臺灣化學教育
Chemistry Education in TaiwanBlog Archives
化學示範起始探究與實作： 漂亮結晶的教師示範和學生實作 顧展兆1、楊水平2,* 1國立彰化師範大學科學教育研究所 2國立彰化師範大學化學系 *yangsp@cc.ncue.edu.tw n 前言 關於混合物的分離，在「十二年國民基本教育課程綱要國民中小學暨普通型高級中等學校—自科學領域課程綱要」中，第四學習階段提到主題「物質的結構與功能（C）」和次主題「物質的分離與鑑定（Ca）」，以及學習內容「Ca-Ⅳ-1 實驗分離混合物，例如：結晶法、過濾法及簡易濾紙色層分析法。」。再者，第五學習階段提到主題「物質的結構與功能（C）」和副主題「物質的分離與鑑定（Ca）」，以及學習內容「CCa-Ⅴc-1混合物的分離過程與純化方法：蒸餾、萃取、色層分析、硬水軟化及海水純化等。」 近年來，臺灣中小學科學教師和學生風靡天氣瓶，其原理主要是樟腦在水與乙醇、硝酸鉀及氯化銨混合溶液內的溶解度會隨著溫度變化。當溫度降低時，樟腦析出羽毛狀的結晶，其結晶形狀實在引人入勝；當溫度升高時，樟腦的結晶溶解。本文作者設計混合物分離方法之一—結晶法—的教材，分為兩階段：(一)教師示範實驗，(二)學生實作實驗。在教師示範方面，規劃影響溶解度的兩項因素：溶劑減少和溫度下降促使晶體析出。(1)前者是使用吹風機快速帶走水分，促使硫酸鎂溶液在大塊玻璃片上快速析出美麗的結晶；和(2)後者是溫度下降促使碘化鉛晶體析出，猶如飄下著「黃金雨」。在學生實作方面，規劃四項結晶方法：(1)硫酸鎂溶液溶劑減少促使結晶析出，製作「窗戶上的雪花」；(2)尿素溶液溫度下降促使結晶析出，觀看尿素美麗針狀結晶的過程；(3)添加晶種到尿素過溶液中促使尿素快速結晶；(4)以溶劑對促使硫酸鎂晶體析出，製作「瓶中生環」；以及一項學生實作的純化苯甲酸的問題解決。本教材的設計重點是藉由教師示範和學生實作，讓學生瞭解結晶法的原理，並欣賞科學之美。 n 教師示範一：溶劑減少促使硫酸鎂結晶 一、 觀看示範影片 影片網址：溶劑減少使硫酸鎂結晶，https://youtu.be/yACeoBZVug0。 二、 事前準備 (一) 材料藥品與器材 大片玻璃（30 cm × 30 cm） 1片、電熱板 1台、燒杯（100 mL） 1個、電子天平 1台、廚房量匙 1組、七水合硫酸鎂（Magnesium sulfate heptahydrate, MgSO4ž7H2O） 60克、清潔劑 1瓶、衛生紙 3張、吹風機 1台、刷子（小型） 1支。 圖一：所需器材與藥品 (二) 製備硫酸鎂溶液 1. 稱取60克七水合硫酸鎂和量取40 mL蒸餾水，放在燒杯中混合均勻，用電熱板加熱，如圖二左所示。〘或用廚房量匙取得硫酸鎂和蒸餾水，以3：2的比例混合均勻。〙 2. 在完全溶解後，立即停止加熱，靜置冷卻，備用，如圖二右所示。〘燒杯可移到桌面，靜置快速冷卻。〙 圖二：七水合硫酸鎂和水混合（左）；加熱促進溶解（右） 三、 示範過程 1. 用衛生紙沾少許的清潔劑，在乾淨的玻璃上均勻地塗抹一層薄薄的清潔劑，如圖三左所示。〘稍微用力塗抹清潔劑，使之形成薄層。〙 2. 用刷子吸取適量的硫酸鎂溶液，均勻地塗抹於這片玻璃上，如圖三右所示。 […]
化學教室活動：透過密室逃脫遊戲精熟學習常見的化學元素 ／ 顧展兆
Tuesday , 8, May 2018 本期專題, 第25期/2018年5月 Comments Off on 化學教室活動：透過密室逃脫遊戲精熟學習常見的化學元素 ／ 顧展兆化學教室活動：透過密室逃脫遊戲精熟學習常見的化學元素 顧展兆 宜蘭縣立國華國民中學a890015@gmail.com n 前言 在國中階段學生學習生活中常見的化學元素時，大部分的學生以背誦的方式學習。本文介紹最近有名的解謎遊戲，透過提供的線索解開密碼，學生進入設定的多重關卡，逐步解開密碼，最終找尋到謎底。透過這種遊戲式的合作學習，學生在闖關和解謎的過程中，互相討論和溝通，並且記錄學習的經過，認識每個元素的特徵，進而達到學習科學的效果。 在國中自然與生活科技二年級上學期的課程中，介紹常見元素中的金屬元素和非金屬元素。本次的教學係以生活中常見的化學元素為主，讓學生認識金屬元素和非金屬元素。 n 密室逃脫遊戲與學習 密室逃脫一般泛指玩家需要發現和利用身邊的物品來完成指定任務（通常是解開特定謎題的方式），最終達到逃離該區的目的。 密室逃脫的核心精神，在於參與者經由小組中與他人交流、討論、互動，發揮集體智慧精神解答出關卡謎題，這樣的情境與課堂中，著重學生彼此間合作討論、如此營造給學生一個自主思考、推理討論、高度參與及觀察統整的空間，當課堂中學生主導權多了一些，願意嘗試遊戲得到的挫折與愉悅，都是學習與成長的一部分。 設計老師不但要從學科知識中汲取可以運用的內容之外，也要包裝知識成為足以引起興趣的內容，吸引學生的注意，引發學生解謎的興趣；除此之外，設計者也必須知道，並非所有的謎題都會如自己所預想的一樣發展，必須在操作中觀察並不斷進行調整。 n 解鎖遊戲的設計和說明 在活動開始，教師提示解鎖遊戲的工具，主要有拉鍊袋、密碼鎖及關卡提示單（見圖一），並且搭配「密碼總表」（見圖一和表一）所對應的數字，進而解開密碼鎖，並取得下一層的「關卡」。在教師選擇密碼鎖種類的方面，依照教學設計的密碼數而定，可以為三位數或四位數。每一個「關卡」使用拉鍊袋包住（見圖一），因此可以購買不同大小的拉鍊袋，大的拉鍊袋包住小的拉鍊袋，作為區分不同的「關卡」。而拉鍊袋與密碼鎖的數量取決於教學者設計「關卡」數量而定。 本遊戲所需的道具在一般的文具店即可購得，而且價格算是平易近人，而密碼鎖因為需要數量較多，可以透過網路購買較為方便，購買的密碼鎖也要選擇可以自行設定密碼，盡量選擇不同顏色以區別每組不同的密碼。 n 道具和器材的準備 筆者設計三個關卡，學生需要解開三組密碼鎖的密碼。 每組所需道具和器材：密碼鎖（三種顏色）各1個、拉鍊袋（三種不同大小）各1個、密碼總表1張、關卡提示單（見圖一）。全班五組所需道具和器材（見圖二）。 圖一：每一組所需的材料（密碼鎖、拉鍊袋、關卡提示單及密碼總表） 圖二：全班五組教具發放前準備妥當的狀態（左為密碼包和右為密碼總表） n 事前準備 1. 教師事先製作密碼總表，寫出各元素的特色在對應的表格中。可先寫出各元素的密碼，並對照數字與順序放入，每一個元素在一個密碼的編碼中僅能出現一次，例如：銀的密碼為1485，而其他元素的密碼不可在同一位數出現相同數字。 2. 教師事先規劃謎語提示，編排每一組的解謎路徑，並依照不同的路徑設定好密碼鎖（可在密碼鎖上註記上編號，以免混淆），路徑上盡量讓各組錯開。 3. 註記每一組拉鍊袋的編號，以免混淆。 4. 在拉鍊袋適當的位置上打洞，讓密碼鎖可以扣上， 5. 依照謎語第二步設計的路徑（關卡提示單），放在各個拉鍊袋中，而最小的拉鍊袋裡面擺入謎腳，例如：五組分別放入「我」、「愛」、「自」、「然」、「課」等字，最後依序鎖入最小的拉鍊袋，在遊戲結束後，教師集合這五字成字串，。 n 教學流程 一、 準備活動 1. 教師引導學生複習生活中常見的元素，由於屬於複習，因此可快速瀏覽過。 2. 在快速複習完後，要求學生收起課本，然後發下學習單（見圖三）。 圖三：發下「密室逃脫遊戲」學習單 二、 發展活動 (一)活動過程 1. 教師介紹密室逃脫解鎖遊戲的規則，並且發下各組的拉鍊袋（密碼鎖、拉鍊袋及關卡提示單）和密碼總表（見圖四）。 圖四：發下整組的拉鍊袋和密碼總表 2. 在遊戲進行中，教師巡視課堂並且給予學生適當的提示，但不明確說出答案。 3. 以分組討論的方式，要求學生在學習單上仔細記錄找尋密碼的過程。 4. […]
微量化學實驗：水的總硬度微量測定 ／ 黃稜蘊、顧展兆、楊水平
Friday , 1, July 2016 本期專題, 第14期 / 2016年7月 Comments Off on 微量化學實驗：水的總硬度微量測定 ／ 黃稜蘊、顧展兆、楊水平微量化學實驗：水的總硬度微量測定 黃稜蘊、顧展兆、楊水平* 國立彰化師範大學化學系*yangsp@cc.ncue.edu.tw n 前言 本實驗的主題—錯合滴定（complexometric titration）—在大學普通化學實驗屬於一項常見的實驗單元，也編列在分析化學實驗中，這實驗的學習內容是瞭解EDTA的特性及其應用、EDTA與金屬離子的錯合、金屬指示劑與金屬離子錯合、鈣離子標準溶液的配製、緩衝溶液的配製、EDTA的標定、以及水的總硬度測定。錯合滴定一般用於測定水的總硬度和牛奶中鈣含量，此滴定也是環保署公告的水質檢驗方法之一。錯合滴定並未被編列在102課程綱要微調和107課程綱要（草案）的高中化學的課程中。 作者企圖開發錯合滴定的微量化學實驗，此實驗設計力求實驗的精確度和準確度不低於一般滴定，期望提供給大學普通化學實驗和分析化學實驗、高工化學實驗和高中化學實驗等科目的教學之用。 n 原理和概念 在自然界中形成硬水的主要離子有鈣離子（Ca2+）、鎂離子（Mg2+）、鐵離子（Fe3+）和碳酸氫根離子（HCO3–）。含有碳酸氫根離子的硬水被歸類為暫時硬水，這種硬水可以經由煮沸把水「軟化」，進而以排除二氧化碳的方式去除碳酸氫根離子，不過也會因碳酸根離子（CO32–）的形成，再與鈣離子、鎂離子及鐵離子沉澱而產生水垢。不能藉由煮沸的方式除去金屬離子的硬水稱作永久硬水，其離子有鈣離子、鎂離子、鐵離子以及硫酸根離子（SO42–）。 本實驗的目的是要測量在水中造成永久硬水的金屬離子濃度，使用已知濃度的乙二胺四乙酸（ethylenediaminetetraacetic acid, EDTA）溶液進行錯合滴定。這種酸在水溶液中扮演多配位之配位基的角色，因為它可以螯合許多金屬離子，而且形成穩定的錯化合物，所以EDTA在化學分析中常被廣泛應用，用它來當作滴定液（titrant）。含有四質子的EDTA分子之結構式，如圖一所示。 圖一：EDTA分子的結構式 （圖片來源：https://en.wikipedia.org/wiki/Ethylenediaminetetraacetic_acid） 習慣上，EDTA的分子用H4Y表示，由於H4Y是一個四質子酸，因此牽涉到很多物種（species）的平衡，大部分含有H4Y、H3Y–、H2Y–2、HY–3、Y–4及H+等離子。在不同的酸鹼環境下，各物種的莫耳分率不同。 由於H4Y只微溶於水中，因此製備EDTA溶液時，需要選用相對可溶的且可購買得到的二鈉鹽類（Na2H2EDTA·2H2O，或以Na2H2Y·2H2O表示）當作起始物。這種鹽類在溶液中存在的大部分物種為H2Y–2離子，其溶液的pH值約為4.40。 EDTA的解離和非解離程度其實與pH值有很大的關聯，在任一個特定的pH值，EDTA各種解離的物種所佔的莫耳分率是可以由四個酸的解離常數計算出來的。這裡不描述其計算過程，計算結果可以得知，例如：pH值在6–9的範圍中，存在高莫耳分率的H2Y2–和HY3–；在pH值9–12的範圍中，存在著很高莫耳分率的Y4–和HY3–。大多數的金屬離子與EDTA的滴定會在鹼性溶液中進行，產生穩定的且一對一的錯化合物。圖二是一個金屬離子和一個EDTA分子所產生的一個六配位之八面體的錯化合物，M–EDTA。 圖二：M–EDTA的八面體錯化合物 （圖片來源：https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Medta.png） 通常，在鹼性溶液中金屬離子與EDTA所形成的錯化合物很穩定，不過它們會在中性或酸性溶液中解離，導致形成錯化合物的平衡有所移動，而造成不很穩定的錯合物。因此，要做出精確的滴定反應，必須取決於溶液中合適的pH值範圍，在滴定的過程中，氫離子（H+）會釋放出而使得pH值下降，以致影響到金屬離子與EDTA形成的錯合物。為了維持pH值在合適的範圍，需要使用充足的惰性緩衝溶液系統，例如：氨水（NH3）與氯化銨（NH4Cl）的混合液。 在錯合滴定中，必須使用金屬指示劑（metallochromic indicator），它與大多數的金屬離子產生有顏色的且穩定的錯合物，也能夠當成酸鹼指示劑，例如：羊毛鉻黑T（Eriohrome Black T, EBT）與大部分的金屬離子（M2+）形成酒紅色的錯合物，M(EBT)2+。通常，在鹼性緩衝溶液，金屬指示劑以HIn2–表示，能夠與金屬離子結合而形成錯合物（MIn–）呈現酒紅色，如式[1]所示。 HIn2–(blue) + M2+ → MIn–(wine red) + H+ [1] 在pH 10的緩衝溶液下，EDTA以HY3–和Y4–的形式存在為主。當加入EDTA到上述酒紅色的待測液中，MIn–中的M2+會慢慢地被移走，然後生成較穩定的MY2–的錯化合物，如式[2]和[3]所示。由於CaY2–比MgY2–穩定，因此HY3–優先與Ca2+錯合，再與Mg2+錯合。最後加入的EDTA取代在MgIn–的Mg2+，而增加沒有配位的HIn2–濃度。當HIn2–幾乎沒有金屬離子結合時，呈現純藍色，這顏色表示滴定終點，如式[4]所示。由於HIn2–與鈣離子的反應速率很慢，而與鎂離子的反應速率卻很快，因此在滴定液中加入鎂離子，使滴定終點的顏色變化變得明顯。 M2+ + HY3– → MY2– + H+ [2] M2+ + Y4– → MY2– [3] HY3– + MgIn–(wine […]
微量化學實驗：鋁熱反應的微量示範實驗╱林聖揚、顧展兆、楊水平
Monday , 27, June 2016 未分類 Comments Off on 微量化學實驗：鋁熱反應的微量示範實驗╱林聖揚、顧展兆、楊水平微量化學實驗：鋁熱反應的微量示範實驗 林聖揚、顧展兆、楊水平* 國立彰化師範大學化學系*yangsp@cc.ncue.edu.tw n 前言 本實驗的主題—鋁熱反應，涉及氧化還原反應以及吸熱和放熱。有關氧化還原反應，在102課程綱要微調中被編列於高中基礎化學（二）的「氧化還原反應」應修內容和高中選修化學的「氧化還原反應」主題；在107課程綱要中編列於高中必修化學中的「物質的反應、平衡與製造」主題之「氧化與還原反應」次主題；並編列於國中化學科的「氧化與還原反應」次主題。有關吸熱和放熱，102課程綱要微調被編列在高中基礎化學（一）的「化學反應中的能量變化」應修內容；在107課程綱要中編列於高中必修化學的「能量的形態與轉換」次主題。 雖然鋁熱反應的聲光效果引起很多人的興趣，但是這實驗具危險性，無法讓學生動手操作，必須由專業教師來演示。我們企圖開發以微量實驗的設計來演示鋁熱反應。我們的構想是用最少量的鋁熱劑又能發揮鋁熱反應的效果為設計目標，我們規劃本示範實驗的教學以POE (Prediction – Observation – Explanation) 為教學策略。 n 過去的實驗與本次微量的構想 一、過去的實驗設計 傳統上，由於鋁熱反應是非常激烈的反應，產生極高的溫度，以致相當危險。在反應過程中釋放熔融鐵能夠噴出相當遠的距離，而且高溫可能融化金屬容器。通常，需要專業的教師或表演者演示（見圖一），不適合用於學生動手操作實驗。[1] 圖一：鋁熱反應是非常激烈的反應，通常由教師在室外演示 （圖片來源：Thermite, https://en.wikipedia.org/wiki/Thermite.） 示範教學需要讓學生感到直覺衝突的視覺現果，通常需要使用大型的器材而且大量的用藥。經過搜尋，目前已有很多鋁熱反應的示範教學資源，在此列出四種不同的配方及其用量：(1)50-55克的氧化鐵、15克的鋁粉、20-25g的高錳酸鉀以及5–6 mL的甘油（丙三醇）[2]；(2)50 g的細粉狀氧化鐵、15 g的鋁粉、20 g的高錳酸鉀以及數毫升的甘油[3]；(3)40 g的氧化鐵、10 g的鋁、20 g的高錳酸鉀、一小勺的過氧化鈉以及一片鎂帶[4]；(4)9 g的氧化鐵（乾燥）、3 g的鋁粉、一支10公分以上的仙女棒[5]，此為所有教學資源中使用最少量的配方。鋁熱反應會產生相當大的煙霧和火花，必須在戶外通風處或在有特殊裝備的室內表演。 二、本次實驗的設計構想 我們企圖開發使用最少的藥品又不會製造過多煙霧的鋁熱反應，可以在教室中創造歧異事件（discrepant event），讓學生和觀眾可感受到視覺的震撼效果。我們測試一些變因：使用砂浴和鋁盤、大小不同空鋁罐、鋁熱劑（氧化鐵和鋁）配方的使用量、鋁熱劑配方比例的調整、鋁熱劑的點燃方式等。適合於教室中演示的最佳鋁熱劑配方和裝置如下描述。 n 觀賞影片 本實驗由國立彰化師範大學化學系學生林聖揚和顧展兆試作實驗、拍攝影片以及影片後製作，影片如影片一所示。 影片一：鋁熱反應的微量示範實驗 Microscale Demonstration of the Thermite Reaction （影片網址：https://www.youtube.com/watch?v=LVZKYezxxZM） n 藥品和器材 空鋁罐（先用磨砂紙去除外層漆） 1個、氧化鐵（Ferric oxide, iron(III) oxide, Fe2O3） 2.5 […]
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
Monday , 24, August 2015 化學活動推廣, 第9期 ／ 2015年9月 Comments Off on 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, […]