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。
國中教育會考自然科(理化)試題分析 祁明輝 臺北市立龍山國民中學(退休) jerrychi66@gmail.com 臺灣首次國中教育會考(以下簡稱教育會考)於103年5月17、18日(六、日)舉行完畢,由國立臺灣師範大學心理與教育測驗研究發展中心(以下簡稱臺師大心測中心)負責命題、組卷、閱卷與計分,臺師大心測中心於6月2日至5日逐步公布各項結果,並提供考生教育會考成績查詢。 教育會考各項結果公布後,因涉及免試入學超額比序等相關問題,媒體、學者、家長(團體)、民意代表、教師與學生等紛紛提出不同意見與看法,然本文並不評論免試入學招生之超額比序制度等問題,除簡介教育會考的功能與評量結果外,將只針對103年教育會考自然科(理化)做試題分析,最後提出筆者個人的小小想法。 n 國中教育會考的功能與評量結果 依據教育部101年5月7日發布之「國民小學及國民中學學生成績評量準則」[1]第 13條:「為瞭解並確保國民中學學生學力品質,應由教育部會同直轄市、縣(市)政府辦理國中教育會考,……」,因此教育會考的主要功能為學生學力檢定機制。 教育會考與以往實施的國民中學學生基本學力測驗(以下簡稱國中基測)最大不同之處,教育會考採標準參照方式呈現學生各科結果,依據課程綱要及學科內涵,透過事先制定的標準,將各科評量結果分為「精熟」、「基礎」及「待加強」3個等級,表1為自然科(含生物、理化、地球科學)之三等級描述。 表1:教育會考自然科「精熟」、「基礎」及「待加強」三個等級描述 臺師大心測中心公布103年教育會考自然科各等級答對題數及人數百分比統計結果[2],如表2所示。 表2:103年教育會考自然科各等級答對題數及人數百分比統計 n 國中教育會考自然科(理化)試題評析 103年教育會考自然科題本[3]總題數為54題,其中測驗內容歸屬於理化部分共28題,所占比例為51.85%,題型與國中基測相同,均為單一選擇題(單題、題組)。筆者參與教育部解題記者會時,與臺中市光德國中張文昭老師,共同分析理化試題28題中,21題含有圖表,與實驗相關的題目有10題,與計算相關的題目有10題,結合生活情境則有9題。〔補充說明:以上是根據各單題分析,故會重複〕 茲舉此次部分理化試題為例,並稍加說明。 〔例1〕 〔例2〕 〔例3〕 〔例4〕 〔例5〕 基本上,臺師大心測中心辦理國中基測命題、組卷已有豐富經驗,因此就此次教育會考理化試題而言,大多能掌握課程內容的基本、重要的知識與概念,測驗學生是否能理解所學知識與概念,加以運用、比較和轉換,即使學生最怕的計算題,少有需要繁雜計算的題目。唯部分題目的題幹或選項敘述稍長,同時還要注意題目中的「關鍵」字句,當然也考驗學生的閱讀理解能力。筆者參加教育會考自然科計分會議時,從臺師大心測中心提供的資料顯示試題的鑑別度都不錯。 n 小小想法 臺灣長期受「考試領導教學」的影響,當臺師大心測中心宣布教育會考試題的難度為「難易適中」時(國中基測為「中等偏易 」),筆者擔任輔導團員工作,常聽到各校教師們考慮是否要將學校的考試(如定期考試)難度提高,畢竟現行教育會考仍列為免試入學積分項目之一,在長期分分計較的考試方式與升學壓力的環境下,教師的考慮是可以理解的。但筆者建議絕不要將學校的考試難度提高,而要適當降低難度,能讓「評量引導學習」。 由表2顯示,此次教育會考中,約有四分之一的國中畢業生,無法達到「基礎」級,也就是答對題數不到自然科總題數的三分之一。試想:在學校定期考試中,若班上四分之一的學生只答對不到三分之一的題數,這份試題對學生是否難了些?對學生的學習科學的興趣與成就有幫助嗎?又是否真能檢測學生應具備基本、重要的知識與技能?同樣的問題,若回到教育會考的主要功能而言——學生學力檢定,則教育會考試題的內容與難度該如何,亦是可以深思的。 n 參考資料 1. 「國民小學及國民中學學生成績評量準則」已於民國103年4月25日修正發布,http://law.moj.gov.tw/LawClass/LawAll.aspx?PCode=H0070019。 2. 103年國中教育會考各科計分與閱卷結果說明,http://www.cap.ntnu.edu.tw/history.html。 3. 103年國中教育會考自然科題本,http://www.cap.ntnu.edu.tw/files.html。
溫度對反應熱與活化能的影響 龔自敬 高雄市立高雄高級中學 教育部高中化學學科中心 phechegtj@mail.kshs.kh.edu.tw n 疑難問題 「溫度對反應熱有影響,卻對活化能沒影響,但是反應熱又可從正反應活化能減去逆反應活化能而得」,這些描述矛盾嗎?如何解釋呢? n 反應熱變化 高中化學在教到活化能的概念時,會順便帶到反應熱的計算,如式[1]所示: ΔH = Ea(+) − Ea(−) [1] 註:Ea(+)指正反應的活化能,Ea(−)指逆反應的活化能。 其實,式[1]僅適用於定溫下或溫差範圍不大,即一般的實驗室條件。理論上,H的實際意義是熱含量,即物質的總能,反應熱變化的計算可由式[2]~[5]表示: 註:式[4]和[5]的E動(+)指正反應的總動能差,E動(−)指逆反應的總動能差。 n 溫度對反應熱的影響 也就是說:ΔH = Ea(+) − Ea(−) 並非精準之算式。若溫度改變,則總動能也隨之改變。由式[5]得知,ΔH應該包括總動能的變化。在定溫下或溫差範圍不大時,E動(+)和E動(−)大約相等或變動不大的情形下,ΔH = Ea(+) − Ea(−)才適用。 其實溫度會影響平衡常數(K),亦會影響動能分佈曲線。高溫下具有高動能之分子數比率會改變,反應物和生成物之分子數比率也會改變,故E動(+)和E動(−)也會變動! n 溫度對活化「位能」的影響 至於常見的活化「位能」圖,它的能階常被畫成「一條線」。但若修正為活化「總能」圖,它的能階就不會是剛好「一條線」!就像電子的躍遷能階,其細微結構應該包括轉動能階、振動能階等更小的能階,亦即其能階圖應隨動能而「震盪」。 反應物和生成物都應該是「一小條帶狀」「震盪」能階,鍵能差(位能)的部分不會隨溫度改變,但是動能部分則會! n 結語 活化能(一般指的是活化「位能」)不隨溫度變化而變化;但反應熱會隨溫度變化而變化。
製備碘化亞銅與其一系列反應的回饋與疑問 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 於《臺灣化學教育》期刊創刊號之「高中化學教學疑難問題」專欄中,本人撰寫有關硫酸銅溶液與碘化鉀的反應生成白色碘化亞銅(CuI)的沈澱,及其在「沈澱反應」與「電子組態」等教學單元的意義,獲得不少高中化學老師們的正面回饋,頗感欣慰。但也有老師希望我進一步說明「為何碘化亞銅(CuI)能溶於硫代硫酸鈉溶液,而碘化銀(AgI)卻不溶於硫代硫酸鈉溶液,必須以氰化鈉(NaCN)才能溶解之?」 「高中化學教學疑難問題」專欄就是提供老師們討論的平台,很高興第一期即有回響而且提出疑問,這就是本專欄期待看到的,希望老師們持續關切本專欄並參與討論。針對上述疑問,本人答覆如下。 n 平衡常數與溶解度 以氯化銀(AgCl)溶於6.0 M氨水為例,在25℃下,相關反應的常數如式[1]、[2]和[3]所示。 AgCl於6.0 M氨水中之溶解度計算過程如下: 經過計算,得AgCl的溶解度(S)為0.23 M。依一般規定,S > 0.1 M即為可溶,故氯化銀(AgCl)能溶於濃氨水。 含氯離子的式[1]、[2]和[3]擴大含鹵素離子,如AgCl擴大為AgX (X = Cl、Br、I),這些反應式擴大如式[4]、[5]和[6]所示: 在25℃下,銀離子(Ag+)在6.00 M氨水中的形成常數(Kf)為1.12 × 。各種鹵化銀(AgX)的溶度積常數(Ksp)、鹵化銀與氨水反應而形成銀氨錯離子( )的平衡常數(K)以及鹵化銀在氨水的溶解度(S)如表1所示: 表1的溶解度顯示AgCl溶於6.00 M氨水,AgBr和AgI氨水難溶於6.00 M氨水;這些溶解度大小並不相同,其排列順序為AgCl > AgBr > AgI。 在25℃下,AgI(Ksp = 1.5 × )在3.00 M的氨水、 和 中的形成常數(Kf)及其反應的平衡常數(K)以及鹵化銀在氨水的溶解度(S)如表2所示: 表2的溶解度顯示AgI難溶於3.00 M的氨水和,AgI可溶於3.00 M 的和;這些溶解度大小並不相同,其排列順序為 > > NH3。 n CuI和AgI在S2O32−中的溶解度 在25℃,CuI和AgI在1.00 M中的的溶度積常數(Ksp)、它們與反應而形成錯離子的形成常數(Kf)和平衡常數(K)以及溶解度(S)如表3所示: 由表3可看出CuI在1.00 […]
化學闖關活動—大甲高中化學宅急便 廖旭茂 國立大甲高級中學 教育部高中化學學科中心 nacl880626@hotmail.com n 活動簡介 回顧2011國際化學年,大甲高中首次與教育部高中化學學科中心合作辦理「親手Fun化學」活動,獲得師生廣大的迴響,其中由本校師生設計,手工打造的大型立體分子模型—「搖滾巴克球」,最令人激賞。2013年大甲高中化學科再次獲得高中化學學科中心的支援,花了三個月的時間規劃籌辦,夥同培育的60名志工於本校校慶辦理「親手Fun化學」活動,此次加入更多的新元素,除了原有的搖滾巴克球—分子組裝賽外,更增添了魔法化學秀、震撼酒精砲、感溫變色絹印、奈米遊樂園等多種趣味好玩的實驗體驗。參加學生除本校學生參與闖關活動外,更有社區鄰近國高中學校如台中高工、台中一中、社區順天國中等校學生,慕名而來,合計約共500名學生參與本次活動。 2014年大甲高中「親手Fun化學」於4月18日登場,透過團隊的創意發想、精心規劃,以嶄新的風貌呈現,經團隊討論,決定將研發之創意教具、特色教材融入化學實驗體驗活動之中。本校圖書館大廳有結合虛擬實競技術與行動科技的「3D分子博覽會」暨創意教具成果展;科學館2F有復古懷舊風的「人像藍印術」;藝之鄉周邊有結合新進材料有趣的「異形變奏曲」、奈米鼠走迷宮的「奈米遊樂園」、護膚美白的「美容化學」、槍林彈雨的「酒精狂想曲」、結合壓電電石砲與多彩指示劑的「魔法石再現」,以及最後廣受大家喜愛的戶外「魔法化學秀」等。這一場化學與美學交織的豐盛饗宴,更勝以往,除本校學生外,今年更將目標放在台中海線偏鄉國中的科普教育的推廣,總計有大甲國中等五所社區國中,超過250名的國中生參與本校活動。圖1為本校今年化學宅急便的闖關護照內頁核章處,圖2為本次推廣教育活的動Logo。 圖1:化學宅急便的闖關護照內頁核章處 圖2:化學宅急便的闖關活動Logo n 活動規劃與實施 本校將選修課—3D分子博覽會的特色課程教材,融入教室外的學習活動—「親手Fun化學」之中,實施訓練志工關主「教中學」、「做中學」的有效學習策略。活動經反覆思索、討論後決定闖關形式、數量,確定活動辦理的時間、協調場地後,開始進行志工招募及訓練,同時委請美工科學生設計活動Logo、闖關證明、闖關護照即說明海報刊板。活動一個月前,開始進行志工訓練,於中午時間、第八節下課後以及假日時段,開放實驗室,供志工討論及實作演練,相關活動規劃流程圖,如圖3所示: 圖3:化學宅急便的活動規劃流程圖 n 各關實驗活動簡介 茲將本次化學闖關活動的內容與設計分述如下: l 美容化學關:利用甘油、弱酸性起泡劑、茶樹精油以及橄欖油等材料,製作洗面露及卸妝油兩種美容品(二擇一),依關主指示,完成其中一項美容品的製作。就算闖關成功。有關活動照片,如圖4所示。 l 異形變奏曲:利用硼砂(Na2B4O7)溶於水中,與高分子化合物如白膠(聚醋酸乙烯酯)產生交聯作用(cross-linking),進而改變高分子化合物的黏彈性原理,製作磁力怪與感溫變色異形(二擇一)。依關主指示,完成其中一項異形的製作。並回答關主事先設計的問題,即算闖關成功,可帶走戰利品。有關異形變奏關的簡介說明,如圖5所示。 l 人像藍印術關:利用影像處理製作的黑白底片,在太陽光或燈箱下,曝光轉印在事先塗好感光液(檸檬酸鐵銨與赤血鹽混合)的圖畫紙上,經水洗、陰乾後,浮貼在個人的專屬護照上,即算闖關成功。有關人像藍印術關的簡介說明,如圖6所示。 l 奈米遊樂園關:利用共沉澱法,在離心管中加入氯化鐵、硫酸亞鐵、濃氨水以及介面活性劑的反應下收集,並以磁鐵體驗奈米磁流體的特性。依同學指示完成奈米磁的合成,並以磁鐵帶領奈米鼠,通過關主事先設計的化學迷宮,即算闖關成功。有關奈米遊樂園關活動照片,如圖7所示。 l 魔法化學演示:將化學概念融入趣味的實驗活動中,藉由生動活潑的表演方式將化學知識介紹給師生來賓,說明化學在日常生活中的應用。總計有清涼—夏、乾冰交響曲、熱情一把火、超級吸引力、甲中四月雪、給你好臉色等演示活動。有關魔法化學演示的活動照片,如圖8所示。 l 3D分子博覽會關:展出內容包括化學科教學團隊研發的教具成果展、巴克球、石墨等立體分子模型、以及包含虛擬實境互動式分子動畫的每周分子微展覽。同學只要正確回答關主事先設計的題目,就算闖關成功。有關3D分子博覽會活動照片,如圖9所示。 l 酒精狂想曲關:本活動安排兩個活動:一是利用酒精槍的射擊體驗,告訴同學酒精蒸氣的危險性;二是利用彩焰酒精凍的製作,教導同學如何安全使用酒精。同學只要正確回答關主事先設計的題目,就算闖關成功。有關酒精射擊活動照片,如圖10所示。 l 魔法石再現關:本活動安排兩個活動:一是利用壓電塑膠管砲的砲擊體驗,告訴同學電石加水產生乙炔氣體的反應,並傳遞乙炔氣的危險性;二是利用砲擊反應後的產物–氫氧化鈣,加入酚酞指示劑,試玩「看誰最會生氣」活動。同學只要正確回答關主事先設計的題目,就算闖關成功。相關活動照片,如圖11所示。 圖4:美容化學闖關活動紀實 圖5:異形變奏關活動原理、製作方法簡介 圖6:人像藍印術關活動原理、製作方法簡介 圖7:奈米遊樂園闖關活動解說及實作活動紀實 圖8:魔法化學戶外演示活動紀實 圖9:3D分子博覽會導覽及闖關活動紀實 圖10:酒精狂想曲關活動紀實 圖11:魔法石再現關活動紀實 n 致謝與交流 作者感謝教育部高中化學學科中心協助辦理,以及國立彰化師範大學化學系楊水平教授、科技部—「科普點子王」特約記者張志玲小姐蒞臨指導和採訪。 本文僅以概括的報導本次大甲高中化學宅急便化學闖關活動,詳細活動作者樂意與化學教育工作者經驗交流並敬請指教。 n 參考資料 1. 國立台灣師範大學化學研究所(民78),「高中化學教師示範實驗」,教育部中小學科學教育專案研究報告。 […]
化學闖關活動—大甲高中志工培訓與學習成效 廖旭茂 國立大甲高級中學 教育部高中化學學科中心 nacl880626@hotmail.com n 動機與目的 化學是一門探索物質的實驗科學,為提升學生學習化學的動機,大甲高中化學科除了表訂的課本實驗外,更致力開發富創意的趣味演示實驗教材,應用於一般的教學現場,往往5~10鐘的實驗活動,在溫馨熱烈的互動中,有效地引導學生學習,這比一般的口述講解更容易達到事倍功半的效果。 根據十二年國教願景之一—致力教學品質的提升,以「成就每一個孩子」為目標,大甲高中化學科教學團隊擬定以「做中學」、「教中學」的合作體驗學習,做為有效學習策略,發展有助學生學習的教具、和教材之特色課程,並透過教室外的學習活動—「親手FUN化學」化學闖關活動規劃辦理,寓教於樂,全力推動科普教育。圖1為大甲高中化學科採取有效學習策略示意圖。 圖1:大甲高中化學科教學採取「做中學」的有效學習策略 這樣的合作體驗學習,究竟對化學教育有何助益呢?根據美國緬因州的國家訓練實驗室(National Training Laboratories)所發展出來的學習金字塔顯示,學習者在兩週以後還記得的學習內容,因不同的學習方式而有很大的差異。從學習金字塔的得知,如果學生有機會教導別人他所正在學習的東西,屬於主動式學習,那麼在兩周後,他們對這項學習的保存率可以高達百分之九十;反之大部分老師在趕進度時,所採用的講述法。但是對學生而言,是屬於被動式的接受、灌輸,學生容易從教學現場「逃離」,其教學效果僅剩5 %。圖2為學習金字塔及大甲高中化學闖關活動的闖關者及關主分別位於金字塔的層次。 圖2:大甲高中化學宅急便化學闖關活動的闖關者及關主分別位於金字塔的次底層和最底層 根據這個金字塔所呈現,最底端的教學效果可以高達百分之九十,讓學生教別人(learning by teaching),屬高學習保存率的主動式學習,而這個方法卻是老師們趕進度時無法兼顧的。關主志工們正是擔任這樣的角色,他們不僅要對實驗內容相當熟悉,還必須以教師的身分,透過反覆咀嚼,將內容轉化成學生易懂的語言格式來進行溝通,在此同時,也提昇了學生潛在多元智能的發展。 n 特色課程與志工培訓 特色實驗課程教材編寫 親手FUN化學活動以融入高中化學課綱的精神為前提,將研發之教具編寫為特色課程教材,納入教室外的學習活動之中,教材內容包括有機分子結構的認識、酒精狂想曲、魔法石再現、異形變奏、奈米遊樂園、化學平板的製作、魔法化學演示等。圖3是大甲高中發展特色課程教材與高中化學課綱內容之關係圖。 圖3:大甲高中的特色課程教材與高中化學課綱內容之關係圖 志工訓練 活動前一個月,擔任志工學生們利用每天的中午時間,放學後留在實驗室進行實驗練習與討論;活動前的例假日,辦理兩天的志工培訓營隊,進行包括實驗原理的解說、實驗操作指導、關卡的設計以及口語表達的訓練。學生除了具備基礎化學的能力外,更要學會勇敢表達。由於這一方面的訓練迫於時間壓力必須速成,因此參加的志工都必須學會與組員團隊合作,共同謀劃問題解決之道。本校每年共培訓志工約60名,圖4和圖5分別為志工訓練營活動過程剪影。 圖4:大甲高中化學闖關活動志工訓練營活動過程剪影之一 圖5:大甲高中化學闖關活動志工訓練營活動過程剪影之二 n 志工回饋與學習成效 經過一個多月的努力,親手FUN化學闖關活動結束後,立即進行問卷回饋,追踪學生活動前後,在情意、認知及動作技能等方面的學習成效,學生認同度較高的面向分述如下: u 實驗及設計能力:在「提升化學知識,喜歡動手做實驗」方面,得到約87%的認同,顯示志工訓練活動在認知及動作技能方面有很好的功效。 u 表達能力:在「口語表達能力的改善」方面,也得到了91%的志工學生認同,這樣的結果跟活動當天現場可圈可點的表現相符合。圖6為本校化學闖關活動志工在化學闖關現場解說的情形。 圖6:大甲高中化學宅急便化學闖關活動的志工為闖關者解說的情形 u 分工合作:在「可與他人合作,結交好友」方面,得到93%的認同率,顯示學生肯定本活動在與他人分工合作,及提昇人際關係方面有較高的成效。 u 志工服務:當最後被問到「是否願意繼續擔任志工」時,100%全數的學生都持肯定的態度,這樣的結果除了顯示同學對活動辦理成效的肯定與支持外,也嶄露了自我肯定的信心。 大甲高中化學宅急便化學闖關活動的問卷統計如圖7所示。 圖7:大甲高中化學宅急便化學闖關活動志工回饋單統計圖 n 結論 透過「親手FUN化學」化學宅急便化學闖關的體驗式學習活動,讓學生志工「做中學」,激發學學習熱情;從志工的培訓和參與活動中,為學生搭建舞台,以「教中學」策略有效提升學習的自信心。期待教學上的點滴耕耘,能讓學生保有持續學習的熱情,辛苦教學現場的老師們,一起加油! n 參考資料 1. 國立台灣台灣師範大學化學研究所(民78),「高中化學教師示範實驗」,教育部中小學科學教育專案研究報告。 2. 詹莉芬等(民101),2012北一女中化學宅急便嘉年華,北一女中。 3. 邱韻如,學習金字塔http://memo.cgu.edu.tw/yun-ju/cguweb/SciLearn/Learning/ConeLearning/HomeConeLearning.htm。
《臺灣化學教育》第一期(2014年5月) 目錄 n主編的話 u 第一期主編的話/邱美虹〔HTML|PDF〕 n創刊詞及賀詞 u創刊詞/邱美虹〔HTML|PDF〕 u 創刊賀詞/彭旭明〔HTML |PDF〕 u創刊賀詞/陳竹亭〔HTML|PDF〕 u 創刊賀詞/黃萬居〔HTML|PDF〕 u創刊賀詞/連啟瑞〔HTML|PDF〕 u創刊賀詞/李賢哲〔HTML|PDF〕 n 本期專題【專題編輯/胡景瀚】 u蠟燭的化學史––譯者序/胡景瀚、林奕秀〔HTML|PDF〕 u蠟燭的化學史––第一章:蠟燭的製造、燃燒及火焰/胡景瀚、林奕秀〔HTML|PDF〕 u蠟燭的化學史––第二章:蠟燭火焰的組成,蠟燭燃燒需要空氣/胡景瀚、林奕秀〔HTML|PDF〕 u蠟燭的化學史––第三章:蠟燭燃燒產生水、水中的氫/胡景瀚、林奕秀〔HTML|PDF〕 u蠟燭的化學史––第四章:蠟燭中的氫變成水、水中的氧/胡景瀚、林奕秀〔HTML|PDF〕 u蠟燭的化學史––第五章:大氣中的氧和二氧化碳/胡景瀚、林奕秀〔HTML|PDF〕 u蠟燭的化學史––第六章:呼吸作用與蠟燭燃燒之類比/胡景瀚、林奕秀〔HTML|PDF〕 n化學實驗含影片【專欄編輯/廖旭茂】 u自組裝分子膜製程開發及性質研究––防偽標章之製作/呂雲瑞、林明祥〔HTML|PDF〕 n家庭化學實驗【專欄編輯/楊水平】 u馬鈴薯電池的電化學實驗(上)/王楨、楊水平〔HTML|PDF〕 u馬鈴薯電池的電化學實驗(下)/王楨、楊水平〔HTML|PDF〕 n保養品DIY【專欄編輯/鍾曉蘭】 u個人化的保養品––DIY樂趣多/鍾曉蘭〔HTML|PDF〕 n高中化學教學疑難問題與解題【專欄編輯/施建輝】 u製備碘化亞銅與其一系列反應/施建輝〔HTML|PDF〕 n行動學習【專欄編輯/翁榮源】 u行動學習模式在化學教育之應用研究/翁榮源〔HTML|PDF〕 n多元教學法【專欄編輯/鐘建坪】 u高中論證教學設計––以蠟燭燃燒水面上升為例/許綺婷〔HTML|PDF〕 n多元文化的化學【專欄編輯/傅麗玉】 u久久酒科學/陳政修、傅麗玉〔HTML|PDF〕 n化學教育新知【專欄編輯/鐘建坪】 u複雜系統觀點在擴散教學的應用/鐘建坪〔HTML|PDF〕 n化學小故事【專欄編輯/洪振方】 u波以耳與近代化學的誕生/洪振方〔HTML|PDF〕 n國內外化學教育交流【專欄編輯/林靜雯】 u國內外化學教育交流/林靜雯〔HTML|PDF〕 本期整本文章打包,歡迎下載。
主編的話 邱美虹 國立臺灣師範大學科學教育研究所教授國際純粹化學與應用化學聯盟(IUPAC)化學教育委員會主任委員中國化學會(臺灣)教育委員會主任委員mhchiu@ntnu.edu.tw 科學中理論與實驗間有唇齒相依的關係,彼此相輔相成。科學家透過實驗探究未知的世界進而建構理論,同時也透過理論解釋科學現象的結構與機制。其中化學更與實驗有著密不可分的關係,「化學」觀其名,即為變化的科學。而Chemistry這個英文字也常被解讀為“Chem” is “Try”,兩個語詞充分說明化學的本質在於變化與嘗試(實驗),也意味著可為人類帶來探究與驚喜的無限可能。化學家透過嚴謹的實驗設計探討化學過程,也透過周延的理論去解釋化學成分、結構與反應的關係。 2013年瑞典皇家科學院將化學諾貝爾的桂冠獎頒給了以電腦模型演算法預測複雜化學過程的三位科學家:美國哈佛大學和法國史特拉斯堡大學的馬丁.卡普拉斯(Martin Karplus)教授、美國史丹佛(Stanford University)的麥可.李維特(Michael Levitt)教授,和美國南加州大學(University of Southern California)的艾瑞.瓦歇爾(Arieh Warshel)教授,這種計算模擬實驗改變了傳統實驗的觀點,也成為理解分子複雜世界的一個新典範。 由於化學常在世界中扮演重要的角色,如食、衣、住、行、育、樂,皆可見其蹤影。而其解釋往往必須依賴微觀世界的科學語言、符號、模型來解釋。這些複雜的科學系統對化學學習形成高度的認知負荷,雖然實驗趣味性高,卻因化學符號和計算使得學生對化學的學習產生畏懼感。根據兩項國際調查(PISA: the Programme for International Student Assessment和TIMSS: Trends in International Mathematics and Science Study)顯示,臺灣學生在科學表現上屬於高成就、低興趣,尤其是對化學的興趣竟呈現低於「經濟合作暨發展組織」(Organization for Economic Co-operation and Development, OECD)參與國平均值的現象,這樣的結果不失為對教育工作者及政策決策者的一項警惕。 有鑑於化學教育的使命、所面臨的挑戰與可能創造的機會,吾人希望透過本期刊之發行與推廣可以提供廣大讀者對於化學教育的重視,同時也藉此搭起大學與高(國)中化學教育的橋樑。本期刊在作者方面以大學教授和高(國)中教師為主。此次創刊號包括透過化學小故事了解化學史,如洪振方教授的《波以耳與近代化學的誕生》和胡景瀚教授和林奕秀小姐的《蠟燭的化學史》(特別感謝兩位譯者無償讓本刊刊登以饗讀者)。Lakatos曾說:「沒有科學史的科學哲學是空洞的;沒有科學哲學的科學史是盲目的。」這兩篇著(譯)作應可引起讀者對科學意涵的深層思考。為使教學與新興科技接軌,翁榮源教授的《行動學習模式在化學教育之應用研究》為化學教學融入新科技的元素;而鐘建坪老師的《複雜系統觀點在擴散教學的應用》,目的在呼應巨、微觀交互作用的教學觀。在實驗與理論以及實驗與生活結合部分,施建輝老師的《製備碘化亞銅與其一系列反應》為化學實驗教學解惑、呂雲瑞和林明祥兩位老師的《自組裝分子膜製程開發及性質研究─防偽標章之製作》提供化學應用的實例、王楨同學和楊水平教授的家庭化學實驗《馬鈴薯電池的電化學實驗》和鍾曉蘭老師的《個人化的保養品─DIY樂趣多》將化學與生活結合,而陳政修同學和傅麗玉教授的《久久酒科學》則是將化學的觸角推向多元文化的面向,這些文章拓展師生對化學理論的應用深層認識。而許綺婷老師的《高中論證教學設計─以蠟燭燃燒水面上升為例》正好與此次特刊《蠟燭的化學史》呼應,作為一個教學實例說明如何在教學中培養學生論證的能力。此外,林靜雯教授提供豐富的最新國內、外化學教育交流訊息,供讀者參考。 最後,感謝各專欄編輯協助邀稿、審稿、撰稿、與專題規劃,同時感謝台大化學系教授並為中研院前副院長的彭旭明院士、台大化學系及科學教育發展中心主任陳竹亭教授、國立台北教育大學前副校長連啟瑞教授和國立屏東教育大學李賢哲校長為本創刊號撰寫賀創刊賀詞、化學界與化學教育界前輩同意擔任本期刊顧問,以及中國化學會(台灣)協助網域和文章版權相關事宜的處理,使本創刊號得以順利發行。最後,我們選在五月四日德先生(民主)和賽先生(科學)的特殊日子發刊,希望透過此刊物肩負起承先啟後的使命,推動科學思維、科學方法、和科學態度的培養,未來經營此刊物還有賴大家集思廣益、共襄盛舉。
創刊詞──來自主編 邱美虹 國立臺灣師範大學科學教育研究所教授 國際純粹化學與應用化學聯盟(IUPAC)化學教育委員會主任委員 中國化學會(臺灣)教育委員會主任委員 mhchiu@ntnu.edu.tw 中國化學會(臺灣)(Chemical Society Located in Taipei, CSLT)《台灣化學教育》(Chemistry Education in Taiwan, CET)電子期刊在數位熱心人士積極地籌劃並廣邀化學教育學者與教師共襄盛舉下,終於在期盼中出版了! 長久以來,學術成果無法及時反映在實際教學上、學者與教師之間存在認知上的距離。另一方面,教師不易分享教學心得而共建有效的學習。再一方面,學生學習與生活脫節而失去對化學學習的興趣與動機等等的問題層出不窮。這一本電子期刊的目的就是在為化學教育的學術研究與實務教學搭起一個橋樑,以為研究與教學心得創造發表空間、為教師提供一個交流的平台、為學生指引化學與生活相關之路以及啟發其學習動機、興趣、與創造力。我們希望透過此期刊的發行與平台的建立將研究與教學的成果分享給化學教育從業人員、對化學教育推廣愛好者和莘莘學子,並透過此刊物推動並發展我國各級學校的化學教育,培育具化學素養的公民。 有關化學教育期刊方面,在國際間已有許多化學會或學術組織發行不同形式與目的的期刊來提升化學教師專業之能與學生的化學素養,藉以促進化學教育的發展與品質的提升。如美國化學會(American Chemical Society, ACS)出版的學術專業期刊Journal of Chemical Education, JCE (1924~)、適合中學教師和學生閱讀的ChemMatters(1983~);英國皇家化學會(Royal Society of Chemistry, RSC)出版的學術專業期刊Chemistry Education Research and Practice, CERP (2000~)、適合各級教師的Education in Chemistry, EIC1964~),同時也為中學生出版The Mole(2012年以前稱為InfoChem);澳洲皇家化學院(Royal Australian Chemical Institute)為教師出版的Australia Journal of Education in Chemistry, AusJEC (2001~)(前身為Chemeda: The Australian Journal of […]
創刊賀詞 彭旭明 國立臺灣大學化學系講座教授中央研究院院士(前副院長)中國化學會(臺灣)前任理事長smpeng@ntu.edu.tw 欣聞臺灣化學會的教育委員會五月出版第一期《台灣化學教育》電子期刊,企盼搭起大學和高中之間化學教育的橋樑。這是一件大事,更是一件好事,需要大家敲鑼打鼓的支持。傳統教學是老師講授、學生學習,教學的效果是老師與學生共同付出的乘積。現代的教育是多元化、多管道的教育與學習。化學教育電子期刊則是因應這種趨勢所做的努力,讓老師與學生有更多可以互動的平台。 在討論的議題方面,可以是多元的,先進材料的開發以及與生命科學的連結,都是很夯的內容。基本的化學熱力學與量子化學,則是重要的概念。化學熱力學是大學化學不可或缺的知識,但在高中化學是不涵蓋的。量子化學則是牽涉到微觀世界的運動法則,不如古典力學容易了解。這些都是互動的可能議題。 公民活動的成功與否,常取決於公民社會中成員是否積極參與。所以在此特別呼籲大學與高中的師生,積極參與這個電子期刊的誕生與成長,並預祝它順利茁壯生根。