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國小自然「水溶液」單元延伸實驗 —利用海藻酸鈉製作有色溶液的酸鹼指示晶球 林沛瑩 新北市三重區五華國小 臺北教育大學自然科學教育學系科學探究與實作碩士在職專班 bear3162027@gmail.com ■前言 在課堂實驗的過程中,學生偶然的發現紫色高麗菜汁滴在可樂中,顏色還是黑色,此時,學生一片嘩然地討論著,並思考如何用紫色高麗菜汁來觀察到可樂的酸鹼性。 因為可樂是含有顏色的飲料,所以使用紫色高麗菜汁會較難觀察,而我們也較難將可樂變成透明無色的,於是靈光乍現,突然想到之前指導的科展作品有做過「海藻酸鈉晶球」,若是利用晶球包覆的原理,應該可以使可樂的色素不會影響到紫色高麗菜汁,進而讓顏色的變化更加明顯。 於是本文作者設計了一系列的酸鹼課程,將海藻酸鈉晶球融入在國小課程中,讓學生再觀察水溶液的酸鹼性時,不會受到水溶液本身顏色的限制,進而可以透過日常生活中的指示劑來進行觀察。 ■課程目標 本次課程的學習目標如下: 1.      學生能以安全的方式觀察未知溶液。 2.      學生能運用器材檢測水溶液的酸鹼性。 3.      學生能製作出海藻酸鈉晶球 4.      學生能說出製作海藻酸鈉晶球的原理 5.      學生能製作出紫色高麗菜汁晶球 6.      學生能運用紫色高麗菜汁晶球檢測水溶液的酸鹼性 7.      學生能運用紫色高麗菜汁晶球製作出變色晶球果汁 ■活動所需器材 課程活動所需物品器材如下: 類別 所需物品器材 水溶液 (檢驗酸鹼性) 醋、汽水、食鹽水、食鹽水、小蘇打水、沙士、奶茶、柳橙汁 化學藥品類 (製作紫色高麗菜汁晶球) 海藻酸鈉、氯化鈣、乳酸鈣、氯化鈉 檢測酸鹼性 紫色高麗菜、藍色石蕊試紙、紅色石蕊試紙、 廣用試紙 玻璃器材類 (器材量以每組為單位) 500毫升燒杯2個、100毫升燒杯7個、滴管7支、小塑膠杯3個、小湯匙1支、培養皿4個、攪拌棒1支 l   小提醒:最後製作出來的晶球讓學生可以吃看看,所以在活動六進行時要使用一般廚房使用的廚具來進行實驗。因此這堂課的容器要使用乾淨且全新的塑膠杯來進行。 ■教學活動 本次教學活動從基礎到應用,共設計六個活動。 【活動一、認識酸鹼】 1.      教師準備幾種生活中常見的水溶液,例如:醋、小蘇打水等。 2.      請學生用視覺、嗅覺來觀察水溶液,接著再請學生進行發表。 (實驗安全提醒:不知名的水溶液,千萬不能用口嘗或與皮膚接觸) 【活動二、檢測酸鹼】 1.      教師準備不同酸鹼性的水溶液,例如:醋、汽水、食鹽水、食鹽水、小蘇打水等。 […]

有機物定義與乾餾的探究課程 / 鄭志鵬

Thursday , 2, July 2020 Comments Off on 有機物定義與乾餾的探究課程 / 鄭志鵬

有機物定義與乾餾的探究課程 鄭志鵬 jjpong@lsjh.tp.edu.tw n   課本中的乾餾課程設計比較 國中的「有機化合物」課程,目前出版社通常將這個單元放在八年級下學期的第五章。這個單元開始的切入點,不同出版社的編排方式略有差異。以下作簡單的比較: 版本一、先說明「什麼是有機化合物」或是「有機化合物的定義」從「與生命相關的化合物」演變至「含碳化合物」。之後就操作乾餾竹筷的實驗,檢驗乾餾過程中產生部分物質的特性,並聲稱乾餾過程中產生的物質有哪些。 版本二、在有機物定義的說明後,先提出竹筷是植物,所以必然含碳。可以由乾餾實驗來證明,並且希望透過乾餾出其他物質的檢驗來推論有機物除了碳之外,還有哪些元素。 版本三、是從烤肉時,不管烤什麼食物都會產生黑色物質的觀察切入,提出問題:「是否那些黑色物質是組成生命的共同物質呢?」引出乾餾的動機。乾餾實驗後,才提出有機化合物的定義。         在版本一中,較看不出進行乾餾實驗的動機,國中理化實驗室不易檢驗乾餾後的真正物質。但在教科書的書寫上,將乾餾的產物描述放在實驗的「結論」中。讓人疑惑我們是怎麼從實驗結果知道這樣的結論的。在版本二中,也是先提出了有機化合物的定義為含碳化合物。然後以「檢視有機物中,除了碳之外還有哪些其他元素」作為乾餾實驗的動機。在實驗結果的描述中,寫出了「由實驗結果可知…其組成成分為可燃燒的甲烷、氫氣、一氧化碳…」同樣令人疑惑是如何得知這些產物的。在版本三中,從日常生活的經驗觀察出發,提供乾餾實驗很好的動機。並且在乾餾竹筷觀察之後,才提出有機物的定義。讓學生從日常生活經驗走到實驗觀察之後,再給予定義。我認為是較佳的作法。對於乾餾的成分則以「經過分析之後得知…」是更合理的描述方式。         個人最喜歡第三個版本,從日常生活觀察作起點,引出實驗室中的實驗觀察,再以這些經驗為基礎提出科學家對有機物的定義。以「經驗->實驗->定義」這樣的結構來學習會有較佳的探究成分。但我想我們可以在乾餾實驗中,再作一些調整,讓探究的精神可以再更深入一點。         乾餾的實驗,在三個不同版本的教科書裡面,扮演的角色多屬於「說明」。邏輯大概是:有機物含碳,竹筷是有生命的物質製成的,所以也應該含碳。既然如此,那就來乾餾看看。最後看到黑色的固體產物碳,就證明了我們說的是對的。但嚴格說起來,這不是「證明」而是「說明」,這樣的實驗結果並沒有任何「證明」的作用。在這邊安排乾餾的實驗,感覺課程目標的設定上,學習乾餾的技術是多過對於有機化合物的認識的。我不知道為什麼國中生需要學習乾餾的概念和技術,不過一直以來課本都是這樣安排的。         那怎麼樣讓乾餾的實驗可以多一點探究的成分呢?其實很簡單,就是不要只乾餾竹筷就行了。其實我們可以多挑選一些不同的有機物和無機物來乾餾,就可以比較出乾餾後的差異,進行討論後引出有機化合物的定義。         其實在12年國教課綱中,在有機化合物的學習內容說明中就有提到:         Jf-IV-1 有機化合物與無機化合物的重要特徵。1-1 以實作將麵粉、糖粉和食鹽放置於蒸發皿中加熱 並比較結果,說明有機物與無機物的差異。         具體來說,符合課綱精神的課程該如何設計進行呢?以下是教學流程的介紹。 n   教學流程 一、引入情境進行觀察         教師從網路上找出許多食物或有機物燒焦的照片,請學生觀看並說出看到哪些共同處? 圖片來源:Pxhere、Pixabay 以上這些圖片的共通處,當然就是澱粉、糖或木材因為受熱而變焦黑。引導學生看出之後,讓學生試著說出自己生活經驗中,還有哪些把東西燒焦的經驗?哪些東西會燒焦?將這些會燒焦的東西清單列在黑板上,讓學生看看這些會燒焦的東西,又有哪些共同之處?教師可以讓學生盡可能的發表想法並且討論。例如可能有學生會說:這些都是可以吃的。教師可以將這個答案讓全班都聽到,然後請問全班對這個說法有沒有意見?能不能找到反駁的例子?可能就會有學生能提出:房子不能吃,但也會燒焦。持續幾次的討論後,就可能可以引出:這些好像都是動物或植物?或者這些都和「活著的」東西有關?這類的歸納。若學生無法順利的看到此規則,教師也可以視情況提出我們要的答案。 有時候老師會因為無法引導學生說出我們心裡要的正確答案而沮喪,其實並不需要。因為在討論的過程中,學生已經學習要觀察比較資料的相同處或相異處;聆聽他人的發言並且檢視其正確性;說出自己與他人不同的意見等等。以上這些,都是教師在營造討論情境時,可以一再提醒學生的部分。受限於授課時間有限,教師不會無止盡的將課程停留在這裡。「與生命有關的物體可能會燒焦」是認知層次的學習目標之一,其實以講述直接告知也可以達到此學習目標。這段課程是藉由這個認知層次的目標,帶出學習表現中的「觀察」「討論」等目標。所以後者目標已經在課程中充分執行了之後,前者的認知目標即使沒有被提出,也可以用講述法來取代。這段課程一方面是對現象做了觀察與歸納,另一方面是對有機化合物的定義做了前置的準備。 二、想像、定題與計畫         從第一步的觀察與討論,就可以引出「是不是與生命相關的物質都會燒焦呢」這樣的問題。接下來,教師就可以提出挑戰:那我們要怎麼樣作一些實驗,來測試這個猜想的正確性呢?這實驗當然不可能真的去證明「所有的」生命相關物質都會燒焦。但是提出猜想後,作一些測試是很合理的。         有些學生可能會說:「那就再找更多與生命相關的物質來燒燒看」。教師在這邊可以讓學生提出「假設」。假設我們之前的歸納是正確的,那找更多生命相關的物質來燒燒看,應該會得到什麼樣的結果呢?也有可能學生會用反面的方式來說:「不是跟生命相關的物質,是不是就不會燒焦呢?」當然我們可以稍微討論一下這兩個問題是不是同一個問題,或者這個問題是不是我們關注的問題。如果都是的話,我們不但要找生命相關的物質來實驗,也要找跟生命無關的物質來實驗。         在自然領綱學習表現中的「想像創造」條目,提到:「根據已知的自然科學概念經由自我或團體探索與討論的過程,想像當使用的觀察方法或實驗方法改變時,其結果可能產生的差異。」。因此想像必須要有根據,不是真的天馬行空的亂想。這個想像根據的就是原本已知的自然科學知識提出來的猜想:生命相關物質會燒焦。根據這個猜想,就可以去推想挑選的物質如果是跟生命相關的或無關的,燒起來結果應該就會有怎樣的不同。         接下來,老師可以用自己預先準備的不同材料,例如:竹筷、糖粉、麵粉、豬肉乾、魷魚絲、花生、食鹽、粉筆等等,準備讓學生分組進行乾餾。乾餾前,可以讓學生討論這些東西,應該是屬於和生命相關的還是不相關的?以上述的這些材料來說,應該是很容易區分的。區分之後,就可以先預測乾餾之後會不會變黑。在這邊出現的乾餾技術,就是有動機的。如果直接燃燒的話,就算有碳也可能燒掉變成二氧化碳,所以以隔絕空氣的方式加熱,可以更容易看到燒焦的狀況。這段課程一方面是操作「根據猜想做出預測」另一方面則是將有機化合的分辨實作了一次。 三、執行、分析與發現         老師指導學生乾餾的操作方式、意義和安全注意事項後,就可以讓學生進行乾餾的操作。操作乾餾的過程中,必然會聞到不同的氣味,會冒出不同的煙霧,有些偏白有些偏黃,有些可燃等等。這些可以在乾餾前,提醒學生觀察冒煙的顏色、可燃性、酸鹼性等等。讓現象出現時,學生更能意識到眼前的現象。         若課程時間或器材較為充足,可以讓一組的學生乾餾多一點種類的材料。若課程時間較趕,可以分六組分別乾餾不同的東西。一樣使用乾餾一次的時間,但是可以得到六種不同的乾餾結果。完成乾餾後,先將乾餾物放在旁邊,等待降溫。等待的同時,教師可以確認乾餾過程的結果。把觀察到的冒煙情況、檢驗的結果都先收集起來寫在黑板上。這裡就可以看出一些規律性:乾餾的若是有生命相關的物質,都會看到冒煙、有水氣、有些酸性和可燃性氣體產生的現象;若是無機物,則都沒什麼反應。這個階段,不建議去談乾餾出來的物質到底是什麼。其實從這個實驗中,除了水氣可以用氯化亞鈷檢驗之外,其他物質根本難以實際確認。這個課程階段旨在彙整實驗結果,看出異同與歸納。所以並不適合提出無法用實驗檢驗的分析結果。         冷卻完成後,將鋁箔紙打開很容易可以將無機物和有機物的結果區分出來:就是變成黑色與沒有變色。對不同的物質,進行乾餾,結果發現可以依據結果很明確的分成兩個類別。結果很明確的原因,不只是因為顏色容易區分,而是因為最開始有依據觀察提出問題,並且提出猜想。這個猜想引導著我們要觀察是否有黑色的碳產生,所以目標是很明確的。         將結果分類後,檢視原本的假設,看看哪些燒焦?哪些不會?可以發現竹筷、豬肉乾、魷魚絲、花生這些都燒成焦黑了;食鹽、粉筆這些則沒有什麼改變。整理實驗結果,讓結果變成更容易讀取資訊的形式,是一種「分析」。「發現」則是能回應一開始問的問題:是否與生命有關的物質都會燒焦呢?以這個結果來說,顯然答案就是正確的了。 […]

週期表教學的why, what與how / 鄭志鵬

Tuesday , 3, March 2020 Comments Off on 週期表教學的why, what與how / 鄭志鵬

週期表教學的why,what與how 鄭志鵬 臺北市龍山國中 jjpong@lsjh.tp.edu.tw ■        前言 週期表的課程屬於國中八年級上學期第六章的「元素與週期表」單元。許多學生甚至老師,會認為此課程就是把元素的性質和週期表背起來,許多人也常會認為週期表在科學上的扮演的角色,只是許多資料的整理與累積而已。 但與大多數學生的認知相反的是,週期表課程中最重要的並不是內容的記憶,而是察覺元素之間有規律性和週期性。108課綱中也揭示了這一點。 週期表不但彙整了元素的性質,更重要的科學家們因此察覺了看似無關的元素之間有許多相關之處,暗示了不同的元素內部必然有相關的組成要素。週期表甚至可以說是原子內部結構的外顯徵象。教學上,先認識各自獨立的元素性質,再探究元素之間隱約存在的規律性,最後再認識原子內部結構,揭開元素的秘密。 以往在元素規律性的教學,教師多用講述的方式告訴學生最後的結果,也就是週期表。對多數學生來說,只會覺得這是一個無意義的背誦,無法體會週期表的意義與重要性。如果可以讓學生體會週期表的科學意義,我認為是比起單純的背誦更有價值的學習。 為了要達成這個目標,筆者設計了三十五張有元素性質的卡牌為教具,讓學生試著站在十九世紀化學家的角度去閱讀元素資料,並嘗試對元素進行分類整理、找出規律性與週期性,並了解德培萊納與門得列夫門得列夫的觀點,和他們一樣試著整理紊亂的資料,從中發現規則與模式。同時,亦期待學生透過該活動可以瞭解,若我們可以利用建立的模式發現未知的事物,該模式就具有更高的價值。 筆者希望藉由這個教育和課程,讓週期表的學習能夠切中科學的核心價值。將週期表的課程從單純的記憶與工具,提升到對自然現象的觀察、歸納、思考與預測。讓學生能感受在看似紊亂的自然現象中,理出規則,豁然開朗看見一條道路的樂趣。 ■        週期表教學的what與why         「週期表」是中學科學課程中,一個重要的單元。它在科學史上是一個困難的、重要的發現(或發明)。在人類探索自然界,累積了許多對於元素的概念之後,開始有一群人感覺的這些元素之間似乎有一些什麼規律性。經過了一段時間的努力,許多科學家,像是德培萊納、邁耶爾、門得列夫等人投注了甚至是畢生的精力之後,終於找出了元素具有週期性與規律性。         為什麼週期表很重要?因為它帶領著物質科學,從將物質純化與認識性質和其反應特性的科學,轉化揭示了這些不同元素並不是單純的「不同」,而是這些不同的元素背後,其實一定有某種因素在支配著,使其能遵循這些週期性。週期表讓原先著重物質特性與反應的科學提供了往上提升一層的可能性。也可以說,週期表的建立打開了二十世紀進入原子內部結構的近代科學大門。         為什麼建立週期表很困難?我們知道,這許多不同元素的性質如果攤開來看,真的會是一團混亂的資訊。若認為它們之間是獨立無關的,是很正常的想法。以後見之明來說,則會知道元素之間的關係。但如果將這些元素名稱都拿掉,只留下這些元素的性質,我們真的能輕易的看出它們之間的關聯嗎?在課程活動中,教師可以透過簡化過程讓學生體驗與學習處理混亂資訊並提出猜想,也讓學生稍微感受一下科學家的心血得來不易。         所以週期表課程要教些什麼?108課綱中,第四階段國中課程與第五階段高中必修與選修課程中的學習內容是: Aa-IV-4元素的性質有規律性和週期性。 CAa-Vc-3元素依原子序大小順序,有規律的排列在週期表上。 CAa-Va-5 元素的電子組態和性質息息相關,且可在週期表呈現出其週期性變化。         可以看到不管在哪一個階段的課程,週期表的學習內容都在了解元素是有週期性與規律性的。到了高中選修才引進電子組態與元素性質的關係。那麼以學習表現來說,就可以搭配思考智能中的「建立模型」和問題解決中的「分析與發現」。 tm-IV-1能…理解較複雜的自然界模型,並能評估不同模型的優點和限制,進能應用在後續的科學理解或生活。 pa-IV-1能分析歸納…整理資訊或數據。 pa-IV-2…從(所得的)資訊或數據…獲知因果關係…。並能將自己的探究結果和同學的結果或其他相關的資訊比較對照,相互檢核,確認結果。         我們可以綜合領綱中的學習表現與學習內容,訂出我們在週期表課程中的具體學習目標為: 讓學生分析歸納、整理元素的資訊或數據、獲知因果關係,並能將自己整理資訊的結果與同學作比較,相互檢核。從中理解元素規律性與週期性的模型,並能評估不同排列方式的優缺點與限制。 ■        週期表教學的how         要達到上述教學目標,我們可以運用科學史的元素,讓學生經歷科學家蒐集資訊與整理資料的過程。在課堂中運用科學史融入的方式,除了說個故事給學生聽之外,我認為更好的方式,是讓學生親自扮演那個時代的科學家,去解決那個時代科學家關心的問題。當然是在一個設計過的情境下,讓解決這個問題的難度降低到學生可以處理的程度的課程設計。         在開始分析元素的規律與週期性之前,要先認識個別的元素,同時,盡可能讓學生能直接觀察元素,或者閱讀元素的性質,然後進行碳酸鈉與氯化鈣、氯化鎂、氯化鋇、氯化鈉、氯化鉀水溶液的混合實驗。讓學生發現有些會和碳酸鈉水溶液產生沉澱有些不會,藉此讓學生發現「有些元素的性質是接近的」「可以把這些元素進行分類嗎」這樣的想法。接著就是承接這個想法,讓學生觀察大量元素的性質,並嘗試像門得列夫一樣,看能不能找出有意義的排列方式。         能親身去體驗科學家解決問題的過程,就更能理解科學家的思考方式與同理科學家會遇到的艱辛歷程。在週期表的課程中,要怎麼讓學生去嘗試科學家的努力呢?我模仿門得列夫思考元素週期表的方式,設計了一套35張的卡牌,代表了在19世紀人類已知的其中35種元素。 卡牌上紀錄元素的外觀、性質,元素性質的描寫法,刻意將某些同族元素的性質,用相同的文句描寫。此外,還紀錄了元素的常見化合物。化合物的種類和比例,也刻意讓同族的元素有相同的化合物組成比例,這樣才能降低難度讓中學生有機會可以發現端倪。此外,卡牌還提供了密度和原子半徑等等訊息。當然,有些訊息並不是19世紀就知道的,但放在卡牌當中,可以讓資訊更豐富,學生在討論思考時,也能有比較多的素材可以運用。卡牌正面設計的外觀如下圖一、二。以鈉和鉀為例,化合物的寫法和元素性質的語句描述就有諸多類似之處。 首先讓學生挑出其中12張卡牌,分別為「鋰鈉鉀鈹鎂鈣硫硒碲氯溴碘」。這些卡片上面都有紅色點標示(如圖1、2),所以不用翻看背面名稱訊息就可以挑出正確的卡牌,接著依照教師指示,將原子量為7, 9, 32,35.5四張卡牌找出來作為排頭。試著把其他八張卡牌中,性質接近的卡片放成同一組。這是1829年德國化學家德培萊納提出的三元素組。但本文作者依據課程需要和卡牌設計的限制,將其中的鈣鍶鋇改成了鈹鎂鈣。     圖1、元素卡片「鉀」的正面   圖2、元素卡片「鈉」的正面       圖3、元素卡片「鉀」的背面 […]

化學課程與教學論學術年會暨兩岸同課異構高端論壇—羥基官能團現場教學演示與專家點評心得 / 劉曉倩

Sunday , 1, March 2020 Comments Off on 化學課程與教學論學術年會暨兩岸同課異構高端論壇—羥基官能團現場教學演示與專家點評心得 / 劉曉倩

化學課程與教學論學術年會暨兩岸同課異構高端論壇—羥基官能團現場教學演示與專家點評心得 劉曉倩   國立彰化高級中學 torrina01092002@yahoo.com.tw n  前言 2019年8月與邱美虹教授於亞洲化學年會巧遇,邱教授在化學教育的貢獻有目共睹,當筆者受邀參與第十六屆大陸化學教育課程與教學論學術年會暨兩岸同課異構教學演示時,心裡卻掙扎很久。所謂同課異構就是臺灣與大陸的教師針對同一個教學主題各自設計課程,再進行30分鐘實際教學,教學結束後再由現場的教育學者專家、科學家及教授進行現場點評。本次教學主題主要是以大陸人民教育出版社出版的高中化學教材內容為主,同課異構主題分別是高一的「氯」以及高二的「羥基官能團-醇與酚」,而筆者主要負責的教學內容是「羥基官能團-醇與酚」。雖然筆者有二十餘年的教學經驗,其中不乏多次公開授課,但是與大陸高等學校教師進行同課異構教學及接受現場點評還是頭一遭!此外會議舉辦的時間在12月底,地點是哈爾濱,十二月的哈爾濱氣溫在攝氏零下20度至40度之間,對於出生在亞熱帶的我們是一大挑戰!想著前幾年跟隨美虹教授至上海教學參訪時帶來的強國震撼,還有北京參訪時感受到大陸教學的進步及成長,雖然不知道此行會面臨什麼樣的挑戰,但是只要願意去嘗試,願意去改變,相信自己可以飛得更高,看得更遠!這些難得的經驗非得要自己去感受才行,這是讓自己蛻變的道路,也是美虹教授不斷地引領我們的道路,有時雖然會感受到壓力,但是也是一種動能,如同平凡的石墨在高溫高壓下才能成為鑽石! n  同題異構教學前的準備 一接到大會寄來的大陸人民教育出版的高中化學教材內容時,筆者仔細地將內容看過,發現課本內容與臺灣高二課本有些出入。以筆者所教授的「羥基官能團-醇與酚」為例,大陸對於醇與酚的介紹,除了醇的基本定義、分類、物理性質及化學性質外,更重視醇類的反應(取代反應及脫去反應)。而臺灣的高二必修基礎化學(二)課本中對於醇及酚的介紹,除了醇酚的定義、分類、物理及化學性質外,對於醇酚的命名及異構物著墨很多,至於醇酚的取代及脫去反應則是在高三選修化學(下)第七章有機化學才會學到。筆者認為主要原因可能在於大陸的高中課程必須在兩年完成所有化學課程內容,高三則著重在於高考準備。反觀臺灣的高中化學課程採取螺旋式教學方式,高二上學期的基礎化學(二)是所有高中生的必修課程(自然組及社會組同學都要),所以對於醇與酚的學習只需在定義、種類、命名、異構物、物理及化學性質有基本概念即可。有鑑於2015年筆者曾在北京見識到大陸高中有機化學的內容除了基本的反應以外,還有難度較深的有機合成及應用,於是利用暑假期間將大學有機化學(Organic Chemistry by Wade)的醇與酚的章節重讀,並將臺灣各個版本的教科書中相關的單元及實驗部分重新看一次,希望可以給自己多一些教學深度及靈感。 準備期間也將完成的教學活動設計多次請益邱美虹教授、鐘建坪老師及蔡孟祐老師。但是教學活動設計初稿仍然擺脫不了傳統講述法(引起動機、定義及性質說明…),雖然安排了學生分組實驗實作,但是教學活動設計仍停留在學生實驗驗證定義的階段,亦即教學亮點不足。 9月時筆者將實驗活動設計落實在學生的專題實驗課中,師生多次討論實驗的細節及可以進一步規劃的探究方向。過程中教師提供了研究的主題,學生在實驗過程打開了新的視角,透過師生有質感的對話,無形中把重要的概念深植在心中,整個探究的過程中彼此都獲得很大的成就感(如圖1所示)。 圖1:教學演示前與筆者學生進行試做實驗及準備工作 12月初「羥基官能團-醇與酚」教學活動設計有了進一步的發展,規劃如下: 一、設計理念: 此次教學活動課程設計理念在於啟發學生科學探究的熱忱與潛能、建構科學素養,使學生具備基本的科學知識、探究實作能力及科學態度,且能於實際生活中有效溝通、參與公民社會議題的決策與問題解決,同時對媒體所報導的科學相關議題能理解 ,例如汽車抗凍劑及飛機除冰劑的主要成份,經由科學實驗數據檢測其可信度,培養求真求實的科學精神。進一步地奠定學習科學與運用科技的基礎,養成學生對科學正向的態度、學習科學的興趣以及運用科技學習與解決問題的習慣,為適應科技時代之生活奠定良好基礎。 二、總體學習目標: 1.學生可以理解教師所講授的學習內容,例如:醇與酚的定義、命名、物理性質、化學性質、常見的化學反應及生活中常見的應用。 2.學生透過探究實作,提升其思考智能、並能想像創造、推理論證、批判思辨及建立模型。 3.學生能從一系列的觀察、實驗中取得科學數據,並依據理論及方法進行比較與判斷資料,進而以批判的論點來檢核資料的可信性,並提出創新與前瞻的思維來解決問題。同時能反思實驗過程的優、缺點,藉以修正實驗模型。 三、本教學活動根據學生特質與教學需求分為以下四個階段進行 1.第一階段─理解與認知(5分鐘): (1)教師解說醇類在生活中常見的用途,使學生體會生活中醇酚的運用,並能感受科學影響生活的重要性。 (2)教師示範「魔術點菸」,刺激學生思考可能使用的化學藥品為何。 2.第二階段─學生分組實作探究(10分鐘): (1)各種醇類與金屬鈉的反應性差異。 (2)各種醇類與過錳酸鉀的反應性差異。 3.第三階段─分組發表(10分鐘): 學生透過實驗與組員對話、刺激,學會將實驗結果釐清概念,整理出可能的答案,進行發表。 (1)由實驗結果分析各種醇類與金屬鈉反應快慢與醇類結構的相關性。 (2)由實驗結果分析各種醇類與過錳酸鉀反應快慢與醇類結構的相關性。 4.第四階段─學習經驗的統整(5分鐘) 教師統整學生發表結果,歸納出實驗背後的原理原則。 12月中旬筆者先將實驗所需的藥品、玻璃器材、教學所需的電腦相關設備及教學白板,請四川師範大學劉瑞教授協助準備,接下來的工作就是教學講義、簡報及教學演示的準備事宜。 n  北國好風光,盡在黑龍江 哈爾濱地處黑龍江省南部,冬季嚴寒漫長,夏季涼爽短促,是世界著名冰雪旅遊和避暑勝地,以其國際冰雪節和濃郁的歐陸風情而聞名,更是大陸歷史文化名城。哈爾濱由於其地理位置特殊,是20世紀初期蘇聯聯繫中國的橋頭堡,也是國際商貿都市。至今哈爾濱的城市建築風格仍帶有早期俄羅斯及東歐、猶太人等各類歐式建築風格。不過自從中華人民共和國成立後,逐漸被改造為工業及商業並舉的中心城市。然而在筆者心中,哈爾濱勾起了少年時期閱讀的小說「哈爾濱之霧」,這本是由梅濟民教授寫的作品,書名雖然浪漫,但是小說內容講述的是俄軍殘害中國百姓及日僑的慘痛故事,小說中所描寫的哈爾濱令人嚮往,是個民族融合的大城市, 除了中國人之外,還有俄僑與日僑,年輕時的我讀到這裡, 也不禁神遊其中。 此次行前在許多旅遊書籍及網誌讀取冬遊哈爾濱時需要注意的保暖事項(三明治穿著、防風褲、防風手套、止滑靴、各種暖暖包…),趁機買了一堆抗寒衣物。但是12月24當晚一下飛機,迎面而來的濕冷刺骨寒風,仍令人不禁打個哆嗦。由於在大陸網路聯繫不似在臺灣方便,所幸透過美虹教授協助,順利抵達飯店,也深刻地體驗了在零下25度雪地拉著行李箱舉步維艱的感覺。 隔天上午完成會議報到手續之後,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。哈三中的實驗室硬體設備雖然十分先進,但是筆者教學演示所需的藥品、器材仍有很多不足之處,加上實驗室內雖有暖氣設備,但是氣溫在攝氏10度以下,進行配藥及分裝藥品時仍是寒冷凍手。中午哈三中帥氣的梁主任帶著我們到學生食堂用餐,即使是出太陽的正中午,校園覆蓋皚皚白雪,彷彿穿越白色的沙漠,獨行於晶瑩而神祕的廣袤,沿路樺木挺拔,白雪中校園景觀令人讚嘆(如圖2所示)! 圖2:筆者與蔡孟祐老師(左一)、鐘建坪老師(右二)及哈三中梁主任(右一)於哈三中校園合影留念 盤點完後仍有部分器材及藥品還需採購及準備,第三天我們依然前往哈三中持續為教學交流準備(如圖3及圖4所示),巧遇也是來做場勘的同題異構江蘇省教育科學研究院王峰老師及哈三中李洪濤老師,言談之間發覺王老師個性沉穩、思考敏銳,此行正是與筆者同題異構進行教學演示。李洪濤老師個性活潑、豪爽大方,十分健談,他直言此次教學演示面臨很大壓力,他的指導教授暗示臺灣來的老師中有一位具有化學作業環境測定甲級技術人員的證照,所以在實驗設計上要更加小心。我們邊準備邊聊天,了解到大陸的教學是以升學導向為主,平常很少給學生做實驗,但是這幾年政府在進行新課綱的改變,推行核心素養為本的教學設計與實施,與臺灣的108課綱精神相符,希望透過同題異構教學演示及專家點評,激勵國家一線教師深化教學,透過探究實作的教學活動設計,讓學生動手做,深入探究及自主學習。不過大陸的高中班級人數太多,以哈三中為例,一個班級學生人數約45~60人,進行課綱實驗已經很不容易了,更何況是探究實作!? 當天完成教學演示的實驗準備已經是下午5點鐘了,哈爾濱師範大學的兩個研究生帶著我們三位來自臺灣的老師到松花江上散步及賞冰雕,積雪厚實的松花江雪飄迷濛,站在冰封的松花江上隨時都有跌倒的風險,但是一夥人還是執著於眼前的冰雪美景。哈爾濱從1960年代即開始舉辦冰燈博覽會,至今已近60年,享譽國際。冰雕材料中一塊塊乾淨完整晶瑩剔透的冰塊來自松花江,雕刻師傅首先將晶瑩剔透的冰塊雕成雛型(以建築及動物為主),細節的各個小部分,用水和碎冰粘合起來,零下30度的氣溫,足以將這些部位牢牢地粘在主體上,粘著力比任何膠水還要強大!經驗豐富的師傅甚至會將砌好的冰塊上鑿出冰槽,將低溫燈帶放入其中,夜空下白茫茫,五顏六色的冰雕、冰滑梯及冰城堡映入眼簾,煞是好看(如圖5及圖6所示)! 圖3:哈三中學校實驗室硬體設備先進               圖4:教學演示前的器材藥品分裝 圖5:松花江上的巨型冰雕圖              圖6:冰磚內鑿出冰槽放入低溫燈照明   n  兩岸同課異構教學演示現場及專家點評 12月27日一早6點40分坐上第一班交通車抵達哈三中教學演示現場,一進校園清晨白雪在朝陽的照射下呈現純淨的美,還未被踩過的雪潔白鬆軟,樺樹下的樹掛似乎快滴落而下,陽光穿透過皚皚白雪產生了溫柔的透明感,冷風下微微搖動的樺樹顯得靜謐而柔弱,大陸各省到場的老師震懾於校園美景,靜聲穿過長長的走道直達教學大樓。因為筆者是第一個進行教學演示的老師,趕緊跟幾個哈三中老師將前一天分裝好的器材藥品先安置就位,哈三中高二學生有45位參與教學演示,現場約30位教授及500位教師一就座,教學演示即開始。 由於實驗藥品仍未齊全,筆者在前一晚內心十分忐忑,但是心態轉個彎,反思教學的重點在於學生的「學習成效」,只要能讓現場的學生學習聚焦在教師所要表達的概念及重點,如同邱教授提醒我們的,哪些知識概念是學生在這堂課中可以帶得走的,就是「有效教學」!看到現場的教授、老師及學生,心裡已不再緊張甚至還帶著些許的感動及興奮呢!筆者一開始進行的教師示範實驗活絡了現場緊繃氣氛,雖然與學生是第一次見面,但是哈三中的學生比想像中活潑親切,學生分組進行實驗活動時,對於老師的提問,回答十分踴躍,而且實驗進行時遇到問題也會舉手發問,40分左右的教學過程,讓學生從實驗中探究醇的結構與其反應性的關係,雖然未能完成整個教學探究過程,師生意猶未盡(如圖7及圖8所示)。 […]

虛擬實驗討論教學策略在氣體定律探究與實作教學的應用 ∕ 李啟讓、洪振方、李坤、李柏林

Sunday , 1, September 2019 Comments Off on 虛擬實驗討論教學策略在氣體定律探究與實作教學的應用 ∕ 李啟讓、洪振方、李坤、李柏林

虛擬實驗討論教學策略在氣體定律探究與實作教學的應用 李啟讓1 *、洪振方2、李坤3、李柏林4 1.      國立高雄師範大學科學教育暨環境教育研究所博士 2.      國立高雄師範大學科學教育暨環境教育研究所教授 3.      國立高雄師範大學科學教育暨環境教育研究所博士班 4.      國立陽明大學生物醫學工程學系碩士班生醫材料組 *li483739@yahoo.com.tw        十二年國教普通高中自然科學新課綱10-12年級「科學探究」歷程分為,發現問題、規劃與研究、論證與建模,表達與分享。「實作學習內容」為實際操作的科學學習活動,例如:觀察、測量、蒐集資料與分析、歸納與解釋、論證與作結論等(教育部,2016)。虛擬實驗討論教學策略在氣體定律探究與實作之學習歷程為:透過真實化情境動畫的觀察、發現問題、辨別變因類型、提出假說和操作虛擬實驗、蒐集與分析數據,將數據繪製圖形、建構數據模型,從圖形的變化趨勢尋找規律性形成結論,以文字或符號表徵數學模型,應用模型解釋或推論問題(李啟讓,2019)。虛擬實驗討論教學策略在氣體定律探究與實作本質上是科學探究與數據建模的過程,與十二年國教普通高中自然科學新課綱10-12年級科學探究與實作的學習重點是一致的。       虛擬實驗討論教學策略在氣體定律探究與實作的流程包括:1.現象觀察:線上觀看氣體定律虛擬實驗影片;2.提出問題:提出可以探究的研究問題;3.選擇變因:選擇研究問題的操縱變因、控制變因、應變變因;4.實驗預測:由操縱變因與應變變因的因果關係提出待驗證的假說;5.實驗數據選擇與表格設計:決定操縱變因實驗數據間距的大小、設計可記錄操縱變因與應變變因數據的適當表格;6.進行虛擬實驗:線上操作互動式虛擬實驗、詳實記錄實驗數據;7.繪製實驗結果的數據圖形:選擇適當的數據圖形、決定數據轉換成圖形X-Y軸的座標軸名稱、組織與建立數據模型;8. 比較實驗結果與實驗預測:驗證實驗結果與實驗預測的假說是否一致,假說是否獲得支持;9.形成結論:解釋數據圖形變化趨勢表徵數據圖形的意義,以符號建構數學模型;10.即時評量:表達與分享,應用數據模型或數學模型描述、解釋、預測或推論原來情境或新情境的問題。       虛擬實驗討論教學策略在探究與實作的教學設計,參照吳英長(1988)的小組討論教學流程、歐陽鐘仁(1996)解決問題討論教學及Nelson(2013)的問題焦點討論設計而成。本虛擬實驗討論教學的教學策略分成教學前、教學中、教學後三個過程,分別說明如下: (一)教學前過程:  1. 分組: (1)使用前一次化學期中考成績排序後以S型分組或社交計量分組,每組3~4人,全班分成10~11組,每組指定一位小組長負責評分及記錄同組組員發言次數。上課時小組成員提出問題或回答問題,其他小組長依據評分標準給予其他小組加1~3分,並記錄在小組互評表(如表1)。而發言小組則記錄發言組員提出問題或回答問題次數列入貢獻率。為了能夠讓不擅言詞或學業成績不佳學生有發言機會,除了自由提問(或回答)外,教師亦會適時以較能夠回答出來的問題抽問不擅言詞或學業成績不佳學生,來鼓勵他們參與討論。 (2)小組互評表評分給分標準:提問給分範圍1~3分,回答給分範圍1~3分(黃國禎,2016)。 ①   給3分:能清楚描述問題並提供足夠理由說明問題重要性(提問)。使用合宜的資訊清楚回答同學的問題(回答)。 ②   給2分:能描述問題但提供的理由不夠周全(提問)。試圖回答同學的問題(回答)。 ③給1分:未能描述問題及其重要性主題不明確(提問)。僅以最基本的答案回答同學問題,或未能解答(回答)。 (3)貢獻率:同組有發言,小組長紀錄組員提問或回答累計次數列入個人平時成績加分參考。 表1小組互評表(班級:組別  組長姓名:        )  組別   座號   組員姓名                       […]

武陵高中多元選修課程模組:彩色化學篇 / 張明娟

Tuesday , 4, July 2017 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 […]

國小學生製作科學玩具「整人墨水」 / 江志宏、張自立、辛懷梓

Wednesday , 2, November 2016 Comments Off on 國小學生製作科學玩具「整人墨水」 / 江志宏、張自立、辛懷梓

國小學生製作科學玩具「整人墨水」 江志宏1, 3, *、張自立2、辛懷梓2 1國立臺北教育大學自然科學教育學系碩士在職專班2國立臺北教育大學自然科學教育學系3新北市立新莊區民安國民小學*smallcannon@ntpc.edu.tw n  前言 「自然課」與「趣味科學實驗活動」都同屬於科學領域方面的課程,然而對國小階段的孩子們來說,這兩種課程是截然不同的。在學校幾乎所有的孩子們都很喜歡玩科學玩具、熱衷於動手操作趣味科學實驗,但是孩子們卻不見得都喜歡上自然課。當然我們都很清楚,這並不是一個好現象!在趣味科學實驗活動的背後,是許多學校自然課程內容的知識延伸或應用,自然課跟趣味科學實驗活動也許本該就要「混為一談」,因為兩者之間是互相有關聯的。究竟是什麼原因造成了孩子們對這些課程反應產生了差異?值得我們深思。 另外,筆者認為還有一個更嚴重的問題是「老師到底教會了孩子什麼?」在教育部所頒佈的自然與生活科技之分段能力指標中提及—「科學是經由探究、驗證獲得的知識的過程」。探究、驗證其實就是一種科學方法,「如何去觀察到現象?」、「如何從現象中提出假設?」、「如何將假設設計成實驗?」…等等,這些科學方法是我們應該要教會孩子的能力。但不管是學校的正式課程,或者是每年寒假、暑假必定場場客滿的科學營隊,在這些課程中,孩子們是否真的學會了這些能力?我想答案是否定的!許多學校的自然課常淪為知識背誦活動;人滿為患的科學營隊,也常淪為孩子們的一種遊戲活動—孩子們只是在「玩實驗」。 當然,「科學知識(技能)」的重要性是無庸置疑的;而「趣味科學實驗」活動本身也具有「能高度引起學生興趣」的優點。於是我嘗試將兩者結合,並以新莊區某國小六年級班級學生共24人為對象,班級中每4人一組,共分為6組,結合了「整人墨水」與「科學實驗設計」,並實際在學校進行教學、紀錄。 n  「整人墨水」介紹 「整人墨水」是一種藍色液體,在接觸空氣一段時間後,顏色會慢慢轉為透明無色。通常會將整人墨水噴在別人的衣服上,造成衣服被暫時染色,達到「整人」的目的。 ø墨水成分 氫氧化鈉、酒精、百里酚酞、水。(百里酚酞可在化工材料行購得,25 g裝約1000元) ø變色原理 百里酚酞:是一種鹼性指示劑,pH值9.3(無色)~10.5(藍色)。 藍色整人墨水:溶解百里酚酞於酒精中,並加入氫氧化鈉水溶液。 空氣中的二氧化碳溶入墨水中:,是碳酸(弱酸)。 碳酸與氫氧化鈉酸鹼發生酸鹼中和反應:藍色百里酚酞(pH > 10.5)→ 無色百里酚酞(pH < 9.3)。 n  課前準備 ø準備時間:40分鐘 ø配製溶液(全班共用) 1.      500 mL的氫氧化鈉溶液(0.01%):取0.05 g的固態氫氧化鈉,放入一個錐形瓶中,加水至500 mL,攪拌均勻。 2.      50 mL的百里酚酞酒精溶液(0.2%):取0.1 g的百里酚酞粉末,放入一個燒杯中,加酒精至50 mL,攪拌均勻。(見圖一) 3.      參考配方:10 mL的氫氧化鈉溶液(0.01%)與0.5 mL的百里酚酞酒精溶液(0.2%)均勻混合。(變色時間約90~120秒)(見圖一)   圖一:百里酚酞(左),整人墨水成品(右) ø器材準備(各組使用) 試管架 1個、試管 4支、塑膠滴管 6支、量筒(20 mL) 2支、碼表 1個、衛生紙 1張。 […]

國中學生進行有趣的酯化反應實驗 / 黃義傑、張自立、辛懷梓

Saturday , 25, June 2016 Comments Off on 國中學生進行有趣的酯化反應實驗 / 黃義傑、張自立、辛懷梓

國中學生進行有趣的酯化反應實驗 黃義傑1, *、張自立2、辛懷梓2 1臺北市立龍門國民中學2國立臺北教育大學自然科學教育學系*huangphy@gmail.com n  前言 自然與生活科技應重視學生進行實驗的品質,即杜威主張做中學的觀念,學生經由動手做實驗看到不一樣的現象、能了解操作技巧、儀器使用方式並能撰寫實驗報告。至少,科學實驗是會吸引學生目光,有趣的科學實驗會讓學生驚呼連連,在他們身上默默的種下科學種子,相信對於化學人才的培養是很有助益的。 國中自然與生活科技課程(簡稱自然科)在八年級下學期,會向學生介紹一個很著名的化學實驗「酯化反應」,由於自然科在八年級下學期課程有很多實驗(有物理實驗與化學實驗)且時間安排比較緊湊,以翰林版本來說,會把酯化反應放在示範實驗中,其實動手做的學習一定比教師口述式教學還有印象,在此分享自己教學上的實務經驗給有興趣的教師參考,讓學生親自動手做聞聞看酯類的不同味道。 n  教學對象 由於酯化反應會使用濃硫酸,有一定的實驗危險性,本次課程教學的對象設定是八年級下學期的學生,他們對於基礎的化學實驗有一定的熟悉與認識,也能在教師的指導下安全地使用化學藥品與操作本次的實驗設備。 本次進行酯化反應的學生為我自己帶的四個班學生,對於基礎的有機化合物單元有一定的概念,能分辨說明酸類與醇類的不同。此外,學生在進入實驗室之前也學習過酯化反應的原理,可以按照教師設計的實驗操作單進行實驗。 n  教學設計 簡單來說,酯化反應的原理是醇與酸的有機化學反應,生成酯和水。教學的設計簡單分為以下步驟,不需要多設計其他特殊的教具,用現有教學資源即可,不會增加教師教學負擔。 步驟 內容 補充說明 一 教師在課堂上把化學反應的通式寫在黑板上,對於國中學生而言,酯化反應的原理是容易理解。 搭配課本上的圖片來說明講解酯化實驗。 二 推薦各校教師可以使用各家版本的電子書,電子書搭配的實驗動畫或是示範影片,這些均為免費的教學資源,教師在教學上可以用盡情使用。 可以結合步驟一,增加教學的有趣程度,提升學生對實驗的期待。 三 進入實驗室進行實驗與完成指定作業。 藥品先準備好放在教室前方的準備桌上,以利實驗流暢。 四 酯化反應的實驗以濃硫酸當作催化劑,當各組的器材、藥品等準備好後,教師到各組去協助滴濃硫酸。 各組需要特別找一個組長特別幫教師注意各組的操作安全。 五 設計的一份簡單的實驗操作單,只有A5的大小(A4紙的一半大小),這張的好處是可以讓學生依照步驟檢查實驗器材,各組只要按照步驟進行酯化反應的實驗。 實驗操作單請見下面的「實驗操作單」。 六 回到課堂上要請各組學生發表自己的想法,教師也可以進行實驗檢討或課後討論與分析。 教師可以把寫得很棒的作業分享給各班,讓學生互相觀摩學習 備註:每個步驟時間可以依照教師與各個班級學生的互動情形進行調整,我們實際進行教學時,各班的情況都不盡相同。 n  教學教案(簡案) 單元名稱 酯化反 應 教學對象 八年級學 生 教學重點 認識酯化反應原理與酯化實驗操作 教學活動 教材教具 評量 時間 一、實驗前 1. 認識酯化反應原理。 2. […]

國小學生製作美麗的天氣瓶 李燕玲 國立臺北教育大學自然科學教育學系碩士在職專班新北市立新莊區光華國民小學sharon@apps.ghes.ntpc.edu.tw n  前言 自然與生活領域課程在國小階段的孩子對於化學相關的實驗學習實在不多,無意間發現了「天氣瓶」這個有趣又美麗的化學實驗,小學六年級上學期的自然課程正好有關於天氣的單元,以此為延伸學習課程,讓學生可以認識以前的天氣預報裝置,希望學生藉由天氣瓶的製作複習水溶液的相關概念並進行天氣瓶結晶的觀察與紀錄。 n  天氣瓶簡介 天氣瓶,又稱為風暴瓶(Storm Glass),是一種19世紀用來做天氣預測的工具(見圖一),知名天氣學家羅伯特·菲茨羅伊(Robert FitzRoy)在他的航海紀錄上,記錄了如何用天氣瓶來預測天氣。但是後來日本科學家長島和茂(Kazushige Nagashima)進一步研究證實影響天氣瓶中結晶型態的因素主要為環境溫度及溫度變化的速度,與氣壓、濕度、電場及磁場沒有關係,因此瓶內的結晶型態皆為隨機分布,並沒有天氣預測的功能,所以在進行教學時盡量不要強調天氣預測的功能,以免誤導學生。 圖一:天氣瓶 (圖片來源:作者製作) 天氣瓶內結晶的變化,主要是由於溶液內的樟腦、硝酸鉀、氯化銨在水與乙醇混和溶劑內的溶解度會隨著溫度變化。配方中的硝酸鉀、氯化銨及純水主要是促使樟腦晶核的形成,因此瓶中見到的是樟腦的結晶;當溫度變化的時候,三種物質的結晶析出、溶解速度有交互作用。而溫度的變化速率,則會影響結晶的成長大小與結構,當溫度下降的速度較快時(例如:放入冰箱冷藏室),因為有許多晶核形成,會有許多小的樟腦結晶,最後就像雪花一樣(樟腦晶體與冰一樣是六方晶系),而溫度下降的速度很慢時,沒有形成晶核,結晶會慢慢往四周成長,最後像葉子或樹枝狀。 n  天氣瓶參考配方和實驗器材 網路上可以找到的天氣瓶配方有兩種,一種於溫度較低的環境會有明顯結晶,一種則為適合夏季時製作的配方,本次因應教學進行的時間,筆者使用冬季配方,為讓學生觀察天然樟腦粉的含量是否影響結晶高度或形狀,因此將學生分為兩組製作天氣瓶,一組的天然樟腦粉設定為10 g,另一組則為8.5 g,其餘配方和實驗器材則相同。 此次實驗藥品在一般化工原料行都可以買到,價錢上也算平易近人,因此可就近找化工行詢價後購買,甚至有天氣瓶製作組合包(大約150元,只有硝酸鉀、氯化銨及天然樟腦粉,其他材料及器材必須自行準備,且成品約只有80~85 mL),若只是少量製作也可作為選擇;至於盛裝的容器則因藥品有輕微腐蝕性,所以盡量使用玻璃瓶,蓋子則須避免是金屬材質,可到一般五金生活百貨尋找適合的容器,筆者在台北後火車站附近看到不少賣瓶瓶罐罐的商家,玻璃瓶種類眾多、造型各異其趣、容量也有許多選擇,比較容易滿足需求,不妨到此尋寶。 一、冬季配方 硝酸鉀(Potassium Nitrate) 2.5 g(500 g大約170元)、氯化銨(Ammonium Chloride) 2.5 g(500 g大約80元)、天然樟腦粉(Camphor Powder) 10 g(250 g大約250元)、蒸餾水(純水) 33 mL (可以使用泰山純水)、藥用酒精(95% Ethyl Alcohol,Ethanol) 40 mL(500 mL大約75元,在藥局也可購得)(資料來源:城乙化工,http://www.meru.com.tw/index.php) 二、夏季配方 硝酸鉀(Potassium Nitrate) 2.3 g、氯化銨(Ammonium Chloride) 2.3 g、天然樟腦粉(Camphor Powder) 4.4 g、蒸餾水(純水) […]

武陵高中跨科選修課程:科學生活家 / 張明娟、李嘉芳、張美慧

Thursday , 5, May 2016 Comments Off on 武陵高中跨科選修課程:科學生活家 / 張明娟、李嘉芳、張美慧

武陵高中跨科選修課程:科學生活家 張明娟1,2, *、李嘉芳1、張美慧1 1國立武陵高級中學2教育部高中化學學科中心*bcat0428@yahoo.com.tw n 緣起 為因應教育部107課綱,武陵高中開設〈跨科選修的課程:科學生活家〉,此課程的開設源自104年10月1、2日的「健康與護理學科中心、家政學科中心暨化學學科中心」辦理的策略聯盟研習;在這次的研習中三個學科中心的種子教師一同激盪出開設跨領域的課程,在當時的研習中發現:家政與化學有相當多的適合協同教學之處,例如:在食品部分,家政科著重於做出美味的佳餚,但是在食品安全檢驗方面,其化學原理就可由化學科補其不足。在研習後,筆者與本校的家政種子教師李嘉芳老師便研擬開設跨科合作課程,我們將這個想法在武陵高中的五育五感教師社群分享,在這個跨科的教師社群中國文科張美慧老師也願意與我們共同開發跨科課程,於是〈科學生活家〉的跨科選修課程就誕生了! n  合作開設跨科課程 我們以三次段考作為分界,研發出三大主題的課程:手工豆腐、手工肥皂、食用油的應用與檢驗。在這時,本校課程發展委員會早已將全年度的課程開設完畢,無法在104學年度下學期開設這門選修課程,恰好筆者擔任科學班主任,可以將這門課在科學班一年級的專題研究課程時間抽出兩次作為嘗試開設此跨科課程,而班級人數30人也剛好符合我們的需求,就這樣開始了我們的跨科課程〈科學生活家〉的合作開設。 以下介紹家政科、化學科及國文科的「手工豆腐」和「手工肥皂」課程規劃和實施情形: 一、手工豆腐 (一) 家政科方面 先由家政科李嘉芳老師直接帶學生到烹飪教室,進行手工豆腐的製作,其需要器材、製作流程及上課PPT分述如下: A.      需要器材 以一組為單位:托盤 1個、湯鍋(3L) 1個、湯勺 1支、漏勺 1支、量杯 1個、量匙1支、料理秤 1台、木製豆腐模具 1個、豆腐紗布巾 1片、溫度計  1支,如圖一所示。 圖一:手工板豆腐所需器材 B.        製作流程 1.        2000 mL濃豆漿放入鍋中,煮至大滾。 2.        大滾後,降溫至85℃,倒入鹽鹵水(5g鹽鹵+100 mL冷水)。 3.        攪拌後,靜置10分鐘。 4.        撈起豆花到製作豆腐的模型中。 5.        加壓,完成豆腐的製作。 C.       上課PPT 家政科李嘉芳老師上課使用的PPT,如圖二所示。         圖二:家政科老師上課使用的PPT (二) 化學科方面 A.        在豆腐的製作原理方面 膠體溶液(豆漿)加入少許電解質或插入兩電極並通電,則膠質粒子所帶的電荷,立即被電性相反的離子或電荷中和而凝聚析出,例如:加石膏(CaSO4)於豆漿中,則其中的蛋白質即凝聚成豆腐。 B.         […]