2015亞洲化學教育國際研討會：東京學藝大學附屬高中參訪過程和心得 張明娟 國立武陵高級中學教育部高中化學學科中心bcat0428@yahoo.com.tw n  東京學藝大學附屬高中簡介 此次參加第六屆亞洲化學教育研討會（6th Conference on Network for Inter-Asian Chemistry Educators, 6th NICE Conference），在大會為與會者的安排下， 筆者有幸得以參訪東京學藝大學（Tokyo Gakugei University）附屬高中，這所學校是位於住宅區，校區佔地稍小但卻古色古香，隸屬於東京學藝大學，這所學校約有1050位學生，因為東京學藝大學是師資培育機構，所以這個高中也提供東京學藝大學學生成為教師的實習場域，並與東京學藝大學合作相關教育研究計畫，這所高中提供多樣的藝術學科並透過教室內的靜態教學與戶外觀察研究的方式，例如該校舉辦地理戶外教學、運動日、登山露營活動、園遊會、合唱比賽…等等，強化學生對於基礎課程能有更全面性的了解。圖1為東京學藝大學附屬高中校園一景。 圖1：東京學藝大學附屬高中的教學樓入口 東京學藝大學附屬高中在日本東京高中排名第二，僅次於日本都立國際高中，隨後為東京工業大學工學部附屬高中、東京大學教育學部附屬高中、東京都立青山高等學校。東京學藝大學附屬高中也是一所「超級科學高校」（Super Science High School, SSH），所謂超級科學高校係日本文部科學省自2002年開始推動，希望以SSH作為發展據點，以科學技術、理科、數學教育做為發展重點，並透過與大學和研究機關等進行課程合作開發，達到培養科學技術領域的人才並普及區域科技發展的目標。為了與鄰近國家化學教育專業人士交流，在6th NICE研討會中，除了提供學生以英文發表專題研究外，還讓與會人士參訪該校的化學教學，並讓高中生以英文海報和口頭報告方式相互交流。 n  比較兩國高中化學修習學分 參訪過程中作者了解到日本高中化學修習的學分較臺灣少很多，臺灣高中化學修習學分分成兩部分：必修部分為基礎化學（一）兩學分，在高一上或下修習，基礎化學（二）（三）為兩學期課程，在高二修習，每學期至少兩學分，學生可選擇性修習，以滿足自然領域的必修學分；選修部分為兩學期之課程，每學期三學分。選修化學實驗為兩學期之課程，每學期一學分，自然組學生總共最多修習了十四學分。然而，日本在必修部分一樣是兩學分的基礎化學，是在高二時才修習，但在選修部分只有六學分，是在高三修習，總共修習八學分。 n  頗具巧思的實驗室 在聽完簡報後由校方帶領我們參觀實驗室，每個專科教室雖然沒有新穎的實驗設備，但卻有令人驚豔的巧思，例如：物理實驗教室中，從天而降的伸縮插頭（見圖2），可以避免學生在做實驗時被電線絆倒，或桌面上不小心打翻盛水容器，造成觸電的可能，使用上相當便利性，除此之外，生物實驗教室中，隱藏版的水槽（見圖3），學生實驗時可以當實驗桌使用，需要用水清洗時再把桌面拿開，將水龍頭轉正即可使用，他們在空間的利用的確頗具巧思。在化學實驗教室中（見圖4），觸目所及讓我有時空錯亂的感覺，以為身處在臺灣，一切都是那麼的熟悉，每個玻璃器皿也按照大小不同分別擺放整齊，而化學實驗室特有的「味道」，原來兩國都一樣！。 圖2：物理實驗室頂置可伸縮插座 圖3：生物實驗室隱藏版水槽和可調式水龍頭 （影片觀賞：https://youtu.be/wpwSSYY4IeA） 圖4：化學實驗室的空調（左）、洗手台（中）、分類清楚的器材櫃（右） n  實作藍染實驗 在參訪該校過程中，東京學藝大學附屬高中岩藤英司教師設計了藍染實驗，提供與會人士（以學生為主體）體驗，該實驗步驟如下： 1.        把10克藍靛色素（Ai）粉末放入一小塑膠袋A中，加入100 mL的熱開水和2M 20 mL的NaOH及5克的低亞硫酸鈉（Na2S2O4）。輕輕地搓揉塑膠袋使粉末完全溶解。 2.        放置A袋於裝有3 L熱水的大塑膠袋B中，使A袋之液體與B袋之熱水混合均勻。 3.        盡量趕出在B袋中的空氣，再置入欲藍染之布料在B袋中。 4.        靜置約5~10分鐘，取出布料用流動的水清洗即完成。 此實驗涉及氧化還原概念，其反應式如圖5所示： 圖5：靛藍的氧化還原反應，氧化態的靛藍（Indigo）呈藍色，還原態的靛白（Leuco Indigo）呈黃色 就染色過程而言，因被氧化而顯色的藍靛色素（Ai）水溶性不高，無法親和纖維素，而不能直接調水染色，必須放藍靛色素於還原劑中在鹼性的條件下，使之還原成還原態的靛白，如圖5的反應式所示。靛白對水的溶解度高，此染液才具有染著力。布料經還原液浸染後，取出並攤開，靛白被空氣氧化而顯現出靛藍的顏色，固著於纖維上。圖6為岩藤英司老師藍染教學和參訪者完成的作品。 […]

2015亞洲化學教育國際研討會： 攤位展示介紹和科學未來館參訪 徐欣慈 私立復旦高級中學 教育部高中化學學科中心 x9020010x@gmail.com n  前言 日本科學未來館（Miraikan）全名為國立新興科學與創新博物館（National Museum of Emerging Science and Innovation），是日本東京著名的科學博物館之一（見圖1），初到此館，還沒進館前，建築物本身的圓弧線條，透明玻璃設計，新穎、美感兼具，令我興奮不已，這次真的很高興，可以藉由第六屆亞洲化學教育研討會（6th Conference on Network for Inter-Asian Chemistry Educators, 6th NICE Conference, NICE 2015），在為期三天的研討會內，與教育部高中化學學科中心的前輩與夥伴們一起得到參訪的機會，窺探科技發展的奧妙，實為一大幸福。針對此行中，在館內的所見所聞，與大家做個小小分享。       圖1：日本科學未來館的建築外觀 （圖片來源：左圖，https://en.wikipedia.org/wiki/Miraikan#/media/File:Miraikan.jpg；右圖，http://www.nikken.jp/en/projects/image/143_01.jpg） n  海報展示和攤位參觀 一、  大型演講廳 全館共有七層樓，研討會的前兩天，與會者都是在館內度過的，頂樓的七樓，主要是大型演講廳（見圖2左）、會議室，可供申請租用，也是此次研討會的會場所在。第一天，與會者先到七樓完成報到後，便進入氣勢宏偉的演講廳內參與開幕式（見圖2右），聆聽各國與會者關於化學教育的演講，及各國高中生的作品分享。整個演講廳的設計，是以半圓弧形的舞台為中心，擴散出去的座位排列，最多可容納300人，不論是在哪一個位置，都可以清楚地看到台上的狀況。   圖2：7F演講廳（左），筆者與武陵高中張明娟老師合影（右） （圖片來源：左圖，http://www.miraikan.jst.go.jp/guide/images/miraicanhall_s.jpg） 二、  海報展示 七樓擁有的會議室共有四間，一間做為海報展的展示室（見圖3左），兩間是會程中安排的教學分享演講舉行處（見圖3右），同時也是我們研討會的用餐處，另一間則是第二天工作坊（Workshop）的場所。海報展示的會議室，有一整面完全是玻璃窗的設計，圓弧狀又傾斜向外延伸，空間感十足，給人一種很舒服、很開闊的感覺。圖3中圖是筆者的海報展示。     圖3：海報展示會議室（左），筆者發表的海報（中），以及教學分享演講實況（右） （圖片來源：左圖，http://www.miraikan.jst.go.jp/guide/images/cr3_s.jpg.） 三、  化學書籍和教科書展示 除了海報展示外，室內也設有日本實驗器材廠商和教科書商的攤位，不只可以實際操作攤位上的展示品，書籍也可自由翻閱參考。在東京書籍的攤位（見圖4左）上看到了數位教學軟體的商品，並有一些生物圖鑑的書籍。隔壁的Chart式數研出版攤位（見圖4右）上，可以看到日本學生使用的教科書、應試題本及參考書，從國小、國中到高中都有，內頁幾乎全部都是精美的彩色列印，並很注重學科知識與生活的連結，照片豐富多樣，價格卻不昂貴。   圖4：日本教科書商攤位，東京書籍（左）和Chart式數研出版（右） 在東京書籍的攤位上，筆者尤其受到〈化學圖鑑〉這本書（見圖5）的吸引，僅800日幣，便向攤位廠商要求購買，卻意外得到廠商的贈書，可謂幸福來的太突然。參考書的部分，或許是因較為專業，價位較高，翻閱內容可以看見，與臺灣的高中化學教育的深度廣度出入不大，但令人驚訝的是，日本國內高中化學修習的學分比臺灣少，卻能學完一樣多的內容，可以想見學生求學的壓力不亞於臺灣，或許正因如此，日本書商非常致力於豐富精采、淺顯易懂的教學用書設計，藉此幫助孩子學習，提升對知識的渴望。     圖5：廠商贈書筆者兩本，〈化學圖錄〉內頁附圖之週期表，連結生活的內容呈現 […]

2015亞洲化學教育國際研討會：高中學生大會報告和參與心得分享 廖心妍1、廖旭茂1, 2, * 1, 2國立大甲高級中學2教育部化學學科中心*nacl880626@hotmail.com n  前言 在我（第一作者）的書架上，亮眼奪目的鋁製小巴克承載了在日本參加第六屆亞洲化學教育研討會短暫三天的回憶，卻訴不盡這個夏天所有的美好…..。鋁製小巴克是日本山形大學（Yamagata University）的Yasunao Kuriyama教授在我大會報告後贈送的碳六十組合模型，如圖1所示。 圖1：日本Yasunao教授贈送的碳六十組合模型 這次我感到非常榮幸，能在臺灣師範大學科學教育研究所邱美虹教授的推薦下，擔任臺灣的學生代表之一，在日本東京科學未來館舉辦的第六屆亞洲化學教育研討會（6th Conference on Network for Inter-Asian Chemistry Educators, 6th NICE Conference）大會上發表自己的學習心得，並參加在東京學藝大學附屬中學舉辦的海報展，在這裡和大家分享這趟東京NICE行的經歷與個人心得。 n  高中生代表大會報告 七月二十八日，活動前一天，懷著既忐忑又期待的心情，從桃園機場出發來到達東京的台場，因大大小小的托運的行李中有此行在大會報告上的秘密武器，行程中顯得格外謹慎。到達飯店已經傍晚，出外用完餐後，立即回到飯店惡補隔天上台的講稿。圖2為我的大會報告的秘密武器。 圖2：超級巴克球（Super Buckyball）攝於大甲高中科學館 隔天早上，因居住飯店離科學未來館很近，索性直接步行到未來館，因時間較早，尚未開館營業，我們由員工出入口近到七樓的大會議廳，完成報到手續。大會演講廳是可容納超過300人的空間，此次亞洲化學教育研討會議程的安排除了大會大師演講、口頭報告、實作工作坊、海報展之外，第一次嘗試讓高中學生在大會中發表，此次由日本、韓國和臺灣一共四位高中生代表發表自己的研究學習心得報告。 我這次報告主題是The learning paradise of molecule in Taiwan（分子的學習樂園）。首先用影片介紹了四年前由大甲高中的卓慶良老師與廖旭茂老師（通訊作者）團隊設計，師生協作完成，也是學校最具代表性的化學裝置藝術—搖滾巴克球。球體是以球棍模式呈現，由六十顆紅色的撞球和九十根不鏽鋼棒所組成（分別代表碳六十分子中的碳元素與化學鍵）1。上下以兩個軸承聯結弧形鋼架，因為可以像地球儀一樣自由地旋轉，故稱為搖滾巴克球。圖3為搖滾巴克球的製作過程圖。 圖3：搖滾巴克師生一起努力的製作過程與成品 接下來，我介紹了學校老師在這方面教學上使用了廣泛最能引起學生共鳴的方法—動手做分子模型，幾種會被老師拿來當作教學用的材料，比如摺紙、串珠和塑膠管模型，茲將上述三種不同材質的巴克球做簡單的介紹。 一、  摺紙巴克球模型 每一個巴克球這是由60張，每邊10公分的正三角形海報紙組合而成，每一張海報紙可按下列方法摺成一個摺紙巴克球的最小單位。 圖4：摺紙巴克一個小單元的製作過程與成品 最小單元的中心代表的是碳原子，旁邊的三個圖出稜角代表的是化學鍵，而只要將這些角按照順序黏在一起，就能組成摺紙巴克球2。圖5為摺紙最小單元和摺紙巴克球完成品。 圖5：摺紙最小單元（左），完成的摺紙巴克球（右） 二、  塑膠管巴克球模型 這是一個模擬分子結構的球棍模型，購自東元奈米科技公司，紅色的塑膠球代表碳原子，白色的塑膠管代表化學鍵，只要清楚分子的構造，很容易就能做出來。這種模型是學生們最容易理解的表示方式。圖6為球棍模型的組裝流程圖 圖6：塑膠管巴克球組裝流程圖 三、  串珠巴克球模型 串珠巴克球與摺紙模型和球棍模型巴克球不同，每顆珠子代表是化學鍵而不是碳原子，因而容易搞混。每顆巴克球是由90顆珠子組成，代表90個稜邊，其中包括12個正五邊形及20個正六邊形。可以兩個不同顏色來代表分子中的單、雙鍵。若以紅色代表單鍵，白色代表雙鍵，則十二個五邊形都會是紅色，白色的球只會出現在六邊形。圖7是串珠巴克球的製作流程。 圖7：串珠巴克的製作過程與成品 根據價鍵原理（Valence bond theory），一個巴克球裡包含60個單鍵（紅色珠子）和30個雙鍵（白色珠子），而碳原子就是夾在3顆珠子排成的三角形之間。圖8是串珠巴克球中的珠子連結及其代表鍵結的鍵數。 […]

2015亞洲化學教育國際研討會：高中學生海報發表及與日韓學生互動分享 蔡尚峰1、劉曉倩1, 2, * 1, 2國立彰化高級中學2教育部高中化學學科中心*torrina01092002@yahoo.com.tw n  參與緣起 日晡時分，橙紅渲染著湛藍的畫布，凝望著日本的晴空如同他們的國旗，綺麗的夕霞是我（第一作者）對日本的第一印象，我帶著忐忑的心情踏上不熟悉的土地。 參與第六屆亞洲化學教育國際研討會（6th International Conference on Network for Inter-Asian Chemistry Educators, 6th NICE Conference）其實是個意外，本來只是抱著隨團去日本參訪而已，沒想到日本Kamata教授通知臺灣師範大學科學教育研究所邱美虹教授，希望此次活動最後一天安排三個國家高中學生交流，經由分享建立合作關係並提升彼此化學能力。起初我覺得很有壓力，一方面因為自己從沒有這樣的經驗，一方面也擔心才高一的我還沒開始做較深入的科展作品，但是劉曉倩老師（通訊作者）不斷鼓勵我。當時的我雖然還未準備好，但是機會難得，要勇於接受挑戰，雖是一場意外，卻帶給自己不一樣的衝擊！報名時間適逢學校期末考，所以在海報製作和內容部分主要是由指導老師幫忙完成，但是實驗細節、行前準備及口頭報告就要自己想辦法了。劉老師提醒我既然科展主題是做手工抄紙，應該再去探訪一下埔里廣興紙寮，仔細詢問傳統抄紙與實驗室手工抄紙的差別，順便買一些可以吃的紙，想到埔里名產刺蔥，葉子味道十分濃郁，但抗氧化成分很高，日本人應該了解不多，乾脆買幾包到日本分享。廣興紙寮現場還販賣一種用紙做的潤餅皮，內餡是紫糯米及麻糬，紙皮脆脆的，入口後甜甜鹹鹹的，真的很棒，只是放久了紙皮會變軟，攜帶不方便。 n  研討會海報發表 七月二十八日抵達日本飯店（Tokyo Bay Arike Washington Hotel），我心急地攤開海報，一次又一次地練習，在外國用英文口頭報告，還是第一遭！Toxic gas、methanol與 formaldehyde等各種生澀的化學專有名詞，在昏黃的燈光下看起來格外不清晰，不知道隔天「簡報及展示發表」會發生什麼問題，各式各樣的煩惱伴隨著入夢…。   大會活動第一天，我手忙腳亂拿著從埔里廣興紙寮拿來的紫蘇巧克力紙和刺蔥巧克力紙，並寫下英文和日語拼音（圖一左），因為我剛好有學日文三年，所以日文終於派上用場了。看著時間一分一秒過去，心裡有些忐忑不安，彰化師範大學的楊水平教授及屏東大學的李賢哲教授是我第一組訪客（圖一右），他們認真的聽著我熟稔的解說，並對我的研究主題提出意見，例如：我做的是水果皮再生紙吸附有毒氣體的研究，然而卻未測出每一種再生紙的吸附極限值及是否有其他更精準的測定方法，其他建議如直接將紙攪爛再進行滴定…等，讓我了解到自己在科展時忽略及未想到之問題，最後教授誇獎我，解說很清楚，並在我給來賓寫下意見的筆記本寫下「化學是明日之星」，要我好好加油，往化學大道前進，這真的給我相當大的信心，對於面對其他來訪的貴賓也較能侃侃而談。   圖一：海報發表現場布置（左），海報展示和演示發表（右） 接下來是日本大西和子老師和東京學藝大學的研究生（見圖二），一開始我就請他們吃紫蘇巧克力紙和刺蔥巧克力紙，每個人都興致昂昂準備吃下時，還眼神懷疑地問我說，是不是真的紙？讓我不禁笑了出來，我用英文解說時，大家好像似懂非懂，所以我就適時加入日文解說及手工抄紙樣本，大家都說好有趣，紙也很好吃，雖然不知是否他們真的感覺好吃，總之我心裡還是很開心。來自各個城市的老師們對手工抄紙及食用紙都頗感興趣，也有不少教授對吸附甲醛等有毒氣體可以應用於壁紙及口罩覺得是可行的計畫，希望我能做更多研究。 圖二：日本師生對於手工紙和可以吃的紙感到好奇 海報發表的同時，收到不少的名片，有的名片上還有簽名和問候語，十分溫馨，我也送出不少手工抄紙，或許大家不能再次相遇，不過希望這次的海報展示，可以給他們一些科展的啟示和點子，這樣我就覺得自己的努力是有價值的。 n  高中實作實驗和海報發表 活動第三天來到東京學藝大學附屬高中，參訪一開始，學生便以流利的英語及簡報介紹校園活動及祭典，例如：辛夷季、下馬季…許多五花八門的各種慶典，日本學生的活動真的好多，讓我十分羨慕。 聽完詳細解說，我們前往化學實驗室，由岩藤老師指導大家做美麗又實用的藍染實驗（見圖三左），不同國家的學生被分配在同一組互相交流，跟我一組的日本女學生知道我來自臺灣，十分高興，因為她曾經在臺北日僑學校待過幾年，她一直說臺灣的東西都好好吃，可是我覺得日本的拉麵、茶漬飯及各種甜點，也都好好吃耶！大家一邊聊天一邊做實驗，絞盡腦汁想著染布花樣，該如何綁竹筷及彈珠，他們只見我手忙腳亂設計的花式，就捧腹大笑，歡樂的氣息充滿實驗室。 看著藥劑從翠綠至深藍，嗯…好像抹茶變成蘇打啊，剛好肚子也餓了，結果看著成品的藍色好淡好淡（見圖三中），跟白色沒樣，遠觀老師們的作品，湛藍清晰又充滿質感（見圖三右），讓我不禁忌妒起來，想想自己的實驗步驟應該沒錯，不禁懷疑會不會配方不一樣呀？忍不住問了一下日本學生，他們也不是很清楚，由於時間很趕，這件事一直放在我心裡，回學校一定要跟同學和老師研究一番。     圖三：岩藤老師親自教導實驗（左），我的藍染顏色很淡（中），清大傅麗玉教授的染布藍色深淺分明好漂亮喔！（右） 接下來就是學生海報發表，與日本和韓國學生一起交流（見圖四），日本高中生的專題研究相當有趣，有的研究菇類蛋白質、魯米諾反應、蕨類蒸煮時如何去除苦味等生活化題目，與在科學未來館的研究生相比，這些高中生可說是英文十分流利，與我同一組做藍染的日本同學，非常積極地用畫圖和圖片詳盡解說，感覺十分強大，看來我的筆記功力要好好加強，相信我應該也是有實力做好的啊！ 圖四：與日本師生（正中央為岩藤老師）一起交流 n  學生心得和檢討 我（第一作者）將第一天在大會報告的資料，在高中生交流時段重新再次報告一次。在這裡我發送很多名片和食用紙，日本的學生也總是很積極詢問。雖然有些高中生英文口說不甚流利，卻仍努力抄筆記並詢問問題。相較之下，我常常在聆聽別人科展發表時，找不出要問的問題，再者學校課業繁重，也少有機會跟同學一起討論科展及找資料，仔細想一下，也許臺灣教育較重視升學，老師為了怕我們花太多時間找資料，所以很多科展資料都是老師找好的，我們最多只是做到老師要求的目標而已，因此在學習上較為被動，我自己也常覺得學習不夠扎實，而且也較不會主動去思考，遇到問題時也常會亂了陣腳。 此次交流活動，無形中增進了自己的語文能力，準備過程雖然匆促，但因為同行教授、老師及同學的幫忙，我充滿自信也覺得十分放心！即使在學校參訪時忘了帶海報，臺灣高中化學學科中心的雅雯姊和學藝大學附中教職團隊聯手，很神奇地在半個小時內重新印製出來全開精緻版，真是太厲害了，但我自己也實在太粗心竟忘了帶海報！我相信自己未來可以做得更好，可以成為團體中舉足輕重的螺絲釘，如果現在還不夠好，這代表著我的學習正在起飛，不是嗎？ n  教師指導心得 教師（通訊作者）指導學生參與國際發表時常遇到的難題是，英文論文寫作及口語表達，尚峰個性活潑但在英文口語表達上較缺乏自信，所幸該會議是在暑期進行，有較多時間可以練習，指導過程中兩人常有意見相左的時候，感謝教授協助修改及學校英文老師幫忙，順利完成海報寫作，指導過程中，雖然對學生有很多的期許，無形中也產生一種壓力，其實學生最需要的是鼓勵，鼓勵他們不要怕講錯，熱誠及耐心是最好的國際語言，發表過程其實是一次又一次的口語訓練，藉由交流擴展了自己的視野，也在與會現場學到很多教學技巧及靈感，實在太棒了！  

發現苯環 李啟讓1, *、洪振方2 1國立屏東女子高級中學（退休） 2國立高雄師範大學科學教育暨環境教育研究所 *li483739@yahoo.com.tw 十八世紀後，冶金工業的發展促進煤焦的生產，同時，作為工業燃料和家庭照明的煤氣，也有大量的需求。而煤焦和煤氣的大量副產品是煤焦油。最初，煤焦油只是一種廢棄物。十九世紀初，科學家在煤焦油中分離出大量芳香族化合物，並以它們為原料來生產染料。可是人們對芳香族化合物的結構一無所知，然而在生產染料等許多有機化合物的過程中，當時科學家迫切需要知道芳香族化合物的結構與性質。 n  苯的發現 苯是一個充滿傳奇性的有機分子，在1825年法拉第（M. Faraday, 1791–1867，英國人）由鯨魚油製得的照明煤氣燈的殘渣中首次分離出苯，稱之為「氫的重碳化物」。1834年再經德國化學家密切立希（E. Mitscherlich, 1794–1863，德國人）由安息香樹膠和石灰共熱製得苯，並求出其分子式為C6H6。後來，直到1845年德國化學家馮·霍夫曼（A. W. von Hofmann, 1818–1892，德國人）也從煤焦油中發現苯，苯的名稱才告確定。 n  化學家凱庫勒的一生 1829年9月7日，凱庫勒（August kekulé, 1829–1896，德國人）（見圖1）出生在達姆斯塔特，他和李必希（Liedig, Justus von, 1803–1873，德國人）是同鄉。凱庫勒從小就很聰明，對數學和製圖尤為擅長。18歲時，遵從父親的意願考入吉森大學學習建築學，但是不久受李必希的影響改學化學。1856年，他回到了德國，任海德堡大學的講師，兩年後，來到比利時的根特大學任化學教授。1867年再回到了德國，任波恩大學的化學教授，後來任波恩大學的校長。於1896年7月13日，凱庫勒在波恩逝世。 在波恩大學的凱庫勒，常以吉森大學的李必希為榜樣。因為凱庫勒教出了許多優秀的學生，在最初的五屆諾貝爾化學獎得主當中，他的學生就包辦了其中三屆；所以凱庫勒被譽為史上最傑出的化學教授之一。 圖1：凱庫勒（August kekulé） （圖片來源：https://en.wikipedia.org/wiki/August_Kekulé） n  原子結合的密碼 對19世紀時的化學家來說，複雜的有機化合物還是很難理解。直到1857年，德國化學家凱庫勒提出四價碳學說，他認為碳與碳相互連結是有機分子的主要結構，這種構造成為有機化合物的主要骨架。不過四價碳學說不是凱庫勒獨有的見解，其實蘇格蘭人古柏（A. S. Couper, 1831-1892，英國人）更早就在進行相關研究，而且可能對凱庫勒有所啟發。這個四價碳學說在其他場合應用良好，我們可以想像碳有4隻手；例如甲烷（見圖2），就是一個碳原子透過4個單鍵，連接了四個氫原子所構成。 圖2：甲烷結構式 （圖片來源：https://zh.wikipedia.org/wiki/甲烷） 凱庫勒首先提出「苯」是長鏈式結構，又因其結構與實驗結果不符而被一一否定。在「苯」（見圖3）這種分子裡面，6個碳原子的周圍，都只會接2個或3個原子，化學家認為它應該很不穩定。 圖3：「苯」的長鏈式結構 （圖片修改自：https://zh.wikipedia.org/wiki/己烷） 儘管苯的分子式C6H6早經確定，但是其分子結構卻遲到1865年，才被日有所思，夜有所夢的凱庫勒，經由夢中獲得的啟示發現。其中的緣由是苯分子的特殊結構，依照分子式C6H6苯是未飽和化合物且化性異於其他烴類，故苯的分子結構困擾了許多化學家。距離它於1825年首次與世人見面，整整有40年之久。 n  夢中獲得的啟示 關於凱庫勒提出苯分子為環狀結構的經過，一直是化學史上的一則趣聞。據凱庫勒說法：這來自於一個夢（見圖4）。一天夜晚，他在書房中打瞌睡，眼前出現旋轉的碳原子，碳原子的長鏈和蛇一樣盤繞捲曲。忽然，一條蛇咬住自己的尾巴，並旋轉不停，自己像觸電般猛然驚醒。 圖4：凱庫勒夢中的一條蛇 （圖片來源：https://tw.images.search.yahoo.com/search/images） 在1865年，凱庫勒從夢中獲得的啟示，整理出苯環結構的假說，終於悟出閉合鏈的形式是解決苯分子結構的關鍵。他提出苯分子是一個由6個碳原子以單鍵、雙鍵交替結合而成的環狀鏈式（見圖5）。 圖5：凱庫勒提出的苯的環狀鏈式結構 （圖片來源：作者繪製） 凱庫勒並在1872年提出，苯環是單、雙鍵交替排列的六角形平面環狀結構。他認為苯的兩種形式處於快速平衡的狀態，苯分子的每一個碳原子各與2個碳原子和1個氫原子連接成六角形，圖6為簡化後的凱庫勒式結構。 圖6：簡化後之苯的凱庫勒式結構 （圖片修改自：龍騰文化黃得時教授主編普通高中，100年~106年版基礎化學(二)全，頁61。本圖顯示凱庫勒式結構中，苯的鍵長。單鍵 > 雙鍵） […]

動手動腦學化學：猜猜我是誰—溶液篇 施建輝 國立新竹科學園區實驗高級中學 教育部高中化學學科中心 schemistry0120@gmail.com n  以學生為中心的教學活動設計 臺灣的學校教育長久以來是以教師講授、學生聽課為主要的教學方式，隨著時代的變遷，個人獨立思考、分析與解決問題等能力的培養，為諸多專家學者一再強調並呼籲教學現場改變教材教法。預定於107學年度實施的新課綱也訂定減少必修課增加選修課的方向，所有於一線教書的老師們都要有應變的心理準備。 本人於新竹科學園區實驗高級中學任教多年，於校內開設一門頗受學生歡迎的選修課：「化學入門」。近年來，本人另開發一套「動手動腦學化學」的教材，目標是期望老師們能以學生為學習中心，教師則扮演適時引導的角色，讓學生能從「動手」實作進行觀察與學習，進而「動腦」面對挑戰，培養解決問題的能力，最後在有趣、刺激的過程中「學化學」並培養對化學這個學科的喜好。本文要介紹的是「動手動腦學化學」的教材內容之一：「猜猜我是誰—溶液篇」，這是一門以學生為學習中心的教學內容，在實際進行教學時，學生的反應都相當熱烈，於教學上得到非常好的成果。本人於教育部的「518研習計畫」擔任「差異化教學」與「有效教學」的講師時，都以「猜猜我是誰」與研習老師們分享，也得到老師們正面的肯定。這次將藉著《臺灣化學教育》的專欄，詳細介紹這個教案的實施方式供老師們參考。當然，各位老師可根據服務學校的學生基礎更改課程內容或實施方式，「運用之妙，存乎一心」，更期望能有更多老師們提出個人開發的教學方式，供大家做為改變教學方式的參考。若有意願分享教學活動設計的老師，請將稿件寄至本人信箱。 n  猜猜我是誰−溶液篇 一、建立基本資料表 學生對各種類型的化學反應並不熟悉，必須先幫助他們建立「溶解度規則」的基本資料表。本文以陰離子與陽離子的反應為例，此基本資料表的實驗結果對學生學習幫「溶解度規則」有甚大的助益，建立此資料表也要求學生寫出化學反應式，藉此增進學生正確寫出化學式和化學反應式的能力。 在實驗進行時，混合溶液的反應所使用的簡易器材如下： 1.        將黑色圖畫紙裁切成適當大小，裝入平口袋中，即可取代玻璃片進行反應，如圖1（左）所示。若生成的沉澱為黑色或深色，則可在一半的黑色與白色的圖畫紙或全部黑紙上進行實驗，如圖1（右）所示。   圖1：黑色圖畫紙與平口袋（左），一半黑紙和白紙以及全部黑紙（右） 2.        平口袋是聚丙烯（PP）製成，具疏水性，故溶液在其上呈球狀而不會散開，實驗結果如圖2所示，使用效果比玻璃片更佳。 圖2：平口袋上的溶液混合實驗 (一)     碳酸根與陽離子的反應 1.        製作碳酸根與陽離子的反應的表格，如表1所示： 表1：碳酸根與陽離子的反應 2.        實驗結果與討論   圖3：碳酸根與陽離子的反應結果（左）和碳酸銀沈澱呈淺棕色（右） (1)     實驗結果見圖3，教師引導學生如何記錄實驗結果，例如生成氣體者，記錄為「↑」，生成沉澱者記錄為「↓」，若前者記錄為「CO2↑」、後者記錄為「⋯色↓」，則更佳。 (2)     碳酸根與酸的反應會生成CO2，可要求各組學生討論並寫出其化學反應式，加深學生的印象，同時學習如何寫化學反應式，此化學反應如式[1]所示： CO32−(aq) + 2H+(aq) → CO2(g) + H2O(l)    [1] (3)     碳酸根與其他陽離子（Sr2+、Ba2+、Pb2+、Ag+）反應會生成白色沉澱，同樣地可要求各組學生討論並寫出其化學反應式。以Ag+為例，其化學反應如式[2]所示： CO32−(aq) + 2Ag+(aq) → Ag2CO3(s)    [2] (4)     CO32−與Ag+反應時，有時會看到淺棕色的沉澱生成，如圖3（右）所示，此時教師應該告訴學生Ag2CO3是白色沉澱，並請學生討論看到的淺棕色沉澱是何種物質。教師帶領學生討論後，對淺棕色沉澱生成的原因總結如下： (a)      […]