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2019國際元素週期表年(IYPT): 門得列夫化學元素週期表 最具突破性的研究報告是哪一篇? / 邱美虹

Thursday , 17, January 2019 Comments Off on 2019國際元素週期表年(IYPT): 門得列夫化學元素週期表 最具突破性的研究報告是哪一篇? / 邱美虹

2019國際元素週期表年(IYPT): 門得列夫化學元素週期表 最具突破性的研究報告是哪一篇? 邱美虹 國立臺灣師範大學  科學教育研究所mhchiu@gapps.ntnu.edu.tw   n  前言 科學家進行研究時,是在不斷面對問題、不斷解題的過程中累積研究的能量與智慧,並在適當的時機下產生打破僵局的研究成果,使研究得以邁向另一個新的里程碑。然而科學家重大的研究成果,究竟應以同一主題下所發表的第一篇文章屬最具突破性呢?還是被引用的次數最多的呢?這是一個有趣且值得深入探討的問題。門得列夫找到元素的規律性而提出元素週期表的想法分別在1869年發表一本書,兩篇期刊論文、1871年發表兩篇和1872年發表一篇文章,本文即根據相關文獻對此作簡介,或許可以提供讀者對門得列夫的貢獻和科學成果的價值有進一步的認識。  n  化學突破獎的由來 2006年美國化學會(American Chemical Society, 簡稱ACS)化學史組 (Division of the History of Chemistry, HIST)首次設立化學突破引用獎[Citation for Chemical Breakthrough (CCB)Award]。該獎項旨在肯定ACS所有科學出版品中具突破性的論文、書籍、和專利。當年第一屆有一本書、三個專利、六篇論文獲獎。自2006年到2018年已頒發68個具突破性的科學成果獎項,其中最早的一篇是1787年由法國化學家德•莫法與拉瓦錫等人共同發表的文章(de Morveau, Lavoisier, Berthollet, & de Fourcroy, 1787),該篇文章在2015年獲得肯定。有關這方面的資料可以在HIST的官網找到(如註一所示)。 所謂「突破性」文章就是指在化學上提出革命性的概念,拓展了化學領域的廣度以及有長期的影響力。獎項委員會的篩選過程其實很簡單,就是評審委員給從推薦名單中根據優先次序分別給予10, 9, 8依序下去,得分最高的就是該年度獲獎的作品,在這些獎項中最具挑戰性的就屬論文獎,每年獲獎個數取決於因子間投票的分布情形(Seeman, 2013)。一般而言,都是以特定主題下第一篇發表的論文為主,但也未必,因為還要考慮哪篇文章才對該科學社群比較重要、哪篇文章造成轟動、或是哪篇文章被注意到且造成後續的影響?若是如此,那獎項委員會就需要有專業知識而不是只懂化學史的人來擔任評審委員(Seeman, 2013)。 n  門得列夫的週期表 2012年ACS的HIST將化學突破引用獎頒給蘇俄的聖彼得堡大學,以表揚門得列夫的貢獻。門得列夫在1869年-1872年之間共發表有關週期表的教科書一本和五篇文章,如表一所示,本文是以當年擔任HIST主席的Lewis(2014)一文為主要討論的內容,再佐以其他相關文獻的評析(註2)。 表一   門得列夫在1869-1872年之間依序所發表的重要文章 排序 年 發表的書名或期刊 語言 重點內容 1 1869a Osnovy Khimi (Elements of […]

第二十八期 主編的話 / 邱美虹

Monday , 12, November 2018 Comments Off on 第二十八期 主編的話 / 邱美虹

第二十八期 主編的話 邱美虹 國立臺灣師範大學科學教育研究所特聘教授國際純粹化學與應用化學聯盟(IUPAC)執行委員會常務委員中國化學會(臺灣)教育委員會主任委員美國國家科學教學研究學會(NARST)前理事長mhchiu@gapps.ntnu.edu.tw   本期專刊主要是報導IUPAC化學教育委員會在澳洲雪梨舉辦國際化學教育研討會(International Conference on Chemistry Education, ICCE)出席學者與教師的心得。這兩年一次的化學教育年會常會吸引世界各地對化學教學、課程、評量、實驗感興趣的研究人員或教師來共襄盛舉。由於長期投入化學教育的工作者總會在這雙年度大會分享自己的研究或教學成果,使得參與的人就如同一個大家庭一般,每次見面都有說不完的話、與分享不完的教學心得,有人拿了實驗設計向友人口沫橫飛的敘述自己的創作,有人在工作坊上與崇拜已久的同好相識心中無比激動,有人對研究與教學找到知己而建立新的研究團隊,舊雨新知的互動,讓人對這一社群有相當高的期待與認同感,也因為如此,我過去十多年間持續參加ICCE的理由。 常態性文章有邱美虹和曾茂仁以建模探究的方式進行化學電池單元的設計,並結合自然科學探究與實作的學習表現指標,使改良後的教學活動內容更能服膺新課綱的精神,該計裁並經實證研究證明有其正面的效益;廖旭茂的以雷射切割機完整開發一套電化學實驗模組;劉燕孝和廖家榮透過手機及App開發高中奈米硫粒實驗反應速率之測定的化學探究與實作課程,改善既有的實驗方式,充分利用行動裝置,除可以解決額外添購實驗器材的困擾,還可提升實驗數據測量的精準度,非常值得化學老師參考。黎渝秀利用季節性的材料製作天然柚香清潔劑,是結合生活與化學的一個實例,不僅可以提升學生好奇心,也可以寓教於樂,在即將展開多元選修課程之際,這一主題相信也會引起同學們的學習化學的興趣。劉曉倩長期投入帶領學生參加科展,此次是第三次獲選代表臺灣赴日參與日本SSH生徒科展發表會,在指導學生發、實驗設計、訓練學生發表等等,相當老到,其內容相當豐富可供有興趣向國際舞台邁進的老師參考。最後,希望你會喜歡閱讀這一期的內容!

2018國際化學教育研討會:看得到與看不到的化學 —出席國際化學教育研討會心得分享 / 邱美虹、周金城

Sunday , 11, November 2018 Comments Off on 2018國際化學教育研討會:看得到與看不到的化學 —出席國際化學教育研討會心得分享 / 邱美虹、周金城

2018國際化學教育研討會:看得到與看不到的化學—出席國際化學教育研討會心得分享 邱美虹1、周金城2 1國立臺灣師範大學科學教育研究所 2國立台北教育大學自然科學系1mhchiu@ntnu.edu.tw 2cccchou62@gmail.com 本期專題是以出席國際化學教育研討會的心得分享為主,五位作者分別就理論的新思潮–系統思考進行探討,第一篇文章是邱美虹教授從系統思考的定義著手,討論系統思考的元素及其關係,進而引介大同世界的化學的新思潮,以期待對化學教育勾露出一個新的里程碑。第二篇由國立臺北教育大學周金城教授進一步在其文章中提到系統思考是高層次的思維以及其在工程領域中的運用,並提出其個人對於系統思考與STEM教育的關聯性之看法。第三篇是由宏國德霖科技大學蘇金豆教授將此次研討會的整個活動概要的介紹,讓讀者可以對大會活動有一個整體的認識。第四篇是國立臺灣師範大學附屬中學吉佛慈老師將國際化學教育委員會的會議活動,全程參與大會活動心得,以及大會結束後的自行安排的活動行程也都做一個詳細的說明,讓未來有興趣參與國際化學教育研討會的高中老師可以提早安排規劃。第五篇的臺中市大甲高中的廖旭茂老師,他已有多次參與國際化學教育研討會的經驗,此次受邀安排一個化學實驗工作坊的活動,該文描述如何在國際化學教育研討會申請舉辦一個動手做實驗工作坊,以及在國內事前的文件申請與準備,到當地實驗活動前場地勘查與準備,辦理工作坊的過程,以及和來自全世界動手做化學實驗專家的交流心得,做了詳細的介紹,這是一篇很有意義的文章。本期的專題文章共有五篇,分別由不同角度來描述2018國際化學教育研討會的參與心得,讀者可依興趣選擇感興趣的主題閱讀。

2018國際化學教育研討會:國際化學教育會議之我見—談系統思考 / 邱美虹

Saturday , 10, November 2018 Comments Off on 2018國際化學教育研討會:國際化學教育會議之我見—談系統思考 / 邱美虹

2018國際化學教育研討會:國際化學教育會議之我見—談系統思考 邱美虹 國立臺灣師範大學科學教育研究所*mhchiu@ntnu.edu.tw n  前言 IUPAC 每兩年舉辦一次的國際化學教育研討會,2018年7月10-14日在雪梨舉辦。身為化學會的國家代表,我先於7/9出席IUPAC 化學教育委員會(Committee on Chemistry Education, CCE)會員會議討論與報告委員會各項事務,我因為執行一項11個科學組織合作的科學家性別差異的計畫案,遂於會中作進度報告。然後再於7/10 上午出席IUPAC國際計畫–化學教育中的系統思考(Systems Thinking in Chemistry Education, 簡稱STICE)的討論會議,下午再續開CCE會議的第二階段討論會議,並出席開幕式和第一場專題演講。會議期間除出席上述會議外,並出席大會各項專題演講、海報展示、分組報告等等活動。 圖1. 參與IUPAC 系統思考(Systems Thinking)計畫小組討論 此次共有來自30個國家268位與會者,其中人數最多的當然是澳洲計有97位,其次是美國39位、日本是13位、紐西蘭12位、加拿大和英國各10位,臺灣則是有7位出席(其中3位教授4位中學教師)。 大會主題報告共有四場,來自德國基爾大學(Kiel University, IPN)的IlkaParchmann是個非常傑出的化學教育學者,目前擔任該校學術與師培副校長的工作。她的報告圍繞在大學教育教學與人才培育上,與之前她在中學化學教育研究上的報告比較不同。但主軸仍是以化學中巨微觀概念的建立為主。其次,Peter Mahaffy and Stephen Matlin報告系統思考(Systems Thinking)。該計畫由IUPAC經費補助一群來自世界各國的教授共同探討如何在大學和中學化學教學中發展學生系統思考的能力。此議題雖非新概念,在其他領域早有人涉獵,但是在化學界卻是由Stephen Matlin 在Nature發表一篇重要文獻後才在IUPAC內引起注意。此次在大會中報告,主要是期待在化學教育界引起重視。而這兩位學者也在大會中安排數場相關議題的論壇,我有幸參與其中<系統思考與化學教育之學與教>一組而對與系統思考有關的多重表徵、複雜系統、非線性關係、交互作用等議題進行報告(Ho, et al., 2018)。本文後續會對此主題再加以說明。再者,專題演講還有加拿大的新秀有機化學教授Alison Flynn 針對大學有機課程的設計進行翻轉教學,雖然上課學生人數甚多,但在教學時Flynn盡量讓學生分成小組討論,並讓教師和學生產生更多的對話,使學習可以更加主動與引起興趣。最後,MarietjiePotgieter以南非在大學有限的資源下,如何利用網路將實驗能力建立起來做為演講的重點。每場演講都很精彩,也呈現嶄新的思考方式與教學策略,對推動化學教育工作很有啟發性。   n  系統思考的定義 系統思考在1987年時由Barry Richmond提出,他認為思考是一種動態的,透過動態思考(dynamic Thinking)可以追蹤自己對特定議題或挑戰產生一個隨時間而改變的表現路徑。而這種動態思考並非與生俱來的。Arnold 和 Wade (2015)在回顧許多學者對於系統思考的定義後曾指出,系統思考就是一種系統(system thinking can be viewed as a system),換言之,系統思考就是思考關於系統的系統(system of […]

科學建模本位的探究教學之教材設計 —以化學電池為例 / 邱美虹、曾茂仁

Monday , 5, November 2018 Comments Off on 科學建模本位的探究教學之教材設計 —以化學電池為例 / 邱美虹、曾茂仁

科學建模本位的探究教學之教材設計—以化學電池為例 邱美虹1,*、曾茂仁1,2 1國立臺灣師範大學科學教育研究所2臺北市立大直高級中學*mhchiu@gapps.ntnu.edu.tw n  前言 科學家對於模型的觀點,以及教師或學生對科學模型與建模的研究日漸受到重視,已不言而喻。十二年國民基本教育自然領域課程綱要已於107年9月16日通過,再度強調強化跨科統整的重要性,並以探究課程內容培養學生探究的能力,而且課程綱要亦提到以培養學生建模能力為主,這是首次在臺灣的課程綱要中出現的核心科學素養,本文主要的目的是介紹以建模為設計導向結合探究能力的培養,研發八年級科學核心概念之一—化學電池—的教材設計。 n  建模教材的架構 根據邱美虹(2015, 2016)提出建模過程中所需要的能力分成四階段八步驟,分別為:第一階段為模型發展階段,含模型選擇和模型建立;第二階段為模型精緻化階段,含模型效化和模型分析;第三階段為模型遷移階段,含模型應用(近遷移)和模型調度(遠遷移);第四階段為模型重建階段,含模型修正(弱重建)和模型轉換(強重建)。這四個階段在使用時並非是序列性的,所建立的模型無法有效地呈現數據的關係時,模型即失效,無法進行問題解決,這時必須要重新選擇與建立模型,再經歷效化確認後才能用於資料處理或問題解決情境中。所以建模歷程可能不同階段會出現小迴路(loop),以利建構有效與精緻化的科學模型。此建模過程如圖一所示。 圖一:建模歷程的相互關係(邱美虹,2016) 模型的建構強調科學模型,是由多個組成成分存在特定的複雜關係,再由多個複雜關係建構成一個系統或理論(見圖二)。模型的建立首先需選擇適當的組成成分或元件、確定成分或元件之間的關係、對所建立的模型進行評估、檢測,以確保其可行性,然後就所建立的科學模型進行資料的分析與應用,最後再視需要或問題情境,進行必要的修正與轉化。 圖二:模型中成份、關係和系統(或理論)間的關係(邱美虹,2016) 選擇化學電池進行教案的設計,主要是因為化學電池概念具有以下的屬性。 (一)化學電池具有多個元件,例如:電極(A)、鹽橋(B)、電解液(C)、電解質(D)、導線(E)等。 (二)化學電池多個元件之間存在特定的關係,例如:活性大小不同的金屬可以作為電極(AA’)、電解液能與電極反應(CA)、鹽橋含有電解質(BD)以維持溶液的電中性、導線連結電極(EA)等。 (三)化學電池中數個關係可以形成一個系統,例如:電解液與鹽橋內的電解質的關係(CBD)、電極與電解液的關係(AC)、導線與電極連結(AE)等而組成一個化學電池(ABCDE等)。 n  科學建模與探究過程的關係—建模本位之探究 為何探究過程還要有建立模型的過程呢?本文作者認為,十二年國民基本教育在探究過程中強調觀察與定題、規劃執行、分析與發現、以及討論與溝通,然而建模歷程可以更明確地指出在探究的過程中科學模型的建立是科學探究中思考智能重要的環節,也是學習科學知識的目標。從科學本質的角度觀之,科學建模的歷程是透過評估、測試、應用和修正的過程,探究能力的思考智能逐漸改變而趨向於科學模型。2019年即將實施的十二年國民基本教育自然領域課程綱要將與世界科學課程接軌,強調在探究的過程能有系統地發展出科學模型,回歸科學本質,強調建模和探究關聯的重要性,兩者之間可相輔相成,使教學與學習活動的目標更加明確且具操作性。 本文將介紹如何將建模架構(邱美虹,2016)和12年國教之探究能力相互結合,成為「以建模為本的探究(Modeling-based Inquiry, MBI)」教學模式(如圖三所示),並據此進行教學活動之設計。圖三顯示MBI的設計架構,是從驅動問題出發,學生運用自己的素樸模型進行個人模型的發展,透過觀察與想像擬定探究的主題;第二階段進行素樸概念所建立的模型的精緻化,透過推理論證與批判的歷程,計畫與執行計畫以確立模型的有效性及資料分析的功能;第三階段–模型遷移時,利用以建立且效化過的模型,經由推理、批判、分析等過程進行進遷移和遠遷移的學習(如問題解決或概念理解);最後到達第四階段–模型重建,經歷想像創造、推理論證、批判思辨的科學表現,在這些階段皆須透過文字或語言和符號,以討論和傳達的方式進行溝通,必要時進行原來模型的修正與轉換,以形成更接近於數據與推理的結果類科學模型或是科學模型。 圖三:建模歷程與探究能力關係的建模本位探究教學模式 n  教案設計實例—化學電池 曾茂仁(2016)運用邱美虹(2015, 2016)的建模歷程到中學化學電池的教材設計。除納入建模歷程外,也融入十二年國民基本教育自然領域課程綱要中所規範的探究能力,以期未來在教學現場實施時,讓教師們可以理解建模與探究兩者之間的關係以及如何透過強化探究的過程建立對科學模型的認識與應用。 以下教案設計的內容依據建模歷程四階段,納入探究能力,逐項說明如下: 建模歷程一:模型發展階段 探究能力:觀察與定題、建立模型 模型發展階段主要包含模型選擇和模型建立,此階段主要教學目標為讓學生知道電池時所需要物件的名稱和物件的功能,能夠從教科書或教師準備的學習教材中提取出相關概念。在此階段,常用的提問為: l  一個化學電池的裝置,需要哪些的材料,才能進行運作呢? l  一個化學電池的裝置,所選取的材料,每一個所扮演角色目的為何? 通常學生能夠輕易的從文章中選取出構成電池元件與各元件所扮演的角色,此時的學習活動符合自然領域課程綱要中學習表現的探究能力─觀察與定題:依據過去所學的知識,與生活中所觀察到的資料,確認電池運作的原理(氧化還原)、理論或物件(電極、鹽橋)。 待確認學生具備元件的概念後,學生從教科書或是教材中提取出構成電池的元件與概念後,教師再繼續提出以下問題: l  電池的元件與元件間有什麼樣的關係呢? l  有什麼原理可以來敘述元件之間的關係呢? 上述的問題主要聚焦在元件與元件之間的關係,元件之間的關係通常涉及微觀的概念(粒子的移動方向)、理論(氧化還原)或是符號的表現(化學反應式)。在進入化學電池複雜的反應機制前,教師必須先確認學生已具備元件之間的關係。要完成化學電池的模型,除了元件本身和元件之間的關係外,還要考慮多重關係下建立的系統。以下說明何謂系統:由於鋅電極的活性大於銅電極,因此鋅電極丟出電子(氧化還原),電子透過導線流到銅電極(電子的移動方向),使得電解液中的銅離子獲得電子後還原成銅原子吸附在銅電極上。為了使電解液保持電中性,鹽橋中的陽離子則會朝銅電極端的電解液移動。透過上述的連接,化學電池的模型逐漸形成,符合課程綱要中學習表現的思考智能─模型建立之指標。 建模歷程二:模型精緻化階段 探究能力:想像創造、推理論證、計劃與執行、分析與發現 模型精緻化階段主要包含模型效化和模型分析,此階段的活動重點是透過探究的方式檢驗第一階段建立的模型是否正確性?是否能夠用以解釋問題的成因?因此,在第二階段,教師帶領學生在實驗室,教師說明學習目標並採用問題引導的方式讓學生進行實驗,此活動設計主要是讓學生學習改變不同的變因對實驗的影響(模型效化),活動內容如下: l  請根據實驗變因的種類,填寫化學電池的實驗變因於表一。 表一:化學電池的實驗變因  實驗 變因 影響化學電池電壓的因素 變因選項 改變電極材質 改變電解液濃度 […]

第二十七期 主編的話 / 邱美虹

Saturday , 15, September 2018 Comments Off on 第二十七期 主編的話 / 邱美虹

第二十七期 主編的話 邱美虹 國立臺灣師範大學科學教育研究所教授 美國國家科學教學研究學會(NARST)甫卸任理事長(Immediate Past President)國際純化學暨應用化學聯合會(IUPAC)執行委員會常務委員中國化學會(臺灣)教育委員會主任委員mhchiu@ntnu.edu.tw 國際純化學暨應用化學聯合會 (International Union of Pure and Applied Chemistry,IUPAC)為慶祝其自1919年成立至今百周年慶推動一系列的活動,其中一項是與國際年輕化學家社群(International Younger Chemists Network, IYCN)合作辦理的「化學年輕學者週期表」(Periodic Table of Younger Chemists)(IUPAC, 2018),此活動自2018年7月開始將持續一年到2019年7月,目的是去彰顯全世界不同族群在各行各業中具創意且可能引領下一世紀的傑出年輕化學家。而公告元素的次序乃是根據元素被發現的時間先後,每個月在不同的IUPAC會議中公布(如2018年在澳洲雪梨舉辦的國際化學教育研討會公布Fe, C, Sn, S四元素的獲獎年輕化學家。每個月大概是公告八個元素,最後一次將是在2019年IUPAC在巴黎舉辦的世界化學大會(World Chemistry Congress)中公告。 令人興奮的是,由化學會推薦的臺灣大學化學系戴桓青教授榮登IUPAC 100這向全球徵選的「年輕化學家週期表」中之一員【第15個元素磷(P)的位置】,在全世界僅有118位年輕學者可以獲得此殊榮的活動中,臺灣何其有幸能有傑出的學者與世界其他學者並列於此名人榜中,真是與有榮焉!戴教授擁有加州理工大學的化學博士,曾在哈佛醫學院擔任博士後研究員研究阿茲海默症患者腦部濤蛋白(Tau protein)的問題,目前持續在對愛滋海默患者的腦部內化學變化進行研究。除此之外,他也將研究延伸到另一項非常有趣的主題上,那就是以探討早期義大利安東尼奧·史特拉第瓦里(Antonio Stradivari,1644–1737)製造的名琴的木材特殊化學處理(礦物防腐劑)與老化的關係。Stradivari擅長在楓木上塗漆以增強反射的特性(臺大網站,2017),但究竟是如何製造出經過三個世紀都無人可以超越的高音小提琴?這在歐洲音樂界是個非常令人好奇之謎題。在戴教授的研究中,他發現Stradivari有一個不為人知的祕密,就是在木頭上用各種礦物保存的化學處理。同時也觀察到Stradivari的琴與老化相關的木材纖維分解和震動引致分子重排(molecular rearrangement)有關(IUPAC, 2018)。若在楓木上注入含有鈉、鉀、鈣離子的礦物質,還有明礬、硼砂、硫酸新和硫酸銅,則小提琴一來可以阻止真菌和蛀蟲的生長,二來也可以避免木材發生乾裂。所以Stradivari的琴在結構上是與現代的小提琴時不同的,這是一項相當有創意的研究。紐約時報、英國衛報(The Guardian)、英國廣播電台(BBC)、泰唔士報(The Times)等競相報導。名琴絕非空有其名,Stradivari的名琴絕非偶然,而戴教授的這項研究亦如是,當化學遇到音樂,又再度引起大眾對化學在其中扮演的角色感到無比的興奮與興趣。戴教授以化學專業揭開了名琴的面紗,怎不讓人對化學與人生的密切關係再一次行至高的敬意呢! 此期專題〈化學科普活動與推廣〉由淡江大學化學系王伯昌教授擔任專題主編,王教授長期投入化學科普教育的推廣,自2011年為配合聯合國宣稱的國際化學年(International Year of Chemistry, IYC)開始即推動化學巡迴車,帶著各式各樣的化學實驗到城市與偏鄉學校進行科普活動,至今已超過400場,影響所及達五萬人之多,且人數仍然在持續當中。此次王教授針對化學車的故事做了一個詳盡的說明,讀來其過程是冷暖點滴在心頭。除此之外,特別邀請在教育現場參與科普推廣活動的中學教師和校長針對化學實驗活動分享團隊豐富的經驗。高憲章等人的化學車〈化學遊樂趣–鈣世硬雄〉在全臺各地進行水質硬度實驗,意外地讓參與的學校重新檢視校內水質,這是一個將化學與生活結合並改變學校主事者的觀點與政策的實例;新北市立瑞芳國中王綠琳校長長期在新北市推動科普;高雄市立小港國中邱元甫校長則在擔任南隆國中校長時,在校內積極推動科普活動而改變學生學習的氛圍;鹿港高中的程長遠和李佳霖兩位老師針對化學普及提供個人觀點與期待;最後,由長期關心設立國家化學週的楊水平教授撰稿介紹美國國家化學週的沿革與活動,內容精采、豐富、具啟發性,讓關心國內何時亦能有國家級之科學週的讀者可一窺其歷史、策略與影響力。其他常態性專欄文章有方舜雨、王竣生和楊水平的另類多倫試劑的銀鏡反應實驗;廖家榮和劉燕孝探討磷酸、亞磷酸、次磷酸的酸性強度比較;陳欣怡、李晨君和戴珮玲針對草酸鎂的溶解度積常數測定進行改良實驗;邱進坤的濾紙色層分析;楊朝芳的金銀銅幣化學反應;陳家琦的國小學童動手做磁性黏土的微型實驗;以及林靜雯的國內外化學教育交流報導。 參考文獻 臺大焦點新聞網站(2017): https://www.ntu.edu.tw/spotlight/2017/1030_20170125.html。 IUPAC (2018). Periodic Table of Younger Chemists. Retrieved from https://iupac.org/100/pt-of-chemist/. […]

第二十五期主編的話 / 邱美虹

Friday , 18, May 2018 Comments Off on 第二十五期主編的話 / 邱美虹

第二十五期主編的話 邱美虹 國立臺灣師範大學科學教育研究所特聘教授國際純粹化學與應用化學聯盟(IUPAC)執行委員會常務委員中國化學會(臺灣)教育委員會主任委員美國國家科學教學研究學會(NARST)前理事長mhchiu@ntnu.edu.tw 十二年國民基本教育在以素養導向為訴求的前提下,在自然科學領域將特別著重各學科的核心概念、跨科概念、探究能力、以及科學本質和科學態度的培養,藉此除回歸對科學理論發展歷程的認識與對科學實驗與理論之間其關係的重視,同時也藉此機會發展學生的思考知能與探究推理與實踐的能力。既然稱之為國民基本教育,即盼望透過課程理念、規劃與落實,整體提升國民的科學素養,能認知科學領域的奧秘、知識發展的進程、或是認識社會科學性議題、解釋科學現象、辨識真偽科學、解決或探索與生活相關的問題,以回應總綱追求「自動」、「互動」、「共好」的課程理念與自然界永續發展的願景。 個人看此次課程改革認為其特色有三:一是確認自然領域內各學科核心概念的重要性與重視自然領域內(跨學科)核心概念的橫向連結;二是各領域間核心能力的相互呼應與拓展,使學習具有遷移性、統整性與普適性;三是強調探究的過程與結果的檢驗與詮釋,使科學知識、科學技能、科學態度、知行合一得以落實,並在這過程中發展出學生對科學探索與尋求真理的興趣,養成終身學習的態度,其中尤其是強調學科間的統整和探究與實作能力的培養。這樣的改變對教師的衝擊不可不謂之大矣,試想職前師資的培育課程中對於新課綱所能提供的課程是否反映新課綱的理念?而在職教師對新課綱的認識與能力的培養又有多少?觀望的教師與學校從北到南,從西到東,為數自不在話下,因此看似將有曲高和寡的可能,但是教育從業人員應該要有改變的勇氣與智慧,當大學考科從五科改為四科時、當大部分的學生都可以進入高等教育學習時,我們究竟還在堅持什麼呢?課程的發展與改變就是要建立一個新的願景,面對時代的變化、社會變動的需求、資訊迅速的成長,不需要在課程改革上對學校教學氛圍與學習方式進行改變嗎?在人才培育方針與策略上不需要做必要的調整嗎?!我想無庸置疑地,在全世界都在談全球競爭力的同時,我們無法置身事外,因此課程改革的重點勢必要能展現在現場教學中,而現場教學就必須靠有心有理想的教師來體現這些理念,透過課程改革改變學校教學氛圍與學習方式。既然如此,教師(包括職前與在職)的增權賦能就是課程改革是否能成功的要素之一,相關配套措施也應列為考量,如建立有系統的教師專業成長制度、落實教師評鑑辦法、建立教師輪調制度(如每五年輪調學校任教)以活化學校生態等等,這是教育主管單位應該思考的方向。 一般談到實驗活動時,許多教師直覺的會認為實驗就一定要在實驗室進行,無疑地,傳統上,實驗室就是進行實驗的場域,顧及藥品與器材的擺放、實驗進行時實驗桌要能防酸鹼液、自來水和加熱器的使用等等,要在設備較為齊全與環境較為寬敞與安全的地方進行,但是隨著綠色化學的時代到來,減量實驗漸受重視,同時許多危險性的實驗漸漸退出學校教學,與生活相關的科學活動的引介,使得在教室進行實驗的可能性增加。若探究與實作和跨科概念的教與學將成為新課程的重點,在未來有關實驗活動的推動上,除加強學生動手做實驗與探究能力以外,利用簡易實驗器材和創新實驗活動的設計,使學生能在教室內進行實驗,教師可以在教學時可以將實驗與課本的內容更密切的結合,入班實驗的活動設計勢必也是一個趨勢。 本期專題為「化學教室活動」,由楊水平教授擔任專題主編,特邀集十多位作者以能在教室內進行的實驗為主題,撰寫適合中小學在課室中進行的實驗活動,包含微型實驗(許之音;連經憶)、元素和分子的學習(顧展兆;吉佛慈)、螢光和磷光與自然現象的探討(胡潔曦和胡景瀚)、廚房化學(郭益銘和鄭惠華)、趣味化學(陳皇州)、類比教學(鐘建坪)、到科技的使用(馮松林和陳映辛)、以及自製儀器和設備(陳秀荷、劉奇愛和楊水平;李錡峰和楊水平等)。 本期常態性文章有施建輝的高中化學教學疑難問題與解題內容著重在四氨銅離子混成軌域四氨銅離子(六配位而非四配位)的解析並佐以實驗說明,再從分子軌域對碘晶體在不同狀態與不同溶劑中會呈現不同顏色的理由加以說明。溫方旎、李啟讓和洪振方的《歡迎來到境中世界》,利用偏振現象來研究掌性物質的偏光性,文末並加入貝吉里斯以實驗證實謝勒發現的是不同結構的乳酸,也算科學史中的一段佳話。葉瀚陽、張自立和辛懷梓一文介紹以針筒進行國中小學二氧化碳製備的實驗,儀器簡單易操作,符合綠色化學減量與安全的概念。中壢高中張函郁和黎渝秀兩位老師的趣味雞蛋實驗(奈米雞蛋與滲透雞蛋),說明(1)滲透壓的不同;(2)燻黑的雞蛋殼表面即為奈米級碳粒;(3)奈米雞蛋的疏水表面與水形成一層的細微空氣薄膜使光線反射和折射角度不同而產生銀白色;(4)同一觀察時間下,燻黑的雞蛋使澄清石灰水變成混濁度不及白殼的雞蛋。這實驗還可延伸到跨科學習,對未來校內多元課程提供很好的基礎。 本期專題各篇文章的教室教學與實驗活動,以及常態性文章各作者亦提出具體可行的教學方案,可以提供有興趣改變教室教學的教師另類的思考與教學策略。最後,每兩年舉辦一次的IUPAC國際化學教育研討會即將於七月在雪梨大學舉行,會中將有來自歐、美、非洲和亞洲、大洋洲的專家學者與教師參與,歡迎有興趣了解化學教育研究與實務的化學教育工作者共襄盛舉。其他的在美國、義大利和台灣等地舉辦的重要化學研討會可參見林靜雯的詳細報導。

第二十四期 主編的話 / 邱美虹

Saturday , 10, March 2018 Comments Off on 第二十四期 主編的話 / 邱美虹

  第二十四期 主編的話 邱美虹 國立臺灣師範大學科學教育研究所教授 國際純粹化學與應用化學聯盟(IUPAC)執行委員會常務委員 中國化學會(臺灣)教育委員會主任委員 mhchiu@ntnu.edu.tw 今年二月有個機會隨教育部國際合作司到巴布亞新幾內亞去開亞洲–太平洋經濟合作會議(簡稱亞太經和會議: Asia-Pacific Economic Cooperation,縮寫為APEC)中人力資源發展工作小組暨教育發展分組年會(HRDWG-EDNET)。這是本人第一次參加這種屬於各(國)經濟體的組織高階會議,會議中各(國)經濟體對於人才培育、新興科技、STEM(Science, Technology, Engineering, Mathematics, 簡稱STEM)教育的關心與挹注都令人印象深刻。尤其是針對教育策略的工作有三大目標,分別為1.提升競爭力(Enhancing Competencies)、2.加速創新腳步(Accelerate Innovation)、3.增加就業(Increase Employability),更是點出未來在國際間要能有一席地位,教育的重要性是不容小覷的。我不禁自問,我們的教育與行政體系是否做好這樣的準備呢? 隨著科技不斷的發展,學生在學校的學習內容也隨著新興科技的腳步而產生質與量的改變,同時也由於平台的開發,使得教師在教學資源上的使用更加便利與多元。本期專題為〈軟體與平台在中小學化學教學上的應用〉,由國立台北教育大學周金城教授擔任本期專題主編。周教授對於科技在科學教學上的運用相當的關注,也長期使用不同的軟體與平台進行化學教學與評量。此次在他的邀請下共有大中小學教師五篇論著,論述與分享在實際教學中運用軟體與平台進行教學與評量的經驗,同時也引介研究單位新研發的工具提供資料收集與分析之用,未來在12年國教中,將增加<多元選修課程>以及<科學探究與實作課程>,相信這些平台與軟體皆可以作為未來教學上很好的資源。 在常態性文章部分,有施建輝老師針對非含氧酸的物質其酸性強度判斷的教學做深入的探討,同時對教學提出具體建議。施老師從同一週期與同一族的非含氧酸中孤電子對所帶電荷以及離子半徑大小來判斷與氫離子結合能力的大小,進而判斷物質酸(鹼)性強度順序。劉曉倩老師則是以黑豆汁和薑黃染布談天然媒染劑在生活中的應用。最後是劉佳綾老師針對國小特殊障礙學生設計以蝶豆花進行溶液酸鹼度測試的安全實驗,發現有趣的科學實驗可以提升特殊障礙學生的學習專注度,國小特殊障礙學生的科學學習是較少人關注的,希望能藉此文引發大家思考。

第二十三期 主編的話 / 邱美虹

Sunday , 14, January 2018 Comments Off on 第二十三期 主編的話 / 邱美虹

第二十三期 主編的話 邱美虹 國立臺灣師範大學科學教育研究所教授 美國國家科學教學研究學會(NARST)甫卸任理事長(Immediate Past President) 國際純粹化學與應用化學聯盟(IUPAC)執行委員會常務委員 中國化學會(臺灣)教育委員會主任委員 mhchiu@ntnu.edu.tw 聯合國在2017年12月宣告2019年為國際化學元素週期表(International Year of Periodic Table of Chemical Elements, IYPTCE),目的是要肯定基礎科學的重要,尤其是化學和物理,對於人類發展的貢獻。同時,IYPTCE也是為慶祝最近發現和命名的四個超重元素(113 Nihonium, Nh; 115 Moscovium, Mc; 117 Tennessine, Ts; and 118 Oganesson, Og)。除此之外,IYPTCE也將慶祝俄籍化學家門得列夫(Dmitri I. Mendeleev)建立其週期表150年。雖然門得列夫在1869年所提出的週期表並不是第一份化學元素表(如拉瓦節在1789年提出33種元素分類表、梅耶在1868年提出體積的週期性),但是門得列夫根據63個元素的原子量、化性和物性已能正確的預測元素的性質與其化合物,同時他在週期表中預留未知物質的位置給可能發現的元素,後來有證明其頗具前瞻性,這項創舉對化學的發展有很大的貢獻。在化學界,繼2011年的國際化學年(International Year of Chemistry)、2014年的國際結晶年(International Year of Crystallography)後,此次將是第三次由聯合國宣稱的第三次與化學相關的重要國際年。 IYPTCE將提供一個讓世人可以認識化學元素對人類在生活必需品、化學、物理、生物、醫藥、工業等等皆有相當大的貢獻的機會,再度提醒社會重視年輕人學習科學的重要,以及科學與社會、文化、經濟密不可分的關係,尤其是化學領域。2019年同時也是國際純化學和應用化學聯合聯盟(International Union of Pure and Applied Chemistry¸ IUPAC)成立100年,以及其他重要事件的紀念年,如上述拉瓦節在1789年發表將33個元素分類為氣體、金屬、非金屬及稀土元素等。從化學看人類永續發展,可以得知生活處處是化學;而化學也深深地影響人類對世界的認知,並留下對真理與智慧追尋的足跡。我們應該透過活化的化學教學與活動,讓不同年齡的學生或上會大眾正確地認識化學的價值與影響。 此次本期專題就以〈中學化學App教材與教學〉為題,特別邀請臺中市立大甲高級中學也是教育部高中化學學科中心種子教師廖旭茂老師擔任本期專題主編,廖老師在高中化學圈相當知名,教學具創意不說外,自己也常研發探究與動手做的教具和教學活動,讓化學教師和化學教室都翻轉,令人佩服!此次,由他主編的〈中學App教材與教學〉的內容豐富,讓人目不暇給,同時特邀主編也將文中每個App都下載試用以確定其可行性,其態度嚴謹,亦讓人敬佩。若化學教師想要教學翻轉,不妨嚐試融入這些App到自己的教學中,提供學生多樣的學習方式以嘉惠學子。本期專題包括有特約主編廖旭茂的〈中學化學App教材與教學簡介〉、邱美虹等人的〈以擴增實境和虛擬實境方式學習元素與有機分子結構〉、吉佛慈的〈從化學心臟病到沉澱App〉、潘冠錡的〈最夯化學App:快打沉澱表的設計與實作〉、廖旭茂的〈3D分子撲克牌App的開發與分享〉、張明娟與吳德鵬的〈化學蜘蛛!GG了嗎—化學App在教學上的應用〉、游珮均的〈美啦!MEL Chemistry App在教學上的應用〉、劉獻文的〈看得見的化學系列App分享、紀宏源的「快速將簡報轉換成App:iBuildApp工具介紹」、陳斾玎的滑手機做實驗〉。除此之外,還有趙益祥和佘瑞琳的〈觸媒對過氧化氫分解反應之影響〉、李賢哲的〈化學虛擬實境與學用合一的審視〉、以及林靜雯介紹兩項國際化學教育研討會(ICCE 2018和BCCE 2018)。感謝以上作者的貢獻。 參考資料 1.     Proclamation […]

第二十二期 主編的話 / 邱美虹

Tuesday , 14, November 2017 Comments Off on 第二十二期 主編的話 / 邱美虹

第二十二期 主編的話 邱美虹 國立臺灣師範大學科學教育研究所教授美國國家科學教學研究學會(NARST)甫卸任理事長(Immediate Past President)國際純粹化學與應用化學聯盟(IUPAC)執行委員會常務委員中國化學會(臺灣)教育委員會主任委員mhchiu@ntnu.edu.tw 1867年(距今150年前)的11月7日居禮夫人誕生於波蘭華沙,父親是中學數學和物理教師,母親是音樂教師。居里夫人在索邦大學(Sorbone,即後來的巴黎大學)求學時,獲得雙碩士學位,分別是數學和物理。她曾對友人說:第一次在實驗室工作,就讓我確信我對實驗的興趣。她在66年的歲月中,為科學界留下許多的典範,尤其是她所創造的事蹟都成為後世爭相傳誦的傳奇故事,並成為後來許多女性科學家的楷模。不僅如此,男性科學家雖然在那時代對女性地位的不重視,但她也獲得了許多科學家的肯定與敬重,愛因斯坦就曾說:她是名流中唯一不被盛名腐蝕的人。這一條科學之路走來並不容易。圖一為居禮研究所中的居里夫人辦公室和玫瑰園中的居禮夫婦銅像。 圖一:居里夫人辦公室(左)和居禮夫婦銅像(右)(作者攝於2017.05.31) 為紀念居理夫人的貢獻,今年十一月在全球各地都有些慶祝活動,尤其是歐洲。談到居禮夫人,無可避免地一定都會談到她在1903年同時獲得博士學位和諾貝爾物理獎(Becquerel和居禮夫婦共同獲獎),八年後於1911年居禮夫人獨得諾貝爾化學獎,更加肯定她在科學界的貢獻與地位。在2011年聯合國宣稱該年為國際化學年,以茲紀念居禮夫人獲得諾貝爾化學獎100年及其在化學上的輝煌成就與對人類的貢獻。居里夫人(是當時少數擁有駕駛執照的女性)在第一次世界大戰期間開了一部暱稱為迷你居禮的小型X光行動車(見圖二)穿梭於戰場間,協助治療戰場中受傷的士兵,戰後還培育150名護理人員使用放射性儀器療病,但她直到1929年才開始進行專業性地放射性治療,因長期暴露在放射線物質的環境中,數年後(1934)居禮夫人即死於惡性的白血球缺乏性白血病(aleukemic leukaemia)。次年(1935年)居里夫人的女兒艾蓮·居禮(Irene Joliot Curie)即獲得諾貝爾物理獎,成為居禮家族第三位獲得諾貝爾獎的人(居禮家族共獲得五座諾貝爾獎),可惜她的母親卻未能親見其獲獎一幕。 圖二:迷你居禮的小型X光行動車 倒是有幾件鮮為人知的事可以在此提一提,首先是居禮夫人雖然在索邦大學(Collège de Sorbonne)進行她的研究,但她從未忘記她的祖國波瀾,幾乎所有發表的研究成果,必定兼顧以法文和波蘭語發表;其次,當諾貝爾家族在1990年代中期想要將她的期刊和手稿捐給國家圖書館時才發現這些書籍或文稿的放射性已超標,必須再隔兩年當輻射量減少時才能送到國家博物館供人們參閱。這樣的研究環境並未阻礙她研究的熱誠與使命感;其三,居里夫人與幾位同校的科學家一起為他們自己的孩子開班授課(即今日的合作教學,居里夫人可算是實施此法的前輩了。),大家將實驗室的器材拿出來帶領孩子們認識科學家的活動,也讓孩子們親自透過實驗來認識科學。居里夫人是個喜歡發問的教師,她會不斷問:為什麼?你怎麼知道?發生了什麼反應?那你認為呢?又如水是如何到達水龍頭的?怎樣使船浮起來?如何秤重呢?等等生活實例。這些種種事蹟,讓我們除了認識到她的偉大研究成就外,對她堅持孩童身體力行動手做實驗的科學活動的重視有所體會,在在也都讓人見識到其對科學的執著、高尚的人格與屹立不搖的堅毅態度,這些亦是受人景仰與愛戴的原因之一。 因為女性之故,她在1910年時被法國科學會拒絕成為會員之一,這種性別的刻板印象,雖已事隔多年,但至今依然存在。也就在同一時間,今年11月7-8日,臺灣師範大學科學教育所舉辦為期兩天的性別差異工作坊,該計畫是由十一個國際科學組織(含IMU, IUPAC, IUPAP, IAU, ICIAM, IHUPST, UNESCO, IUBS, GenderInSite, OWSD, and ACM)向國際科學會(International Council for Science, ICSU)申請到的三年計畫,預計2018年調查全球女性科學家和女學生在科學就業與求學的經歷與觀點。性別差異的議題從未終止過,現實社會中如何以制度去支持女性以科學為志業、如何建立良好方案協助女性發展其在科學研究的潛力,以減少兩性之間的差異性,尤其是開發中國家女性成為重要的人力資源,實為持續性值得關注的議題。就近日所見所聞與大家分享。 此次本期專題就以〈當藝術遇見化學〉為題,希望透過不同的視角讓學生認識化學、欣賞化學、拓展對化學的認知、進而沉浸在學習化學的樂趣之中,以充分享受化學與美學所交織成的藝術品!楊水平教授受邀擔任此次專題的特約主編,在楊教授的力邀之下,此次共有11篇化學與藝術的文章,其中不乏以實驗展現繽紛色彩的化學變化(含陳映辛和馮松林的〈玩樂皂化之美〉、周芳妃等人的〈結合七彩焰色實驗於藝術與文學的教學中〉、〈王琪羿和高貫洲的〈藍染魔法與化學神功的融合交會〉、廖旭茂的〈用化學蝕刻製作銅板作品〉、張明娟和許文英的〈鑲嵌玻璃與化學的激盪〉);串珠作品展現化學結構之美(范原嘉、金必耀、左家靜的〈第一型晶籠水合物的串珠模型之結構與製作〉);精密儀器呈現微觀之美(如曾曉凡和陳俊太的〈科學顯微影像與藝術創作〉);以及藝術品的保存與修復(如胡景瀚的〈化學在藝術品和文化遺產保護的應用〉、邱美虹和曾茂仁的〈新型凝膠修復西畫〉、林佳穎的〈西畫除黴的跨科教學活動設計〉)。篇篇精彩,帶讀者進入美的世界。而常態性文章則為兩篇以國小化學實驗活動為主,分別是葉雅婷的〈國小自然教室裡的化學探究與實作─以製作天氣瓶為例〉和李萍的〈國小學生製作薑黃試紙進行「無字天書」活動〉。