高中自然科學探究與實作：武陵高中自然科學探究與實作實施經驗分享 張明娟1、吳德鵬2 桃園市立武陵高級中學 1bcat1764@gmail.com、2depeng.tw@gmail.com   n  緣起     本校103學年度為期三年的高瞻計畫，以綠能為主題與中央大學合作開發課程，課程包含太陽能、風水力、地熱能、海洋能、生質能、燃料電池、碳封存等七大主題，計畫結束後適逢新課綱的發佈，各校須準備自然科探究與實作新型態的課程規劃，時任設備組長的物理科萬昌鑫老師號召當時參與高瞻計畫的老師繼續研發新課程，基於自然跨科合作經驗，且延續綠能想法，便以「全球氣候變遷」為主題（圖1），從氣候變遷的現象開始，探討氣候量測的數據分析，氣候變遷的成因，可能造成的影響，以及人類如何因應等作為課程設計的主架構，開啟每月定期共備研發課程，並在106至07學年度開設2學分多元選修試行，108學年度再讓未參與開發課程的教師於選修課試行，目前於109學年度由自然科教師在高二所有班級跨科協同授課。 圖1 武陵高中自然科探究與實作以全球氣候變遷為議題，四科教師共備後再由參與共備的各科教師，負責各模組教案的編寫   n  共備及試跑經驗    共備研發課程的初期，時間都是利用週四下午自然科共同時間（圖2），設計理念為全球氣候變遷為主題，為不偏重某一科的專業知識，特別於設計學習單時，各科老師讀到不甚了解的一些專業名詞或概念，就會運用素養導向的學習單題目作為鷹架，先引導學生成為背景知識，自然科各科教師初期也藉由此方式，了解不同科別的不同特性讓彼此增能，也因為如此，藉由此跨科的對話發現各科間的異同，開啟了更多教學的模式（圖3）。     課程的實施需要經過試行才能進行滾動式修正，也才能察覺課程實施的關鍵所在，所以研發初期在高一開設一個班2學分的多元選修課程試行，也請教學組將研發課程的7位自然科教師在該時段不排課，試跑過程是由一位老師主要負責開發課程模組的教學，其餘6位老師在教室後方觀課，課程結束後藉由午餐會議立即議課檢討（圖4），針對課堂中產生的問題及時修正，同時學生課後的問卷反饋也都成為修正課程的依據（圖5）。     n    圖2一位老師負責一項課程模組編寫      圖3召開共備會議協調修正課程內容 圖4課程結束後午餐會議議課檢討   圖5學生課後的問卷反饋，並藉以修正教案 ■實施現況  課前每學年須協調一位同仁擔任協助行政（減授一節）負責協調跨科協同教學人員（物理、化學、生物、地科各依比例協調出7、7、3、1位老師來實施課程）、制定教學行事曆來安排各班課程（如圖6）、與設備組協調實施場所，以及準備教學器材。  本校先預訂分組教室及實驗室等各兩間作為課程教學場所，實驗器材由各課程研發教師幫忙整理所需器材及藥品，整理成實驗箱以方便後續取用。藉由國教署經費挹注與優質化計畫逐步完成30台筆電購買及頻寬1G的無線網路建置，再藉由召開共備會議（1~2次/月），來協調修正課程內容。課程研發教師也藉由社群網路分享各種教學資料，並交流課程實施經驗，來達到自發、互動、及共好的目標。 圖6 教學行事曆安排各班課程、本校安排2間分組教室或實驗室，每週五天固定時間，扣除學校活動後排定實施進度課程。     至於學期評分的部分，每學期由各課程選出6份學習單，交由6位老師來各批改其中1份全部課程實施的班級，再加上其他的分組報告、實驗成果及表達與分享的同儕評分單，共佔70%。學期末再由未批改共同學習單的教師，各出1題關於課程的素養試題題組(示例見附錄1)，交由協行教師完成1份期末考題，佔學期成績30%。 ■教學模組     一般的綠色能源，如太陽能、風能、核能、生質能、地熱能、海洋能等，以及節約油電、增加效率為目前解決全球暖化的方法，「二氧化碳捕獲與封存（Carbon Capture and Storage, CCS）」，是將原本排放到大氣的二氧化碳攔截下來（碳捕獲），再運用科學方法將二氧化碳與大氣隔絕（碳封存），如此便能有效減緩大氣中二氧化碳濃度持續升高，達成減碳目標，是全世界科學家公認有效的減碳技術。世界能源總署認為未來全球二氧化碳減量的關鍵技術之一就是「碳捕獲與碳封存」，預估在2050年該項技術組合對二氧化碳減量的貢獻度為總量的百分之廿（徐恆文、黃欽銘、柳萬霞、陳威丞，2009；林殿順，2010），相關資料亦可查詢相關網址：行政院環保署推動碳捕集及封存技術資訊網 (http://ccs.gov2.tw/)、二氧化碳捕獲與封存技術網 (http://ccs.tw/)。      本課程的規劃依照探究與實作四階段進行，初步課程規畫如表1，學習單引導學生探究實作如附錄。第一階段著重在發現問題，時間為第1節課前半段，強調導入任務、蒐集相關資訊與方法、形成可驗證的問題；第二階段著重在規劃與研究，時間設為第1節課後半段，強調如何協助學生設計與實際操作實驗；第三階段著重在論證與建模，時間預設為第2節課，強調協助學生實際操作驗證可行性、觀察實驗結果、推論建立模型等；第四階段在表達與分享部分，統計出各組實驗結果後，協助學生，對自己與他組的成果進行省思與評價。詳細的教案實施內容可以參考網站:自然科探究與實作心智圖之課程模組示例–碳捕獲與封存(http://naturalscience.colife.org.tw/mindmap.aspx)。 表1 碳捕獲實作的課程規劃表 節次 探究歷程 內容說明 1 發現問題 l   蒐集資訊：前一週認識碳捕獲與封存課程中，其中台泥花蓮廠鈣循環，是利用氧化鈣（CaO）與低濃度二氧化碳結合，產生的碳酸鈣（CaCO3）再經過控制條件下的高溫處理，將高濃度的二氧化碳釋放出來，剩餘的物質回復為氧化鈣，在吸放之間重複循環使用，達到捕獲二氧化碳的目的。其中可能發生的化學反應為何? 藉以引發探究的動機。 l   […]

校本必修與多元選修：武陵高中校定必修：千塘桃花源 張明娟1,2,a、吳德鵬1,2,b 1桃園市立武陵高級中學 2教育部高中化學學科中心 abcat1764@gmail.com、bdepeng.tw@gmail.com n  前言     武陵的學生很會念書，武陵的升學率很好，但在高分數高學歷的成就底下，學生到底學會了什麼？離開會考、學測，丟掉紙筆測驗後，學生對高中三年所學還會記得什麼？武陵的學生很有能力，在個人成就之外更希望能對團體、社會、環境有所認識與貢獻。武陵的老師在努力教學外更希望學生能認識環境和關心社會。此課程融合九大科教師，秉持著對教育共同的信念和嚮往，在不斷的嘗試、磨合與共備中，終於找到武陵人的核心課程「埤塘學」。遍布各區的埤塘，是來自桃園各處學生的共通點，希望藉此發掘在地文化，厚植家鄉情感，關懷環境永續，培養社會責任。     武陵漁人撐篙推行，帶著武陵人穿梭古今，尋找桃花源，讓桃園埤塘閃爍的波光，成為武陵人胸前最美的勳章，更希望課程設計的用心，讓學生能主動的學習，真正的學習，共築武陵教與學的桃花源。     此必修課一學年2學分與多元選修對開(參見圖1)，武陵高一普通班共18班，所以一學期會有9個班級的學生同時上這門埤塘學，又是跨領域的課程，協同教師有18位在同一時間授課。課程有三大模組分別是：緣溪行(探索扎根)→漁人出(思辨融貫)→桃花林(實踐互動)共十八周課程，其中前十二周課程為知識探索（緣溪行）與思辨融貫（漁人出）課程，教師跑班的模式進行，後週的課程為實踐互動之共同課程，帶領學生製作與埤塘相關的多元成果。而本文僅分享緣溪行(探索扎根)模組中的「埤塘的科學模擬與檢測–化學篇」。 圖1  千塘桃花源課程設計理念圖 n  緣溪行(探索扎根)模組:埤塘的科學模擬與檢測–化學篇 如何知道埤塘受汙染了？透過水質檢測，引導學生探查各區域埤塘健康程度的方法，也幫助了解環境變化的趨勢。讓學生習得水質好壞的判斷方式，了解埤塘與桃園生活環境的相關性，進而宣導及實踐永續經營的理念。利用埤塘中常見的「水黽」觀察出發，結合「表面張力」的原理，讓學生探索不同水質表面張力特性，同時發現埤塘若受到些微水汙染便可對水黽造成巨大影響，進而思考埤塘污水處理的重要性。希望透過小組討論、資料查找、實驗解釋，培養學生實作能力與原理探索的興趣，期待埤塘能帶起學生對水資源保護的意識(桃園埤塘相關照片見圖2)。 圖2千塘之鄉–桃園 (照片出處:中原大學設計學院院長陳其澎演講投影片) 針對學校之水質進行檢測實作(自來水、收集環境水質樣本)，先讓學生學習檢測水質的相關原理後，進行實際操作，包括水中溶氧的檢測、水質導電度的檢測。 (1)   水中溶氧的檢測: 水質的好壞與水中溶氧的關係最直接，所以我們在先以市售試劑檢測，並讓學生推測所含成分及原理，並檢測出水中的溶氧量(DO值)，來推測水質的優劣(詳見圖3)，在室溫下溶氧量(DO)的汙染指標如下表1: 表1  室溫下溶氧量(DO)的汙染指標   水質/項目   未(稍)受污染   輕度污染   中度污染   嚴重污染   溶氧量(DO)mg/L   DO≧6.5   6.5＞DO≧4.6   4.5≧DO ≧2.0   DO＜2.0   圖3  水中溶氧的檢測之試劑(左圖)與學生實作(右圖) 其中檢測的原理為碘定量法，這個部分與108課綱加深加廣化的化學課程可以做結合，但是因為我們學校的校定必修是在高一實施，所以我們在學習單中先設計一題範例如下。   l   以下是有關溶氧測試劑的相關方程式   […]