臺灣化學教育

竹山高中多元選修:創意科學志工

     陳映辛^1、2*、馮松林^1、2、劉融諭¹

¹國立竹山高級中學；²教育部高中化學學科中心

*cs60006@gm.cshs.ntct.edu.tw

• 前言

竹山是位處南投縣南部之偏鄉，各項活動及資源貧乏，學生在知識上的刺激也比較少，尤其對科學的學習更是力不從心。學生視自然科學為高深及難以親近的學科，尤其學生缺乏接觸和學習科學的環境，一直是學習科學的弱勢，因此想用「動手做實驗」這個面向下手，安排一些簡易且趣味性較高的實驗，讓學生克服做實驗的心理障礙，並藉由簡易實驗讓學生習得實驗技巧。

本課程是以科學實驗探究及生活科學實驗為主體，讓學生從簡易且趣味性高的實驗，學習基本實驗操作能力開始，進而學習如何做科學探究（實驗開放度會逐漸增加），並結合生活中相關之科學實驗，讓學生能於日常生活應用科學。

課程最後是以科學活動引導學生做科學探究，透過辦理「竹山高中科學宅急便」科學闖關活動，學生自己設計科學實驗做為闖關實驗關卡，經由小組合作優化關卡內容，並且以服務學習之精神用科學做志工服務。訓練學生善用一技之長、一己之力來服務社會，並從中得到學習科學的成就感，這與12年國教基本理念自發、互動、共好互相呼應，完全落實。

• 課程設計理念

    學生在學習科學的學習成就不高，所以課程設計以簡單、趣味、實驗基礎訓練、日常生活中的實用性及最後科學志工活動為主軸，課程設計說明如下:

(一)設計理念

1.     課程分為實驗基礎訓練、植物萃取及其應用、科學志工服務學習三部分。

2.     安排趣味性較高的實驗，幫助學生克服做實驗的心理障礙，並藉由簡易實驗讓學生習得實驗技巧。

3.     讓學生利用動手做來認識科學之美。

4.     介紹日常生活常見的化合物及精油，經由簡單方法萃取並檢驗之，並製作成生活用品。

發揮創意將趣味及科學原理結合，發展成關卡，並應用於科學志工活動中。

(二)學習目標

1.     帶領學生認識科學基本知識及實驗中常用的器具及方法

2.     訓練學生動手實作、撰寫報告及表達的能力並提升學習科學的興趣

3.     培養學生思考及解決問題的能力並發揮團隊合作精神

4.     帶領學生認識常用的化合物、簡易的萃取法並檢驗之，最後製作成生活用品 

5.     帶領學生了解竹山高中科學志工的活動及使命。能夠運用自己的一技之長，帶領國小、弱勢團體的學生透過科學闖關活動來認識科學原理及其應用，進而提升對科學的興趣。

• 課程規劃

    本課程在竹山高中，已經實施5年以上，課程分為三部分，其中第一部分的「實驗基礎訓練課程」和第三部分的「科學志工服務課程」是固定的（陳映辛、馮松林，2020），第二部分課程是可以彈性調整，今年選用「常見物質分離方法及其應用」，以下將依序說明三部分課程。  

課程一：實驗基礎訓

第一個部分的課程為實驗基礎訓練如下附錄一，內容從認識實驗室開始，接著為了延續後面科學志工的計畫，讓學生學習相關的基礎實驗技能。而後則以不同的化學實驗主題進行實驗實作，以讓學生更熟悉科學技能，並了解更多化學概念與實驗類型，讓學生能於後續實驗設計上更為得心應手。其中「食鹽水分層」及「七彩指示劑」為每年固定課程，旨在訓練學生使用電子秤、配藥品及稀釋濃酸、濃鹼，其餘依當屆學生程度調整。評量方式包含學生的實驗報告及實作能力，實驗報告主要看學生撰寫的完整性、實驗結果及歸納能力，實作能力部分則觀察學生主動性、實驗態度、細心度及實驗操作正確性。舉例說明，以食鹽水分層實驗，若分四層，即為60分，多一層就多10分，以此類推。

課程二：常見物質分離方法及其應用

    第二部分「常見物質分離方法及其應用」如附錄二，先讓學生操作「從茶葉中萃取咖啡因」之後，了解萃取的原理及方法後，開始進入今年的主題，「尋找日常生活中的醛類–香茅醛、檸檬醛」，讓學生了解香茅醛、檸檬醛化學結構，查資料了解哪些植物、精油中含有香茅醛、檸檬醛?如何由植物中萃取出香茅醛、檸檬醛?如何檢驗是否有效萃取?如何尋找好的展開液?

    最後，將這些萃取物加以應用，製成日常用品，讓學生了解化學是很貼近我們的生活並常在日常生活中應用之，生活中處處有化學。

評量方式包含學生的實驗報告、學習單及實作能力，實驗報告及學習單主要看學生撰寫的完整性、實驗結果及歸納能力，實作能力部分則觀察學生主動性、實驗態度、細心度及實驗操作正確性。例如層析法原理及應用系列課程中，學生找到展開液比例及分離效果可以給予不同分數，最高給100，最低給70。

課程三:科學志工服務學習

    第三部分的「科學志工服務課程」如附錄三，讓學生可以經由上面的培訓後，自己蒐集資料尋找趣味科學實驗，以安全、有趣、動手做為主，再加入小組的創意，自行設計有趣的關卡，需要學生們討論和腦力激盪，也考驗學生們的表達能力。評量方式為自行設計的趣味創意關卡內容、展示趣味創意關卡的流暢性及安全性、學生的實作能力。

• 課程教學的實施情形及成果
  上述三個部份的課程教學實施情形與成果分述如下：

一、      實驗基礎訓練

    實驗基礎訓練，以培養學生基本的實驗能力，例如:使用電子秤、安全吸球、配藥品、濃酸、濃鹼稀釋等，學會最基本的配藥品後就開始簡單有趣的實驗，如食鹽水分層、七彩指示劑、藍晒、膨糖等，其中學生最喜歡的是藍晒和膨糖，因為可以發揮自己的創意，學生自己去研究糖和水及小蘇打的比例，還試圖加入不同果汁想試試不同水果味的膨糖，最後，還是覺得原味最好吃（圖1）。

圖1學生活動與成品照片分別為指示劑、藍晒與膨糖課程

二、      常見物質分離方法及其應用

    第二個部分為常見物質分離方法及其應用，介紹萃取、蒸餾和層析等常見的物質分離技術介紹及其應用，以讓學生了解生活中處處有化學，化學是很貼近我們的生活並常在日常生活中應用之，說明如下:

(一)萃取法來分離物質

 學生非常喜歡咖啡因萃取的實驗，將紅茶加水煮過後，用有機溶劑將咖啡因萃取出來，最後利用昇華，得到針狀結晶的咖啡因，雖然有幾組的結晶不明顯，但是大部分學生很喜歡這個實驗（圖2）。

圖2學生活動與成品照片分別為茶葉中咖啡因萃取、香茅萃取、橘油萃取

(二)植物中香茅醛、檸檬醛萃取與檢驗

 從新鮮的檸檬香茅中，加入不同溶劑，萃取出香茅醛（圖2）。學生必須先查香茅醛的結構，選用適當的萃取溶劑，並找出條件最佳的展開液，來檢驗是否有效萃取出香茅醛，這些實驗必須由學生自行設計，雖然一開始下手很困難，但是了解情況後就得心應手。一開始學生很容易失敗，常常利用午休時間來補做實驗，所以以後要修正課程，這組實驗要加長為4周。雖然過程中不如預期順利，但是學生可以分工合作，很有耐心地找出適合條件。下圖為學生用香茅、檸檬皮萃取香茅醛及檸檬醛，最後用TLC片來檢驗萃取物中是否含有香茅醛及檸檬醛。並檢驗檸檬尤加利精油、山雞椒精油、香茅油中的香茅醛及檸檬醛（圖3）。

圖3學生活動與照片，分別為尋找香茅醛（上排）、尋找檸檬醛（下排）

(三)萃取物的應用

萃取物應用這部分課程是學生最歡樂的時候，這學期安排的內容有防蚊液（檸檬香茅萃取物）、紫草膏及護唇膏（紫草根萃取物）和洗碗精（柑橘萃取物），從學生臉上滿滿的笑容就可得知，每次上課都有成品可以帶回去，而且都是可以立即使用在日常生活中，學生還可以根據個人喜好，製作出屬於個人的成品（圖4）。

三、科學志工服務學習

    本課程最後一項為科學志工服務學習，學生三人一組，先上網尋找科學實驗，在安全的原則下加入趣味性的規則或是比賽，讓實驗更加吸引學童，老師的任務就是和學生一起討論、評估實驗的安全性、趣味性及流暢性，為了讓學生能掌握現場狀況增加臨場應變能力，會在學校舉行一場志工服務活動，讓其他同學來闖關，經過這場校內志工活動，學生提出檢討、反思，再跟指導老師反覆討論、修正，最終定案。於暑假期間，科學志工前往南投家扶中心進行「竹山高中科學宅急便」科學闖關活動。學生們運用一技之長、一己之力來服務社會，真正落實12年國教基本理念自發、互動、共好。設計的關卡有:
酒精槍、滾吧!雪寶、轉吧!紙杯、漂浮球球、膨糖、紫草膏製作、養樂多冰沙、自製防蚊液等（圖5）。

圖5學生志工活動與照片

• 課程特色

    本課程採循序漸進的方法，讓學生由「實驗基礎訓練課程」學到基本實驗能力，再經過「植物萃取及其應用」啟發，最後自行研發出趣味創意關卡，是一種探究式的學習。利用科學活動引導教學，讓學生試著藉由討論、實驗、觀察等方法動手實作，最後藉由本課程發揮一己之長，辦理科學志工、科學宅急便闖關活動服務社會。希望藉著我們的科學志工服務，能讓小朋友喜歡科學、不再害怕科學，真正做到科學教育推廣、往下紮根。

    在竹山高中，本課程以有趣、動手做實驗、生活相關、和社會服務結合等特色，每年開課都會滿招，也期待更多學子經由這門課，可以學到更多課本上學不到的知識，最後將科學用在幫助、服務社會，如同愛因斯坦所言，教育的最終目標，是培養能獨立行動和思考的個人，並以服務社會為人生最終目標。

• 反思與心得
  

本課程執行超過5年，因為是選修課程，所以學生都是喜歡科學並且喜歡動手做實驗，可是近來發現學生動手做實驗的能力實在是每況愈下，雖然科學實驗是科學教學的基礎，但是在升學壓力之下，學生們走進實驗室的次數越來越少，再加上課本上食譜式的實驗，有時讓學生興趣缺缺，因此本課程的第一部分「實驗基礎訓練課程」用一些簡單有趣的實驗來帶入重要的實驗技巧，學生的接受程度很高。課程的第三部分「科學志工服務課程」，學生必須利用學過的技巧來設計一個趣味闖關關卡，其中不但要考慮到如何正確的闡述科學原理並將之應用於實作上，還要加上創意及趣味來吸引小學生，設計實驗時必須要考慮到安全、減量，這些都是課本上學不到的知識和能力。每次帶學生出志工任務時，看到學生可以很有耐心的用簡單、口語化的方式為小學生解釋這些科學原理，並引導這些小學生安全的進行實驗，小學生驚豔的神情、志工學生自信的笑容，都是本課程的動力!

• 參考資料
  

周芳妃、李盈萱、陳靜瑋（2016）。微量化學實驗：小綠綠晶體與藍印術微量實驗（上）。臺灣化學教育。取自https://chemed.chemistry.org.tw/?p=17802

陳映辛、馮松林（2020）。校本必修與多元選修:竹山高中多元選修:生活科學家及科學志工。臺灣化學教育。取自https://chemed.chemistry.org.tw/?p=3642

附錄一

課程一
實驗基礎訓練課程說明

附錄二

課程二
常見物質分離方法及其應用

附錄三

課程三  科學志工服務學習

《臺灣化學教育》第四十五期（2021年12月）

目錄

n  主編的話

u  第四十五期主編的話／邱美虹〔HTML｜PDF〕

n  本期專題【專題編輯／鍾曉蘭、曹雅萍】

u  素養導向的化學課程設計 ∕ 鍾曉蘭、曹雅萍〔HTML｜PDF〕

u  素養導向的化學課程設計：多元選修—通識化學課程設計、實施與評量 ∕ 蘇芳儀、王聖茹、曹雅萍〔HTML｜PDF〕

u  素養導向的化學課程設計：多元選修課程—空氣汙染與PM2.5測量 ∕ 游珮均〔HTML｜PDF〕

u  素養導向的化學課程設計：跨科的實作課程：飲水思源之創意骨牌 ∕ 張明娟〔HTML｜PDF〕

u  素養導向的化學課程設計： 跨領域多元選修：保養品製作與商品設計 ∕ 鍾曉蘭、陳勇男〔HTML｜PDF〕

n  新知報導／化學教育新知【專欄編輯／郭世文】

u 學生科學新聞—青少年探索科學的酷網站 ∕ 郭世文、吳淑華、李雪琳〔HTML｜PDF〕

n  教學教法／多元教學法【專欄編輯／鐘建坪】

u  三級警戒下的線上探究與實作： “線在”我們一起－Meet in Gather Town ∕ 陳維倫〔HTML｜PDF〕

素養導向的化學課程設計

鍾曉蘭^1、3*、曹雅萍²

新北高中¹、中山女高²

新北市化學課程發展中心執秘³
chshirley2007@yahoo.com.tw

■ 前言

108課綱強調素養導向的教與學，學校課程包括部定課程與校訂課程兩大類型，部定的課程多訂有課程內容與主要學習重點、分為必修與加深加廣選修，校訂課程包含校訂必修與多元選修。校訂必修提供學校發展校本特色課程，多以知識統整、應用與培養能力的跨領域課程為主。多元選修可補足傳統式教學與課程的不足，根據學生的學習背景、能力與興趣，提供差異化而適性課程，以開創因應不同學習需求的學習經驗，更可以關注到跨領域核心素養的養成（林永豐，2017），例如：科普探索、通識概念、職涯試探、大學先修等。以食品安全與製作的課程為例，課程的核心概念不僅可以跨到生物科技、食品中所含化學物質的性質、結構或反應，亦可深入探討其可能的危害與法律問題，同時可培養學生系統思考、解決問題能力及公民意識等核心素養。

■ 本期專刊介紹

本期的專刊是介紹素養導向的化學課程設計，四個課程均屬於多元選修。首先，介紹中山女高蘇芳儀、王聖茹、曹雅萍三位老師設計的「素養導向課程：多元選修—通識化學課程設計、實施與評量」，中山女高在104 至 106學年度，自然四科合開特色課程—生活中的科學，供高一學生選修，以期提升學生對自然科學的興趣，培養學生設計實驗與解決問題的能力，並作為108課綱的化學科多元選修課程—通識化學之課程基礎。課程包含兩大區塊：12週結構式和引導式探究的架構（內容為溶解度、界面活性劑、酸鹼、氧化還原、聚合物和分子結構等）及6週開放式探究。同科教師的共備與合作，是課程不斷修正往前邁進的一大助力。

第二篇是新莊高中游珮均老師設計的「多元選修課程—空氣汙染與PM_2.5測量」，珮均老師鑒於空氣汙染如PM_2.5的危害日益嚴重，期望能藉由此課程提升學生對PM_2.5的認識，建議4週的課程模組融入多元選修課程中，課程設計將資訊融入教學，以行政院環境保護署的數據及自製的裝置來進行實作，進行PM_2.5測量與探究，讓學生重視環境的永續性，進以發揮公民道德力行減毒減廢的生活方式。最後游老師提出進一步課程研發的建議，可以協同公民老師以空氣汙染防治法、種族的不平現象等方面，進行跨科議題教學，培養學生思辨能力，提升學生跨領域的核心素養。

第三篇是武陵高中張明娟老師設計的「跨科的實作課程：飲水思源之創意骨牌」，張明娟老師曾帶領高三學生參與思源科學創意賽，並榮獲佳績，然而參與該競賽需將所學應用並動手實踐，其中又牽涉跨科概念的比賽，若能將參賽的培訓過程融入多元選修課程，能有效培養學生解決問題能力，故作者試著開設跨科的高三多元選修課程，藉由協同教學模式讓物理及化學科老師同時進入課室，一起解決學生可能會遇到的問題。然而指導這門課程時，老師除了擔任支援前線角色外，更要常常個別訓練學生不同的實驗技能，比正規實驗課程有更多的挑戰，作者鼓勵願意接受挑戰的老師們，可嘗試以此型式開設多元選修課程。

最後一篇是新北高中鍾曉蘭與陳永男老師設計的「跨領域多元選修：保養品製作與商品設計」，本課程源起於科學體驗活動，分別在多處舉辦的自製保養品的體驗，筆者有感於課程經費難以籌措，於2014年申請教育部科教專案「開發生活化學課程、教材、活動與評量」，以成立社團的形式來試行實作與評量。專案計畫結束後的兩年間，兩位作者合作開發跨領域課程—保養品製作與商品設計，先舉辦兩場教師工作坊，試行其中幾項自製品的製作與商品設計，後續在學校的多元選修課程先試行一學分的實作課程，最後在108課綱實施後，正式在高二開設一學期二學分的跨領域的多元選修。目前課程持續實施中，目前已有多項學生產品發表會的海報與商品盒的成品，學生的產出多元而精緻。

■ 結語

多元選修課程一開始的研發在許多學校是舉步維艱的，常面臨經費、設備與師資不足的問題，如何開發新的課程，與課程實施的初步成果，本期專刊的四篇文章，將提供不同的面向與實際的做法，課程從單一化學通識課程，到空氣汙染與PM_2.5測量課程模組，延伸到化學與物理跨科的競賽型培訓課程，最後到化學與藝能科的跨領域課程，兼顧探究、實作能力的培養，進而提升學生跨領域的核心素養。

■ 參考資料

林永豐（2017）。核心素養的課程教學轉化與設計。科學教育月刊，275，4-17。

素養導向的化學設計課程：
多元選修—通識化學課程設計、實施與評量

蘇芳儀¹、王聖茹²、曹雅萍³

臺北市立中山女子高級中學
¹loowei0716@gmail.com、²shengruby@m2.csghs.tp.edu.tw、³yapingtp@gmail.com

隨著時代的演變科學教育的重點也隨之改變，由知識和技能學習漸漸轉變成解決問題能力的科學素養的培養，為因應此一趨勢，並提升學生對自然科學的興趣，中山女高在104 至 106學年度，自然四科合開特色課程—生活中的科學，供高一學生選修，期待學生能藉由操作實驗的方式了解科學，從而建立邏輯性思考並能動手設計新實驗，且體驗到生活中處處是科學。

此特色課程由自然四科老師分別設計四週的課程，課程模組設計時的挑戰包括：需符合學生對課程的期待，需達成課程核心目標，需能兼顧趣味、學理深度及時間掌控等。在安排課程時，盡量多位化學老師參與，除可讓大家皆熟悉課程主題外，在四個學期中亦共同開發了多個課程模組，並為108課綱的化學科多元選修課程—通識化學，奠定了紮實基礎。

本文將介紹本校在多元選修中開設的通識化學，此課程開設的目的除了原生活中的科學所提到的目標外，更希望將主題聚焦在化學，讓學生可以了解化學在生活中的應用，並可提供學生後續加深加廣課程選修時的參考。以下分享則包含課程內容、評量方式和課程實施狀況等部分，期盼透過此分享對大家的化學課程開發有所助益。

n  通識化學課程簡介

108課綱實施後，通識化學的定位為高一多元選修課程（教育部，2018），考量科內人力分配，每學期開設1至2班。以下將依課程目標、全學期課程規劃、期末闖關活動作業說明與闖關活動計劃書及關卡說明評分規準逐項說明如下：

一、課程目標

根據教育部在103年11月發佈了12年國民教育課程綱要總綱（教育部，2014），本次課綱旨在培養學生「核心素養」，係指一個人為適應現在生活及面對未來挑戰，所應具備的知識、能力與態度，強調學習不宜以學科知識及技能為限，而應關注學習與生活的結合，透過實踐力行而彰顯學習者的全人發展。故本課程亦以此做為課程發展主軸，並依此歸納出課程目標如以下所列：

1.      學生能以觀察實作與邏輯推理等探究歷程，習得課程中所用到的化學概念與知識。

2.      學生能運用適當的圖表表達，並呈現實驗成果。

3.      學生能將所學到的實驗與化學概念，經自我轉化並設計規劃出新的實驗。

4.      學生能操作實驗，並將實驗說明清楚，與他人分享。

5.      學生能與他人合作探究科學，並欣賞科學之美。

而為了達成上述目標，課程的設計會分成兩大區塊，第一個區塊約12周課程，選取高中化學的主要概念如溶解度、界面活性劑、酸鹼、氧化還原、聚合物和分子結構等，並以結構式和引導式探究的架構設計課程，期望學生從做中學，並培養觀察實作、推理論整和圖表表達等學習表現。第二大區塊則以開放式探究的架構設計課程，期望學生可以將上述習得的能力和化學概念遷移，並經由探究設計出新的科學實驗闖關活動。而過程中則希望學生藉由合作的過程，習得溝通表達，並可欣賞科學，其課程目標和課程規劃方向對應如下表1。

表1  課程目標和課程規劃方向對應

二、全學期課程規劃

延續上述的課程目標，並經幾年的課程試行所得的經驗，將全學期課程規劃如下。先由簡單的化學概念切入，例如：溶解度單元裡的熱冰石筍（飽和醋酸鈉溶液）和界面活性劑單元的保養品，讓高一學生不會因為先備知識的差異，導致學習上的困難；第一次段考後，學生熟悉課程進行模式後，再進到較為複雜的化學變化，例如：酸鹼及氧化還原單元；課程的最後一個月，則開放給各組自訂主題，進行小型實驗設計開發，上學期期末學生設計化學闖關活動，相互觀摩闖關進行互評，並依此為期末的總結性評量（表現任務）。

下學期課程則依上學期課程經驗進行微調，期末則因應疫情，將闖關活動改成以家中隨手可得的物品，進行實驗設計並拍攝影片，並於期末分享設計與所拍攝影片原理相關的學習單，讓參與期末線上發表的同學，更清楚實驗影片的重點。109學年度課程規劃可參考表2，上、下學期課程微調的部分，亦於表2中進行標註。

表2 109年學年度通識化學課程規畫表

三、期末闖關活動作業說明

我們希望學生能用學期末四週的課堂時間，運用所學到的化學概念和實驗的特性，自訂研究問題，設計實驗並執行，進而檢討修正，解決遇到的問題，最後設計成關卡供同學闖關。

學期初於課堂上即說明上述闖關活動設計為本課程的的總結性評量。此階段的課程依序為學生在第一週訂定實驗主題，完成「闖關活動計畫書」 初稿，再請同儕依評分規準對計畫書初稿給予互評，教師則是提供計畫修改建議。第二週學生修訂計畫書，並根據修正計畫執行並試作實驗；第三周則是進行口頭報告，教師則依計畫書最終版和口頭報告進行評分。

下學期因應疫情，總結性評量改為各組線上實驗演示，採預錄影片方式，內含原理說明、演示實驗、和過程中遇到的困難和因應解決方式，演示時間為6分鐘。而計畫進行期間，會請學生繳交計畫書初稿和修正後的計畫書，並確認每個周工作進度與計畫執行狀況。

計劃書的作業內容需包含下列七項：

1.      動機與目的：須說明闖關計畫主題是由課程中哪些實驗主題引發延伸及闖關活動目的。

2.      原理：須說明此闖關活動所用到的實驗原理。

3.      器材：須依實驗計畫完整列出器材種類、規格與數量，且需盡量符合綠色化學12項原則，若實驗室無法提供的器材須自行準備。

4.      藥品：依實驗計畫完整列出藥品項目、濃度、數量，且需需盡量符合綠色化學12項原則，若實驗室無法提供的藥品須自行準備。

5.      實驗流程：實驗設計說明中需列出操縱變因、控制變因與應變變因；亦須列出完整實驗測試流程與步驟。

6.      參考文獻：所列參考資料需與實驗確實相關，資料來源除須具備可信度外，亦須儘量豐富完整。

此外，為了闖關可以順利進行，也須於關卡攤位處放置關卡說明的輔助媒材（例如：海報、平板動畫或是演示道具等），和闖關進行時的解說內容，故亦提供相關內容項目的說明如下：

1.      關卡說明輔助媒材：需列出關卡設計、闖關步驟，與成功闖關時需產生的實驗結果、實驗變化或條件。

2.      口頭解說內容：說明闖關成功時需產生的實驗結果、實驗變化或條件。

四、闖關活動計劃書及關卡說明評分規準

學生撰寫闖關活動計劃書有了初步架構後，老師即可提供評分規準供學生參考使用，學生利用評分規準組內進行檢視、分組相互審視後即修改，可降低下一週試作實驗時教室現場的混亂程度，也緩解老師批改計畫書上的困難。

而學生自訂闖關活動的相關原理通常是國中或高一學過的，因此本活動計畫書在評分權重分配上，著重在兩大部分，第一部分為規劃與研究，主要是闖關活動計劃書的撰寫，從試作實驗的藥品、器材和實驗流程設計等，共佔70%的成績；第二部分為為溝通表達，主要是闖關活動進行時的說明，以協助將試作實驗轉換成闖關活動，並於當天供不同組別流暢的進行實驗，包含關卡說明輔助媒材及口頭解說內容，共佔30%的成績，詳細內容請參考表3。

表3 闖關活動計劃書評分規準

n  多元選修實施現況

以下則以酸鹼主題的課程為例，介紹並說明如下。此課程可分為兩大部分，第一部分為天然指示劑，介紹天然指示劑，並體會到身邊有多種物質會因為酸鹼變色；第二部分的染布課程，則以隨手可得的天然色素染布，並發揮創意利用植物染後的布料製作出不同的成品。

(一) 第六週：天然指示劑

本課程為必修化學課程的延伸，實驗流程如下：

1.      配製pH=1、3、7、11和13的溶液

2.      預測並觀察市售指示劑在pH=1、3、7、11、13的顏色

       以實驗室所有的甲基橙、溴瑞香草酚藍、酚酞等指示劑，以12孔盤為反應容器，觀察不同指示劑在不同pH值顏色變化，並可自行混搭多個指示劑，觀察其顏色變化。

3.      製作天然指示劑，並觀察市售指示劑在pH=1、3、7、11、13的顏色

        以生活中可得的食材，例如紫甘藍菜、葡萄皮、紅鳳菜、紅莧菜、黑豆、蝶豆花和薑黃粉等，配製指示劑溶液。上述物質除了薑黃需用酒精萃取，其餘皆取少量撕碎加熱水即可萃取出色素。

4.      製作指示劑彩環

        先在試管中加約4 mL飽和碳酸鈉水溶液，再由上述實驗中所得的觀察結果，自行選擇一種或多種指示劑，加數滴至飽和碳酸鈉溶液中，而後再以滴管從試管上方加入1 M鹽酸並攪拌溶液。而因試管中溶液從上方的酸性，會見轉變成下方的鹼性，再加上指示劑的多種組合，即可呈現多種顏色，顏色愈多的組別分數愈高。

為符合綠色化學的精神，本課程的設計做了以下幾點改變，其一，將指示劑由一開始的多種市售指示劑，改為常見的酸性、中性和鹼性變色指示劑各一種，減少指示劑的用量；其二，將最初進行指示劑呈色實驗的試管，改為12孔盤，以減少用量（如下圖1）；其三，彩環實驗原先是在大量筒中加入碳酸鈉固體，但由於過量碳酸鈉易變成固體硬塊難以清洗，並造成藥品的浪費，因而改在試管中進行實驗，並將碳酸鈉固體改為飽和碳酸鈉水溶液（如下圖2）。另外，選用的新鮮食材必須搭配季節，若有紫色地瓜也是不錯的選擇；而為搭配下一週的染布課程，也可將染材放入自行配製的指示劑選項中。

本課程化學概念的難度不高，且有助於讓學生熟悉實驗的操作。學生在此部分最大的學習挑戰，有以下兩點：（1）理解pH與氫氧根離子濃度間互換、稀釋及操作；（2）彩環實驗挑戰時，學生需評估滴入酸的滴數、理解指示劑變色範圍及其顯色狀況，才能達到成功調出5種顏色以上的結果。

圖1  各種指示劑的呈色結果：上方為以試管進行實驗，下方為以12孔盤進行實驗。

圖2 指示劑彩環：左圖為以量筒進行實驗，右圖為以試管進行實驗

（二）第七週：植物染

課程從Perkin合成苯胺紫開啟染料科學，人工合成與天然染料間的優劣，帶入天然染材的選擇。讓學生藉由生活中可取得的染材，以明礬為媒染劑，分別染天然纖維與人工合成纖維。植物染主要有四種染色法，染前媒染、染後媒染、染間媒染、多媒多染，課堂中採染後媒染，即煮染→媒染→水洗→晾乾（馬毓秀，2013），課程實驗流程如下：

1.      認識植物染的染材並進行熬煮

我們選用了黃褐色系的洋蔥皮、薑黃，紅色系的茜草、黃綠色系的福木葉、茶色系的茶葉、紫色系(加媒染劑後)的黑豆、紫甘藍進行植物染。由於各種植物色素含量差異甚大，很難有一定的比例；簡單來說，染材愈多、熬煮愈久，顏色愈深，相關用量列舉如表4。也因各項材料均需用乾布重換算所需用量，建議在前一週課堂上將須染色的棉布與聚酯纖維發給學生回家清洗、曬乾，除去布上的漿、漂白劑、螢光劑等雜質，再於實驗當天帶來。將染材與水依上述適當比例秤重後，即可進行熬煮，至少煮30分鐘。

表4 染材與染液用量估算表

2.      認識基本的染布技巧

在熬煮染材的等待時間，教師帶領認識各種折布方式，並利用夾染、綁染、絞染等技巧，學生自行設計擬染圖案，亦可在染液上色前，先塗上豆漿後吹乾，利用蛋白質來改變上色深淺，進而創造出不同的美感。設計處理完的棉布，即可放入染液中進行染布，至少煮30分鐘後加入明礬當媒染劑，再煮至少30分鐘後以清水沖洗晾乾。

3.      自行將染完的布加工做成品

回家後，每人各自設計不同的染布成品，課程成品如圖3。

本課程執行時須注意以下事項：（1）設計處理棉布時，若採用綁染，橡皮筋需綁緊圖案才會清晰；（2）明礬加入染液後，某些染液有明顯的顏色變化，教師可藉由此延伸廣義酸鹼概念；（3）染完的布必須完全晾乾，否則容易發霉。

圖3  學生染布作品

n  闖關活動（總結性評量）實施心得

通識化學的課程設計，預留約一個月左右的時間讓學生自主實驗，學生在討論期末研究主題之前，會重新思考本學期各項實驗的觀念及問題，主動和組員一起複習了一次課程。成果報告的形式，歷經過最初投影片簡報、海報展，到109學年的闖關、影片錄製，學生因需考量和觀眾的互動性、安全性及換場藥品器材的切換，需更謹慎評估各實驗執行難易度。

而運用期末闖關的關卡設計作為總結性評量，是個不錯的深化思考的方法之一。而學生第一週用評分規準給予別組闖關計劃書建議的過程中，熟悉評分的標準並欣賞別組的優點，對自己的活動計畫也會有幫助。學生從初稿、互評、同學教師給予建議、多次修正的過程，能優化自己的實驗設計。對教師而言，從學生的闖關主題設計中，也能發現與原本課程設計層面不同的部分，從而達到教學相長的目標。

■       結語

多元選修課程一開始的開發設計是辛苦的，因為大部分材料都不是課綱內實驗所需，所以，教師需從課前做功課規劃、試做修正、準備全班器材藥品…，但最忙亂的第一回經歷過，自己也成長許多，甚至能讓每個單位都延伸成一個探究的模組，而變成一學期的課程。

若能有一起努力共備、準備藥品器材、互相討論的同事，是可以讓課程不斷修正往前邁進的一大助力。而過程中，看見學生認真學習且每週開心滿足的神情，讓老師對課前課後的忙碌也能甘之如飴。

■       致謝

國立臺灣師範大學科學教育研究所邱美虹教授、國立臺灣師範大學科學教育中心李哲迪教授，兩位教授對多元選修課程—通識化學課程評量規準開發給予的指導。

■       參考資料

教育部（2014）。十二年國民基本教育課程綱要總綱。臺北市：教育部。

教育部（2018）。 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。

馬毓秀（2013）。四季繽紛草木染。臺北市：遠流。

素養導向的化學課程設計：

多元選修課程—空氣汙染與PM_2.5測量

游珮均

新北市立新莊高級中學
pcteachem@gmail.com

■    前言

   空氣汙染日益嚴重，在課綱中對於自然界的永續發展有涵蓋空氣汙染對人體與生物的影響，為了讓學生能進一步認識2.5微米的懸浮微粒稱為細懸浮微粒(PM_2.5)，筆者設計一套實作課程模組。學生從資訊融入學習著手，利用行政院環保署的網站，藉由資料的收集來觀察生活中空氣汙染的濃度及分布，並製作校園空氣汙染地圖。另一方面，藉由自製的PM_2.5檢測裝置來測量燃燒樣品造成PM_2.5的濃度變化，模擬生活中的汙染源造成的影響。在課程最末，學生探討如何降低及防治空氣汙染，提出可行的方案，以期建立其公民意識，察覺出降低空氣污染是刻不容緩的。

■   課程設計

一、課程設計緣由

        天氣預報除了溫度及氣候外，竟也多了空氣汙染指標，臺灣的中部頻頻傳出紫爆的警示，大眾常以為PM_2.5來自焚香祭祀、抽煙、汽機車廢氣等，清大的李家維教授在科學人雜誌中也感慨PM_2.5對人體的危害，除了引發心血管疾病外，也可能導致阿茲海默症，舉凡生物無一幸免，呼籲大眾要正視問題，也表達對火力發電的關心(李家維, 2020；雪爾, 2020）。PM_2.5及空氣的汙染防治已然是生活的一部分，唯有建立全民的共識、身體力行，才能減少人類活動對地球的影響。

         在108課綱中（國家教育研究院，2019)，學習內容中的自然界中的永續發展提及「INf-II-5人類活動對環境造成影響」、「INf-II-7 水與空氣汙染會對生物產生影響」如附錄一所示。空氣汙染是臺灣的一種嚴重災害。在部定必修中，課程內容為環境汙染與防治，其中涵蓋空氣汙染如PM_2.5的危害。本課程設計希望能提升學生對PM_2.5的認識，建議可安排在多元選修課程中，進行4週的課程模組，希望能以實作的方式，讓學生重視環境的永續性，進以發揮公民道德力行減毒減廢的生活方式。

二、課程設計架構

（一）課程規畫：課程規畫如表1，4週8小時課程，適用於多元選修課程，課程採分組進行，約3至4位同學一組，以手機作為載具，課程進行時，帶著學生進行網頁資料搜尋，藉由小組討論完成學習單、實作及成果報告。

表1 四週課程規畫

1.第一週課程：空氣汙染介紹

（1）空氣汙染介紹：

a. 空氣汙染的介紹：向學生介紹空氣汙染的種類，以行政院環保署有三種分類，分別為總懸淨微粒、懸浮微粒、細懸浮微粒，最大的差異在於粒徑的直徑大小不同。

b.空氣汙染的影響：向學生介紹PM_2.5則是對人體影響果及各國製定的規範。除歐洲聯盟的規範外，臺灣的標準是高於英、美及世界衛生組織的規範(見表2及圖1)圖1：PM_2.5濃度對壽命的影響、PM_2.5對人體的影響 （圖片來源：https://group.dailyview.tw/article/detail/896?page=1）

表2 各國及世界組織PM_2.5濃度的規範 (資料來源: https://zh.wikipedia.org/wiki/懸浮粒子)

c. 空氣汙染的報導：課程中讓學生查詢相關的報導及資料，討論PM_2.5生成原因及分類，並思考生活中在何處會接觸到PM_2.5，如吸菸、焚香、燒金紙、汽機車排放廢氣等。值得注意的是，除了前述的來源外，臺灣的電力有近70%為火力發電，又以燃煤為最大宗，換句話說在舒服且便利的使用電力產品時，我們其實已加入PM_2.5 製造者之列。

（2）在地空氣品質監測：利用下列三個網站引導學生收集資料，觀察汙染物的變化趨勢，在學習單上讓學生建立自己生活環境的PM_2.5地圖。

a.行政院環保署空氣品質監測站網址 https://airtw.epa.gov.tw，網頁畫面詳見附錄二。

（a）六種汙染物的資料數據討論：利用行政院環保署空氣品質監測站可以查詢全台不同縣市即時或長期的空氣品質資料。目前監測的汙染物種類有六種，分別為PM_2.5 、PM₁₀ 、NO₂ 、SO₂ 、O₃ 、CO。以新莊區為例，如圖2所示，在新北市的地形圖中綠點為監測站的位置，右側區塊則為新莊區的空氣品質指標。

圖2：新北市新莊區空氣品質概況（圖片來源：https://airtw.epa.gov.tw/）

（b）長期及短期的資料探討：附錄二中，長期的空氣監測資料圖可以觀察到2011年至2020年各汙染物的濃度變化。每日每時PM_2.5濃度圖可以觀察到汙染物變化。

b. 環保署環境資料開放平台：https://data.epa.gov.tw 、空汙感測物聯網：https://wot.epa.gov.tw

圖3：環保署環境資料開放平台，中平國中PM_2.5監測數據及地圖（圖片來源：https://wot.epa.gov.tw/）

（a）結合民間團體及教育部計畫，部分校園裝設空氣監測盒子，在這兩個網頁可查詢到政府監測站以外的參考資料（如圖3所示）。

（b）使用地圖圖層及google map交叉比對，可觀察到區域活動對空氣品質的影響，例如工業區、商業區、住宅區等差異性。

（3）建議教學補充內容：老師們在做課程設計時，可增加監測儀器的認識，附錄三為粒狀污染物監測儀器的介紹，使學生瞭解儀器的測量範圍及解析度。

2.第二週課程：空氣檢測器組裝及實作一製作校園PM_2.5地圖

（1）課程進行方式：各組以PM_2.5檢測裝置的元件與工具組裝，組裝完成後，再將預備好的Arduino程式的隨身碟發給一組一個，引導學生在筆電中安裝Arduino程式，並解釋PM_2.5程式的涵數意義及操作介面，以自製的檢測裝置進行測量，並確定裝置可以成功執行。PM_2.5檢測裝置的元件與工具如附錄四。

圖4：PM_2.5檢測裝置的組裝線路圖

（2）PM_2.5檢測裝置如圖4，有兩種感測器。PM_2.5感測器，Sharp GP2Y1014AU0F，可感測PM_2.5濃度；MQ135，可感測氨氣、苯、酒精、氮氧化物、煙霧等。

（3）實作一製作校園PM_2.5地圖：將組裝好的PM_2.5檢測裝置作測試，以校園地圖標記數個地點，可以是操場、教室、活動中心等，如圖5。讓學生將組裝好的PM_2.5檢測裝置測量，在不同的時間點測量數值，取數值的平均值標示在地圖上。小組討論校園內PM_2.5濃度的分布位置與影響因素，例如：氣候、風速、交通位置等。由行政院環保署空氣品質監測站網址下載當天最近的觀測站資料，比較數值的差異。