臺灣化學教育

開發以會考試題為基礎的探究教學

鐘建坪*¹、鍾曉蘭²、沈秀君³

¹新北市立錦和高中國中部

²新北市立新北高中

³新北市康橋中學林口校區

Email:^1*hexaphyrins@yahoo.com.tw

• 前言

探究教學是以學生為中心的教學策略，強調讓學生親身經歷各種科學探究過程來學習。不僅著重學生在學科知識上的進展，還重視其探究能力、問題解決、和科學素養的發展。透過實際操作、觀察、數據分析及推理，期待學生能夠自主發現和解釋自然現象，培養科學思維模式，並促進對科學知識的內化和應用。

108課綱強調學生的整體發展，目的在提升學生的思考智能與探究能力，使其在未來能夠應對更複雜的問題情境，進而發展出能夠解決實際生活問題的科學素養。這種素養不僅限於對知識的理解，更包含了學生面對問題時，能夠運用所學進行分析、評估並提出解決方案的能力。透過探究學習，學生能逐步發展批判思考與創造力，作為終身學習的基礎。

然而，學生的學習成效需要通過評量加以檢視，以追蹤其在概念掌握和技能運用上的進步。國中教育會考是根據「國民小學及國民中學學生學習評量辦法」設立，目的是為了評估國中畢業生的學力品質。由於考試在教育系統中具有導向作用，會考試題的設計與趨勢對教師的教學內容和策略有舉足輕重的影響。在探究導向的課程中，如果教師結合會考評量試題的精髓，不僅能幫助學生在探究過程掌握概念與技能，還能提升應對評量的能力。

• 會考試題命題依據與結構

會考自然科的命題是依據「十二年國民基本教育課程綱要」中自然科學領域。評量涵蓋「學習表現」與「學習內容」。自然科試題的取材注重生活化，試題除了檢測學生對基本科學知識和概念的掌握，並適當融入環境教育、海洋教育、能源教育與防災教育等相關議題的學習目標，也特別強調學生在閱讀與理解科學資料、解決科學問題，以及規劃與執行科學探究活動方面的能力(國中教育會考，無日期)。

臺師大心測中心針對會考的試題結構說明，提及自然科的試題本結構主要有：具備基本的自然科學知識與概念、科學資料的閱讀與理解、解決科學問題所需的推論與應用能力，以及進行科學探究活動所需的規劃、執行與數據分析能力(臺師大心測中心，2022、2023、2024)。試題結構顯示會考試題從111年至113年基本的自然科學知識與概念分別僅佔約24%、30%、34%，其餘皆與探究能力的運用有關，再再顯示所楬櫫的會考試題特色為重視科學探究能力，以符應自然科學領綱的對學習內容與學習表現的期望。

• 元素符號與其擴增訊息內容

元素符號是用來表示一個化學元素的簡易符號，例如：氫的符號是 「H」，而氦的符號是 「He」。然而，元素符號在化學式、週期表或核反應方程式，常伴隨著質量數、質子數、電子數等，以擴增該元素的詳細內容資訊。

其中質量數表示的是一個原子的質子數與中子數的總和。質量數寫在元素符號的左上角。例如，碳-12 的符號可以寫作 ¹²C，其中 「12」代表質量數。質子數表示原子核中質子的數量，它決定了元素的種類，也稱為原子序。質子數寫在元素符號的左下角。例如，碳的質子數是 6，因此可以寫作 ₆​C。每種元素的質子數都是唯一的，不同元素即有不同的質子數。

大多數的元素是以得失電子的形式進行分解與化合等反應而存在於自然界。對於質量數為 23 的鈉離子，符號可以寫作²³₁₁Na⁺，其中「23」代表質量數，「11」 表示質子數，而右上角的 「+」表示這個鈉原子失去了1個電子，形成陽離子。這種符號表達方式能清楚顯示出一個元素的原子核內與原子核外資訊，對於理解原子的結構、化學反應，以及同位素的區別等至關重要。

教科書的設計主要以 來呈現元素符號與原子結構內不同粒子的數量標示，其中X代表元素符號，Z表示原子序，A表示質量數。教材內文多以常見元素(如氫、碳、氧等)為例，介紹元素符號的標示方法，幫助學生建立對原子結構內質量數、質子數、中子數、電子數等的具體認識，以理解這些基本粒子之間的關係。再藉由試題的練習加深學生對元素符號與原子結構各組成部分的理解。而此內容對應自然領綱國民中學教育階段學習內容標示為「Aa-IV-5元素與化合物有特定的化學符號表示法」，內容陳述讓學生知道元素符號及化合物命名的簡單規則，並以日常生活中常出現的簡單物質為限(國家教育研究院，2018)。

• 含有擴增內容的元素符號會考試題分析

近10年會考試題針對擴增內容的元素符號約略每年1題，著重判別是否為相同元素、電中性、帶電粒子的質量數、質子數、電子數、中子數的整合概念，同時著墨這些數字在週期表的意義為何。以近5年試題為例，圖1為113年會考試題，其中A選項主要測試學生是否能夠知悉週期表中，元素符號相關附註內容的意義。圖2為111年會考試題，學生需要知悉原子電中性、失去電子帶正電形成陽離子，或獲得電子帶負電形成陰離子時，原子內質子、電子、中子的數量關係。圖3為108年會考試題，學生需要從原子序與電子數的意義，依據表格數據判別是否為電中性、是否為相同原子，以及質子數、原子序與電子數的關係。

 

圖(三)為元素週期表的一部分，無法從圖中知道下列何項資訊？ (A)氯原子與氬原子的質子數分別為多少 (B)氖原子與氪原子是否有相似的化學性質 (C)氦原子與氪原子在自然界中含量何者比較多 (D) 1莫耳的氯氣(Cl2)與1莫耳的溴(Br2 )何者質量比較大 (引自113會考試題)

圖1：113年會考試題舉例

31. 有一個帶電的離子含有 X、Y、Z 三種粒子(質子、電子、中子，未依照順序排列)，且 X、Y、Z 的粒子數目依序為 NX、NY、NZ 。已知 X 粒子的質量最小，關於此離子的說明，下列何者最合理？ (A)若為陽離子，且 NY＞NX＝NZ，則 Z 為質子 (B)若為陽離子，且 NY＞NX＝NZ，則 Z 為電子 (C)若為陰離子，且 NX＝NY＞NZ，則 Z 為質子 (D)若為陰離子，且 NX＞NY＝NZ，則 Z 為電子                (引自111會考試題)

圖2：111年會考試題舉例

9. 已知甲、乙、丙、丁四種粒子為原子或單原子離子，其單一粒子的原子序與電子數如表(二)所示。關於此四種粒子的敘述，下列何者正確？ (A)甲、丙均呈電中性 (B)乙、丙是相同的原子 (C)乙、丁的帶電量相同 (D)甲、丁的質子數均大於電子數         (引自108會考試題)

圖3：108年會考試題舉例

• 表徵模型之間的轉換

模型通常指對想法、事件或現象的表徵(Gilbert & Boulter, 2000)，其由不同物件間的連結關係所構成(Hestents, 1987；Jong et al., 2015)。科學模型特別針對自然現象，建構不同概念之間的連結關係，以促進我們對自然現象的解釋與預測。學校科學模型的呈現可以是抽象的(Harrison & Treagust, 2000)，例如：密度由物體的質量和體積之間的關係所決定，透過相除的方式形成物質的密度；學校科學模型的呈現也可以是具體的(Harrison & Treagust, 2000)，例如：將抽象的原子模型以具體的繪圖或保麗龍球呈現，顯示原子內部質子、中子及電子之間的排列方式。

儘管科學學習存在多種科學模型，學生在學習模型時仍面臨諸多挑戰(鍾曉蘭、邱美虹，2012；鐘建坪，2020；Jong et al., 2015; Louca & Zacharia, 2023)。例如：學生在理解符號化的模型時，需學習如何解讀這些符號的使用或特定的表達方式(鍾曉蘭、邱美虹，2012)。此外，某些科學模型具備多種呈現方式，學生必須針對不同的表徵模型理解其特定意義，以便能夠順利進行不同模型之間的轉換(鐘建坪，2020；Jong et al., 2015)。同時，學生往往忽視科學模型的限制，這不僅使他們難以判斷在何種情況下應用某一模型，也使得理解每個模型的優缺點及其適用範圍變得困難(Jong et al., 2015)。

擴增訊息的元素符號能夠提供的訊息包括：特定的元素符號、此種特定元素的質量數、質子數與原子序，並從質量數與質子數的差異獲得中子數。學生學習擴增訊息的元素符號時，常忽略不同表徵模型之間如何進行轉換，以及這些轉換對於理解元素性質和原子結構的重要性。這種忽視可能導致學生在面對複雜的化學概念時，無法靈活運用所學知識，進而影響他們對化學反應、物質性質及元素間相互作用的理解(Johnstone, 1991; Talanquer, 2011 )。

為了解決這些挑戰，教育者可以採用多樣化的教學策略，幫助學生建立更全面的科學模型(多樣化策略可見Carroll & Park, 2024 )。例如，透過引導學生進行小組討論，探索不同模型的應用情境，或使用數位工具進行模擬，讓學生直觀感受模型的轉換(Jong, 2016)。或者，結合視覺化教學資源，例如動畫或互動圖表，能夠有效提升學生對抽象概念的理解，並幫助他們掌握模型之間的關聯(Levy, 2013)。

• 元素符號探究教學

此次教學規劃與設計主要基於新北市向下扎根計畫，嘗試提供市內國中教師針對會考試題為基礎的探究教學設計。本教學活動為「從原子結構連結元素符號的標示」，著重學生能夠從原子結構，質子、中子、電子數量的關係，連結 ，讓學生自如地轉化不同表徵模型。學生在此之前已經學習完原子的內部結構，知悉電子、質子、中子與質量數的意義與其在原子內的關係。教學時間若不考量離子的形成，則為1節課。若考量原子得失電子形成離子，則為2節課時程。

教學流程與架構如圖4所示，首先為概念引入，包含三個核心元素：引介概念、互動討論與訊息歸納。教師首先回顧原子相關概念，接著師生雙向互動討論，在討論過程中，教師引導學生進行歸納，建立基礎知識架構。情境遷移則著重在：不同原子、互動討論和歸納小節，教師在此階段提供不同的原子結構，讓學生有機會將剛學習的質子數、中子數、電子數、質量數等概念運用在不同的原子結構中，再透過同儕討論和教師引導，學生能夠觀察並歸納出 與原子結構內不同粒子數量的關係。接著進行數位模擬，此階段聚焦於教師引導和學生練習，在這個階段中，教師善用數位工具或模擬軟體，帶領學生進行實際操作與演練。學生藉由親身體驗，不僅能將抽象概念具象化，更能透過反覆練習培養應用能力。概念評量是學生學習的確認，包含概念確認和教師小結。教師運用多元評量方式，確認學生對概念的掌握程度，並給予適時回饋。最後，教師進行整體性的總結，確保學習目標的達成。

圖4 教學流程架構

    首先，學生在學習此單元之前，學生的準備度已經能夠書寫英文的元素符號，並且知悉原子結構，理解電子、質子、中子以及質量數的關係，但尚未學過如何呈現 ，因此，先提供鋰的原子結構(圖5)，詢問學生原子結構不同粒子分別代表意義為何，讓學生說出鋰原子的質子、中子、電子數量與質量數為多少，並由教師帶入原子序的意義。學生完成圖6的粒子數量表格後，思考哪些數值是相同的與鋰的原子結構中的粒子數量關係，並且討論科學家亦習慣在元素符號左上角、左下角增加一些說明，讓學生思考這些說明與鋰原子結構中的數量關係為何(圖7)。

                          

圖5 鋰原子結構示意圖                                               圖6 鋰原子不同粒子數量

圖7 鋰原子結構內粒子的不同表徵方式

    接著，舉不同原子的原子結構，讓學生填寫質子數、中子數、電子數、質量數、與原子序的表格，完成之後請學生再次思考原子結構內粒子數量與擴增元素符號之間的關係(圖8)。藉此，讓學生自行歸納出 代表的意義，認知到元素符號左上角為質量數，左下角為原子序、質子數、電子數，以總結擴增訊息的元素符號表示法。

                 圖8 氫同位素原子結構內粒子數量的不同表徵方式

    再來，藉由數位模擬強化學生對原子結構內粒子數量的不同表徵方式。學生在教師的引導之下，自行操作PhET模擬軟體(建立一個原子)，逐一在原子結構中放入不同數量的質子、中子、電子，並觀察擴增元素符號呈現的情形，適當練習之後，讓學生完成原子結構與 表示法的練習(圖9)。藉由模擬的操作互動學習能夠加深學生對原子結構的理解，使抽象概念更加具體。

課堂評量主要提供各種元素的原子結構訊息，要求學生完成相關數據，以確認學生是否能在教學之後，能夠確實建構原子結構與擴增訊息的元素符號表示法(圖10)。最後，由教師回顧課堂，並小節原子結構內不同粒子數量與擴增訊息的元素符號( )之間的關聯(圖11)。

                                  

圖9 學生按照指示操作PhET完成表格內容                           圖10 課堂小節評量試題

圖10 原子結構內不同粒子數量與擴增訊息的元素符號( )之間的關聯

    考量原子得失電子會形成陽離子或陰離子，再次讓學生從原子結構的粒子數量，寫出原子與離子的粒子數量。如圖11所示，先讓學生判別氟原子與氟離子的差異，接著依照表格複習寫出氟原子的粒子數量，接著讓學生自行完成氟離子的粒子數量，並由教師引導在具有電荷情況下如何書寫擴增元素符號的表示法。

圖11 氟原子與氟離子的原子結構與粒子數量關係 (原子結構修改自PhET)

 接著，再次讓學生進行PhET模擬。學生從教師提供的不同粒子數目，推算出質子數、中子數與得失電子情形，獲得特定元素的原子結構，並能完成帶電荷的擴增元素符號。例如：學生從提供的表格質子數量為3，質量數為7，電子數量為2，推算出中子數量為4，透過模擬操作獲得鋰離子的原子結構，以及擴增訊息的元素符號(圖12)。

圖12 PhET模擬操作(引自‪Build An Atom_建立一個原子)

當電中性的原子結構與離子形式介紹完畢後，教師可以利用PhET的遊戲選項作為形成性評量，此遊戲中有從原子結構判別特定元素、不同粒子數量形成的電荷數、擴增元素符號的呈現訊息、綜合評量等四部分，每個部份皆有5星，2次答題機會，一次即對獲得1顆星，先答錯而後答對增加半顆星，若2次皆答錯，則增加0顆星。此時教師可以藉由差異化評量要求不同學習成就學生的答對率，例如：高成就者需要完成20顆星，中成就者需要完成19顆星，而低成就者按照指示能夠完成18顆星(圖13)。藉由差異化評量達到不同學習成就學生的概念完整度要求。

圖13 學生實際操作PhET情形

• 結語

一、從會考試題開發探究教學活動是可行的方向

本文以會考試題為基礎開發探究教學活動，不僅期望能夠幫助學生掌握考試重點，更重要的是培養學生的科學探究能力。藉由分析近年會考試題發現，試題結構已從傳統的知識概念理解轉向更重視科學探究能力的評量，包括科學資料的閱讀理解、問題解決的推論應用，以及規劃執行與資料分析等能力。這種趨勢與108課綱強調培養學生科學素養的目標高度一致。本文以擴增訊息的元素符號為例，設計出讓學生從原子結構連結到元素符號標示的探究活動，藉由概念引入、情境遷移、數位模擬到概念評量等步驟，引導學生主動建構科學概念模型。期望能夠協助教師在備課時更有方向性，同時達到提升學生應考能力與科學素養的雙重目標。

二、於探究教學中可多強調多元表徵模型轉換的重要性

在科學學習中，學生常需面對不同形式的表徵模型，因此如何協助學生在不同表徵模型之間建立連結是教學的重要課題。本文以元素符號的標示教學為例，展示如何藉由探究活動幫助學生理解並轉換不同形式的表徵。教學設計從具體的原子結構圖像出發，透過引導學生觀察與討論，逐步建立起原子內部粒子數量與元素符號擴增訊息之間的關聯。特別是運用PhET模擬軟體，讓學生能動態操作不同粒子以形成特定的原子結構，得以即時觀察不同表徵模型之間的對應關係。藉由熟悉不同表徵模型的意義，協助學生理解擴增訊息元素符號的意涵。同時，藉由差異化的形成性評量設計，讓不同程度的學生都能獲得適當的學習挑戰與成就感。著重表徵模型轉換的探究教學策略，不僅適用於原子概念的學習，也可應用在其他抽象的化學概念教學(Johnstone, 1991)，幫助學生建立更完整的科學認知結構。

• 參考文獻

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臺師大心測中心(2023)。112 年國中教育會考試題說明。https://cap.rcpet.edu.tw/exam/112/112P_Description.pdf

臺師大心測中心(2024)。113 年國中教育會考試題說明。https://cap.rcpet.edu.tw/exam/113/113P_Description.pdf

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探究與實作課程之外—師生的教學相長

劉獻文

國立臺南第一高級中學

Email: betterman0925@gmail.com

    新課綱上路，探究與實作課程已逐漸成為培養學生批判性思維與解決問題能力的重要途徑。對於學生與教師而言，如何通過後續活動加深和擴展學習，成為教育中的一項課題。謹以敝校為例，分享學生在探究實作課程之外，如何透過微課程、撰寫小論文等開放式探究歷程，持續深化學習。同時教師在教授學科課程時，也可根據探究與實作中的探究學習內容，設計結構或引導式的探究課程模組，以促進學生的探究能力。

• 開設微課程

在探究與實作課程中，學生透過各個探究主題，學習如何通過「發現問題」、「規劃研究」、「論證建模」、「表達分享」來系統化他們的探究成果。

探究實作課實施一段時間後，部分學生對於探究主題有強烈興趣，而敝校週三第5、6節為彈性學習時間、第7節為社團活動，有足夠的額外時間加深、擴展學習。於是筆者與自然科好夥伴們討論後，分別於高一、高二彈性學習時間開設微課程，其中高一微課程讓學生針對校內的探究主題繼續優化探究成果。若學生因此啟發對專題研究的熱情，高二微課程便以專題為目標，結合學術性社團活動，於週三5至7節進行加深、加廣的專題探究。

舉例來說，敝校學生在探究「泡泡」主題時，對於二氧化碳泡膜縮小的現象很有興趣，他們利用微課程時段，改良實驗裝置並成功量化此縮小現象，例如：將二氧化碳泡泡打入雙邊皆開通的量筒，以此將泡泡的形狀固定為圓柱狀，藉由量筒的刻度，計算泡泡隨時間經過的體積變化。此裝置較流量計簡單，可直接定量二氧化碳泡膜的縮小速率。接著改變不同操作變因，如泡泡體積、截面積、濃度差、外加電場、清潔劑種類等，討論泡膜的縮小受何因素影響，裝置圖如圖1所示。另一組學生則是改變不同氣體種類，進一步對泡膜縮小之過程做出模型論述（學生作品請見附錄1）。

圖1：學生以塑膠針筒將氣體打入兩端皆開通的量筒

    而在「鑑識科學」主題中，學生以寧海德林顯現指紋，發現蘿蔓紫的顯色隨時間變深，此意味著網路查詢到的製程，有反應尚未完全、藥品浪費等問題。於是學生在以濾紙、微量滴管等器材改良指紋的顯色步驟，利用手機錄影並紀錄羅蔓紫顏色的RGB （Red, Green, Blue）值，換算成灰度值後，成功量化寧海德林顯現指紋的顏色深淺。接著呼應綠色化學原則，提出製程的修改建議，成功達成藥品減量、節約能源、催化反應等目標（學生作品請見附錄2）。

• 撰寫小論文

通過撰寫小論文，學生可以在一定的格式規範下，學會撰寫動機、引用資料、設計實驗流程，有系統地呈現實驗結果、表達自己的觀點等。而筆者將小論文網站提供之範本加以修改，以空白模組的格式（保留標題並對其加註寫作說明），引導學生在數週內逐步完成小論文。小論文作品不僅系統性整理學生的探究歷程與成果，亦可做為學生精彩的學習歷程檔案。

• 探究式教學

新課綱將原子模型的教材內容，分別列入物理科「自然界的尺度與單位」、「量子現象」、化學科「物質組成與元素的週期性」、「科學發展的歷史」等單元（教育部，2018），筆者參考洪振方教授提出探究類型的三個向度（洪振方，2003），設計以下結構式、半封閉式的探究式教學，將原子模型的教材跨科整合，並搭配探究學習內容中「發現問題、規劃與研究、論證與建模、表達與分享」，設計以下教學活動：

(1)先將學生以3~4人分組，由教師引言回顧組成原子的粒子，接著請小組閱讀課本內容，如下圖2，請各組找出課文中有關質子、中子、電子的各項描述，將其分類為定性/定量、靜態/動態描述，整理學生發表內容如圖3。此活動可呼應探究學習內容中的表達與溝通、發現問題等。

圖2：請學生分類課文中有關質子、中子、電子的各項描述

（圖文引用自南一書局化學課本#1-4 原子的結構）

圖3：整理課文描述原子的定性/定量資料（筆者自製簡報）

 

(2)根據上述定性/定量資料與靜態/動態描述，以6W分析（who、when、what、where、why、how）產出相關問題，請小組討論可能原因、判斷哪些是科學可驗證的問題，如圖4。此活動可呼應探究學習內容中的訂定問題、表達與溝通。

圖4：根據各種描述，以6W分析法產出相關問題（筆者自製簡報）

(3)以圖4中how為例，引導學生討論問題：「如何證明電子是物質組成粒子？電子電量、質量如何測得？」接著讓學生閱讀物理課本中，有關湯姆森陰極射線實驗、密立坎油滴實驗相關教材（原子的尺度與結構），讓各組判斷各實驗驗證的科學問題為何？例如陰極射線實驗可驗證電子的受力情形、油滴實驗可驗證帶電油滴的飄浮情形。接著針對問題：「電子的電量、質量如何測得？」讓學生討論陰極射線實驗的研究計畫，例如：控制、操作、應變變因為何？實驗結果如何測量？實驗裝置、流程為何？如圖5所示。此活動可呼應探究學習內容中的訂定問題、擬定研究計畫等。

圖5：整理陰極射線實驗的研究計畫，如目的、變因、實驗方法等

（筆者自製簡報、其中實驗示意圖引用自南一書局物理課本第二章-原子的尺度與結構）

(4)針對陰極射線的實驗結果，讓學生依CER論證模型，從各項實驗證據中作出主張，並完善其中的推理過程。例如，射線經過障礙物後形成陰影、射線使小輪軸轉動、射線使螢光物質發光…屬於證據，而射線直線前進、具有粒子特性、帶負電是推理得出，接著結合「在不同金屬中獲得相同實驗結果」等證據，作出主張：「陰極射線是由一束具有質量、且帶負電荷的粒子所組成，為原子的基本組成粒子之一」。另外「電子的電量、質量如何測得？」此問題，可引導學生討論出：單由陰極射線實驗僅能獲得電子的荷質比，無法單獨測得電子的帶電量或質量。如圖6所示。

圖6：以陰極射線實驗結果整理出CER論證模型（筆者自製簡報）

湯姆森根據陰極射線實驗提出原子模型：原子是一個帶正電的球體，其中有帶負電的電子均勻分布於其中，就像葡萄乾灑在布丁上面一樣。針對此模型進一步提出新問題，讓小組討論、察覺模型的侷限處，最後引導學生了解原子模型的修正與發展（西瓜模型à核原子模型à氫原子模型à軌域…）。如圖7所示。此活動可呼應探究學習內容中的論證建模。

其他的課程單元例如共價鍵理論的發展、氣體性質的實驗設計、理想與非理想溶液比較等，實施探究教學的效果亦佳，老師們可鼓勵學生事先閱讀文本、踴躍發表(避免教師直接教授)。透過小組的探索、解釋、交流、評價，除了活化教學氛圍、複習探究實作學習內容外，更能刺激學生將課本知識重新梳理，使之更具邏輯、程序性，進而不斷練習、培養帶的走的探究能力。

圖7：提出新問題，引導學生了解原子模型的修正與發展（筆者自製簡報）

• 結語

探究與實作課程為學生與教師提供了一個持續成長的機會。對於學生而言，微課程與小論文的撰寫使其在開放式探究中得到進一步的深化與擴展。對於教師而言，根據探究與實作的教學經驗，開發相呼應的探究教學，不僅提升了教學的靈活性，也為教育創新提供了契機。

• 致謝

本文感謝敝校自然科探究團隊，透過多次共備提供6W分析、CER論證…等教學模組，並感謝南一書局同意筆者引用部分課本圖文以便說明。

• 參考文獻

王名儒（主編）（2023）。自然科學領域物理課本（第三版）。南一書局。

洪振方（2003）。探究式教學的歷史回顧與創造性探究模式之初探。高雄師大學報，15，641-662。

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。臺北市：教育部。

葉名倉（主編）（2023）。自然科學領域化學課本（第三版）。南一書局。

• 附錄

附錄1：「逸」猶未盡―量化探討不同氣體穿透泡膜速率不同之因素

作品介紹影片https://www.youtube.com/watch?v=l8C4aCp88N4

附錄2：指紋鑑識長見識

作品介紹影片https://www.youtube.com/watch?v=05O2X8pcHto

萃取實驗：適用於教師示範和學生動手做

謝佶霖¹、彭郁惠²、楊水平^3,*

¹高雄市立新莊高級中學
²桃園市立幸福國民中學
³國立彰化師範大學化學系
*yangsp@cc.ncue.edu.tw

• 簡介

關於萃取實驗，在108新課綱「十二年國民基本教育課程綱要國民中小學暨普通型高級中等學校–自科學領域課程綱要」中，高中化學課綱有提到主題「物質的結構與功能（C）」和副主題「物質的分離與鑑定（Ca）」，以及相關的學習內容「CCa-Ⅴc-1混合物的分離過程與純化方法：蒸餾、萃取、色層分析、硬水軟化及海水純化等」，學習內容說明提到「1-2 以有機溶劑可以萃取花或葉中的色素」和「1-5 示範實驗：萃取、蒸餾 及以TLC片進行色層分析」（教育部，2018）。

為配合新課綱的學習內容，作者設計萃取的定性實驗：兩單元的教師示範實驗和四單元的學生動手做實驗。在「教師示範實驗」方面：【示範一】液相‒液相萃取：萃取廣用指示劑，製作廣用試紙；【示範二】固相‒液相萃取：萃取薑黃素，製作薑黃試紙。在「學生動手做實驗」方面：【實驗一】液相‒液相萃取：(1)從口水萃取自己的DNA，和(2)從鮮乳萃取DNA；【實驗二】固相‒液相萃取：(1)用植物油萃取橘子皮的檸檬烯，製作天然護膚乳液；和(2)用酒精萃取檸檬皮的檸檬精油，製作環保油垢清潔劑和環保洗碗精。

本文的實驗設計聚焦在：(1)「教師示範實驗」不使用典型的分液漏斗，而採用家用產品和實驗室材料並用，而且強調娛樂姓與教育性並重，短時間可在教室或實驗室完成示範教學；(2)「教師示範實驗」在示範後，以隔空噴出酸鹼煙霧的方式，進行檢驗萃取廣用指示劑和薑黃素的效果，讓學生感受驚奇有趣；(3)「學生動手做實驗」均為結合生活的家庭實驗，全部使用家用產品，可方便在五金百貨賣場、書局文具行、食品材料行、超市、藥局及網路商店等處購得，而且使用的藥品和器材具低危險性；(4)「學生動手做實驗」的操作過程簡易且時間縮短，不必事先乾燥果皮，不必一週以上的浸泡，不需加熱也避開火源，用刨絲器刨細果皮，藉由攪拌和擠壓，提升萃取的效果；(5)「學生動手做實驗」的成品—天然護膚乳液、環保油垢清潔劑和環保洗碗精，可在平日居家使用，讓學生感受親自動手做實驗的樂趣；以及(6)「學生動手做實驗」均為定性實驗，作者提供學生延伸探究與實作的問題。

• 教師示範實驗

一、觀賞教師示範影片

本示範實驗影片的內容有二部分：(一)固相‒液相萃取：萃取薑黃素，製作薑黃試紙；和(二)液相‒液相萃取：萃取廣用指示劑，製作廣用試紙。這影片僅供教師示範教學的參考，建議教師在課堂中親自操作示範實驗，並且在示範的過程中向學生提出一些問題並互動討論，讓學生有深入理解原理和概念的機會。

圖1：萃取示範實驗影片

（影片網址：https://youtu.be/Hb6Z5tTRlUg.）

二、教師示範的過程和效果

【示範一】液相‒液相萃取：萃取廣用指示劑，製作廣用試紙

(一)藥品與器材

〘示範用〙寶特瓶（附瓶蓋，容量600 mL，高透明度，瓶身無凹凸狀為佳） 1個、廣用指示劑（瓶裝） 100 mL、乙酸乙酯（Ethyl acetate） 100 mL、燒杯（100 mL） 1個、藥匙 1支、塑膠稱量盤 1個、碳酸鉀（Potassium carbonate） 6藥匙（約10-15 g）、噴霧瓶（50 mL） 1個、影印紙（白色A4大小） 1張、塑膠盆（盆底大於A4） 1個、吹風機 1支。〘檢驗用〙石蠟（白色） 1小塊、磁鐵壓條（長約30 cm） 1條、濃鹽酸（Hydrochloric acid, 12 M） 約5 mL、濃氨水（Conc. ammonia water. 15 M） 約5 mL、滴眼瓶（點眼瓶，20 mL） 2個。肥皂水（洗衣皂水更佳） 少量、塑膠盆（盆底大於手掌） 1個，如圖2所示。

圖2：部分的藥品與器材

(二)教師示範步驟

1. 用燒杯和漏斗，轉移約100 mL的廣用指示劑到一個透明的寶特瓶中，如圖3所示。

圖3：倒入廣用指示劑到燒杯中（左）；轉移到寶特瓶中（右）

2. 用燒杯，轉移約100 mL的乙酸乙酯到寶特瓶中，如圖4所示。〔註：倒入乙酸乙酯後，兩層皆變成橘紅色，可能原因是常溫下有水存在時，乙酸乙酯容易水解生成乙酸和乙醇（Wikipedia, 2024a）。〕

圖4：轉移乙酸乙酯到寶特瓶中（左）；兩層皆變色（右）

3. 藉由塑膠稱量盤，加入約6匙的碳酸鉀。轉緊瓶蓋，以上下和左右方式，激烈地搖晃瓶身約1分鐘，如圖5所示。〔註：碳酸鉀溶液為鹼性，使溶液由橘紅色變為藍色。〕

   

圖5：加入碳酸鉀（左）；搖晃瓶身（右）

4. 靜置寶特瓶，觀察在寶特瓶中溶液的分層情形及其各層溶液的顏色，如圖6所示。

圖6：靜置並觀察分層

5. 用燒杯，轉移上層萃取液（含廣用指示劑的有機液）到一個噴霧瓶中，如圖7所示。

圖7：轉移上層萃取液到噴霧瓶中

6. 放置一張白色影印紙在塑膠盆中，均勻地噴灑萃取液在影印紙上。用吹風機吹乾試紙，如圖8所示。

圖8：噴灑萃取液在紙上（左）；吹乾試紙（右）

(三)檢驗萃取廣用指示劑的效果

1. 教師事先以石蠟在廣用試紙上繪圖或寫字（例如：在紙上畫一個愛心）。用磁鐵壓條壓在黑板上。
2. 提醒學生觀察試紙即將發生什麼變化。教師用一瓶裝有少許濃鹽酸的滴眼瓶，尖端開口對著試紙，輕輕地擠壓滴眼瓶，隔空噴出濃鹽酸的煙霧，如圖9左所示。然後，用一瓶裝有少許濃氨水的滴眼瓶，開口對著試紙的圖案或文字，隔空噴出濃氨水的煙霧，如圖9右所示。

圖9：隔空噴出濃鹽酸的煙霧（左）；隔空噴出濃氨水的煙霧（右）

3. 提醒學生觀察試紙即將發生什麼變化。教師以手掌沾濕肥皂水，在試紙上拍打，如圖10所示。〔註：試紙可壓在黑板上。〕

 

圖10：手掌沾濕肥皂水（左）；在試紙上拍打（右）

【示範二】固相‒液相萃取：萃取薑黃素，製作薑黃試紙

(一)藥品與器材

〘示範用〙寶特瓶（含未鑽孔瓶蓋和鑽孔瓶蓋，容量600 mL，高透明度，瓶身無凹凸狀為佳） 1個、藥用酒精（95% Ethyl alcoho1） 100 mL、薑黃粉 10小匙（約10 g）、濾紙（直徑7-9 cm） 1張、噴霧瓶（50 mL） 1個、影印紙（白色A4大小） 3張（數量依實際需要而定）、塑膠盆（盆底大於A4） 1個、吹風機 1支。〘檢驗用〙燒杯（100 mL） 2個、肥皂水（洗衣皂水更佳） 少量、稀鹽酸（Diluted hydrochloric acid, 約1 M） 約10 mL、磁鐵壓條（長約30 cm） 3條（數量依實際需要）、水彩筆（中大型） 2支、濃氨水（Conc. ammonia water. 15 M） 約5 mL、滴眼瓶（眼藥水瓶，20 mL） 1個，如圖11所示。

圖11：部分的藥品與器材

(二)教師示範步驟

1. 用燒杯和漏斗，轉移約100 mL的藥用酒精到一個透明的寶特瓶中，如圖12所示。

圖12：倒入藥用酒精到燒杯中（左）；轉移到寶特瓶中（右）

2. 加入10小匙（藥匙的小端）的薑黃粉。蓋緊瓶蓋（未鑽孔）後，以上下和左右方式，激烈地搖晃瓶身約1分鐘，如圖13所示。

圖13：加入薑黃粉（左）；搖晃瓶身（右）

3. 取一張濾紙，蓋住寶特瓶的瓶口。用有鑽孔的瓶蓋，轉緊瓶蓋。倒置寶特瓶，擠出萃取液到一個噴霧瓶中，如圖14所示。

圖14：濾紙蓋住瓶口（左）；擠出萃取液到噴霧瓶中（右）

4. 放置一張白色影印紙在塑膠盆中，以噴霧瓶均勻地噴灑在白紙上；然後，吹風機吹乾薑黃紙，如圖15所示。

圖15：噴灑萃取液在白紙上（左）；吹乾薑黃紙（右）

(三)檢驗萃取薑黃素的效果

1. 教師用毛筆，沾取肥皂水在薑黃紙上寫字（例如：CHEM）；再用水彩筆，沾取稀鹽酸擦掉薑黃紙上的字，如圖16所示。〔註：薑黃紙可用磁鐵壓條壓在黑板上，方便學生觀察。〕

  

圖16：用肥皂水在薑黃紙上寫字（左）；用稀鹽酸擦掉字（右）

2. 教師事先用白蠟用力地在薑黃紙上寫字（例如：在三張薑黃紙分別寫出「今天」、「要考試」、「開玩笑的」，增加趣味性），用磁性壓條壓薑黃紙在黑板上。
3. 提醒學生觀察試紙即將發生什麼變化。教師手持一瓶裝有少許濃氨水的滴眼瓶，尖端開口對準第一張試紙，輕輕地擠壓滴眼瓶，隔空噴出濃氨水的煙霧。接著，分別對著第二和第三張試紙隔空噴灑，如圖17A～17C所示。〔註1：若出現的文字消失，可再次噴灑。註2：觀看影片較清楚。〕〔注意：不要對著自己或他人噴灑。〕

圖17A：隔空噴出濃氨水的煙霧，出現「今天」字樣（左）；局部放大圖（右）。

圖17B：隔空噴出濃氨水的煙霧，出現「要考試」字樣（左）；局部放大圖（右）。

圖17C：隔空噴出濃氨水的煙霧，出現「開玩笑的」字樣（左）；局部放大圖（右）。

• 學生動手做家庭實驗

【實驗一A】液相‒液相萃取：從口水萃取自己的DNA

(一)藥品與器材

塑膠杯（乾淨的，150 mL） 1個、食鹽（食品級） 少許、小食鹽匙 1支、室溫飲用水 約75 mL、筷子 1支、透明玻璃杯（容量約60 mL，長筒狀為佳） 1個、清潔劑（洗碗精） 少許、藥用酒精（精製酒精，95% Ethyl alcoho1） 約75 mL、塑膠量杯（有尖嘴，200 mL） 1個，如圖18所示。

圖18：藥品與器材

(二)學生操作步驟

〘做法一〙使用漱口食鹽水，再添加食鹽

1. 取一個乾淨的塑膠杯，加入2小匙（平匙，約2 g）的食鹽，裝約1/3杯（約50 mL）的室溫飲用水。用筷子攪拌直到完全溶解。
2. 口含食鹽水，漱口1至2分鐘。吐出漱口食鹽水到原來的塑膠杯中。
3. 取一個小的長筒狀透明玻璃杯（容量約60 mL），倒入約半滿（約25 mL）的漱口食鹽水。加入1小匙（平匙，約6 g）的食鹽和2滴的清潔劑，如圖19所示。〔註：輕按清潔劑瓶的壓頭才會形成液滴狀；用力按壓會擠出大量的清潔劑。〕

   

圖19：半滿漱口食鹽水（左）；加入1小匙食鹽（中）；2滴清潔劑（右）

4. 用筷子，攪拌直到食鹽完全溶解且清潔劑均勻分散在漱口水中，時間約1至2分鐘，如圖20左所示。〔註1：避免攪拌過快而造成漱口水碰到杯壁或生成泡沫，否則會影響後續的觀察。註2：若食鹽未完全溶解，攪拌時筷子尖端與杯底會有研磨感；若清潔劑未均勻分散在漱口水中，攪拌時會見到液滴狀。〕
5. 倒入約25 mL的藥用酒精到一個有尖嘴的塑膠量杯。以傾斜方式，緩慢地倒入藥用酒精沿著玻璃杯內壁流下，而形成上下兩層液體，如圖20中和右所示。

   

 圖20：攪拌食鹽和清潔劑（左）；酒精沿著杯內壁流下（中）；出現兩層液體（右）

6. 檢驗萃取效果：靜置分層溶液，觀察兩層液體之間和上層液中生成白色漂浮物的過程，如圖21所示。（註：白色漂浮物含有DNA。）

   

圖21：觀察白色漂浮物的生成（左）；生成量隨時間越來越多（中和右）

〘做法二〙直接使用口水

1. 不必製備漱口食鹽水，省略做法一的步驟1至3。只需要口中含些許的食鹽水，漱口約半分鐘，吐掉食鹽水。然後，讓自己的口水直接流到一個長筒狀玻璃杯中，體積約玻璃杯的1/6（約10 mL），如圖22左所示。
2. 在做法一的步驟4中，加入半小匙（約8 g）的食鹽和1滴的清潔劑。在做法一的步驟6中，使用約半杯（約25 mL）的藥用酒精，如圖24左所示。其餘步驟與做法一的步驟5和7相同，如圖22中和右所示。

   

圖22：加入食鹽和清潔劑到口水中（左）；用筷子攪拌（中）；加入藥用酒精（右）

3. 檢驗萃取效果：靜置分層溶液，觀察在兩層液體之間和上層液中生成的白色漂浮物，如圖23A和B所示。

   

圖23A：生成白色漂浮物的啟始階段（左）；中途階段一（中）；中途階段二（右）

   

圖23B：生成白色漂浮物的後面階段一（左）；後面階段二（中）；後面階段三（右）

4. 比較做法一與做法二的萃取效果，如圖24所示。

圖24：做法一的白色絲狀物量較少（左）；做法二的白色絲狀物量較多（右）

【實驗一B】液相‒液相萃取：從鮮乳萃取DNA

(一)藥品與器材

透明玻璃杯（容量約60 mL，長筒狀為佳） 1個、鮮乳（牛乳） 約25 mL、食鹽 少許、小食鹽匙 1支、清潔劑（洗碗精） 少許、筷子 1支、藥用酒精（精製酒精，95% Ethyl alcoho1） 約25 mL、塑膠量杯（有尖嘴，200 mL），如圖25所示。

圖25：藥品與器材

(二)學生操作步驟

1. 取一個小的長筒狀透明玻璃杯（容量約60 mL），倒入約半滿（約25 mL）的鮮乳。加入1小匙（平匙，約6 g）的食鹽和2滴的清潔劑，如圖26所示。

圖26：倒入鮮乳到玻璃杯中（左）；加入食鹽（中）；加入清潔劑（右）

2. 用筷子，攪拌直到食鹽完全溶解且清潔劑均勻分散在鮮乳中，時間約1至2分鐘，如圖29左所示。
3. 倒入約25 mL的藥用酒精到一個有尖嘴的塑膠量杯，如圖27中所示。以傾斜方式，緩慢地倒入藥用酒精沿著玻璃杯內壁流下，而形成上下兩層液體，如圖27右所示。

   

圖27：攪拌食鹽和清潔劑（左）；倒入藥用酒精（中）；形成兩層液體（右）

4. 檢驗萃取效果：靜置分層溶液，觀察兩層液體之間和上層液中白色漂浮物的生成過程，如圖28所示。（註：白色漂浮物含有DNA。）

   

圖28：觀察白色漂浮物的生成（左）；生成量隨時間越來越多（中和右）

【實驗二A】固相‒液相萃取：用植物油萃取檸檬皮的檸檬油，製作天然護膚乳液

(一)藥品與器材

消毒酒精（75% Ethyl alcoho1） 10 mL、衛生紙 2張、檸檬 大的1顆（或小的2顆）、廚房刨絲器 1支、瓷碗 1個、咖啡攪拌棒 1支、塑膠量杯（200 mL） 1個、初榨橄欖油 150-200 mL、金屬湯匙 1支、護膚精油壓瓶 1個、護膚滴瓶 1個、不鏽鋼細濾網 1個，如圖29所示。

圖29：藥品與器材

(二)學生操作步驟

1. 衛生紙沾少許的75%消毒酒精，擦拭一個大的或兩個小的檸檬果皮，約幾秒鐘就可消毒並乾燥橘子皮。
2. 用廚房刨絲器，刨掉整顆檸檬皮成為顆粒狀到一個瓷碗中，避免刨掉果皮的白色髓部，如圖30所示。〔註1：當刨掉果皮時，可感覺果皮的油包被削破的清脆聲（油包含有檸檬精油）；若刨到白色內皮，則無清脆聲。註2：若無刨絲器，可用削皮器替代，但後續需用刀子切碎果皮成顆粒。〕〔注意：刨絲器的金屬孔像刀片一樣鋒利，務必小心使用。〕

   

圖30：檸檬和刨絲器（左）；刨掉部分的檸檬皮（中）；刨掉幾乎個整檸檬皮（右）

3. 用咖啡攪拌棒，移去在刨絲器下方的顆粒到碗中，並且收集在碗外的顆粒到碗中，以增加取得量。
4. 用塑膠量杯，量取1/2杯（約137 mL）的初榨橄欖油，轉移到碗中，如圖31所示。〔註：可選擇使用味道較淡的植物油，例如：花生油、葡萄籽油、酪梨油或葵子油。〕

圖31：量取初榨橄欖油（左）；轉移到碗中（右）

5. 用金屬湯匙，攪拌在碗中的檸檬皮顆粒和橄欖油，並用湯匙擠壓檸檬皮顆粒，促使檸檬皮內的油包被壓破，時間約15分鐘或以上。〔註：攪拌並擠壓越多次，溶解檸檬精油在油中的量就越多。〕
6. 直接取得護膚乳液：靜置數分鐘，直到檸檬皮顆粒與橄欖油有明顯的分層。用金屬湯匙，逐次地取得澄清的上層（油層），轉移到原來的量杯中，直到澄清油層幾乎完全被轉移。然後，轉移澄清油（護膚乳液）到一個護膚滴瓶或精油壓瓶中，如圖32所示。

   

圖32：用湯匙轉移油層到原來的量杯中（左）；轉移護膚乳液到護膚滴瓶中（右）

7. 過濾取得護膚乳液：放置一個不鏽鋼細濾網在原來的塑膠量杯上。用金屬湯匙，逐匙地轉移在碗中剩下的混合物到細濾網內，直到所有的混合物轉移完畢，得到過濾的澄清油（護膚乳液）。轉移塑膠量杯中的澄清油到另一個護膚滴瓶或精油壓瓶中，如圖33所示。〔註：此護膚乳液可滴加少量的甘油，增加對皮膚的保濕性。〕

   

圖33：過濾得到澄清油（左）；轉移澄清油到壓瓶中（右）

8. 檢驗萃取效果：聞一聞直接取得和過濾取得的護膚乳液的氣味，並比較護膚乳液與初榨橄欖油的氣味。滴一滴護膚乳液在皮膚上，並塗抹均勻。

【實驗二B】固相‒液相萃取：用酒精萃取橘子皮的檸檬精油，製作環保清潔劑

(一)藥品與器材

消毒酒精（75% Ethyl alcoho1） 約200 mL、衛生紙 3張、橘子 大的1顆（或小的2顆）、廚房用刨絲器 1支、瓷碗 1個、金屬湯匙 1支、廚房用壓泥器 1個、咖啡攪拌棒 1支、PE滴管（3 mL） 1支、廚房用量匙（4支） 1套、食鹽 少許、不鏽鋼細濾網 1個、塑膠量杯（200 mL） 1個、咖啡過濾紙 2張、玻璃罐（附蓋，200-250 mL） 1個、噴霧瓶（約100 mL） 1個。寶特瓶（空的，600 mL） 2個、椰子油起泡劑 約250 mL、慕斯瓶（泡沫瓶，500 mL） 1瓶、飲用水 約600 mL，如圖34所示。

 

圖34：製作環保清潔劑的藥品與器材（左）；製作洗碗精的材料（右）

(二)學生操作步驟

1. 衛生紙沾少許的75%酒精，擦拭一個大的或兩個小的橘子果皮，約幾秒鐘就可消毒並乾燥橘子皮。
2. 用廚房刨絲器，刨掉整顆橘子皮成顆粒狀在一個瓷碗中，避免刨掉果皮的白色髓部，如圖35所示。

     

圖35：橘子和刨絲器（左）；刨掉部分的橘子皮（中）；刨掉幾乎整顆的橘子皮（右）

3. 用衛生紙，以逆方向擦拭，小心地移去在刨絲器下方的橘子皮顆粒到碗中，並且收集在碗外的橘子皮顆粒到碗中，以增加取得量。
4. 用金屬湯匙，逐次地轉移在碗中的橘子皮顆粒到一支壓泥器中，擠壓橘子皮顆粒到一個透明的玻璃罐中，這需要多次操作才能完成，如圖36所示。〔註：此舉是為了促使油包破裂，易於後續的萃取。〕

圖36：準備壓泥器（左）；擠壓橘子皮顆粒（右）

5. 在轉移且擠壓完畢後，先用咖啡攪拌棒轉移顆粒到壓泥處並擠壓，再用PE滴管吸取少許的75%酒精，潤洗壓泥處的顆粒，如圖37所示。

圖37：用咖啡攪拌棒轉移顆粒（左）；用滴管潤洗壓泥處的顆粒（右）

6. 加入75%酒精直到覆蓋整個橘子皮，並加入一茶匙（約2 g）的食鹽，如圖38所示。

圖38：加入酒精（左）；加入食鹽（右）

7. 用金屬湯匙，攪拌罐內的混合物，並用湯匙擠壓橘子皮顆粒，需時10分鐘或以上。
8. 放置一個不鏽鋼細濾網在塑膠量杯上，在濾網上放置一張咖啡過濾紙，如圖39左所示。
9. 用金屬湯匙，逐匙地轉移玻璃罐中的溶液到濾紙內，直到幾乎所有萃取液被過濾，如圖39中所示。若過濾很慢，先包緊濾紙並以旋轉方式擠壓，促使萃取液流出，如圖39右所示。

   

圖39：準備過濾裝置（左）；轉移萃取液到濾紙中（中）；擠壓濾紙促使溶液流出（右）

10. 使用一張新的咖啡過濾紙，再次加入75%酒精到玻璃罐中，直到覆蓋整個果皮屑，並加入1茶匙（約2 g）的食鹽。
11. 重複步驟7至9，進行第二次萃取，如圖40所示。兩次合併的過濾液體積約150 mL，過濾液的顏色取決於橘子果皮的顏色。

圖40：轉移含顆粒溶液到濾紙內（左）；過濾幾乎全部的液體（右）

12. 轉移玻璃罐的澄清溶液到一個中型的噴霧瓶（約100 mL）。用少量的75%酒精潤洗玻璃罐內的殘留液，轉移到噴霧瓶中。〔註：此殘留液含有少量的檸檬精油。〕
13. 檢驗萃取效果—觀察檸檬精油層：靜置噴霧瓶數分鐘到1小時，觀察酒精溶液的上方出現油狀的液滴或一層精油層。靜置到隔天，可觀察到較厚的精油層，如圖41所示。

     

圖41：數分鐘後可看到精油析出（左）；約1小時出現明顯的分層（中左）；約3小時分層厚度變大（中右）；隔天分層厚度更大（右）

14. 取得油垢清潔劑：噴霧瓶內的橘子皮酒精溶液（精油萃取液）可當作油垢清潔劑。試試看清洗油污的效果。〔註1：存放時要遠離火源。註2：這油垢清潔劑可清除瓦斯爐或抽油煙機的油污，電器表面的髒污；但不適合噴灑在木頭材質的物品上。註3：若此清潔劑加入小蘇打，可去除頑強的污垢。〕
15. 配製環保洗碗精：(1)準備製作洗碗精的材料，如圖34右所示；(2)取一個塑膠量杯，倒入約80 mL的精油萃取液，再加入約80 mL的70%椰子油起泡劑，如圖42所示；(3)先用筷子攪拌起泡劑成較小的陀狀，再倒入一個寶特瓶中，蓋緊瓶蓋，激烈地搖盪促使起泡劑完全溶解，如圖43左所示；(4)加入約240 mL的飲用水到寶特瓶中，激烈地搖盪促使整個溶液溶解，此溶液可當作環保洗碗精，如圖43中和右所示；(5)在噴霧瓶中剩下的精油萃取液，同樣地依照比例混合，精油萃取液：70%椰子油起泡劑：飲用水 ＝ 1：1：3（大約體積比）。〔注意：精油萃取液、椰子油起泡劑和水，三者加一起混合，起泡劑較不易溶解，如圖44所示。〕

圖42：轉移精油萃取液到塑膠量杯中（左）；加入椰子油起泡劑（右）

   

圖43：先混合均勻精油萃取液和起泡劑（左）；再加水混合（中）；起泡劑較易溶解（右）

   

圖44：精油萃取液、起泡劑和水直接加到寶特瓶中（左和中）；三者一起混合，起泡劑較不易溶解（右）

16. 轉移環保洗碗精到噴霧瓶、按壓瓶或慕斯瓶（泡沫瓶）中，如圖45所示。試試看自製環保洗碗精的清洗效果。〔註：可用於清洗碗筷、刷洗地板及除去油污等。〕

圖45：三者一起混合在左瓶，先混合前二者再加水混合在右瓶，（左）；環保洗碗精裝入噴霧瓶和慕斯瓶中（右）

• 原理和概念

一、萃取

萃取（Extraction）是實驗室中常見的分離技術之一，依照物質在不同溶劑中的溶解度差異來分離混合物中的特定物質。其基本原理是將目標物質從一種溶劑轉移到另一種溶劑中，藉此達到分離的目的。萃取可分為多種類型，包括液相─液相萃取、固相─液相萃取、酸鹼化學萃取以及超臨界流體萃取等。液相─液相萃取（Liquid-liquid extraction）是最常見的萃取方法，涉及兩種不互溶或微溶的液體，其中一種是溶液，另一種是萃取溶劑。當溶液中的目標物質在萃取溶劑中的溶解度較高時，它會從原始溶液轉移到萃取溶劑中。固相─液相萃取（Solid-liquid extraction）適用於固體中萃取目標物質，通常混合固體樣品與不互溶或微溶的液體溶劑，目標物質會從固體轉移到溶劑中。一般來說，使用少量溶劑進行多次萃取比用大量溶劑進行一次萃取效果更好，這是因為多次萃取可以更有效地將目標物質從溶液或固體中轉移到萃取溶劑中（Palleros, 1995）。

理想萃取溶劑的條件：(1)不互溶或微溶的一對溶劑：萃取溶劑必須與待萃取溶液不互溶，高極性的水和低極性的有機溶劑是很好的配對；(2)對目標化合物有很好的溶解性：存在於溶液中的待萃取化合物應該可溶於萃取溶劑；(3)對雜質的溶解度差：主要雜質不應該溶於萃取溶劑中；(4)萃取溶劑具高揮發性：萃取溶劑應該具有很好的揮發性，以便可以透過蒸餾容易地從萃取物中除去雜質；(5)萃取溶劑的無毒性和安全性佳：通常希望溶劑是無毒且不易燃（Organic Web Chem, 2024 & NA, 2024）。

二、鹽析

鹽析（Salting out）是一種利用某些分子在離子強度非常高的溶液中降低其溶解度的純化技術。當鹽類在水溶液中解離而增加離子濃度時，造成高強度離子的水溶液，一些水分子會被鹽類的陰陽離子相互吸引，進而減少可與萃取物帶電部分相互作用的水分子數量，使得萃取物被析出而沉澱或懸浮（Wikipedia, 2024b & LibreTexts libraries, 2024）。在教師示範實驗中，利用碳酸鉀進行鹽析，藉由加入碳酸鉀使水分子與其解離的鉀離子和碳酸根離子發生水合作用（hydration），增加各指示劑分子的疏水性而溶解在有機溶劑中。在學生動手做實驗中，利用食鹽進行鹽析，藉由加入氯化鈉使水分子與其鈉離子和氯離子發生水合作用，也使酒精分子與其鈉離子和氯離子發生溶劑合作用（solvation），因而降低檸檬精油在酒精中的溶解度，導致析出而分層。

三、酸鹼指示劑

廣用指示劑（Universal indicator）通常由酚酞、甲基紅、溴百里酚藍、百里酚藍、1-丙醇、氫氧化鈉、亞硫酸氫鈉和水所組成（Wikimedia, 2024c）。水溶液在加入廣用指示劑後，其pH值的顏色為：從紅色（pH ≤3）到橙黃色（pH 4-6）表示酸性溶液，綠色（pH 7）表示中性溶液，藍色（pH 8-10）到紫色（pH ≥11）表示鹼性溶液。廣用指示劑的主要成分為極性低的有機物，本次萃取實驗利用極性低的乙酸乙酯萃取廣用指示劑的各種化合物。

薑黃素（Curcumin）是一種亮黃色化學物質，在化學上薑黃素是一種多酚，更具體地說是一種二芳基庚烷（diarylheptanoid），屬於薑黃素類，薑黃素是薑黃呈黃色的化合物（Wikimedia, 2024d）。薑黃含有豐富的薑黃素，具特殊氣味。薑黃素分子介於極性與非極性之間，不易溶解於水中而易溶解於乙醇、乙酸及丙酮等物質中。本實驗利用酒精萃取薑黃內的薑黃素。薑黃素有二種酸鹼形式：pH值低於7時呈黃色，高於8時呈紅棕色。其文字簡述式的反應式，如式[1]所示；其結構式的反應式，如式[2]所示：

HCur (yellow) + OH^– ⇌ Cur^– (reddish-brown) + H₂O    [1]

    [2]

四、檸檬精油與檸檬烯

檸檬、橘子、柳丁、柳橙、柚子及文旦等柑橘類果皮都有豐富的檸檬精油。檸檬精油的功效源自於多種化合物，其中最主要的是檸檬烯（limonene）、蒎烯（pinene）和萜品醇（terpineol）。檸檬烯是一種單萜化合物，常見於柑橘類的果皮中，並且具有不同的光學異構物：d-檸檬烯和l-檸檬烯，這些異構物的氣味特徵顯著不同，d-檸檬烯帶有典型的柑橘類香氣，通常被描述為柳橙的香味，這也是自然界中最常見的形式；而l-檸檬烯則有類似松樹或松節油的刺鼻氣味，較為少見。d,l-檸檬烯則是兩者的混合物。檸檬烯是無色的液體，溶於苯、氯仿、乙醚、乙醇、二硫化碳和油，但不溶於水。其沸點約為176°C，密度為0.8411 g/cm³（Wikimedia, 2024e & PubChem, 2024）。

圖48：紅色圓圈代表立體幾何碳；(R)-檸檬烯、d-檸檬烯、(+)-檸檬烯（左）；(S)-檸檬烯、l-檸檬烯、(-)-檸檬烯（右）。（圖片來源：http://surl.li/vbnwej）

檸檬烯具有很多實用的特性，特別是在香氣和化學性質上。檸檬烯的抗氧化和抗發炎特性也使其在科學研究中受到關注。在精油的應用中，檸檬烯對於濃縮精油和稀釋精油的氣味有顯著的差異。濃縮精油中的檸檬烯會使氣味更加強烈且複雜，而稀釋後的精油則會因為檸檬烯的濃度較低，香氣較為柔和，更適合直接塗抹於皮膚，使用起來也更安全（Sharp, 2024）。

• 教學指引和延伸問題

一、教學指引

1. 作者設計的萃取實驗預期達成四項學習目標：(1)從教師示範和動手做實驗中，理解萃取的原理和概念；(2)從動手做實驗中，學會快速萃取的作法和操作技巧；(3)從動手做實驗中，學會利用萃取實驗製作天然護膚乳液、環保油垢清潔劑和環保洗碗精；以及(4)樂意地續做有關萃取的探究與實作的延伸問題。
2. 在POE和POEC的教學過程中，解釋原理在觀察現象之後，這樣的教學對具爭議的觀察結果進行討論將使學習更有價值（邱美虹等，2005）。再者，“tell and show’（講述和展示）、“show and tell”（展示和講述）及“show and discuss”（展示和討論）是常見的三種的教學策略。傳統上以“tell and show” 的教學策略居多，然而一些研究顯示“show and discuss”有正面的學習效果，例如： “show and discuss”教學強調如何促進有意義的對話，加深學生的理解（Chapin, 2013）。因此，強烈建議教師採用教學策略以“show and discuss”為優先考慮，亦即教師先示範或學生先動手做實驗後才進行討論原理和概念。
3. 在教師示範方面，教師應該考慮娛樂性與教育性並重的教學，以增進學生學習的興趣（楊水平，2021）。
4. 作者設計二份學習單：(1)教師示範萃取實驗學習單（附錄一）；和(2)教學生動手做萃取實驗學習單（附錄二），提更給教師教學的參考。
5. 作者設計二單元的教師示範實驗和四單元的學生動手做實驗，涉及很多的原理和概念，值得與學生一起討論。作者在下面提供一些課堂討論的問題。
6. 作者設計的四單元實驗均為定性實驗（僅止於觀察），建議教師讓學生發想並繼續進行深入的實驗。作者在下面提供一些延伸探究與實作的問題。
7. 建議教師與學生討論影響萃取速率的因素（萃取的動力學）：溫度、溶劑性質（溶劑的極性、粘度及溶解度）、顆粒大小、攪拌速率、溶劑/固體比、萃取時間、壓力（如超臨界流體萃取）、pH值和化學反應（涉及到化學反應的萃取）等。
8. 事先評估化學示範和學生動手做實驗的風險是教師的責任。

二、課堂討論的問題

1. 在萃取實驗中，為何使用乙酸乙酯萃取廣用指示劑的各種化合物？為何使用酒精萃取DNA和檸檬油？還有何種液體可當作萃取溶劑？並評估其優缺點。
2. 在萃取實驗中，為何萃取廣用指示劑時需要加入碳酸鉀，萃取DNA和檸檬精油需要加入食鹽？還有哪些鹽類可取代碳酸鉀和食鹽？並評估其優缺點。
3. 在「檢驗萃取廣用指示劑的效果」時，進行隔空噴出濃鹽酸和濃氨水的煙霧，分別會出現什麼顏色？為什麼會發生這些顏色變化？
4. 在「檢驗萃取薑黃素的效果」時，進行隔空噴出濃氨水的煙霧，會出現什麼顏色？為什麼會發生顏色變化？
5. 在「萃取薑黃素」中，除了使用藥用酒精當作萃取溶劑之外，還有哪些家用產品可當作萃取溶劑？並評估其優缺點。
6. 在「用植物油萃取檸檬皮的檸檬油」中，製作護膚乳液除了使用初榨橄欖油之外，還有哪些氣味較淡的植物油可當作護膚乳液的載體油？
7. 在「用酒精萃取橘子皮的檸檬烯」中，為何再次使用75%酒精進行第二次的萃取？
8. 針對「液相‒液相萃取」與「固相‒液相萃取」實驗，比較其相同處和相異處。
9. 選擇萃取溶劑的最佳條件是什麼？在各實驗中有哪些作法符合最佳條件？
10. 影響萃取速率的因素有哪些？在各實驗中有哪些作法加速萃取的速率？
11. 在日常生活中，有哪些實例運用到萃取的原理和概念？

三、探究與實作的問題

1. 探究添加鹽類（例如：碳酸鉀和食鹽）的量對萃取物（例如：DNA和檸檬精油）的量有何影響？〔需要考慮萃取物的量如何從定性觀察提升到定量測量。〕
2. 探究添加酒精的濃度（例如：95%、75%、50%及25%）對萃取物（DNA和檸檬精油）的量有何影響？
3. 探究添加酒精的量（體積）對萃取物（DNA和檸檬精油）的量有何影響？
4. 探究添加不同物質（例如：食鹽、蔗糖、檸檬酸、小蘇打及生石灰等）對萃取物（DNA和檸檬精油）的量有何影響？
5. 設計並製作一項可以永久保存自己DNA的私藏作品（可能的想法：自己DNA存放在樣品瓶中且永久懸浮在瓶中，染色自己DNA黏貼在卡片上並護貝等）。
6. 在液相‒液相萃取中，使用樣品（口水和鮮乳）都來自動物，試做並找到兩種（例如：蔬菜和水果）可容易萃取出DNA的植物樣品。〔可能需要考慮添加蛋白質分解酶，例如：鳳梨汁和奇異果汁。〕
7. 找出從橘子皮萃取檸檬精油量的最佳條件。（可能影響因素有：橘子皮的大小、橘子皮白色髓部的量、酒精的使用量、酒精的濃度、食鹽的使用量、萃取的時間及萃取的溫度等。）
8. 調查相同果汁且不同取得來源（例如：100％還原果汁、鮮榨果汁和非鮮榨果汁）對萃取DNA的量是否相同。

• 實驗注意和廢棄物處理

1. 教師示範實驗時應該注意安全防護，務必穿實驗衣、戴乳膠手套及安全眼鏡。學生動手做家庭實驗也要注意實驗安全。
2. 教師示範時，應該在通風良好或有抽風設備的教室或實驗室。當隔空噴出濃鹽酸和濃氨水的煙霧時應該注意噴出的方向，避免噴到自己和學生。
3. 濃鹽酸和濃氨水及其煙霧對皮膚和眼睛有刺激性，對呼吸管道有強的刺激性。若皮膚接觸，立即用水沖洗。若進入眼睛，用水小心地清洗數分鐘。若不慎吸入，立即移到空氣新鮮處。若接觸皮膚眼睛嚴重或吸入嚴重，立即就醫治療。
4. 教師示範液相-液相萃取的有機層含有乙酸乙酯，未用畢的有機液體應該倒入「有機溶劑」廢棄桶中。教師示範萃取薑黃素和學生動手做萃取檸檬精油的有機層含有酒精，未用畢的酒精溶液可用大量流水沖掉。
5. 使用有機溶劑（乙酸乙酯和高濃度的酒精），必須避開明火。若萃取後殘留的柑橘類果皮顆粒含有酒精，必須用水沖淡酒精，果皮顆粒當作廚餘丟棄。

• 附錄

附錄一：教師示範萃取實驗學習單。下載pdf檔案

附錄二：學生動手做萃取實驗學習單。下載pdf檔案

• 參考資料

邱美虹、林世洲、湯偉君、周金城、張榮耀、王靜璇合著（2005）。科學創意實驗書。台北市：洪葉文化。

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。臺北市：教育部。

楊水平（2021）高中化學教材教法專書導讀：第十章 化學示範教學。臺灣化學教育，44。取自https://chemed.chemistry.org.tw/?p=41060。

Chapin, S. H.; O’Connor, C.; and Anderson N. C. (2013). Classroom Discussions in Math: A Teacher’s Guide for Using Talk Moves to Support the Common Core and More, Grades K-6. Scholastic, Inc., Sausalito, California, USA.

LibreTexts libraries (2024). Salting Out. Retrieved December 1, 2024, from http://surl.li/uryvha.

NA (2024). Solvent extraction. Retrieved December 1, 2024, from http://surl.li/ssxwos.

Organic Web Chem (2024). Conditions for ideal extraction solvents. Retrieved December 1, 2024, from http://surl.li/dbximu.

Palleros, Daniel R. (1995). Liquid-Liquid Extraction. Retrieved December 1, 2024, from http://surl.li/ddmhls.

PubChem (2024). (+)-Limonene. Retrieved December 1, 2024, from http://surl.li/busdou.

Sharp, Yasmin. (2024). 8 Benefits and Uses of Lemon Oil. Retrieved December 1, 2024, from http://surl.li/rvjdxm.

Wikipedia (2024a). Ethyl acetate. Retrieved December 1, 2024, from https://en.wikipedia.org/wiki/Ethyl_acetate.

Wikipedia (2024b). Salting out. Retrieved December 1, 2024, from https://en.wikipedia.org/wiki/Salting_out.

Wikimedia (2024c). Universal indicator. Retrieved December 1, 2024, from https://en.wikipedia.org/wiki/Universal_indicator.

Wikimedia (2024d). Curcumin. Retrieved December 1, 2024, from https://en.wikipedia.org/wiki/Curcumin.

Wikimedia (2024e). Limonene. Retrieved December 1, 2024, from https://en.wikipedia.org/wiki/Limonene.

《臺灣化學教育》第五十六期（2024年6月）

目  錄

• 主編的話
  • 第五十六期主編的話／周金城〔HTML｜PDF〕
• 本期專題【專題編輯／林靜雯】
  • 新課綱粒子觀點教學的挑戰：從理論、教科書編輯到教學實踐 —新課綱粒子觀點教學的挑戰／曾振富、林靜雯〔HTML｜PDF〕
  • 新課綱粒子觀點教學的挑戰： 連接微觀世界：十二年國教課綱中粒子概念教學的挑戰與策略 ／吳文龍、黃茂在〔HTML｜PDF〕
  • 新課綱粒子觀點教學的挑戰：跨越門檻概念進入微觀世界— 規劃國小物質粒子課程之文獻引介與啟發 ／林靜雯〔HTML｜PDF〕
  • 新課綱粒子觀點教學的挑戰：教科書如何引導國小學童認識粒子概念 ／盧秀琴〔HTML｜PDF〕
  • 新課綱粒子觀點教學的挑戰：利用多元表徵方式促進學生建構物質的粒子概念— 以國小三年級「空氣的特性」為例 ／陳淑苾、沈白玲〔HTML｜PDF〕
  • 新課綱粒子觀點教學的挑戰：國小粒子建模教學課例分享— 以熱脹冷縮教學為例 ／王亭雅〔HTML｜PDF〕
  • 新課綱粒子觀點教學的挑戰：促進學童對『燃燒與空氣』單元學習成效之教學活動設計／楊世昌〔HTML｜PDF〕
  • 新課綱粒子觀點教學的挑戰：國小自然科物質粒子觀點建模課程設計與教學／王秋雯〔HTML｜PDF〕

• 化學實驗與評量／化學實驗室【專欄編輯／楊水平】
  • 不飽和鍵結的教師示範與學生實作／張佑丞、楊水平〔HTML｜PDF〕
• 化學新知／多元教學法【專欄編輯／鄭志鵬】
  • 數位工具在科學探究課程中扮演的角色／鄭志鵬〔HTML｜PDF〕

《臺灣化學教育》第五十七期（2024年9月）

目  錄

• 主編的話
  • 第五十七期主編的話／周金城〔HTML｜PDF〕
• 本期專題【專題編輯／洪振方】
  • 高中學科中心教師社群：推動教育創新的力量／洪振方〔HTML｜PDF〕
  • 高中學科中心教師社群：推動教育創新的力量—南區化學教師共備社群簡介／李麗偵〔HTML｜PDF〕
  • 高中學科中心教師社群：推動教育創新的力量—臺中市高級中等學校課程發展中心教學輔導組學科輔導團中區化學共備社群的回顧與展望／陳孟男、陳映辛〔HTML｜PDF〕
  • 高中學科中心教師社群：推動教育創新的力量—從啟航到穩健發展的「勁竹話化」／張珮茹〔HTML｜PDF〕
  • 高中學科中心教師社群：推動教育創新的力量—化學學科中心種子教師社群運作／林威志〔HTML｜PDF〕
  • 高中學科中心教師社群：推動教育創新的力量—化學學科中心測評種子教師社群介紹 ／李麗偵〔HTML｜PDF〕
  • 高中學科中心教師社群：推動教育創新的力量—從共備到共創：南區物理教師社群的協作策略與專業成長 ／盧政良〔HTML｜PDF〕
  • 高中學科中心教師社群：推動教育創新的力量—非正式的跨校教師社群－LOTO物理幫的成長軌跡 ／林欣達〔HTML｜PDF〕
• 新知報導／國內外化學教育交流【專欄編輯／周金城】
  • 2024年國際化學教育研討會之綜合觀察與省思：IUPAC化學教育終身成就獎的得獎感言 —分享與IUPAC結緣和參與歷程 ／邱美虹〔HTML｜PDF〕
  • 2024年國際化學教育研討會之綜合觀察與省思：凝視 省思 展望／熊召弟〔HTML｜PDF〕
  • 2024年國際化學教育研討會之綜合觀察與省思：建模本位教學的創新與實踐：自然領域教學研究中心團隊在ICCE 2024的研究成果與展望／林靜雯〔HTML｜PDF〕
  • 2024年國際化學教育研討會之綜合觀察與省思：27thICCE-微型化學研討會發表與工作坊 ／ 廖旭茂〔HTML｜PDF〕
  • 2024年國際化學教育研討會之綜合觀察與省思：一場啟動教師熱誠的國際交流／王秋雯〔HTML｜PDF〕

• • 2024年國際化學教育研討會之綜合觀察與省思：ICCE 2024專題報告與見聞分享／文爾雅〔HTML｜PDF〕
  • 2024年國際化學教育研討會之綜合觀察與省思：第27屆IUPAC國際化學教育研討會之化學品的安全與安保論壇簡介／周金城〔HTML｜PDF〕
• 化學實驗與評量／化學課程與教材【專欄編輯／楊水平】
  • 從化學實驗轉變為競賽試題的設計考量與結果分析—以「二氧化碳與壓力」為例／張嘉宏、吳添全、洪連輝、楊水平〔HTML｜PDF〕
• 化學新知／化學課程與教材【專欄編輯／楊水平】
  • 主導化學反應近百年的過渡態理論被挑戰？淺談「漫遊過渡態」／游文綺、胡景瀚〔HTML｜PDF〕

第五十七期 主編的話

周金城

國立臺北教育大學自然科學教育學系

ccchou62@tea.ntue.edu.tw

• 前言

感謝大家一直以來的支持臺灣化學教育！我們非常抱歉，因為技術上的問題，臺灣化學教育網站的第56期內容無法如期在網站上刊登，已透過Facebook發行。雖然第57期內容已成功刊登於網站上，但由於原有網址與目前網站IP連接的技術問題，仍導致頁面仍無法順利顯示或連接。對於這段時間給大家帶來的不便，我們深感抱歉，並會持續努力解決這些問題，讓網站能於下期盡快恢復穩定運作。我們深知這影響了許多使用者的體驗，再次誠摯致歉，並感謝您長期以來的支持與諒解。

• 本期專題主題「高中學科中心教師社群:推動教育創新的力量」

本期專題主題是「高中學科中心教師社群:推動教育創新的力量」，專題客座主編是邀請國立高雄師範大學理學院院長洪振方特聘教授擔任，專題主要是探討了高中學科中心教師社群的運作模式，並強調其在推動教師專業發展與教育創新中的關鍵作用。內容包括社群如何應對新課綱的挑戰，透過定期共備、跨校合作、課程設計與專業增能活動，幫助教師適應素養導向教學與評量。同時，文章也指出了社群運作過程中的挑戰，如時間限制、教師負擔過重及疫情影響等，並強調了社群在教育變革中的持續重要性與未來發展方向。

第一篇是高雄中學李麗偵老師所撰寫《南區化學教師共備社群簡介》，文章介紹了南區化學教師共備社群的運作情況。文章中詳細描述了該社群的組成、共備的時間與地點安排，並說明了社群的共備內容與目標。透過高屏和台南兩個小社群的協作，教師們進行素養導向教學與課程設計的實作，並運用ICT技術來提升教學效果。社群還強調了理論與實踐的結合，期望透過觀課與議課的歷程來深化教師對素養導向課程的理解，最終提升學生的學習成效。

第二篇是臺中市立大甲高中陳孟男老師與、國立竹山高級中學陳映辛老師所撰《臺中市高級中等學校課程發展中心教學輔導組 學科輔導團中區化學共備社群的回顧與展望》，文章回顧了臺中市中區化學共備社群的成立背景與運作模式。社群於108學年度成立，旨在推動素養導向課程設計，並促進教師專業發展。文章詳細描述了社群透過課程設計共備、公開觀課、探究與實作課程增能研習等方式，幫助教師適應新課綱的需求。展望未來，社群將持續調整課程設計，建立教學資源平台，並深化與學科中心及大學端的合作，以應對科技與社會趨勢的挑戰。

第三篇是新竹市立建功高級中學張珮茹老師所撰寫《從啟航到穩健發展的「勁竹話化」》，文章介紹了「勁竹話化」新竹市跨校化學共備社群的成立與發展歷程。社群由新課綱推動而來，旨在為竹苗區的化學教師提供學習與交流的平台，並透過定期的共備活動，協助教師們適應素養導向教學。文章描述了社群的成長過程，包括面對參與人數減少等挑戰後的調整與改進，並透過與學科中心及大學端合作，滿足現場教師的需求。未來，社群將繼續為化學教師提供支持，促進教學創新與成長。

第四篇是高雄中學林威志老師所撰寫《化學學科中心種子教師社群運作》，文章介紹化學學科中心透過種子教師社群推動新課綱素養課程設計，強調教師專業成長、AI工具應用，以及永續綠色化學的實驗教學，減輕教師負擔並促進差異化教學。

第五篇是高雄中學李麗偵老師所撰寫《化學學科中心測評種子教師社群介紹》，文章介紹介紹了南區化學學科中心測評種子教師社群的成立與發展背景，詳細描述了社群如何透過一系列增能課程和實踐活動，提升教師對素養導向評量的認識與命題技術。文章強調，社群不僅幫助教師進一步理解素養導向評量的理論基礎，還促進了跨校教師合作，共同開發科學素養評量試題。未來展望中，社群將繼續推廣測評知能，並結合最新科技與教學需求，深化測驗理論應用，推動素養導向評量的普及與發展。

第六篇是高雄中學物理科盧政良老師所撰《從共備到共創：南區物理教師社群的協作策略與專業成長》，文章介紹了南區物理教師共備社群的成立背景與發展歷程，並詳細探討了該社群如何透過教師間的合作與反思，推動教學創新與專業成長。文章回顧了社群在108課綱實施過程中所面臨的挑戰，如跨領域教學要求與疫情影響，並描述了社群如何透過數位教學工具的應用與「同課異構」的教學活動，提升教師的專業能力與學生的學習成效。展望未來，社群將持續引入新科技輔助教學，推動雙語教學與跨學科合作。

第七篇是國立中央大學附屬中壢高級中學的林欣達老師所撰寫《非正式的跨校教師社群－LOTO物理幫的成長軌跡》，文章介紹了LOTO物理幫這個非正式跨校教師社群的成長歷程。該社群從2011年開始，經歷了從讀書會、課程共備到自辦研習和科學營隊等階段，成員透過分享與合作，不斷推動教學創新。

本期專題透過七篇文章，深入探討了高中學科中心教師社群在推動教育創新與教師專業發展中的關鍵作用。這些社群不僅致力於素養導向課程的設計與實踐，還透過跨校合作、共備活動、公開觀課等方式，幫助教師適應新課綱的需求，並提升教學效果。面對課綱改革、跨領域教學與疫情挑戰，各地教師社群展現了靈活調整與創新應對的能力。未來，這些社群將繼續引入新科技與跨學科合作，促進教學創新，為教師提供更多元的專業成長機會，並在教育改革的道路上持續前行。

• 國內外化學教育交流報導-2024年國際化學教育研討會

在國內外化學教育交流報導上，本期針對2024年在泰國的芭達雅辦理國際化學教育研討會（International Conference on Chemical Education, ICCE）的相關內容進行報導，這是兩年一次全球化學教育領域的重要年度盛會，匯聚來自世界各地的學者、教育工作者和專業人士，共同探討化學教育的最新趨勢與挑戰。本此參與此活動有不少來自台灣學者、碩博士生與教師，我們邀請大家投稿，在此逐篇介紹。

第一篇是國立臺灣師範大學科學教育研究所名譽教授邱美虹教授所撰寫《IUPAC化學教育終身成就獎的得獎感言—分享與IUPAC結緣和參與歷程》，自2002年起參與國際純粹暨應用化學聯合會的化學教育委員會之歷程，並獲得此會所頒發化學教育傑出貢獻獎之肯定，也是台灣 第一人獲得此獎項者，邱教授將整個參與IUPAC化學教育委員會歷程娓娓道來，引領並鼓勵大家持續投入國內外的化學教育發展工作。

第二篇是國立臺北教育大學自然科學教育學系退休教授熊召弟教授，所撰寫《凝視  省思  展望》，熊教授已退休十年，仍繼續投入科學教育學術工作令人感佩。撰文內容針對整個大會的議程主題說明，建模本位的教學及評量之論壇內容統整說明，並說明本次大會18日演講之一「The OPCW: Ridding the world from chemical weapons」禁止化學武器組織在化學教育上的努力，也針對與會臺灣成員的近身觀察與描述，充滿對科學教育的殷殷期盼。

第三篇作者是國立臺北教育大學自然科學教育學系的林靜雯教授，所撰寫《建模本位教學的創新與實踐：自然領域教學研究中心團隊在ICCE 2024的研究成果與展望》，這篇文章介紹了國立臺北教育大學自然科學教育學系團隊於2024ICCE上的研究成果，聚焦於建模本位教學。她分享了團隊針對小學科學教育的創新，特別是在提升學生對物質粒子模型理解的教學工具設計和應用上，強調結合理論與實踐的重要性。透過這次國際交流，臺灣的科學教育展現了深厚的研究實力與全球影響力，為未來的教學創新提供了寶貴的啟發。

第四篇作者是是大甲高中的廖旭茂老師，所撰寫《27thICCE-微型化學研討會發表與工作坊》，記錄了作者參加第27屆ICCE微型化學研討會的經歷，並介紹了其微型霍夫曼電解器的展示過程。內容涵蓋研討會的背景、議程以及工作坊的詳細情形，作者報告了微型電解器的設計與應用，並與來自世界各地的學者進行了交流。本文展示了如何利用微型化學實驗促進教學，以及在國際平台上分享教具與教學經驗的具體過程。

第五篇作者國小在職教師與博士班雙重身分的王秋雯老師，所撰寫《一場啟動教師熱誠的國際交流》，分享參與國際化學教育會議的見聞與反思，並聚焦於微型化學實驗、差異化教學和建模等主題。會議中提到的微型實驗讓學生能夠在日常生活中進行化學實驗，節省資源並增進學習興趣。她也提到這些新穎的教學法不僅激發了學生的學習動機，也引發了對綠色化學與永續發展的深刻思考。文章最後鼓勵教師們結合科技與創新教學，提升學生的科學素養，帶來了滿滿的啟發與熱情。

第六篇是國小在職教師與博士班雙重身分的文爾雅老師，所撰寫《ICCE 2024專題報告與見聞分享》，她參與2024ICCE的所見所聞，強調了化學教育中的新興趨勢與永續發展的重要性，並分享了個人發表的專題報告內容，探討化學運算思維對數理運算思維的影響，並反思台灣基礎科學教育的現狀，尤其對於綠色化學系統思維的應用和國際學者的熱情參與，讓他感受到全球學術界對化學教育發展的重視和推動。

第七篇是主編所撰寫《第27屆IUPAC國際化學教育研討會之化學品的安全與安保論壇簡介》，說明有關於化學品安全與安保的討論與重要性。本文針對此論壇強調化學品的廣泛應用，並說明化學品安全與安保在學術與工業界都成為重要課題。論壇內容涵蓋化學品管理、教育的創新方法，以及全球各地在提升化學品安全教育中的挑戰與進展。文章呼籲各國推動相關課程，並藉由技術創新如虛擬實境來提升培訓效果。化學安全對社會和環境都很重要性，並期望更多資源投入以提升全球的化學品管理能力。

• 化學實驗與評量主題

本期除了專題文章8篇與2024 ICCE文章7篇，還有兩篇化學實驗與評量的文章。第一篇是國立彰化師範大學物理系洪連輝教授與化學系楊水平教授所撰，主題《以「二氧化碳與壓力」為例，探討如何將化學實驗轉變為競賽試題的設計考量與結果分析。文章詳細描述了競賽試題的設計過程，包括實驗原理、使用器材、操作過程、評分標準以及競賽結果的統計分析。文中還介紹了實驗涉及的化學反應、氣體壓力、摩擦力與發射角度等相關概念，並提出了「射遠效率」和「氣球膨脹效率」的評分方式，進一步提升學生對化學原理和問題解決能力的理解與應用。第二篇是國立彰化師範大學化學系游文綺、胡景瀚教授所撰，主題《主導化學反應近百年的過渡態理論被挑戰？淺談「漫遊過渡態」》探討了「漫遊過渡態」對傳統化學反應機制的挑戰。傳統的過渡態理論認為反應物經過過渡態才能轉變為產物，但「漫遊機制」揭示了反應物在不經典型過渡態的情況下，也能轉變為產物。文章以甲醛、乙醛等分子的實驗為例，描述了這些反應中的漫遊現象。該研究不僅改變了我們對化學反應的認知，也為未來設計化學反應提供了新的方向和策略。

• 結語

總結來說，本期專題不僅全面探討了高中學科中心教師社群在推動教育創新和教師專業發展中的重要作用，還深入報導了2024年國際化學教育研討會（ICCE）的重要成果與觀察。無論是素養導向教學的實踐，還是新興化學教育趨勢的探討，這些文章都呈現了全球與台灣化學教育的深刻變革與挑戰。透過各篇文章的專業見解與實踐經驗，本期專題為讀者提供了豐富的教育資源和啟發，鼓勵更多教師加入教育創新的行列，並在未來的教學實踐中持續探索與精進。

高中學科中心教師社群：推動教育創新的力量

洪振方

國立高雄師範大學科學教育暨環境教育研究所
t1873@mail.nknu.edu.tw

• 高中學科中心教師社群的發展與挑戰

隨著十二年國民基本教育課程綱要的推動，高中教師面臨了顯著的教學挑戰。新課綱強調核心素養的發展，要求教師在教學方式、課程設計和評量上進行創新，以提升學生的核心能力（國家教育研究院，2014）。然而，對於大多數教師來說，如何在教學環境中有效落實這些新理念，仍是巨大的挑戰。因此，教師專業學習社群（Professional Learning Community [PLC]）成為解決此困境的重要方式（Dufour et al., 2010）。透過教師社群的合作和資源共享，教師們能夠共同應對新課綱帶來的轉變，並在實踐中進行反思與改進（Vescio et. al, 2008）。

高中學科中心教師社群的運作，正是這種專業學習社群的一個具體實踐。學科中心不僅是提供教師專業成長的平台，更是促進教育改革的重要樞紐。本期專題透過實例展示了化學與物理學科中心教師社群的運作模式與成效，探討社群如何推動教師的專業發展，並解析社群在實踐素養導向課程中所面臨的挑戰與突破。

在本期專題的七篇文章中，有五篇探討了化學學科中心的教師社群運作模式，另兩篇則介紹了物理教師社群的發展歷程。這些社群的運作模式主要基於定期的共備會議、專業增能活動以及跨校合作。經由這些活動，教師們能夠分享教學經驗、討論課程設計，並共同開發素養導向的教學和教材。透過社群的合作與知識分享，教師們在素養導向課程的設計與實踐上取得了顯著的進展。

然而，儘管教師社群的運作取得了一定的成果，但在實際運作過程中也面臨著一些挑戰。首先，由於教師的教學工作繁重，如何在有限的時間內保持社群的活力，成為一大挑戰。其次，隨著課綱改革的推進，教師們對於素養導向課程設計的熟悉度不一，這也影響了社群內部的合作效果。此外，疫情期間線上教學的推廣，讓教師們必須迅速適應新的教學模式，這進一步增加了社群運作的複雜性。

整體而言，學科中心教師社群在推動教師專業發展與教學創新方面，發揮了重要作用。學科中心教師社群的成功，離不開增能活動的支持，這些活動通常包括課程設計工作坊、公開觀課與教師教學經驗的分享。透過這些活動，教師們能夠在理論與實踐之間找到平衡，並在實際教學中應用素養導向的課程設計理念。然而，如何進一步優化社群的運作模式，並在持續變化的教育環境中保持其活力，仍然是未來研究與實踐中的重要議題。

• 本期專題文章簡介

第一篇李麗偵的文章詳細介紹了南區化學教師共備社群的成立背景、組織架構與運作模式。南區化學教師共備社群於108年配合108課綱成立，旨在幫助教師適應素養導向教學和評量。該社群分為高屏與台南兩個子群，根據區域與時間的不同進行活動，成員多為普高、綜高與技高的化學科教師。社群每月定期在高雄中學及台南一中等地舉行共備活動，內容包括課綱導讀、課程地圖實作、實驗設計等，並強調以情境脈絡引導學生的學習進程。此外，社群還針對ICT融入教學進行示例開發，推動教師透過讀書會與實作同步進行教學設計的實踐。透過觀課與議課，教師們可以反思教學理論與實踐，深化課程設計，進一步提升學生的學習效果與教師的專業發展。

第二篇陳孟男與陳映辛的文章回顧了臺中市中區化學共備社群的發展歷程，並展望了其未來的發展方向。該社群自108學年度成立以來，透過素養導向課程設計、公開觀議課等形式，逐步完善了化學教學的實踐模式。文章強調了該社群在資源共享與教師專業增能方面的成就，尤其是在跨校合作上，該社群匯聚了不同學校的教師，提供了多元化的教學視角。未來，該社群將繼續深化與學科中心的合作，並推動更多教師參與素養導向課程的設計與實施。

第三篇張珮茹的文章記錄了新竹市跨校化學共備社群「勁竹話化」的發展歷程。自108學年度成立以來，該社群在推動化學教師專業發展和素養導向課程設計方面，發揮了積極作用。文章強調了該社群在新課綱背景下的成立初衷，即透過教師之間的合作與共備，幫助教師適應素養導向課程的需求。然而，該社群也面臨了一些挑戰，包括教師負擔過重、疫情影響等，導致參與人數減少。為應對這些問題，社群引入了線上共備模式，並調整了共備頻率。整體而言，該社群透過定期共備、專題講座等方式，逐步形成了穩定的運作模式。

第四篇林威志的文章介紹了化學學科中心種子教師社群的運作模式，並詳細描述了其在課程設計與教師增能方面的具體實踐。該社群透過每年舉辦的種子教師培訓計畫，幫助教師掌握素養導向課程設計的技巧，並推動其在教學現場的應用。文章還強調了社群在推動跨學科合作方面的貢獻，特別是在探究與實作課程的設計與實施上，這不僅提升了教師的專業素養，也促進了教學創新。種子教師制度的建立，使該社群的影響力得以擴展，並為現場教師提供了持續的支持。

第五篇李麗偵的文章介紹了南區測評種子教師社群的成立背景與運作模式。該社群以測評為核心，透過一系列理論與實作相結合的增能活動，幫助教師掌握素養導向試題的設計技巧。文章特別強調了跨校合作在命題過程中的重要性，教師們透過共備與合作，能夠更有效地開發出適合不同學生的測驗試題。此外，該社群還引入了AI技術，輔助教師進行試題設計與分析，這為未來的測評創新提供了新的可能性。

第六篇盧政良的文章以南區物理教師共備社群為例，探討高中學科中心教師社群在108課綱實施背景下的運作。文章介紹了教師專業學習社群的理論基礎，並詳述了該社群從自發聚會到正式成立的發展歷程。重點呈現了社群面對的挑戰，包括適應新課綱的跨領域教學要求和疫情期間的線上教學轉型。文章強調了社群從統一備課到推動「同課異構」的創新過程，反映了教育理念向個性化、多元化的轉變。最後，文章展望了教師社群的未來發展，包括引入AI輔助教學和推動雙語教學等新趨勢，旨在為其他學科教師社群提供參考，促進教育體系的整體創新。

第七篇林欣達的文章記錄了LOTO物理幫這一非正式教師社群的發展歷程。自2011年成立以來，該社群以跨校合作的形式，逐步從教甄讀書會發展為課程設計共備社群。文章強調了教師專業成長的重要性，並展示了該社群如何透過自辦研習、科學營隊等活動，促進教師間的合作與創新教學。儘管該社群沒有正式的資源支持，但其透過成員間的緊密合作，逐步形成了穩定的運作模式，並在推動物理教學創新方面取得了顯著成效。

• 參考文獻

國家教育研究院（2014）。十二年國民基本教育課程發展建議書。臺北市：國家教育研究院。

DuFour, R., Eaker, R., & Many, T. (2010). Learning by doing: A handbook for professional learning communities at work (2nd ed.). Solution Tree Press.

Vescio, V., Ross, D., & Adams, A. (2008). A review of research on the impact of professional learning communities on teaching practice and student learning. Teaching and Teacher Education, 24(1), 80-91. https://doi.org/10.1016/j.tate.2006.11.007

 

高中學科中心教師社群：推動教育創新的力量

南區化學教師共備社群簡介

李麗偵

高雄市立高雄中學
leelichen@mail.kshs.kh.rdu.tw

• 前言

108課綱揭示的核心素養以及實踐於各領域教學衍生的學習表現，一些名詞的出現，例如素養、素養導向教學、素養導向評量，甚至是探究與實作等，在課綱上路之際，對現場教師造成一些衝擊，我們意識到為了因應108課綱，以及未來的教育趨勢，教師的教學知能必須隨時代的發展而有所調整與精進。為此，化學學科中心與縣市輔導團或是學科平台合作，協助各區成立化學教師共備社群，希望藉著社群的成立以及中心提供的專業發展支持，協助教師形成在地支持系統，在化學專業以及教學專業上能與時俱進。高屏共備社群於108年由學科中心與高雄市輔導團合作成立，其中屏東輔導團與高雄輔導團為策略聯盟，亦為合作與共享的夥伴關係；台南社群也於同年由學科中心與台南輔導團合作成立。

• 社群簡介

一、社群組成

南區社群因為高雄與雲嘉南的領域時間不同，故分為兩個小社群，一為高屏化學教師社群，另一為台南化學教師社群，老師則就近、就時間方便，擇一參加。成員幾乎為普高化學科教師，也有少數綜高、技高的化學科教師參加。而部分社群的成員同時也是學科中心的種子教師、儲備種子教師，或是縣市輔導團的輔導員。

二、共備時間與地點

基本上訂於每月的第三個星期四，高屏社群為早上；台南社群則在下午，寒暑假的共備活動則另行通知。共備地點以高雄中學以及台南一中為主，若有教師觀課、實驗實作或是參訪等需求，就會在各夥伴老師的學校，例如德光中學、南科實中、左營高中、高雄市新興高中、福誠中學、屏東大同高中等校進行共備。

三、共備內容

    社群成立之初，主要協助夥伴老師認識何謂素養導向教學，共備的內容包含課綱導讀，特別是了解學習內容與學習表現；在以概念為本的教學架構之下，進行提問設計以及課程地圖實作，並練習以情境脈絡的鋪陳引導學生的學習進程，搭配不同的實作，轉化為教學與評量（圖1）。

圖1 從實作活動的現象觀察開始，藉由提問設計引導課程的情境脈絡

    近幾年則是配合化學學科中心年度種子教師培訓的發展主軸，由社群成員將參加種子教師培訓所得帶回社群，繼續課程的完善與精進。另外台南社群也在112學年配合普高工作圈規劃的發展主軸之一，進行ICT融入課程與評量的示例開發（圖2）。而本學年南區社群的目標則是理論與實踐，讀書會與實作同步進行，藉由課程設計實踐書中概念為本教學的設計指南。就如同學生學習需要藉由一次次的練習與概念遷移，建構並深化素養，教師教學設計知能的增進也是如此。

圖2 台南共備社群開發的ICT融入課程與評量示例節錄

（圖片引自普通型高級中等學校課程推動工作圈，2023）

• 社群的運作

社群的運作以夥伴老師組成小組進行，整個共備的流程以說觀議課為目標（圖3），若不方便實際於課堂上觀課，則採小組報告的方式進行。共備的形式多採實體進行，疫情期間無中斷，採線上進行，其他則視夥伴教師的實際狀況或採混成式共備。台南與高屏兩社群也會不定期的邀請學科中心的諮詢委員高師大理學院院長洪振方教授於予以指導，並在台南或高雄舉辦小型的成果發表（圖4）

圖3夥伴老師的說、觀、議課

圖4 社群運作模式

• 未來展望

配合工作圈於上年度針對概念為本的教學進行一系列的增能培力，本年度的共備社群將持續以此為共備內容，藉由讀書會的進行以了解理論，並搭配課程設計實作，而實踐必不能缺少的是觀議課的歷程，希望藉由觀議課的執行與回饋，反思理論與實踐的歷程，協助教師更深化素養導向課程的理解，嘉惠於學生。

另外，縣市社群為教師在地的支持系統，未來希望透過活動的辦理，增進校際教師的交流，凝聚情感，成為彼此教師職涯的支持力量。

• 參考文獻

普通型高級中等學校課程推動工作圈計畫（2023）。建構知識好幫手：ICT 融入教學懶人包。臺北市。