第二十一期 主編的話 邱美虹 國立臺灣師範大學科學教育研究所教授 美國國家科學教學研究學會（NARST）甫卸任理事長（Immediate Past President） 國際純粹化學與應用化學聯盟（IUPAC）執行委員會常務委員 中國化學會（臺灣）教育委員會主任委員 mhchiu@ntnu.edu.tw 2017亞洲化學教育國際研討紀實 兩年一次的亞洲化學教育國際研討會（International Conference on Network for Inter-Asian Chemistry Education, NICE）今年7月26-28日在韓國首爾市舉行。此次大會的內容著重在科技的應用、化學教育中的STEM/STEAM、永續與綠色化學、翻轉教學、生活中的化學、化學課程標準、實驗活動與實驗改進、概念學習等。這個會議自2014年起開始鼓勵教師帶高中生來參加海報展，今年也不例外，日本、韓國和臺灣都有高中生參加，臺灣整體團隊將近40人參與，創下歷年來最高的紀錄（見圖一～圖三）。大會會場此次安排在一所科學中學舉辦，藉此機會讓與會者得以參觀該校先進的設備，並提供從事學術與教學的化學教育人員互動的機會。 圖一：開幕式合照 圖二：部分臺灣與會者與大會主席合照 圖三：參與的臺灣高中化學學科中心教師與助理 此次大會邀請淡江大學王伯昌教授擔任大會主講人之一，王教授自2011年開始推動化學行動車下鄉至今已超過300多所國中小學，所到之處皆受國中小學師生喜愛。無獨有偶，日方代表主講人是山形縣的YasunaoKuriyama教授，他則是自2008年開始便自行帶著學生駕著移動式實驗室的小貨車到山形縣各地進行化學實驗，對山形縣的化學推廣貢獻良多。韓國Jung Hoon Choi 教授則更自2002年便開始進行類似的化學行動車，他自言這想法是受一位德國教授的啟發，遂於韓國全面推動，除此之外，他自己也到世界各地進行化學行動車的實驗活動，引起相當高的迴響，目前他在韓國已有四部大型拖車在韓國國內趴趴走。這幾位教授在推動化學科普教育不遺餘力，令人佩服！ 此次除大會演講、口頭報告、海報展覽（見圖四）以外，還安排了一項重要的活動，那就是參觀首爾的Changdeok Girl’s MiddleSchool。這是一所未來學校，強調課程結合科學‒科技‒工程‒藝術‒數學（Science, Technology, Engineering, Art, and Mathematics, 簡稱STEAM），校內設備全面科技化，以一個小小的插座的設計（設計在天花板上，平常可以收入天花板內，不至於影響觀瞻也不會影響學生做實驗時的動線。）就可以看出其用心之處（見圖五之左），學生平常上課大都使用平板電腦學習各單元，教科書的內容也多與科技結合，使抽象的概念可以具體化，教師可以透過政府提供的網路教材，在學校課程中安排學生進行與科技相結合的活動（如結合AR的功能教授化學和物理實驗活動，見圖五之右）。同時，學校重視培養學生的創造力和問題解決的能力，所以學校沒有期中考也沒有期末考，一人一課表，學生可以依照個人興趣選擇自己想上的課程，教師也因材施教讓學生充分發揮自己的才能。校長重視與尊重教師的專業，提供教師相當大的空間研發課程，也是這所學校得以嘗試各種不同的教學方法以適性教學，真是名符其實的未來學校，希望他校可以起而效之。 圖四：海報展示   圖五：插座設計在天花板（左），以AR展示化學和物理實驗（右）   課程共備 那臺灣教師在教學現場又做了哪些改革呢？本期專題即以教師共備為主，來說明在各地發酵的教師學習型組織。此次邀請臺北市立麗山高級中學藍偉瑩主任（目前借調到國教署服務）擔任特約主編。藍主任長期推動共備社群，強化以了解學習過程的教師課程設計和教學實施的能力，並鼓勵教師進行公開的觀課和議課，以達教師增強賦能的目的。此次受邀教師還有國立臺灣師大附中蘇淑菁老師則針對如何自佐藤學到臺北市共備社群的發展做了背景說明，並於文中指出教師在化學科課程設計應強調粒子觀進而到學習遷移的重要。臺北市立中山女中蘇芳儀老師和新北市立清水高中詹簾恩老師以個人參與共備社群的體會，從課程設計、觀課‒議課‒說課、到進行探究與實作課程設計的階段說明個人專業成長的歷程，提供教師認識共備的價值。高雄市立前鎮高中林百鴻老師介紹跨科社群發展的歷程，並利用PISA及仿PISA試題進行教師對科學素養的認識，以利課程的設計與評量方式的精進。臺北市立龍山國中鄭志鵬老師透過個人擔任課程召集人的角色說明如何在教學上進行跨校社群共備的機制。從以上各篇文章皆可看出，要實施共備，必須教師要有相當高的教學熱誠，願意為教學而改變；教師必須有反思的能力，才能看到學習者的需求與教學間是否存在落差；教師要有開放與願意接受挑戰的態度，才能接受觀課‒議課‒說課的教師專業成長模式。 最後本期還包括臺北市立陽明高級中學宋元惟老師介紹日本國小科學課程綱要，帶領讀者認識東亞培育出最多諾貝爾獎得主的國家如何在基礎科學教育上所做的努力；國立武陵高中吳德鵬老師則是以溫室氣體設計自然科探究與實作的設計；臺中市立大甲高中廖旭茂老師和兩位學生（廖心妍和林群曜）研發的微型氣體蒐集裝置，並提供實驗影片，非常適合未來12年國教探究與實作課程的內容；新竹科學實驗高中施建輝老師的解惑—高錳酸鉀滴定法的疑點解惑，將實驗步驟鉅細靡遺的解構與分析，相當值得化學教師與學生參考；最後是國立武陵高中張明娟老師帶兩位高中生（陳柏文和張心慈）出席NICE會議的心得報告，內容將其在會議中報告的實驗及心得撰文分享讀者，學生的與會心得更點出出席這類活動對打開他們的視野與英文溝通有相當大的影響。此觀點正符合設計教師與學生聯手出席國際會議的初衷！

第十九期 主編的話 邱美虹 國立臺灣師範大學科學教育研究所教授美國國家科學教學研究學會（NARST）甫卸任理事長（Immediate Past President）國際純粹化學與應用化學聯盟（IUPAC）執行委員會常務委員中國化學會（臺灣）教育委員會主任委員mhchiu@ntnu.edu.tw n  致謝 傳統上，我們總是將〝致謝〞置於文末；一反過去，此次我將其置於正文之前，以表達我深深的謝意。《臺灣化學教育》2017年五月號（第19期）是本期刊邁入第四年的第一期，過去1000多個日子感謝編輯團隊的用心經營、作者群們的熱心撰稿、審查委員的嚴謹把關、讀者群的大力支持，使本期刊得以在穩定中發展。本期刊至今已發表390篇文章、286萬人次造訪，感謝所有投入此項工作的各界人士，也期待大家持續給予鼓勵與支持，使本期刊可以服務更多對化學教育感興趣的人士、教育工作者、政策制定者、以及學生。 n  專題文章方面：科學展覽 國立臺灣科學教育館（簡稱科教館）創建於民國45年，因負責推動全國中小學及大眾科學教育，遂於民國49年開始辦理「全國中小學科學展覽會」，迄今每年參與科展的各級學校作品早已超過萬餘件，每年投入此項科展活動之師生業已多達十餘萬人，對國內科學教育的普及化影響甚鉅（國立臺灣科學教育館，2017）。民國71年臺灣受美國邀請參與其主辦的國際科技展覽競賽，科教館亦負起選拔與輔導學生參賽之重責，歷年來科教館帶動各級學校師生利用學校課餘時間進行實驗、探究問題、尋找答案，成果輝煌。自民國91年起增加「臺灣國際科學展覽會」，藉此活動與國際參賽師生有更密切的交流與觀摩的機會，也因此國內學生的作品陸續在國際舞台上得以發光，學生以得以有嶄露頭角與增廣見聞的機會。 科展競賽活動初期通常僅是某些在校內科學表現較為突出的學生有機會參與培訓與競賽，但是這樣的作法不僅無法達到科普的目的，也難免會被詬病，因此後來也逐漸回歸到當初設立科展的初衷，既然是以提升全民的科學實驗與探究的精神，就應讓所有的學生有參與的機會，因此各級學校便在校內鼓勵所有學生動腦動手玩科學，充分提供學生參與的機會，也期待藉此可以區別科學「績」優生與「資」優生。數十年下來，透過參與國內與國際科展的結果，也為國內發現與培養許多深具科學研究潛能的人才，並已在學術上有所成就；但也有些雖未走上化學的學術路線，但是從其中領悟到做學問與做事的道理—格物致知，何嘗不是此科普活動的至高目標呢！這些成果背後有許多促成美事的人士，而學校教師仍是重要的推手與伯樂。 本期專題以科學展覽（簡稱科展）為主，此次邀請新北市錦和高級中學鐘建坪老師擔任特約主編。鐘老師長期投入科展活動，在校內積極推動學生動手做實驗並探究實驗中的科學原理，此次由他負責邀集在科展活動上帶領學生有相當成果或經驗的老師╱業界人士以及曾參與過科展的學生為文，為讀者呈現科展的風貌與成果。鐘建坪在其〈類似科學家的科學探究活動—科學展覽〉說明探究是科學的本質，學生藉由做科展去了解科學志業；陳虹樺從科教館從業人員的角色說明科學社教機構長期推動科學展覽的使命；張堯卿、江慧玉、陳佩琪三位教師長期指導學生參加科展的教師分享其對科展活動的執著與價值，充分展現出個人對教學的熱誠與高度的使命感，幫助學生發現興趣並成就學生，令人佩服；學生參加科展競賽的目的與經驗，如人飲水冷暖自知，各不相同。本期由三位學生張致嘉、張清菁、潘建彰分享其個人的收穫，這些故事值得與他人分享。 n  專欄文章方面 最後常態性文章，有劉曉倩老師的〈液面上的華爾滋〉一文介紹學生從蜂蜜線捲問題出發所進行的科學探究實驗，並延伸到洗碗精的繩捲纏繞現象，根據其黏滯性和電導度歸納出可能影響的因子與產生的效應。陳孟男老師、廖心妍、林群曜所著〈可攜式積木電解蝕刻教具的設計及應用〉一文開宗明義就問了兩個有趣且具挑戰性的問題，「廢棄的乾電池除了交由清潔隊回收處理還可以有什麼用途呢？」和「這些電池元件可以有那些用處呢？」，讓人不禁想一讀為快，該文配合實驗影片，可以幫助讀者很快地掌握實驗的原則完成動手做實驗的部份，若在中間再加入一些活動思考問題可以是未來在12年國民教育中一門很好的〈自然科學探究與實作〉課程。翁榮源教授的〈翻轉教室在基礎化學課程實施的經驗談〉，點出教學現場的改變先移教師教學態度的轉變為出發點，一旦教師有意「翻轉」，課堂的教與學就會起化學變化，期待更多現場老師能從心境的轉變開始，學生自會隨著教師的教學與期待而有所改變。實習教師洪敬明從參與「高中基礎科學研習營」中察覺兩位化學教師對丙烷分子極性的不同解釋，撰寫〈分子的電偶極矩與分子結構對稱性之關係〉一文說明其對分子極性本質的觀點，第一種為高中課本常見的鍵偶極向量加成法，第二種是分子幾何結構對稱法介紹群論以說明分子對稱性與極性的關係，他還進一步討論「透過計算化學方法，定性模擬丙烷的電偶極矩與分子結構之關係」和「利用群論分析分子的對稱性，推測分子是否具有電偶極矩」。這些論點和討論凸顯不同階段所使用的解釋理論的限制性與適用範圍。 n  參考資料 1.        國立臺灣科學教育館（2017），資料來源：https://twsf.ntsec.gov.tw/Article.aspx?a=37&lang=1。  

再談科學模型與建模—從酸鹼模型發展史談起（上） 邱美虹 國立臺灣師範大學科學教育研究所mhchiu@ntnu.edu.tw n  前言 2016年《臺灣化學教育》期刊曾以「科學模型與建模」為專題，出版8篇文章，其中不乏對模型與建模觀點的評介（邱美虹，2016）、臺灣和芬蘭教科書原子結構單元之比較（周金城，2016）、跨國學生模型觀點的比較研究（宋元惟、邱美虹、鍾曉蘭，2016）、教師模型觀（林靜雯，2016）、科學建模文本的成效（鐘建坪，2016）、科學建模的教學設計（王嘉瑜2016；洪蓉宜和張欣怡，2016；鍾曉蘭，2016）。本文擬再就該主題進行討論，並從科學模型發展史的角度探討科學家在理論發展的過程中如何透過模型發展出解釋科學現象的理論，這種引介科學家模型發展歷程的教學，為「真實性學習（authentic learning）」教學取向之一，可作為12年國民基礎教育自然領域建模能力培養之參考。 n  科學模型發展史與建模歷程 科學的發展常透過理論的建立來闡述科學現象中複雜變因之間的關係。根據史料顯示，我們不難看到科學模型的建立在科學家發展理論的過程中扮演重要的角色，譬如法拉第很早就以描述性的圖繪方式繪出電磁場的概念並用以說明電場和磁場之間的互換現象、這觀點對後來馬克士威（Maxwell）發展電磁學理論有深遠的影響，且馬克士威也大量使用模型化的方式發展他的理論（Nersessian, 1992）、其它如牛頓定律、氣體動力論等等皆然，顯示建模是科學推理主要的過程，科學家產生、測試、具體化具有創意或可實行的想法，再透過一系列精煉模型的過程對科學現象加以描述與預測（Halloun, 2006）。在科學史上科學家運用系統性的推理方式發展理論，無異可以視為是一部科學模型發展史。 從科學哲學或本體論的角度觀之，Bunge（1974）認為模型可以視為是知覺的現實（perceived reality）和理想化的（idealized reality）現實之間的橋樑。換言之，模型是一種表徵，以簡約的方式呈現特定或複雜的關係，並盡量以逼近真實的現象來呈現。孔恩（Kuhn）則認為模型可以用在物件或是信念上，如原子、場、超距力等，但未必以實體存在；換言之，孔恩認為科學家可以相信理論實體和真實物體對應間的關係，但本體信念上未必能完全對應。因此，孔恩認為模型可以說是「在典範內問題的模型化解答（model solutions to problems within a paradigm）」（Gilbert, Pietrocola, Zylbersztajn, & Franco, 2000, p. 28）。而其他學者從認識論的角度探討模型時認為，模型可以代表一個物件、現象、過程、系統（Gilbert & Boulter, 2000）。而科學模型是一種將某系統的重要特性抽象化和簡化以解釋和預測科學現象的表徵（Schwarz等人，2009）。Lesh和Doerr（2003）從認為模型是透過外在的記號系統來表示成分（elements）、關係（relations）、運算（operations）、和規則（rules）之間彼此的交互作用（引自Schwarz等人，2009）。 Nersessian（1992）從認知歷史分析觀（cognitive historical analysis）出發，她認為發展科學理論是一種建模（modeling）活動，在心智中透過一連串的抽象化技巧（如想像力的推理、類比推理、思考實驗及個案分析），從既有的知識中產生新的概念表徵，進而產生科學理論。此觀點與Johnson-Laird（1983）指稱人類認知行為不僅是用模型來理解（make sense）周遭的世界，也能促使我們有效且不矛盾的建構知識，進而使這種建模歷程成為行為的常規（Halloun, 2006）。 Schwarz 等人（2009, p. 635）也指出，建模整體的過程就是不斷產生模型的過程。她認為學生應經歷下面四個建模過程才能了解建模的意義: 1.         學生建構與證據和理論一致的模型，以對現象進行說明、解釋或預測。 2.         學生對不同的模型進行評價以正確的表徵和說明現象中的型態（pattern），並得以預測新的現象。 3.         學生使用模型說明、解釋或預測現象。 4.         學生修正模型以增加解釋力和預測力，並考量新的證據或現象額外的面向。 那在教學過程中，科學教師如何處理模型與建模呢？一般而言，科學教師在科學教學中也會使用科學模型，有時是用來說明一個現象，有時是在解釋現象背後的理由。如教學上談到DNA結構時，生物教師會以DNA模型來說明雙股螺旋的結構；或是談到月相成因，會以三球儀來說明日、地、月的相對位置造成月相的變化情形。又如化學上強調巨觀、微觀、符號三位一體的重要性，根據不同的教學目的，在微觀上會運用不同的模型（如球–棍模型、空間填充模型、路易士電子點模型、電子雲模型）來達到教學目標，這種多重表徵的教學，也屬於模型教學的一種類型。但是針對科學模型的本質、目的、價值、與建構模型的歷程，通常較少見於科學教學中，就算是有，通常是以比較隱晦的方式去呈現，較少會以外顯的方式清楚明確的去教導學生認識科學模型與說明建構模型歷程的重要性。大部分的教學以模型為解釋科學概念的工具，而非去說明模型的功能與其可作為促進理論發展或進行預測時的利器、甚至不會去探討模型的侷限性。有鑑於此，推動科學模型化的思考與建模能力的發展應是當務之急。 n  酸鹼學習的研究 酸鹼在中小學科學教育中是一個重要的基本概念，同時它與生活的關係非常密切，在小學階段，酸鹼概念的引介，通常是從感官經驗出發，從觸覺、味覺等來認識酸和鹼的性質；譬如嚐起來是酸酸的就是酸、摸起來滑滑的就是鹼，這種從感官出發的學習，雖然非常直覺，有時也適用，但是該準則只是一些表面的特質，並不能完全適用在酸鹼物質的判斷。因此，隨著年級的增加，中學的學習內容便逐漸引介酸鹼理論模型，以說明物質的結構與在水溶液和非水溶液中的〝行為〞表現，因此酸鹼必須重新給予科學上的定義。此時，學生在酸鹼知識的學習進展上，不再以感官為主、也不能再望文生義（如誤以為〝碳酸〞化合物就是酸），而開始有系統地了解知識體系建立的原理原則。縱使如此，相關研究指出，學生在酸鹼概念上的學習仍是以表面的性質來認識與建立酸鹼概念，而非經由推理和論證的方式去理解酸鹼（Nakhleh, & Krajcik, 1994；Posada, […]

再談科學模型與建模—從酸鹼模型發展史談起（中） 邱美虹 國立臺灣師範大學科學教育研究所mhchiu@ntnu.edu.tw 〔承《再談科學模型與建模—從酸鹼模型發展史談起（上）》〕 n  酸鹼理論發展史的範例 以下主要是介紹Oversby（2000）對酸鹼理論模型發展史所提出的七個階段，並探討模型和建模歷程的本質和目的。 1.        行為模型（Behaviour Model）：1777年以前，這是較早期的觀點，屬於描述型的模型。有關酸的基本性質包括以下幾點描述： l 嚐起來是酸的， l 會改變指示劑的顏色， l 會與活潑的金屬產生反應產生氫氣， l 會與碳酸化合物產生二氧化碳， l 會與鹼起反應，中和後失去酸的性質。 當時的化學家根據這些性質或行為便可以進行預測，然而在這預測的過程中卻發現有些物質無法符合這些特性，如苯酚（C6H5OH），俗稱石炭酸，理當能與碳酸鈉或碳酸氫鈉起反應產生二氧化碳，但這預測在後來的實驗中並未被證實。因為苯酚的酸性小於碳酸，大於碳酸氫根，所以並不能與碳酸氫鈉反應產生二氧化碳。而苯酚就算能和碳酸鈉反應，但因反應少，也不會產生二氧化碳。​因此這個行為模型就沒有發展下去的價值。然而，它與生活經驗有關，是幼小孩童透過感官認識物質世界中酸鹼概念的起點，因此在小學課程中大都從這些簡單的規律性瞭解物質的酸鹼性。 2.        卜利士力模型（Priestley’s Model）：1772-1775年，模型觀：凡是含有氫的物質就是酸。 這模型主要是來自瑞典學者謝勒（Carl Scheele, 當時也在嘗試解釋燃燒實驗重量增加的問題），他將鹽酸和二氧化錳加在一起產生氯氣，並探索一些氯的氧化物的性質後，引發出兩種酸的想法： 一種是含氧的酸，另一種是含氫的酸。卜利士力是將這兩種酸組合成一個模型想法的人，他認為酸性氧化物溶於水造成酸性，所以所有的酸都含有氫。這一模型可以用反應式去表示反應狀況，而在中和反應時，酸和鹼的量的多寡決定產生鹽的量的多寡，這是採用化學計量的濫觴。這個模型具有以下四個解釋的功能：(a)酸中氫被金屬取代產生鹽、(b)金屬加入酸中產生氫氣、(c)有些酸性氧化物溶於水會形成氫氧化物、(d)能被金屬取代的氫稱為酸性氫。但是這模型終究是失效的，它無法有效地預測物質的酸鹼性。 3.        拉瓦節（Lavoisier’s Model）：1777-1787年，模型觀：凡是含有氧的物質就是酸。 無疑地，這個想法來自於測試燃燒後的產物的性質，由於燃燒後的產物含有氧，所以酸性性質便是來自於氧化物的存在。在這個時期，三氧化硫（SO3）被視為硫酸（H2SO4），在當時溶劑的概念尚未形成，所以並不了解三氧化硫（SO3）溶於水後才是硫酸（H2SO4）。而鹽的產生就是酸的氧化物和鹼的氧化物反應後的產物，這種雙重觀點歸因於當時許多中和反應都是相反物質的反應。總之，在當時缺乏量化的概念，酸性就是化學物質本身的性質，然而當有些氧化物或非金屬不具有酸性性質時，這模型當然也就失效了。 4.        阿瑞尼斯模型（Arrhenius Model）：1884年，模型觀：酸是一種在水溶液中會產生氫離子的物質。 這個模型來自於兩位化學家的實驗：勞特（Raoult）測量冰醋酸的凝固點下降的實驗和阿瑞尼斯（見圖一）進行不同溶液的導電性時所發展出來的科學模型（有關勞特和阿瑞尼斯在這方面的實驗說明，可參見de Berg, 2003），尤其是阿瑞尼斯模型可以解釋強電解質在稀釋溶液中導電的現象（但無法適用於中等濃度範圍），再加上Guldberg和Waage的觀點，解釋弱電解質在稀釋溶液中的導電也可以適用（Oversby, 2000）。阿瑞尼斯於其博士論文中提出解離不需如法拉第理論而需要外在電的來源時才能解離的觀點，受到其化學教授的反對，因此阿瑞尼斯剛開始並未太著重於解離說的推廣，但在遊走於歐洲拜訪其他科學家時，其解離說的觀點逐漸受到重視，於1887年正式被接受（de Berg, 2003）。而他所進行的實驗，包括有氫離子濃度的測量、pH值的尺度、酸的相對強度、解離常數（Oversby, 2000）、滲透壓（de Berg, 2003）等等，皆證明其理論的合理性且可量化，這些實驗的結果對化學界認識酸與電解質的性質產生突破性的影響。阿瑞尼斯的解離說在化學上的貢獻，使他在1903年獲得第三屆諾貝爾化學獎。可惜的是，每個模型都有其侷限性，阿瑞尼斯模型的限制就是僅能適用於水溶液中的解離。 圖一：阿瑞尼斯 （圖片來源：諾貝爾獎官網，http://goo.gl/Xtxb16） 簡單來說，阿瑞尼斯的模型就是化合物若含有H，且會釋放出H+，就是酸；若化合物可以解離出OH–，就是鹼。反應式如圖二所示： HA(aq) → H+(aq)+ A–(aq)    酸 BOH(aq) → […]

再談科學模型與建模—從酸鹼模型發展史談起（下） 邱美虹 國立臺灣師範大學科學教育研究所mhchiu@ntnu.edu.tw 〔承《再談科學模型與建模—從酸鹼模型發展史談起（中）》〕 n  中小學自然科課程中酸鹼概念的設計 依照自然領域課綱的界定，小學酸鹼概念的介紹停留在以經驗為導向，比較像此處介紹的第一種〈行為模型〉，在阿瑞尼斯之前，酸鹼性大都是從物質本身的內在性質去判斷（如是否含氧或氫），但是到了阿瑞尼斯，他提出物質是會解離出某種不同於原來的物質，使其出現酸鹼性，因而這種從巨觀的感官（觸覺、嗅覺）或觀察，進入到微觀世界的解釋，正如酸鹼單元的安排，國小階段從觀察和體驗自然現象的學習出發，在國中階段便邁向微觀解釋的科學認知。隨著年級的增加，高中則介紹布–洛學說的科學模型，將質子微觀概念納入酸鹼單元，惟重點以學科內容知識為主，對於科學家如何利用模型發展理論、解釋現象的科學模型本質與功能，較少觸及。對學生而言，在不同模型之間轉換—何時該使用何種模型來解釋科學現象是困難的（Carr, 1984）。教科書撰寫者應提供學生了解科學家利用科學模型解釋與預測科學現象的認知過程，經由實驗數據的支持或反駁既有的理論而必須強化或調整解釋的方式，甚至有時或許還需要對科學理論進行轉變。這種動態的科學模型發展史觀，應該適時地在科學教學中或教科書中呈現，讓學生透過自我建構、同儕討論共構、師生共構的過程認識模型的功能與效力，以發展出通則化的建模能力。 n  臺灣中學科學教科書與浙江中學科學教科書在酸鹼模型上的比較 中學教科書的撰寫大都以科學知識的傳遞為主，每次課程改革也都著重於概念知識量的多寡，對於科學模型的本質與建模歷程的價值，較少著墨。就筆者所接觸過的教科書中，浙江教育出版社八年級科學教科書下冊罕見的出現對模型意義的說明，以及對模型使用的目的及其功能加以評介（見圖八）。這種模型以及建模的概念也外顯式的出現在原子結構單元的介紹中（見圖九）。然而雖是如此，在酸鹼單元處卻未見該教科書中呈現各種酸鹼模型發展史，甚至阿瑞尼斯酸鹼模型也未提及，而僅以圖形呈現解離的概念（見圖十）。反觀臺灣國中自然與生活科技翰林版教科書，雖並未對一般的科學模型加以介紹，但在酸鹼概念的介紹中會提及阿瑞尼斯的解離說，且單元末以生動的漫畫方式介紹阿瑞尼斯的生平和解離說之發展歷程，透過情境化的教材讓學生了解科學活動的發生可能遭遇的問題。同時，在酸鹼單元中除以圖形呈現解離概念外，並佐以元素符號以結合多重表徵的方式呈現酸鹼概念（見圖十一），高中階段的化學課程也逐漸強調以微觀粒子表徵的方式讓學生認識酸鹼概念並建立科學模型。圖十二呈現以多重表徵的方式說明強酸和弱酸的解離現象，以利學生視覺化微觀現象進而有利建立正確的科學模型。作者認為教科書若能彰顯化學三位一體的概念—即巨觀、次微觀、與符號，並透過建模歷程引導學生去建構出化學概念系統，則可導向意義化與模型化的新科學思維。 圖八：浙江教育出版社（2015）八年級下冊科學教科書（p. 37）  圖九：浙江教育出版社（2015）八年級下冊科學教科書（p. 43）（右方文字為作者自行加註）   圖十：浙江教育出版社（2015）九年級上冊科學教科書（p. 6） 圖十一：國中自然與生活科技八年級（二下）酸鹼中和（翰林出版社, 2016, p. 79） 圖十二：國中自然與生活科技八年級（二下）強酸弱酸解離狀況（翰林出版社，2016, p. 65）   圖十三：高二選修化學上冊（南一版，2014, p. 166） n  結語 本文透過酸鹼模型的發展史嘗試去說明科學模型發展的動態特質，以及運用科學模型建立數據和現象之間解釋的關係的重要性。模型的認識與使用、模型的修正與轉換、模型的建構與重構，這些科學家不斷在其科學志業中反覆使用與發展的能力為何不能在科學教學中有意圖的教給學生呢？每位學生人手一本的教科書為何不能以最直接的方式告訴學生建立科學模型的意義與價值？為何建模能力的培養不能是科學教學的重要目標之一？科學知識的傳遞不應是瑣碎知識的堆砌、照本宣科的背誦，常言道： 給孩子魚吃，還不如教孩子釣魚的方法！ 同理，教給孩子們零碎的知識，還不如教他系統性的思考，透過有系統的模型建立、檢測、評估、應用、再造，找到適切的模型以達預測與解釋的效力。建模能力是跨學科的能力，它不應受限於學科內容，舉凡物理、化學、生物、地球科學，跨科的學習皆需要建模能力；由於建模是領域廣泛（domain-general）的能力，若能培養出高層次的建模能力，必可運用在跨領域（或跨界）的學習上。教學要能讓學生見樹（一個一個單一的概念）又見林（概念之間的關係所形成的系統），建模強調系統化的學習應可視為一個極佳且重要的教學策略！ n  附註 註1：作者於本文中將model一字分別翻譯成模式和模型，若是用在人類心智的表徵，它是表現的一種方式，如mental model則採用心智模式；若是指稱物件或理論等，如scientific model則採用科學模型，以區別兩者在基本屬性上的不同。 n  參考文獻 王嘉瑜（2016）。科學建模的教學方式。臺灣化學教育，第十一期。網頁：https://chemed.chemistry.org.tw/?p=14261。 宋元惟、邱美虹、鍾曉蘭（2016）。探討日本東京地區學生之模型本質的認識。臺灣化學教育，第十一期。網頁：https://chemed.chemistry.org.tw/?p=14430。 邱美虹（2016）。科學模型、科學建模與建模能力。臺灣化學教育，第十一期。網頁：https://chemed.chemistry.org.tw/?p=13898。 周金城（2016）。臺灣與芬蘭在國中階段原子模型教材之跨國比較。臺灣化學教育，第十一期。網頁：https://chemed.chemistry.org.tw/?p=14376。 林靜雯（2016）。國小教師對普適性科學模型和氣體粒子模型之本質知多少？臺灣化學教育，第十一期。網頁：https://chemed.chemistry.org.tw/?p=14364。 南一出版社（2016）。高二選修化學上冊。臺灣省：臺南市。 洪蓉宜、張欣怡（2016）。引導孩子學習與體會釣魚的方法—模型建立與評論的教學設計。臺灣化學教育，第十一期。網頁：https://chemed.chemistry.org.tw/?p=14269。 浙江教育出版社（2015）。科學，八年級下冊。中國大陸：浙江省杭州市。 浙江教育出版社（2015）。科學，九年級上冊。中國大陸：浙江省杭州市。 鍾曉蘭（2016）。科學模型與建模：設計建模與多重表徵的模型教學活動以增進高二學生的化學學習—以化學鍵、分子混成軌域、分子形狀與結構為例（上）。臺灣化學教育，第十一期。網頁：https://chemed.chemistry.org.tw/?p=13984。 鍾曉蘭（2016）。科學模型與建模：設計建模與多重表徵的模型教學活動以增進高二學生的化學學習—以化學鍵、分子混成軌域、分子形狀與結構為例（中）。臺灣化學教育，第十一期。網頁：https://chemed.chemistry.org.tw/?p=14030。 鍾曉蘭（2016）。科學模型與建模：設計建模與多重表徵的模型教學活動以增進高二學生的化學學習—以化學鍵、分子混成軌域、分子形狀與結構為例（下）。臺灣化學教育，第十一期。網頁：https://chemed.chemistry.org.tw/?p=14039。 鐘建坪（2016）。科學建模文本與其學習成效。臺灣化學教育，第十一期。網頁：https://chemed.chemistry.org.tw/?p=13944。 翰林出版社（2016）。國中自然與生活科技八年級（2下）。臺灣省：臺南市。 […]

第十七期 主編的話 邱美虹 國立臺灣師範大學科學教育研究所教授美國國家科學教學研究學會（NARST）理事長（President）國際純粹化學與應用化學聯盟（IUPAC）執行委員會常務委員中國化學會（臺灣）教育委員會主任委員mhchiu@ntnu.edu.tw 談到女性科學家不免就讓人聯想到榮獲兩次諾貝爾獎（物理1903年和化學1911年）的居禮夫人及其共獲五個諾貝爾獎（女兒與其夫婿於1935年獲得諾貝爾化學獎及其二女婿於1965年獲得和平獎）的家族傳奇（Chiu and Wang, 2011）。自1901年起，諾貝爾獎委員會共計授予47位女性獲獎者（48人次），居里夫人是第一位獲得諾貝爾獎的女性，也是唯一一位兩次獲獎者。在108個諾貝爾化學獎中（1901-2016）[1]，僅有四位女性獲獎，其中居禮家庭就占兩席（Marie née Sklodowska Curie, 1911; Irène Joliot-Curie, 1935），另外兩位為1964年Dorothy Hodgkin和2009年Ada E. Yonath。在這48個女性諾貝爾獎項中，獎獲最多的則是和平獎（16位），其次是文學獎（14位）、生理學或醫學獎（12位），物理獎則是在204位獲獎者中僅有2位女性（1901-2016），當然這其中不乏有遺珠之憾，如吳健雄博士。 2011年聯合國（United Nations, 簡稱UN）將其訂為國際化學年（International Year of Chemistry），也是慶祝居禮夫人獲得諾貝爾化學獎100年，讓世人得以再次肯定化學對社會與人類福祉的貢獻。然而在為數884位得獎人中，有836位的男性諾貝爾獎得主，卻僅有48位女性獲獎，而其中更是僅有16位獲得與科學相關的諾貝爾獎，女性在科學領域要能出類拔萃著實不易。 聯合國在2015年為終結貧窮、保護地球、和確保全民繁榮而公布17項永續發展的目標（Sustainable Development Goals），其中第五項便是性別平等的議題（見圖一）。根據聯合國的數據顯示，大約2/3的發展中國家在小學教育上都未能達到性別平等，在撒哈拉以南的非洲或是大洋洲和西亞，有些女孩在進入中小學就學仍面臨許多的障礙。在南亞，1992年每100個男孩可以進小學時僅有74個女孩可以進小學就讀，至今這數字仍然沒有改善。性別平等不僅是人類的基本權利，也是和平、富饒、和永續世界的基礎[2, 3]。潘基文（Ban Ki-moon）同時還指出科學、技術、及創新必須成為社會包容、消除貧窮和永續發展的利器。 圖1：聯合國17項永續發展目標 本期專題〈臺灣女科技人的性別面向參與〉由吳嘉麗教授擔任專題主編，邀請作者群撰寫六篇文章，從化學領域及科技領域探討性別議題，同時引介國際間重要的女性科技人研討會和組織，使讀者得以藉作者們的筆對性別議題擴展視野。身為中國化學會女性工作委員會創始人的吳教授，長期推動國內化學和物理女科技人的各項活動，使女性科技人得以分享與相互支持在學術與家庭生活間尋找到平衡點，其使命感令人佩服。此次受邀的文章計有高惠春教授的〈物理與化學女性學者聯合研討會與臺灣女科技人電子報〉、宋順蓮理事長介紹〈臺灣女科技人學會及亞太女科技人聯絡網會議〉、吳嘉麗教授的〈國際女科技人聯絡網及其相關會議〉、林筱玫和張雲清介紹〈韓國女科技人學會及年輕女科技人營隊〉、劉慶怡的〈梨花—魯斯國際研討會〉、以及蔡麗玲教授的〈科技領域性別平等的推手〉。每篇文章都各有其特色與重點，讀者除可對各自感興趣的主題加以研讀與進行延伸認識外，也可以從各文章中看出國際間共同面對的性別挑戰與機會，並深思如何減少性別間在科學表現與成就上的落差。 本期的常態性專欄文章有林如章教授介紹日本國中理科教科書以及對課程綱要的解讀，這是本期刊第一次引介日本教科書與課程綱要的文章，使讀者得以一窺身為亞洲第一個以國名為化學元素符號命名的國家是如何培養其國民化學素養。其次是常為現場化學教師解決疑難雜症的施建輝老師的文章，其內容包括鑽石有導電性嗎？氫氧化銨（NH4OH）是否存在？臭氧（O3）變成氧氣（O2）是否為氧化還原反應？；洪文東教授的「門得列夫：化學元素週期表的發現者」，在去年底有四個新元素被命名，此時再來探討門得列夫化學元素週期表有其特別的意義；廖旭茂老師的發光的「銅」心，再次將實驗以生動迷幻的影片來介紹光化反應的原理，文末特別提醒有興趣進行此實驗者對廢棄物的處理；在國外化學教育交流方面，林靜雯教授和湯偉君老師兩篇文章分別介紹第46屆IUPAC世界化學大會（The 46th IUPAC World Chemistry Congress, IUPAC 2017）、第25屆化學教育雙年會（Biennial Conference on Chemical Education, BCCE 2018）、第7屆亞洲化學教育研討會（Network of Inter-Asian Chemistry Educators, NICE 2017），以及北京教學參訪心得分享，作為與第十六期專題的呼應。 在新的一年的到來，祝福大家 身體健康、萬事如意、幸福美滿、新春新氣象！也祝福《臺灣化學教育》期刊在大家的愛護與支持下得以茁壯並邁向新的里程碑～ 參考文獻 1.        […]

第十六期 主編的話 邱美虹 國立臺灣師範大學科學教育研究所教授美國國家科學教學研究學會（NARST）理事長（President）國際純粹化學與應用化學聯盟（IUPAC）執行委員會常務委員中國化學會（臺灣）教育委員會主任委員mhchiu@ntnu.edu.tw 本期專題以一行大學教授、研究人員及中學自然科教師於2016年5月赴北京市進行化學教學與學校機構參訪為主題，除描述所見所聞外，並對臺灣與大陸的化學教學、人才培育、師生特質做一剖析。內容包括具體實例的說明、實驗設備及教學目標的闡述、教育觀點的反思、人才培育的危機與契機等等。繼上海之行的報導（《臺灣化學教育》第四期，2015年11月）後，本期再次報導參訪團到第一線觀察北京市化學教學與參訪三所中學與北京大學的心得，希望透過這些文章可以呈現所參訪的三所北京學校的教學特色，以及其可能對臺灣化學教育的啟示。 臺灣這幾年的教育鬆綁使得教育現場出現形變與質變的教學與評量方式，雖然有大學與中學入學考試制度的持續存在，但是因實施多元入學方案與大學林立的現況，學校教育的目標與策略仍呈現多元性與自主性。然而有些基本的問題是否有解決呢？以化學為例，化學是一門實驗的科學，科學家透過實驗、收集資料、檢視假設、尋找規律性與再現性、下結論；然而學校實驗課程一直無法落實，不論是在課堂上操作或演示，或是在實驗室進行實驗都仍顯不足，這是值得去深入探討與立即解決的問題。這幾年本人在大陸觀課的經驗發現教師已把實驗活動帶到課堂上，利用簡單的設備與藥品或是微型實驗器材，將理論與實驗觀察和動手做結合在一節課內完成，我想這樣的做法提供學生最即時與真實的實驗經驗，是值得我們學習的。臺灣中學生入學壓力遠不及大陸中學生大，應該可以利用這樣的天賜機會，好好落實教育理念，培養學生獨立思考、問題解決、溝通表達、彙整資訊的能力、以實事求是和證據取向的探究精神面對科學性的社會問題等等。我們沒有辦法預測10年、20年或30年後的工作會是什麼樣子，但是我們應該培養他們的基本科學素養，以面對瞬息萬變的21世紀。這是一個危機的時代，也是一個具有契機的時代，我們必須盡早為下一代做好準備；而下一世代的孩子們也要更積極主動準備好面對這頗具挑戰性的時代。 最後，本期常態性專欄文章有國立大甲高級中學廖旭茂老師的〈亞甲藍的光致變色〉，一如往常，廖老師總是能在實驗創新上展現不一樣的風貌。該實驗藥品很簡單，實驗操作亦不難，因此可以在教室做示範實驗或是學生進行動手操作的實驗活動。該活動未來可搭配教學策略或提出拓展性問題，使此活動的推廣更能展現培養創造思考與問題解決的實踐面。其次是國立新竹科學園區實驗高級中學施建輝老師的〈有關化學鍵和八隅體法則的問題〉，施老師首先挑戰在高中課本中硫酸根的結構SO42−，以S-O單鍵論證「為何又有雙鍵的說法」的說法，來說明SO42−中S-O單鍵與雙鍵產生共振的說法的適切性；並進而延伸到對磷酸根（PO43−）中P-O鍵結和氯酸根（ClO4−）中Cl-O鍵結的共振結構加以闡述。除此之外，施老師針對常易混淆氯化鈹（BeCl2）和三氟化硼（BF3）是否符合八隅體法則的概念加以分析，並認為高中階段宜採取Huheey的觀點，將BF3視為不符合八隅體法則的化合物，並進而探討AlCl3隨不同溫度產生不同化合物而穩定存在，因此AlCl3有時符合八隅體法則，有時又不符合八隅體法則。新北市立新莊民安國小的江志宏老師則是開宗明義即點出教學的困境，「到底老師教會了孩子什麼？」有這這樣的省思，科學探究的內涵就會在教學中被彰顯出來。江老師的實驗流程逐步引導學生操弄變因，以便提出結論。執行實驗時，常以問題來引導思考與動手做，其教學活動設計頗具參考價值。最後一篇是臺灣大學化學系佘瑞琳老師出席美國化學教育雙年會(BCCE)的心得分享。此篇是繼本期刊前期翁榮源教授的BCCE報導之後另一篇研討會分享心得報告。佘老師針對臺灣大學一年級學生的普通化學實驗實作與報告書寫實踐翻轉教學，其活動是透過美國化學會所出版的Journal of Chemical Education期刊論文培養學生閱讀期刊的能力，並要求學生製作海報分享研讀結果，成效不錯，唯文中指出，該校學生科學閱讀仍有困難。以第一學府尚是如此，可見強化學生英文閱讀能力仍是不可忽視的教學目標之一。