臺灣化學教育

大學化學實驗課程設計與線上教學：有機化學實驗與遠距教學課程設計

何桂華

國立成功大學化學系

z8503006@email.ncku.edu.tw

n  前言

有機化學實驗在大學部的實驗課程中，相對於普化、物化及分析是屬於較危險的實驗課程，實驗室內會用到不同種類的化學藥品以及較大量的有機溶劑，且反應過程常需要進行高溫加熱，故進入成大有機化學實驗室必須遵守的最高守則，就是「安全第一，學習至上」。第一堂課同學就要接受超過三小時以上的安全震撼教育，除專業知識的學習外，有機實驗更希望培養同學滿滿的愛心及利他的觀念，來維護彼此的安全。這次因為新冠疫情，讓原本動手做實驗的課程，一夕之間風雲變色，學生無法實體上課，改成遠距學習，突如其來的改變，令老師和學生都亂了手腳，唯一的想法，就是該如何在線上，將每一顆想要學習的心凝聚起來，讓同學的學習盡量不受到影響。即使無法實作，也要能深入了解每個實驗的重點，才能收穫滿滿。去年8月化學會與台大合辦，2021全國化學實驗課程設計線上交流會，很榮幸參與介紹成大有機化學實驗及疫情下的課程設計，今撰寫成文搞。

n  有機化學實驗

    成大有機化學實驗室於民國98年全面重新規劃，營建成以工安標準為規範的實驗室。實驗室為每一位上課同學，裝設程式控制型的排煙櫃，並配合設計良好的排氣風管，將實驗室廢氣集中收集，再連結到活性碳濾清水洗塔處理排放。而實驗桌則是以釉晶為材質故可以耐強酸強鹼，且實驗操作台之間的距離符合安全規範，提供學生一個良好安全的實驗空間（圖1），以便安心作實驗。以下針對有機化學實驗的分組設備、課程安排、上課教材及教學核心，四大項目來介紹成大的有機化學實驗。

圖1：成大有機化學實驗室

一、有機化學實驗分組及設備

    成大化學系有機化學實驗課程，採小班制教學（圖2），平均每班22人（一個班級66人，分成3班），每班師資配置除授課教授，還有一位專任助教和一位研究生助教，每位同學獨立操作實驗，享受實驗的樂趣，同時每位同學也獨自擁有一台排煙櫃、一套專屬的玻璃器材及加熱板、抽氣機等實驗設備，實驗室內並配置有常用的儀器，包含：電熱式熔點儀、減壓旋轉濃縮儀、紫外光燈、真空烘箱、真空幫浦、電子天平……等，其他有機化合物鑑定所需用到的大型儀器FT-IR、UV-VIS、GC-MS置放於綜合實驗室共用。

圖2：小班制教學

二、有機化學實驗課程安排

    上學期主要訓練同學各種分離、純化混合物及化合物結構鑑定的技巧，而下學期則以有機合成為主，讓同學藉由實驗教學與理論互相配合。並訓練同學微量試劑操作的實驗技巧，且設計多步驟的合成實驗，以節省藥品消耗及減少環境污染。每學期並安排二次分組研討，讓同學對每個單元實驗的原理及應用能更加深入了解。

    三、有機化學實驗教材

    以綠色化學相關的實驗作為實驗課程設計的指標（表1），除參考國外著名的有機實驗原文課本外，並配合有機實驗室內的各項實驗設備及儀器，自編成英文版的實驗教材提升學生對原文相關資料及文獻的閱讀能力。

      表1：有機化學實驗更新為綠色化學實驗部份課程內容

四、有機化學實驗教學核心

（一）提供良好安全的實驗學習空間，並建立學生安全衛生的觀念，來維護學生的安全和健康。

（二）以綠色化學相關的實驗，為主要的實驗素材（表1），減少對周邊環境的汙染，降低公害且資源再利用。

（三）更新實驗內容及多元化（表1），提高實驗教學品質與成效，以強化有機化學課程理論知識，與實際實驗教學互相印證。

（四）加強學生分離純化混合物的技術和合成化合物的技能( 圖3 )，讓學生獲得最好的學習，增加學生專業技能的競爭力。

圖3：有機化學實驗上課情形                                                  

n   遠距教學課程設計

    2021年5月中旬，疫情突然升溫，學校緊急公布同學不用到學校上課，那時候有機化學實驗課程剛完成期中實作考試，緊接著後面還有6個實驗課程尚未完成。在疫情的衝擊下，有機實驗課不得不改成線上上課，除錄製影片外，就是邊想邊做邊學，雖然無法親手操作實驗，也期盼能克服遠距教學的種種困難，幫助同學即使線上上課，也不會影響到對有機實驗的學習熱忱與成效，遠距教學概況就從以下三大項目來做說明。

一、遠距教學軟體

    這次線上軟體使用 Cisco Webex，上課軟體採 Power Point，同時錄製實驗步驟教學影片，再搭配置入PPT的上課教材內容中，做為這次遠距教學的輔助工具。

二、遠距教學上課流程

    遠距教學採線上同步上課，每位同學都必需入鏡，以互動式的教學方式來進行（圖4），首先由老師講解實驗目的及原理，接著各小組接力報告實驗內容，同時老師也搭配上課教材和實作影片來進行講解，讓學生更深入了解實驗原理及操作。實驗步驟及內容討論結束之後，各小分組互相進行Q&A（問答內容不可重複），過程中老師也會隨時提出問題，在一連串的問題解析之後，最後老師統整今天上課的實驗重點，並交代大研討的作業，下課後同學必須整理提問的內容，做為實驗結果的報告，上傳給老師，而當天上課實況的錄製影片，課後也會上傳雲端提供同學複習。

圖4：遠距教學上課流程圖

三、遠距教學學習評量

    我們遠距教學的學習評量重點，包括：課前的準備、上課的參與度、課後問題整理（圖5）和期末口試（圖6）。

（一）預習實驗分數的考評：上課前學生需上傳反應機轉及實驗劑量，同時毎位學生需準備接力報告的內容，包含：實驗原理、步驟及各項注意事項。

（二）實驗結報分數的考評：同學需針對被提問的問題、及自己準備的Q&A問答做詳細的補充整理，並於課後上傳。

（三）實驗態度分數的考評：上課的參與度與熱忱，包含：所準備問題的深度以及回答問題的正確性。

（四）實驗期末口試：期末口試分成兩部份，第一部份是混合物基本分離純化技術，第二部份是有機合成指定實驗 。考試順序採抽籤的方式，考題是盲選模式，應考的學生需於規定時間內，將實驗內容採重點條列式串連介紹，而線上其他陪考的同學，則必須仔細聆聽應考者的報告內容手抄筆記，下線後上傳給老師。

圖5：遠距教學學習評量

圖6：期末口試說明圖

  n  結論

    嚴峻的疫情，改變了人與人之間的距離，也改變了上課的距離，從實作上課改成遠距教學，而期末大考也從實作考試和筆試改成口試。電腦螢幕將全班的同學集合在一起，以互動的教學方式進行接力報告，相互提問解答，因此同學們並沒有因為線上上課而放鬆學習，反而需要花更多的時間先預習實驗，對原理、步驟等內容深入了解，方能提出有深度的問題，且必須準備更多實驗相關的資料及文獻，才能回答出其他同學的提問。部分同學也會為了線上的Q&A，課前先開實驗預習研討會，且下課後還會有同學繼續留在線上追問問題，同學參與的熱情與學習的態度，不亞於實體上課，而線上上課所耗費的時間也多於實作。線上期末大考──口試，更是讓每位同學既興奮又緊張，同學必須將實驗內容準備得更充分扎實，才有辦法在應考的時候順利作答。這種用集體聽寫的方式來考口試，不但可以訓練同學的應變、組織以及表達能力，還可以複習一整年有機化學實驗的內容。由於去年6周的線上實驗課程，同學與老師都必須投入更多的精神與體力去準備。所以同學即使不能親手作實驗也能深入了解每個實驗的精髓，但實驗室內實作的經驗昰無可取代的，還是希望這波疫情，能盡速消彌，大家平安健康，回到充滿人氣與活力的實驗室，親自動手作實驗，去享受作實驗的樂趣。

大學化學實驗課程設計與線上教學：

合成阿司匹靈—跨越高中到大專、化學到醫藥、實體到遠距

羅珮綺、許智能、林雅凡*

高雄醫學大學醫藥暨應用化學系

yafan@kmu.edu.tw

n  前言

如果訪問本系大一學生對該年化學實驗課最有印象的單元，得到的答案常常是「阿司匹靈的製備與純化」，因為它在高中化學實驗課即被介紹過，不過大部分學生過去僅看過老師演示，直到大學才有機會實作合成阿司匹靈。我們因此思及，以此實驗作為高中連結至大學化學實驗課的橋接課程。不過不同年代有不同學習文化，實驗課程對於訓練化學專業學生所應扮演角色也需有所調整，因此這個實驗內容和執行方式也在本系作實驗變革的15年間，被重新修改多次。

本文將以「阿司匹靈的製備與純化」實驗單元的優化與修改為例，分享本系為提升大學基礎實驗能力，投入於實驗課程改進的經驗，希望所建構的實驗課程，不僅幫助學生以另一方式建構科學知識，亦能透過實作，建立實驗的流程概念，從動手做中連結理論，進而活用知識原理。除了介紹本實驗單元內容隨教學內涵與訓練目的演進的過程，亦會提及因應新冠疫情，將此單元改為線上課程的經驗。

n  與時俱進的實驗課程

一、本系基礎化學實驗課程改革簡介

   　本系在成立之初，考量配合化學專業課程學習，以科目區分實驗課程名稱：大一修習普化實驗、大二修習分析及有機實驗、大三則修習物化實驗。不過隨著中學教育改革、多元的大學入學方案、對整合學習與研究能力更加重視，自2007年本系許智能教授接手實驗課程改革之際，便將實驗課程整合為化學實驗一、二、三、四、五，內容雖仍與各年級修習化學專業課程相符，不過更強化研發概念，希望實驗課不只著重一項知識的單點學習，學生亦能從中更多理解所學習知識原理與實際學界研究議題、業界強調研發技術能力的關聯，進而能一窺真實化學專業人才可能觸及的面向和技能。因此此階段實驗課內容除了強調驗證原理，亦加入如奈米科技、製藥、儀器分析檢驗、環境化學…等單元，使實驗教育的內涵更豐富。107學年度起，本系有感於學生有更完整的時間做專題研究的重要性，希望化學系學生在畢業之前對於策劃研究、執行實驗有通盤性的認識和訓練。同時顧及普通化學內容與部分高中化學內容重疊，將大一普通化學由原本二學期6學分降低為一學期4學分，並將專業必修科目（有機化學、無機化學、物理化學、分析化學、生物化學、醫藥品合成化學、量子化學、儀器分析）提前半學期修習，學生因此能提早開始進行專題研究。為使實驗課程與必修學科之間有一定的鏈結，並且強化實驗內容的完整性，將普化實驗結合分析化學的檢驗、定量概念，整併入化學實驗一；基礎分析實驗與有機純化技巧訓練規劃為化學實驗二；化學實驗三、四除強化各樣有機純化技巧與光譜鑑定操作之外，亦包含有機化學各種反應與多步驟合成反應介紹（見圖1）。

圖1：化學實驗課程變革圖

二、「阿司匹靈製備與純化」實驗改革

（一）第一階段改革：高中課程延伸至普化配位化學

　　「阿司匹靈製備與純化」是在2007年間本系進行第一階段實驗課程改進時加入的單元，正如前文所述，將此實驗選入一年級實驗課程有以下二重意義：其一，高中化學課程亦介紹阿司匹靈，本課程可作為很好的橋接教材；其二，阿司匹靈在藥化發展上有其重要性，透過此實驗一方面能幫助學生探索「製藥領域」，另一方面也鏈結系上教授的研究領域。

　　不過既將本教材擺放為一橋接角色，就期待本實驗應有較高中課程延伸的內容，既能配合所學專業知識，也能更開闊學生對化學專業的認識。在這樣的考量下，當時負責實驗改革的許智能教授加入第二部分內容：以所合成的阿司匹靈做為配位基，進一步製備其含Cu(II)錯合物（Abuhijleh, 2011）。這部分實驗的加入使學生有機會透過實作，認識普通化學課程中所介紹的配位化合物單元，也是少數大學基礎實驗讓學生能觸及無機化學領域的研究。透過此實驗，一方面介紹系上一部分無機老師的研究，一方面也帶領學生認識「金屬藥物」—對當時與現在而言都是正在興起發展的研究領域（乙醯水楊酸銅copper(II)
aspirinate已被證實有較阿司匹靈更好的抗發炎效果）。

（二）第二階段改革：模擬製藥工業思維流程

　　106年暑假本系辦理給高中生的「醫藥化學實驗競賽」，選擇以此實驗為主軸，希望藉此傳遞藥物合成所需考量的程序與步驟，學子們能透過參與這個比賽更體會各種化學原理與實務和產業應用間的緊密相關。我們於是重新體檢此實驗的教材設計：「如果模擬藥廠工作，本實驗教材是否能呈現從上游到下游製藥工業的重要環節？」。我們發現整個實驗教材設計中，若能加入以下兩部分，會使整體內容，與表達一般合成實驗流程更臻至完善與貼近現實。

1.        「開發新藥與藥物設計」環節—最為經典的structure-based drug design概念是值得著墨的一部分，這也是有機合成發展開啟化學藥物治療的重要基石，昭示了學習分子結構的重要性。

2.        「檢驗合成產物」環節—任何新開發的產物都需要交代：「如何證明新產物結構符合預期？」以及需要告知「產物有多純？」來證明其創新、安全性和效用。「合成—純化—檢驗」的流程是訓練合成化學家之過程中需要養成、深植於觀念中並能靈活應用的思維。

（三）現行「阿司匹靈製備與純化」實驗教材簡介

    那麼如何將以上兩部分融入教材中? 要傳達以上兩部分內容的教學呈現方式有很多，最需考慮的是對象—本實驗的教學對象是高中和大一生（此版本也是現行的大一實驗教材），這階段的學生在心態上仍在適應實驗室中的學習方式和氛圍，正學習各種操作技能，因此知識學理上不應加入過於複雜的元素，混亂學生的學習焦點。基於以上考量，我們以以下方式作教材調整：

1.     在說明結構為基礎之藥物設計（structure-baseddrug design）的概念上，以藥物化學史的方式呈現，在原理的介紹中，簡單介紹阿司匹靈被開發的歷史（Diarmuid, 2005/暴永寧、王惠譯，2010；Le Couteur & Burreson, 2004/洪乃容、何子樂譯，2005）—從西元前2500年的埃及文明時代，知道柳樹有消炎和止痛的記載開始，到透過從天然物中提取柳酸苷，證實它為最主要的活性成分，隨有機合成化學的興起進一步將柳酸苷後製為柳酸，卻發現這類化合物因酸度較高而造成胃刺激性的副作用。最後1853 年法國化學家查爾斯．格哈特（Charles Frédéric Gerhardt）合成酸度較低的衍生物乙醯柳酸，降低對胃的不良影響，唯其步驟產率低，不合效益。費利克斯．霍夫曼 （Felix Hoffmann）於是改良合成步驟，成功提高產率，於1899 年由德國拜耳（Bayer）製藥公司將此化合物命名為阿司匹靈，正式註冊問市。從柳酸苷，到柳醛/柳酸，再到乙醯柳酸，可看見演進發展的歷程保留了重要的分子骨架，但透過衍生化產物調控活性與酸鹼性，此即結構為基礎之藥物設計精神（如圖2）。

圖2 以結構為基礎之藥物設計概念發展的阿司匹靈

2.     在檢驗合成產物的結構與純度上，配合大一必修課程內容，我們捨棄「光譜鑑定」的概念，而以「比色法」替代。最主要的原理是，以FeCl₃作為檢驗試劑，如果有未乙醯化的柳酸存在，酚基會與FeCl₃形成紫黑色錯合物；乙醯基卻不會，因此阿司匹靈溶液中加入FeCl₃仍呈黃色（Borer & Barrer, 2000），如此一來便能利用裸眼比色，來檢驗合成的產物純度，如果發現尚有起始物殘留，則需重新再精製。當然以「比色法」檢驗之結果所作出來的細緻度一定不比利用光譜儀器分析，但在這階段強調的是「建立觀念」，並且也呈現歷史的演進，為「儀器測量的出現是為了更精準量化、方便快速等目的而發展出來」的知識留伏筆，探索力較高的學生透過思考提問便能發現其中堂奧。

    表1列出本系以「阿司匹靈製備與純化」實驗作為橋接課程教材的改革演進歷程，與每一項目設計目的，藉由每一環節緊緊相扣的設計，更完整使學生建立起合成新化合物所需流程步驟的基本認知，同時也藉此認知配位化學內容，與概覽無機化學實驗室相關研究。

表1 本系「阿司匹靈製備與純化」實驗改良階段介紹

（四）「阿司匹靈製備與純化」實驗教材的展望

    這樣的內容是以高中至大一學生為對象所設計的，因此在製備阿司匹靈Cu(II)銅錯合物之後，除了以裸眼觀察顏色之外，並沒有進一步測量光譜、鑑定結構。不過若將之作為大三實驗課內容亦有好處—大三化學系學生對無機化學更加熟悉，更加知道含過渡金屬的配位化合物可能呈現顏色的原因；對利用儀器來鑑定化合物的概念亦更加清晰，因此如果有機會在大三重現此實驗，但加入UV-Vis、AA、ICP-MS、ESI-MS、XRD、CV、EPR或SQUID等各種儀器的測量，將更完善此實驗課程。

n  疫情之下的實驗課程

    由於本實驗內容十分適合協助高中生橋接中學與大學的學習，也符合本系「醫藥化學」的核心精神，因之多次被系上選作辦理高中營隊的實驗素材，與「遠哲科學教育基金會」共辦的「化出新知探究化學營」即是一例。無奈從去年夏天開始，因新冠肺炎疫情的阻撓，極度嚴峻之時所有營隊被迫停辦、及至今年寒假雖能復辦，卻被迫以線上方式進行。本系趁此討論遠距實驗課的幾種可能性，本實驗單元也在討論中，而產生線上實驗課程的架構。在此分享本系針對80人左右的學生，執行「阿司匹靈的製備與純化」之經驗。

    我們先行錄製從原理講解、步驟、實驗操作、結果、實驗記錄等流程的詳細影片，拍攝過程著重實驗操作及希望學生觀察的細節，輔以講述每個流程中相關原理與關鍵步驟。為提升同學的參與感，並以google表單的形式設計學習單，在觀看一部分影片後，即讓同學填寫實驗的原理討論、內容觀察、及延伸發想，同時設計判斷實驗環節，學員們能依照影片中講述的原理及化學小知識，判斷出結果（見圖3）。在營隊中，助教收集並批改學生上傳之學習單，從裡面挑出3~5位同學於最後一天做線上成果發表，讓學員們有機會口頭分享參與線上實驗之心得與發表學習單上的延伸發想問題，使我們能了解線上實驗課程實施之效益，學員發散與聚歛思考的能力、及探究與批判式思維的成熟度。在營隊閉幕發表會上，學員也能透過教授、同學的提問和討論，有更多交流答辯的機會，以梳理、分析各種學習醞釀出之思辨，讓知識更加條理分明、能以活化應用。

    營隊結束後我們藉由分析學習單，了解透過影片方式介紹實驗，(a) 學生的理解程度如何？(b) 學生觀察、提問與解決問題的能力如何？(c) 能夠引起學生學習動機的因素有哪些？ 我們分析學習單問題屬於理解原理與實驗概念部分，約50%回答正確、觀念清楚。值得提出來討論的，是學生在「純化步驟」上的理解程度較低，只有6%能正確回答「抽氣過濾之後，為何要以冰水清洗結晶」; 只有12%能理解「如何增加最後結晶產量」問題的意義。這樣的結果透露了「只以影片觀看，沒有實際操作」的學習機制可能無法使大部分學生將「純化」原理與實際操作技能連結起來。在觀察與提問方面，約20%學生能在影片示範實驗中，作有意義的觀察，並提出疑問或改進辦法。難能可貴的是，有些學生不僅注意到實驗過程中，物質顏色、狀態的變化，更注意到操作技巧，比如秤藥時可透過刮勺輕敲瓶壁、以玻棒攪拌不使溶液濺灑出來的方法等。我們也發現：具顏色、狀態變化的過程，課本文字曾出現過，但能在實驗室中看到實景的實驗，是最能引發學生興趣，想親自動手嘗試的。除了呈現藍色的阿司匹靈銅錯合物引起許多學員的興趣之外，以薄層層析檢驗反應完成度的操作，也讓學生躍躍欲試—理由除了透過展開液，看到原來呈現一點的溶液展開成多點覺得有趣之外，有些人亦提到課堂上老師曾提過原理，親眼看到實驗覺得十分興奮。

    雖然因為疫情，2021年所舉辦的營隊只能進行線上實驗，但透過學習單的回饋，使我們知道對學生而言，親自動手做實驗與只是觀看示範實驗兩者帶出的理解力差距不小，以及哪些類別現象的實驗能提高學生學習興趣。我們保留今年所收到的學習單，作為未來改進實驗的依據。

圖3 線上實驗課程進行流程圖

n  結語

「阿司匹靈的製備與純化」是十分經典的化學實驗，這個實驗不僅能學習有機化學衍生化的概念、驗證親核取代反應、練習再結晶純化，更能連結到醫藥化學歷史，從歷史的過程了解每一步合成化學的意義與重要性，因之被選錄於高中化學實驗內容中。「巧妙使用已然學習過的知識，以終為始、連結過去知識，進一步將知識往前拓展，以收溫故知新之效」的理念，是本系改良此實驗內容的信念，讓化學知識與實驗技能的學習能連貫而不斷疊加。「橋接課程」的存在是為了製造「似曾相識」的學習情境，使學生進入新的學習階段與領域之時，不致感到過於陌生，而更加勇於投入學習。為此，配合本系學分與課程的設計，過去15年本系以兩階段對此實驗作內容革新，期待學生透過這樣的架構，更了解合成化學必要的流程、一探製藥工業的內容，並有機會探索現今各種研究領域，除了知識技能的訓練，也希望開啟學生的視野，更了解化學為各種產業注入的無限可能，激發學生主動學習的熱情，使學生從基礎實驗室進入專題研究的過程更加順利。

n  致謝與其他說明

　　本文作者羅珮綺為高醫醫化系助教、林雅凡為高醫醫化系合聘副教授。感謝許智能教授分享本系實驗課程改革歷史與經驗，完善豐富本文。

n  參考資料

Diarmuid, J.(2010)。阿斯匹林傳奇（Aspirin: The remarkable story of a wonder drug；暴永寧、王惠譯）。三聯書局。(原作出版於2005年)

Le Couteur, P., & Burreson, J. (2005). 拿破崙的鈕釦：17 個改變歷史的化學故事（Napoleon’s buttons: 17 molecules that changed history；洪乃容、何子樂譯）。臺北市：商周。(原作出版於2004年)

Abuhijleh, A. L. (2011). Mononuclear copper(II) aspirinate or salicylate complexes with methylimidazoles
as biomimetic catalysts for oxidative dealkylation of a hindered phenol, oxidation of catechol and their superoxide scavenging activities. Inorganic Chemistry Communications, 14(5), 759-762.

Borer, L. L.; Barrer, E. J. (2000). Experiments with Aspirin. Journal of Chemical Education, 77(3), 354-355.

n  附錄

相關教材與營隊學習單課參照下方連結

阿司匹靈的製備與純化營隊使用教材

營隊學習單1, 2

大學化學實驗課程設計與線上教學：大學基礎化學實驗後之選修實驗課的設計與實施

黃立心

國立陽明交通大學應用化學系/理學院科學學士學位學程

lshuang@nycu.edu.tw

n  前言

    化學是門極重視實驗實作的科學，國內外各大學的化學科系皆安排學生於大一到大三期間必修普化、有機、分析（含儀器分析）和物理化學實驗課程，以習得基本實驗操作技巧並驗證講座課程所學，也為專題研究或實務應用做準備。然而因學生先備知識技能、課程目標與時間限制，這些課程的內容多為敘述條列詳細也缺乏單元間關聯的食譜式實驗，並未能提供學生類似完整實際研究或實務工作的經驗。

    為了回應未修習專題研究但仍想繼續接觸、探索化學實驗，以及已在進行專題研究但對其他領域實驗有興趣的大三或大四學生，陽明交通大學應用化學系自99學年度開始為大三大四學生開設「整合型化學實驗」選修課程，以一個學期的時間進行兩個主題實驗，其內容設計精神著重於培養學生閱讀、思考、規劃到實行實驗的能力。以下將對課程的進行方式、內容以及實施經驗做簡單介紹。

n  課程要求

    做為必修基礎實驗課程和進階研究間的轉換銜接，整合型化學實驗課程對學生的基本要求為：

l   閱讀參考文獻，深入思考實驗設計和操作原理，提出問題並嘗試回答；

l   規劃並實踐完整的連貫實驗流程，注意包含安全在內的各種操作細節。但不要求實驗快速完成或高反應產率；

l   詳實且合乎規範的實驗紀錄，有正式論文架構的期末報告；

l   能獨立操作實驗，也能和同學充分交流經驗和意見。

n  課程進行方式

    本課程希望學生能更深入的參與討論以及合作，教師和助教也要進行更細緻的觀察、協助和指導，加上實驗場所的限制，所以修課人數上限訂為十人，助教一名則由實驗主題相關之研究室推薦碩博士班研究生擔任。每周課程表定時間為三小時，但會視實驗需要而彈性增減或另外安排時間，實驗時間規畫管理能力的養成也是課程目標之一。學生分為兩組，交替進行兩個主題實驗，目前活動時程（以一學期18周計）安排及內容如下：

l   開學前：提供參考文獻請學生先閱讀

l   第一周：課程說明說明課程要求與進行方式；介紹過往修課學生曾遭遇之困難與常見疏失；因學生幾乎沒有閱讀期刊文獻後重複其實驗的經驗，故詳細具體提出文獻簡潔敘述中該思考的原理以及技術面上的問題，請學生於預習報告時嘗試回答。

l   第二周：預習報告以組為單位，對選定的主題實驗進行口頭預習報告，內容包含：簡介各步驟的基本原理和設計（含回答第一周提出的問題）；列出實驗所需各項材料以及安全注意事項；估計實驗成本和所需時間；預測實驗可能遭遇狀況和解決方法。

l   第三至九周：分組實驗操作（含貴重儀器如核磁共振光譜儀之實務教學課程）每次實驗前各組報告上周的實驗進度和檢討、本周的工作內容；結束時教師和助教檢查實驗紀錄本。

l   第十周：期中分享以組為單位口頭報告，交換上半學期各自主題實驗的操作經驗，使下半學期交換實驗主題後能更順利進行；回答預習報告未解的問題；自選各人期末閱讀報告主題，和本學期實驗相關即可。

l   第十一至十七周：分組實驗操作

l   第十八周：期末報告以組為單位口頭報告，總結這一學期的實驗結果和心得，回答預習和期中報告未解的問題；每人10至15分鐘的主題閱讀報告。

l   繳交書面期末實驗報告、主題閱讀報告。報告電子檔上傳學校教學網站供所有修課同學閱覽，教師提供書面報告意見。學期成績依照歷次口頭報告40%、實驗態度30%、實驗紀錄和期末書面結報30%之比例評量。

n  主題實驗內容

一、有機主題：四步驟的2-聯苯丁酸（xenbucin）抗發炎藥物合成

    採用Kuuloja等人發表（Kuuloja et. al., 2008），可調換步驟順序的合成方法如圖1：

a.Ph₄BNa, cat. Pd/C, b. EtOH, cat. H₂SO₄, c. NaH, EtI, d. NaOH.

圖1：可調換步驟順序的2-聯苯丁酸合成方法

    學生可習得在無水環境下利用氫化鈉及碘乙烷進行乙基化的實驗技術，其他使用技術如酯化保護/去保護、水相鈴木偶聯反應（Suzuki coupling reaction）以及液相萃取、管柱層析等皆已在大二的有機化學實驗課程中習得。此外也學習核磁共振光譜的樣品製備及儀器操作。

    此實驗和有機化學實驗課程主要差異處在於：（1）這是完整的多步驟合成工作而非單一步驟的反應，每個步驟皆須要確實對產物進行純化、光譜鑑定和定量等工作，方能使接續的步驟順利進行；（2）學生需要對文獻實驗設計和方法，如溶劑／層析沖提系統的選擇、反應藥劑和催化劑的用量、反應終止的時間和方法、萃取純化工作等等，有更深入的認識和思考。

二、無機主題：奈米氧化鈰乙醇轉氫觸媒的合成與測試

    無機主題實驗由本系李積琛教授實驗室提供蕭偉印等人的研究成果和實作經驗細節（蕭偉印，2006；Hsiao
et. al., 2007），並支援儀器設備。設計課程實驗流程如圖2：

圖2：奈米氧化鈰乙醇轉氫觸媒的合成與測試流程（作者提供）

    所使用的水熱法合成奈米材料、固態催化劑製作、X光粉末繞射、掃描式電子顯微鏡、高溫氫氣還原裝置、氣相層析質譜儀等各種技術和儀器都是在大學部必修實驗課程中沒有機會學習操作的，實驗操作結束後的數據整理和計算表格設計製作也需要花費相當的心力和時間。由於實驗難度以及成本較高，實作時不像有機主題實驗由每位學生獨立操作，而是改採二至三人小組合作方式進行，實驗中也會要求學生了解並報告分享所使用儀器和技術的原理。

    此實驗近幾年暫停實施，改以下述光譜儀器組裝實驗取代。

三、儀器分析主題：分光光度計的設計與架設

雖然學生已在普通物理、分析化學／儀器分析等講座課程中學習過基本的光學元件和光譜儀器架構的知識，也在儀器分析實驗課程中操作過數種不同已商品化的光譜儀器，但絕大多數學生其實對於光譜「儀器本身」是相當陌生的。因此我們設計的儀器分析主題實驗採二至三人小組合作，使用光學桌板、聚焦透鏡、凹面反射鏡、反射式光柵、狹縫、濾鏡、偵測器、光學桌板、旋轉座等基本元件，架設一台分光光度計（圖3）。由於工作內容和學生過去曾修習過的實驗課程有不小差異，在開始動手架設前需讓學生具備相關基礎知識：（1）拆解已故障報廢的光譜儀，討論其使用的元件和基本架構設計；（2）光學鏡片、各種支撐的基本使用和清潔方法，規格表的閱讀；（3）機械螺絲、手工具、光源及電子零件的規格、選擇和使用，視情況需求帶學生至電子材料行實地說明並選購所需材料。

圖3：學生調整接近架設完成的分光光度計

    此外也要求學生在架設前或架設光學元件的同時進行聚焦、分光效果的試算，以免讓實驗淪為憑感覺靠運氣的耗時工作。這個實驗給予學生非常高的自由度，鼓勵嘗試各種不同的原件搭配設計，藉由試算和實際測試互相參照比較，並累積對科學儀器的熟悉感和拆裝經驗。儀器架設完成後會請學生配製不同種類、濃度的有色樣品溶液，實際測試自組儀器，並求得其偵測極限、靈敏度、線性範圍等基本資料。

n  課程施行觀察

   多年下來，我們觀察到這樣的課程安排能建立學生規劃實驗步驟細節的能力和自信心，不再只會被動按照詳細指示操作，特別是期初預習報告和每周實驗前討論的要求，推動學生多思考實驗設計和操作背後的原理。在實驗操作方面，評估實驗流程時嚴重低估所需時間的情形，在累積幾次失誤經驗後可得到明顯改善，學生也體驗到小單元獨立實驗中被忽略的失誤在連續性實驗中可能對後續工作造成很大影響。小班進行讓教師與助教能對操作技巧和觀念提供更仔細的提醒和指導。更重要的是，我們發現學生的主動性、動手解決問題、臨場應變能力也都有提升，遭遇不確定或困難時優先尋求教師或助教給予立即且明確簡短解答的依賴心也降低了。

    另一方面本課程仍是有明顯框架和可依循軌跡的實驗課程，和真正的專題研究尚有所不同，加上課程也未特別要求，這或許是修課學生自發搜尋並研讀相關參考資料的動機和表現仍待加強的原因之一，為此我們在109學年新增了主題閱讀報告活動，希望能補強這方面的不足。

n  結語

    作為大學部高年級學生於專題研究外的另一選擇，或是必修實驗課程和專題研究間的銜接，本課程除了讓學生體驗規劃並實行連貫的實驗流程，也促使學生思考及應用既有知識於動手實作中。除了歷年修課學生於教學評鑑中給予非常正面的評價，課程也獲得本系教師同仁們的認同，於110學年度列入本系核心選修課程之一。

n  誌謝

    感謝王念夏教授於應用化學系主任任內倡議開設課程，李積琛教授和吳彥谷教授慨然提供實驗室研究成果及許多實驗資源，翁聖豐博士於課程設立初期擔任助教協力擘劃。感謝應用化學系在各方面的支持，歷年實驗助教與同學的努力及寶貴意見回饋。

n  參考資料

Kuuloja, N., Kylmala, T., Xu, Y., Franzen, R. (2008).Synthesis of Xenbucin using Suzuki reaction catalyzed by Pd/C in water. Central Eropean Journal of Chemistry, 6(3), 390-392.

蕭偉印（2006）。奈米氧化鈰構形控制對乙醇轉氫效率研究。未出版之碩士論文。國立交通大學應用化學研究所。

Hsiao, W.-I., Lin, Y.-S., Chen, Y.-C., Lee, C.-S.(2007). The effect of the morphology of nanocrystalline CeO₂ on ethanol reforming. Chemical Physical Letter, 441, 294-299.

大學化學實驗課程設計與線上教學：新冠疫情之下，有機化學實驗課的省思與創新—高醫大醫化系的例子

林雅凡*、李建宏、羅珮綺、高佳麟*

高雄醫學大學醫藥暨應用化學系
yafan@kmu.edu.tw;clkao@kmu.edu.tw

n  前言

2021年5月台灣在新冠肺炎的肆虐之下，各式課程執行到學期中段，緊急採取線上教學的方式，實驗課程也不例外。然而就以訓練「化學專業」人才為目的的科系而言，實驗課程真的能以線上教學來取代嗎？除了遠距授課，還有什麼其他的可能性嗎？本文將嘗試釐清大學基礎實驗課程之目的，並反思過去一學期執行線上實驗課程的收穫與缺失，認為「線上課程」能替代實驗課中偏重「認知技能」方面的教學活動；但對「操作技能」方面的訓練，只能扮演輔助的角色，其中「有機化學實驗」更凸顯「線上實驗課程」不足以取代實體的問題。本文著重討論教授「有機化學實驗」的策略—除了「有設計的影片拍攝內容」之外，「實體混搭線上的合作教學模式」也是未來可嘗試的策略。這樣的為文討論，除了提供防疫期間實驗課進行的模式參考之外，對於以大班教學實驗課的情況亦有參考的價值。通盤檢視實驗課程進行方式，將有助於未來實驗課程內容設計與硬體設備與實驗室空間規劃。

n  實驗課能夠遠距教學嗎？

一、大學實驗課目的之再思

    從過去諸多文獻探討中，探索實驗教育能啟發影響學習化學的行為，可大致歸納成以下四個目的（Carnduff & Reid, 2003; Johnstone & Al-Shuaili, 2001;Kirschner & Meester, 1998; Reid & Shah, 2007; Tamir, 1976）:

（a）學習化學知識與原理：

透過實作與現象觀察，鏈結並具體化抽象概念；藉此提供學習者另一種途徑，以不同的方式理解、思考某一項科學定理。

（b）學習與熟練操作技巧：

透過實作訓練學習實驗的操作基本能力和儀器使用方式。並藉由實際經歷「實驗過程的臨場感與處理偶發事件」，幫助學生能更從容的待在實驗環境中。

（c）培養鍛鍊科學相關能力與技巧：

透過實驗過程的觀察、數據分析等，訓練歸納、演繹、論理與提出證據、並進一步設計實驗解決問題之能力。

（d）培養一般基本知識能力與技巧，特別是”可轉移的技能（transferable skills）”：

實驗過程也在訓練學生的溝通、表達、查閱資料、團隊合作、時間管理等各種能力。

二、反思：「線上有機實驗課」的能與不能

本系在新冠疫情嚴峻衝擊之下，針對學期中「實驗課程改為線上進行」的倉促改變，做了如表1陳列的應變。

表1高醫大醫化系各級實驗課程疫情期間線上課程執行方式說明

　　從學生的報告與期末回饋中，我們發現「遠距實驗課」或多或少能帶出一些學習的益處，學習的效益與不同類別實驗課、影片拍攝方式、和教學配套活動等相關。其中最值得反思討論的是有機化學實驗。此課程不僅有特殊場域與嚴謹安全性的考量，對於實驗操作技巧的強調，內容上非以一般生活化學實驗可取代、教學上更非僅以示範影片即能全然達到教學目標的。因此為思考疫情下的「有機實驗課」如何更有效、達標的進行，我們首先探討在此課程中的教學活動，能透過線上課程完全取代、以及不能取代的部分各為何，進而集思廣益於「不能取代」部分是否有更好的做法（高雄醫學大學化學實驗(四)實驗教材）。表2陳列所有涉及的教學活動，這些活動又能大致區分為訓練「認知概念」或「操作技能」。「認知概念」的部分在適當的教材設計之下，大都能以線上或影片示範的方式取代達到相似的成果；「操作技能」的訓練除了理解，還包含實作，因之如果無法看著影片在實驗室之外自行操作，影片只能作輔助學習之用；如果能透過影片以安全、簡單的器材和物質在實驗室以外之處操作，則可達到部分效果，此部分可思考發展「材料包」，讓學生在家實作。適合這樣作法者列舉如下：（a）「再結晶」技能練習：以溫度變化再結晶食鹽或糖；（b）萃取的概念可利用食用油（有機層）與水加上食用染料（水層）方式實作觀察；不過如果著眼於訓練學生能使用「萃取瓶」的技巧層面上，線上課程只能是一項輔助；（c）薄層層析定性分離的實務操作部分能以紙層析法（例如咖啡濾紙）做練習。然而有機實驗課程設計也強調整體性，希望學生了解「合成」完整的思維與程序，因此保留「製備—分離與純化—鑑定與分析」的完整過程在有機化學實驗上有其重要意義。另外在評量的部分，本系原本設計學生以跑台方式，實際操作/展演純化與分離部分的原理，隨著疫情下改成遠距上課的實驗課，操作評量也隨之變成考卷請學生以文字敘述代替實做。因此我們想更進一步針對「操作技能」的訓練環節討論教學策略。

表2有機化學實驗課涉及的教學活動統整

n  遠距混搭安全距離的教學策略行不行？

一、更好的防疫期有機實驗課發想

（一）內容經過設計與鋪陳的教學影片能提升認知

    以影片或遠距示範教學的方式來進行有機實驗課操作技能的學習，學生的回饋表示「對於不清楚之處可以重複回放，學習效果上並不輸實體上課，特別在影片上透過助教的示範，更清楚正確的操作手法與姿勢、更加留意實驗可能容易出錯的地方。」另外參考化學實驗（五）線上課程執行結果，以學生所繳交的影片做為疫情期間的遠距教學資源，但這些影片的錯誤不少，因此學生除透過觀看影片了解整體實驗，也必須找出影片拍攝或講解錯誤之處。我們發現，提出「偵錯」等有目的性要求，會增強學生的思考活動。這使我們意識到：「拍影片內容的設計與鋪陳，也會影響學生的認知。」如果在觀看影片的過程，加入一些任務要求，能讓學生聚焦，並且刺激學生思考。

    疫情期間，本系亦有機會與美國普林斯敦大學化學系帶領實驗的講師交流線上實驗課的做法，該系講師提到他們利用影片可以回放的特性，將實驗影片拍成不同版本，有正確、有錯誤，學生在選擇認為對的選項之後，能看到選擇該裝置或操作導致的結果（安全範圍許可之內）。有時選擇錯的選項所導致的結果會帶來一些小衝擊，影片會說明造成這樣結果之因，學生對於該犯錯點留下深刻的印象。這樣的拍攝手法很有創意，不過花費時間很長；又需要思考錯誤的操作手法誰來拍？怎麼拍？怎麼準確選出最多人犯錯的方法？

（二）搭配視頻系統的合作式學習模式

    我們於是想到：「如果這是安全範圍內的學生實驗現場，是不是更貼近真實？」把學生分成若干組，每次實驗允許部分學生進入實驗室，在防疫社交距離與人員控管的規範之內操作實驗。學生實驗操作台邊裝設錄影設備（參考廣東中山大學的雙向互動音/視頻系統），線上學生能即時看見操作學生的實驗情況，如此可以讓同組學生實際操作、線上學生以討論互動的方式參與學習，並維持實驗的臨場感及實驗過程與結果的變異。次週換成組中的另外一位學生進入實驗室操作，利用這樣更替的方式，讓每個學生每一學期都可以實際操作實驗4-5次，其餘則以觀察、討論的角色參與實驗。

    為評量學生是否能用學過的原理，思考解決實際問題，本系負責有機化學實驗的李建宏老師加入期末「操作考試」，設計以下環節來了解學生學習層次：「若干樣有機試藥隨機抽取兩種混合發給各組，各組需應用學到的各種技巧，將兩樣品分離並鑑定。」（Feist, 2004）我們針對如何將此評量精神，融入這樣的合作學習模式有所討論，以下是可能的方案：事先告知學生所準備的8種有機試藥（28種混合方式），學生可以提前查資料、討論、作準備，並選定一人進入實驗室操作，其餘學生在線上參與討論、提供想法，透過如此合作的結果作為該組操作成績。這樣的作法雖然無法檢驗所有同學的操作技能，卻能強化學生的判斷和討論能力。學生在討論要派出誰作為操作員的過程，也需要自我和共同審思，評估自己和組員在一學期有機實驗課訓練下來的強項和弱項，藉由此達到同儕反饋和後設學習。

二、合作模式下教學的調整與改變

（一）重新定義「公平的學習機會」

　　這樣的教學設計很創新，但挑戰華人社會強調的「公平性」，現行教育存在的潛信念是：「唯有所有人都進行同樣的教學內容、活動和測驗，比較評比出來的結果才是最客觀的。」因此當出現「你我進行的學習活動不完全一樣」的情形之時，教育工作者所面臨的猶豫往往是：「會不會被質疑不公平？」但如果基礎實驗教育是為獨立研究奠基，應該思及的是，每一項獨立研究、碰到的每一個專案，沒有一項是一模一樣的。將來學生要面對任何一個科技現場的問題都會是獨一無二的，他們更需要是了解並找出問題的能力、判斷和決策力、與團隊共商找出因應策略的能力。

    輪流進入實驗室操作有機化學實驗的教學模式所秉持的信念是：（1）實作課程有其不可替代性，因為動覺與視覺學習之間具落差性，實際操作在更直接訓練學生動手作的能力，與強化手腦並用；（2）雖然操作實驗的次數減少，不過增加團隊討論、偵錯改正、經驗分享等學習歷程，提供更多元的面向和機會讓學生發現問題、找到策略。熟能生巧固然是訓練技巧之途，但如果沒有找到問題的根源，重複操作有時也是於事無補。

（二）合作模式學習適用的範圍

圖1.本系有機化學實驗三部分內容

     重新審視本系「有機化學實驗」教材內容，大致分為三個部分（如圖１）:（a）純化技術原理與技巧的介紹；（b）各種類型有機反應的介紹，並從中建立完整合成實驗的架構；（c）多步驟合成反應的學習。藉此三部分呈現有機合成的面貌與價值，讓學生透過實作來了解有機化學。每一部分所強調的精神不太一樣，（a）部分強調基本技能與原理、（b）部分強調新物質合成建立的程序；（c）部分比較是整合學習並接近實際情況的演練，藉此驗證（a）、（b）兩部分紮實作好的重要性。我們也思考這個「遠距混搭安全距離實驗課模式」是否適用於不同類型的內容。由於多步驟合成反應強調的是每一步驟得到純度夠好、產率夠高的產物，以作為下一步驟的起始物，因此應思考設計這類型實驗內容所要達到的目的，不同步驟切割給不同人操作的教學方式是否會影響所想要傳遞的重點，有沒有什麼配套措施可以輔助教學進行？例如：在進行這類型實驗內容之前，讓學生對接下來幾週的化學反應作整體式的討論，了解每一步驟所需使用的手法，依照團隊組成的特性討論出每個人該負責的步驟。以此機制，強化學生對於這類型實驗整合概念的了解。

n  結語

    本文提及的「遠距混搭安全距離的實驗課模式」是本系對於執行半學期的實驗課遠距教學結果做出的反思與初步改革計畫，旨在思考「有機化學實驗」技能訓練的不可替代性在疫情時期是否有另外的解套方案。從此反思過程，亦重新釐清化學實驗課應強調落實的教學重點。透過一人操作、多人觀察討論建議的「合作學習」模式，強化學生以團隊為師，透過團隊解決問題的能力，多方面訓練學生觀察、實作、提問、討論等能力。雖然疫情漸趨緩，或許不用再擔心是否用遠距實驗課教學，不過這個教學模式的發想與其中的精神為「重新規劃大學實驗教室設備」、「缺乏實驗教學助理之下，實驗課操作組數的思考」、「強化實驗技能以外的研究能力」等議題提供不錯的方向，本系以此構思為下一世代大學實驗課拋磚、期待引出更多寶玉。

n  致謝與其他說明

    本文作者林雅凡為高醫醫化系合聘副教授，高佳麟為高醫醫化系教授兼系主任。感謝李建宏助理教授、羅珮綺助教所提供的教學內容資料與意見。

n  參考資料

高雄醫學大學化學實驗（四）實驗教材。

Carnduff, J. & Reid, N. (2003) Enhancing Undergraduate Chemistry Laboratories: Pre-laboratory and Post-laboratory Exercises. Royal Society of Chemistry.

Feist, P. L. (2004). The separation and identification of two unknown solid organic compounds: An experiment for the sophomore organic chemistry laboratory. Journal of Chemical Education, 81, 109−110.

Johnstone, A. H. & Al-Shuaili, A. (2001). Learning in the laboratory; some thoughts from the literature. University Chemical Education, 5, 42-51.

Kirschner, P. A. & Meester, M. A. M. (1998). The laboratory in higher science education: Problems, premises and objectives. Higher Education, 17, 81-98.

Reid, N. & Shah, I. (2007). The role of laboratory work in university chemistry. Chemistry Education Research and Practice, 8, 172−185.

Tamir, P. (1976). The Role of the Laboratory in Science Teaching. University of Iowa.       

大學化學實驗課程設計與線上教學：海洋大學普化實驗線上遠距教學及其多元學習評量–因應疫情紀實錄

賴意繡、黃志清

國立台灣海洋大學
生命科學暨生物科技學系
d0095@email.ntou.edu.tw

huanging@email.ntou.edu.tw

n  前言

一、第一期普化實驗線上遠距教學：

110年5月18日因新冠肺炎疫情升溫，教育部宣布全國各級學校及公私立幼兒園停止到校上課，普化實驗線上遠距教學正式開跑。本該實作的化學實驗課程，卻因 COVID-19 肆虐全球，各種習以為常的實驗教學現場，因學生被迫留在宿舍或家裡，從電腦遠端進行化學實驗學習，改變所有師生的教學和學習模式。筆者從5月18日至學期末，總共有4個實驗班要進行4週的實驗線上遠距教學，從毫無預備到學期結束，從慌亂中到冷靜沉著面對教學現場的巨大轉變，實在是教書30年來第一次的洗禮。

二、第二期普化實驗線上遠距教學：

結果意想不到的是，110年9月開學，竟然疫情尚未減退，教育部宣布大學仍採線上遠距教學，直到110年10月12日才恢復實體教學，學生才陸陸續續回到學校。依筆者自己的授課班級，本籍生10月12日以後都回到學校，唯有外籍生有諸多因素，陸陸續續回到學校，時間從 10月12日至11月30日都有。所以筆者上課時除要顧慮實體現場學生，還要顧及鏡頭前的遠距外籍生，因此第二期的線上遠距教學難度更高，簡述原因有2點，如表1所列：

表1   二期普化實驗線上遠距教學比較表

筆者不敢說成功地完成了普化實驗線上遠距教學，更多的是反思：這二次難得的教學經驗，到底為將來若再次面對大環境黑天鵝（見維基百科）來臨時，我預備好了嗎？筆者撰文，想要為這二期的普化實驗線上遠距教學，留下紀錄，提供各界集思廣益，經由所有化學武林好漢齊聚著筆，為教育界留下寶貴經驗，而能彼此互相學習琢磨。

n  背景介紹：海洋大學化學實驗課程規劃

海洋大學化學實驗課程是由生命科學暨生物科技學系的化學專長師資群所組成的授課單位，本校簡稱化學教學中心（或化學教學小組），負責全校16-18個不同學系班級的實驗授課，共有三種類型的實驗課程，分別是［普通化學實驗］、［分析化學實驗］和［有機化學實驗］。空間規劃：2間大型實驗室，3間儀器室、1間配藥室、1間助教辦公室。人員配置：3小時實驗課程進行中，每班有大助教一名（專任助教）和小助教三名（研究生TA），每班共24個實驗組別，每組約2-3位學生（參見海大化學教學中心網站）。

n  普化實驗課線上遠距授課方式

一、硬體設備

1. 網路攝影機Webcam（內建麥克風）：5月中旬學校統一發放給授課老師

2. 手寫繪圖板：原先已採購

3. 攝影機：DV 數位攝影機和手機，原先已採購

4. 攝影棚燈學校提供租借

二、軟體裝置

1.     遠距教學平台：本校教學系統 TronClass 內嵌有 Microsoft teams，透過此平台師生同時上線，進行共享螢幕同步教學以及和學生互動交流，可透過平台內的軟體，例如分組、投票或抽籤。

2.     線上直播平台：利用YouTube 直播串流平台，3位研究生TA現場操作進行同步實驗操作，並和學生遠距即時互動QA問答。

    以上2平台進行時，皆會同步螢幕錄影，課後將影片掛在 TronClass，提供課後學習之教學資源。

三、第一期普化實驗課線上遠距教學方式（110年5月18日至6月18日）

1.     教師端：同步遠距教學（教師即時講授）和非同步遠距教學（播放視聽教材）混成教學雙軌進行（教育部大專院校遠距教學課程與線上教學指引）。同步遠距教學重點在（實驗原理講解）以及和學生QA互動，確定學生線上出席。非同步遠距教學重點在（實驗操作過程影片觀賞），此影片是筆者和研究生TA事先錄製拍攝，部分影片已剪輯放在筆者經營的YouTube影音頻道（化為所學 Because Chemistry）。

2.     學生端：為確保學生有在螢幕前認真學習，課程進行中，會提早告訴學生課程結束前有線上小考，3份不同卷別，考前一分鐘才公告學生作答卷別，限時作答，書面檔案考卷上傳至TronClass，考試內容是給予該實驗內容的現場實驗數據，請同學根據換算公式進行方程式演算以及Excel 製圖或其它指定內容，示範教材（見圖1）。

圖1 實驗數據線上處理示範教材

四、第二期普化實驗課線上遠距教學方式（110年9月20日至11月30日）

1.     教師端：同上

2.     學生端：同上

3.     研究生TA端：經過第一期的經驗，筆者於第二期增加研究生TA的工作份量，最主要的原因是，第二期遠距教學的學生都是大一新生，大家未曾謀面，筆者一人在螢幕前實在無法顧及50位以上的學生，加上新生從未進過本校化學實驗室，對現場環境完全陌生，筆者擔心一旦學生回到學校會適應不良，會影響後續實體實驗的進度，所以增加研究生TA和學生的互動，企圖解決上述問題的操作方式如下：

（a）於筆者遠距同步教學課程結束後，3位研究生各自帶領約16位學生，進行線上分組討論，討論內容或QA問題大綱，筆者會事先提供給TA，在內容設計上會朝向活潑、有趣，目的不是要考倒學生，乃是要他們盡情在螢幕前說話，學生在線上踴躍發言會增加彼此熟悉度，在TA帶領下會漸漸產生學習向心力，從陌生變熟悉，建立感情是首要。

（b）有關實驗操作，第二期利用YouTube 線上直播，由3位研究生TA現場一邊操作，一邊指定螢幕前學生回答TA的問題，目的是和遠距學生即時互動，TA操作時所產生的實驗數據，學生要及時抄下來，寫在結報內。

第二次的遠距教學，不再像第一期一樣，提供事先預錄好的影片和當天同步螢幕錄影影片，因為筆者發現第一期學生觀看預錄影片次數只占全班人數的50%左右，藉由這一次的調整，筆者發現學生因為沒有事後影片可以觀看，當天遠距上課時的熱忱度明顯提升。

n  線上遠距教學之多元學習評量方式

普化實體實驗課學習評量方式包含：出席率、預報和結報、實驗操作考…等，而遠距實驗教學評量需考量學生沒有親自做實驗，所以結報評量方式修改為：線上限時數據整理運算，此方式筆者覺得效果極好，因為每位學生都剛好坐在自己的電腦前，用電腦Excel馬上照著要求，完成學習目標，比原先實體實驗課，在課堂上聽老師講解數據整理後，由於課堂上無法提供每人一台電腦，學生只好回家完成作業，這樣就失去師生間問與答的即時解惑了。為什麼筆者覺得這個評量方式很好呢？因為大一下學期學習重點是利用Excel 進行方程式運算和製圖，學生通常很會做實驗，但不會整理數據，剛好透過遠距師生都可以共享螢幕，所以只要一位學生有盲點，大家都會同時看到，真的是大大降低老師的教學負擔和提升有效率的學習。

n  結語

就這次疫情的經驗，讓我們快速學習「遠距教學」所需要的軟硬體知識，從原本陌生和排斥，到後來的得心應手，進而有很大的成就感。這新發芽的遠距教學模式，可以應用在「實體課程」，例如：利用線上直播，將老師操作的細部過程放大投影至單槍螢幕，就不會發生50多位學生擠在示範桌看老師操作了。

臺灣趨勢研究報告以三級警戒對親子關係、工作及學習等面向之影響做調查，報告指出，學生長時間在家線上學習，在學生的感受方面，50.2%的學生認為線上學習的成效較實體課程來得差，而有 37.2%認為差不多，沒有太大改變（周秩年、邱士榮、李家如、黃怡姍，2021）。

普化實驗線上遠距教學是大環境發生劇烈變化，而不得不採用的方式。若要去衡量學生是否能有效學習，筆者認為須慎重評量，因為實驗課著重在親手操作，遠距學習勢必無法取代實體實驗課。但是大環境發生改變，都不是可預測的，人類之所以優秀是因為我們能從劇變中，學到經驗，利用經驗產生創新與精進的做法。以下2點，是筆者提出可以努力的方向。

1.     教育主管機關應審慎規畫改善學生端的通訊網路品質和提升電腦視訊設備，因為教師端 的網路品質和電腦視訊設備，皆是各級學校大量補助協助改善，但學生端的部分，卻是依據學生家庭經濟狀況來改善，筆者認為會影響學生的公平受教權。

2.     教師端的部分，筆者認為教師要能走出舒適圈，跨出數位教學的藩籬，善用國內外諸多單位建立的教育雲資源，利用媒體科技增加教學彈性，讓遠距教學不只是單一線形的教學方式，藉由媒體科技互動增添學生學習動機。

提筆至此，僅就筆者在這次因應疫情下所進行的普化實驗線上遠距教學現場紀實，提供各界參考。

n  參考資料

周秩年、邱士榮、李家如、黃怡姍（2021）。第三級警戒下防疫新生活調查：工作學習及親子篇。台灣趨勢研究。取自

https://www.twtrend.com/trend-detail/COVID-19-L3-life-survey02/

n  附錄

內文相關資料，有興趣讀者可額外參酌

化為所學 Because Chemistry，YouTube影音頻道。取自https://www.youtube.com/channel/UC5kEG7x8wqjNpjWfhbi1FjA/videos

海洋大學化學教學中心。取自 https://chem.ntou.edu.tw/bin/home.php

黑天鵝理論: 維基百科。取自https://zh.wikipedia.org/wiki/黑天鵝理論

「教育部大專院校遠距教學課程與線上教學指引」。取自https://sites.google.com/view/univ-elearning/首頁

彭賢恩、石安伶、謝宜儒、陳韋辰（2021）。第三級警戒下防疫新生活調查：生活篇。取自
https://www.twtrend.com/trend-detail/COVID-19-Level3-new-life-survey01/

大學化學實驗課程設計與線上教學：疫情時代的化學實驗課-室溫磷光之製作

邱秀貞

國立嘉義大學應用化學系
genechiou@mail.ncyu.edu.tw

n  前言

COVID-19疫情衝擊教學課程，教育部陸陸續續公布了相關的防疫辦法，透過遠距教學，希望藉由減少群聚活動與實體上課，來達到防疫的目的，目前教育部官網提供大專院校參考的三種非實體上課的模式：同步教學、非同步教學與混合教學等三種模式，因疫情全面取消實驗室實體課程，使得科學教育之基礎面臨前所未有的挑戰，如何讓學生在遠距教學的實驗課中，既能真實探究實驗原理，又能實際操作，成為參與實驗課程之教師之難題，本篇文章提供實驗課程模式分析，並進一步設計實驗箱，讓學生能在停課前帶回，於遠距教學時線上共同實作。

n  遠距實驗課程方式分析

一、線上實驗室

一般會認為最簡單的線上實驗課就是拍實驗解說與實作過程影片，上傳後讓學生自行觀看，並設計問題讓學生於線上作答，這種作法為暫緩之計，後續仍須於寒、暑假找時間補做，然而疫情至今，在澳洲已有學校聯盟創建「無障礙遠程實驗室」（Freely-Accessible Remote Laboratories, FARLabs）（Farlabs, 2013），利用虛擬實境及對實驗室設備的遠程控制組合在線上建立實驗室，這些設備可讓學生在自己的住所安全舒適環境下進行操作。透過線上實驗室，以實用的方式探索科學的關鍵概念，並可即時線上傳輸學生的實作過程，甚至利用虛擬的環境，與學生在教學過程中保持高度的互動性，同時可一次將多個學生登錄到同一實驗中，此種方法已被評為最有潛力之遠距實驗教學法；此法之缺點在於線上設施的建置與維護費用昂貴，因其涉及資訊科技及實驗室教學方面的專業知識，教師需要精密仔細的設計課程，以及監控實驗的進行。

二、家庭實驗室

第二種方法是利用在家中容易找到的器具設計實驗活動，家庭中使用的日常品可以用來研究化學、物理及生物學。例如，利用水果中的酵素進行催化反應、學生可用馬鈴薯、地瓜及奇異果中的酵素來分解雙氧水並探討影響反應速率的因素，亦可利用一個自製簡單的擺錘來測量重力，或者通過觀察添加到一杯水中的溫度變化來發現冰的熔化熱或汽化熱（相變焓）。設計此類的實驗，可透過利用實驗過程與我們周遭的環境產生實際連結，改善學生的學習成果；家庭實驗室的缺點在於，一些關鍵性的實驗需要專業昂貴的儀器，例如分光光度計、光學顯微鏡等，則無法如同在學校實驗室垂手可得。

三、實驗箱

實驗箱之發送為另一簡便的方式，透過此方式，實驗室的工具箱在學校組裝後，讓學生領取或者發送給學生，讓學生能在自己家裡進行實驗；實驗箱具有明顯的優勢，教師可同步在線上作完整講解後，同時為學生提供了實驗室手作實驗的經驗，且無時間限制或照看的需求；然而，此種方法的缺點在於，如果學生無法親自領取時，郵寄實驗箱則需有郵資之需求，如有設備遺失或損壞，將有費用承擔歸屬的問題，當然，在實驗的設計上，一樣需要考量安全性。

n  實驗箱設計

相較於日常生活中無所不在之螢光，磷光一詞在生活中似乎相對陌生且易與混淆；其實磷光與螢光一樣均為光致發光之冷光，巨觀而言，兩者最大的區別在於吸光後，其發光半生期長短之差距。本實驗目的在於運用硼酸（Boric acid）與微量螢光素（Fluorescein）來製作磷光體（phosphors）（Neelakantam & Sitaraman, 1945），並藉由手電筒之光於產物上作畫，以體驗磷光與螢光之區別。本學期實驗課在探討螢光與磷光時，恰逢疫情，基於停課不停學之理念基礎，因應疫情，預計以實驗箱之方式由同學攜回，配合遠距教學方式，舉行課程。

一、藥品與器材

硼酸5 克      螢光素0.005 克          去離子水1克       燒杯1 個

玻棒1 支      加熱攪拌器1台           研缽及杵1套        秤量紙2張

刮杓1 支      黑色紙板1 張             手電筒1支

二、實驗步驟

1.     將秤量好之硼酸與螢光素（圖1）放入燒杯中，均勻混合，然後放置於加熱器之加熱檯面上。

2.     開啟加熱攪拌器（刻度4-5），將水加至燒杯中，並以玻棒攪拌將固體與水充分混合溶解。

3.     持續加熱，燒杯內熔融之液體逐漸變黏稠且呈現淡淡螢光黃，即可將黃色產物以刮杓及玻棒移至研缽，並用杵將其研磨成小顆粒（見圖2）。

（注意：勿加熱黏稠狀產物全變為固體，因此時產物固體之硬度高，不易研磨）

4.     可重複實驗並收集研磨後之產物，鋪於黑色紙板上，關閉電燈，並使用手電筒之光於所製作之磷光體上作畫（見示範影片）。

圖1 硼酸與螢光素

圖2紫外光照射下之磷光體產物與螢光素

n  示範連結

https://www.youtube.com/watch?v=DPMAkDGGa2g

n  教學指引

一、化學概念與原理

本實驗透過加熱結晶來製備硼酸磷光體，硼酸預先與痕量之螢光素加水混合，並加熱直     至90％之水分汽化，然後將生成之黏稠物質倒入研缽研磨，所得之磷光體因其放光半生期大於100毫秒（本實驗磷光體放光時間4.2秒），化學上我們又可將其歸類為室溫磷光（Room-Temperature Phosphorescence, RTP）（Chai
et.al., 2017），事實上由硼酸製成的玻璃杯在紫外光的照射下亦會發出淡藍色磷光（見圖3），但是其所釋放之磷光極弱，強度不到螢光素所放出的1％，文獻上討論到這種以硼酸為基質並加入痕量螢光素所得之放光強度增強且放光時間拉長之磷光體，一般認為其原因來自硼酸溶液加熱脫水後形成一剛性固體媒質（rigid solid media）
因而降低放光時之非輻射衰退（nonradiative decay）（Chai et al., 2017; Yoshii et al., 2014; Zhang et al., 2007; Zhang et al., 2009）。硼酸加熱脫水變化如圖4中之式1-3，經過熱處理後之B₂O₃網絡（–B–O–B– tetra boric acid）生成[B–O]^– （式2），此基團接著再與平面三角之BO₃基團反應形成四面體之剛性固體硼化物（式3）；而螢光素之角色除了本身為放光物質外，文獻上也有學者稱其為活化劑（activation agent），本實驗除了脫水程度之因素，螢光素之添加比例與加熱完畢後之冷卻溫度均會影響所生成磷光體之顏色與性質。

圖3紫外光照射下，脫水後之硼酸固體（左）；硼酸結晶（右）

     (1)

                                     (2)

                                          (3)

圖4硼酸加熱脫水與四面體硼化物生成之反應式

二、教學建議

      在此實驗前，教師可先就螢光與磷光發光之物理機制做前導論述，建立基礎概念。

三、實驗箱之準備

硼酸5 克      螢光素0.005 克     去離子水1克    燒杯1個

玻棒1 支   研缽及杵1套        刮杓1 支        黑色紙板1張

加熱器以家用電磁爐取代。將所有材料秤量、包裝好，置於白色萬用箱中（見圖5）。

圖5 本實驗實驗箱之準備

n  結語

實驗課程從實驗室轉移到了電腦螢幕裡。對於需要理論知識與實踐相結合的實驗課程而言，這樣的轉變對課程設計、執行帶來了不少新挑戰，實驗課的教學應當以學生實際操作為主，然而疫情的肆虐，非常時期，遠距教學之實驗課程，校方教師須多三分準備、十分用心，加上同學十三分的共同努力，才能將疫情對實驗教學的影響降到最小。

n  參考資料

Chai,Z., Wang, C., Wang, J., Liu, F., Xie, Y., Zhang, Y.-Z., Li, J.-R., Lia, Q., & Li, Z. (2017). Abnormal room temperature phosphorescence of purely organic boron-containing compounds: the relationship between the emissive behavior and the molecular packing, and the potential related applications. Chemical Science, 8, 8336–8344.

Farlabs (2013). 5, 2020 from https://www.farlabs.edu.au/

Lewis, G. N., Lipkin, D., & Magel, T. T. (1941). Reversible photochemical processes in rigid media. A study of the phosphorescent state. Journal of the American Chemical. Society, 63(11), 3005–3018.

Neelakantam, K., & Sitaraman, M. V. (1945). Luminescence in the solid state—Boric acid as base. Proceedings of the Indian Academy of Sciences, 21 A, 45, 272—279.

Yoshii, R., Hirose, A., Tanaka, K., & Chujo, Y. (2014). Functionalization of boron diiminates with unique optical properties: Multicolor tuning of crystallization-induced emission and introduction into the main chain of conjugated polymers. Journal of the American Chemical. Society, 136(52), 18131–18139.

Zhang, G., Chen, J., Payne, S. J., Kooi, S. E., Demas, J. N., & Fraser, C. L. (2007). Multi-emissive difluoroboron dibenzoylmethane polylactide exhibiting intense fluorescence and oxygen-sensitive room-temperature phosphorescence. Journal of the American Chemical. Society, 129(29), 8942–8943.

Zhang, G., Palmer, G. M., Dewhirst, M. W., Fraser, C. L. (2009). A dual-emissive-materials design concept enables tumour hypoxia imaging. Nature Materials, 8(9), 747–751.

大學化學實驗課程設計與線上教學：COVID-19疫情期間普通化學實驗課程的首次遠距教學調適經驗分享

黃武章

屏東科技大學
環境工程與科學研究所

wjhuang@mail.npust.edu.tw

n  前言

2021年5月19日開始，全國首度進入COVID-19防疫三級，同時教育現場全面遠距教學，這是一個相當大程度的改變與變革。多年前教育部就已經開始推動非同步的線上教學，直到去年的本土疫情出現終於要全面實施同步線上教學了，果然改變的契機往往是外來的。教室裡出現數位講桌也不過是這幾年的事，換言之教學數位化最明顯的在於投影機取代了板書，雖然化學正課仍舊維持板書，但是化學實驗課程在本校已經數位化教學許多年，那是因為由助教的課前訓練演變而來的。由於校內普通化學課程修習班級數眾多，普通化學實驗課程需要的教學助教（TA）也是全校最多的，在開學及上課之前，校內相關單位已開設TA訓練及考證課程，大學部高年級或是碩士班研究生須先取得TA資格方可擔任實驗課程的助教。為了統一教學內涵，除了已有公開出版品作為化學實驗課程教材外，在本土疫情發生之前，也會在每學期開學前舉辦助教的教學競賽，分享彼此的教學經驗，現場亦有當學期全體化學實驗課程教師及儀器及藥品管理室專責人員共同出席。

n  個人普通化學實驗課程遠距教學調適過程

一、得知遠距教學的第一天

當天看到信箱裡的學校公告，腦海裡出現的第一想法是「好在已經有了全部實驗課程的簡報PPT檔案，就放上學校的數位學習平台，讓同學照著教材方法然後在宿舍找到替代材料完成」，這個想法很快便知道不可行，因為大學一年級新生不少人住宿舍，找到材料也不一定有加熱源可用。在加熱源問題之前還發現一個問題，就是教材是出版社公開發行的，版權在出版前就已經賣斷了，如果要使用需取得授權，但是離下一個實驗課程上課時間只有幾天而已。

二、得知遠距教學的第二天

從第一天的經驗得知：現況不允許我們太多想像，必須務實來做才好。在詢問有關單位後確定採用的教學平台為本校早已建置的數位教學平台，花了半天在平台裡找出合適遠距教學的功能，以及如同實體實驗室一般，數位平台課堂裡也需要教師與助教，光是學會怎樣加一個助教就遠比實體課堂困難多了，線上課程中的TA其權限為助理教師與老師幾乎相同！？更多的問題來了，最後幸好TA多是自己研究生，嗯，it is a good idea ~~。第二天的感覺是已經重新找到方向了。

三、得知遠距教學的第三天

應該要決定教學形式了，非同步或同步？直播或錄影？幾經確認最後採用的是混合步！就是利用學校數位教學平台的聊天室功能開一個教室讓同學進入聊天互動（圖1），並在平台上傳助教做的簡報PPT檔讓同學參考，先於聊天室由我說明此實驗的相關應用，再來幾個線上問題讓同學作答後，請同學轉往平台進行閱讀與上傳結報。於遠距教學期間，普通化學實驗課程僅剩請同學看完簡報PPT檔後依照原本格式寫完預報後上傳（圖2）。

圖1：校數位教學平台之聊天室及可用於點名之畫面

               圖2：教學平台之遠距教學連結點與課程資料下載與作業上傳點畫面

n  同學與助教回饋

在教學平台上，擔任教學助教（TA）的研究生能以助理教師身分參與遠距課程。同學對於平日總在實驗室裡全場走透透的老師，化身為鍵盤打字員並沒有特別表示什麼，但是在聊天室中如果問個早，馬上就有幾位同學回應說「早」，這是很大的不同。此外，透過聊天室中的登入者名單點名，一開始不熟悉的同學還會特意打自己的名字在對話裡作為點名。助教則是在聊天公告上傳預報的檔案規格，比方檔名如何命名及檔案形式等，當然遠距對於助教而言，已省去每週的實驗預作及配藥，時間上確實省下不少時間。課程很快到了期末，由於是第一次遠距教學，最後我們還在線上作業問了同學所使用的工具以及網路的方便性，才發現手機是最常見的工具，而且也不是每位同學都有吃到飽的網路。況且長時間的遠距教學，同學多回到自己家中，如果家裡沒有WIFI又或是住家附近訊號不佳的，往往還得找到有網路地方才能上課。助教在課後可利用平台的整批下載功能，將全班每位同學地當周作業下載，再將評分部分手寫在成績冊的影本上（因為正本在作者手上）。過了一年，今年（2022）的5月9日至22日是本校的遠距教學演練期間，遠距教學的內容與方式均與去年（2021）一樣，目前執行的情況也都還不錯。同學也都有相當的準備與適應性。

n  建議

相較於實體的實驗課程，遠距課程缺少了親自動手的機會；但是對於當天不方便到教室的同學而言，遠距課程提供了與同學同步上課的機會。此外，聊天室的功能也展現現在同學的網路學習的新樣態，或許配合示範操作短片，較能彌補缺少親自動手的不足。在報告批改方面，遠距教學時作業及線上考試上傳檔案時以PDF格式較為方便，後來需以專業正版軟體進行檔案的分數批改，以利存檔作為教育部查核或是工程及科學教育認證（IEET）等的佐證線上資料。這個部分在期末考前由於沒有相關經驗所以花了不少時間進行校內的溝通，這也是未來或許可以再細究完整配套作法，而相較之下紙本佐證如試卷與作業的批閱及保存方式相對簡單與容易。

n  致謝

藉此機會首要感謝母校佘瑞琳老師的邀請與協助，方使得本文得以順利產生。更要感謝本校教務處、電子計算機中心、化學教學委員會、環境工程與科學系、儀器及藥品管理室等老師們與同仁的協助，雖然是第一次遇到遠距教學，如何以的學校數位學習平台系統進行同步線上操作也不大孰悉，但因為大家都不希望因疫情影響同學的學習及畢業期程，以及作者個人期望未來遠距教學能順利轉型為線上同步為主的方式，所以雖然過程大小困難不少，但是透過各單位給予的助力下，順利完成了首次的化學實驗課程遠距教學。最後還要謝謝系上邱瑞宇老師告知與邀請參與由化學會於2021年八月舉辦的《大學實驗課程線上交流會》，以及與會的全台各校的化學授課老師們無私的分享如何在三級防疫期間更努力地讓教學及學習更上一層樓。

大學化學實驗課程設計與線上教學：臺大普化實驗線上教學—實驗安全與實驗技能

沈晏平

國立臺灣大學化學系
yenping@ntu.edu.tw

n  前言

2021年9月，因應升溫的新冠肺炎疫情，臺灣大學建議全校課程開學前三週先採用遠距教學，待十月再根據疫情的變化將課程調整為實體授課。因此本系普通化學實驗教學組便開始設計對應的線上同步課程，並檢討實施後之教學改進方向。

n  臺灣大學普通化學實驗課程簡介

臺灣大學化學系110學年上學期需要負責23個學系、共約1200位學生的普通化學實驗課程，修課學生均需要參加第一週的實驗安全講習才能進入實驗室進行實作，大部分的學系（約3/4的學生）只需修習一學期的普通化學實驗（如我負責的醫學系和電機系），需要更多化學實驗訓練的系所如化學、物理、化工、農化、材料等則修習二學期的普通化學實驗。專業領域和化學密切相關的系所，則需要繼續修習有機化學實驗和分析化學實驗。

各班之普通化學實驗課均為3小時1學分，由一位專任助教（如本人）搭配2-3位研究生助理助教來進行教學，實驗的儀器和藥品各由一位專任技術人員負責準備。

n  實驗安全和實驗技能的線上教學

過去本系的實驗教學從未嘗試過線上授課。一般實驗課程安排都是在第一堂課進行普化實驗課程簡介與實驗安全教學；而許多應學習的實驗技能，都是在學生初次使用該技能的那堂課才會進行教導。這次的疫情，讓本系普化教學組開始思考兩個方案：第一個方案是當學校開放可實體授課時再進行教學，9月就暫時不開課。第二個方案是先將能於線上進行教學的內容教完，等到開放實體授課後，就能更有效率地讓學生完成實驗操作。

學生學習的時間是寶貴的，不能因疫情而停滯。雖然過去沒有執行過實驗線上教學的經驗，但在普化教學組全體助教及與負責教師的討論規劃下，我們決定全面實施二週線上同步實驗課，包括：第一堂的實驗安全講習，及首次增設關於實驗技能介紹，作為第二次線上課的內容，主要為講解前三個實體實驗課要用到的實驗技能。而後待恢復為可實體教學時，再帶學生完成本學期的實作實驗。實驗安全和實驗技能均是可以於線上教學的內容，其在線上同步和線下實體教學所對應的特色分析如表1。

表1   實驗安全和實驗技能的線上同步教學與線下實體教學比較

n  針對學生特質制訂線上教學目標

這學期負責的實驗班分別是醫學系和電機系一年級學生。針對學生屬性，首先設定了三個教學目標：第一是要幫助學生在後續進行實驗時可以更快速而正確地掌握實驗。第二是讓學生熟悉各種實驗裝置和操作所對應的英文專有名詞。醫學系學生往後在職場進行醫事紀錄或閱讀案例都必須使用英文；電機系學生在開發裝置時，則需要閱讀國際平台上大量的英文技術文件。兩系的學生都需要快速地融入大學的英語教學模式中。第三是提供學生展現自己、練習表達的機會。由於這些剛入學的大一新生彼此間並不熟悉，也希望能增進他們之間的認識。表2是所設計的二課堂教學流程。

表2   兩堂線上同步實驗課程教學流程

n  線上教學紀實

（一）第一堂課：實驗安全

由於每班實驗學生人數多，故同步教學採用臺大購買的Webex線上會議系統，以與全班同學視訊。開課前一周，便經由臺大NTU COOL教學平台寄發電郵，引導學生進行安裝軟體，並建議學生自行測試。接著就正式來到第一堂課，這堂課的重點是要讓學生了解這學期的實驗課程規劃，並認識教學相關人員。首先我先分享自己的學習經歷，包含曾就讀的高中和大學，還有相關工作經歷，拉近和學生的距離。以面對醫學系的學生為例，分享了在大學時參加過傳統醫學研究社，認識了很多醫學系的朋友，也讀過不少普通生物學和人體生理學的醫學系共同筆記，這些朋友常會和醫學系的學弟妹分享心路歷程。像是他們說醫學系要一直面對讀不完的書，而大一大二的壓力相對較小，要好好善用這段時光探索自我、開發興趣，不要覺得爭取好成績就是生活的一切。雖然往後醫學系在選科別會和成績排名有關，但選科別時最重要的是要找到和自己性格相近的科別。例如我有個選外科的朋友就表示，內科的看診週期很長，要不斷進行追蹤和分析；外科上刀快速利落，比較符合他的性格。而他就是在大學的各種實作課程中，發現他有操刀的天分。而面對電機系的學生，則分享我曾在協助學生完成科展的上海公司工作，一年需要接觸一百多個各種領域的專案，會和很多電機專業的同事合作。他們常說，電機系喜歡精準控制的感覺，濕濕黏黏的化學物質對他們而言會很難掌握，而能將電機專業應用在化學領域的人則是稀缺人才。建議同學們可以在這實作實驗課程中去探索，看看自己會不會對化學相關的應用有興趣。接著再請另外兩位協助課堂的碩一研究生助理助教進行自我介紹，並說明學生在實體課時有哪些流程必須與助理助教確認。

介紹完教學人員後便是介紹Webex會議系統。首先隨機指定一位同學在聊天窗口打出「666」，並請他示範鏡頭和麥克風的控制，讓同學們熟悉平台界面。接著讓同學進行自我介紹，增加學生間的互動，使其專注度能維持在這個線上空間。因此先引入了這段話題：「我在上了大學後，直到出社會，發現需要不斷地和不同的人們進行合作，尤其難度越高的工作越是如此。一個高難度的工作，需要數種尖端的技術，很難找到一個人同時擁有這些技術，因此一定需要合作。在職場上，準確地介紹自己，快速地認識他人的特質，都是你們該具備的能力。等待開課的時間中，我和幾位同學簡單地聊過，聽到你們已經選出班代了，那我們就請班代先自我介紹吧！」班代介紹後，我接著說：「這是很好的示範，尤其林同學說，希望大家不要這四年都只叫他班代，要記住他的名字，這樣大家都會對這段介紹有深刻地印象。我會繼續提供4個名額讓同學有機會展示自己，這樣你們之後在系上活動或分組報告時，其他同學都會對介紹過的同學有印象。那麼就請有意願的同學在聊天窗口中發個聲。」醫學系學生持續有人自願進行介紹，而電機系則有中斷的情形，便請前一位分享的同學指定下一位同學進行介紹。這個自我介紹暖場結束後，再繼續進行下個階段的講解，說明此課程在一學期中的時程規劃，需要自行準備的課本、實驗衣和護目鏡、線上非同步學習資料位置、要繳交的報告數量和撰寫方式等。過程中，每個段落都會隨機指定同學在聊天窗口進行總結。線上課堂的最後，隨機指定三位同學，簡短地分享此次線上課程的心得感想。下線後，學生再進到NTU COOL進行5分鐘的線上測驗，以瞭解大家這次線上課程的學習情形。

（二）第二堂課：實驗技能

第二堂課的開始，我先和學生分享自己就讀研究所時的體認：國際上愈好的研究所，對學生的期待會愈高，他們會期待你是一個獨立的研究者，具備獨立進行實驗的能力，因此會預設你應該熟悉很多基礎的實驗技能，例如藥品秤量、溶液配製和實驗裝置架設與操作等，這些都要能獨立完成。反過來説，當你不會這些基礎技能，你的能力會受到質疑。在後續的各種課程中，化學實驗基礎技能只會在我們這門實驗課進行教授，如果沒有學會，往後在研究室，運氣好的話或許能請教學長姊，運氣不好時就只能找資料自己進行惡補。另外又鋪墊了一個常見的情境：「日後如果需要和國外的研究團隊進行交流，要討論實驗怎麼做，你能用英文進行溝通嗎？像是『稱取藥品』的英文應該怎麼說？『隔水加熱』的英文又該怎樣講？為了讓大家具備上述的能力，這堂課我們要學習閱讀英文版的化學實驗基礎技能，這些技能會在後續三個實驗中使用到。各位等下需要從NTU COOL下載指定的文件，會給大家一段時間進行閱讀，接著抽點同學開啟鏡頭和麥克風，口頭總結說明文件中的指定段落。同學在總結前都需要簡短地介紹自己的姓名、就讀高中和興趣嗜好。要閱讀的文件總共有7份（電子天平、藥品稱量、水銀氣壓計、酒精燈、定量分注器、容量瓶、滴定管和滴定技巧），預計50分鐘內讀完。」。每位同學總結說明後，我均會給予簡短的反饋，如內容的補充，或是給予肯定稱許。遇到英文或實驗觀念特別好的同學，會詢問同學是否願意分享是哪些經歷讓他擁有這些能力。下線前預告了這學期都會使用英文投影片，但以中文講解。遇到專有名詞則會直接使用英文詞彙，大家要熟悉實驗中常會用到的英文專有名詞。第二堂課程結束前，請3位同學分享閱讀這7份實驗技能英文版文件的心得感想。最後同樣用NTU COOL進行線上測驗，作為平時成績的評分依據。

n  結語

當整學期的普化實驗課程結束後，與其他屆沒經歷過線上同步課的學生相比，這屆學生的實驗完成度和報告品質並沒有顯著的差異。從另一個角度思考，經歷過線上課的暖場交流設計，得以看到學生們許多不同的面向，也確實提高了我對這屆學生的熟悉程度。

化學實驗是一門實作課程，當受疫情發展限制，必須暫停實體授課但不停學的情勢下，實施線上遠距教學，仍是有可取之處，如：

1.       教師示範實驗時，學生在線上觀看會比在線下來得清晰。

2.       當學生需要依序在全班面前進行交流對談時，線上空間會更適合學生們進行表達。

3.       教師可以隨時進行線上考試，檢測學生的學習成效。

以這二堂實驗安全和實驗技能課程為例，主要是實驗安全講解和實驗技能示範，實施線上同步教學似乎可行。但當進入後續的實作實驗，需要學生實際學習安排實驗流程、架設裝置、操作儀器設備、進行反應、觀察與記錄時，線上教學是無法取代學生在線下的實際操作訓練。然而使用線上教學，確實是能創造大量師生間和同學間的交流機會，營造出一種互助共學的文化。當學生的學習動機被點燃，學生們便會自行去學習各種放在網路上的資源。每個特定時空的教師和學生都有他們要面對的問題，因此當教師設定好適合那個時空的教學目標，不論是線上遠距還是線下實體教學，只要能達成學習目標就是好的教學模式。當未來有教師需要開發實驗線上課時，希望本文分享的線上教學經驗能提供一些幫助。

《臺灣化學教育》第四十七期（2022年6月）

目錄

n  主編的話

u 第四十七期主編的話／邱美虹〔HTML｜PDF〕

n  本期專題【專題編輯／李松濤】

u  社會性科學議題導向的化學教學 / 李松濤〔HTML｜PDF〕

u  社會性科學議題導向的化學教學：應用社會性科學議題於科學教學中的理論和實踐 / 林樹聲〔HTML｜PDF〕

u  社會性科學議題導向的化學教學：食安議題的化學教學 / 李 暉〔HTML｜PDF〕

u  社會性科學議題導向的化學教學：社會性科學議題(socio-scientific issues)的化學教學 / 李啟讓、洪振方、柯承亨〔HTML｜PDF〕

u  社會性科學議題導向的化學教學：社會性科學議題融入小學自然科學領域化學教學之可行性探討 / 陳致澄、王瑞壎、李孟憲〔HTML｜PDF〕

u  社會性科學議題導向的化學教學：國小綠色化學視訊實驗活動設計與實踐 / 黃琴扉〔HTML｜PDF〕 

n  課程教材／化學課程與教材【專欄編輯／林威志】

u  高中多元選修課程介紹 漫遊幸福川~生活中的化學 / 林威志〔HTML｜PDF〕

n  綠色化學／微型化學實驗【專欄編輯／廖旭茂】

u  綠色創客-4：微型電磁攪拌器模組的設計、製作與應用 / 廖旭茂〔HTML｜PDF〕

n  新知報導／國內外化學教育交流【專欄編輯／邱美虹】

u  基礎科學促進永續發展國際年 (IYBSSD)活動簡介 / 邱美虹〔HTML｜PDF〕

第四十七期 主編的話

邱美虹

國立臺灣師範大學科學教育研究所特聘教授
國際純化學暨應用化學聯合會（IUPAC）執行委員會常務委員

國際理事會(InternationalScience Council)治理委員會委員及Fellow

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

在後疫情的六月，我來到巴黎出席國際理事會(International Science Council, ISC)的治理委員會，這是自去年獲國際純化學暨應用化學聯合會（IUPAC）推荐參選並獲選為ISC的治理委員會委員後，首次參加由ISC辦理的實體會議，此次會議主要是讓委員們可以面對面深入討論該組織的未來、2022-2024年的行動計劃(Action Plans 2022-2024)以及ISC對COVID疫情與永續發展的回應。

國際科學理事會是一個非政府組織，於2018年整合國際科學理事會（1931年成立的ICSU）和國際社會科學理事會（1952年成立的ISSC）的組織，其會員包括200多個國際科學聯盟(Unions)和學會(Associations)，以及國家級和區域性的科學組織(含科學界和社會科學界的研究理事會)。ISC的願景是將科學作為一種全球公共利益(Science as a Global Public Good)，不論是科學知識或是科學資料都必須是可普遍獲得的、其利益也必須是共有的，而在科學實踐面上則應具有包容性和公平性、關心全球重要的國際科學性議題和研究，促進世界各地科學研究的嚴謹性、創造性及持續和平發展(詳見https://council.science/)，尤其是面對永續目標預定達成的2030年已近以及新冠疫情的發展，更是積極透過多元方式結合各領域科學家的力量來協助各國面對新冠疫情(如COVID報告，ISC, 2022)。

由於組織再造，作為ISC第二屆治理理事會委員的我們對於如何發揮組織跨領域專家的能量、促進彼此的合作、透過科學研究與溝通來服務科學社群與各地區的人們、勾露出共同的願景與提出解決全球科學議題相關的可行方案。以2022-2024擬達成的行動計畫為例(詳見https://council.science/publications/action-plan-2022-2024/)，目前ISC規劃的有五個領域的議題，由次委員會來進行細部的討論，這五個領域分別是，領域一:全球永續；領域二:數位世代的科學和科技；領域三:科學政策和公眾對話；領域四:改變在科學和科學系統中的實踐；領域五:科學自由和責任。每個次委員會的成員都必須針對該組所賦予的工作任務加以分析與提出方案，從關注疫情的發展、對烏克蘭戰爭的立場到性平問題、推動數位資料的共享、以及建立全球重點區域的駐點辦公室以推動基礎科學研究與討論科學相關議題，讓ISC可以為科學社群及公眾福祉多做貢獻。對我而言，從國內的學術組織(科教學會和化學會)到國際專業學術學會(NARST)及各國的化學會所組成的聯合會(IUPAC)，再到由科學和社會科學社群所組織成的跨領域團體(ISC)，這些機會讓我有與相同和不同專業背景的學者和人士交流，讓我有更多的看見與學習，也認識到世界各角落都有許多願意在自己的研究之外為更多的人服務的志工，他們獨特的經驗(有大學校長、政府高層人士、國際組織領導人、醫學專家、總統級科學顧問等等)都讓人欽佩，也是學習的對象。在這一屆當中，委員會會致力於Science as a Global Public Good!

最後，本期是以社會性科學議題為主題，亦是彰顯科學與社會不可脫節的關係，而基礎科學更是解決社會性科學問題的基礎。感謝此次專刊主編李松濤教授的規劃以及各篇作者的賜稿，使本期期刊內容豐富，對中學推廣社會性科學議題融入學校課程有具體的方案可循，也期待學校科學課程可以延伸知識的學習到知識的應用，以情境化的學習讓學生加深對科學的認識。而兩篇常態性文章皆以實驗為主，非常實用且具創意，可以立即為教學使用與參考。

參考資料

International Science Council (2022). Unprecedented & Unfinished: COVID-19 and Implications for National and Global Policy. https://council.science/wp-content/uploads/2020/06/UnprecedentedAndUnfinished-OnlineVersion.pdf