微型實驗簡介（上） 方金祥 創意微型科學工作室 chfang1273@yahoo.com.tw   微型實驗（Microscale Laboratory, 簡稱M.L.）是近年來國內、外迅速發展的一種實驗，著者曾參加在二OOO年十二月在香港浸信會大學舉行的國際微型化學學術研討會，二OO二年八月於北京舉行的第十七屆國際化學教育學術研討會及二OO四年八月土耳其伊斯坦堡舉行的第十八屆國際化學教育學術研討會二OO六年八月於韓國首爾舉行的第十九屆國際化學教育學術研討會，以及二O一O年八月於台灣台北舉行的第二十一屆國際化學教育學術研討會，往後各屆國際化學教育學術研討會中之主題中，都將有關微型化學實驗列入十大研討主題之一，由此可見微型實驗是二十一世紀化學教育的發展方向和重要課題，它是一種新穎的實驗方法和技術。 n  微型實驗之重要性 微型實驗的崛起，可說是八O年代化學實驗方法漸受重視的實驗改革。一九八二年美國D. W. Mayo博士在Bowdon學院和Bron大學等校中成功地推展有機化學實驗微型化，當初是著眼在環境保護和實驗室安全的需要，並很迅速地被推廣使用。到一九八九年統計已有400餘所校院及研究單位採用微型化學實驗，其試用範圍由有機化學實驗推展到無機化學、普通化學，推廣學校也由大學推展到中學化學實驗。到九O年代微型化學實驗已有更迅速的發展，此一實驗的改革也已引起國際化學界的重視。而著者早在民國七十五年便已注意到此一問題，也曾著手設計許多與中學化學實驗相關之微型化學實驗，並曾至台灣南區七縣市、澎湖縣及金門縣等各國中加以推廣。 n  微型實驗的意義、特點與設計原則 （一）微型實驗的意義 在化學教學中採用微型實驗配合科學活動動手做時，由於體積小、輕便、經濟、安全、效果好、污染低，可提供每位小朋友人手一套實驗裝置，各自操作，增加動手做的機會，提高學習化學的興趣。微型實驗有將原傳統實驗裝置如玻璃材質之容器、試管、燒杯、冷凝管…等加以微小化而成，亦有將原傳統實驗裝置加以改良成不易破損的塑膠材質、體積小、輕便易攜帶的微型改良實驗裝置。著者較著重在後者的微型化學實驗的設計改良與製作，曾將多年來所設計的成果之一，首次於一九九八年四月二十二日至二十六日，前往中國大陸浙江杭州師範學院（現在的杭州師範大學）參加由大陸中國化學會、杭州師院、華東師大等主辦的「九八年全國微型化學實驗學術大會」。會中同時舉辦第四屆全國微型化學實驗研討會及第二屆中學微型化學實驗研討會，微型化學實驗的意義與重要性，由中國科學院院士戴安邦教授於一九九八年春的題詞為：「大力推行微型化學實驗，使全國中學的化學教學皆有學生的單人實驗作業，以加強化學教學的素質教育作用。因為學生在化學實驗室的作業中，不僅學到第一手化學知識和動手技術，由於教師的指導得法、循循善誘、嚴格要求，更受到科學方法和思維的訓練，還得到科學精神和品德的培養。」以及中國科學院院士陳耀祖教授於一九九八年四月的題詞為：「化學是一門實驗性科學，在化學教育中化學實驗的教學至關重要，採用微型化學實驗儀器，可以節約試劑和時間，並得以訓練學生細心操作的技巧，使教學者得以在有限學時之內，有限經費條件下，完成實驗教學的要求。所以有關微型化學實驗儀器的研製是應該予以支持與鼓勵的，使之日臻完善並加以推廣。」，在這題詞當中已非常明確地指明了推廣微型化學實驗的目標、意義、方法與對師生的要求，也是對推展微型化學實驗工作者莫大的鼓舞與鞭策。 （二）微型化學實驗十大特點與三字經 (1) 微型化學實驗的十大特點 著者經多年來累積的經驗後，提出以小、省、快、好、易、安、多、高、少、低等十個字代表微型化學實驗的十大特點。 (2) 微型化學實驗的三字經 將微型化學實驗的十大特點以三字經的方式來闡釋，則更能突顯出其特點如下： （三）微型化學實驗的設計原則 微型化學實驗的設計原則為需具有「省資源、可回收、低污染」之環保理念，以及遵守（3+1）R之原則。 前3個R為歐美先進國家所提出來的廢棄物處理妙方，分別為減量（Reduce）、回收（Recycle）及再用（Reuse），再加上第4個R為拒用（Refuse），亦既是針對中小學的化學實驗有下列五項情形時必須加以拒用（拒絕使用）：(1)化學藥品具有高毒性、(2)化學藥品不易買到、(3)化學反應太繁瑣、(4)化學反應有爆炸危險性、以及(5)化學實驗裝置組裝複雜且易破裂。唯在拒絕使用之前，必須針對其實驗方法及裝置提出改良設計成微型化學實驗裝置以進行微型實驗，俾使化學實驗能符合環保理念。 n  微型實驗的歷史背景 在化學實驗中參與反應的試劑用量，係隨著科學儀器與科學技術的進步與發展，而有逐漸減少的趨勢。早在一八四五年N.D. Cheronis等便已開始提倡將實驗小型化（small-scale），四O年代半微量有機合成、半微量定性分析等在教學中的應用也逐漸被重視。美國化學家Nicholas D. Cheronis在一九四一年舉行的美國化學會年會上，對半微量實驗的儀器與分析技術在普通化學及有機化學中的應用作了有系統的介紹，也受到與會學者專家的重視。一九七五年美籍華裔學者馬祖聖（T. S. Ma）教授曾編著「化學中的微型操作」一書來推展微型化學實驗，此後有不少中學化學教師也受到影響而開始研究一些小型化的實驗裝置來進行化學實驗，微型有機化學實驗在八O年代脫穎而出後，就奠定了微型化學實驗的基礎，由此可見化學實驗小型化、微型化是化學教學發展的重要課題與必然的趨勢。 n  國外有關微型實驗的發展 一九八二年起Mayo等在Bowdoin學院及Merrimack學院等的有機化學實驗教學中便開始採用微型有機化學實驗，一九八四年在美國化學年會中首次發表微型化學實驗，一九八五年在美國化學教育雜誌刊出有關微型化學實驗的論文，一九八六年第一本「微型有機實驗」書問世，一九八九年第二版出版，根據統計至一九八九年底美國已有四百多所院校採用了微型化學實驗，Mayo預測到一九九二年將有百分之八十左右的美國大學基礎有機實驗會走向微型化。微型有機化學實驗在國外發展非常迅速，並帶動了無機化學、普通化學及中目前學化學的微型實驗的研究與應用。 目前微型實驗在大學和中學化學中的應用已受到國際化學教育界的重視，美國化學教育期刊（Journal of Chemical Education）自一九八九年十一月起開闢「微型實驗（The Microscale Laboratory）」的專欄，以加強對微型實驗的報導，至今微型實驗在世界上已有很好的發展。 n  大陸有關微型實驗的發展 大陸從一九八八年起開始引進並研發微型實驗，首先在大學院校來推廣使用，爾後陸續推廣到全國中學。目前微型實驗已被列為高校化學教育研究中心的課題，籌組研究協作組來大力推展，至今已有十三、四年了。在大陸的教委會有關部門、中國化學會和各有關院校的支持下，經過很多教師的共同努力，微型化學實驗已在大陸七百多所院校及中學推廣應用。 目前大陸方面在微型實驗之推展，已受到國外同行的矚目，杭州師範大學化學系周寧懷教授為大學院校首先帶動並推展微型實驗的專家學者，周寧懷教授曾相繼在國際理論與應用化學聯合會（IUPAC）的學術大會及歐亞化學大會發表論文，由此可見，大陸在微型實驗推展所做的努力，已有相當的績效。 大陸每兩年舉辦一次全國微型化學學術大會，著者曾出席在一九九八年在杭州師院、二OO五年在齊齊哈爾大學、二OO七年在廣東湛江師範學院以及二OO九年在內蒙古民族大學舉辦的研討會發表論文。其中一九九八年四月二十二日至二十六日由杭州師範學院負責舉辦九八年第四屆全國微型化學學術大會（ACML），會中著者受邀發表論文及擔任研討會分組副主席，並以「減量減廢化學教學實驗設計研究」一文，在學術大會中報告與作品展示，受到與會大學教授專家學者及中學教師一致肯定。在學術大會後，大會決定成立「全國微型化學實驗研究中心」，中心聘請主持人擔任首屆理事及特約研究員，以加強兩岸學術交流，並期望微型化學實驗能在兩岸加速推展。 è 續【微型實驗簡介（下）】

微型實驗簡介（下） 方金祥 創意微型科學工作室 chfang1273@yahoo.com.tw é 承【微型實驗簡介（上）】 n  國內有關微型實驗的發展現況 國內有關微型實驗之推廣正在積極努力當中，著者曾在國立高雄師範大學化學系及研究所中擔任微型化學實驗之設計課程，教學過程中每學期皆需要不斷補充新的教學資料，因而在多次研讀國外一系列微型化學相關的論著後，引發作者在微型實驗設計上的興趣，經過多年的努力後，在微型實驗設計方面有點心得與收穫。自一九八五年起陸續將相關的成果發表在科學教育月刊計四十二篇：(1)有趣的理化實驗—奇妙的自動變色噴泉（1985），(2)有趣的理化實驗—光泉與變色噴泉（1986），(3)電解中陽極與陰極酸鹼度之速測法（1987），(4)投影機在化學示範實驗教學上之設計與運用（1987），(5)簡易電解裝置之設計與製作（1988），(6)寶特瓶在理化實驗上之利用（1990），(7)投影機在化學實驗上立體投影之設計與運用（1990），(8)有趣的化學實驗—隱形墨水（1990），(9)彩色投影透明片製作—護貝機製作法（1991），(10)有趣的化學演示實驗—汽水變可樂，可樂變汽水（1991），(11)非偏光動態投影透明片教材在化學教學上之設計與製作（1992），(12)投影機之化學演示實驗—金屬的離子化趨勢（1992），(13)氫氣的簡易製法與氫氣槍（1999），(14)微型氫氧混合爆鳴器（1999），(15)多功能二合一水槍（1999），(16)銀樹書籤（1999），(17)耗氧噴泉（1999），(18)柳橙汁變可樂，可樂變柳橙汁（1999），(19)神奇的噴泉（2000），(20)另類化學槍—新型氫氣槍和酒精槍（2000），(21)神奇的化學魔術—冷沸與冷泉（2000），(22)簡易銅蝕雕（2000），(23)乾冰噴泉（2000），(24)減壓彩色噴泉（2001），(25)化學魔術畫板（2001），(26)微型電解與顏色變換（2001），(27)化學奇觀—水中煙火（2001），(28)低值免電池化學槍（2002），(29)低值迷你水火箭（2002），(30)科玩DIY—磁浮飛碟（2004），(31)兒童創意科學實驗設計—神奇日光燈（2004），(32)兒童創意科學實驗設計—電動小馬達（2004），(33)科玩DIY—化學魔術神秘紙杯（2004），(34)科玩DIY—水的電解與合成（2004），(35)科玩DIY—在注射筒中之發光噴泉（2004），(36)科玩DIY—化學日出與日落（2004），(37)科玩DIY—水在注射筒中之沸騰（2004），(38)科玩DIY—旋轉式立體飄浮魔鏡（2004），(39)科玩DIY—有趣的喝水鳥（2003），(40)科玩DIY—大氣壓力（2003），(41)科玩DIY—發光浮沈子（2003），(42)科玩DIY—環保化學鞭炮（2003）等。 一九九三年起在中國化學會「化學」雜誌中陸續發表十九篇化學教育論文：(1)簡易安全快速之氣體製備與其性質之檢驗（1993），(2)新型電解裝置之改良設計研究(三項專利)（1995），(3)可回收低污染化學實驗器具組合之設計研究（1996）(4)減量減廢低污染化學實驗之設計研究（1997），(5)中學微型化學教學實驗之設計研究（1998），(6)微型電解裝置之設計研究（1999），(7)新型微型滴定裝置之設計研究（2001），(8)微型電解裝置與微型水火箭（2001），(9)微型掌心雷（2001），(10)中學微型木材乾餾有機化學實驗之設計研究（2002），(11)創意趣味微型化學實驗之演示及中學師生之實做研習（2002），(12)大學普通化學實驗儀器微型化之設計研究低值微型滴定裝置（2002），(13) 微型環保電解裝置之設計與在中學化學教學應用之研究（2003），(14)零污染安全微型氯氣製備裝置之設計與中學化學教學演示之研究（2003），(15)零污染安全微型木材乾餾裝置之設計與中學化學教學演示之研究（2003），(16)微型電化學實驗之設計研究—水之分解與合成（2003），(17)多功能安全氣體製備裝置之設計研究（2003），(18)氫氧燃料電池之微型化設計及在電化學教學應用之研究(方金祥 游苑平2004)，以及(19)何夫曼電解裝置微型化及教學應用研究(2004) 等。 此外，著者在美國化學教育期刊（Journal of Chemical Education）中發表一篇空氣中氧氣百分組成之簡易測定法（Fang, 1998）。 除此之外，自一九九二年起將改良創新發明之微型化學實驗裝置，逐年提出參加中華民國發明與創新展覽，八、九年來皆受到評審委員們的肯定與青睞而連續獲獎，其中亦有五項作品已獲有經濟部中央標準局及智慧財產局新型專利：(1)簡易電解裝置（1993），(2)簡易環保電解裝置（1995），(3)簡易安全水電解器（1997），(4)簡易氧氣製造供應器（1998）及(5)可回收可調式滴定裝置（2000）。也曾以減量減廢化學實驗之設計研究之作品榮獲一九九七年歐普環保獎第一名。一九九八年於上海市華東師大的「化學教學」雜誌中發表「微型實驗之設計—電解、氣體製備及滴定」，此文已被收錄於「中華優秀科學論文集—教育卷」中（1999）。 此外，著者者在累積多年的微型實驗設計經驗之後，分別在一九九八年十月由高雄復文圖書出版社出版國內第一本微型化學書籍（1998，相片一），二OO二年八月由國立編譯館主編出版的一本大學用書（2002，相片二）。為使國內化學教師、大學生及研究生對微型化學實驗能有更深入的認識，於二OO二年十二月七日至十一日特別邀請中國大陸全國微型化學實驗研究中心主任（杭州師範學院化學系教授兼高新化工研究所所長）周寧懷教授蒞臨高雄師範大學化學系專題演講，並與著者者在高雄師大化學系共同舉辦一場「微型化學工作坊（Workshop on Microscale Chemistry）」，使學生對大陸及國內推展微型化學實驗有更進一步的瞭解，也讓與會師生獲益良多，並覺得微型化學實驗在現今的環境及自然與生活科技領域之教師，在創新教學設計與學生學習興趣之提升及創造力之培養等會有相當大的助益。 相片一：微型化學實驗設計與製作 相片二：微型化學實驗教學之理論與實務 n  自製微型實驗裝置舉隅 著者曾設計完成多項微型實驗裝置，由於篇幅關係僅舉以下十三種供化學教育同好及師生參考。(1)微型氫氣製備裝置，(2)微型氯氣製備裝置，(3)微型氧氣製備裝置，(4)微型電解裝置，(5)微型滴定裝置，(6)微型乙炔照明器，(7)微型木材乾餾裝置，(8)微型掌心雷，(9)微型化學水火箭，(10)微型化學鞭炮，(11)微型水中火泉，(12)微型燃料電池，以及(13)微型氫氣槍和酒精槍等等。這些微型實驗裝置如圖1所示。 圖1：十三項微型實驗裝置 n  結語 創意微型化學實驗動手做，可以幫助學生認識化學及獲取化學識，讓學生在快樂中學習化學。以創意微型化學實驗應用在化學教與學上可說是學生們操作實驗的最愛。 創意微型化學實驗在設計上應考慮到實驗之安全性、趣味性、啟發性之外，還要兼顧到器材簡單、容易取得（可以配合廢棄物回收再利用）、操作容易及可重複使用等原則。在以創意微型化學實驗裝置此實驗時，每位學生可擁有自己一套實驗裝置且能親自動手操作，俾能激發學生們的創意、培養學生獨立思考與科學態度、訓練解決問題的能力。基於此，為了讓化學教師們的化學教學及化學實驗更為安全有趣、生動活潑，使學生在化學之學習上也變為更有趣、更為安全及更為簡易，以增加化學實驗的趣味性及學生對化學原理的好奇與吸引力，使學生不再懼怕化學，在老師教導之下每位學生皆可以安全地親自動手做實驗，由動手做中來接觸化學及認識化學，因此簡易微型化學實驗裝置對各階層的學生在化學學習上將有莫大的幫助。

創意微型實驗 —微型氫氣製備與微型氫氣槍 方金祥 創意微型科學工作室 chfang1273@yahoo.com.tw n  氫氣的特性 氫原子是所有元素中最輕的元素，氫原子也是最簡單的化學元素。氫原子（H）是由有一個帶正電荷的質子構成的原子核和原子核外之電子軌道上之一個帶負電荷電子所組成。原子序及原子量為1，通常是以三種同位素的型態存在於自然界中，分別為氫（H），氘（D），氚（T），氫原子非常活潑，由2個氫原子（H）組成雙原子分子，也就是氫氣（H2），氫氣是一種無色、無臭、無味、無毒的可燃性氣體物質，也是所有氣體中最輕的氣體。雖然氫在地球上的含量只佔第九位，約為地球質量的0.9%。但是氫在宇宙中是最豐富的元素，約佔所有物質質量的3/4。氫可與碳及其他元素形成化合物存在於所有動植物中，石油和煤中也含有氫，氫約佔水的質量的11%。 氫氣（H2）早在十六世紀初就被科學家利用在強酸加入較活潑的金屬實驗室製氫法製造出來，氫氣化性活潑、常溫常壓下易燃，燃燒時與氧氣作用生成水（2H2 + O2 → 2H2O），氫氣之原文為Hydrogen，其中Hydro是取自於拉丁文「hydrogenium」（即生成水之意）。 n  製造氫氣之原理與傳統氫氣製備裝置 （一）原理 利用活潑金屬如鋅（Zn）或鎂（Mg）等與強酸（鹽酸，HCl(aq)）作用會釋放出氫氣來（H2）。其反應是如下： （二）傳統氫氣製備裝置 早期的氫氣製備裝置即所謂的氣體製備裝置，如啟普式氣體製備（Gipps Gas Generator），如相片一所示。   相片一：啟普式氣體製備裝置（左），傳統排水集氣法（右） n  微型氫氣製備裝置與微型氫氣槍 由於早期的氫氣製備裝置皆為玻璃材質，在組裝及操作不慎時容易破裂受傷，藥品用量太多，反應時間也過長，最後檢驗時不方便或易有爆炸可能。如將氫氣製備裝置改以塑膠材質來設計改良而成的「微型氫氣製備裝置」時，會更為安全有趣。茲將微型氫氣製備裝置之設計與製作說明如下： （一）材料 鎂帶（Mg）、鹽酸（清潔用）、火柴，如相片二所示。 相片二：鎂帶（上左）、鹽酸（上右）及火柴（下） （二）微型氫氣製備裝置之設計與組裝 1.        微型氫氣製備裝置之設備很簡單，包括塑膠罐、橡皮管、單孔塑膠塞及塑膠注射筒，如相片三所示。 相片三：塑膠罐、橡皮管、塑膠注射筒（左）及單孔塑膠塞（右） 2.        在塑膠罐之蓋子中央處鑽一個小孔，用熱熔膠將一粒單孔塑膠塞固定在孔中，如相片四所示。 相片四：蓋子中央小孔（左）及單孔塑膠塞用熱熔膠固定（右） 3.        在單孔塑膠塞下方接一條長約8 cm橡皮管，如相片五所示。 相片五：單孔塑膠塞下方接橡皮管 4.        再將一支塑膠注射筒插在塑膠蓋上之單孔塑膠塞中，即組成『微型氫氣製備裝置』，如相片六所示。   相片六：微型氫氣製備裝置 （三）動動手 1.        將微型氫氣製備裝置之塑膠罐之塑膠蓋打開。 2.        將30 mL之3 M稀鹽酸溶液（可以洗廁所用的無煙鹽酸加水稀釋一倍替代）倒入微型氫氣製備裝置之塑膠罐中，然後再將微型氫氣製備裝置之塑膠罐之塑膠蓋蓋緊，如相片七所示。 相片七：稀鹽酸溶液塑膠罐中裝入 3.        把5 cm長之鎂帶（Mg）對摺再對摺至約為1 […]

在網路，遇見教材 謝祿適 高雄市立瑞祥高級中學 高雄市政府教育局資訊教育中心 lushih@mail.edu.tw   n  前言 近來「翻轉教室」的概念甚為風行，這一概念的源頭可溯自2007年美國科羅拉多州洛山磯山林地公園高中（Woodland Park High School）的化學老師John Bergmann與Anaron Sams [1]，這二位老師利用數位工具記錄上課的簡報與旁白做成簡短的影片並上傳至YouTube網站，供學生自行利用時間觀看並自主學習。 在臺灣此一新的教育理念廣為社會大眾注目，各種不同屬性的報章雜誌也多有報導，例如：國內著名的科普雜誌「科學人」在2013年11月專文介紹[2]，老牌的財經月刊「天下雜誌」在2014年2~3月的刊物中多次介紹相關教育理念[3]；甚至教育部也在不同的教育階段大力引進相關的計畫，如在高等教育領域的「磨課師」計畫[4]；但考量中、小學教育現場的實況，鼓勵教師們引用網路上的各式影音教材、自由軟體，編輯成一系列的授課教材、教案似乎更可能落實到教學場。本文嘗試性的對現行高中一年級化學科課程內容，提出一些網路上風行多時的e化素材及模擬實驗，與所有教學現場的教師同仁分享。 n  可汗學院 可汗學院（Khan Academy）創辦人薩爾曼‧可汗（Salman Khan）一開始為了幫助在遠方的親人學習數學，把自己製作的教學影片上傳至網路（大部分是放在YouTube）[5]，供親人學習，意外地這些影片在網路受到非常多人的喜愛，於是他在2006年正成立了一所非營利教育機構[6]也就是可汗學院，該機構在網際網路上提供眾多的免費教材，到現今這些教材的內容含蓋數學、歷史、醫療衛生及醫學、金融、物理、化學、生物、天文學、經濟學、宇宙學、有機化學、美國公民教育、美術史、總體經濟學、個體經濟學及電腦科學等，到目前為止己經提供300,000,000個以上的課程影片。 這些影片中有二大項目與化學教學相關，分別是化學及有機化學，而與台灣高中一年級化學課程內容較為相近的部份，為可汗學院網站內Chemistry的選項。使用登入可汗學院網站後（見插圖1），在頁面下方可以找到Science項目下的Chemistry選項的圖示，點選該選項後即可進入化學課程。 插圖1：Khan Academy進入後畫面  進入化學課程後，可以見到化學課程提供了Introduction to the atom、Orbitals and Electrons、Periodic table, trends, and bonding、Chemical reactions (stoichiometry)、Ideal gas laws、States of matter、Reaction rates 、Acid and bases、Oxidation reduction、Radioative decay等不同課程。筆者把與高中一年級化學課程相關的部份整理如表格1。 表格1：現行高中一年級課程對照Khan Academy課程 高中一年級課程 Khan Academy課程 物質的組成與性質 Introduction to the […]

設計國中教材—細數原子與分子 李志鴻 新北市立錦和高級中學 leho1272@ms54.hinet.net   n  前言 目前國中教材有關物質組成的部分，從原子結構單元開始進入微觀粒子的介紹，而之後銜接的教材即為細數原子與分子單元，內容嘗試說明原子量、分子量與莫耳數的關係。本文作者的經驗顯示有相當大比例的學生是未學先「懼」，甚至學過放棄。因此如何讓國中學生在學習這個單元時不會感覺抽象，容易接受與學習是一項困難的挑戰。有鑒於此，本文作者針對現行審定的教材進行探討，進而設計輔助說明的學習單以幫助學生學習原子量、分子量與莫耳數的關係。 n  目前教科書的內容安排 在學習「細數原子與分子」單元，一般教科書大致上是以下述的方式來說明原子量、分子量與莫耳數的關係： 1.    先告訴某一純物質物體質量與此物體中有多少個原子，讓學生計算一個原子質量大約是多少。如康軒版以「壹元硬幣的質量約為3.7公克，若是純銅所製，應含有約3.5 × 個原子」的例子帶入1個銅原子質量很小。 2.    再說明為了比較各種不同元素的原子質量是不同的，訂定原子量作為比較各種原子質量的依據，並以質量數為12的 原子之原子量為12。 3.    接下來定義亞佛加厥數：「1個原子是如此的小如此的輕，為方便計量，科學家制訂一個龐大粒子數的單位—莫耳。經過科學家實驗測得1莫耳 ＝ 6 × 個。」 n  學生可能產生的學習困難 雖然教科書簡略陳述原子量、分子量與莫耳的意義，但是從教科書內容邏輯脈絡的陳述而言，原子量與原子真正質量之比較卻無法從中簡單看出，以至於學生仍無法了解原子量與真正質量的關係。同時，科學家為何選定6 × 個，而非其他數值作為1莫耳，再加上學生對於「莫耳」一詞的陌生，並無法從莫耳兩字看出其含意。因此學生在此單元面對眾多的名詞勢必充滿疑惑，加上需要計算質量極小、數量極大的原子與分子，對數學理解能力稍差的學生，在學習上出現問題的機會即會大增。 n  教材設計分享 本文作者在此提供已經實際運用在教學上並獲得不錯的學習成效的6個學習單作為教師教學時的輔材內容，提供教育現場教師參考。 一、  轉換基本粒子質量的表示法 如表1所示，將質子、中子與電子的質量透過數學運算轉換（註1），得到表中三種基本粒子的質量，其中質子質量約與中子相等為電子1840倍，而1個質子的質量為1.67×  g。   表1：三種基本粒子的質量   二、  複習原子的質量等於質子、中子與電子質量和的概念 接著從第三冊學過的原子結構帶入，原子的質量即為質子、中子及電子質量的總和。如表2所示，透過讓學生寫出三種基本粒子的數量，進而導引出不同原子的質量即為三種粒子質量的總和。最後將實際質量的數值帶入，以數學式子計算並得到一個原子的質量與不同原子之間的質量比。 表2：原子質量與其數值的關係   三、  由學生自己計算出的原子質量，看出每種原子的質量比、並從中了解原子量及亞佛加厥數 由表2的計算結果得到一個 原子質量 = ，一個 原子質量 = ，一個  原子質量 = […]

食品安全及其風險分析 張一知 國立臺灣師範大學化學系 changijy@ntnu.edu.tw   民以食為天，吃是大事，近年每隔一段時間就會爆發食品安全的問題。從麵包添加劑到混合食用油，在一片風聲鶴唳之下，衍生出許多不必要的恐慌。 在現代的生活環境中，若要完全使用傳統的方式得到農產品，是無法提供全球對食物的需求。因此許多農藥，防腐劑，添加物等等的使用，都屬於優缺點，利弊，孰重孰輕，比較出的選擇。本文簡略說明世界衛生組織（ＷＨＯ）對食品安全及其風險分析的方法，並引其法來討論我國政府近年對幾次食品安全問題的作法。 世界衛生組織（ＷＨＯ）和聯合國農糧組織（FAO）對於食品風險分析的方法，是將風險評估發展成為可降低公眾健康危害的食品管理。而所用的方法就稱為風險分析，它是由三個部分組成：風險評估、風險管理、風險溝通。圖1說明風險分析的三個組成之間的關係。 圖1：風險分析的三個組成之間的關係 n  風險評估 風險評估是使用科學方法評估，當人體接觸到與食物相關的危害，會造成已知或潛在的不良健康影響。該過程應由以下步驟組成： 確認危害：確認特定物質與已知或潛在的有害健康之關聯。 危害特徵：用定性和／或定量的方式評估任何可能存在於食物中，和不良反應相關的生物，化學，物理的物質。若是化學物質，必須測試不同劑量的反應。對於生物或物理物質，若可以測試不同劑量的反應，也應該測試。 接觸評估：用定性和／或定量評估可能發生食用危害物的可能性。 風險特徵：綜合確認危害，危害特徵和接觸評估整體，估計不利的影響可能發生在某特定人群之機率（含不確定性）。 一般的定量風險評估，雖強調用數值表達風險，但仍對有不確定性之風險用定性的方式說明。 n  風險管理 風險管理是權衡各種政策，含接受、降低或最小化評估風險，並選擇及實施適當選項的過程。 風險管理可概括在下列四個部分： 初步風險管理活動為第一個過程。它包括建立風險的一個特定的範圍，在此範圍內廣泛的討論這問題，並盡可能提供大量的資料，以引導下一步的決議。在此過程中，風險管理可以委託獨立機構進行科學上的風險評估，而這些結果都將提交給決策單位。 評估各種風險管理方案，為決定如何管理食品安全，其評估的基礎是以科學觀點上的風險和其他相關因素，也可納入一些保護消費者的措施。最佳化的食品控制措施是以效率、效益、技術可行性、以及是否能在整個食品鏈中的某些特定點來執行與判斷。在這個階段就要進行成本效益分析。 實施風險管理的決策，通常會包含食品安全的管理辦法。對業界所選擇的特定指標應該保持彈性，最終要讓整體方法能以客觀地的方式顯示出既定目標的實現。持續不斷的檢驗現有食品安全指標執行的效益也是必要的。 監測和審查包含數據的收集和分析，能整理成食品安全和消費者健康的整體概述。經由監測食品污染和與食物相關之疾病，可判斷是否有新的食品安全問題出現。當有證據顯示，凡是沒有達到公共衛生的目標，就必須重新設計食品安全管理措施。 n  風險溝通 風險溝通是有關風險評估，風險管理，以及其他有關各方之間的風險信息和意見交換的一個互動的過程。 風險溝通是風險分析工作中的主軸，而且要不間斷的進行，從開始就要包含所有利益相關團體的參與。風險溝通能使利益相關者了解風險評估的各個階段。這將幫助所有的利益相關者能夠清楚地了解風險評估的邏輯、結果、意義、以及它的局限性。利益相關者亦可以提供相關資料。例如業內相關人士可能有未公佈的研究數據，它對於在進行風險評估時非常重要。將資料提供給利益相關者（包括企業和消費者），也是風險分析過程中的一環。 確認特別相關團體和他們的代表應包含在整體風險溝通策略的一部分。風險溝通的策略是由風險評估人員和管理人員儘早進行雙向溝通，並在決策過程中進行討論，當雙方達成一致意見時才能訂定。這策略還應該包括誰負責提供信息給大眾，以及如何提供。 風險溝通之決策，包括問題、對象、和方式，都是風險溝通策略的一部分。系統性的風險溝通是最有效的，一般從收集和風險相關的疑慮開始。因此風險管理者和風險評估者必須能夠在早期階段，簡單和清楚地總結這個議題所涵蓋的問題，如此可引起大眾的興趣和接受利益相關者所提供的意見。整個過程中都必持續溝通。一旦現有的資料已被充分分析，並被評估出適當的風險，就必須編寫和傳播這些訊息。之後將再與利益相關者進一步討論，並做適當的更正、修改和補充，以得到最後的風險評估和風險分析報告。 以此風險分析架構，來討論我國近年來所發生的案例，先從較早的毒奶粉案例：2008年大陸製造的奶粉中含三聚氰胺事件。此事在風險評估上相較簡單，危害確認是三聚氰胺。接觸的評估是大多數人都會食用，但有分為主食或非主食之區別。因而其風險特徵，是以奶粉為主食的小嬰兒風險最大，有可能產生腎結石，甚至致命。但對奶粉非主食的人，其風險不大。唯一較有疑慮的部分是在對大人的危害特徵，因三聚氰胺本非食品，因此也未曾對它進行危害特徵中，食用計量對健康的影響。 再以風險管理上來看，最初步的風險管理活動就是將風險範圍訂在所有使用大陸製奶粉加工而成的全部產品，其含概非常廣泛，從零食到飲料，反而因國內嬰兒奶粉多為國際知名大廠並未從大陸進口而不在範圍內。下一步理因評估各種風險管理方案，並進行成本效益分析，此時由衛生署署長林芳郁宣佈將可容許含量上限定為5 ppm，並將全面查驗。以風險管理以及成本效益甚至執行面來看，都是不錯的決定。但因風險溝通做得不夠，規定一出，舉國譁然，認為三聚氰胺既然不屬於食品就完全不能出現在食品內。此時宣佈風險管理的人：衛生署署長，理應說明如何得到此限量，但他可能不了解風險管理的全部過程，未能解釋清楚，最後辭職下台。新任署長宣佈三聚氰胺不得在食品中檢出，事件才較為平息。以分析的角度看，若未給定標準檢驗方法，「不得檢出」是無意義的。雖然數月後，歐盟也將三聚氰胺可容許含量上限定為5 ppm，但我國仍維持「不得檢出」。 但「不得檢出」的標準在當時，無法將所有應檢驗之樣品快速檢驗。因此「不得檢出」感覺很安全，但對維護全民健康而言，實在幫助不大。 我國在風險評估上，大多仰賴外國的數據，如美國、歐盟、日本和WHO，一般而言大多屬於科學上的研究，所以問題較少。因而在訂定的風險管理，也常常直接套用國外的方式，例如農藥殘留量檢驗方式及時間等，行之多年問題不大。但卻也因此而忽略了重要的整體風險分析，尤其是風險溝通。三聚氰胺可容許含量上限定為5 ppm是以食品安全為主，不會造成消費者健康上的風險。「不得檢出」則是比較以保護消費行為的方向出發，卽消費者花錢買食品，就不應該買到含三聚氰胺的食品。若在一開始就請消費者以及檢驗機構代表，互相溝通，尤其是對檢驗時間、以及人力等因素的考慮下，5 ppm也許對消費者健康上的保障更高。 天下沒有白吃的午餐，風險管理一定要考慮成本效益，不能只接受100分，而不考慮其它可能性。 2013年10月發生標示百分百的特級橄欖油被發現是使用摻了超過50%棉籽油的調和橄欖油。第一時間點，就有媒體強調「棉籽」中的「棉酚」，會使男性精蟲減少。甚至有人說一天兩匙的量，就會造成不孕。此時已有了許多食品安全爆料經驗的衛生署，首先強調「棉酚」是不可以出現在食用油中。後又有食品專家台大孫教授解釋在食用油精製的過程中，水溶性的「棉酚」，很容易從食用油中去除。「棉籽」中含棉酚，不代表「棉籽油」中含棉酚。雖然又有添加銅葉綠素為色素之問題，也只是含量很低，對健康的影響都很小。此時大眾對混合油在健康上的顧慮較少，因此風險管理活動就將風險範圍訂在標示不符、欺騙消費者。 因前幾次的經驗，越打擊無良商家，越能得到消費大眾的支持。雖然用棉籽油的混合油在健康上是無慮的，衛生署仍決定全數銷毀，完全不考慮業者希望的重新標示後，降價再賣。但銷毀近萬噸的油也會造成一些污染，若允許重新標示再賣，所得可作為賠償基金，也許更有效率。但這些可能的方式也都未被討論，在整個風險分析中仍缺乏風險溝通，以及成本考量。 在食品加工技術、添加物開發，幾乎是日日推陳出新之際，只仰賴外國的研究數據，已逐漸無法處理。而我國尚未建立風險管理之機制，每次事件發生，都是先政府由上而下的訂定規範，若民眾不滿意，則訴諸媒體。在媒體一面撻伐中，政府再修改政策。最後商家倒店，食品安全問題仍一再發生。在國民對食品安全的重視逐漸提高之際，我們期待能建立良好的風險分析，風險管理不是要民粹，而是要用較少的成本達到最佳的食品健康。 在政府即將成立「食品安全推動工作小組」之際，期盼科學界、尤其是化學界的讀者，大家一起推動以科學的態度來面對風險的評估，理想是非常好，但效益也要作為考慮的要素。

蠟燭的化學史 The Chemical History of a Candle 作者：Michael Faraday（麥可‧法拉第） 譯者：胡景瀚*、林奕秀 國立彰化師範大學化學系 *chingkth@cc.ncue.edu.tw 譯者序   這本書源於Michael Faraday（麥可‧法拉第，1791─1867）在英國皇家學院的一系列演講，該書於1861年首次出版。法拉第出身卑微，靠著自學而成為科學的歷史上一位傳奇的人物。他在電磁學、化學各領域都有卓越的貢獻。 在這本書中，法拉第藉著一系列的實驗，闡述蠟燭燃燒時所牽涉到的現象。法拉第分析了燭火的溫度，告訴我們燭火最亮之處其實是碳粒造成的。蠟燭及許多物質的燃燒都會產生二氧化碳和水，二氧化碳的碳和水的氫來自蠟燭，而氧來自大氣；水包含二體積的氫氣和一體積的氧氣。法拉第也將蠟燭燃燒和呼吸作用做比較，告訴我們二者都是藉氧化反應釋放能量，並排出二氧化碳的化學反應。 今人閱讀這本書，仍不免讚嘆法拉第設計的精采實驗。藉著逐步的推理、論說、與驗證，法拉第成功地教育年輕人科學如何藉著發問、推想、設計實驗、並驗證結果來獲得知識。除了介紹蠟燭，這本書的另一個重要貢獻是告訴我們:「如何從事科學研究」、「甚麼是科學」。 這本書很適合年輕學生閱讀，若能重複書中描述的實驗，讀者將會更為受益。在書中，譯者盡量將所涉化學反應呈現出來，以利於讀者學習。原書圖繪由彰化師範大學美術系李婷歡重繪，謹此致謝。在譯者之前，中央大學倪簡白教授已經出版了譯本《法拉第的蠟燭科學》（商務書局出版）。台灣大學張文亮教授的作品：《電學之父─法拉第的故事》（文經社出版）對於法拉第的生平有詳盡的介紹。 （圖片來源：Michael Faraday, Wikipedia）