奈米課程：「光子晶體」高中奈米課程設計 何慧瑩 國立臺北教育大學自然科學教育學系 hueiying.ho@gmail.com n  簡介 週期性介電質結構就是所謂的「光子晶體」。週期性介電質結構之所以稱為「光子晶體」，是類比於金屬晶體結構對電子物質波的影響。金屬原子會形成晶格（如FCC、BCC、…），這些晶格會不斷地重覆排列成晶體。如果將介電質做週期性的排列，會對電磁波會產生影響，因此稱為光子晶體。早期的製程結構較大，所以工作頻率主要落在微波頻段（約0.3 GHz至300 GHz，波長範圍約在1 mm 到1 m之間），近年來由於奈米製程的進步，可製作出奈米級的週期性結構，使得工作頻率從微波頻段進入可見光頻段（約400 THz至800 THz，波長範圍約在400 nm 到700 nm之間）。光子晶體有一維結構、二維結構、以及三維結構（圖1），一維的光子晶體屬多層膜結構，多層膜的物理機制在大學階段的光學書籍中已有詳細的推導，並且早已廣泛運用在生活中；二維光子晶體則和三維光子晶體分別為平面的陣列和立體陣列。光子晶體具有頻率的禁制帶（forbidden band），當電磁波的頻率落在禁制帶時，無法穿透光子晶體，會被完全反射，利用此特性，人類可以設計各種不同的結構來操控電磁波，例如光子晶體光纖（圖2）、隱形斗篷（https://www.hyperstealth.net/）、以及光子通道（圖3）。 圖1：光子晶體（圖片來源： Վահագն Մխիթարյան, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=32662980） 圖2：光子晶體光纖示意圖（圖片來源 Разумовский Алексей СергеевичНаний Олег Евгеньевич, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=17671575） 圖3：週期性結構造成光線發生全反射無法穿入結構中，因此只能在設計好的光子通道中傳遞 （圖片來源：作者繪製）  雖然光子晶體主要是指人工製成的結構，但自然界裡早已存在許多天然的光子晶體結構，例如：珠光鳳蝶（圖4）、孔雀的羽毛（圖5）、蛋白石（圖6）、…等，隨著觀看視角不同，顏色會改變（圖7）。 圖4：珠光鳳蝶（蘭嶼亞種雄蝶）（圖片來源 Peellden – Own work, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=36451320）  圖5：孔雀（圖片來源 Hendra Suroboyo, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=79367851）  圖6：蛋白石（opal），一種寶石 (圖片來源 James St. John – flickr, […]

高中自然科學探究與實作：發現問題、課程模組設計與修正 鍾曉蘭 新北市立新北高中 新北市化學課程發展中心 chshirley2007@yahoo.com.tw   n  引言     「自然科學探究與實作」是108課綱的新設的部定必修課程，也是目前討論度頗高的新課程，極少數的學校已實施一年半以上的課程，絕大部分的學校則剛實施一學期以上，課程從規劃到實施，期間各校老師面臨各種挑戰，從課程規劃、教師社群共備、如何進行多元而公平的評量，及如何呈現學習歷程檔案等，一直爭議不斷。許多老師參加很多場研習，卻仍然對如何規劃與如何教授四個探究歷程，存有許多的疑慮。筆者參與多場研習中，觀察到老師們熟習「規畫與研究」的探究歷程，也會儘量安排學生進行不同形式的「表達與分享」，然而對於如何引導學生「發現問題」、「論證與建模」這兩個探究歷程，多半停留在課綱學習內容的字面解讀，對於轉換成實際教學歷程與規劃教材，仍有一些誤解，或課程實施規劃上過於簡約或偏於科學活動的設計，導致課程中實作豐富而探究歷程不足。     如何設計適合學生先前能力的課程模組，又能合乎學生的生活經驗，引起學生學習興趣的課程模組，真的亟需要學校老師們群策群力。課程實施前，許多學校的自然領域便成立教師社群以進行課程共備，一旦進入正式實施課程，共備社群也不斷的因應學生的能力，邊上課邊修正課程進度，課程規劃表也一修再修，期望學生能從課程中習得探究能力。然而，課程的修正不易，因而本期專刊提供三所學校的修正歷程以供讀者參考。此外，筆者也發現老師們對問題類型多半停留在「why」的問題，對於問題類型了解不深，對於如何引導學生提問也缺乏合適的教學鷹架，特別邀請師大附中洪逸文老師，深入說明如何引導學生學習「發現問題」的探究歷程，期望能解決現場教師們某些疑慮。 n  本期專刊介紹 本期的專刊一開始先以師大附中洪逸文老師分享「從 why 到 what-探究問題的層次在教學與學習的意義」，許多現場老師與學生習慣問why的問題，洪老師說明教學策略是要將問題的形式會是從「為什麼？」，轉變成「變化情形是如何？」，到最後可以被探究的問題：「什麼因素讓它變成這樣？」，洪老師在文中提出發現問題的U框架，期待幫助現場老師釐清「發現問題」探究歷程的教與學。其二，是筆者與錦和高中鐘建坪老師、新北高中許舜婷老師及陽明高中謝東霖老師，於一年多前經多次研習與共備產出的「咖啡牛奶的探究與實作課程」，原先設計六週課程，但經過實施後，修改成九週課程，並在原有的課程架構下，增加許多教學引導語，幫助老師進行教學鷹架。其三，是桃園武陵高中張明娟老師與吳德彭老師設計的「武陵高中自然科學探究與實作實施經驗分享」，主要分享該校共備的經歷，課程如何實施的現況、活動的實作評量、如何學習單批閱的分工，及期末紙筆測驗的實施。其三，是中山女高曹雅萍老師、蘇芳儀老師及許哲瑜老師的「中山女高自然科探究與實作實施經驗分享」，文中說明該校共備的情況，也提到不同主題下的學習內容重點主要差異比較，也說明整個課程的修正概況，並提供學生的學習成果示例，以期提供現場老師進行課程設計與修正之參考。

高中自然科學探究與實作：從why 到what-探究問題的層次在教學與學習的意義 洪逸文*、王靖華 國立臺灣師大附中 v3256bear@gmail.com* n  前言 探究與實作課程將為傳統科學教學與學習模式帶來改變的契機，在透過教師引導學生經歷了發現問題、規劃研究、論證建模及表達分享等步驟，來體驗科學探究活動的進行方式。然而，如何在課程中引導學生產生可以被探究的問題就是首要之務，因為，學生若能產生可探究的問題，並藉此聚焦、指引其解決問題的方向，他們就有機會進行主動、獨立的學習活動。 n  從 Ｗhy 到 Ｗhat – 探究問題的層次在教學與學習的意義 一、探究與實作課程的意涵 科學探究是一種不斷經歷發現問題與解決問題的過程，更進一步說，在探究過程中，還需對探究問題如何形成、實驗如何規劃與實驗結果是否正確等問題，提出與他人討論，藉由相互的溝通與批判，產生最能有效解決問題的論點（李明昆、洪振方，2011）。若以此觀點來進行探究與實作課程的教學與學習，就會與傳統的「實驗」課程有明顯的區隔。因為傳統的實驗課程從問題的發現到問題的解決都是被設定好的，學生只要依循相關實驗手冊、實驗記錄簿的步驟進行，就會得到「標準」、「正確」的答案。學生學習到的大都是「如何操作」的知識，而不是日後可以「探究」新議題的概念與能力。 除了傳統實驗課程之外，教學現場對於探究與實作課程還有另一種誤解，老師們常覺得這門課就等同於「專題研究」。這個說法對的部分，在於探究與實作課程的內涵就是「初階的研究法」（陳竹亭，2020）。也就是說，這門課程的宗旨是要讓學生體會科學研究是如何進行的，藉由某些跨學科知識概念為背景所設計出來的課程主題，進而學習到科學研究的相關程序性知識與過程技能。然而，有別於「專題研究」課程，探究與實作課程是一門「部定必修」課程，意即每次上課要面對都是一整個班級的學生，而不是人數有限的專題選修學生；其次，在課程主題方面，因探究與實作課程需同時面向「自然組」及「社會組」取向的學生，課程主題先要能引發這兩種學生的學習興趣與探索意願，然後才有深入探究的可能。所以教師要如何挑選課程主題就會有多面向的考量與限制，這跟專題研究主題的自由選擇發揮性產生了很大差異。 總之，比起過去的食譜式的實驗課程，探究與實作課程在探究內涵上，賦予學生更多主動、彈性的學習面向。在教學實務上，若以專題研究課程的教學負荷來看，探究與實作課程更需要有效的教材設計與教學引導，特別是在課程主題的選擇，如此才能協助課程內容的聚焦與順利進行。 二、課程主題的取材與框架 從檢視各校所填報課程計畫書的課程主題中可以發現，有些探究與實作的課程主題是來自過去已經發展成熟的科學遊戲或活動。這些活動、遊戲都可以充分地吸引學生的注意，也能提供學生動手做的機會，然而，我們要如何在遊戲中讓學生從hand-on到 mind-on呢？首要的關鍵就在於如何引導他們「發現問題」？這裡所發現的問題不是指在完成實作作品過程中所遭遇操作的困難，也不是指概念的澄清，更不是背後科學原理的解釋，而是幫助學生能夠產生（genesis）「具有探究性」的科學問題。換言之，教師在思考如何設計自身教學與佈置學習環境，從而引領學生進行探究活動時，第一個挑戰就是如何激發學生在設定的「問題情境」(problem situation)中，尋找進而形成可探究的問題（陳柏霖，2016）。 教師要如何設定問題情境呢？底下將就三種引發不同回應的問題情境進行討論，分別是：潛在的（potential）、隱含的（implicit）與明顯的（evident）問題情境。在潛在的問題情境中，所呈現的事件、物品本身並不存在著問題，個體必須從中去創造、設立目標，然後建構出（construct）問題，如同藝術創作者所為；在隱含式問題情境中，問題就隱藏於所呈現的素材中，個體必須去察覺出 （sensing）、揭示出（uncovered）、構想出（formulated）初步問題，後續還可能會引發去搜尋（search）更多相關訊息，以確認及形成探究問題；最後在明顯的問題情境中，個體可以察覺明顯的問題事件（event），但還要進行對事件的再辨識（recognize）以產出（produce）問題（邵惠靖，2002；Dillon, 1982）。 因爲探究始於問題的形成，意即在形成一個可被探究的問題之後，就會決定隨後所採用的問題解決方式。依照上述討論，教師若能在探究與實作課程設計使用隱含的問題情境，也就是藉由若隱若現的（emergent）的問題，讓學生去探測（probing）所呈現的相關資料，辨識問題事件，找出問題元素，進而完成「問題發現」的活動，就可以有效引導學生進行後續的問題解決。 三、「問題發現」的教學思考 不論是PISA國際評比或國內的調查研究成果都顯示，我國學生在辨識問題形成科學議題之能力是不足的（李明昆、洪振方，2011）。這個現象一部分源自於課堂教學模式中，大多是單向知識的傳遞，即使課堂中師生提問的性質也多偏向「事實的陳述」與「觀念的澄清」，而非應用、分析、綜合與評價等較高層次的問題思考。另一部分的原因在於學生缺乏充分機會去思考問題本質與問題周遭之關聯（連啟瑞、盧玉玲，2005），換言之，在探究與實作課程中的問題本質，即是提問者對於科學問題定義的認知情形。簡單來說，就是學生根本不知道且沒被教導什麼是可被探究的問題。 若是以問題發現的認知建構歷程而言，學生會從問題情境所顯現的事件來啟動認知結構的選擇與注意，並嘗試建立事件線索與既有認知訊息間的關聯，此時就是一個幫助學生建立「什麼是可被探究的問題」的教學階段，而不是讓學生問題停留在探索源由（why）類型的階段。雖然一般課堂教學問答經常會出現為什麼，但「為什麼類型的問題」往往很難運用來設計探究。因為這類型的問題常常僅是在找尋對事件、現象的解釋或解答，很少涉及到造成事件、現象可能變因的討論，還有探索變因彼此之間的變動關係（Settlage ＆ Southerland, 2007）。換言之，為什麼類型的問題就是缺乏了未來研究可以進行的面向，所以不適合成為探究與實作課程教學或學習的導引問題。 就探究與實作教學實務而言，受限於課堂人數與課程聚焦，課程的主題通常已經被設定，而教師要就此一主題提供什麼樣的問題事件，讓學生能有限的課程主題邊界內找到探索的可能，關鍵就在於變因的確認。 四、探究與實作的U框架 雖然現今教學現場常見使用6W與焦點討論法（ORID）等方式來導引學生發現問題，但這兩個方法都有其侷限，舉例來說：6W（who、when、what、where、why、how）中應以which來取代who，才符合探究中變因的概念；焦點討論法目的是在引導參與者分享對事實、感受、想法與行動的看法，常被使用於團體討論的引導，若是要應用到科學研究，其對應如圖1所示。然而，這兩種方法仍然缺乏對於發現問題的具體教學導引，也就是如何幫助學生從常見的為什麼類型問題換成為可被探究的問題。 圖1：ORID與科學探究過程的對應。 要如何導引學生脫離常見的為什麼類型問題呢？我們可以先從豐富問題事件的線索著手，再設計相關的提問，想辦法幫助學生建立跟既有知識間的關聯，進而引導他們建立「什麼是可被探究的問題」。以傳聲筒的科學遊戲而言，當教師提供兩組不同的傳聲筒，一組是中間有線串接的兩個紙杯，另一組則是沒有線連結的兩個獨立紙杯，讓學生觀察兩組的傳聲現象有何差異？學生觀察後，常提出的問題是：「為什麽傳聲筒能傳遞聲音？」。雖然教學者熟知其科學原理為：聲音是一種能量，可透過空氣振動產生波動來傳播，在被耳朵接收後產生聲音。但教學者應該引導學生思考傳聲筒在聲音傳遞中的角色，也就是教學者必須將why類型的問題降階，不是直接說出答案，而是要導引學生朝著how形式問題的方向進行思考。 當提出這個以How形式出發的問題：「傳聲筒如何影響聲音的傳遞？」，就能幫助學生較快連結到「傳聲筒是作為一種聲音傳播的介質」的概念。他們因此可以推論得出：改變這作為傳播介質的傳聲筒時，可能會帶來聲音傳播的改變。到此，教學者就可以協助導引出What形式的問題：「不同的傳聲筒如何影響聲音的傳遞？」。等到這個形式的問題被提出時，問題中的操縱變因與應變變因都已具備，且可被觀測與量化，這已經形成一個可被探究的問題。 簡而言之，教學者的教學策略是要對問題層次進行降階，意即從Why、How到What，問題的形式會是從「為什麼會這樣？」，轉變成「如何變成這樣的？」或「變化情形是如何？」，到最後可以被探究的問題：「什麼因素讓它變成這樣？」。然而，這只是探究與實作U框架（圖二）左側的教學過程，然而，U框架右側的學習過程又代表著什麼意義呢？ 圖2：探究與實作的U框架。 當學生利用探究問題進行實驗規劃時，並可透過不同變因的操作去探索各種聲音傳遞的可能影響因素，也就是U框架右側的what階段到how階段時，他們的學習就不再受限於教科書或參考書中所傳遞的「理想化」知識概念，而是一種透過實作活動體驗為知識學習的基礎。此時傳聲筒也不再是一個科學遊戲的玩具，而成為從事科學研究的一個工具。到了最後，學生在過去的學習中，雖已得知「聲音的傳遞需要有介質」這個概念，但重新藉由傳聲筒的探究過程，他們對於聲音傳遞與介質這些概念，不再只是被動地記憶了這些知識，而有了更深刻的體驗與理解，還能從中學會了探究的過程技能。因此，在探究與實作的教學與學習過程中，U框架的落實不僅能確保課程實施的成效，更讓學生具備日後主動進行學習的能力。 n  結語 對於教育現場而言，探究與實作課程對學校所帶來的衝擊與挑戰，雖遠超過本文所討論的內容。然而，單純就教學面向而言，如何引導學生進行「發現問題」，常是老師們感覺最困難的地方。希望教師能透過探究與實作U框架的概念，引導幫助學生認識與建立「什麼是可被探究的問題」，也就是從現象出發去辨識問題，進而形成科學議題、培養問題解決的能力。 n  參考資料 1.        李明昆、洪振方（2010）。國三學生對探究性科學問題提問之研究。臺北市立教育大學學報，41(2)，111-148。 2.        邵惠靖 ( 2002 […]

高中自然科學探究與實作：咖啡牛奶的探究與實作課程 鐘建坪1、鍾曉蘭*2、謝東霖3、許舜婷2 1新北市立錦和高中國中部理化科教師 2新北市立新北高中化學科教師 3台北市立陽明高中化學科教師 * chshirley2007@yahoo.com.tw     日前公告的108課程總綱強調自然科學的學習能夠進行跨科統整的探究與實作，／除了著重學生動手操作之外，亦希望協助學生進行有系統地探究相關主題（教育部，2013）。自然科學領綱呼應總綱並提供探究與實作的不同階段與施行步驟，包括：發現問題、規劃與研究、論證與建模以及表達與分享（圖1）（教育部，2018）。新北市化學科課程發展中心參考國家教育研究院任宗浩研究員的演講資料之後（任宗浩，2018），著手將影響熱咖啡加牛奶的溫度變化主題與自然領綱探究與實作的步驟整合，設計學習單與教師操作說明，實際進行教學，形成教學上可操作與研習推廣的教材內容。 圖1：自然領綱提供之探究與實作階段與步驟            目前咖啡飲品在臺灣市場日漸普及，高中學生對於咖啡並非陌生，在其日常生活中常可聽到咖啡搭配牛奶的不同商品，再加上此主題可從化學、物理角度出發探討不同變因的影響，實屬適切可開發的主題，茲將目前操作內容與讀者分享。 n  咖啡牛奶課程     課程時間的規劃依照探究與實作四階段進行，初步課程規畫表如表1。第一階段著重在發現問題，時間為1周2節課，強調如何導入情境、蒐集相關資訊、形成可驗證的問題；第二階段著重在規劃與研究，時間預設為4節課，強調如何協助學生設計與實際操作實驗；第三階段著重在論證與建模，時間預設為4節課，強調協助學生解釋數據、提出結論、建立模型等；第四階段著重在表達與分享，協助學生製作海報/簡報，對自己與他組的成果進行省思與評價。 表1：  咖啡牛奶的初步課程規劃表 週次(時間) 主題：單元 內容綱要說明 1 生活現象的探究與實作:咖啡牛奶篇 Part 1： 試做咖啡牛奶   跨科概念: 物質與能量、科學與生活 [發現問題] l   觀察現象(生活情境引導):觀察咖啡加入牛奶的溶液溫度變化情形，藉以引發探究的動機。 l   形成或訂定問題：探究咖啡牛奶溫度的影響因素與可能關係，提出Whether、What、Why及How等不同類型的研究問題。 l   蒐集資訊：學習從具效度之參考資料庫找尋可驗證的觀點與可能原理為何? l   提出可驗證的觀點：請學生說明所挑選的影響因素，推測影響實驗結果的原因？ 2-3 Part 2： 咖啡牛奶實驗 [規劃與研究] l   依據上週的實驗，找出影響咖啡降溫的可能原因：寫下研究的實驗假設，說明挑選的影響因素，是如何影響實驗結果的？ l   依據你的實驗假設，開始設計一個實驗：實驗的變因為何？說明要如何測量應變變因？預計做幾組實驗？說明每組實驗的初始條件與實驗設計為何？並完整寫出你的實驗流程。 l   設計一個方便記錄你們觀察數據的表格，詳細紀錄實驗結果。 4-5 Part 3： 實驗結果與討論 […]

高中自然科學探究與實作：武陵高中自然科學探究與實作實施經驗分享 張明娟1、吳德鵬2 桃園市立武陵高級中學 1bcat1764@gmail.com、2depeng.tw@gmail.com   n  緣起     本校103學年度為期三年的高瞻計畫，以綠能為主題與中央大學合作開發課程，課程包含太陽能、風水力、地熱能、海洋能、生質能、燃料電池、碳封存等七大主題，計畫結束後適逢新課綱的發佈，各校須準備自然科探究與實作新型態的課程規劃，時任設備組長的物理科萬昌鑫老師號召當時參與高瞻計畫的老師繼續研發新課程，基於自然跨科合作經驗，且延續綠能想法，便以「全球氣候變遷」為主題（圖1），從氣候變遷的現象開始，探討氣候量測的數據分析，氣候變遷的成因，可能造成的影響，以及人類如何因應等作為課程設計的主架構，開啟每月定期共備研發課程，並在106至07學年度開設2學分多元選修試行，108學年度再讓未參與開發課程的教師於選修課試行，目前於109學年度由自然科教師在高二所有班級跨科協同授課。 圖1 武陵高中自然科探究與實作以全球氣候變遷為議題，四科教師共備後再由參與共備的各科教師，負責各模組教案的編寫   n  共備及試跑經驗    共備研發課程的初期，時間都是利用週四下午自然科共同時間（圖2），設計理念為全球氣候變遷為主題，為不偏重某一科的專業知識，特別於設計學習單時，各科老師讀到不甚了解的一些專業名詞或概念，就會運用素養導向的學習單題目作為鷹架，先引導學生成為背景知識，自然科各科教師初期也藉由此方式，了解不同科別的不同特性讓彼此增能，也因為如此，藉由此跨科的對話發現各科間的異同，開啟了更多教學的模式（圖3）。     課程的實施需要經過試行才能進行滾動式修正，也才能察覺課程實施的關鍵所在，所以研發初期在高一開設一個班2學分的多元選修課程試行，也請教學組將研發課程的7位自然科教師在該時段不排課，試跑過程是由一位老師主要負責開發課程模組的教學，其餘6位老師在教室後方觀課，課程結束後藉由午餐會議立即議課檢討（圖4），針對課堂中產生的問題及時修正，同時學生課後的問卷反饋也都成為修正課程的依據（圖5）。     n    圖2一位老師負責一項課程模組編寫      圖3召開共備會議協調修正課程內容 圖4課程結束後午餐會議議課檢討   圖5學生課後的問卷反饋，並藉以修正教案 ■實施現況  課前每學年須協調一位同仁擔任協助行政（減授一節）負責協調跨科協同教學人員（物理、化學、生物、地科各依比例協調出7、7、3、1位老師來實施課程）、制定教學行事曆來安排各班課程（如圖6）、與設備組協調實施場所，以及準備教學器材。  本校先預訂分組教室及實驗室等各兩間作為課程教學場所，實驗器材由各課程研發教師幫忙整理所需器材及藥品，整理成實驗箱以方便後續取用。藉由國教署經費挹注與優質化計畫逐步完成30台筆電購買及頻寬1G的無線網路建置，再藉由召開共備會議（1~2次/月），來協調修正課程內容。課程研發教師也藉由社群網路分享各種教學資料，並交流課程實施經驗，來達到自發、互動、及共好的目標。 圖6 教學行事曆安排各班課程、本校安排2間分組教室或實驗室，每週五天固定時間，扣除學校活動後排定實施進度課程。     至於學期評分的部分，每學期由各課程選出6份學習單，交由6位老師來各批改其中1份全部課程實施的班級，再加上其他的分組報告、實驗成果及表達與分享的同儕評分單，共佔70%。學期末再由未批改共同學習單的教師，各出1題關於課程的素養試題題組(示例見附錄1)，交由協行教師完成1份期末考題，佔學期成績30%。 ■教學模組     一般的綠色能源，如太陽能、風能、核能、生質能、地熱能、海洋能等，以及節約油電、增加效率為目前解決全球暖化的方法，「二氧化碳捕獲與封存（Carbon Capture and Storage, CCS）」，是將原本排放到大氣的二氧化碳攔截下來（碳捕獲），再運用科學方法將二氧化碳與大氣隔絕（碳封存），如此便能有效減緩大氣中二氧化碳濃度持續升高，達成減碳目標，是全世界科學家公認有效的減碳技術。世界能源總署認為未來全球二氧化碳減量的關鍵技術之一就是「碳捕獲與碳封存」，預估在2050年該項技術組合對二氧化碳減量的貢獻度為總量的百分之廿（徐恆文、黃欽銘、柳萬霞、陳威丞，2009；林殿順，2010），相關資料亦可查詢相關網址：行政院環保署推動碳捕集及封存技術資訊網 (http://ccs.gov2.tw/)、二氧化碳捕獲與封存技術網 (http://ccs.tw/)。      本課程的規劃依照探究與實作四階段進行，初步課程規畫如表1，學習單引導學生探究實作如附錄。第一階段著重在發現問題，時間為第1節課前半段，強調導入任務、蒐集相關資訊與方法、形成可驗證的問題；第二階段著重在規劃與研究，時間設為第1節課後半段，強調如何協助學生設計與實際操作實驗；第三階段著重在論證與建模，時間預設為第2節課，強調協助學生實際操作驗證可行性、觀察實驗結果、推論建立模型等；第四階段在表達與分享部分，統計出各組實驗結果後，協助學生，對自己與他組的成果進行省思與評價。詳細的教案實施內容可以參考網站:自然科探究與實作心智圖之課程模組示例–碳捕獲與封存(http://naturalscience.colife.org.tw/mindmap.aspx)。 表1 碳捕獲實作的課程規劃表 節次 探究歷程 內容說明 1 發現問題 l   蒐集資訊：前一週認識碳捕獲與封存課程中，其中台泥花蓮廠鈣循環，是利用氧化鈣（CaO）與低濃度二氧化碳結合，產生的碳酸鈣（CaCO3）再經過控制條件下的高溫處理，將高濃度的二氧化碳釋放出來，剩餘的物質回復為氧化鈣，在吸放之間重複循環使用，達到捕獲二氧化碳的目的。其中可能發生的化學反應為何? 藉以引發探究的動機。 l   […]

高中自然科學探究與實作：中山女高自然科探究與實作實施經驗分享 蘇芳儀1、許哲瑜2、曹雅萍3 臺北市立中山女子高級中學 1loowei0716@gmail.com、2marat0209@gmail.com、3yapingtp@gmail.com 緣起      本校於106學年度開始，為因應新課綱的改革趨勢，而於106學年度開始，由生物科與化學科合力，進行為期兩年的課程模組研發，並於高一開設多元選修課試行。歷經兩年蒐集經驗，並彙整相關資料於108學年修正後，109學年度則在高二的探究與實作課程正式實行。     本課程經生物與化學教師共同討論後，決定以生活息息相關的「食物」為主題，並以此主題共備，釐清各主題的課程大綱與各自課程設計重點。而後再由各科老師分別負責課程模組的教案編寫，底定課程的主要內容。109學年度則由兩位生物老師與兩位化學老師協同授課，並可以各自的上課模式與節奏，在課程主軸與主要內容不變的條件下，進行課程的微調與編排，以下則針對各階段的課程試行與修正經驗進行說明。 探究與實作學習重點了解與分析 為因應自然科的探究與實作課程實施，所以在106學年度時以特色課程的方式，自然領域四個科別分別設計課程模組並試行，以了解課程設計與實施時，可能遇到的狀況，與待解決的難題。課程設計之初，安排了增能研習讓所有老師都對探究與實作的學習重點有所了解，而依據課綱自然科學探究與實作的學習重點分為「探究學習內容」和「實作學習內容」兩部分： 「探究學習內容」著重於科學探究歷程，可歸納為四個主要項目：發現問題、規劃與研究、 論證與建模、表達與分享；「實作學習內容」為可實際進行操作的科學活動，例如：觀察、測量、資料蒐集與分析、歸納與解釋、論證與結論等。 而過程中，大家也意識到雖然探究學習內容是一致的，但是實作學習內容卻有許多種變化，故在同樣的探究主軸下，應該可使用不同的實作學習內容，避免所需培養的學習表現與技能，不斷重複的問題(共備情形見圖1)。以下則為討論並分析後，不同主題下的學習內容重點主要差異(參見表1)： 表1  不同主題下的學習內容重點主要差異比較 探究學習內容 化學科實作學習內容著重點 生物科實作學習內容著重點 發現問題   1. 運用感官辨識物體和現象的特性。 2. 整理並提取適當的資訊。 3. 當有多個問題同時存在時，能分辨並選擇優先重要之問題 1. 著重從學習活動進行多方觀察。 2. 依據觀察所得，進一步提出適合科學探究的問題。 規劃與研究     除完整的實驗規畫與研究流程外，著重流程圖的敘寫，和實驗紀錄方式規劃。 除完整的實驗規畫與研究流程外，著重定量實驗設計與器材設計選擇。 論證與建模     除完整論證與建模歷程，著重於實驗記錄與描述。 除完整論證與建模歷程，著重於實驗數據的處理，和平均值、標準差等概念呈現。 表達與分享     製作海報分組分享，即以文字、圖像呈現自己的研究成果。 製作投影片分組分享，即以口語呈現自己的研究成果。   圖1：社群增能研習與共備 特色課程實施與修正     當對學習重點有了認識後，即開始討論並確認課程主題。經協調後決定生物與化學科合科教學，且討論過程希望能以兩科可共同涵蓋的部分為主題；且此科目為不分文理組學生皆需修習的科目，故亦希望主題並非太過艱深的科學概念，且可引發學生學習興趣。故經討論後決定以「料理科學」為主題，生物科和化學科分別以「愛玉」和「海藻酸鈉晶球」做為探究對象。     而為了讓學生可以循序漸進的培養探究實作的能力，故此次的課程模組設計先以結構式探究和引導式探究為主，各四週的課程規劃如下(參見表2)： 表2  四週的課程規劃表 […]