臺灣化學教育
Chemistry Education in TaiwanBlog Archives
化學安全的教育視角 李賢哲 國立屏東大學應用化學系 sjlee@mail.nptu.edu.tw 先敬祝各位讀者新年快樂，這期的化學新知部分，或許是個人的偏好，較多於化學安全相關之文章，第一篇是當代無人機在精密農業上的應用，第二、三篇則聚焦於化學教育最需強調的安全訓練領域，謹提供大家參考與指正。 一、無人機使用於農業用途之回顧與展望 由於個人對於無人機(UAV)的喜愛，這一期化學新知部分，首先與各位先進介紹無人機於精密農業(precision agriculture)之應用。這篇2018年回顧之論文作者來自開發中國家印度，目前印度仍有70%人口依賴著農田耕種生活，但農業使用之土地卻面臨空前的危機，尤其是害蟲與昆蟲造成的農業土地病變，降低農作物的生產效率。爰此，殺蟲劑(pesticides)與肥料(fertilizers)的使用，以提高農作物之產率，更加重農民與環境的負擔。這些被農業使用之化學藥品，如果能藉由無人機噴灑系統(drone spraying systems)的使用，搭配多光譜相機(multi-spectral camera，440-510 nm 藍色、520-590 nm綠色等)系統進行農地植被自動偵測與判別，期能減少以人工噴灑殺蟲、除草藥劑，相對造成的人員健康危害；並達到更有效的使用噴灑藥劑以降低藥劑對於土地負擔衝擊與造成的環境污染。 個人對於此文獻內容，認為科技的發展始於人性，如圖一說明無人機之發展自傳統固定翼(fixed wing)(a)、單旋翼(single rotor)垂直起降( helicopter) (b)持續發展至多旋翼(multi rotors drone)之形貌(e)，也正好為這多元的無人載具，提供用途持續開創的空間(例如載貨與人員使用)。然無人機機體結構的成本、操作的費用(例如電池)和操作人員的訓練與政府相關法規的制定等，對於無人機的普及具有相對重要之影響，讓大家樂觀以待。 圖一:無人載具依其時程的進程與發展樣貌，e為最貼近當前之樣貌 (取自 Mogili, 2018)。 參考文獻：Mogili, UM R. & Deepak, B. (2018). Review on Application of Drone Systems in Precision Agriculture. Procedia Computer Science, 133, 205-509. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1877050918310081。 二、二十一世紀的化學安全教育 – 培養化學家的安全資訊能力 在教育過程中，每位學子試著在其選擇職業類別中，努力取得成功所必需要的各別技能或能力組合。例如，申請成為一位合格之實驗化學家(bench chemist)所須具備的資格可能標準要件如下:1. […]
化學虛擬實境與學用合一的審視 ／ 李賢哲
Tuesday , 2, January 2018 化學教育新知, 第23期/2018年1月 Comments Off on 化學虛擬實境與學用合一的審視 ／ 李賢哲化學虛擬實境與學用合一的審視 李賢哲 國立屏東大學應用化學系 sjlee@mail.nptu.edu.tw 很高興能再與大家一起分享這一期的化學教育新知，本短文敘述內容包含三篇當代關於化學教學與學習的文章，第一篇從2017年11月化學世界(CHEMISTRY WORLD)節錄下來，主要試著翻轉向來瓶瓶罐罐的化學實驗教室，朝向虛擬實境世界發展；第二篇主要在以問題導向的活動激起學生主動學習的意願；第三篇針對當前大專化學教育與社會所需之化學訓練如何搭配，進行檢視並提出相關建議，簡要內容分別敘述如下: 第一篇： Chemistry to go boldly into virtual world 當大家一味地為虛擬實境(VR)冠上許多不同的用途之際，也有相關的化學教育學者專家與開發機構，積極投入這原以玩遊戲起家的方式學習化學。當老師或學生一起戴上立體眼鏡，下載相關的3D運作程式，每一位使用者剎那之間，都成為一間實驗室的擁有者，可以藉由虛擬3D立體的情境顯示，不會有化學藥品味道的薰陶、不會有玻璃器皿破碎的考量、不會有產生火災或者化學藥品侵蝕的危險，得以多方嘗試、多方的比較，在虛擬實境裡進行實驗與操作的可能;然而大家若以為虛擬實境僅侷限於此，或許許多的功能還值得一提! 虛擬實境的擴展可以運用諸多量子力學計算之內容，也可以利用3D的方式與不同的分子做成纏繞或者分散各處，以評估分子或原子互相反應形成新的物質穩定與否?或者功能判定的可能?甚至也可藉此縮短新藥物研發之期程等等。目前已有學者將此VR設置運用於大學新鮮人的化學實驗教學中，甚至於不久將來更期待3D實驗室與相關的立體分子操弄的呈現，能更加普及提供各層級之學校與實驗室使用。這似乎是新一代化學學習利器開發與實踐的同時，或許也可展現一位相關學者的意見，”關於化學實驗室是否如此就可以被VR取代了呢?然而3D立體的虛擬實驗室畢竟不是真實的情境，若想藉此取代真實而剝奪了年輕人嘗試挑戰的權利，未免也太過於天真與越線了。”後來之結果如何?我們大家與化學界的先進們，一起拭目以待吧! 圖一:虛擬實境(VR)實驗室之轉變示意(取自參考文獻1) 第二篇: Learn on the move: a problem-based induction activity for new university chemistry students 圖二: 以問題導向之學習與訊息傳遞的課程設計訓練學生多元之能力。(取自參考文獻 2) 第二篇文章內容主要敘述為大一新生所設計的化學學習活動，著眼於如何訓練大學學生主動學習，此乃當前教育最重要挑戰之一。大一的新生在完成高中教育，進入大學的學習模式值得大家關注；而此對於大一新生設計進行的化學課程主要是以問題導向學習(PBL)的開放式問題(open ended question)，藉由修課學生提供在大學校內通車往返校區的學生能學習相關的化學知識與操作問題的解決模組，其中並收集與傳遞相關的化學內容。由於通車往返時間之考量，這內容的提供侷限於20分鐘，設計成一個傳播知識課程之模組，開發能訓練修課學生對於達成任務工作的團隊合作、設計創意與傳遞訊息的技巧，如圖二所示。值得一提的，原本這一堂課的修課學生原被分為18小組，因而設計18個化學內容訊息傳遞之學習模組。 然而結果顯示，某些組別願意提供更多設計的化學課程內容模組，並加入提供給通勤同學做為說明學習之參考，如此共收集彙整了24個不同的化學內容主題，包括實驗室的技巧、有機化學概念定義、有機化學的命名、以及原子的結構與鍵結等，多元的化學相關內容，滿足了在這20分鐘通勤的同學有個接受化學訊息傳遞的機會，並讓修課同學作為訊息傳遞者，得以訓練其主動學習的呈現。研究結果亦顯示，修課學生在歷經如此的學習歷程後，對於個人於化學議題的學習，出現更加主動與相對應滿意的提升，尤其在溝通的技巧的成熟度與呈現。如果反思最不滿意的回答，或許是等不及要從別人的活動中窺見答案，與其若此，這些修課同學會以迫不及待的方式，主動的探索達成解決問題的方式。 第三篇: Evaluating the relevance of the chemistry curriculum to […]
翻轉化學教室之路徑與永續發展 李賢哲 國立屏東大學應用化學系 sjlee@mail.nptu.edu.tw 很高興能與大家一起分享這一期的科學教育新知，本短文敘述內容包含三篇當代關於化學教學與研究的文章，前兩篇是從2017年化學教育期刊節錄下來，第一篇是為發展化學翻轉教室，以光板取代白板作為課堂授課內容主要演示的媒介；第二篇利用YouTube頻道，以特定網路媒體的方式，提供普通化學網路教學之所需；第三篇介紹人類永續經營的研究部分，尤其是以二氧化碳轉化為燃料甲醇或其他醇類之相關研究，簡要內容分別敘述如下: 第一篇文章：Adopting lightboard for a chemistry flipped classroom to improve technology-enhanced videos for better learner engagement 目前存在的翻轉教室，主要有兩種方式進行:1使用白板；2在投影屏幕上以Power Point(PPt) 進行講述，但此兩種方法都有缺點。前者之講述者往往會以身體擋住屏幕的內容，同時這兩種講述方法都缺乏了觀眾(學生)及講述者之間的互動交流，且其PPt製作過程或需要較長時間之投入等，這些原因逐漸成為教育工作者運用翻轉教室的阻礙。在這篇文章當中，作者分享使用了電子光板的動機及經驗，主要運用一個透明的玻璃板進行課程演示與拍攝，如圖一，同時解決了上述的問題，而這如何增加授課教師與同學互動之想法，首由美國西北大學Michael Peshkin教授提出，運用這透明光板實地或錄製課程，可提供藉由與講員更完整的視覺聯繫，幫助教育學者達到教學目標，並期能引發化學學習者進行更有效之學習。 圖一:作者使用透明光板教學之錄影圖像(取自參考文獻一) 第二篇文章:Customized videos on a YouTube channel: A beyond the classroom teaching and learning platform for general chemistry courses 線上教學課程最重要的元素之一應非教學影片莫屬；在這篇研究報告中，作者因教授普通化學所需，特別量身訂做YouTube頻道網域，錄製相當數量的影音資料並上載內容，作為教學材料提供修課同學進行線上閱讀與自行修習探索，藉此替代傳統化學課程面對面的討論。這些教學影音資料，學生可利用iPad於專門針對該課程的YouTube頻道無線上網瀏覽觀看，對修課學生而言預算不會太高而且互動性良好，學生也可依自己行程規劃暫停於某章節內容或重複閱覽特定章節內容影片；如此一來，作者運用線上影音資料教學，提供學生全天候的教學/學習和自學的機會；並透過YouTube和學習管理系統，能對線上的學習紀錄進行資料分析。例如圖二即彙整了學生上網學習之次數與學期期末成績表現之關係呈現正相關，而更進一步分析得到以下之結論： 1. 學生之學習活動於整學期間持續進行。 2. 在期末考試前有日夜不斷的學習活動。 3. YouTube學習與傳統面對面討論之學習方式，兩者學生在期末考平均成績相當。 4. 在準備相關競爭性考試和/或修習進階課程時，學生仍會持續閱覽複習相關影音資料內容。 圖二:教學管理系統呈現學生(N=38)期末成績與閱讀次數(取自參考文獻二) […]
2015亞洲化學教育國際研討會：參與兩屆NICE研討會紀實和建議 ／ 李賢哲
Saturday , 12, September 2015 本期專題, 第9期 ／ 2015年9月 Comments Off on 2015亞洲化學教育國際研討會：參與兩屆NICE研討會紀實和建議 ／ 李賢哲2015亞洲化學教育國際研討會：參與兩屆NICE研討會紀實和建議 李賢哲 國立屏東大學應用化學系sjlee@mail.nptu.edu.tw n 緣起 化學是科學領域中最為重要的基礎學科之一，近年來世界各先進國家無不投入大量教育資源於基礎化學、應用化學、材料與生物化學等領域，進行相關學術研究與人才培育，以維持其科技領先的地位。為推動亞洲各國化學教育交流，培養優秀的化學人才，提供年輕化學家及學子與世界接軌機會，並瞭解亞洲各國多元化學教育的內涵。因此，亞洲化學教育學者學會（Network for Inter-Asian Chemistry Educators, NICE）孕育而生，並定期舉辦NICE會議。藉由國際學術研討會的舉辦，促進亞洲各國化學教師之交流，交換各國推動化學教育之策略與方法和分享實務教學經驗與成果。NICE研討會原則上每兩年舉辦一次，由臺灣、韓國、日本三國輪流主辦。會議辦理之方式分為專題演講、論文發表、壁報、教學演示、媒體、教科書、儀器展示、各國優秀科展作品觀摩與解說、高中生論文發表與高中現場教學參訪等。 n 重點內涵與效益 由於NICE旨在促進亞洲各國化學教育交流，依照主辦次序第五屆研討會（5th NICE Conference，2013）由我們地處南臺灣的國立屏東大學（前國立屏東教育大學）主辦，在國際委員建議下，首先加入以高中生為發表主體和參訪高中現場教學的活動，第六屆NICE研討會（6th NICE Conference，2015）由日本東京學藝大學舉辦，也延續此一特色辦理高中生論文發表以及高中現場教學觀摩和參訪。 參與第五屆NICE研討會之化學相關專家學者，包含大學師生與各階段中學之教師、高中學生與相關人員，分別來自臺灣、美國、德國、日本、韓國、中國、菲律賓、香港、澳門等國家或地區，每次會議約有150位人員參與。2013年之NICE研討會接受國際純化學與應用化學聯盟（International Union of Pure and Applied Chemistry, IUPAC）審核認可，成為IUPAC正式國際學術研討會，是次會議邀請國立臺灣師範大學科學教育研究所兼IUPAC教育委員會主席邱美虹教授致詞，並宣布由IUPAC提供該屆三個優秀海報論文獎，藉此傳達NICE與IUPAC共同推展國際化學教育的精神與使命。圖一為第五屆NICE研討會在臺灣國立屏東大學舉行。 圖一：第五屆亞洲化學教育研討會在臺灣國立屏東大學舉行 第六屆NICE研討會延續化學教育會議特色，提供一個交流平台於下列的主題，例如學生的化學概念與概念改變、教學策略，生活化學、對化學之態度、實驗活動、科學展覽器材分享與展示和教材與教科書等。因為主題的選取，促使各國參加人員間之交流更加聚焦於提升教學之實務與經驗分享，儼然建構成一個國際化教育之學園，建立之默契使得會議進行之氣氛融洽，彼此受益。圖二為第六屆NICE研討會在日本東京科學未來館舉行 圖二：第六屆亞洲化學教育研討會在日本東京科學未來館舉行 一、 第五屆大會演講 依據第五屆NICE研討會安排，簡短隆重開幕後，邀請大會演講（Plenary Lecture）一場與三場專題（keynote）演講，首先由美國加州理工學院化學系教授陳長謙（Sunney I. Chan）院士主講創新（Innovation）化學教育的機會，介紹近一個世紀以來化學學門的演進，如何藉由工業化過程進入現代人的生活，解釋化學為何成為兼具重要基礎理論及廣泛應用價值的科學學門。同時揭櫫未來化學走向跨領域科學的世界潮流，強調未來化學教育應不再侷限於傳統的有機、無機、物化及分析，新世代化學教育應包含化學生物學、生物物理化學、生物有機、生物無機及醫藥化學，才能走出具有前瞻性的新契機。 第一場大會專題演講，由日本東京學藝大學的Masahiro Kamata教授主講Monozukuri and Science Education，“Monozukuri“日文原意指自製創作的科學教具，現今日本小學教育現場，有許多教師使用自製的科學教具以增進教學效果，現場亦展示他近期所設計製作的科學教具，充分展現〝做中學，學中做”的精神；韓國首爾國立大學Dae-Hong Jeong教授擔任第二場主講Problems in Debate in School Chemistry Experiments and How to Solve，針對當前中學化學實驗課程，部分具有爭議的實驗原理與設計進行討論，並提供新的思維與設計方式，改善現行部分化學實驗課程的內容，獲得在場人士許多的共鳴；第三場由臺灣師範大學邱美虹教授主講Seeing is Believing? Can Facial […]
創刊賀詞 李賢哲 國立屏東教育大學校長國立屏東教育大學化學生物系教授sjlee@mail.npue.edu.tw 化學是一門物質的科學，周遭的生活中充滿了許多不同的物質，也造就人類所處的環境與化學密不可分的關係，舉諸食、衣、住、行、育、樂，皆和化學能劃上等號。既然如此，莘莘學子和大眾，對於化學的學習或重視的層次又是為何？學生往往因為擔心學業的表現與對實驗藥品的認知，導致對化學學習怯步；而社會大眾，也往往在一連串的事件發生後，才又短暫對化學的議題進行討論或撻伐，顯示國民對化學素養仍有提昇的空間。其中，較有效的方法之一，透過教育的方式來進行。化學教育包含了教材內容、教具（實驗）設計與教師教育等，要成就引人入勝的教育情境，更應加強與生活間之連結。 國立臺灣師範大學科學教育研究所邱美虹教授與國內多位化學界之專家學者，有感於化學教育對於二十一世紀世界公民的重要性，共同發起了《台灣化學教育》期刊之建立與發行，期盼在首刊發行之際，藉此抛磚引玉，能激起全民知道化學，瞭解化學，更進一步能為所處的化學（物質）環境盡一份永續經營的力量。