臺灣化學教育

高中化學教材教法專書導讀：

第九章 社會性科學議題融入化學教學

鐘建坪

新北市立錦和高中國中部
hexaphyrins@yahoo.com.tw

    議題是社會發展過程中，不同組織團體意識問題的存在，進而形成不同觀點、價值主張甚至政策內容（Heath & Nelson, 1986）。社會性科學議題（socio-scientific issues）即是在概念或程序與科學有所關聯的爭議性社會議題（Sadler, 2004），起因於科學與科技的發展影響個人、社會甚至全球，例如：核能發電等。這些議題通常為需要考量相關的科學理論與數據的開放性問題（problem），但因需要考量倫理、經濟與政策等因素，因此不易獲得明確地解決途徑（Sadler, 2011）。

    十二年國教期待學生對於生活化與前瞻性議題應該有所理解與行動，並希望教師能夠將相關主題適切融入課堂，藉以培養學生批判思考與解決問題的能力。《總綱》揭示議題課程的發展需要因應環境變化，依據學生身心發展，適性地設計具有統整與深化議題內涵的內容（教育部，2014）。《自然領綱》呼應《總綱》期待學生能夠藉由社會性科學議題經由探究與多元專題等方式讓學生獲得深度學習，以培養科學素養。

n  社會性科學議題教學成效

社會性科學議題的發展起源於1980年代STS（Science-Technology-Society）運動，強調將爭議性的主題，能與生活情境相互結合，作為情境教學的指引，讓學生在主題探索中，逐漸深入知識、獲得相關能力，進而培養正確的科學態度，透過永續發展的想法促進公民的養成，而非只單獨著重科技與科學對於社會面向的影響（Tal et al., 2011）。

目前已具有多種社會性科學議題教學設計模組可供參考（Sadler et al., 2017）。例如，Friedrichsen等（2016）認為進行社會性科學議題教學之前需要先設定焦點議題，接著分析焦點議題牽涉的科學核心概念、跨科概念與科學實踐的相關技能與能力，過程中提供機會讓學生透過溝通與資訊工具反思自身相關的信念與立場，以期讓學生獲得整合觀點的有效經驗。

社會性科學議題模組的教學不僅著重價值的倫理思考，亦著重發展學生成為未來公民的相關能力的養成。目前研究已發現藉由相關議題的教學能讓學生發展相關概念與提問（questioning）、論證（argumentation）、決策（decision making）、系統思考（systems thinking）等能力（Ben-Zvi Assaraf & Orion, 2010; Sakamoto et al., 2021; von Aufschnaiter et al., 2008），而這些能力的發展，正能呼應12年國教對學生學習表現的期待。

n  內容介紹

    《高中化學教材教法》第九章藉由社會性科學議題的探討，引導《總綱》揭示的議題內涵，企欲藉由論證技能的培養，讓學生思索參與社會性科學議題的決策和批判思考的重要。全文區分為四小節（見圖1），分別介紹論證意涵與Toulmin論證模式、引介特定化學主題說明如何實質進行論證教學、教師在課堂操作時的挑戰與因應策略，以及文末結語與相關教學建議。

圖1 社會性科學議題融入化學教學內容心智圖（修改自鐘建坪，2020）

    首先，第一節即是說明論證的意義與介紹Toulmin（1958）的論證架構。Toulmin論證模式，包括：資料（data）、主張（claim）、論據（warrant）、支持（backing）、限制條件（qualifier）以及反駁（rebuttal）等內容。文中舉基因改造食品為例，讓初次接觸的讀者知悉如何運用此架構進行論證。科學論證是基於科學證據運用多項論點進行推理，並嘗試說服對方的歷程（Osborne, Erduran, & Simon, 2004）。我們期待學生能夠學習科學家的思考邏輯與論證技能，當面對生活切身議題時，可與他人進行充分溝通，具備獨立思考的批判能力。   

    接著，第二節從主題式探究模式來設計論證教材。先說明議題的設計和選擇有哪些考量、教學之前應該準備的事項，並因教師需要與學生進行提問互動，文中介紹焦點討論法（Focused Conversation Method）的ORID（Objective, Reflective, Interpretive, Decisional）提問策略（陳淑婷、林思玲，2010），協助教師引導學生思考脈絡聚焦問題核心。再來概要簡介臺灣無線電公司汙染事件（Radio Corporation of America，簡稱RCA）的始末與其爭議內容，說明如何以RCA事件進行教學解構與科學論證，以及論證教學活動設計有哪些準備工作和考量? 設定哪些成效目標較為合宜? 緊接著介紹相關的評量規準。與此同時，文中亦提供約莫六周的主題式探索課堂進度與內容，提供現場教師參考。

    接續，第三節說明教師在課堂操作時的挑戰與因應之道。因為社會性科學議題涵蓋的學科知識內容與社會層次面向廣泛，更由於學生對於論證模式的生疏，因此教師在教學之前需事先準備相關的內容。其方式可由不同學科背景教師組成共備小組設計教材，並思索企欲涵蓋的學科範圍與深度，以及如何提供鷹架協助學生熟悉論證模式。教學過程中若遭遇難題，可藉由教師社群共備與分享獲得解決。具高度討論性與跨學門社會性科學議題的課程設計不僅可讓學生學習特定與生活貼切的相關主題，亦可藉由論證歷程不斷地思索自己與他人觀點的差異，藉由多元討論進一步思索可能解決策略，雖然學生產出的方案可能並不完善，但卻提供學生一個面對生活議題思考脈絡的機會。

    作者在該篇結語處嘗試說明社會性科學議題的意義與教學價值。課程中引入社會性科學議題不僅能夠符合《總綱》議題的發展取用生活化教材，並可藉由論證技能讓學生實際論述觀點，經由不斷立場轉換精緻學生想法，辯證的過程可讓學生思索議題可行的解決實踐方案。最後，該章附錄之處提供單元主題的論證教案與學習單作為教師課程設計的參考，歡迎有興趣讀者參酌運用。

n  參考文獻

陳淑婷、林思玲（譯）（2010）。學問—100種提問力 創造200倍企業力（B. Stanfield原著，2000年出版）。臺北市：開放智慧引導科技。

鐘建坪（2020）。社會性科學議題融入化學教學。載於邱美虹（主編），素養導向系列叢書：高中化學教材教法（153-166 頁）。臺北市：五南。

Ben-Zvi Assaraf, O. & Orion, N. (2010). System thinking skills at the elementary school level. Journal of Research in Science Teaching, 47(5), 540–563. https://doi.org/10.1002/tea.20351

Friedrichsen, P. J., Sadler, T. D., Graham, K., & Brown, P. (2016). Design of a socio-scientific issue curriculum unit: Antibiotic resistance, natural selection, and modeling. International Journal of Design for Learning, 7(1), 1–18. https://doi.org/10.14434/ijdl.v7i1.19325

Heath, R., & Nelson, R. (1986). Issues management: Corporate public policymaking in an Information Society.
Beverly Hills, CA: Sage.

Osborne, J., Erduran, S., & Simon, S. (2004). Enhancing the quality of argument in school science. Journal of Research in Science Teaching, 41(10), 994-1020. https://doi.org/10.1002/tea.20035

Sadler, T. D. (2004). Informal reasoning regarding socioscientific issues: A critical review of research. Journal of Research in Science Teaching, 41(5), 513–536.

Salder, T. D (2011). Situating socio-scientific issues in classrooms as a means of achieving goals of science education. In T. Sadler (Ed.), Socio-scientific issues in the classroom: Teaching, learning and research (pp. 1-9). Dordrecht, Netherlands: Springer.

Sadler, T. D., Foulk, J. A., & Friedrichsen, P. J. (2017). Evolution of a model for socio-scientific issue teaching and learning. International Journal of Education in Mathematics, Science and Technology, 5(1), 75–87. https://doi.org/10.18404/ijemst.55999

Sakamoto, M., Yamaguchi, E., Yamamoto, T. & Wakabayashi, K. (2021). An intervention study on students’ decision-making towards consensus building on socio-scientific issues. International Journal of Science Education. https://doi.org/10.1080/09500693.2021.1947541

Tal, T., Kali, Y., Magid, S., & Madhok, J. J. (2011). Enhancing the authenticity of a webbased module for teaching simple inheritance. In T. Sadler (Ed.), Socio-scientific issues in the classroom: Teaching, learning and research (pp. 11-38). Dordrecht, Netherlands: Springer.

Toulmin, S. (1958). The uses of argument. Cambridge, UK: Cambridge University Press.

von Aufschnaiter, C., Erduran, S., Osborne, J., & Simon, S. (2008). Arguing to learn and learning to argue: case studies of how students’ argumentation relates to their scientific knowledge. Journal of Research in Science Teaching, 45(1), 101–131. https://doi.org/10.1002/tea.20213

高中化學教材教法專書導讀：
第十章  化學示範教學

楊水平

國立彰化師範大學化學系
yangsp@cc.ncue.edu.tw

n  前言

《高中化學教材教法專書》第十章〈化學示範教學〉的重點為：一、整理十二年國民基本教育自然科學領域綱要中的化學示範實驗；二、說明化學示範教學的理論背景，作為化學教師實施示範教學方法的根據；三、介紹化學示範教學事前規畫的考慮，以達成在正式教學時的有效性和成功率；四、說明化學示範教學在正式演示時的三面向和四步驟；五、歸納整理化學示範的研究重要結論和化學示範大師對示範教學的名言，作為本章的結語。以下簡介該章的部分內容，作為讀者閱讀本章的導讀，詳細完整的內容以及未在此處提到的部分，請參閱本專書的紙本版（楊水平，2020）。

n  自然科學領域綱要與化學示範教學

在自然科學領域的「教材編選」（國家教育研究院，2018a）中提到：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，其中高級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。透過自然科學課程綱要詳加整理，第五（高中）學習階段中的學習表現（含必修和加深加廣選修）編列七項化學示範實驗，詳見本專書的紙本版。然而，教師要如何設計這七項示範實驗成為具有教育性和娛樂性的教學，以激起學生學習的興趣，有待教材編撰者和現場教學教師細心規劃。

n  化學示範與魔術表演的同異處

化學示範與魔術表演有何相同之處？有何相異之處？以「燒不破的紙鈔」為例（蔡睿謙等，2011），如圖一所示。這是化學示範嗎？還是魔術表演？

圖一：燒不破的紙鈔（蔡睿謙等，2011）

在「燒不破的紙鈔」的過程中，觀眾的腦海中出現了什麼符號（， 。 ！ ？ ； ： 、 …）呢？觀眾先驚訝（！）後疑惑（？）。雖然魔術師給觀眾創造驚訝和疑惑，但是沒有給觀眾解決或回答疑惑。化學教師是否可以在教學或示範中如魔術師一樣給學生創造歧異事件？當然也可以。化學教師與魔術師相同之處：兩者都在創造歧異事件；化學教師與魔術師相異之處：教師幫助學生對知識的理解，而魔術師則避而不談。

n  化學示範的理論背景

Liem (1987) 提到：藉由引人注意的示範和歧異事件（discrepant event），教師精心規劃的教學策略可喚起學生的學習。Kibler (2019) 提到：為了探究特別的現象，歧異事件使學生產生興趣和好奇心。

認知發展論是著名發展心理學家皮亞傑（Jean Piaget）所提出。皮亞傑提到適應（Adaptation）指的是個體的認知結構或基模因環境限制而主動改變的心理歷程，其過程會產生兩種彼此互補的心理：同化（assimilation）和調適（accommodation）（Wikipedia, 2019）。當個體感受同化或調適新知識時，心理上原本失衡（disequilibrium）自然地會感到平衡（equilibrium）。科學教師可以藉由示範、實驗或其他實作活動、影片或引入不一致或令人費解的事件來引起認知失調或失衡的調整（Appleton, 1993）。亦即，歧異事件創造認知失調（cognitive dissonance）。更詳細的化學示範的理論背景，請見本專書的紙本版。

n  化學示範教學的事前規畫

心理學家相信歧異事件可以促進學生高階的思考和有意義的學習。當正確的演示時，學生會有更好的訊息回想和長期記憶。化學教師用心地事前規畫和正式演示化學示範能夠改善學生的學習環境，而且對教師的教學有莫大的幫助。化學示範事實上是一種表演，而且在演示之前一定要考慮許多因素和預演。化學教師在什麼時機揭露歧異事件所涉及的化學概念和原理給學生或觀眾呢？Liem (1987) 研究指出「對學習者展示的直覺抵觸事件，教師提出科學原理的時機必須在該事件下以不立刻揭露的方式為佳。」

在進行示範教學之前，化學教師應該事前考慮三件事（Chiappetta和Koballa, 2014）：一、教師教學第一件事應該考慮什麼？選用合適的教學法（例如：詳述教學法、討論教學法、示範教學法、實驗教學法、探究教學法、問題導向教學法等）去教想要教的特定主題或單元。二、第二件事應該考慮什麼？若想要用化學示範教學，你要教的主題是否有合適的示範實驗可供利用。三、第三件事應該考慮什麼？一旦決定用示範教學，必須考慮其他的方面（Chiappetta和Koballa, 2014）：(1)便利性：器材和藥品容易取得嗎？(2)視覺度：學生能夠看到所有的器材和藥品嗎？(3)注意力：示範過程能夠引起學生的注意嗎？(4)成功率：必須事先預演嗎？關於示範教學事前考慮三件事，本專書的紙本版有非常詳細的說明並舉出很多的實例。

在教師示範實驗之前，也應該事先寫出在示範期間詢問學生什麼問題，可利用兩項技術來展現：一、在寫作技術方面（Bybee, Powell與Trowbridge, 2014）：(1)隨筆撰寫：要求學生做筆記並記錄數據，然後寫下示範的總結（包括現象和解釋）。(2)紙筆答題：要求學生寫出問題的答案，以便知道他們是否確實理解示範所涉及的概念和原理。二、在口頭技術方面（Bybee et al., 2014）：(1)口頭詢問：要求學生描述示範的目和總結。(2)口頭答題：提出一些問題，讓學生應用新學過的化學概念和原理到日常生活中。通常，有用的評量問題涵蓋四項問題（Bybee et al. 2014）：(1)有關「描述示範步驟」的問題；(2)有關「觀察變化現象和紀錄實驗數據」的問題；(3)有關「說明變化現象和實驗結果」的問題；以及(4)有關「連結新學到的原理和概念到日常生活」的問題。在示範教學時事先設計向學生詢問的問題，有兩個方面可提出：(1)事先設計低階和高階思考的問題（如上提到的四項問題），和(2)透過POE或POEC策略設計問題。至於如何設計具體的問題，請參見本專書的紙本版。

n  化學示範教學的正式演示

在演示化學示範實驗後，教師就要開始講述概念和原理嗎？化學示範從開始到結束能夠使學生主動地參與嗎？教師如何改變「以教師為中心」成為「以學生為中心」的教學？化學示範教學以互動討論方式進行是改變成為「以學生為中心」教學的關鍵。教師提出的問題能夠讓學生有機會思考，並且有機會參與學習，進而學到化學的原理和概念。

讓學生主動地參與化學示範有三個面向（Kindsvatter, Wilen與Ishler, 1996）：介紹面向（introduction phase）、演示面向（presentation phase）、以及結論面向（conclusion phase）。簡述如右：一、在介紹面向中，教師要建立示範的目的以及讓學生認識器材和藥品。在示範實驗中，要不要告訴學生實驗的結果，是教師值得深思之事。若教師想要用示範，使學生起始探究，教師應該很少提到實驗結果。二、在演示面向中，維持學生的注意力是非常重要的，創造歧異事件是有用的成功策略。三、在結論面向中，以「學生為中心」的互動討論方式進行，教師必須幫助學生理解在演示的面向中所涉及的化學概念或原理。亦即，觀察發生變化現象（What），然後解釋變化現象（Why）。在本專書的紙本版中，舉出兩個示範教學的實例以對應這三面向的教學過程。

n  結語

當今世界級化學示範大師Shakhashiri (2011) 提到：化學示範有助於集中學生的注意力在化學行為和性質上，並提高學生的化學體認和知識。在示範中直接觀察現象可以刺激觀察者立即形成該現象的概念。…演示應該是一個過程，而不是一項單一的事件。綜合觀之，有效的化學示範能夠聚焦學生的注意力，在課程或單元中激發學習動機和興趣，解說重要的概念和原理，以及起始科學探究和問題解決。因此，科學示範是一種非常有勁道的教學策略。

n  參考文獻

國家教育研究院（2018a）。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（107年版）。取自https://www.naer.edu.tw/ezfiles/0/1000/attach/63/pta_18538_240851_60502.pdf

楊水平（2020）。化學探究教學。出自邱美虹主編，素養導向系列叢書：高中化學教材教法（131-151頁）。臺北市：五南。

蔡睿謙等（2011）。燒不破的紙鈔（Non-Burning Paper Bills）。科學Online。取自 http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=40449

Appleton, K. (1993). Using theory to guide practice: Teaching science from a constructivist perspective. School Science and Mathematics, 93(5).

Bybee, R. W., Powell, J. C., & Trowbridge, L. W. (2014). Teaching Secondary School Science: Strategies for Developing Scientific Literacy. Upper Saddle River, N.J.: Pearson Education.

Chiappetta, E. L. & Koballa, Jr. T. R. (2014) Science Instruction in the Middle and Secondary Schools, 8th Ed., Pearson, Upper Saddle River, N.J.

Kibler, J. (2019). Cognitive Disequilibrium. Retrieved from https://link.springer.com/referenceworkentry/10.1007%2F978-0-387-79061-9_598

Kindsvatter, R., Wilen, W., & Ishler, M. (1996). Dynamics of effective teaching (3rd ed.). White Plains, NY: Longman Publishing.

Liem, T. L. (1987). Invitations to Science Inquiry. Massachusetts: Ginn Press.

Shakhashiri, B. Z. (2011). Chemical Demonstrations: A Handbook for Teachers of Chemistry (Volume 5). Madison: University of Wisconsin Press.

Wikipedia (2019). Schema (psychology). Retrieved from https://en.wikipedia.org/wiki/Schema_(psychology)

高中化學教材教法專書導讀：

第十一章 教學科技在化學教育之應用

鐘建坪

新北市立錦和高中國中部
hexaphyrins@yahoo.com.tw

2020年受到新冠肺炎（COVID-19）蔓延的影響，許多國家封閉實體學校，師生改為線上課程進行教學與學習。臺灣則在2021年5月進入三級警戒之後，教育部宣布採用線上教學，讓學生的學習不致中斷。頓時間教師需要思考如何有效地進行線上教學與評量。

藉由教育科技的輔助，使得教師在新冠肺炎蔓延時仍然能夠進行以學生為中心的教學。學者Campillo-Ferrer和Miralles-Martínezw（2021），在新冠肺炎期間藉由混成學習（blending learning）的策略，進行同步與非同步翻轉教室（flipped classroom）的教學方式，分析學生學習動機的差異，結果發現多數學生對於線上的互動課室活動具有正向評價，同時可增加學生的自主學習能力。

    實際上，在新冠肺炎蔓延之前，教育科技即不斷地發展，有些強調技術的創新，有些強調應用的改進，所有教育科技的發展皆著重在如何使教師的教學與學生的學習能夠更加茁壯為出發點。   

n  教學科技融入化學教學成效

教育科技日新月異，教師教學中運用資訊科技是現代化教學的趨勢，不僅可提升學生的參與意願、學習成效，甚至提供機會讓學生體驗資訊工具可做為學習的工具（Bielik, Dan, & Krajcik, 2019；Chang & Chang, 2013）。

然而科技輔助化學的學習需要同時考量巨觀、符號與次微觀三項表徵之間的關聯（Johnstone, 1991）。以化學平衡為例，巨觀面向強調科技如何協助學生進行觀察顏色改變與實驗操作等，符號部分著重如何呈現化學式與化學反應式的書寫與其意義，而次微觀部分則嘗試連結巨觀與符號，說明分子或反應式的轉變與實驗過程的關係。

目前已發展許多教育科技融入化學教學的策略（翻轉教室、模型為主探究、5E學習環等）以及模擬軟體（PhET、CoSci
Virtual Lab等）。例如：學者Wu等（2021）結合學習環策略與PhET模擬軟體的輔助，在翻轉教室的情境下有效促進學生發展相關化學核心概念。

實際上，教師採用相關科技融入教學時須考量學生的學習差異，有些學生積極主動，而有些學生消極被動，積極主動的學生往往學習成效較消極被動者佳，因此教學時如何透過鷹架的輔助協助學生進行轉變，讓學生從工具操作吸引性的外在動機逐漸轉為學習滿足的內在動機，才能持續讓學生持續投入學習的行列。

n  內容介紹

    《高中化學教材教法》第11章主要強調教育科技在化學教育的應用，尤其著重在行動載具中與化學學習相關的應用程式（mobile application，簡稱app）或網站。內文主要區分為四節（見圖1），包括：引介科技內容教學知識、化學學習軟體介紹、教師實施教學前、中與後應該留意的事項以及運用科技融入教學時教師應該具備的態度等。以下依序分別介紹相關的主題內容。

圖1 教學科技在化學教育之應用內容心智圖 （修改自鐘建坪、周金城，2020）

    首先，第一節主要引介科技內容教學知識（Technological Pedagogical and Content Knowledge, TPACK）的意涵（Mishra & Koehler, 2006）。TPACK是以學科教學知識（Pedagogical Content Knowledge, PCK）為基礎（Shulman,
1986, 1987），再整合科技面向的內涵而形成。在PCK架構中加入科技知識（Technological Knowledge, TK），強化說明科技如何協助教師教學與學生學習。作者並以理想反應方程式說明何種樣態的教學符應TPACK架構。

    接著，第二節是將教學軟體進行概略分類，並說明相關適切的教學策略與學生學習試驗。軟體類別主要涵蓋擴增與虛擬實境、質性與量化建模、電腦模擬實驗、網路探究學習、影音解說與表達、概念影片平台、線上評量工具以及數位應用程式等。以質性與量化建模為例，作者介紹如何藉由SageModeler軟體，將不同種類的變因視覺化（visualize），呈現可能的量化關係再與實際理論值比較差異作為持續修正變因的基礎，並舉相關文獻實際範例（例如：鐘建坪，2018）。作者不僅介紹建模軟體SageModeler，並且引介相關的科學建模作為軟體使用時的理論基礎。

    再來，第三節主要說明教師進行相關教學時的教學準備、相關挑戰與注意事項。作者提供幾項方針提供讀者思索，包括：教學前教師進行教學的目的是什麼、希望學生達成的學習目標有哪些、盤點校內相關器具與設備、課程內容如何取得家長信任讓其相信課堂是真正學習而非進行玩樂、如何增進教學準備度而進行共備等。作者建議教師提早到教室準備以避免設備缺漏或網路不穩的不確定性，教學進行時，同時搭配適切的學習單，並巡視教室避免學生藉由行動載具進行玩樂，更重要的是教師需要找到搭配的教學策略，例如：SageModeler軟體搭配建模教學（Bielik
et al., 2019），協助學生學習以達成教學目標。教學之後能從學生表現與回饋中分析教學的優、缺點，反思如何在下次更為精進，並可定時與教師社群分享教學成果相互切磋。

     第四節從TPACK架構中的元素，思索科技工具融入教學的態度與考量。該節著重在教師檢視自身的教學時，應該從科技內容教學知識（TPACK）內涵著手，包括：內容知識（Content Knowledge, CK）、教學知識（Pedagogical Knowledge, PK）、學科教學知識（PCK）、科技知識（TK）、科技教學知識（Technological Pedagogical Knowledge, TPK）、科技內容知識（Technological Content Knowledge, TCK）之後，才得以整合形成科技內容教學知識（TPACK）。有鑑於此，教師不僅應該強化自身的學科知識，更要與時俱進科技知識，如此搭配教學知識之後，才能形成適切的學科教學知識與科技教學知識，也才得以整合出科技內容教學知識。唯有教師在教學中需要不斷地實踐與修正，才能進一步精進自己的教學。

    最後該章如同其他章節，在結語之後會提供2題課後延伸試題，讓讀者讀完該章節之後，能夠參照章節說明或是相關引用的文獻自行設計出相關的教學內容。而文末附錄亦提供數位工具與學習資料網址以及資訊融入教學教案作為讀者參酌。

n  參考文獻

鐘建坪（2018）。質性與量化的視覺化建模工具—SageModeler簡介。臺灣化學教育，24。https://chemed.chemistry.org.tw/?p=27091

鐘建坪、周金城（2020）。教學科技在化學教育之應用。載於邱美虹（主編），素養導向系列叢書：高中化學教材教法（181-194 頁）。臺北市：五南。

Bielik, T., Dan, D., & Krajcik, J. S. (2019). Shifting the balance: Engaging students in using a modeling tool to learn about ocean acidification. EURASIA Journal of Mathematics, Science and Technology Education, 15(1), em1652. doi: 10.29333/ejmste/99512

Campillo-Ferrer, J.M., Miralles-Martínez, P. Effectiveness of the flipped classroom model on students’ self-reported motivation and learning during the COVID-19 pandemic. Humanit Soc Sci Commun 8, 176 (2021). doi: 10.1057/s41599-021-00860-4

Chang, H. Y., & Chang, H. C. (2013). Scaffolding students’ online critiquing of expert- and peer-generated molecular models of chemical
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Johnstone, A. H., (1991). Why is science difficult to learn? Things are seldom what they seem. Journal of Computer Assisted Learning, 7(2), 75-83. doi: 10.1111/j.1365-2729.1991.tb00230.x

Mishra, P., & Koehler, M. J. (2006). Technological pedagogical content knowledge: a framework for teacher knowledge. Teachers College Record, 108(6), 1017–1054.

Shulman, L. S. (1986). Those who understand: Knowledge growth in teaching. Educational researcher, 15(2), 4–14.

Shulman, L. S. (1987). Knowledge and teaching: Foundations of the new reform. Harvard Educational Review, 57(1), 1–22.

Wu, H. T., Mortezaeia, K., Alvelaisa, T., Henbesta, G., Murphy, C., Yezierski, E. J., & Eichler, J. F. (2021). Incorporating concept
development activities into a flipped classroom structure: using PhET simulations to put a twist on the flip. Chemistry Education Research and Practice. doi: 10.1039/D1RP00086A

高中化學科教材教法專書導讀：
第十二章 大學學測和指考試題與化學教學

馮松林¹、陳映辛²

國立竹山高中

¹cs991001@gm.cshs.ntct.edu.tw

²cs60006@gm.cshs.ntct.edu.tw

n  前言

大學學測是目前高中升大學的重要篩選依據，對高中化學教學而言，學測試題不僅是用來檢測學生對化學知識的理解，也是指引教師教學內容的重要方向，雖然說考試的目的，並不是用來領導教學，但是命題的內容與方向，卻是教學重要的參考。

一般對試題的分析，往往著重題目考了那些化學概念、學生的答對率和試題的難度等。化學教材教法專書第12章中，則針對學測化學試題的內涵談教學，從學測題目怎麼考，反省我們教學要怎樣教，提供初任教師省視自我的教學內容與方法（馮松林，2020）。本文則將依此架構，討論110年學測（大學入學考試中心，2021）中試題所反映的教學意義。

n  學測試題與教學

110學測化學試題中，包含化學反應的類型、質量守恆、莫耳生成熱、倍比定律、氧化還原、pH值、官能基、平均原子量、莫耳數的計算、方程式的判斷、折線式的表示法、莫耳生成熱的計算、層析法實驗、路易斯結構和石英等。

試題中包含了高中化學許多重要的概念，不過學測化學才17題，不可能一次涵蓋所有的化學概念，儘管每年考題會有不一樣的選材，我們不需要去猜會考什麼，該檢視的是題目中，有那些重要該教的化學概念。面對考題，我們應反省的是，我們的教學是否足夠讓學生有能力去解題、去做判斷。

本文將依學測測驗目標(大學入學考試中心，2011)，粗略將題目分成以下四部分進行討論，其中學測試題以方框呈現，方框內之紅色標示為正確答案。

一、測驗考生基本的化學知識和概念

第一部分是基本題，題目是大部分考生所該具備的學科知識，以學測第4題為例，本題用分子模型為題幹，學生要解讀所代表的化學意義，判斷反應的類型、質量守恆、倍比定律、莫耳生成熱和反應熱等，學測大致上是一種總結性評量，很常在一個題目中，綜合考很多基礎化學概念。

本題考到反應熱是吸熱或放熱的判斷，通常知道反應溫度的變化，是可直接判斷反應熱的變化，或者一般以斷鍵需吸收能量，鍵的結合則需放熱降低能量，再綜合總能量的變化也可以，所以有時會以反應的型態推論，分解反應吸熱情形居多，化合反應則放熱多。

本題反應是一種分解反應，依反應型式推論，大概會認為這是吸熱反應，選項C變得很有誘答力，在沒有確切數據下的判斷，其實不一定是對的，解離反應大致是吸熱的論述，有時模糊了學生的判斷，所以教反應式時，除了教基本的判斷外
，亦要提醒學生，一個反應中大致包含鍵的斷裂和生成，大部分的反應，不可能單純從反應式看出反應熱，同樣的亦無法從反應式直接得知反應速率、達平衡的位置和是否自發反應等。

       第5題傳統考題氧化還原的判斷，一般反應式中有元素參與就屬氧化還原反應，這類題目有的會直接給反應式，有時如本題只給中文敘述，選項中的反應也不是常見反應，對反應的說明也會不說明完整的反應式，如選項A就沒提到呼吸作用有氧的參與，像呼吸作用、燃燒、酸鹼中和、氧化還原、酯化、皂化、聚合等等，這些基本的反應，學生就要了解其重要的參與物質。

       很多與反應式相關的考題，大都以符號或文字說明反應的情形，化學物質的表示也有一樣的情形，如KNO₃寫硝酸鉀，學生解題就需要在文字與符號間轉換，題目的難度就增加了。對教學而言，到底那些要記要背，對學生是很困擾的，學生不一定要背很多反應式，但對反應主要反應物和產物要充分理解，對化學式的表示也要熟悉，看中文命名要能寫得出化學式。

      第6題考指示劑的變色，本題不難，B選項制酸劑是鹼性，上課都會提到，其中A選項雖不影響選答，但血漿略鹼性的資料，常出現在課文圖表中，教學時不要忽略課文提供資料的解讀及圖表的判斷。另一個值得注意的是變色範圍4.5至8.3的意義，本題不用變色範圍描述，題意明確指出pH值與變色的關係，避開了變色範圍的用詞，但變色範圍從文字上易誤解4.5至8.3間才變色，所以教學上要注意釐清變色範圍指稱的意義，說明與一般習慣字意之不同。

       第7題同第4題一樣是模型題，不要認為學生一看模型就看懂，上課時讓學生動手實作，增加學生對模型的辨識，尤其是用模型去組成多鍵，有助於學生了解多鍵的形成。本題主要是官能基的判斷，醇的官能基是OH，但很多學生會有疑問，
COOH中同樣有OH結構，為什麼不能算是OH官能基，教官能基時其實要強調，分子的性質是整體結構的表現，COOH結構展現的主要是酸的特性，雖然有一個OH結構，分類時不屬於醇類，COOH中同樣有CO羰的結構，分類時亦不歸類為醛或酮。

        第10題與半導體相關的元素是矽，人體不可缺的是氧，答案是石英，石英在課本中出現的不多，但是考試卻常出現，從實驗式是SiO2，網狀共價化合物，每個矽周遭有4個氧，矽與氧以四面體結構鍵結等等，屢屢在考試中出現，相關概念教學時不能輕忽。

二、測驗考生理解化學資料和圖表的能力

       化學考題常需要學生能瞭解、整理及判讀科學資料和圖表。例如第8題要從原子序及原子量的數值，去判斷價電子數、同位素、中子數、八隅體規則和是否為離子化合物等，本題因為硼的原子量不是整數，學生要從這裡推論硼元素有同位素，這提醒我們在教平均原子量時，也要注意提到原子量不是整數的原因。

此外，其它選項中NH₄⁺離子易形成離子化合物，硼不易符合八隅體的結構，這些概念往往被當特例教，但考特例常是大學聯考的慣例。

第27題考莫耳數的計算，學測一般要計算的問題不多，很少用到假設未知數X，很少考不代表不會考，過去這種需用到未知數X的範例很多，平常教學不必也不要鑽研太偏太難的題型，以本題給學生練習即足夠。再來前面提過，學測考題常不直接給反應式，學生要先寫出反應式才能計算，對很多學生而這很難，不過可告訴學生，這類題目大都會給充分的資訊，足以讓學生來列反應式。

第48題有4個選項考由反應方向判斷反應物和產物的量，判斷不是很難，只是題目及選項都很長，閱讀題的情境學生容易被繞暈，遇到這種題目要提醒學生，先看選項問什麼再看題目，這樣比較容易聚焦，還是有其道理在的。

本題前4個選項只對2個，應選三項所以E選項一定對，只是學生很難判斷E為什麼對，E選項說三氧化錳受熱會轉化成二氧化錳，課程中沒有這個反應，我們知道二氧化錳可還原成三氧化二錳，但逆向反應可以嗎？本題選答是可以用消去法找到答案，這是答題技巧，用這樣選答不代表理解化學知識，題目並沒有給足夠的資料讓學生判斷，這題可能要查維基百科才看得到答案，是有超出教學大綱之疑慮。

考試不想領導教學，這話說的太高調，老師不針對考試準備才有問題，考題中的概念老師沒教到也不好，只能用消去法去解題，倒失去教學的意義，面對教學上有疑義的大考題目，教師應在教學中加入對題目批判，引導正確的思
考及命題方向。

最後要注意，反應式中物質的狀態標示，目前國際上教科書或學術論文中，已經不採下標，直接列在物質右方。

第51-52題考鍵線式的表示法，舊課綱可能沒有鍵線式，但新課程有機化學就提到了骨架式（=鍵線式），未來鍵線式會是一種重要描述化學結構的方法和考題，值得詳實教一點。此外，考試為了有鑑別度和難度上的變化，有時會給複雜的化學結構，像本題畫了7個複雜結構，一個一個數原子可能要花較長時間，但基本上要是知道有一雙鍵會少2個H，有一個環也會少2個H，就能很快找到同分異構物，這是教有機分子結構很好的例子。至於幾何異構物的判斷，以往很少考環結構上的異構，教學生判斷時，只要注意雙鍵兩端的碳，同一碳上不能有相同鍵結，就比較好分辨順反結構。

至於芳香烴，學生可能容易誤解為不飽和烴，因為看起來有雙鍵結構，教學時可以從鍵級來分析，芳香烴上的碳碳鍵其實是1又1/2鍵，與不飽和烴的雙鍵並不相同，因此不屬於不飽和烴。

三、測驗考生應用與推理的能力

第三部分是指對科學方面的學習全盤融會貫通後，進而能舉一反三，如第9題，巧妙的以相同碳數和氫數化合物比較莫耳生成熱大小，本題有創意也有難度，學生只要列出用莫耳生成熱計算反應熱的式子，是可以輕易的做比較。

但反應熱有正負值，99有比-100熱量交換的多嗎？我們知道，反應熱的正與負只代表吸放熱，非數字的正負，所以在比較反應熱大小時都會很小心，命題時如果要比較熱量通常比其值的大小，可是本題只指明比大小，當然大小也是可以比，但要不要比正負值，有時會造成學生判斷上的兩難，本題可以拿來當作教學上比較反應熱的例子，讓學生分別以數字的大小與值的大小做比較。

第28題考濾紙層析法，108年也考過層析，學測每年至少有一題實驗題，本題取材於課本實驗，中規中矩的反映實驗中重要概念，實驗題有時則是創新實驗，有時考實驗器材，雖然實驗考題方向不易掌握，不管考的是實驗原理或方法，教學上讓學生動手操作每個實驗之外，提供學生做探究實驗的機會，對學生實驗能力絕對有幫助。

       第50題考了一系列的反應式，有三個選項與物質的性質有關，考了共振結構、氧化物的酸鹼性、反應熱，只有B選項跟題目的反應有關，最後問對流層的臭氧能不能補臭氧層的破洞，這有大氣高度上的問題，與化學倒是無大關係。綜言之，這種題型只是拿題目中出現的物質考綜合各種概念，在命題上是非常方便，與前面提到第4題相似，教學時適合給學生做複習及綜合演練用。

四、測驗考生分析的能力

最後一部分題目要學生能根據科學事實進行合理的分析及判斷。解題所需的認知層次較高。如第49題考分子結構，題目定義價電子數相等的物質常有相似的結構，以此做為解題的中心，學生要從H₃BNH₃與乙烷有相同的價電子數，推論H₃BNH₃與乙烷有相同的結構。

本題考H₃BNH₃這種少見的物質和敘述內容，題目的難度就高了許多，況且畫分子的結構對很多學生而言，不是很簡單，其中配位共價鍵在課堂講的也不多，本題有難度、有鑑別度，要解這一題，學生要會畫各種分子的路易斯結構，畫分子結構的基礎練習不能太少，可將本題列為配位共價鍵的範例。

      第53題是判斷純物質與混合物的新題目，本題將小分子A放入C60空腔中與外界隔絕，所謂隔絕是說A被包在裡面，A分子的特性被阻擋， 所以A@C60所表現的只是C60的化學性質，所以A@C60是一種純物質。本題從分子結構層次談純物質與混合物，是課程中沒有提及的觀點，為區別純物質與混合物帶來分子層次的見解，是未來教物質分類很好的延伸教材。

      第54題像是閱讀測驗題，除了D選項要由氧化數的變化判斷氧化產物，其它選項是文字邏輯的判斷，而非關化學，未來考試可能會愈來愈多類似的閱讀題，有文意的解讀或是科學的推理分析，這類問題立意良好，但命題考學生時，要注意內容與文意表達上是否完備，不要以為某些內容是常識，認為學生都可理解。教學生閱讀理解這樣的題目，對未來教學是一大挑戰，初任教學除了著重概念的講解或題目的演練，不妨所充實自己，並練習在內容上旁徵博引，將日常生活中的事與物融入化學教學中，活化自我的教學，方能提供學生更好的化學學習。

n  結語

測驗考試的目的是要去評量學生的理解，命題有其技術和概念的核心，題目所引導的脈絡與情境，有時與教學取向並不相同，在化學教材教法專書第12章中（馮松林，2020），試圖從過去幾年學測題目架構和思考邏輯，提供一種教學面向的討論。

沿續著這樣的方式，本文重新檢視110年學測化學試題，僅管每次考試都有不一樣的化學概念，但同樣可看到試題所反映，教學上老師應有的認知與策略，對初任教師而言，從問題的內涵去解構教學，更是可省視自我教學內容，本文期盼能有助於化學教師建構更寬廣的化學視野。

n  參考資料

大學入學考試中心（2011）。學科能力測驗自然考科考試說明（適用於99課綱）。臺北市：大學入學考試中心。

大學入學考試中心（2021）。110學年度學科能力測驗試題自然考科。臺北市：大學入學考試中心。

馮松林（2020）。大學學測和指考試題與化學教學。於邱美虹主編，素養導向系列叢書：高中化學教材教法(195-221頁)。臺北市：五南。

高中化學教材教法專書導讀：

第十三章 化學科展指導與應用

周金城

國立臺北教育大學自然科學教育學系
ccchou62@tea.ntue.edu.tw

n  前言

十二年國民基本教育課程綱要自然科學領綱強調重點之一，是培養學生探究與實作的能力（教育部，2018），除了在探究與實作課程中進行，其實每一個化學單元教學，都可以結合來訓練學生探究與實作的各階段能力。108自然領域課綱針對探究能力區分成思考智能與問題解決，而其中思考智能包含想像創造、推理論證、批判思辨、建立模型；問題解決包含觀察與定題、計劃與執行、分析與發現 、討論與傳達。學生若要能完成好的科展作品，需要前述各項能力的整合。教師可藉由前述的各項度來分析全國科展作品，教學時就會有學生較容易理解的實際範例來說明在科學探究的過程中，各項度是如何被執行的過程。相信學生透過閱讀與分析全國科展作品報告書內容，相信可以逐步幫助提升學生探究與實作的能力。以下就高中化學教材教法專書中（邱美虹等，2020），第十三章化學科展指導與應用內容來簡要說明（圖1）。

圖1　化學科展指導與應用內容心智圖 (引自周金城，2020)

n  化學的探究活動

科展活動中包含一個探究實驗的過程，可以讓學生歷經如同科學家問題解決的過程。相信許多高中化學老師，都希望可以帶學生經歷真實的科學探究歷程，並完成一個能進地方科展甚至是全國科展得獎的科展作品，但這不是一件容易達成的挑戰。師生能想出一個好的科展的題目就已經很不容易，學生願意花時間的投入科學探究，撰寫完整的書面報告，以及有能力在口頭報告與問答時對評審清楚說明，都是影響得獎與否的因素。針對全國科展歷年化學組的報告進行分析，可以讓學生對化學科展的整個過程能有大致的瞭解。

在瞭解科展評分要項上，學生若能知道評分標準，就比較能掌握一個好的科展作品書需要具備的要項。在科展實施要點中有列出科展的評審標準，建議教師可以依照實施要點內容製作科展評分表給學生，並讓學生依據評分表的各項指標來對科展作品進行評分。教師可以由科教館的全國科展作品網站上，下載幾份科展作品讓學生分組討論與評分，並讓學生評定哪作品比較好，學生評定並寫下建議後，教師再公布由全國科展評審來評定的結果，教師可以確認各組學生的評審評定的結果，有沒有和評審評定的結果相似，如此可以知道學生的評判能力。我們知道每一個參加國展的作品，不論有沒有得獎。評審都會在最後寫下評語，這也可以讓學生去討論報告內容要如何改進，並探究是否還有更好的方法來進行實驗過程的改進，這都可以提升學生在科學認知上的評鑑與創造的能力，教師在準備教學工作上也不會花費很多的時間，是一個可行的應用方法之一。

n  科展研究的分類

針對歷屆的全國科展參展報告書，師生可以進一步來分析與課本內容的相關性，和化學研究相關主題，主要是在科展化學組，但也可能會出現在應用科學組、生物組、物理組與地球科學組的研究過程中，透過科展報告分析後也能讓學生進一步認識科學探究其實是需要跨科整合的能力。常聽到學生說我喜歡某科學科目不喜歡某科學科目，但對科學探究以解決生活中的問題來說，通常是需要跨科整合的知識，問題解決是沒有學科分野的。

對應到高中化學探究實驗活動上，可以由孔恩(Kunh，1970）所描述常態科學的三類活動來對應，第一類:擴展由典範（化學課本）理論所指出的事實，可將課本理論進行更精確地描述。2.證實典範（化學課本）的理論與自然兩者相符，可以將理論與生活中的實際現象能有更多的對應。3.精鍊典範，深入了解典範（化學課本）理論，可以將理論的質性描述以更精確的方式描述，尤其可以用精確的數學關係是來表示。前述這三類的活動，都可以在科展的報告書中 找到相似的研究。在這裡要特別說明的是。課本所呈現的化學理論，因為受限於內容篇幅，常常會有其模型理論的限制上無法完整描述。因此，學生常常會有很多的問題，或許在其他的進階文獻研究資料中，也許可以看到問題的解答，但是這仍是很適合讓學生進行實驗探究的活動。 

此外，化學課本的某些單元主題，會找到比較多的科展報告，例如反應速率、化學電池等，但有些主題則是很少人研究，例如原子結構、週期表等。教師可以引導學生思考為什麼大家不做這方面的主題，是因為大家沒想到，還是因為這樣的主題不容易設計實驗呢？此外，有些實驗結果的觀察不容易進行，沒有靈敏設備是無法觀察紀錄的。有些研究是自製儀器的實驗，設計出來的成品可以達到市售的靈敏度，或是成品不及市售的靈敏度，但是因為價格便宜、或攜帶簡便等優勢，也是可以被接受的成果。將科展中的科學探究活動分類，讓學生理解分類的架構，可以幫助學生思考科學探究的問題可以由哪些方向提出。

n  蒐集分析全國科展化學組參展報告書

分析2020年的第60屆進入國展高中化學組的作品，主題有:疏水性塗料的研發、二次電池效能提升研究、催化反應機制的探討、影響鹽類溶解度的離子因素探討、自製磁性物質並測量磁性、利用手機APP以比色法測量溶液濃度、利用吸光度測量溶液之抗氧化力、利用聲波檢測乎出氣體的二氧化碳濃度、自製震盪觀測儀器測量震盪反應、以吸光度法測量空氣中還原性氣體濃度、生活植物製作碳奈米點的螢光特性探討、不同原料發酵製作酒精之研究、二次紙電池的研究、乙醇燃料電池催化反應等、研究的結果大多包含有實際應用面向的探討。有些實驗過程需要使用到特殊儀器設備。但仍有不少實驗需要的藥品與器材仍是在高中實驗是可以完成的工作。而研究過程中，有不少研究內容包含自製檢測儀器，這部份的工作需要創意設計。

進行學校化學實驗活動的改進。也是一個很好的研究方向。我自己是很喜歡這樣的科展研究方向，因為這需要的是創意，而且具有實際教學的推廣性，甚至可以改變課本中的設計，以國小教科書胡蘿蔔催化雙氧水分解製造氧氣的實驗，當有科展作品找到金針菇取代胡蘆蔔效果更佳後，之後課本實驗就修正使用金針菇來進行催化了。

n  利用工具尋找化學科展研究的內容

由於科教館上已將參加全國科展作品整理上網，對師生在科展資料蒐集相當方便，建議可將報告下載逐一閱讀，但仍需要不少時間。建議可再利用軟體同時對多個檔案進行全文檢索，就能快速找出和化學教學相關的科展報告。教師除了能講此科展報告作為課程內容的延伸閱讀資料，也可以提升學生科學探究的興趣。

利用全國高中化學科展的報告資料，適合在化學相關主題上引導學生思考的方向，可以針對研究問題、研究流程、研究結果與討論、研究結論與後續應用等面向進行思考改進的探討，學生有可能在分析探討的過程中找的新的研究方向。科學新聞也是一個科展實驗問題設計的來源，有不少科展是由電視媒體的報導，來進一步思考設計的。例如禁用塑膠吸管的政策上路後，當年度就有很多針對環保吸管的設計的研究。

n  結語

教師可以利用科展報告來延伸化學教學中，並鼓勵學生根據科展報告一步進行分析來近探究的方式之一。這些科展報告是來自全國各地學校的學生作品，有些也未必是頂尖學校的學生才能完成得獎科展作品，因此教師可以鼓勵自己的學生來完成一份高品質的科展報告。

即使學校受限於場地與設備等因素，無法讓學生實際進行科展中的實驗操作，但在問題解決步驟中的觀察、定題、計畫等面向上仍可以進行，在思考智能的各向度也都可以引導學生投入學習。全國科展報告是一個有用的教學資源，它不僅在科展研究上可以利用，也可以在課本內容教學上使用，建議教師可以多加利用於教學上，來提升學生對的科學探究的能力與興趣。

針對高中化學教材教法專書內容（邱美虹等，2020），受限於本文篇幅沒有辦法針對其內容仔細說明，而且科展資料每年都會更新，所以藉由這篇文章撰寫的機會，將在專書中沒有提到到的部分內容補充說明，希望讀者有機會再閱讀專書內容，會有進一步的了解。

n  參考文獻

周金城(2020)。化學科展指導與應用。載於邱美虹（主編），素養導向系列叢書：高中化學教材教法（223-240 頁）。臺北市：五南。

邱美虹、鍾曉蘭、曾茂仁、王嘉瑜、劉俊庚、楊水平、鐘建坪、周金城、馮松林（2020）。素養導向系列叢書：高中化學教材教法。臺北市：五南。

國立臺灣科學教育館全國科展歷屆作品， 2021/09/11引自 (ntsec.gov.tw) https://twsf.ntsec.gov.tw/Article.aspx?a=41&lang=1

教育部（2018）。十二年國民基本教育課程綱要自然科學領綱。2021/09/11 引自 https://cirn.moe.edu.tw/WebContent/index.aspx?sid=11&mid=6852。

Kuhn, T. S. (1970). The Structure of Scientific Revolutions(2nd edition). Chicago: University of Chicago Press.