪行(探索扎根)→漁人出(思辨融貫)→桃花林(實踐互動)共十八周課程,其中前十二周課程為知識探索(緣溪行)與思辨融貫(漁人出)課程,教師跑班的模式進行,後週的課程為實踐互動之共同課程,帶領學生製作與埤塘相關的多元成果。而本文僅分享緣溪行(探索扎根)模組中的「埤塘的科學模擬與檢測–化學篇」。 圖1 千塘桃花源課程設計理念圖 n 緣溪行(探索扎根)模組:埤塘的科學模擬與檢測–化學篇 如何知道埤塘受汙染了?透過水質檢測,引導學生探查各區域埤塘健康程度的方法,也幫助了解環境變化的趨勢。讓學生習得水質好壞的判斷方式,了解埤塘與桃園生活環境的相關性,進而宣導及實踐永續經營的理念。利用埤塘中常見的「水黽」觀察出發,結合「表面張力」的原理,讓學生探索不同水質表面張力特性,同時發現埤塘若受到些微水汙染便可對水黽造成巨大影響,進而思考埤塘污水處理的重要性。希望透過小組討論、資料查找、實驗解釋,培養學生實作能力與原理探索的興趣,期待埤塘能帶起學生對水資源保護的意識(桃園埤塘相關照片見圖2)。 圖2千塘之鄉–桃園 (照片出處:中原大學設計學院院長陳其澎演講投影片) 針對學校之水質進行檢測實作(自來水、收集環境水質樣本),先讓學生學習檢測水質的相關原理後,進行實際操作,包括水中溶氧的檢測、水質導電度的檢測。 (1) 水中溶氧的檢測: 水質的好壞與水中溶氧的關係最直接,所以我們在先以市售試劑檢測,並讓學生推測所含成分及原理,並檢測出水中的溶氧量(DO值),來推測水質的優劣(詳見圖3),在室溫下溶氧量(DO)的汙染指標如下表1: 表1 室溫下溶氧量(DO)的汙染指標 水質/項目 未(稍)受污染 輕度污染 中度污染 嚴重污染 溶氧量(DO)mg/L DO≧6.5 6.5>DO≧4.6 4.5≧DO ≧2.0 DO<2.0 圖3 水中溶氧的檢測之試劑(左圖)與學生實作(右圖) 其中檢測的原理為碘定量法,這個部分與108課綱加深加廣化的化學課程可以做結合,但是因為我們學校的校定必修是在高一實施,所以我們在學習單中先設計一題範例如下。 l 以下是有關溶氧測試劑的相關方程式 […]
校本必修與多元選修:中山女高多元選修:專題研究法 曹雅萍 台北市立中山女子高級中學 教育部高中化學學科中心 yapingchem@gmail.com n 前言 108課綱正式上路後,總綱明定:學生需修習「跨領域/科目專題」、「實作(實驗)」或「探索體驗」等課程類型之相關課程,至少合計 4 學分。而資賦優異相關之特殊需求領域課程綱要更是明訂「獨立研究」為數理資優班的課程學習內容,並分為一般探索、研究方法訓練、獨立研究實作三大主題。為因應此一變化,而設計此一多元選修課程,主要對象為數理資優班的學生,期許未來能推廣到對獨立研究有興趣的一般班學生。 n 課程設計理念 為了配合培養學生獨立研究的目的,本課程著重面向如下: 1. 建立學生正確的學習方法與態度,培養學生自學與團隊合作的能力。 2. 學習並了解完整研究方法,以奠定科學研究學習的基礎,期許學生具有進行專題研究的能力。 前面3周課程主要目的在培養學生的自學能力,內容包括:介紹如何運用合適的關鍵字,並以搜尋引擎或學術搜尋引擎蒐集資料;介紹獨立研究經常用的資料庫,例如碩博士論文系統和台灣雲端書庫等;最後則介紹如何將蒐集到的資料進行分類整理與儲存,並說明如何引用參考資料,與參考資料的引註格式。此部分的教學是在電腦教室中進行,讓學生進行實際上線操作。 之後,則選用適當的科展報告為主題,讓學生拆解並分析科展報告主要的架構,並以他人的科展報告,製作概念圖與摘要。主要目的除了瞭解獨立研究報告的組成元素外,還希望訓練學生的閱讀理解與摘要能力。 數據處理能力與專題研究能力的培養,則是課程接下來的主要目標。分別是由數學老師說明如何以excel處理數據,如何有效運用圖表解釋數據,以及誤差的意義;科學老師則以浮冰和反應速率為主題,說明為何要進行實驗設計,以及如何進行實驗設計;最後再以CER(claim、evidence、reasoning)架構,介紹如何對數據進行論證與解釋。 至於評量方面,除了過程中以學習單,進行形成性的評量外,會再根據不同的主題單元,以不同形式進行總結性的實作評量,共包括以下幾個部分: 1. 應用所學的資料蒐集方式,尋找自己有興趣的研究主題,將資料閱讀整理後,參考科展基本架構(不包含實驗結果、討論與結論)寫出專題實驗計畫書,並需以正確格式引用參考資料。 2. 2人一組,以團體合作的方式,進行實驗設計,並將實驗主題、實驗目的、實驗設計、實驗記錄(自行設計表格)和實驗結果(圖表呈現)完整以海報呈現,並以3分鐘時間進行口頭發表。 3. 應用所學的CER論證架構,完成學習單。學習單內容則提供台灣周遭歷年海水溫度變化、歷年烏魚產量與區域圖關係,以及不同立場的大陸烏魚進口相關報導文章。 18週課程設計如下表一,以下將針對實驗設計與CER的課程,簡介課程實施狀況。 表一:18週課程單元與內容綱要 週次 單元/主題 內容綱要 1~2 自主學習策略 1. 資料整理工具介紹。 2. 資料蒐集網站介紹。 3. 自主學習工具介紹(雲端資料儲存、資料庫和資料整理等)。 3 資料蒐集與整理 實作 1. 以自己有興趣的議題出發,蒐集相關資料並整理。 4~5 專題報告 大綱解析 1. 以科展作品賞析出發,介紹專題的內容與流程 2. 閱讀策略-擷取資訊與概念圖介紹 […]
校本必修與多元選修:新北高中多元選修-科普寫作與傳播 鍾曉蘭 新北市立新北高級中學 教育部高中化學學科中心 chshirley2007@yahoo.com.tw n 前言 108課綱強調培養學生自主行動、溝通互動及社會參與,以核心素養作為課程發展之主軸,不僅注重各教育階段之間的連貫(12年一貫),並發展各領域或科目之間的統整 (跨領域/跨科目的課程)。在化學課綱針對科學、科技與社會的主題下(見圖1),小學階段的學習內容是「引入科技連結科學與生活,引導學生閱讀、理解並思辨新聞中的科學」,國中階段為「強調不同材料對生活與社會的影響,及探討各種發電方式與新興能源對社會、環境等的影響」,到了高中階段則為「強調化學製造流程對日常生活影、社會、經濟、環境與生態的影響,並探討科學性的社會議題(Socio-scientific issues,簡稱SSI)。」(國家教育研究院,2018)。 圖1 化學課綱中關於科學、科技與社會的主題下,各教育階段的學習內容 筆者根據上述課綱的理念,希望設計一門跨領域的多元選修課程,引導學生從觀看科普文章、科普影片中,找到有興趣探究的議題或科學主題,不僅學習科學概念,也同時培養學生進行探究的歷程(發現問題、規劃與研究、論證與建模、表達與分享),並積極參與科學知識的傳播,將學習的成果寫成小論文與製作科普小影片,促進科學知識進入個人和社會生活。 n 課程設計理念 筆者本身是高中化學教師,不專精於小論文撰寫與影片剪輯技術,因此邀請本校的圖書館主任(帶領小論文撰寫)與電腦老師(教授PPT製作與影片剪輯技術)一起協同教學,筆者主要是引導學生進行整個科學探究的與影片腳本的設計。 本課程育培養學生的核心素養如表1所示,學習評量主要是:成果與口頭發表(20%)、學習單(20%)、小論文(30%)及學生自製科普影片(30%)。對應學群為:資訊、工程、數理化、醫藥衛生、生命科學、地球環境及大眾傳播。教學資源請參閱表1。 表1 科普寫作與傳播課程設計相關內容 課程名稱 科普寫作與傳播 學分數 2 (高一) 師資來源 o校內單科 █校內跨科協同 o跨校協同 o外聘 課綱 核心素養 A自主行動 oA1.身心素質與自我精進█A2.系統思考與問題解決 █A3.規劃執行與創新應變 B溝通互動 █B1.符號運用與溝通表達 █B2.科技資訊與媒體素養 █B3.藝術涵養與美感素養 C社會參與 █C1.道德實踐與公民意識 █C2.人際關係與團隊合作 oC3.多元文化與國際理解 學習評量 1. 成果與口頭發表(20%) 2. 學習單(20%) 3. 小論文(30%) 4. 學生自製科普影片(30%) 對應學群 █資訊 █工程 […]
校本必修與多元選修:竹山高中多元選修: 生活科學家及科學志工 陳映辛1、2*、馮松林1、2 1國立竹山高級中學 2教育部高中化學學科中心 *cs60006@gm.cshs.ntct.edu.tw 前言 竹山是位處南投縣南邊之偏鄉,各項活動及資源貧乏,學生在知識上的刺激也比較少,多數學生在學習上自信心不足,尤其對科學的學習更是力不從心。科學學習一直被視為需要有高層次的認知能力,在課堂上充滿繁雜的計算及講解,常使學生視自然科學為高深及難以親近的學科,尤其在鄉下,學生缺乏接觸和學習科學的環境,一直是學習科學的弱勢,科學的不親和,其實不應該成為學習的最大障礙。筆者期望藉由學生動手做實驗,讓學生體驗科學知識之美。 竹山高中自101年辦理科學宅急便活動,以學生發展科學闖關活動為基礎,帶動學生學習科學的風潮,在指導學生動手實驗的過程,才體認到動手實驗是偏鄉學生學習科學的新契機,學生做實驗時所展現課堂教學見不到的創意與自信,感動了我們。讓學生動手實驗的成功,促使我們反省在偏鄉教學的新意義。 本課程架構(如圖一)是以科學實驗探究及生活科學實驗為主體,讓學生從基本實驗操作能力學習開始,學習如何做科學探究,並結合生活相關之科學實驗,讓學生能於日常生活應用科學,做一個生活科學家。課程最後是以科學活動引導學生做科學探究,實施方式是透過辦理「竹山高中科學宅急便」科學闖關活動,學生以自己設計科學實驗做為闖關實驗關卡,並且以服務學習之精神用科學做志工服務。 圖1 竹山高中科學宅急便課程架構 課程設計理念 課程設計理念如下表1: 表1 課程設計理念 項目 內容說明 設計理念 1. 將課程劃分為認識科學活動、實驗基礎訓練、科學在日常生活的應用、科學志工服務學習四部分 2. 讓學生利用動手做來認識科學之美 3. 安排一些趣味性較高的實驗,幫助學生克服做實驗的心理障礙,並藉由簡易實驗讓學生習得實驗技巧 4. 介紹身邊常見芳香植物中的化合物,並製作成生活用品 5. 發揮創意將趣味及科學原理結合,發展成關卡,並應用於科學志工活動中 配合課綱 基礎化學、基礎物理 、基礎生物 教學目標 1. 藉由探究式實驗帶領學生認識科學之美並提升學習科學的興趣 2. 帶領學生認識科學基本知識及實驗中常用的器具及方法 3. 培養學生思考及解決問題的能力 4. 訓練學生動手實作、撰寫報告及表達的能力 5. 培養學生發揮團隊合作精神在指定時間內完成實驗及報告 6. 帶領學生認識校園芳香植物,了解其所含的化學物質及在日常生活中的應用 7. 帶領學生了解竹山高中科學志工的活動及使命。能夠運用自己的一技之長,帶領國小、弱勢團體的學生透過科學闖關活動來認識科學原理及其應用,進而提升對科學的興趣 教學活動 1. 教師介紹或講解 […]
校本必修與多元選修:高雄中學多元選修:化學入門(Ⅰ)(Ⅱ)與化學宅急便 林威志1,2,a,林宗益1,2,b 1高雄市立高雄中學 2教育部高中化學學科中心 carrot710305@gmail.com blty5622@yahoo.com.tw n 前言 為因應新課綱的課程變革,108學年度入學的高一新生,畢業總學分至少150學分,其中至少40學分是選修課,且各校選修課不盡相同。而新課綱一個很重要改變是,必修課減少,選修課變多,因此雄中提早因應新課綱發展,推出特色課程選修,並進行全校大跑班,讓高一學生提早培養安排選課的能力,並且為升大學的備審資料做準備。另外,教育部高中化學學科中心自2010年底起為2011國際化學年造勢,開始籌畫「化學宅急便」活動,至今已有10周年的傳承,強調「化學即生活;生活即化學」,所有的化學學習都與生活離不開關係!最好的教育就是從生活中學習、從體驗中學習,讓學生能在生活中印證化學原理和概念。因此該班的成立兼具了兩大任務。一為讓學生提早接觸化學,培養實驗探究操作能力;二為擔任化學宅急便闖關關主,讓學生體驗”做中學”的能力。 n 課程設計理念 此必修課一學年2學分,同時由兩位老師共同授課(表1),主題為酸鹼、氧化還原、沉澱與綠能等生活中的相關化學,並搭配相關化學宅急便活動,激發出學生探究、思考並解決問題的能力。表2與表3為上下學期的開設課程流程表。 表1 特色課程開設計畫 科目名稱 化學入門(Ⅰ) (Ⅱ) 開設年級/學期 一年級 學分數 2+2 任教老師 林宗益、林威志 教學目標 1. 提昇學生化學興趣並拓展化學視野,以激發學生潛能,增強化學素養並落實於生活。 2. 藉由化學實作課程,增加學生系統思考與問題解決的能力。 3. 培養化學興趣,認識化學方法,增進個人自我學習、推理思考、表達溝通之能力。 4. 增加學生主動探究、規劃執行的能力,並能以獨立思考或團隊合作方式完成目標。 5. 增進學生能就生活中與化學相關的事件或現象,尋求證據導向及理性判斷的思考與觀點。 *週次內容配合學校活動可能順序有所變動 表2 化學入門(Ⅰ) 週次 學習/探究主題 評分方式 說明 1 選課準備週/器材清點 2 1.實驗室安全守則 2.實驗室的介紹與實驗器材的認識 3 演示實驗(1) 繳交報告 練習寫出實驗目的、步驟流程與實驗結果 4 […]
校本必修與多元選修:花女福爾摩斯:談鑑識、文學、司法 陳斾玎*、謝文靜、陳文燕 國立花蓮女子高級中學 *imeasternking@gmail.com n 前言與課程設計理念 新課綱強調素養導向、進行跨域學習並建立可遷移的能力,在課程方面除必修課程外,更多出依各校特色而立的校定必修,以及增加學生適性學習的自主學習、彈性時間、多元選修等,此改變可以說對傳統教育方式有極大衝擊,但同時也是從核心理念上改革教育的契機,面對快速變遷的社會,教師不可故步自封,應肩負使命勇敢創新。 隨著偵探小說、影集發達,大眾對於案件偵查均有基本認識,但現實人生不如戲劇,生活所接觸到的訊息均經過篩選,如何客觀分析證據不被煽動,成為重要能力。本課程企圖透過偵探這個主題延伸,將實作較多又可開啟議題思考的鑑識科學安排於學期開始,而居中的文學扮演承先啟後作用,除了帶領學生重新思索犯罪學,更能藉由小說中證據與劇情增進邏輯思考,最後才由司法總結,藉由前段課程引出法律,分析構成犯罪要件、實際案件探討,並安排一週次實地走訪地方法院旁聽審判以及期末成果發表,期待能在此課程帶入科學探索、文學賞析、司法嚴謹,並解此培養學生思辨能力。 n 課程規劃表與評量方式 課程依照教學順序,分為鑑識、文學、司法三部分,由化學科探討鑑識科學採集現場其他跡證相關原理,透過實作開始引發學習興趣,國文科作為橋梁,進行犯罪學討論、推理小說續寫、冤獄文學共賞等課程後,以公民科的法律課程接續,進行議題討論、案件分析、模擬法庭,其中各週次探討主題如下表一。 表一課程規劃表 本課程由三名教師共同開課,每週上課至少有兩名教師在場,一名主講,另一名則觀察並記錄課堂狀況,期初會建立該學期課程line群組,做為作業電子檔上傳的平台,並抽籤決定活動及期末報告分組。 各課程的主題名稱各異但內容橫向串連,除了可使相關知識加深加廣外,更可讓學生再三省思。舉例來說,鑑識科學課程中推定試劑實驗,同時介紹各時代小說中出現的鑑識科學相關技術,文學課則以系列小說進行創作續寫。而鑑識課程針對試劑受干擾引起的偽陽性反應做探討,搭配日本冤案足立事件以及李昌鈺博士的蘇建和案鑑定報告影片相關片段,簡介司法改革基金會,讓學生理解科學的不足並開啟其思考證據或制度可能導致的冤假錯案議題,而後文學課就能以更嚴謹的態度進行《被誤解的犯罪學》共讀,提升學生對於犯罪學的認知,並進入冤獄相關作品《1.638坪的等待──徐自強的無罪之路》賞析、經課程討論並自行查找資料後,學生須模擬受害者家屬、被告、被告家屬、雙方律師、法官等不同立場角色,拍攝2分鐘的影片,上傳至課程群組。各組影片的角色由抽籤決定,形式可為訪談、事件片段示意、記者報導或當事人日常…等。而司法課時會從法律定義的犯罪構成要件、犯罪與除罪化議題辯論,讓學生改變視角探討議題,並重新以法律角度理解蘇案等司法冤獄於制度、法規、現實等面向的困境,引入法院與審判的過程,再搭配司改會的模擬法庭劇本《撿屍疑雲》讓學生實際體會陪審團制度,增進學習成效之餘,更能提升其對公眾議題的責任感。 本課程評分方式分為平時成績60%與期末報告40%。其中平時成績三位教師各佔20%,依照各課程日常作業或學習單狀況評分,可能為書面(學習單、模擬案件偵查報告、小說創作海報、模擬判決書)、口頭報告(案件結果報告、議題討論口頭報告、小說創作說明、議題討論意見彙整)、影音影像檔案(證據測試實驗照片、犯罪現場分鏡照、冤獄探討模擬影片)三種不同形式。期末報告則以抽籤方式決定主題,依照主題會有不同作業要求,作業要求如下: 1. 鑑識科學組(3人一組共四組):以現實案例、影集、小說等任何案件為題材,完成案件分析報告,內容須包含案件背景經過、定罪或翻案證據、反向論點及理由。 2. 文學賞析組(1人一組共三組):以教師給予主題與角色設定,擴寫為短篇推理小說,口頭報告時需說明故事大綱、人物關係、事發經過、定罪證據。 3. 司法議題組(3人一組共三組):依照課堂上提及卻未深入說明的案件進行相關法律分析,例如行為人舉動可能觸犯的法規,以及最後舉動對應的法條。 選修同學來自不同班級,為不增加學生選修課負擔,多數分組作業可在課堂時間完成並即時上傳至群組繳交,少數作業會依學生狀況決定是否可延期繳交,而各組平日可依狀況與負責老師討論期末報告內容,並於報告前一次上課時間借用電腦教室,讓學生分組進行報告與投影片製作。 綜合來說,本課程設計出發點以應用為主,放入大量實作、案例討論、小組互動,提供學生學習後及時交流想法的平台,並以多元議題促使學生換位思考,增進其對社會議題關心、理解、分析之能力。 n 課程實施情形 本課程目前於花蓮女中僅完整施行兩學期(107學年度上、下學期),課堂側錄畫面見圖1.1~1.15: 圖1.1 現場物證採集 圖1.2 血跡證物測試 圖1.3模擬案件偵查海報 圖1.4指紋採集 圖1.5足跡採集與光源應用 圖1.6小說續寫與海報創作 圖1.7 共讀內容討論 圖1.8 共讀後發表 圖1.9學生影片作品截圖 圖1.10議題討論心智圖繪製 圖1.11模擬陪審法庭 圖1.12模擬判決書 圖1.13 法院參訪側拍 圖1.14 期末報告發表 圖1.15 期末靜態展布置 n 課程困難與建議: 1. 部分實驗的藥品、器材較冷門或單價偏高,導致部分材料在第一學期期末才送到,建議開課老師更早開始籌畫。 2. 課程較為新穎繁多,需再拿捏難度與深度。例如高一學生未學習實驗器材操作且公民課程亦未學習法律,先備概念較少,故教師須在內容上有些取捨並安排彈性時間。 3. […]
拉賽福與亞佛加厥常數 吳奕嫻、胡景瀚* 國立彰化師範大學化學系 *chingkth@cc.ncue.edu.tw n 前言 在高中的化學教室中,如果教師能夠引導學生以一個世紀以前的實驗數據,計算出亞佛加厥常數,並且將其與現代數字作比較,探究實驗的細節並計算所涉的原理,相信學生對於科學探究的本質一定能更有深刻的體會。 亞佛加厥常數()的準確數值為,1 12公克的碳-12含有個碳原子。雖然的數值對於化學家至為重要,但是其準確值的獲得是相當近代的事。一個世紀以前的科學家們也曾經嘗試各種方法以獲得的數值,由於這些數值與現代的數值相去甚遠,因此這些研究大多不被現代科學教科書討論。然而,這些古老、間接的方法來自於前輩科學家們的智慧,了解他們如何在準確度偏低的測量數據中,推演出亞佛加厥常數,是一件很有學習價值的事。 本文的目的是介紹二十世紀初利用兩組拉賽福(Ernest Rutherford, 1871 – 1937)的實驗數據,分別是在1908年的α射線的鐳–226()輻射速率實驗,2 和在1911年的從鐳–226()產生氦氣實驗,3 計算出亞佛加厥常數。值得一提的是,拉賽福本人並未計算出亞佛加厥常數,這個求得亞佛加厥常數的方法是在前面兩篇論文發表後的數十年,才由幾組科學家們提出,其中包括居禮夫人。4 n 計算亞佛加厥常數 利用1908和1911年的兩組拉賽福實驗數據,從α粒子實驗得到的的α衰變速率為,從氦氣實驗得到的α衰變產生氦氣的速率為。(此處d為day的縮寫,1 d = 86400 seconds) 由於在0℃且一大氣壓下氣體的莫耳體積是22.4L,因此利用以上兩個數據透過等式計算,可得亞佛加厥常數(),如式[1]所示: [1] 由式[1]計算,可得到,利用1908和1911年的兩組拉賽福實驗數據,得到的亞佛加厥常數其準確度令人驚嘆! n 兩組拉賽福實驗 一、鐳-226輻射α粒子的速率 在1908年,拉賽福和蓋格(Johannes Wilhelm “Hans” Geiger, 1882 – 1945)發表輻射α粒子的速率,他們的實驗裝置如圖一所示: 圖一:輻射α粒子的速率實驗裝置(圖片來源:https://archive.org/details/paper-doi-10_1098_rspa_1908_006) 圖一之右是偵測器(detecting vessel),抽氣至低壓(2-5 cm Hg)。A是包覆於電池正極的管柱,B是一條連到電池負極的電線,外加電壓。被α粒子游離的氣體,會將電流訊號放大數千倍傳到B。C為硬橡皮塞,D是讓α射線通過的小孔,直徑為數毫米,孔上裝有薄雲母片(將α粒子減速)。E為長玻璃管,輻射源可放置在距C不同長度的位置。F是活塞活栓,打開後α粒子可穿透到偵測器,G是磨口玻璃塞。 我們將鐳-226()的主要衰變路徑及其半衰期列於表一。 表一:的主要衰變路徑及其半衰期 (資料來源:https://en.wikipedia.org/wiki/Radium) 從鐳-226()衰變到比較穩定的鉛-210()過程中,共有4個反應會放出α粒子,有3個反應會放出γ射線。 拉賽福和蓋格將從暴露在大量數小時之後的固體移開,靜置十五分鐘之後幾乎完全衰變,所測得的α粒子幾乎都是從的β衰變後立即由產生。實驗測量10分鐘內衰變的α粒子數,並同時在上圖的垂直方向以另一個相似的偵測器測量樣品的γ射線強度。儀器只能量到能量較高的γ射線,由產生的γ射線。將測量得到的γ射線強度與處於「放射性平衡」(radioactive equilibrium)5 的標準品的γ射線強度作比較,推算出樣本的相對質量,再算出每單位時間單位質量釋放的α粒子數。 在拉賽福的時代,稱為”radium emanation”(蒸散後的鐳),、和分別稱為”radium A”、”radium […]
鈷錯合物多段感溫變色棒的製作 廖旭茂1, 2*、程慧文1 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 影片觀賞 本實驗影片由台中市立大甲高級中學提供,感溫變色棒的製作介紹。 影片網址:https://youtu.be/0WnOOqGF8ZI, YouTube. n 簡介 台灣是海島型氣候,每年三至五月,便會颳起南風,整個房屋的地板、牆壁濕濕黏黏的很不舒服;除了客廳、房間得用除濕劑,衣櫃內也要使用乾燥劑,到處都進行著一場防潮大作戰。 屋子怕潮濕,常見的糖果餅乾、維他命藥罐裡更怕潮濕;大家常常可以在各種食品包裝內發現一個小包裝的塑膠袋,裏頭裝著一小小顆透明的顆粒狀的乾燥劑;如果再往內仔細看,還會發現有幾顆的顏色是特別不一樣的藍色,如果過一段時間後,藍色球狀顆粒的顏色就會變成粉紅色。 圖1:含有氯化亞鈷的粉紅色的矽膠乾燥劑 國中學過利用氯化亞鈷試紙來檢驗水的存在,其實球型顆粒表面的藍色物質就是氯化亞鈷。本實驗將以氯化亞鈷的為主角,觀察在不同氯離子濃度下,溶液顏色的變化,隨即讓同學利用各種溶液在圖畫紙上預先繪製的圖案上色(如圖2),將藝術設計融入課程之中。最後選用溶液注入玻璃管或毛細管中,密封後製成多段變色的感溫棒。下圖為學生所繪製會變色的作品圖。 圖2:圖左為加熱前的顏色,圖右為吹風機加熱後的顏色(本圖為卓冠甫同學繪製) 期盼透過本實驗文章的分享,能拋磚引玉,將藝術、設計融入化學之中,提升化學原理在生活的應用性,並讓中小學的化學實驗能真正達到趣味性、動機性、安全性,符合綠色化學原則,落實永續教育的經營目標。 n 器材與藥品 一、器材: 每組需要:試管10支、試管架1個、小標籤紙10張、塑膠滴管3支、10 mL小量筒2支、玻棒1 支、外徑4mm PYREX玻璃管100公分長(或毛細管)、1mL塑膠針筒1支、水彩筆1支、鉛筆1支、吹風機1台、溫度計1支、透明矽利康1罐、600 mL燒杯2個、加熱板1台、冰塊一些、紫光雷射筆一支、抗UV護目鏡。 二、藥品: 無水氯化鈣CaCl2、氯化亞鈷晶體CoCl2.6H2O、UV光膠。 n 實驗步驟 一、比較不同氯離子濃度下,鈷錯離子的顏色變化 1. 取出10支乾淨試管,分別加入10 毫升、9.5毫升、9毫升、8.5毫升、8毫升、7.5毫升、7毫升、6毫升、5毫升、4毫升的蒸餾水,分別加入0克、0.5克、1.0克、1.5克、2.0克、2.5克、3.0克、4.0克、5.0克、6.0克的無水氯化鈣,依序配置成重量百分率濃度為0 %、5 %、10 %、15 %、20 %、25 %、30 %、40 %、50 %、60 %的氯化鈣溶液,並貼上標籤標示1~10號。標籤黏貼位置於試管的上緣處。每支試管中溶液之總重量為10公克。 圖3:不同氯化鈣溶液的配置 2. 將步驟1的10支試管中各加入約2.5克的氯化亞鈷晶體,以玻棒攪拌均勻。隨後以滴管吸取蒸餾水,以第1號試管的高度為基準,在2~10號試管中加入不等量的蒸餾水,溶液高度皆與1號試管等高,溶液最後的體積約10.5毫升。此時總鈷離子的濃度約為1 M。 3. 搖晃試管,或以玻棒攪拌,觀察並比較1~10號試管內容液顏色的差異,說明氯化鈣濃度的不同對顏色的影響。 圖4:不同氯離子濃度下,溶液呈現不同的顏色 4. […]
哈爾濱兩岸同題異構交流—氯及其反應性的建模教學 鐘建坪 新北市立錦和高中國中部 hexaphyrins@yahoo.com.tw 前言 去年(2019)8月底,邱美虹教授邀請本文作者參加12月底在哈爾濱市舉辦的兩岸同題異構教學交流,嘗試與大陸教師針對相同概念主題各自設計課程內容,再進行30分鐘實際教學,作為實質交流的基礎。本次教學主題主要植基於人民教育出版社出版的高中化學教材內容,章節分別是高一的「氯」以及高二的「酚與醇」,其中氯單元由本文作者負責授課,而醇與酚是由彰化高中劉曉倩老師進行教授。 過程記錄 由於臺灣來回直飛哈爾濱的班機只有星期五至星期一,因此星期二出發的我們從桃園機場至福建福州機場再轉機至哈爾濱機場,抵達哈爾濱機場時間已是晚上8點鐘。雖然行前在許多旅遊網誌讀取冬遊哈爾濱時需要留意的保暖事項,但是一下飛機迎面而來的刺骨冷風,依然令人印象深刻。許多人在哈爾濱機場內立即更換保暖的服裝裝備。 隔天上午完成會議報到手續之後,即由哈爾濱師範大學兩位研究生引領我們前往交流學校—哈爾濱市第三中學(簡稱哈三中)進行器材準備與教學場地會勘(圖1)。中午在哈三中梁主任引領下一同至學生食堂用餐,得以有機會觀賞白雪中美麗的校園景觀(圖2),用膳完畢下午持續準備教學使用的器材。然而為確保授課當日所有器材與藥品萬全合宜,第三天依然前往哈三中持續為教學交流準備,在此,謝謝兩位研究生的陪伴,與哈三中的行政支援,教學交流才得以順利進行(圖3)。 圖1準備器具與配置藥品 圖2 哈三中校園景色 圖3a 化學實驗室設備 圖3b 化學實驗室設備 同題異構 教學交流主要由大陸與臺灣教學團隊分別推出2位教師,同時針對同一主題進行授課,授課完畢之後,緊接著由專家進行點評。如前所述,本文作者針對氯以及反應性進行設計。 一、課程設計理念 本文作者努力發展以學生為中心,結合思考智能,形成探究式的建模教學策略。不僅讓學生能夠動手操作,並且藉由觀察、提問、反思過程中進行推理,逐步發展、修正與轉換學生的心智模型。 本次教學活動設計植基於邱美虹教授發展的科學建模歷程,包括:模型發展、模型精緻、模型遷移以及模型重建的歷程(見圖4)(邱美虹,2016;Jong,2019)。其中模型發展意旨協助學生建構出模型內部物件與物件之間的關聯性,例如:氯氣可由次氯酸鈉與鹽酸溶液製備或是將次氯酸鈉加熱分解等;模型精緻則指確認在發展階段所建立模型的有效性與合理性,例如:雖然可能製備的氣體為氯氣,仍需藉由外部或是內部性質進行檢驗,以確認製備的氣體為氯氣。模型遷移則指可將檢驗完成的模型應用於其他其境中,例如:能夠回答教科書氯氣的製備與檢驗過程的例題。模型重建階段則指當學生在過程中有些迷思概念需要修正時,原先建構的心智模型需要修正或進行轉變時稱之。 圖4科學建模歷程(修改自邱美虹,2016) 二、大陸與臺灣教科書單元學習內容比較 參考的人教版教科書是根據大陸新課綱所完成的教科書,將氯的相關內容設置在高一必修化學,章節名稱為非金屬及其化合物,學習內容為海水中的氯、介紹氯氣、氯氣與其他物質的反應、氯水的漂白性質、漂白劑的改進以及如何檢驗氯離子等。概念間的銜接著重進行實驗獲得證據,以驗證相關的性質。由於臺灣108課綱的高三教科書尚未出版,目前以99課綱南一版本說明。臺灣教科書氯氣的部分主要放置在高三選修化學,強調學生學習完原子結構、週期性質等微觀理論內容之後,才開始介紹氯氣及其化合物。 三、教學流程與學習單 雖然本文作者負責教授氯及其反應性,但是仍希望學生能夠從學習中一併獲得學科的核心概念,因此,期待藉由此單元的建模教學,讓學生能夠嘗試理解化學研究其中一項的主要任務工作,包含:製備新的物質、確認是否為新的物質、新物質的反應性以及新物質與其他物質的差異比較(圖5)。 圖5上階的目標模型 實際教學一開始即說明圖5的內容,作為企欲學生在當節課完成的心智模型,並在之後的教學,適切地題點科學建模歷程與當下教學操作的關聯性(教學流程詳見附錄學習單)。接著以生活情境詢問是否有實際刷洗廁所經驗,結果多數參與的大陸學生基本上都沒有實際刷洗過廁所經驗,緊接著提問若將鹽酸類與漂白類的廁所清潔劑混合時會發生什麼事情?此時參考方金祥教授設計的微型實驗收集鹽酸類與漂白類的廁所清潔劑混合時產生的氣體(圖6),讓學生觀察產生氣體的顏色等物理性質(圖7)。再判斷此氣體是否可以溶於水,並讓學生嘗試將收集到的氣體打入蒸餾水中觀察氣體是否可溶?學生實際操作並可觀察到蒸餾水從透明無色轉變成淡淡黃色,且能聞到刺鼻的氣味(圖8)。此時學生會猜測此氣體即為氯氣,但是該如何藉由化學性質確認則需教師鷹架的協助。教學時本文作者提供硝酸銀溶液與其可能離子形成的沉澱顏色,並且告知學生若是氯氣,則其水溶液具有漂白的功能。讓學生在有限的器材內(圖9),能夠經由實際操作探索得知此氣體溶於水後為酸性、能使石蕊試紙褪色(圖10),並能與硝酸銀溶液產生白色沉澱(圖11)。整合此氣體的物理與化學性質綜合判斷出此氣體為氯氣。 圖6利用針筒與三通閥製備氯氣 (修改自方金祥,2014) 圖7哈三中學生實際操作實驗 圖8左瓶為蒸餾水,右瓶為氯氣通入蒸餾水 圖9提供有限的器材與線索,讓學生進行探究 圖10氯水呈現酸性,具有漂白特性,能使石蕊退色 圖11氯水能與硝酸銀溶液產生白色混濁 當學生知悉此氣體為氯氣時,顯示已經建構出氯氣的製備路徑以及氯氣的檢驗性質。接著介紹氯氣的反應性,例如:是否能和金屬與非金屬產生反應?實際上氯氣的活性大反應強烈,因此安全考量下藉由影片方式呈現氯氣與金屬鈉與氫氣的反應。觀看鈉金屬、氫氣與氯氣反應的影片時則以預測(prediction)、觀察(observation)、解釋(explanation)進行,讓學生先預測可能發生什麼事?接著才開始觀看影片,接著詢問可能的產物以及該如何確認反應之後的產物。哈三中學生觀看氫氣與氯氣反應之前,認為其反應之後的產物為氯化氫氣體,並且若能將其氣體收集並用石蕊檢測可得知為酸性(圖12至13)。 圖12氯氣與金屬鈉高溫反應 來源https://www.youtube.com/watch?v=d2geiGKFveE&t=1s […]