高一基礎化學之學習共同體教學經驗分享 呂雲瑞 高雄市立高雄女子高級中學（現任教） 臺北市立西松高高級中學（曾任教） 教育部高中化學學科中心 *chem_tim@yahoo.com.tw n  前言 「學習共同體」（Learning Community）是為了實現高品質的學習效果，日本東京大學佐藤學教授倡導的教育改革核心。他要讓傳統教學歷程中著重於教師單方面的授課，扭轉成著重學生的學習模式。唯有學生自主、高效率、充滿思考和體驗、相互討論的學習，才能把「從學習中逃走」的學生，重新回到樂意學習的行列；把過去傳授大量知識的課程，轉變為引導學生如何學習。學習共同體有個主要精神，那就是「打開教室」—讓各領域的教師們相互觀摩上課、學習優劣缺失、改善促進學生學習的方法。佐藤學認為：「即使一個公立學校老師教學非常精采，只要關上大門，孩子就被私有化，教室被私有化，學校被私有化。」從這裡就能夠知道，他期望中的學校是屬於一個團隊，不是個人單打獨鬥的突圍。教師願意開放教室觀課，活化課程並啟發學習動機與樂趣，這個過程就是佐藤學教授常提到的向上「伸展跳躍」模型。延伸這個觀念到學生身上，自然而然就會成為學生與教師間的「協同教學」：學生分組、學習力強者提攜學習力弱者，順勢就把以往教室內競爭型的學習改變成合作型的學習。 n  試行學校與學生背景 本文作者從102學年度西松高中高一化學課全面實施學習共同體模式。首先簡介先前任職學校的相關背景。臺北市立西松高級中學（西松高中），前身為台北市立西松國中，於1997年改制為西松高中，為松山區第一所改制為完全中學的學校，現為台北市教育局優質高中「校園營造」獎項決選優勝學校之一。其班級概況如表1所示： 表1：103學年度學生與班級人數 類別 普通（科）班 學生人數 高中部 33班 含英文資優和體育班各年級1班 1149 國中部 21班 478 （資料來源：西松高中網站，http://www.hssh.tp.edu.tw/releaseRedirect.do?unitID=183&pageID=3048） 學生主要來源為基北區學生，且從入學成績顯示西松高中招收的學生素質為基北區社區高中的中前段，表2為100至102學年度西松高中基本學力測驗登記分發最低錄取分數。本文作者執行「學習共同體」教學的學生來源為102學年度的高一學生。 表2：西松高中歷年登記分發分數與PR值 學年度 最低錄取分數 基測滿分值 最低PR值 平均PR值 100年度 375 412 86 87 101年度 370 412 84 85 102年度 372 412 84 85 〔統計至102學年度〕 由表2可知，102學年度西松的高一新生，入學成績分布較為常態左偏，校內教師們普遍感受學生學習動機欠佳，基本理解與運算能力須再加強。但此時大部分教師仍以精進教學為主，普遍認為要求學生自我學習，不僅耗費大量時間，學生學習效能有待評估外，多數學生也容易放棄。恰巧臺北市推行「學習共同體」的風氣正盛，教育當局也適時提出試辦政策，並薦派校長、學者、基層教師到日本、韓國、上海等地觀摩學習，如此上下交融的策略，期望能種子發芽遍地開花，帶給臺灣教育的無限希望。本文作者在學校支持並提供場地的前提下，實行102學年度西松高中全校高一基礎化學（一）的學習共同體教學模式。 面對12年國教，雖然臺灣有95％國中教師一致同意在課程和教學要改變，但是僅有17％的教師已在做改變，其中又以臺北市以及新北市皆為26％改變最大（親子天下，38期）。教師們都知道「改變」的重要，但如何變？變什麼？是集體教師的焦慮。在西松高中試行期間，許多教師對於「學習共同體」的概念是：雖然是值得學習的教學革新典範，但若全盤移植或教師認知理解不足，會不會成為活動而活動的嘉年華會，或教學進度的延誤，誤將過程當結果的學習，造成補習生意興隆的窘狀等等…。面對繁雜的問題和疑惑，與本身想要活化教學的熱情，在作者內心引起相當的衝撞和省思，因此這一年不斷的將「學習共同體」和高一基礎化學課程相互融合，試圖建構本土化可行的「學習共同體」模式。 n  坐而言不如起而行 從教育部頒訂的課程綱要指出，普通高級中學教育，除延續國民教育階段之目的外，並以提昇普通教育素質，增進身心健康，養成術德兼修之現代公民為目的。然而在升學壓力下，會有失衡的教育型態：過於重視考試科目，不斷地強調反覆記憶背誦，而較少提供學生探索、思考及解決問題的機會。為了突破學生未來的可能性，協助學生在課堂上尋找學習興趣和自信，在作者的內心中，逐漸地形成一個具體目標：幫助學生尋找適合自己的學習模式。 為了延續熱情，作者開始思索新學期該如何調整與實踐心中的理想。為了達到這個目標，首先第一步是從教室翻轉座位開始，在此感謝西松高中提供作者獨立的專科教室與桌椅器材。在開學前一週，安排教室座位（作者認為：四人一組，面向中央，男女交錯，再依照身高調整，可參考圖1）。開學後兩週內，可放慢課程進度，跟任教的班級學生們講解並示範上課規則與秩序（這是很重要的點：每位學生需要專注參與學習；老師、個人與小組學習時間皆應有其學習工作；課本文字閱讀、聆聽教師解說與觀念理解），並分享教師本身的學習歷程與自主學習的重要，此時可提出對學生較高的期許，正增強鼓勵並給予信心，架構相互信賴與尊重的師生關係。    […]

創意微型實驗—微型化學噴霧槍在化學演示實驗上之應用 方金祥 創意微型科學工作室chfang1273@yahoo.com.tw 一兼二顧摸蛤兼洗褲，資源回收做環保兼組裝成化學實驗裝置—微型化學噴霧槍，此一實驗裝置極符合「低污染、可回收、省資源」的綠色環保理念。可利用此一裝置來演示化學實驗包括酸鹼中和、氧化還原之顏色變化以及化學能轉變成光能等，使化學教學更有創意、化學反應更為直接、更為生動、活潑、有趣。俾能引起學生對化學的好奇與學習興趣。茲將微型化學噴霧槍之設計與製作之詳細過程說明如下： n  材料與藥品 （一）材料 塑膠噴霧器（安立清潔劑噴霧器） 1組、塑膠瓶（蘋果西打630 mL） 1瓶、塑膠瓶（藥品瓶100 mL） 1瓶。（相片一）    相片一：塑膠噴霧器（左）、塑膠瓶（中）、藥品瓶（右） （二）藥品 稀鹽酸（0.1 M HCl） 100 mL、氫氧化鈉溶液（0.1 M NaOH） 100 mL、硫代硫酸鈉溶液（0.1 M Na2S2O3） 100 mL、過氧二硫酸鉀（0.1 M K2S2O8） 20 mL、碘酒溶液（市售） 100 mL、酸鹼指示劑（酚酞，Phenolphthalein）（相片二）。 相片二：酚酞指示劑 n  設計與製作 微型化學噴霧槍係由噴霧器、反應接收瓶及廢液收集瓶等三部分組成。其設計與製作分述如下： 一、噴霧器主體 1.        將回收自安立清潔劑噴霧器之標籤撕下，如相片三所示。 相片三：回收自安立清潔劑之噴霧器 2.        此一噴霧器之構造與一般塑膠噴霧器有所不同，由噴霧器主體（相片四左）與兩個藥品瓶（相片四右）組成。其中噴霧器主體下方有兩條導管分別插入可裝兩組藥瓶之兩個藥品瓶中，當壓縮噴霧器時兩組藥品可同時經由各自之導管上升至噴霧器之噴嘴，然後混合在一起而以霧狀噴出，如相片四所示。    相片四：噴霧器之兩條導管（左）與兩個藥品瓶（右） 3.        撕下蘋果西打塑膠瓶之標籤，如相片五所示。 相片五：取下標籤之蘋果西打塑膠瓶 4.        將塑膠蓋子取下並在蓋子之中央處挖一個孔洞，如相片六所示。   相片六：挖一個孔洞之塑膠蓋子 5.        […]

創意微型實驗—微型氫能燃料電池方金祥 創意微型科學工作室chfang1273@yahoo.com.tw  本文作者先前曾設計兩套微型燃料電池（microscale fuel cell）第一代與第二代，第二代微型燃料電池發表於中國化學會之化學季刊，並榮獲當年度的化學論文獎（如附錄一所示），微型燃料電池係利用廢棄乾電池之碳棒經高溫加熱後急速冷卻以除掉碳棒上之雜質及成為多孔性碳棒作為電極，經加入適當的電解質溶液後進行電解（充電）產生氫氣與氧氣，然後在氫電極（陽極、負極）上之氫氣和氧電極（陰極、正極）上之氧氣化合成水並放出電能（放電）。燃料電池（又稱氫能燃料電池或氫氧燃料電池）是日後零汙染的能源應用在市售汽車上（如附錄二所示）。本文將介紹第三代的微型氫能燃料電池之設計與製作，以供電化學實驗教學之參考與應用，使其在電化學教學上更為生動活潑有趣，以提高學生學習電化學之興趣。 n  燃料電池之原理 燃料電池的原理是利用水電解後在負極（陽極，又稱氫電極）產生的氫氣與在正極（陰極，又稱氧電極）產生之氧氣化合成水時產生的電流可做電功，其反應後之唯一產物只有水而已，因此燃料電池可說是最乾淨且為零無污染的能源。 n  微型氫能燃料電池與一般燃料電池之比較 燃料電池係由電極、電解質、燃料以及氧化劑等所組成，微型氫能燃料電池與一般氫能燃料電池之燃料都是利用電解水產生的氫氣作為燃料，以電解水產生的氧氣作為氧化劑，其比較如表一所列。第一代、第二代及第三代微型燃料電池之比較如表二所列和相片一所示。 表一：微型氫能燃料電池與一般氫能燃料電池之比較 表二：三代微型氫能燃料電池之比較 *燃料：利用電解產生之氫氣H2。 **氧化劑：利用電解產生之氧氣O2。 相片一：第一代微型燃料電池      相片二：第二代微型燃料電池 相片三：第三代微型氫能燃料電池 n  材料與藥品 乾電池（9 V） 1粒、塑膠培養皿 1個、2B鉛筆筆芯（長4.2 cm，直徑0.2 cm） 2支、音樂盒（生日快樂歌） 1組、電子鐘 1個、透明塑膠滴管（3 mL） 2支、熱熔膠槍 1組、飽和硫酸鉀（K2SO4）溶液 5 mL。 n  微型氫能燃料電池之設計與組合 一、   鉛筆筆芯（電極）之處理 1.        將市售兩2支2B鉛筆筆芯（相片四左），用稀鹽酸溶液及清水清洗數次後備用。 2.        截取2支長4.2cm，直徑0.2 cm之鉛筆筆芯作為電極，如相片四（右）所示。   相片四：市售兩2B鉛筆筆芯（左），長4.2 cm直徑0.2 cm之鉛筆筆芯（右） 二、電解管與電解槽之設計組合 1.        取2支3 mL之透明塑膠小滴管，將其底部剪掉，使底部形成一個約3 mm直徑的小圓孔作為電解管，另在其上方挖一小孔以方便鉛筆筆芯插入，供作電極之用，如相片五所示。    […]

製作可逆式微型氫氧燃料電池並進行探索活動 游宗穎 高雄市立高雄女子高級中學教育部高中化學學科中心zwitterion.tw@yahoo.com.tw n  影片觀賞 可逆式微型燃料電池是教育部高中化學學科中心教學資源研發推廣小組2010年研發作品之一，本實驗幫助學生認識氫氧燃料電池，親手動手製作可逆式微型燃料電池，瞭解微型燃料電池如何對外作功。影片是由作者在高雄中學實驗室拍攝，本文提供其製作的詳細過程。 （影片網址：可逆式微型燃料電池，YouTube, https://youtu.be/VZqNHgObYtE.） n  簡介 本實驗利用氫氣與氧氣透過此燃料發電元件，進行氧化還原作用而輸出電能的原理，設計一套可攜帶、實際可用，在高中教學上方便學生瞭解氫氧燃料電池的小型可逆式燃料電池。此自製「可逆式微型燃料電池」電解產生的氫氣與氧氣無須在鉑或鎳的催化下，進行逆向反應使電解出的氫氣和氧氣放電。 本實驗係透過燃料電池之實作與探索活動，幫助學生認識「燃料電池」與其運作原理，以下說明氫氧燃料電池的製作過程以及涉及的原理和概念。 n  藥品與器材 一、藥品：硝酸鈉（NaNO3）、硫酸鈉（Na2SO4）、硝酸鉀（KNO3）、硫酸鉀（K2SO4） 二、器材：市售廢棄乾電池（3號AA）、9 V電池、塑膠試管（10 mL）、塑膠筆蓋、鱷魚夾導線電池座、熱熔膠槍、瓦斯噴燈、三用電表。使用之器材如圖1所示。 圖1：製作氫氧燃料電池所需之器材 n  實驗步驟 一、石墨棒（電極）之活化處理 1.        以尖嘴鉗拆除一顆廢棄3號乾電池，取出石墨棒並留下電池的金屬墊片和石墨的固定環。 2.        將取出的石墨棒浸泡於乙醇1天，或以超音波震盪機清洗數次，清洗乾淨之後，烘乾備用。（此石墨棒會殘留乾電池的一些電解質和糊狀物質，必須清理。） 3.        以鉗子夾住石墨棒，分別將石墨棒的上、中、下三部分在高溫瓦斯噴槍之火焰上加熱至紅熱（溫度約為1300℃），約5分鐘後，將其迅速插入冷水中使其急速冷卻。 4.        重複步驟3三次以上，使整支石墨棒之每一部位皆達紅熱後再急速冷卻，使石墨棒表面充分活化，去除石墨間的膠結物和雜碳相，活化後的石墨棒表面會出現一些細微孔洞增加表面接觸面積。圖2為石墨棒處理過程。   圖2：廢電池之石墨棒、金屬墊片、固定環（左），石墨棒表面活化處理（右） 二、可逆式微型氫氧燃料電池組裝 可逆式微型氫氧燃料電池組裝的流程簡圖，如圖3所示。 圖3：微型氫氧燃料電池組裝流程簡圖 詳細的組裝步驟，如下步驟所示。 1.        取兩支透明塑膠筆蓋（內徑8 mm），切割長度為15 mm，並在底部鑽孔（直徑約3 mm的小圓孔） 2.        將已活化的石墨棒插入塑膠筆蓋之管口，然後蓋上廢棄乾電池之石墨的固定環，使石墨棒一端露出墊片約3 mm長。再用熱熔膠將石墨棒之上方固定在墊片和筆蓋口上，使其與管口密閉。重複製作，完成兩支相同電解管的製作。電解管完成圖如圖4所示。    圖4：組裝電解管（左），兩支燃料電池之電解管（右） 3.        取一支10 mL的塑膠試管，切成兩條長度約4 cm的塑膠管。 4.        將兩支燃料電池之電解管，經由步驟1的小圓孔，裝填1.0 M的NaNO3。 5.        用熱熔膠先固定一支電解管在塑膠管的一端後，再裝填適量的1.0 […]

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, […]