化學示範起始探究與實作   楊水平 國立彰化師範大學化學系yangsp@cc.ncue.edu.tw 《臺灣化學教育》第40期的專題為〈化學示範起始探究與實作〉，延續第37期的專題〈中學化學示範〉，繼續出版之前未出刊的文章，並邀請中小學教師撰寫透過化學示範起始探究的文章，以豐富本期的內容。除了本篇領頭文章之外，這期的專題文章計有六篇，都有化學示範起始科學探究與實作的內涵，大部分符合十二年國民基本教育國民中小學暨普通型高級中等學校自然科學領域課程綱要的標準，這些符合新課綱規範的文章都在其「前言」處有條目編碼的具體描述。期望這些文章對中小學化學教學有所助益，並能立即可用於小中學的現場教學。 本文首先介紹化學示範教學的理論；接著，整理十二年國教自然科學領域課剛中的化學示範；然後，探討化學示範起始科學探究；最後，概述本期專題的文章導讀。 n  化學示範教學的理論 Liem (1987) 提到：藉由引人注意的示範和歧異事件，教師精心規劃教學策略來喚起學生的學習。Kibler (2019) 提到：歧異事件使學生產生興趣和好奇心為了探究有關特別的現象。歧異事件（discrepant event）創造認知失調（cognitive dissonance），因為歧異事件的觀察與學生先前經驗是直覺相反的，使得學生迅速地產生疑問。Cini (2018) 提到：歧異事件是藉由呈現非期望的結果而無視我們對世界理解的事件。這些現象經常被用於科學示範，以吸引觀眾的注意力並吸引視覺學習者。 Shakhashiri (1989) 提到：課堂示範能夠幫助學生在化學反應和化學性質上的注意力，並且增進學生的化學知識和體認。課堂示範應該是一個過程，而不是一個單一事件（作者按：歧異事件）。 化學反應千變萬化，聲光色俱全而且多彩多姿。化學示範（Chemical demonstrations）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以互動方式來引起學生對化學的興趣，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。 n  十二年國教自然科學領域課剛與化學示範 根據「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‒自然科學領域」，其實施要點提到「教材編選時應依十二年國民基本教育自然科學領域課程綱要精神與內容，鼓勵學生動手實作體驗，合適安排各年段的實作課程，以達到規定的時數，其中國民中學教育階段應有三分之一節數為實作體驗課。為提高學生學習興趣，增進學習效果，得適時設計示範實驗、戶外教學等活動。」。因此，化學教師設計化學示範實驗是有其需要性。自然科學領域課程綱要在「學習內容說明」有明確地提到教學實施的方式以「示範」來進行，在第四學習階和第五學習階段的綱要描述中，有關化學示範方面整理如下。 (一)      在國中自然科學方面 表一：第四學習階段涉及化學示範的學習內容 主題 次主題 學習內容 學習內容說明 物質的反應、平衡及 製造（J） 化學反應速率與平衡（Je） Je-Ⅳ-2 可逆反應。 2-1 從示範實驗或影片介紹可逆反應的簡單實例。（P. 149） 物質的反應、平衡及 製造（J） 化學反應速率與平衡（Je） Je-IV-3 化學平衡及溫度、濃度如何影響化學平衡的因素。 3-1從演示或實驗影片說明溫度或濃度改變時如何影響化學平衡，不需要記憶反應結果與反應式。（P. 149） 物質的反應、平衡及 製造（J） 有機化合物的 性質、製備及反應（Jf） Jf-Ⅳ-3 酯化與皂化反應。 3-1 以示範實驗或實作方式進行酯化與皂化反應。並實際體驗酯類的特殊氣味及肥皂的清潔能力。（P. […]

化學示範起始探究與實作：「紙火鍋不著火」的教師示範與學生探究   林秀貞1, *、林碧玲2、周梅雪2 1桃園市立大業國民小學2桃園市立同德國民小學*sjean.lin@gmail.com   n  前言 紙火鍋的紙不會燃燒的原因是火鍋中水的沸點是100℃度，紙杯的燃點約160℃，烘焙紙燃點約220℃，當溫度達到100℃時，熱能供給汽化需要，使溫度暫停於100℃，直到水沸騰，蒸發殆盡，溫度才會繼續上升達到紙杯的燃點，引發紙的燃燒。 本活動主要的教學目標是使學生了解燃燒三要素中的燃點，物質未達燃點不會燃燒。然而，在國小教學現場，試問學生紙火鍋不會燃燒的原因，許多學生會猜測，例如：燭火的高度過高、使用防火紙等原因而使紙不會燃燒，往往沒有注意到紙的燃點高低。因此，本課程設計者試圖轉換此主題成為科學探究的課程設計，讓學生觀察後寫下問題和假設，設計實驗並進行實驗，以實驗結果支持或否決假設，並下結論。體會假設需由結果支持或否決，若實驗結果不支持假設，則假設不成立。本文主要描述以探究教學流程呈現教師如何引導國小學生的探究學習的情況。 在108課程綱要「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—自然科學領域課程綱要」中，提到學習主題2：「自然界的現象、規律及作用」，跨科概念「交互作用（INe）」，第三學習階段的學習內容「INe-Ⅲ-3 燃燒是物質與氧劇烈作用的現象，燃燒必須同時具備可燃物、助燃物、並達到燃點等三個要素。」此探究實驗旨在幫助學生探究物質的燃點。再者，實驗加熱過程中水溫的改變，可讓學生經歷：課題1：「自然界的組成與特性」，跨科概念「物質與能量（INa）」，第三學習階段的學習內容「INa-Ⅲ-8 熱由高溫處往低溫處傳播，傳播的方式有傳導、對流和輻射，生活中可運用不同的方法保溫與散熱。」此探究實驗可讓學生經歷熱的傳播使水溫上升。 在108課程綱要「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—自然科學領域課程綱要」中，提到學習表現：「po-Ⅲ-2能初步辨別適合科學探究的問題，並能依據觀察、蒐集資料、閱讀、思考、討論等，提出適宜探究之問題。」、「pe-Ⅲ-2能正確安全操作適合學習階段的物品、器材儀器、科技設備與資源。能進行客觀的質性觀測或數值量測並詳實記錄。」、「pa-Ⅲ-1能分析比較、製作圖表、運用簡單數學等方法，整理已有的資訊或數據。」、「pc-Ⅲ-2能利用簡單形式的口語、文字、影像（如攝影、錄影）、繪圖或實物、科學名詞、數學公式、模型等，表達探究之過程、發現或成果。」本探究課程可讓學生在活動中察覺紙火鍋不著火的問題，猜想影響因素，進行實驗設計，並透過操作獲得結果，全班討論分享、溝通表達，獲得結論。 n  教師示範實驗 一、  觀看示範實驗影片 影片網址：今天來吃紙火鍋示範篇，https://youtu.be/WnAn92yW1EA。 n  教學前準備 一、需用器材和材料 每班用量：不鏽鋼濾網勺（細的，4吋） 1個、不鏽鋼濾網勺（粗的，4吋） 1個、紅色小蠟燭（10入） 3盒、紅色大蠟燭（10入） 3盒、紙杯（150-200 mL） 12個、圓馬芬杯（薄的，可耐高溫220℃、紙質比紙杯薄） 1個、圓馬芬杯（厚的，可耐高溫220℃，紙質比紙杯厚） 1個、食鹽 1包、溫度計（200℃） 12支、打火機 1只（教師保管）、鐵絲或木夾（固定紙杯用） 12支、計時器 6個、蛋糕底紙╱烘焙紙（50張入，可耐高溫220℃） 1包（或萬用調理紙 1捲），水（100mL） 6杯。註：可視各組研究主題，自由領取不同材料，教師可多準備。需用器材和材料，如圖一所示。             圖一：需用器材和材料 n  學生探究活動 一、  教師提問紙不會燃燒的原因 (一)   教師提問 1.  你們有沒有用過紙火鍋煮食物？有用過紙火鍋的請舉手….. 2.  在哪裡用過？有些日本料理店有賣紙火鍋……1940年，日本人發展出雪雁火鍋，用紙的來吸收雪雁肉的油脂，讓口感比較清爽不油腻，很受歡迎。 3.  你們覺得這個紙火鍋與一般的小火鍋比起來什麼部份最神奇？（讓學生能自己察覺紙不會燃燒） 4.  […]

化學示範起始探究與實作：「愛玉成凍」教師示範起始學生探究   李祥菁1, *、李易儒2、何莉芳3 1臺中市立大道國民中學2新竹縣立東興國民中學3臺中市立福科國民中學*po0520@st.tc.edu.tw   n  前言 在108年「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」中揭示學習重點包含學習內容與學習表現。過去傳統教學模式多著重於科學認知（學習內容）的傳達，新課綱在學生面對科學探究能力與科學態度（學習表現）則有更多強調。 本探究課程的科學內涵符合在「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」中學習內容相關描述，如表一所述。本探究課程的科學探究亦符合新課綱的學習表現相關描述，如表二所述。 表一：「愛玉成凍」的學習內涵符合新課綱的學習內容 主題 副主題 學習內容 物質的組成與特性（A） 物質的形態、性質及分類（Ab） Ab-Ⅳ-4物質依是否可用物理方法分離，可分為純物質和混合物。 能量的形式、轉換及流動（B） 生物體內的物質與能量（Bc） Bc-Ⅳ-1生物體經由酵素的催化新陳代謝，並以實驗活動探討影響酵素作用速率變化得因素。 物質的結構與功能（C） 物質的分離與鑑定（Ca） 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。 物質的反應、平衡及製造（J） 水溶液中的變化（Jb） Je-Ⅳ-1實驗認識化學反應速率及影響反應速率的因素，例如：本性、溫度、濃度、接觸面積及催化劑。 Jb-Ⅳ-3不同的離子在水溶液中可能會發生沉澱、酸鹼中和及氧化還原等反應。 表二：「愛玉成凍」的探究學習符合新課綱的學習表現 項目 子項 學習表現 探究能力問題解決（p） 觀察與定題（po）   計畫與執行（pe）   分析與發現（pa）   討論與傳達（pc） po-IV-1能從學習活動中，進行各種有計畫的觀察，進而能察覺問題。 po-IV-2能以科學方式尋求解決問題的假說，並能依據假說，提出適宜探究之問題 pe-IV-1能辨明多個自變項、應變項並計劃適當次數的測試、預測活動的可能結果。 pe-IV-2能正確安全操作器材儀器、進行客觀的質性觀察或數值量測並詳實記錄。 pa-Ⅳ-1能分析歸納、製作圖表、使用資訊及數學等方法，整理資訊與數據。 pe-Ⅳ-2能正確安全操作適合學習階段的物品、器材儀器、科技設備及資源。能進行客觀的質性觀察或數值量測並詳實記錄。 pc-Ⅳ-2能利用口語、文字與圖案、繪圖或實物、科學名詞、數學公式、模型或以報告表達完整之探究過程、發現與成果、價值、限制和主張等。 探究能力思考智能（t） 推理與論證（tr） tr-Ⅳ-1能將所習得的知識正確的連結到所觀察到的自然現象及實驗數據，並推論出其中的關聯，進而運用習得的知識來解釋自己論點的正確性。 科學態度與本質（a） 培養科學探究的興趣（ai） 養成應用科學思考與探究的習慣（ah） ai-IV-1動手實作解決問題或驗證自己想法，而獲得成就感。 ai-IV-2透過與同儕的討論，分享科學發現的樂趣。 ah-Ⅳ-1對於有關科學發現的報導，甚至權威的解釋（例如：報章雜誌的報導或書本上的解釋），能抱持懷疑的態度，評估其推論的證據是否充分且可信賴 […]

化學示範起始探究與實作：「蝶豆花漸層變色飲料」的示範和探究   李妙瑟1, *、翁秀玉2、段曉林3、陳均伊1 1國立嘉義大學數理教育研究所2國立嘉義大學附設實驗國民小學3國立彰化師範大學科學教育研究所*nonoyy123@gmail.com n  前言 近來市面上興起「蝶豆花漸層變色飲料」，此與國小高年級「水溶液的酸鹼性」單元相關，可做為延伸教材。坊間或網站出現許多製作漸層變色飲料的教學，但大部分為食譜式教學，也就是學生跟著教師的指示調配出漂亮的漸層變色效果。本教學活動是第一作者參與段曉林教授的「全國中小科學教師探究課程設計與執行能力提升計畫」下研發出此教材，希望以科學探究教學模式來引導學生探索「蝶豆花漸層變色飲料」的調配方法。 「蝶豆花漸層變色飲料」調製成功的關鍵有二點：(一)材料放入的順序：蝶豆花水要最後再加入，如果是其他材料最後加入會引起液體的混合，無漸層變色效果。(二)冰塊要多：當蝶豆花水一開始倒入先遇到檸檬汁會變成紅紫色，再來，因蝶豆花水有冰塊阻擋減緩了衝擊力，變成緩慢的往下流，不攪亂底層的檸檬汁，使後面加入的蝶豆花水維持原來的藍色。 「蝶豆花漸層變色飲料」的教學設計分為兩階段： （一）化學示範：教師展示坊間調配成功的「蝶豆花漸層變色飲料」，並現場示範調配出一瓶失敗的，引發學生想要調配成功的學習動機。 （二）科學探究：學生由蝶豆花飲料的材料中，討論可能影響漸層變色的因素，冰塊、果糖、蝶豆花水濃度、材料放置順序…等，再讓學生針對其中一個變因，實驗設計後進行驗證，有可能在這一輪的探究歷程中，有小組調製的對照組與實驗組都是失敗的，可以讓學生討論後再修正實驗設計，進行第二輪探究活動。 其設計理念為「酸鹼指示劑的蝶豆花水在飲料中能產生漸層變色」的概念，進行自製漸層變色飲料之探究活動，體會「酸鹼指示劑在生活中的應用」，並增加學生藝術創作的驚奇，最後再享用自製漸層變色飲料之興奮與滿足感。 本教材的學習內容是「水溶液的酸鹼性」為物質間的交互作用，在108課綱中，明確地提到主題「物質的反應、平衡與製造（J）」和次主題「酸鹼反應（Jd）」，以及第三學習階段的學習內容「INe-Ⅲ-5常用酸鹼物質的特性，水溶液的酸鹼性質及其生活上的運用。」 本教材在學習表現方面，希望培養學生問題解決中的觀察與定題（po）、計劃與執行（pe）、分析與發現（pa）、討論與傳達（pc）的能力；思考智能中的想像創造（ti）、推理論證(tr)的能力；培養科學探究的興趣（ai）、應用科學思考與探究的習慣（ah）等態度。 n  需用材料和器材 離心管（50 mL） 6支/組、長型透明罐（500 mL） 6罐/組、豐年果糖（500 g） 1罐、檸檬汁（250 mL） 1罐、圓柱冰塊（600 g） 1包、蝶豆花（50 g） 1包、蝶豆花水（蝶豆花浸泡於熱水中），如圖一所示。 圖一：「蝶豆花漸層變色飲料」所需材料 n  教師化學示範 一、  示範前準備 教師於課前事先自製一瓶成功的「蝶豆花漸層變色飲料」（視為坊間販賣的飲料），其製作流程如下：先在500 mL的長型透明罐內倒入果糖，再倒入檸檬汁，其總量不超過瓶身的1/5，搖晃均勻後，加入冰塊至瓶口，再緩緩倒入蝶豆花水於冰塊縫隙中，最後完成「蝶豆花漸層變色飲料」，如圖二左所示。 二、  教師示範 教師說明目前市面上流行新的飲品「蝶豆花漸層變色飲料」，材料有果糖、檸檬汁、冰塊與蝶豆花水，該如何做出色彩繽紛的漸層變色飲料呢？教師現場製作一瓶失敗的「蝶豆花漸層變色飲料」，使瓶內無產生漸層變色，其製作流程如下：先在500 mL的長型透明罐內倒入蝶豆花水後，再依序倒入檸檬汁、果糖與冰塊，最後完成「蝶豆花變色飲料」，如圖二右所示。   圖二：成功的（左），失敗的（右）配製的「蝶豆花漸層變色飲料」 n  學生科學探究 一、  引起動機 教師將課前準備的「蝶豆花漸層變色飲料」與故意錯誤示範的飲料，讓學生做兩者的比較，如圖三所示。學生進一步思考蝶豆花飲料漸層多色的原因，了解「蝶豆花水原來顏色是藍色，遇酸偏紅紫色，遇鹼偏綠色，分別在酸性、中性、鹼性會有三種顏色的變化，是一種酸鹼指示劑。」透過蝶豆花水的酸鹼變色，製造出漸層多色的飲料。 圖三：失敗的（左）與成功的（右）的「蝶豆花漸層變色飲料」 二、  探討影響漸層變色飲料的因素 學生以小組合作方式，利用便利貼討論哪些因素可能會影響漸層變色，並進行分類。完成後請學生上台發表，發表後教師引導台下同學提出質疑，如：寫「冰塊」指的是有無碎冰塊或碎冰塊量？最後教師統整與回饋「影響漸層變色的因素」，如冰塊、糖量、檸檬汁濃度、蝶豆花濃度、瓶身高度、倒入方式與加入順序等，如圖四所示。 圖四：各組學生提出後全班歸類，教師統整可能影響「蝶豆花漸層變色飲料」的因素 三、  實驗設計 […]

化學示範起始探究與實作：快速製造肥皂的教師示範和學生實作   賴愉方1、施麗姍1、楊凌宜2、楊水平1,* 1國立彰化師範大學化學系 2臺南市立歸仁國民中學*yangsp@cc.ncue.edu.tw n  前言 根據十二年國教自然科學領域課程綱要，在國中學習階段提到主題「物質的反應、平衡及製造（J）」之次主題「有機化合物的性質、製備及反應（Jf）」，其學習內容明確地列出「Jf-IV-3酯化與皂化反應」，且在學習內容說明提到「3-1 以示範實驗或實作方式進行酯化與皂化反應。並實際體驗酯類的特殊氣味及肥皂的清潔能力。」。此外，在國中學習階段提到該主題的次主題「化學反應速率與平衡（Je）」，其學習內容明確地列出「Je-IV-1實驗認識化學反應速率及影響反應速率的因素，例如：本性、溫度、濃度、接觸面積及催化劑。」本文作者設計一套不同於九年一貫課程綱要在國中理化課本裡的熱製法製造肥皂，而改為冷製法使用寶特瓶快速地製造肥皂，此設計不僅能夠從實驗中學習到皂化反應及其反應式，也能學到影響反應速率的因素，尤其是影響異相溶液反應速率的因素。 九年一貫課程綱要國中理化教科書編輯使用熱製法來製造肥皂，此方法使用酒精且需要加熱，不但消耗藥品而且浪費能源，危險性高且無法達到環境保護的需求。本實驗設計皂化反應的構想：使用冷製法來製造肥皂，使用的藥品只有氫氧化鈉和油酯，不需要添加酒精也不需要加熱。再者，依據不同的油酯具有不同的皂化值，學生在網際網路上可以找到皂化價計算器，藉由計算器來查知使用油脂、氫氧化鈉和水的重量。透過計算器的皂化值，有利於學生學習肥皂的相關科學概念和原理。 n  化學示範實驗 一、  觀看示範實驗影片 影片網址：快速製造肥皂，https://youtu.be/fqERZgcgcVg。 二、  示範藥品與器材 橄欖油 200克、大豆沙拉油 200.克、氫氧化鈉 26克、蒸餾水 58.2毫升、玻璃杯或燒杯（100毫升） 3個、冰塊 若干（或可無）、玻棒 1支、溫度計（100℃） 1支、寶特瓶（600毫升） 2個、食用色素 1盒（或可無）、香精 若干瓶（或可無）、模具 1個（廢棄的塑膠盒亦可）、保鮮膜 1卷、實驗衣 1件、手套 1副、護目鏡 1副，如圖一所示。 圖一：教師示範所需器材和藥品 三、  事前準備 (一)   查詢皂化值和配方 本示範實驗是利用橄欖油來製造肥皂，根據網際網路的製造肥皂計算器得知（見下面的超連結），橄欖油的皂化值（皂化價）為0.134 g NaOH / Olive oil g。 l   手工皂配方計算表 Helen’s Aromatherapy Lye calculator，https://bit.ly/36GdvgR。 l   Lye Calculator […]

化學示範起始探究與實作：流血電影特效與勒沙特列原理   陳芷誼1、蔡欣展2、楊水平1,* 1國立彰化師範大學化學系2彰化縣立鹿江國際中小學*yangsp@cc.ncue.edu.tw 前言 本示範實驗主題為「流血電影特效與勒沙特列原理」，關於化學平衡和勒沙特列原理的學習內容，在12年國教課綱中編列於自然科學領域綱要的國民中學學習階段之主題「物質的結構與功能（C）」之次主題「物質的分離與鑑定（Ca）」，其學習內容有「Je-Ⅳ-2 可逆反應」；以及主題「物質的反應、平衡及製造」之次主題「化學反應速率與平衡」，其學習內容有「Je-Ⅳ-3 化學平衡及溫度、濃度如何影響化學平衡的因素」。在新課綱中，關於勒沙特列原理，編列於普通型高級中等學校化學加深加廣選修課程的主題「物質的反應、平衡及製造（J）」之次主題「化學反應速率與平衡（Je）」，其學習內容有「CJe-Va-6 勒沙特列原理」。 本示範實驗的設計是融入常見於電影和電視的流血特效在課堂上，教師創造歧異事件（discrepant event），使學生的直覺經驗發生衝突，以引起學生學習的動機，進而增強他們對化學平衡和勒沙特列原理的內容知識感到興趣，並以師生互動討論的方式進行示範教學。本示範實驗和學生實作都是藉由硫氰酸鉀與氯化鐵反應，形成紅棕色的硫氰酸鐵離子作為探討化學平衡移動和勒沙特列原理的關鍵物質。在化學示範方面有：錯合物的形成以及添加物對化學平衡的影響，在學生實作方面有：濃度、溫度和添加物對化學平衡的影響。其中，溫度和部分添加物對硫氰酸鐵離子化學平衡的移動為作者所構思並試作結果效果明顯。  教師化學示範 一、  觀賞示範影片 影片網址：流血電影特效與勒沙特列原理，https://youtu.be/wwEjSJbRRqw。 二、  藥品和器材 示範實驗需用：硫氰酸鉀（Potassium thiocyanate）1瓶、碳酸鈉（Sodium carbonate）1瓶、氯化鐵（Iron(III) chloride）1瓶、棉花棒1隻、塑膠刀1隻、燒杯若干、如圖一所示。 圖一：示範實驗用藥品與器材。 解說實驗需用：硫氰酸鉀（Potassium thiocyanate）1瓶、碳酸鈉（Sodium carbonate）1瓶、氯化鐵（Iron(III) chloride）1瓶、氯化鈉（Sodium Chloride）1瓶、燒杯（500mL）2個、燒杯（100 mL）6個、錐形瓶（125 mL或250 mL）5個、玻棒1支、滴管5支，如圖二所示。 圖二：解說實驗需用藥品與器材 三、  事前準備 1.    配製硫氰酸鉀溶液：取一小匙的藥品，溶解在500 mL的水中。 2.    配製飽和碳酸鈉溶液：取一小匙的藥品，溶解在100 mL的水中，有沈澱出現。 3.    配製氯化鐵溶液：取一小匙的藥品，溶解在100 mL的水中。 4.    配製硫氰酸鐵離子溶液：取300 mL鐵氰酸鉀溶液，逐滴地滴入氯化鐵溶液直到呈現橘色為止。 四、  現場示範：錯合物的形成及添加物對化學平衡的影響 (一) 創造歧異事件 1.   攜帶事前配製好的硫氰酸鉀溶液、氯化鐵溶液、飽和碳酸鈉水溶液、塑膠刀、棉花棒、至教室。 2.   在示範前，教師先在手掌上偷偷地塗抹硫氰酸鉀溶液，並且悄悄地塑膠刀沾取氯化鐵溶液。 3.   在示範時，教師向學生說等一下要使用塑膠刀切下手掌，如圖三所示，請學生預測會發生什麼變化。 […]

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。 […]