化學示範起始探究與實作   楊水平 國立彰化師範大學化學系yangsp@cc.ncue.edu.tw 《臺灣化學教育》第40期的專題為〈化學示範起始探究與實作〉，延續第37期的專題〈中學化學示範〉，繼續出版之前未出刊的文章，並邀請中小學教師撰寫透過化學示範起始探究的文章，以豐富本期的內容。除了本篇領頭文章之外，這期的專題文章計有六篇，都有化學示範起始科學探究與實作的內涵，大部分符合十二年國民基本教育國民中小學暨普通型高級中等學校自然科學領域課程綱要的標準，這些符合新課綱規範的文章都在其「前言」處有條目編碼的具體描述。期望這些文章對中小學化學教學有所助益，並能立即可用於小中學的現場教學。 本文首先介紹化學示範教學的理論；接著，整理十二年國教自然科學領域課剛中的化學示範；然後，探討化學示範起始科學探究；最後，概述本期專題的文章導讀。 n  化學示範教學的理論 Liem (1987) 提到：藉由引人注意的示範和歧異事件，教師精心規劃教學策略來喚起學生的學習。Kibler (2019) 提到：歧異事件使學生產生興趣和好奇心為了探究有關特別的現象。歧異事件（discrepant event）創造認知失調（cognitive dissonance），因為歧異事件的觀察與學生先前經驗是直覺相反的，使得學生迅速地產生疑問。Cini (2018) 提到：歧異事件是藉由呈現非期望的結果而無視我們對世界理解的事件。這些現象經常被用於科學示範，以吸引觀眾的注意力並吸引視覺學習者。 Shakhashiri (1989) 提到：課堂示範能夠幫助學生在化學反應和化學性質上的注意力，並且增進學生的化學知識和體認。課堂示範應該是一個過程，而不是一個單一事件（作者按：歧異事件）。 化學反應千變萬化，聲光色俱全而且多彩多姿。化學示範（Chemical demonstrations）是透過驚奇有趣的化學實驗來展示化學的奧妙和魅力，在教學中常創造歧異事件以互動方式來引起學生對化學的興趣，進而促進學生對化學知識的理解。因此，化學示範強調娛樂性和教育性，它是一種非常有勁道的教學策略。 n  十二年國教自然科學領域課剛與化學示範 根據「十二年國民基本教育課程綱要國民中小學暨普通型高級中等學校‒自然科學領域」，其實施要點提到「教材編選時應依十二年國民基本教育自然科學領域課程綱要精神與內容，鼓勵學生動手實作體驗，合適安排各年段的實作課程，以達到規定的時數，其中國民中學教育階段應有三分之一節數為實作體驗課。為提高學生學習興趣，增進學習效果，得適時設計示範實驗、戶外教學等活動。」。因此，化學教師設計化學示範實驗是有其需要性。自然科學領域課程綱要在「學習內容說明」有明確地提到教學實施的方式以「示範」來進行，在第四學習階和第五學習階段的綱要描述中，有關化學示範方面整理如下。 (一)      在國中自然科學方面 表一：第四學習階段涉及化學示範的學習內容 主題 次主題 學習內容 學習內容說明 物質的反應、平衡及 製造（J） 化學反應速率與平衡（Je） Je-Ⅳ-2 可逆反應。 2-1 從示範實驗或影片介紹可逆反應的簡單實例。（P. 149） 物質的反應、平衡及 製造（J） 化學反應速率與平衡（Je） Je-IV-3 化學平衡及溫度、濃度如何影響化學平衡的因素。 3-1從演示或實驗影片說明溫度或濃度改變時如何影響化學平衡，不需要記憶反應結果與反應式。（P. 149） 物質的反應、平衡及 製造（J） 有機化合物的 性質、製備及反應（Jf） Jf-Ⅳ-3 酯化與皂化反應。 3-1 以示範實驗或實作方式進行酯化與皂化反應。並實際體驗酯類的特殊氣味及肥皂的清潔能力。（P. […]

化學示範起始探究與實作：「紙火鍋不著火」的教師示範與學生探究   林秀貞1, *、林碧玲2、周梅雪2 1桃園市立大業國民小學2桃園市立同德國民小學*sjean.lin@gmail.com   n  前言 紙火鍋的紙不會燃燒的原因是火鍋中水的沸點是100℃度，紙杯的燃點約160℃，烘焙紙燃點約220℃，當溫度達到100℃時，熱能供給汽化需要，使溫度暫停於100℃，直到水沸騰，蒸發殆盡，溫度才會繼續上升達到紙杯的燃點，引發紙的燃燒。 本活動主要的教學目標是使學生了解燃燒三要素中的燃點，物質未達燃點不會燃燒。然而，在國小教學現場，試問學生紙火鍋不會燃燒的原因，許多學生會猜測，例如：燭火的高度過高、使用防火紙等原因而使紙不會燃燒，往往沒有注意到紙的燃點高低。因此，本課程設計者試圖轉換此主題成為科學探究的課程設計，讓學生觀察後寫下問題和假設，設計實驗並進行實驗，以實驗結果支持或否決假設，並下結論。體會假設需由結果支持或否決，若實驗結果不支持假設，則假設不成立。本文主要描述以探究教學流程呈現教師如何引導國小學生的探究學習的情況。 在108課程綱要「十二年國民基本教育課程綱要國民中小學暨普通型高級中等學校—自然科學領域課程綱要」中，提到學習主題2：「自然界的現象、規律及作用」，跨科概念「交互作用（INe）」，第三學習階段的學習內容「INe-Ⅲ-3 燃燒是物質與氧劇烈作用的現象，燃燒必須同時具備可燃物、助燃物、並達到燃點等三個要素。」此探究實驗旨在幫助學生探究物質的燃點。再者，實驗加熱過程中水溫的改變，可讓學生經歷：課題1：「自然界的組成與特性」，跨科概念「物質與能量（INa）」，第三學習階段的學習內容「INa-Ⅲ-8 熱由高溫處往低溫處傳播，傳播的方式有傳導、對流和輻射，生活中可運用不同的方法保溫與散熱。」此探究實驗可讓學生經歷熱的傳播使水溫上升。 在108課程綱要「十二年國民基本教育課程綱要國民中小學暨普通型高級中等學校—自然科學領域課程綱要」中，提到學習表現：「po-Ⅲ-2能初步辨別適合科學探究的問題，並能依據觀察、蒐集資料、閱讀、思考、討論等，提出適宜探究之問題。」、「pe-Ⅲ-2能正確安全操作適合學習階段的物品、器材儀器、科技設備與資源。能進行客觀的質性觀測或數值量測並詳實記錄。」、「pa-Ⅲ-1能分析比較、製作圖表、運用簡單數學等方法，整理已有的資訊或數據。」、「pc-Ⅲ-2能利用簡單形式的口語、文字、影像（如攝影、錄影）、繪圖或實物、科學名詞、數學公式、模型等，表達探究之過程、發現或成果。」本探究課程可讓學生在活動中察覺紙火鍋不著火的問題，猜想影響因素，進行實驗設計，並透過操作獲得結果，全班討論分享、溝通表達，獲得結論。 n  教師示範實驗 一、  觀看示範實驗影片 影片網址：今天來吃紙火鍋示範篇，https://youtu.be/WnAn92yW1EA。 n  教學前準備 一、需用器材和材料 每班用量：不鏽鋼濾網勺（細的，4吋） 1個、不鏽鋼濾網勺（粗的，4吋） 1個、紅色小蠟燭（10入） 3盒、紅色大蠟燭（10入） 3盒、紙杯（150-200 mL） 12個、圓馬芬杯（薄的，可耐高溫220℃、紙質比紙杯薄） 1個、圓馬芬杯（厚的，可耐高溫220℃，紙質比紙杯厚） 1個、食鹽 1包、溫度計（200℃） 12支、打火機 1只（教師保管）、鐵絲或木夾（固定紙杯用） 12支、計時器 6個、蛋糕底紙╱烘焙紙（50張入，可耐高溫220℃） 1包（或萬用調理紙 1捲），水（100mL） 6杯。註：可視各組研究主題，自由領取不同材料，教師可多準備。需用器材和材料，如圖一所示。             圖一：需用器材和材料 n  學生探究活動 一、  教師提問紙不會燃燒的原因 (一)   教師提問 1.  你們有沒有用過紙火鍋煮食物？有用過紙火鍋的請舉手….. 2.  在哪裡用過？有些日本料理店有賣紙火鍋……1940年，日本人發展出雪雁火鍋，用紙的來吸收雪雁肉的油脂，讓口感比較清爽不油腻，很受歡迎。 3.  你們覺得這個紙火鍋與一般的小火鍋比起來什麼部份最神奇？（讓學生能自己察覺紙不會燃燒） 4.  […]

化學示範起始探究與實作：「愛玉成凍」教師示範起始學生探究   李祥菁1, *、李易儒2、何莉芳3 1臺中市立大道國民中學2新竹縣立東興國民中學3臺中市立福科國民中學*po0520@st.tc.edu.tw   n  前言 在108年「十二年國民基本教育課程綱要國民中小學暨普通型高級中等學校—自科學領域課程綱要」中揭示學習重點包含學習內容與學習表現。過去傳統教學模式多著重於科學認知（學習內容）的傳達，新課綱在學生面對科學探究能力與科學態度（學習表現）則有更多強調。 本探究課程的科學內涵符合在「十二年國民基本教育課程綱要國民中小學暨普通型高級中等學校—自科學領域課程綱要」中學習內容相關描述，如表一所述。本探究課程的科學探究亦符合新課綱的學習表現相關描述，如表二所述。 表一：「愛玉成凍」的學習內涵符合新課綱的學習內容 主題 副主題 學習內容 物質的組成與特性（A） 物質的形態、性質及分類（Ab） Ab-Ⅳ-4物質依是否可用物理方法分離，可分為純物質和混合物。 能量的形式、轉換及流動（B） 生物體內的物質與能量（Bc） Bc-Ⅳ-1生物體經由酵素的催化新陳代謝，並以實驗活動探討影響酵素作用速率變化得因素。 物質的結構與功能（C） 物質的分離與鑑定（Ca） Ca-Ⅳ-1實驗分離混合物，例如：結晶法、過濾法及簡易濾紙色層分析法。 物質的反應、平衡及製造（J） 水溶液中的變化（Jb） Je-Ⅳ-1實驗認識化學反應速率及影響反應速率的因素，例如：本性、溫度、濃度、接觸面積及催化劑。 Jb-Ⅳ-3不同的離子在水溶液中可能會發生沉澱、酸鹼中和及氧化還原等反應。 表二：「愛玉成凍」的探究學習符合新課綱的學習表現 項目 子項 學習表現 探究能力問題解決（p） 觀察與定題（po）   計畫與執行（pe）   分析與發現（pa）   討論與傳達（pc） po-IV-1能從學習活動中，進行各種有計畫的觀察，進而能察覺問題。 po-IV-2能以科學方式尋求解決問題的假說，並能依據假說，提出適宜探究之問題 pe-IV-1能辨明多個自變項、應變項並計劃適當次數的測試、預測活動的可能結果。 pe-IV-2能正確安全操作器材儀器、進行客觀的質性觀察或數值量測並詳實記錄。 pa-Ⅳ-1能分析歸納、製作圖表、使用資訊及數學等方法，整理資訊與數據。 pe-Ⅳ-2能正確安全操作適合學習階段的物品、器材儀器、科技設備及資源。能進行客觀的質性觀察或數值量測並詳實記錄。 pc-Ⅳ-2能利用口語、文字與圖案、繪圖或實物、科學名詞、數學公式、模型或以報告表達完整之探究過程、發現與成果、價值、限制和主張等。 探究能力思考智能（t） 推理與論證（tr） tr-Ⅳ-1能將所習得的知識正確的連結到所觀察到的自然現象及實驗數據，並推論出其中的關聯，進而運用習得的知識來解釋自己論點的正確性。 科學態度與本質（a） 培養科學探究的興趣（ai） 養成應用科學思考與探究的習慣（ah） ai-IV-1動手實作解決問題或驗證自己想法，而獲得成就感。 ai-IV-2透過與同儕的討論，分享科學發現的樂趣。 ah-Ⅳ-1對於有關科學發現的報導，甚至權威的解釋（例如：報章雜誌的報導或書本上的解釋），能抱持懷疑的態度，評估其推論的證據是否充分且可信賴 […]

化學示範起始探究與實作：「蝶豆花漸層變色飲料」的示範和探究   李妙瑟1, *、翁秀玉2、段曉林3、陳均伊1 1國立嘉義大學數理教育研究所2國立嘉義大學附設實驗國民小學3國立彰化師範大學科學教育研究所*nonoyy123@gmail.com n  前言 近來市面上興起「蝶豆花漸層變色飲料」，此與國小高年級「水溶液的酸鹼性」單元相關，可做為延伸教材。坊間或網站出現許多製作漸層變色飲料的教學，但大部分為食譜式教學，也就是學生跟著教師的指示調配出漂亮的漸層變色效果。本教學活動是第一作者參與段曉林教授的「全國中小科學教師探究課程設計與執行能力提升計畫」下研發出此教材，希望以科學探究教學模式來引導學生探索「蝶豆花漸層變色飲料」的調配方法。 「蝶豆花漸層變色飲料」調製成功的關鍵有二點：(一)材料放入的順序：蝶豆花水要最後再加入，如果是其他材料最後加入會引起液體的混合，無漸層變色效果。(二)冰塊要多：當蝶豆花水一開始倒入先遇到檸檬汁會變成紅紫色，再來，因蝶豆花水有冰塊阻擋減緩了衝擊力，變成緩慢的往下流，不攪亂底層的檸檬汁，使後面加入的蝶豆花水維持原來的藍色。 「蝶豆花漸層變色飲料」的教學設計分為兩階段： （一）化學示範：教師展示坊間調配成功的「蝶豆花漸層變色飲料」，並現場示範調配出一瓶失敗的，引發學生想要調配成功的學習動機。 （二）科學探究：學生由蝶豆花飲料的材料中，討論可能影響漸層變色的因素，冰塊、果糖、蝶豆花水濃度、材料放置順序…等，再讓學生針對其中一個變因，實驗設計後進行驗證，有可能在這一輪的探究歷程中，有小組調製的對照組與實驗組都是失敗的，可以讓學生討論後再修正實驗設計，進行第二輪探究活動。 其設計理念為「酸鹼指示劑的蝶豆花水在飲料中能產生漸層變色」的概念，進行自製漸層變色飲料之探究活動，體會「酸鹼指示劑在生活中的應用」，並增加學生藝術創作的驚奇，最後再享用自製漸層變色飲料之興奮與滿足感。 本教材的學習內容是「水溶液的酸鹼性」為物質間的交互作用，在108課綱中，明確地提到主題「物質的反應、平衡與製造（J）」和次主題「酸鹼反應（Jd）」，以及第三學習階段的學習內容「INe-Ⅲ-5常用酸鹼物質的特性，水溶液的酸鹼性質及其生活上的運用。」 本教材在學習表現方面，希望培養學生問題解決中的觀察與定題（po）、計劃與執行（pe）、分析與發現（pa）、討論與傳達（pc）的能力；思考智能中的想像創造（ti）、推理論證(tr)的能力；培養科學探究的興趣（ai）、應用科學思考與探究的習慣（ah）等態度。 n  需用材料和器材 離心管（50 mL） 6支/組、長型透明罐（500 mL） 6罐/組、豐年果糖（500 g） 1罐、檸檬汁（250 mL） 1罐、圓柱冰塊（600 g） 1包、蝶豆花（50 g） 1包、蝶豆花水（蝶豆花浸泡於熱水中），如圖一所示。 圖一：「蝶豆花漸層變色飲料」所需材料 n  教師化學示範 一、  示範前準備 教師於課前事先自製一瓶成功的「蝶豆花漸層變色飲料」（視為坊間販賣的飲料），其製作流程如下：先在500 mL的長型透明罐內倒入果糖，再倒入檸檬汁，其總量不超過瓶身的1/5，搖晃均勻後，加入冰塊至瓶口，再緩緩倒入蝶豆花水於冰塊縫隙中，最後完成「蝶豆花漸層變色飲料」，如圖二左所示。 二、  教師示範 教師說明目前市面上流行新的飲品「蝶豆花漸層變色飲料」，材料有果糖、檸檬汁、冰塊與蝶豆花水，該如何做出色彩繽紛的漸層變色飲料呢？教師現場製作一瓶失敗的「蝶豆花漸層變色飲料」，使瓶內無產生漸層變色，其製作流程如下：先在500 mL的長型透明罐內倒入蝶豆花水後，再依序倒入檸檬汁、果糖與冰塊，最後完成「蝶豆花變色飲料」，如圖二右所示。   圖二：成功的（左），失敗的（右）配製的「蝶豆花漸層變色飲料」 n  學生科學探究 一、  引起動機 教師將課前準備的「蝶豆花漸層變色飲料」與故意錯誤示範的飲料，讓學生做兩者的比較，如圖三所示。學生進一步思考蝶豆花飲料漸層多色的原因，了解「蝶豆花水原來顏色是藍色，遇酸偏紅紫色，遇鹼偏綠色，分別在酸性、中性、鹼性會有三種顏色的變化，是一種酸鹼指示劑。」透過蝶豆花水的酸鹼變色，製造出漸層多色的飲料。 圖三：失敗的（左）與成功的（右）的「蝶豆花漸層變色飲料」 二、  探討影響漸層變色飲料的因素 學生以小組合作方式，利用便利貼討論哪些因素可能會影響漸層變色，並進行分類。完成後請學生上台發表，發表後教師引導台下同學提出質疑，如：寫「冰塊」指的是有無碎冰塊或碎冰塊量？最後教師統整與回饋「影響漸層變色的因素」，如冰塊、糖量、檸檬汁濃度、蝶豆花濃度、瓶身高度、倒入方式與加入順序等，如圖四所示。 圖四：各組學生提出後全班歸類，教師統整可能影響「蝶豆花漸層變色飲料」的因素 三、  實驗設計 […]