臺灣化學教育
Chemistry Education in TaiwanBlog Archives
武陵高中多元選修課程模組：彩色化學篇 ／ 張明娟
Tuesday , 4, July 2017 化學課程與教學, 第20期/2017年7月 Comments Off on 武陵高中多元選修課程模組：彩色化學篇 ／ 張明娟武陵高中多元選修課程模組：彩色化學篇 張明娟 國立武陵高級中學 教育部高中化學學科中心 bcat1764@gmail.com 前言 天下雜誌2010年調查1：國中生最不喜歡的科學學科是「數學」，高中生則最不喜歡「化學」，近四成學生「都沒做過」科學實驗，顯示台灣科學教育實作太少。身為化學教師的我，一直引以為戒；然而化學是一門實驗科學，做中學學中做，因應新課綱發展多元選修課中，因為是放在高一試跑的一門選修課，如何讓學生有興趣，且老師在原有的課程中不會有太大的負擔，實驗原理以簡單國中曾經學過的出發，重點放在實驗技能的訓練，引發學生學習興趣；然而高一學生化學背景較少，在國中階段大多從未做過實驗，筆者調查過學生中，8成以上都是黑板實驗，因此這門選修課除了實作外，評量部分該如何進行也是這門課的重點。學生大多喜歡以競賽的方式獲得成就感，因此筆者從學科中心的化學闖關中－競賽評分標準中，發展出屬於這門選修課的評分方式(佔70%)，再加上學習單的完成(30%)。此選修課一學期2學分，選修人數上限24人，便於分組，以三次段考為區分，有三個課程模組，筆者發展的課程模組主要是以彩色化學為主題，藉由顏色繽紛引發學生興趣，分別是｢彩色化學之我最精密｣與｢彩色化學之我最準確｣。 課程模組一：｢彩色化學之我最精密｣ 2012 年由化學學科中心辦理的高中生「化學創意實驗闖關比賽」2中，其初賽題目(二)：我最精密。原實驗說明如下：參與者自行配製不同密度的食鹽水並自行添加不同顏色(水彩)，將不同顏色的食鹽水倒入量筒中，利用食鹽水密度不同，使溶液分層，每個分層至少需 1.5 公分，顏色分層須清楚。筆者在帶學生參與比賽過程中，發現學生必須使用較大量的廣告顏料或水彩，而造成汙染(因顏料內含重金屬)。為了符合綠色化學精神，此課程模組把紫色高麗菜作為顏色的來源，並導入酸鹼指示劑的概念。這個模組操作時間為3週共6節課，其內容分別敘述如下： 第一週： 分組：先花約20分鐘分組，因為選修的學生來自各班，可以將鄰近班級的學生分成同一組，讓彼此方便於課後討論聯絡，選出組長並留下各組組長的聯絡方式，便於老師通知學生。再花約30分鐘介紹進實驗室的安全流程，因為學生來源是高一，大多未進過實驗室，利用這段時間介紹實驗室注意事項與實驗室安全守則，也把實驗室環境介紹，器材的擺設位置，接下來說明此次實驗會使用到的實驗器材及使用方式(圖1)。 圖1：實際上課使用的PPT 第二節課給學生實驗流程，讓學生分組討論後自行拿取實驗器材與實驗藥品，公共藥品區放置0.2 M氫氧化鈉2 L、0.2 M鹽酸2 L溶液與一顆紫色高麗菜，其實驗流程如下： 實驗流程 1. 自製酸鹼指示劑(紫色高麗菜汁) 將紫色高麗菜約50克剪碎後以熱蒸餾水50 mL浸泡約5分鐘，過濾後冷卻至室溫備用。 2. 酸鹼稀釋 使用安全吸球與吸量管吸取10mL的0.2 M鹽酸或氫氧化鈉水溶液置於100 mL容量瓶中，加蒸餾水稀釋至標線處，即為0.02 M鹽酸或氫氧化鈉水溶液。 3. 指示劑變色範圍 (1) 在1號試管內加入5 mL的0.2 M鹽酸水溶液與5 mL紫色高麗菜汁溶液 (2) 在2號試管內加入5 mL的0.02 M鹽酸水溶液與5 mL紫色高麗菜汁溶液 (3) 在3號試管內加入5 mL的蒸餾水與5mL紫色高麗菜汁溶液 (4) 在4號試管內加入5 mL的0.02 M氫氧化鈉水溶液與5 mL紫色高麗菜汁溶液 (5) 在5號試管內加入5 […]
化學玩金術創作飾品 劉曉倩 國立彰化高級中學教育部高中化學學科中心torrina01092002@yahoo.com.tw n 錫的故事 西元1812年六月拿破崙帶領六十七萬大軍東征俄羅斯，然而這支堪稱史上最雄壯的隊伍卻在短短幾個月時間只剩兩萬人。殘兵敗將在同年十二月從莫斯科撤退，拿破崙宣稱敗給俄國的冬天，因為士兵在嚴冬、飢餓及疾病中潰不成軍，此次戰爭對於拿破崙在歐洲版圖的消長帶來極大影響，大軍在戰爭中損失慘重，並且再也沒有恢復士氣。 為什麼拿破崙的軍隊會在極短時間內潰不成軍呢？主要原因是士兵感染斑疹傷寒所致，這些斑疹疾病經由虱子傳播的，當時軍隊的衛生環境非常惡劣，所以虱子的傳播速度非常快，士兵們很快就因為軍隊裡衛生習慣不佳，患上了斑疹傷寒而一個個倒下。其次還有一個很特別原因是「鈕釦惹的禍！？」因為當時軍隊士兵所穿的外套、長褲甚至軍靴的鈕扣都是錫製的，一旦溫度下降，這些閃亮亮的錫製品就會逐漸變得黯淡無光，甚至開始瓦解成錫粉！雖然英勇又聰明的拿破崙應該不至於犯下這種錯誤，但是這個有趣的傳聞卻突顯了「錫」這個化學元素在歷史的定位。 回顧中國歷史，遠在青銅器時代（商朝），考古學家就以使用青銅器當作人類文化發展的一個重要階段，青銅是銅和錫的合金，因為其氧化物顏色青灰，故名青銅。由於青銅的熔點比較低，約為800℃，硬度又高，所以容易熔化和鑄造成型，當時主要以製作農業工具及武器為主。 這些隱藏在元素背後的歷史故事，讓我們在看待金屬元素時多了想像力，也增添了很多學習樂趣，Chemistry一詞源自於古希臘語，意指金屬的熔解與提煉的意思，因此學會掌握金屬的創造方法，正是呼應古老煉金術的精神！本文以錫金屬為例，師生透過實作過程循序漸進了解金屬，學會將日常生活器材改造成實用的工具，用以溶解金屬、自製模具並創作獨一無二的藝術作品，實現「Chem is try」玩金術！ n 錫的理化性質和用途 一、 錫的一般性質 錫的化學符號是Sn，原子序50，與碳、矽、鍺等同族金屬。純的錫有銀色的金屬光澤，且擁有良好的伸展性，活性比鐵要小，在空氣中不易氧化，因此常被用來作為其它金屬的防鏽表面處理，錫的重要應用是製合金，例如青銅、焊錫、鑄字合金、低熔點合金等，其中最為學生熟悉的是做馬口鐵，也就是在鐵表面鍍上一層錫保護層，馬口鐵被大量應用於罐頭工業。 錫被稱為古代金屬之一，古人使用錫金屬製作生活用品，因為其可以被高度拋光，且錫表面會形成保護性的氧化層，防止進一步的氧化。金屬錫即使大量被使用，毒性也很低，但是一些有機錫化物的毒性卻非常高，尤其是錫的三烴基化合物常被用作船的塗料漆，用以殺死附在船身上的微生物和貝殼，然而這些化合物卻也可以用來摧毀含硫的蛋白質。 二、 錫的物理和化學性質 常溫常壓下錫有二種同素異形體，主要是以灰錫（α錫）、白錫（β錫）的狀態存在。在室溫下，常見的是銀白色金屬白錫，富有延展性，比重較灰錫為重。當溫度降至13.2℃以下，它會慢慢變為粉末狀的灰錫，灰錫的晶體結構與鑽石、矽和鍺類似，屬於鑽石型晶體結構，如此一來錫金屬間產生類似共價鍵結構，電子不能自由轉移，所以延展性消失，呈現暗灰色的粉狀。 錫是兩性金屬，主要生成+2和+4價的氧化態，常見的化學反應如下： (1) 錫會溶於稀鹽酸，生成氯化亞錫（Tin(II) chloride），其反應如式[1]所示： Sn(s) + 2HCl(aq) → SnCl2(aq) + H2(g) [1] (2) 錫能溶於氫氧化鈉溶液中，生成錫酸鈉（Sodium stannate），其反應如式[2]所示： Sn(s) + 2NaOH(aq)+ 2H2O(aq) → Na2[Sn(OH)6](aq) + H2(g) [2] n 玩錫金屬創作飾品 化學的英文「Chemistry」起源於煉金術Alchemy一詞，即使是現代化學使用的許多儀器、實驗方法其實都是煉金術士的發明，而煉金術的符號系統也常被化學界採用，例如加熱符號「△」就是煉金術中火元素的記號。煉金術的實驗過程奠定了歐洲現代化學的基礎，即使偉大如牛頓都無法擺脫對鍊金術的迷戀，時至今日我們了解到，無法從一般金屬煉製成黃金，但是卻也可以利用錫熔點低的特性，創造出獨一無二的作品，體驗煉金術的過程呢！ 所謂「金屬鑄造」是指金屬加熱到熔化後，倒入特定形狀的鑄模，待其冷卻凝固成形的加工方式，而鑄模的材料可以是厚紙板、石膏、鋁箔紙…等等，自由發揮創作。 一、 煉金術基礎工具及材料 1. 不鏽鋼大湯匙（金屬材質要薄且把柄有隔熱為佳） 2. 金屬鑷子 3. […]
創意微型實驗—微型環保禮炮 方金祥 創意微型科學工作室chfang1273@yahoo.com.tw 氫氣槍或酒精槍是參與科學研習活動中學生的最愛之一，這兩支化學槍是使用同一支槍，只是其中之差異是所用的可燃性氣體不同而已，氫氣槍用的可燃物是氫氣而酒精槍用的是酒精蒸氣。學生在動手做實驗當中很想嘗試有聲音產生的現象，甚至聲音要大到有如爆炸聲才過癮，但是往往期待時又怕受到傷害，因此在早期的國編版國中理化教科書及現行國中自然與生活科技教科書中竟連有小小爆鳴聲的氫氣製造與檢驗的實驗就早已被刪掉了，本人覺得沒有讓學生親身體驗一下氫氣的製造與其檢驗實在很可惜，有鑑於此本人早於民國七十年代就設計一套非常簡易安全又快速的「微型氫氣製備裝置」，用來製造氫氣進而供給氫氣槍所需之可燃性氫氣。 n 過去的微型氫氣槍或酒精槍 本人過去曾以打火機或瓦斯點燃器、底片空盒子、塑膠注射筒、乒乓球、熱熔膠、導線以及電火布等組裝成簡易安全之「微型氫氣槍或酒精槍」，其作品如相片一～五所示。 1. 利用各式各樣的打火機與底片空盒子直接組合而成的氫氣槍或酒精槍，如相片一所示。 相片一：打火機與底片空盒子直接組合而成的氫氣槍或酒精槍 2. 利用打火機的壓電裝置、具有聲光之玩具槍與底片空盒子組合而的成氫氣槍或酒精槍，如相片二所示。 相片二：打火機與底片空盒子直接組合而成的氫氣槍或酒精槍 3. 利用打火機的壓電裝置與塑膠注射筒組合而成的氫氣槍或酒精槍，如相片三所示。 相片三：打火機與底片空盒子直接組合而成的氫氣槍或酒精槍 4. 利用打火機的壓電裝置直接與底片空盒子組合而成氫氣槍或酒精槍，如相片四所示。 相片四：打火機與底片空盒子直接組合而成的氫氣槍或酒精槍 5. 利用打火機中之壓電裝置與手杖組合而成的氫氣槍或酒精槍，如相片五所示。 相片五：打火機與底片空盒子直接組合而成的氫氣槍或酒精槍 n 微型環保禮炮之原理 「微型環保禮炮」，係利用打火機的壓電裝置之兩條導線，在一密閉容器（底片空盒子）中經按壓其壓電裝置後會由伸入密閉容器的兩條導線之尖端放電產生小火花，其小火花會將裝於密閉容器中之可燃性氣體（如氫氣、酒精蒸氣或乙炔氣體）於瞬間引爆，並產生極大壓力而將密閉器（底片空盒子）之蓋子彈飛出去時，隨即發出很一聲非常「ㄅㄧㄤˋ」的聲響，猶如施放禮炮之聲音。 n 微型環保禮炮之設計與製作 一、材料、藥品與器材 1. 材料：打火機、底片空盒子、熱熔膠、電火布（見相片六） 打火機 底片空盒子 熱熔膠 電火布 尖錐 相片六：實驗所需材料 2. 藥品：鎂帶、碳化鈣（CaC2）、稀鹽酸（3 M HCl）、酒精（見相片七） 鎂帶 […]
國內外化學教育交流（第二十期） ／ 林靜雯
Saturday , 1, July 2017 國內外化學教育交流, 第20期/2017年7月 Comments Off on 國內外化學教育交流（第二十期） ／ 林靜雯國內外化學教育交流（第二十期） 林靜雯 國立東華大學教育與潛能開發學系 jingwenlin@gms.ndhu.edu.tw n 七月內容摘要搶先看 一、2017中國化學年會 二、2016中國化學年會中與綠色化學相關的演講簡報分享 三、七月份，重要化學/化學教育相關研討會熱鬧登場 n 詳細介紹 一、2017中國化學年會 地點：國立嘉義大學蘭潭校區 日期：2017年12月1-3日 相關網址：https://www.u-sync.com/cms-user/site/news 2017中國化學年會由國立嘉義大學應用化學系承辦，訂於12月1至3日於嘉義大學蘭潭校區舉行。此次會議將以「尖端化學與產業永續發展」為主題，預估將有2000人次來自國內外的研究人員進行學術研究論文發表，分享最新研究成果。目前規畫12月1-2日為會議分組演講、壁報論文比賽與廠商圖書、儀器及藥品耗材展覽。12月3日為故宮南院半日遊，活動內容豐富，精彩可期。 二、2016中國化學年會中與綠色化學相關的演講簡報分享 綠色／永續化學網路資源共享網每年都會於化學年會後，會將當年講題中與綠色化學相關的演講簡報上傳，提供關心永續化學議題的讀者瀏覽簡報內容和下載使用。2016 年化學年會於國立中興大學舉辦，該次會議所整理出來投影片業已於今年二月上線，網址為：http://gc.chem.sinica.edu.tw/workshop/notes.php 內容簡列如下： l 談基礎有機化學教學內容：國立臺灣大學化學系 劉廣定教授 l 借力使力將綠色／永續化學融入教材：中研院化學所 趙奕姼研究員 l 2030 年永續發展議程下的綠色／永續化學教育新思維：國立清華大學化學系 凌永健教授 l 國內循環經濟之發展瓶頸與因應之道：國立成功大學化學工程學系 陳志勇教授 l 綠色化學教育永續扎根─創意教材教法：國立高雄師範大學科學教育暨環境教育研究所 黃琴扉教授 l 新興科技融入高中綠色化學教育─高中特色課程教學分享：國立彰化高級中學／全國化學學科中心分區組長暨研發教師 劉曉倩老師 三、七月份，重要化學/化學教育相關研討會熱鬧登場 七月份，多個重要化學/化學教育相關研討會熱鬧接力登場。首先，第46屆IUPAC世界化學大會與將於7月9-14日於巴西聖保羅舉行，這也是IUPAC世界化學大會第一次在南美洲舉行。本次IUPAC會議主題為以化學發展永續和多樣性（Sustainability & Diversity through Chemistry），台灣化學教育期刊主編、台灣師範大學科學教育研究所邱美虹教授為該會主講者之一。緊接著，7月23-28日，第17屆亞洲化學研討會9asian Chemical Congress)以及第19屆General Assembly of FACS聯合會議亦將在澳洲墨爾本登場。本次大會主軸圍繞在2020年代的化學對永續發展和其他挑戰的重視(Chemistry addressing sustainable […]