創意微型實驗—微型木材乾餾 方金祥 創意微型科學工作室 chfang1273@yahoo.com.tw 「木材乾餾」在化學教師之教學和學生的學習過程中是一項很重要且又非常有趣的化學實驗，進行木材乾餾最重要的目的是實驗結果能明確地在木材乾餾過程中得到所產生之氣體（可燃性與不可燃性）、固體（木炭）及液體（焦油）等三項乾餾產物。在現行國中教材中之木材乾餾實驗，其材料是用衛生竹筷（免洗筷），在進行乾餾實驗時，會產生一股刺激難聞的氣味而污染了實驗室的空氣，同時使用酒精燈來加熱，偶有遇到實驗疏忽時而弄倒酒精燈的情形，進而發生酒精燃燒或爆炸之危險性。 有鑑於傳統式的木材乾餾在實驗時仍有其缺點，本文為因應教師創新教學之需，來設計成低成本且安全的「微型木材乾餾裝置」，使木材乾餾實驗兼具安全、經濟、低污染且有趣的實驗，在實驗室及一般教室中皆可操作，教師的教學演示或學生親自操作將會更為方便、快速、安全與有趣，且能激發教師帶學生做實驗的意願與更能引起學生實做的興趣，因此對自然與生活科技領域教師之創新教學定會有莫大的助益與成效。 n  原理 木材乾餾的原理是將木材或竹材隔絕空氣加熱之，而使其分解的過程。簡單地說，就是在實驗室中利用鋁箔紙將木材或竹材如木筷、竹筷、木質牙籤或火柴棒等包裹起來隔絕空氣加熱時，會將木材或竹材中之成分加以分解。由於木材的成分是一種含有碳（C）、氫（H）、氧（O）等成分之植物纖維，在乾餾過程中會分解產生三種狀態的物質，一為氣態物質如水蒸氣（H2O）、二氧化碳（CO2）等不可燃性氣體以及氫氣（H2）、甲烷（CH4）、一氧化碳（CO）等可燃性氣體，二為液態物質之焦油，三為乾餾後之固態物質如黑色木炭。 木材乾餾的反應可以用下式來表示：    n  微型木材乾餾裝置之設計與製作 一、材料 瓦斯點火器（市售） 1個、鋁線（直徑2 mm, 長50 cm） 1條、鋁箔紙（5 cm x 5 cm） 1張、火柴 1盒，如照片一所示。    照片一：瓦斯點火器（左）、鋁線（中）、鋁箔紙（右） 二、設計與製作 1.       準備一支市售的瓦斯點火器。 2.       將一條鋁線的一端在瓦斯點火器上捲成5圈螺旋狀之鋁線圈，再將鋁線的另一端捲成較小的4圈的螺旋狀之鋁線圈，如相片二所示。 相片二：兩端捲成螺旋狀之鋁線圈 3.       將捲成較大的5圈螺旋狀之鋁線圈套入瓦斯點火器的前端上，並用膠帶固定之，如相片三所示。   相片三：鋁線圈的套入瓦斯點火器的前端 4.       將較小的4圈螺旋狀之鋁線圈拉至瓦斯點火器的出火口上方當作木材乾餾的支架，即組裝完成「微型木材乾餾裝置」，如相片四所示。 相片四：組裝完成之「微型木材乾餾裝置」 n  實驗操作及化學教學演示 1.        將2支使用過的火柴棒置放在一張5 cm x 5 cm鋁箔紙的上方，然後再將一支火柴棒交錯地置放在2支使用過的火柴棒的上方，並使火柴棒露出鋁箔紙約2 cm左右，如相片五所示。 相片五：火柴棒置放在一張5 cm x 5 cm鋁箔紙的上方 […]

危險來自於無知—認識食品檢驗 李卓然1、張一知2, * 1國立陽明大學醫學生物技術暨檢驗學系 2國立臺灣師範大學化學系 *changijy@ntnu.edu.tw 近年來層出不窮的食品安全事件如同一把銳利的雙面刃，一方面揭露出了許多不肖食品業者的不良行為，一方面則是提昇了社會大眾對於食品安全的監督與參與。但是熱心參與並不表示人人都能搖身一變，變成食品安全專家，無知才是最大的敵人，在一知半解的情況下胡亂炒作議題所帶來的恐慌可能對於社會也是不小的傷害，因此我們真正該把注意力集中在：1.政府對於各種食品管制法條的制定。2.教導社會大眾和媒體正確的觀念以及探討食安問題時所需要具備的基本知識。 我們先回顧一下2015年初在新竹發生的一個例子，新竹市政府對六家廠商的七款食用油進行檢驗並驗出鉻金屬以及反式脂肪酸。台灣的新聞媒體對於有煽動力的議題猶如飢餓的野獸看到肥美的生肉一般，迫不及待的將此消息開始傳播，但是短短的一兩天後，各家廠商就提出聲明表示此次的事件根本是「烏龍」一場，因為沒有搞清楚正確的觀念而抹黑了廠商。 在此次的事件中衛生局表示在各家油品中檢驗出0.03-0.04 ppm的鉻以及非〝零〞的反式脂肪酸，要求業者將這幾款油品下架，但是當日下午食藥署就提出這些檢驗出的數據都是合乎規定的，彷彿狠狠打了衛生局的臉一番，廠商也覺得相當委屈遭受到了不必要的負面關注。這般事件之所以會發生或許是對於「爆料」這檔事給沖昏了頭，也有可能是相關人員並沒有徹底了解食品衛生的相關知識以及規範，所以作為一位真正關心食品安全以及健康的良好公民，我們應該先搞清楚檢驗數據所代表的含意以及相關法規設立的目的。 n  精準的檢驗與品管作業 不只食品檢驗，醫療檢驗或是各種工廠品質檢驗等等都不是單純的把待檢項目放入機器輸出一組數字這麼簡單而已，第一個要保證的是數字出來的準確性，但是準確度（accuracy）跟精確度（percision），兩個看似相似的詞卻有著不一樣的涵義。 這是個統計學的說法，首先我們要先對統計有點基本概念才能繼續介紹。為說明此基本概念，先見圖1，然後見圖2。 圖1：高準確度但低精確度（左）和低準確度但高精確度（右） 圖1的左邊的圖示代表的意義是高準確度但低精確度，右邊的圖示代表的是低準確度但高精確度，由這例子就可以很快知道，平均值越靠近標準值就代表準確度高，每次測量之間的偏差越接近就代表精確度越好。 如果把一台機器做出測量的數據畫成圖（見圖2）的話，每次檢測出來的數據越接近標準值或母體平均值就代表這個機器的準確度（準確性）越好，而最後的波的寬度越窄，尖峰越高就是代表精確度（精確性）很好。因此一台好的機器用標準手法以及正確的方式測量是希望能達到又精確又準確。 圖2：一台機器做出測量的數據畫成圖 要如何保證機器正在以一個準確且精確的狀態下運作呢？這時就要倚賴常常聽到的「品管作業」。品質管理的目的就是要確定我們檢驗出來的結果都是具有可信度的，最常做的方法就是對機器「上品管」，「品管」其實就是一支特定的檢體，濃度已經調整到一個已知的標準，讓機器去檢驗這支已知的標準檢體，然後看看與實際答案差了多遠。對於不同的檢驗類型或項目品管的嚴格度設定也會不一樣，例如一些比較關乎性命的檢驗如醫療健康檢驗或者航空飛行檢驗可能要求的嚴格度就相當高，買一杯珍珠奶茶要加幾顆珍珠這種比較無傷大雅的就可能要求較低。 另外就是即使機器做出的數據都很漂亮，有時精確度會讓我們有很準確的錯覺，這叫做系統性偏差（systemic error），就是說假設所有的數據測出來都比較高一點點，其實光靠我們內部的品管有時並不容易發現，這時我們就需要靠一些外部測驗來跟別的實驗室做比較，做出結果發現都與外界差不多我們才能放心相信我們的檢驗報告，這也就是為什麼各家檢驗實驗室都標榜著通過哪些國際認證的原因。 至於哪些檢驗的要求到底要多嚴格，就是我們之後要討論的議題，但就到目前為止你可能已經知道，當要對某項產品提出違反條例時，或是對某項檢驗的數據提出質疑時，第一個要做的就是要先請檢驗單位出示合乎標準程序的品管報告，一定要品管都過關這些檢驗數據才是有意義的，只要檢驗單位無法提供品管報告或是報告內容屢屢出現品管不過關的情況，討論這些數據的有效性都是沒有意義的。 n  數字本身沒意義，經過解讀才有意義 雖然機器會感應檢體裡面的物質做出判讀，但是它並不懂什麼量是高，什麼量是低。機器更有它的最大與最小偵測範圍，只要超出檢測範圍出來的數據也都是不具有意義的。因此，在設立什麼標準之前我們需要先對機器做「校正」，校正的過程通常是放入兩到三個校正檢體，這三個檢體通常包含高值、低值還有中間值，如果只做兩點那就看是超出比較嚴重，還是過低比較嚴重，這些校正檢體有點像是給機器輸入指令一般，告訴機器說：這個叫做高、這個叫做低、這叫做中間，然後延著這三個點建立一調直線，之後做檢體時就會以這條線為基礎去判斷做出來的檢體的濃度。因此，如果檢驗單位無法提出有在定期幫機器做校正的證明時，我們也能去質疑這些檢驗數據的可靠性。 在校正後，品管也都過關了，實驗室甚至還有國際認證，最後我們到底要怎麼去設定各種檢驗項目的參考值呢？0？100？還是10000？這個問題就是任何檢驗中最重要的環節所在了，如果訂得太低，所有的檢體都會超標，正常無害的都被當成有問題的（偽陽性）。如果訂得太高，所有的檢體則都顯示正常，連有害的都被當成無害（偽陰性）。你可能已經想像到，制定的過程並不容易，不只需要收集大量的數據更需要隨著時代的變遷時時更新標準。對於一些醫療相關的檢驗，一個常用的評估法是利用「接收者操作特徵曲線」（ROC curve）來計算，其中運算的模式主要是透過分析真陽性與偽陽性的資料，計算出最佳值（最多真陽性，最少偽陽性），最後將這個值設為這項檢驗的參考值（參考值通常包括正常人平均、過高、過低，偶爾還會設立危險值）。 n  你到底該擔心什麼？不用擔心什麼？ 食品裡面的檢驗則又不大一樣，因為現在的食物多半有經過工業加工，為了保存期限更久或者風味更吸引消費者，食品廠商常會添加一些自然食物裡面沒有的物質，這些物質的使用量都應該要有明確的規範，國外也有很多規範可以參照，多半是經過大量的實驗以及統計之後訂下濃度或含量，食品安全這塊該做到的就是確保每家廠商的產品都有合乎規定的製作安全的食物，當然即使國家告訴你說多少量以下的防腐劑吃下去不會有事，防腐劑、色素、硝酸等等的物質給一般民眾的觀感並不好，所以許多產品開始標榜純天然無人工添加物，但是即使是完全不添加，這些「不好」的物質這也只是單方面的訊息，因為事實上許多「有害」物質都普遍存在於環境中，我們可以稱它們是這物質的「背景值」。 舉一個例子，假設今天我們把某個食物經標準程序做成檢體，上機去檢測跑出一堆數字，結果一看發現！居然還有重金屬砷！砷被攝入人體可是會得烏腳病的耶！一個號稱有機天然無添加的產品怎麼會含有重金屬？難道真的是台灣到處都是黑心商了嘛？先別緊張，假使我們看過品管報告等等都沒問題檢驗單位的可信度也很高，難道真的是商人添加砷嘛？其實呢，各種重金屬如砷、汞、鎘、鉻、銅、鎳、鉛、鋅等都是普遍存在於環境中的(1)，有時在土壤中有時在水體中，我們的食材都來自於環境，因此無法避免地，我們的食品都會有些重金屬，然而一切的物質的關鍵都是在於濃度，只要是人體可以負擔的濃度基本上吃下肚就不會有什麼大礙，如同藥物一樣，任何藥物吃太大量都有致命的風險，適當的量則可以治好疾病，重金屬也是類似的情況。自從地球形成以來環境中就有重金屬，要是只要吃到重金屬就會死亡，那在發明檢驗機器以前的人類應該早就滅亡了。我們知道砷其實就是砒孀的主要成份，古時候害死人就是用砷下毒的，但是現在的醫學發現，微量的砷可以幫助殺死癌細胞，反而可以幫助人體。因此，我們要先了解各種物質在什麼樣的濃度之下是安全合乎規定的，而不是看到「關鍵字」看見黑影就亂開槍。環境中重金屬的背景值各地都不太一樣，是需要經過測底的調查、研究分析，才能得到，我國環保署歷年均有進行臺灣地區土壤環境重金屬背景值調查分析(2)。 另一點要澄清的就是，有時候我們覺得工業革命後好像越來越多食安問題，但其實很大一部分是因為我們的食品檢驗技術越來越成熟進步，機器越來越敏感，只要微微的一點量都可以被感應到，可能以前機器檢驗不出來的產品，而用現在的機器驗卻超標，因此現在的食品檢驗項目很難標榜〝零〞，基本上沒有任何食品食品檢驗能真正的達到完全沒有，以前寫〝零〞只是因為濃度低於最低偵測範圍，現在寫〝零〞常常是法規規定低於多少濃度之後可以直接標示〝零〞即可。這次新竹的油品事件中，反式脂肪酸的部份，法規規定內容是煉造過程所產生的反式脂肪酸低於某個濃度下就可以標示為〝零〞，由於衛生署檢驗出來的數字並不是〝零〞，因此認為標示不清，事實上只是沒有搞清楚法規。104年7月1日起正式實施，反式脂肪得以〝零〞標示之條件為「每100公克食品內所含總脂肪不超過1.0公克；或每100公克食品內所含反式脂肪量不超過0.3公克。」 n  結語 這世界並不是想像中的美好國度，雖然我們的社會和國家設立很多規範來保護我們，讓我們過得相對安全，但是我們還是時時暴露在潛在的危險因子之中。重要的是要了解危險因子對我們的危害程度到底有多嚴重？怎樣的妥協是我們可以接受並與之共存的？無庸置疑地，我們必須認識這些才能真正過著安全的生活，一知半解常常危言聳聽，讓自己和別人活在不必要的恐慌當中。不論堅持食品要達到「無毒」的境界，還是相信國家或國際上給的安全規範，最重要的是了解事實並做出正確的事實評估才是真正關心食品健康的消費者。 n  參考文獻   1.        許正一，科學發展，2011年12月，468期。 2.        可參考環保署委任案報告，如EPA-91-E3S4-02-04，EPA-87-H104-03-03。    

透過變因探討「紙」色層分析 倪行健 臺中市立長億高級中學 nsc100100@gmail.com n  前言 筆者試著以「是否一定要遵循實驗手冊按部就班（step by step）地操作實驗？」的想法，取代食譜式的實驗程序，嘗試不局限於「在封閉容器中」、「使用濾紙」、以及「實驗室內的溶劑當展開液」的濾紙色層分析實驗，放手讓學生有自己不同的想法融入此實驗之中。 各組學生在實驗前先討論、設計，思考在不同材質的紙上（見圖1），點上不同品牌、不同性質（油性或水性）的不同色筆（見圖1），放入不同的展開液中（見圖2），觀其層析狀況（見圖3），並紀錄之（見附件一和附件二）。因此，筆者將濾紙色層分析的「濾」字去掉，暫稱為「紙」色層分析。 圖1：各組學生自行引用不同的紙材和色筆進行層析 圖2：展開液部分由老師提供、部分由學生自己攜帶或提出要需求 筆者思考：濾紙色層分析一定要用濾紙、制式的展開液…等等嗎？讓學生有更多的參與感，有更多自己想法融入色層分析實驗中，在不同變因下，出現那些不同的實驗結果，並且嘗試解釋其原因。在定性的實驗過程中，除了融入學生的創意、想法及設計元素，首先還可以讓學生試著預測（prediction），各種不同色筆可能隱藏那些顏色（見圖3）的色素；在不同的展開液中，哪一種展開液的分離效果較佳？…等等。然後，學生開始實驗（experimentation）、觀察（observation）、紀錄（record）。最後，討論與結論（discussion & conclusion）。這種教學更能增添趣味與和變化？並讓相互觀摩的機會？這不也是一種自學、思考、表達的「學思達」呢？ 圖3：在相同的材質紙上，點上相同各色的色筆，在不同展開液中層析的狀況 n  進行實驗 一.  實驗名稱：「紙」色層分析—誰的分離效果較佳？ 二.  實驗原理：色層分析法係利用混合物在固定相及移動相中，因溶解度的不同而有不同的分布，亦即為利用不同的親和力來進行分離。 三.  實驗目的 1.    能利用混合物在固定相和移動相中，因溶解度的不同而有不同來分離混合物（色素）。 2.    瞭解混合物在固定相和移動相中，因溶解度的不同而有不同以達成分離混合物的原理。 3.    培養小組合作和討論的習慣，形成學習共同體，相互欣賞、學習、互助，產生1 + 1 > 2的效果。 4.    養成做中學（learning by doing）的習慣，藉以激發出創意與發明的潛能。 四.  實驗方法：控制變因實驗法／分組合作 五.  實驗變因：紙質、色筆、展開液（見圖1、2） 六.  實驗探討 1.    其它條件（實驗變因）都一樣的情況下，哪種展開液的分離效果較佳？ 2.    其它條件（實驗變因）都一樣的情況下，哪種顏色的色筆的分離效果較佳？（甚至可探討不同品牌的同色筆層析的差別） 3.    其它條件（實驗變因）都一樣的情況下，哪種紙質上的顏色分離效果較佳？ 七.  實驗材料：所用紙質、大小、形狀、色筆、展開液：各組自訂。 八.  進行實驗：操作步驟（見圖4）並紀錄實驗結果、拍攝影片並後製作，繳交。 圖4：色筆點上不同紙材（上）、置入不同展開液（中）和用影像記錄結果（下） […]

看插畫也能學化學 張庭婷1、周金城2, * 1國立臺北教育大學自然科學教育學系碩士班科學教育組 2國立臺北教育大學自然科學教育學系 *ccchou62@tea.ntue.edu.tw  n  前言 我（第一作者）在擔任補習班化學教師三年多的經驗中，發現高二的學生感到最困難的單元就是二上化學第一單元的「氣體」了。學生下課後來到補習班，除了問課本習題，也常請教關於該單元如何準備，或是要怎麼樣才能將氣體五大基本定律—波以耳定律、查理定律、給呂薩克定律、波查定律以、及亞佛加厥定律的內容「記起來」等問題。身為化學教師，當然不希望自己的學生使用死背的方法，因為背得了一時，背不了一世，短時間的記憶對他們的幫助不大，一不小心還可能產生迷思概念。但是要真正的理解，能使用什麼方法呢？這個小小的想法，開啟了我和科學插畫的緣分。 n  學生晤談紀錄 在上課前，我先詢問三位學生：「你們仔細閱讀課本上的文字敘述後，對於氣體這個單元的想法是什麼？」 （以下三位高二學生以S1、S2和S3代稱） S1（女生）：「在看完波以耳定律的簡介後，我在腦袋裡想像一間教室和一個操場兩個地方都擠了同樣多的人，因為教室會比較擠，所以教室裡的壓力比較大。因此可以說明當氣體溫度和莫耳數恆定的時候，體積越小的容器，壓力會越大。」 S2（女生）：「我腦袋裡第一個浮現的圖像是氣球，如果吹氣進去，氣球會膨脹起來，隨著氣球慢慢地充大，證明氣體的量越多，體積就會越大。」 S3（男生）：「目前為止我只有把這些定律的公式背起來，沒有試著去理解，因為我怕太仔細地去讀反而會忘記這些符號的位置。」 師：「很好，那你們對於這五項氣體定律最大的疑惑是什麼？」 S1：「我不太能理解查理定律和給呂薩克定律內描述的，溫度和壓力以及體積的關係，我想用實際存在的物品去解釋，但是沒有辦法。」 S2：「我覺得困難的地方也是大致相同，不了解溫度和壓力、體積的關係。」 S3：「我覺得這有一點太難了，可能需要用其他的方式學習我才能理解。」 經過晤談後，發現學生在學習這個單元時，只要看到公式出現，就自然而然地想要將這些公式與生活經驗連結（如S1和S2的回答），如此可以幫助他們在學習新概念上擁有教學鷹架（instructional scaffolding）的輔助，同時在思考時也會使用具體看得見的物品來當作例子，幫助記憶。 同時也發現，其實氣體單元中的五大定律，描述的視角皆是十分微觀的，在國中和高中一年級時尚未要求學生使用分子動力論的角度來看壓力、體積、莫耳數甚至能量上的變化，就這樣一頭栽進微觀的世界，也難怪他們會無所適從了。 n  進行文獻探討 我（第一作者）目前正在就讀研究所，因為大學時期就對科學繪本非常有興趣，因此也決定進行這方面的研究，非常幸運地，有一天正在進行論文的文獻探討時，在期刊論文中尋找到關於科學繪本的幾篇文章，裡頭提到人類接收的外界刺激，有80％是經由視覺傳遞，在實際見聞的狀況下，有30％的大腦皮層會參與，透過具體圖像的視覺傳遞加上閱讀時使用語言聯合區，將能使學童更加能理解文中所要傳達的意涵，且對於學生的科學詞彙理解、描述性概念、學習動機以及課堂參與皆有顯著的提升。利用卡通形式設計科學教材內容，能吸引學生進一步去理解科學本質或複雜科學概念(Chin & Teou, 2009; Cil, 2014; Dalacosta, Kamariotaki-Paparrigopoulou, Palyvos, & Spyrellis, 2009)。若能使用具體圖像和容易閱讀的文字來進行氣體單元的教學，或許也能有成效也說不定，不失為可以嘗試的辦法。 需要具體圖像和容易閱讀的文字，我直覺想起了國小自然課本經常會有的可愛插圖，或許高中課本、講義中，有那麼一本是我需要的。但是，在進行各大書商化學課本、講義的分析比較之後，發現大部分都是利用文字敘述來解釋氣體定律，且其中刊載的插畫皆是化學家發現氣體定律前進行實驗的觀察結果（見圖一），這類插圖雖立意良好，但卻因為出現了Ｊ型管這項不常見的實驗器材，反而造成學生認知上的困擾，於是在遍尋不著理想中的科學插畫教材後，我決定自己繪製一套氣體定律的插畫。 圖一：書商既有插畫示意圖—以波以耳定律為例 （資料來源：南一高中學習網，http://www.nani.com.tw/nani/slearn/slchem/chem_a/2_year/chem_a_2y1.jsp） n  作品展示 經過大量閱讀高中化學書籍以及參考大二時期修習的物理化學這門課的講義後，我繪製了五大氣體定律的科學插圖，這些作品展示如圖二～六所示。 圖二：化學插畫—波以耳定律 圖三：化學插畫—查理定律 圖四：化學插畫—給呂薩克定律 圖五：化學插畫—波查定律 圖六：化學插畫—亞佛加厥定律 n  感想 融入這些插圖於教學中，發現透過可愛插圖（具體圖像）的教學法，普遍受到學生的歡迎，以下附上三位高中學生利用化學插圖學習後的心得。 S1：「使用這幾張插圖學習後，解決了我原本對於氣體溫度和壓力以及體積關係的疑問，而且很可愛，我很喜歡。」 S2：「原來溫度提昇會造成氣體分子能量的變化，這是我在閱讀課本時無法了解的，有插圖可以讓我理解氣體發生改變的前因後果，不過如果會動就更好了。」 S3：「現在我覺得可以不用硬背也能理解這些氣體定律了。」 很開心學生們因為這些化學插圖在學習上的疑惑都得到解決，雖然進行科學插圖的繪製前後都花了很多時間，但是如果能將這項教學方法進行推廣，相信會有更多學生受惠，因此將我繪製這套插圖的動機和過程以及成果撰寫成文章投稿至《臺灣化學教育》，以期有更多人能使用這項化學教學資源，如有任何意見，也歡迎您來信指教。 […]

「食物的養分」動手做教學活動（上） 蔡孟錡 新北市立新泰國民中學 國立臺北教育大學自然科學教育學系碩士班科學教育組 Kusa1219@gmail.com.tw  n  前言 在自然科的教學中，有許多的知識會因為在教學現場的設備或是限於學生的先備知識不足的問題，導致只能以口述或是以影片輔助的方式講解，或者是有部分太過抽象的概念對於學生來說很難學習，變成學生只能夠以記憶的方式學習，不僅無法從中真正了解其意義所在，也常常在測驗過後就忘得一乾二淨，作者認為這樣的學習對學生而言是沒有實質上幫助的，例如：在國中生物的3-1食物中的養分，養分的分子對學生來說是看不見的，而糖類的別稱碳水化合物這個概念學生也只是死記而已，因為學生無法真的看到碳與水結合成醣類，自然也就無從理解為什麼醣類 = 碳水化合物。 實際上，食品的養分與我們的生活息息相關，並且當中也有許多化學的概念，因此筆者設計了這樣一個動手做操作性強的實驗教案[1]，以期能夠加強學生對養分的概念，並且把以往認為只能在實驗室中操作的化學實驗利用簡單的方式呈現，讓食物中的各樣化學分子藉由簡單的燃燒，呈現出不同的物質特性，進而讓學生學習到不同的物質分子在高溫下的不同反應，讓學生能夠連結自己的生活經驗與實際上的化學知識，並引起他們對食物養分的好奇心，進而關注自己每天所吃的食物，也希望能以此拋磚引玉，讓更多的好點子可以被激發出來。 n  介紹醣類、脂質及蛋白質 醣類，又稱為碳水化合物，主要是由碳、氫、氧三種元素組合而成，可依照糖的數目分為單醣、雙醣與多醣，其中單醣最為人所熟知的就是葡萄糖，它同時也是身體最主要的能量來源，每公克可產生4大卡的能量，當加熱時會產生碳和水[2]。葡萄糖的結構式與其加熱反應式，如圖一所示。 C6H12O6 → 6C + 6H2O 圖一：葡萄糖的結構式與其加熱反應式 蛋白質是一種由胺基酸所組合而成的大分子有機化合物，胺基酸的主要結構為碳、氫、氧及不同的官能基組成，並且在結構的兩端分別形成氨基與羧基，胺基酸之間在以肽鍵連結，目前胺基酸的種類一共有20種，分別具有不同的功能與特性，而蛋白質每公克可產生4大卡的能量，但由於蛋白質式組成身體的重要分子，且身體在分解蛋白質時會產生含氮廢物，因此蛋白質並非身體最佳的能量來源[3]。 脂質的主要結構為碳、氫、氧所形成的長鏈脂肪酸與甘油所組成，並依照其結構與碳鏈的長短可分為飽和脂肪酸、單元不飽和脂肪酸、多元不飽和脂肪酸，脂肪每公克可產生9大卡的能量，並且在高溫時相對於醣類與蛋白質來的穩定，因此在身體內主要作為養分儲藏的主要形式之一[4]。 n  實驗材料 每一組用量：葡萄糖粉 15 g、白砂糖 10 g、太白粉 10 g、蛋白質粉 10 g（動物性或植物性蛋白皆可）、油脂 10 g、花生 1小包、洋芋片 1包、小型塔模 15個（蛋塔塔模）、點火槍 1把、鑷子 1把、小型平口點滴瓶 3個（分別裝入水、本氏液、碘液）、紙杯 2個、白紙 1張、2號夾鏈袋 4個（裝葡萄糖、砂糖、太白粉、蛋白質粉之用）、衛生紙一包。 n  教學實施過程 1.        若時間充足，則以講述法進行教學，讓學生能夠對本章節有初步的認識，以便於接下來的實驗操作。若是時間不充足的話，則可以利用影片，例如：教科書廠商所製作的教學資源光碟或是上網搜尋影片資源（https://www.youtube.com/watch?v=qU3Y-CT-u5k），讓學生先進行預習的工作，在課堂上就直接讓學生完成知識的產出與學習。 2.        先小考確認學生的先備知識（小考考卷請見附錄二）。若是學生預習不足，則快速地把養分的概念講述一次，再正式地進入實驗的課程。 3.        說明今日的實驗步驟。 4.        發下使用的材料，進行第一個實驗—加熱醣類、蛋白質、及脂質。 5.        […]

「食物的養分」動手做教學活動（下） 蔡孟錡 新北市立新泰國民中學 國立臺北教育大學自然科學教育學系碩士班科學教育組 Kusa1219@gmail.com.tw  〔承〈「食物的養分」動手做教學活動（上）〉〕 n  結語 以燃燒加熱養分的方式讓學生學習過後，學生們普遍對於養分都有更多的認識，學生們藉由這個實驗可以學習到經過簡單的實驗方法，就可以讓不同的食物呈現出不同的狀況，進而歸納並推理其他的食物含有那些養分，讓學生可以將學科知識與實際生活經驗連結。此外，可以讓學生思考在生活中的某些食物為什麼會出現特定的狀況（例如焦糖），也可以讓學生發現當物質有相似的組成狀態時期表現出來的特性也會有類似的狀況（例如醣類與蛋白質），並且讓學生直接看見醣類中的碳與水，此處不僅可以連結健康與體育、生物、化學的部分，讓學生對食物中的養分有更多的認識與概念，也可以讓學生更關心自己每天所吃喝的食物的成分究竟是甚麼。若是此種觀念可以繼續發揚下去，相信吵得沸沸揚揚的食安問題可以更加減少，讓每個人吃得更健康。 n  參考資料 1.        阿簡生物筆記。2011教學紀錄：食物中的養分，http://a-chien.blogspot.tw/2011/10/2011.html。 2.          糖類，維基百科，自由的百科全書，http://zh.wikipedia.org/wiki/糖类。 3.          蛋白質，維基百科，自由的百科全書， http://zh.wikipedia.org/wiki/蛋白质。 4.          脂肪，維基百科，自由的百科全書，http://zh.wikipedia.org/wiki/脂肪。 n  附錄 附錄一：教學活動設計 「生物體的養分」教學活動設計 教學主題 南一版自然與生活科技第一冊3-1生物體的養分 設計者 蔡孟錡 教學對象 國中七年級學生 教學時數 135分鐘 教學對象分析 國中七年級學生，在學習該章節之前已完成細胞構造、細胞層級的課程學習。 教材來源 南一版自然與生活科技第一冊 自編教材-3-1學習單 設計理念 因為學生對於養份的概念只停留在書本上的知識，因此經由實驗與討論將學生在書本上認識的六大類養分從抽象概念轉變為可見的實際概念。 教學內容分析 透過小組內的討論，讓學生對於六大類養分（尤其是醣類、蛋白質、以及脂質）更熟悉。此外，也透過燃燒食物來判定所含的養分種類，另外也帶入燃燒食物計算熱量的實驗，並討論此實驗可行與不可行的部分（燃燒食物計算熱量為課本實驗，此處沒有實際計算熱量，只有使用這個觀念以及讓學生討論此實驗是否可行與為什麼），最後在藉由實際品嘗各種糖，並利用本氏液、碘液測定醣類的實驗讓學生對養份有更完整的概念。   教 學 目 標 單元目標 具體目標 一、認知部份 l  能說出六大類養分的特點。 l  能說出六大類養分之間的異同。 l  能利用成份資料計算食物熱量。 […]

阿美族用草木灰進行植物染 傅麗玉1, *、楊惠媖2 1國立清華大學師資培育中心 2國立玉里高級中學 *lyfu@mx.nthu.edu.tw 豐年祭期間走訪花蓮河東部落，連續好幾天都在秀姑巒溪河床，想親近瞭解河東部落特有的部落文化。看到雀、白鷺鷥、芒草、水芹菜、銀合歡樹、沙堆及大小石頭。此部落離秀姑巒溪河岸邊有幾百公尺，那外頭擺放著一艘木筏，前方的草屋工舍（taloan）炊煙裊裊，裡面有三位mamo（奶奶）們正在烤魚，還有將濕的衣服曬乾。走上前去，看到小小的火紅通通地燒著，樟樹、九芎樹和蘆葦草的香味撲鼻而來，草木灰的顏色漂亮極了！右岸的楛楝樹下，一群耆老族人正等著我們，原來他們正開始製作阿美族人古老的傳統技藝竹筏。希望教導族裡年輕的一代，傳承竹筏的傳統技藝。阿美族有豐富的傳統文化智慧，一定要傳承下去。 n  阿美族的植物染與草木灰文化智慧 為了傳承阿美族草木灰與植物染文化，帶著孩子跟著耆老上山砍柴。木柴完全陰乾後，經過祖靈託夢而選定地點，選擇乾燥晴天的日子染布（見圖一）。染布地點在溪岸或空曠地，先煮染材，利用不同溫度的水，將天然植物色素充分溶解，行程濃縮液，做成染液（見圖二）。將棉蔴布綁成所要的圖樣。基本的準備工作完成，燒柴點火前，所有參與人員先一起祭祀祖靈，驅趕邪惡靈（阿美族語mifetik），以保佑染布成功。但是前晚有做惡夢者、放屁、打嗝、打噴嚏者，不得參加。 祭典完成後，點燃芒茅草與木頭。燒灰過程，茅草、五節芒、龍眼小樹枝為底部，再放置木頭。燒製時間大約二十四小時或一天一夜，須全程在場守護，以便隨時控制火勢以及維持火候，保持燃燒木灰的均衡度。等待茅草、五節芒、樹枝、木頭都燒成灰（見圖三）。等降溫後，再一次祭祀感謝祖靈保佑，才可取草木灰。將草木灰與山泉水混合後過濾（見圖四），倒回去再過濾一次，重複至少三天每天至少三遍（見圖五）。將最後過濾的草木灰水與染好的棉蔴布浸泡之後覆蓋於土壤內隔絕氧氣，使染布成形。最後用無患子植物做皂洗過程，將染成的布洗過（見圖六），陰乾後即可，所染出的顏色非常獨特（見圖七）。 圖一：選擇乾燥晴天的日子染布，小朋友正在曬檳榔和薑黃染材（楊惠媖提供） 圖二：將綁好圖樣的棉蔴布放在染料進行染煮（楊惠媖提供） 圖三：燒製降溫後的草木灰（楊惠媖提供） 圖四：草木灰與山泉水混合後過濾（楊惠媖提供） 圖五：草木灰水倒回去再過濾（楊惠媖提供） 圖六：用無患子植物做皂洗過程的浸泡搓揉染好的布（楊惠媖提供） 圖七：用熟曬的薑黃、檳榔萃取植物色素染出獨特的顏色（楊惠媖提供） n  草木灰的化學 草木灰中含有碳酸鉀（potassium carbonate），碳酸鉀的化學式為K2CO3，外觀是無色結晶或是白色顆粒，可溶於水，水溶液呈弱鹼性。草木灰加水攪拌、加熱讓碳酸鉀溶解於水。趁熱過濾並蒸乾水分，可得碳酸鉀結晶。不同植物的草木灰碳酸鉀含量不同。自古以來，許多不同的族群文化，已經知道利用草木灰的「草鹼」（即碳酸鉀），亦即利用火爐中留下的炭灰或草木灰，當作去油污的清潔劑。過去在平地稻田收割後，會就地把稻桿燒成灰，利用稻桿的草木灰所含的碳酸鉀當作鉀肥。泰雅族用炭灰水漂白苧麻線並除去油質，使苧麻的纖維更易染色。 在國外，化學的「鹼」的英文字alkali是從阿拉伯文「植物的灰燼」演變而來。日文的「石鹼（せっけん）」就是肥皂的意思。十八世紀德國科學家Heinrich Diesbach最早發現把草木灰和牛血加熱反應的產物再與氯化鐵（FeCl3）溶液混合，可以得到一種的藍色沉澱物，就是深藍色的顏料普魯士藍（Prussian blue）。因為草木灰中的碳酸鉀和牛血中含氮化合物，加熱以後形成氰化物，再與血中的鐵發生反應，得到黃色的亞鐵氰化鉀K4[Fe(CN)6] （黃血鹽），與氯化鐵反應後，產生亞鐵氰化鐵（Fe4[Fe(CN)6]3）也就是普魯士藍。普魯士藍經常用來與其他顏料混合成許多不同的顏色，是很重要的基本顏料。 以草木燒成的草木灰含有鹼性的碳酸鉀，溶到水中呈現鹼性反應，炭灰加水煮成鹼性的炭灰水pH值大於7，能使紅色石蕊試紙變成藍色，鹼性的炭灰水可以洗去油污是因為碳酸鉀在水中解離成鉀離子（K＋） 和碳酸根離子（CO32–） ，碳酸根離子與水作用（H2O）產生氫氧根離子（OH–），使得溶液呈現鹼性，其反應如式[1]所示。而一般油污主要成分是油脂類，又稱為三酸甘油酯化學式是CH2COOR-CHCOOR'-CH2COOR"，其中R、R'、R"為長鏈烷基或烯基。在碳酸鉀鹼性環境下水解，三酸甘油酯生成脂肪酸鉀（鉀皂）和甘油，亦即產發生皂化作用，其反應如式[2]所示，鉀皂具有除去油污的功能。 K2CO3(aq) + H2O(aq) → HCO3–(aq) + OH–(aq) + 2K+(aq)    [1] CH2COOR-CHCOOR'-CH2COOR"(l) + 3OH–(aq) + 3K+(aq) → R-COO–K+(aq) + R'-COO–K+(aq) + R"-COO–K+(aq) + HOCH₂CHOHCH₂OH(l)    [2] n  植物染的化學 […]

「膠體溶液的帶電性與凝聚」的回饋與補充 施建輝 國立新竹科學園區實驗高級中學 教育部高中化學學科中心 schemistry0120@gmail.com n   簡述回饋、更正及補充 針對《臺灣化學教育》第五期「膠體溶液的帶電性與凝聚」一文，簡述回饋、回應、更正及補充如下： A.      回饋-1：以硫化砷說明「金屬的硫化物則帶負電」有不妥之處，因為砷為非金屬，不宜以此例說明「金屬的硫化物則帶負電」。 回應：非常感謝，應改為硫化鎘或硫化鋅等金屬硫化物才合適。 B.       回饋-2：膠體溶液的帶電性以吸附層、擴散層說明是膠體化學常有的說法，但是文中所附圖片都是呈現「單一離子」，似乎不妥，應該有其他離子被吸附，只是有量多量少的區別罷了。 回應：除膠核之結晶態結構僅能吸附特定粒子，吸附層與擴散層確實應該有帶不同電荷的離子被吸附，僅是數量有多有少，詳見圖5。 C.       回饋-3：「氫氧化鐵溶膠：氯化鐵溶於水可製得氫氧化鐵溶膠」描述太簡略，因為將氯化鐵溶於水無法製得氫氧化鐵溶膠，應該是「氫氧化鐵溶膠：氯化鐵溶於沸水可製得氫氧化鐵溶膠。 回應：謝謝告知，藉此各位讀者可了解如何配製氫氧化鐵溶膠，非常感謝。 D.      回饋-4：金屬的氫氧化物帶正電，金屬的硫化物則帶負電」不適用於某一反應物過量的情況，例如Fe(OH)3膠體溶液，以FeCl3與KOH配製時，若是FeCl3過量，則氫氧化鐵溶膠帶正電；若是KOH過量，則氫氧化鐵溶膠帶負電。 回應：可參考課本原文「金屬的氫氧化物帶正電，金屬的硫化物則帶負電」僅適用於「氯化鐵溶於沸水製得氫氧化鐵溶膠」這種特例，若某一物質過量，即不適用此段文字。此一回饋將於後文中詳加論述。 E.       更正：膠核（colloidal nucleus）應包括結晶態（aggregate）吸附層中緊密吸附之與結構有關之離子，詳見圖6。 F.        專有名詞英文更正：膠粒（granule），詳見圖6。 G.      專有名詞英文增列：膠團（micelle or colloidal particle），詳見圖6。 n   翔實說明 「拋磚引玉」這句成語，在《臺灣化學教育》第五期「膠體溶液的帶電性與凝聚」一文獲得見證。該文章發表後，不久即收到我多年的老友，在高中化學老師中可說是學養相當豐富的老師，該老師對我的文章內容頗多肯定，但也指出一些闕漏之處，如上述回饋內容，對我有震聾啟聵之效，並提供參考文章供我閱讀，本人非常感佩。基於該位老師的特別叮嚀：「低調」，只好姑隱其名。本文將就這位老師提供的參考文章進行補遺的工作。 根據Panet-Fajans’s rule: Only these ions, which are included in the structure of the insoluble salt crystal or those, that form insoluble compounds […]