哈爾濱兩岸同題異構交流—氯及其反應性的建模教學 鐘建坪 新北市立錦和高中國中部 hexaphyrins@yahoo.com.tw   前言 去年（2019）8月底，邱美虹教授邀請本文作者參加12月底在哈爾濱市舉辦的兩岸同題異構教學交流，嘗試與大陸教師針對相同概念主題各自設計課程內容，再進行30分鐘實際教學，作為實質交流的基礎。本次教學主題主要植基於人民教育出版社出版的高中化學教材內容，章節分別是高一的「氯」以及高二的「酚與醇」，其中氯單元由本文作者負責授課，而醇與酚是由彰化高中劉曉倩老師進行教授。 過程記錄     由於臺灣來回直飛哈爾濱的班機只有星期五至星期一，因此星期二出發的我們從桃園機場至福建福州機場再轉機至哈爾濱機場，抵達哈爾濱機場時間已是晚上8點鐘。雖然行前在許多旅遊網誌讀取冬遊哈爾濱時需要留意的保暖事項，但是一下飛機迎面而來的刺骨冷風，依然令人印象深刻。許多人在哈爾濱機場內立即更換保暖的服裝裝備。     隔天上午完成會議報到手續之後，即由哈爾濱師範大學兩位研究生引領我們前往交流學校—哈爾濱市第三中學(簡稱哈三中)進行器材準備與教學場地會勘（圖1）。中午在哈三中梁主任引領下一同至學生食堂用餐，得以有機會觀賞白雪中美麗的校園景觀（圖2），用膳完畢下午持續準備教學使用的器材。然而為確保授課當日所有器材與藥品萬全合宜，第三天依然前往哈三中持續為教學交流準備，在此，謝謝兩位研究生的陪伴，與哈三中的行政支援，教學交流才得以順利進行（圖3）。 圖1準備器具與配置藥品 圖2 哈三中校園景色   圖3a 化學實驗室設備 圖3b 化學實驗室設備    同題異構      教學交流主要由大陸與臺灣教學團隊分別推出2位教師，同時針對同一主題進行授課，授課完畢之後，緊接著由專家進行點評。如前所述，本文作者針對氯以及反應性進行設計。 一、課程設計理念     本文作者努力發展以學生為中心，結合思考智能，形成探究式的建模教學策略。不僅讓學生能夠動手操作，並且藉由觀察、提問、反思過程中進行推理，逐步發展、修正與轉換學生的心智模型。     本次教學活動設計植基於邱美虹教授發展的科學建模歷程，包括：模型發展、模型精緻、模型遷移以及模型重建的歷程（見圖4）（邱美虹，2016；Jong,2019）。其中模型發展意旨協助學生建構出模型內部物件與物件之間的關聯性，例如：氯氣可由次氯酸鈉與鹽酸溶液製備或是將次氯酸鈉加熱分解等；模型精緻則指確認在發展階段所建立模型的有效性與合理性，例如：雖然可能製備的氣體為氯氣，仍需藉由外部或是內部性質進行檢驗，以確認製備的氣體為氯氣。模型遷移則指可將檢驗完成的模型應用於其他其境中，例如：能夠回答教科書氯氣的製備與檢驗過程的例題。模型重建階段則指當學生在過程中有些迷思概念需要修正時，原先建構的心智模型需要修正或進行轉變時稱之。 圖4科學建模歷程（修改自邱美虹，2016）     二、大陸與臺灣教科書單元學習內容比較     參考的人教版教科書是根據大陸新課綱所完成的教科書，將氯的相關內容設置在高一必修化學，章節名稱為非金屬及其化合物，學習內容為海水中的氯、介紹氯氣、氯氣與其他物質的反應、氯水的漂白性質、漂白劑的改進以及如何檢驗氯離子等。概念間的銜接著重進行實驗獲得證據，以驗證相關的性質。由於臺灣108課綱的高三教科書尚未出版，目前以99課綱南一版本說明。臺灣教科書氯氣的部分主要放置在高三選修化學，強調學生學習完原子結構、週期性質等微觀理論內容之後，才開始介紹氯氣及其化合物。 三、教學流程與學習單     雖然本文作者負責教授氯及其反應性，但是仍希望學生能夠從學習中一併獲得學科的核心概念，因此，期待藉由此單元的建模教學，讓學生能夠嘗試理解化學研究其中一項的主要任務工作，包含：製備新的物質、確認是否為新的物質、新物質的反應性以及新物質與其他物質的差異比較（圖5）。 圖5上階的目標模型     實際教學一開始即說明圖5的內容，作為企欲學生在當節課完成的心智模型，並在之後的教學，適切地題點科學建模歷程與當下教學操作的關聯性（教學流程詳見附錄學習單）。接著以生活情境詢問是否有實際刷洗廁所經驗，結果多數參與的大陸學生基本上都沒有實際刷洗過廁所經驗，緊接著提問若將鹽酸類與漂白類的廁所清潔劑混合時會發生什麼事情？此時參考方金祥教授設計的微型實驗收集鹽酸類與漂白類的廁所清潔劑混合時產生的氣體（圖6），讓學生觀察產生氣體的顏色等物理性質（圖7）。再判斷此氣體是否可以溶於水，並讓學生嘗試將收集到的氣體打入蒸餾水中觀察氣體是否可溶？學生實際操作並可觀察到蒸餾水從透明無色轉變成淡淡黃色，且能聞到刺鼻的氣味（圖8）。此時學生會猜測此氣體即為氯氣，但是該如何藉由化學性質確認則需教師鷹架的協助。教學時本文作者提供硝酸銀溶液與其可能離子形成的沉澱顏色，並且告知學生若是氯氣，則其水溶液具有漂白的功能。讓學生在有限的器材內（圖9），能夠經由實際操作探索得知此氣體溶於水後為酸性、能使石蕊試紙褪色（圖10），並能與硝酸銀溶液產生白色沉澱（圖11）。整合此氣體的物理與化學性質綜合判斷出此氣體為氯氣。 圖6利用針筒與三通閥製備氯氣 （修改自方金祥，2014） 圖7哈三中學生實際操作實驗 圖8左瓶為蒸餾水，右瓶為氯氣通入蒸餾水 圖9提供有限的器材與線索，讓學生進行探究 圖10氯水呈現酸性，具有漂白特性，能使石蕊退色 圖11氯水能與硝酸銀溶液產生白色混濁         當學生知悉此氣體為氯氣時，顯示已經建構出氯氣的製備路徑以及氯氣的檢驗性質。接著介紹氯氣的反應性，例如：是否能和金屬與非金屬產生反應？實際上氯氣的活性大反應強烈，因此安全考量下藉由影片方式呈現氯氣與金屬鈉與氫氣的反應。觀看鈉金屬、氫氣與氯氣反應的影片時則以預測（prediction）、觀察（observation）、解釋（explanation）進行，讓學生先預測可能發生什麼事？接著才開始觀看影片，接著詢問可能的產物以及該如何確認反應之後的產物。哈三中學生觀看氫氣與氯氣反應之前，認為其反應之後的產物為氯化氫氣體，並且若能將其氣體收集並用石蕊檢測可得知為酸性（圖12至13）。 圖12氯氣與金屬鈉高溫反應 來源https://www.youtube.com/watch?v=d2geiGKFveE&t=1s […]