二氧化碳教學探究：探究二氧化碳氣體與水的作用-氣體溶解和逸散與pH值變化

周金城

國立臺北教育大學自然科學教育學系

Email:ccchou62@tea.ntue.edu.tw

摘要：本文探討二氧化碳在水中的溶解與逸散過程，並透過實驗讓學生理解氣體溶解度、壓力與 pH 值變化的關聯。我們首先分析108 課綱及三大版本國小自然科學教材對二氧化碳的介紹，發現各版本均涵蓋其性質、來源、檢測方法與應用，但對環境影響與固碳概念的深度有所不同。為了深化學生的理解，我們設計了探究實驗，讓學生在透明塑膠杯中加入純水與廣用指示劑，並透過吹氣、靜置與打氣筒等方式，觀察二氧化碳的溶解與逸散如何影響水的酸鹼值。結果顯示，二氧化碳溶解會降低 pH 值，而逸散則使 pH 值回升。為強化學生的探究能力，建議可以讓學生探討溫度變化、攪拌、氣體交換速率等因素對二氧化碳溶解度的影響，並與海洋酸化、湖泊水質變化及氣候變遷進行連結。透過這些活動，我們不僅幫助學生建立二氧化碳的科學概念，也讓他們思考如何減少碳排放，以減緩全球暖化。此外，本研究亦提供教師可行的教學策略，使科學探究更貼近生活，提升學生的環境素養與問題解決能力，並鼓勵他們在日常生活中實踐環保行動。

• 前言

隨著全球暖化問題日益嚴重，提升國小學生對二氧化碳的相關知識已成為重要的教育課題。二氧化碳（CO₂）作為大氣成分之一，不僅在自然界的氣體循環中扮演關鍵角色，也與氣候變遷、環境污染及能源使用等議題密切相關。因此，如何在小學科學教育中深化學生對二氧化碳的認識，並幫助他們理解其性質、來源、檢測方式與環境影響，是值得探討的課題

根據108自然科學課程綱要（第三學習階段），學生需學習以下與二氧化碳相關的知識：

INa-Ⅲ-4(4-1)：了解大氣主要氣體的組成，包括氮氣、氧氣、二氧化碳與水蒸氣。

INb-Ⅲ-2(2-2)：透過助燃性不同，鑑別氧氣與二氧化碳。

INb-Ⅲ-2(2-3)：透過澄清石灰水實驗，鑑別二氧化碳。

INd-Ⅲ-1(1-2)：透過蠟燭燃燒實驗，認識氧氣與二氧化碳的製造與性質，並探討空氣對物質變化的影響。

INe-Ⅲ-2(2-3)：透過實驗或影片觀察化學反應，如紙張燃燒產生二氧化碳、鐵生鏽、雙氧水與胡蘿蔔產生氧氣等，進一步理解化學變化形成新物質的概念。

然而，除了這些基本課綱內容，是否能透過更多簡單實驗，讓學生更深入理解二氧化碳的性質與環境影響，值得進一步探討。

我們整理了康軒版(王美芬，2024）、南一版（盧秀琴，2024）與翰林版(賴信志，2024)五年級自然科學課本中空氣相關單元中有關二氧化碳的內容。三個版本皆介紹了二氧化碳的基本性質、來源、檢測方法及應用，並強調二氧化碳是不助燃的氣體，可與氧氣的助燃性做區別。此外，教材皆提及澄清石灰水檢測法，說明二氧化碳能與氫氧化鈣反應，使澄清石灰水變混濁。雖然三個版本都提到植物透過光合作用吸收二氧化碳，但僅南一版明確提及「固碳」的概念，解釋植物如何固定二氧化碳以減少大氣中的含量。

在二氧化碳的來源部分，南一版與翰林版特別提到蠟燭燃燒後，廣口瓶內的二氧化碳濃度上升，使澄清石灰水變混濁，而康軒版與翰林版則皆提到酵母菌發酵可產生二氧化碳，使麵包蓬鬆。在環境影響方面，南一版與翰林版明確指出二氧化碳是溫室氣體，並說明過量排放可能導致全球暖化。整體而言，南一版對固碳與環境影響的討論最為完整，而翰林版則補充了二氧化碳在日常生活中的應用，如碳酸飲料與乾冰，使學生能加理解二氧化碳的影響與用途。

由於二氧化碳是主要的溫室氣體之一，因此學生應該進一步學習其來源、影響、應用及管理方式，以培養對環境變遷的理解，並思考如何減少碳排放。首先，二氧化碳的平衡是大氣環境中的重要議題。大氣中的二氧化碳來自自然過程（如火山噴發、生物呼吸、燃燒）及人為活動（如工業生產、交通排放）。透過學習二氧化碳的來源，學生可以更清楚人類活動如何影響環境，並思考如何減少額外的二氧化碳排放，以維持自然碳循環的平衡。

其次，學生應該認識二氧化碳對環境的影響。過量排放的二氧化碳會導致全球暖化，進而引發氣候變遷，如冰川融化、海平面上升與極端氣候。此外，二氧化碳溶解於水中可能會降低水的pH值，導致酸雨的形成，進一步影響生態環境。學生可以透過二氧化碳溶解於水的實驗，探討二氧化碳如何影響水體酸鹼值，模擬其對生態系統的影響。

除了環境影響，學生也應學習二氧化碳的應用與管理。在日常生活中，二氧化碳可應用於食品製造（如發酵過程產生氣體使麵包蓬鬆、碳酸飲料製造），也可作為乾冰、滅火器的主要成分。此外，為了減少二氧化碳對環境的影響，現代科技發展出二氧化碳捕集與封存技術（Carbon Capture and Storage, CCS），以及再生能源技術，如種樹減碳、使用太陽能、風能等環保能源，這些都是學生應該認識的環境保護策略。

為了讓學生更深入理解二氧化碳的性質與環境影響，教師可以設計更多探究實驗。例如，透過小蘇打與醋反應製造二氧化碳，並驗證其不助燃的特性，讓學生實際觀察氣體的產生與特性。此外，進行蠟燭燃燒與澄清石灰水變混濁實驗，幫助學生理解燃燒產生二氧化碳的過程。最後，可透過溶解度與氣體逸散實驗，觀察二氧化碳如何影響水的酸性，模擬海洋酸化的現象，讓學生更具體理解環境變遷的科學原理。

透過這些實驗與討論活動，學生不僅能強化對二氧化碳的理解，還能思考如何在日常生活中落實環保行動，如節能減碳、減少浪費、選擇低碳能源等，以實際行動減少二氧化碳的排放，為環境永續發展貢獻力量。

• 認識生活中的二氧化碳溶解於水中的概念

二氧化碳在水中的溶解與逸散過程，與自然水域的酸鹼變化、水生生物的生存，甚至極端環境下的氣候災害息息相關。當二氧化碳溶入水中時，會與水分子結合形成碳酸（H₂CO₃），使水的 pH 值降低，導致水體酸化。然而，當水體受到攪動或氣體交換加快時，二氧化碳會從水中逸散，使水的 pH 值回升。這一現象不僅影響海洋與湖泊的水質，也與人類管理水生環境的方式息息相關。

在人工水域中，魚缸與池塘通常使用打氣機來維持水質與魚類的生態平衡。打氣機的作用在於攪動水體，促進氧氣溶解，防止水中氧氣不足而導致魚類窒息。同時，這種攪動也會加速氣體交換，幫助水體排出過量的二氧化碳，避免水質因二氧化碳累積而變酸。特別是在夜間，水生植物停止光合作用但仍會釋放二氧化碳，若無適當氣體交換，水質可能會變得過酸，影響魚類與其他水生生物的健康。因此，打氣機不僅能提供充足的氧氣，還能維持水體的酸鹼平衡。

然而，在某些極端環境下，二氧化碳的溶解與逸散可能會造成嚴重災害。例如，1986 年 8 月 21 日，非洲喀麥隆的尼奧斯湖突然釋放大量二氧化碳氣體，造成近 2000 人窒息死亡。這場災難的主因是湖泊的熱分層現象導致二氧化碳長期積累於深層水域，當湖水因強風吹拂或季風冷卻發生對流時，深層水快速上升至表層，壓力驟降導致水中的二氧化碳迅速逸散，形成高濃度的二氧化碳氣團，最終導致附近居民與動物因缺氧窒息。這一事件顯示出，環境變化對氣體溶解與逸散的影響，不僅影響水體生態，也可能對人類安全造成威脅（Zumdahl & DeCoste, 2016, p. 716）。

透過溶解度與氣體逸散的探究實驗，學生可以進一步理解二氧化碳如何影響水的酸性，並模擬海洋酸化的過程。這些科學概念不僅能幫助學生理解水體化學變化的機制，也能引導他們思考如何減少二氧化碳排放，以降低對環境的影響。

我們設計簡單的實驗方法，幫助國小學生認識二氧化碳對水的作用性質。在透明塑膠杯中加入約 5-6 mL 的清水，建議使用瓶裝水，以確保初始水質接近中性。一般而言，自來水多為中性或微鹼性，但若發現水偏酸，可更換水源。接著，在水中滴入一滴廣用指示劑，觀察顏色變化。為了方便教師的教學使用，建議將指示劑分裝到滴瓶中使用。

圖1 廣用指示劑	圖2 將指示劑分裝到滴瓶中

實驗開始前，加入廣用指示劑的純水應呈現藍色或綠色。接著，學生以嘴巴使用吸管對杯內的持續吹氣約 30 秒，使二氧化碳溶入水中，就可觀察溶液顏色變為黃色，顯示水的酸性增加。注意當水量增加，要讓溶液變色吹氣的時間也會變久。

圖3 吹氣前溶液呈現淡藍色	圖4 吹氣後溶液呈現淡黃色

塑膠杯中溶液顏色，可以使用廣用指示劑pH1~11的參考對照表，確認溶液的酸鹼性。對照酸鹼圖卡，我們知道溶液由偏鹼性轉變為偏酸性。也可以讓學生嘗試吹氣再久一點，觀察水溶液是否可以越吹越酸。當然，我們知道不可能再越吹越酸，因為水對二氧化碳的溶解量是有固定比例的，且是達到一個飽和平衡狀態。

圖5 廣用指示劑的pH1~11的參考對照表

若實驗只做到溶解階段，學生可能會誤以為二氧化碳能夠永久溶解在水中，且不會再逸散。因此，教師應設計進一步的觀察，讓學生發現二氧化碳的逸散過程。可以將已變成黃色的水溶液靜置約一小時，此時水中的二氧化碳會逐漸逸散回空氣中，導致溶液酸性降低，顏色逐漸恢復至原本的藍色，顯示水的 pH 值回升至接近中性。

然而，由於等待一小時的時間較長，可能不利於課堂教學時間安排，因此可使用打氣筒對變成黃色的水溶液打入空氣，約30 秒到 1 分鐘，即可觀察到溶液顏色逐漸由黃色變回藍色，說明二氧化碳從水中逸散。同時，教師也可設計對照組，讓學生對變成藍色的水溶液打氣，觀察其顏色是否發生變化，以確認打氣的影響主要來自二氧化碳的逸散，而非其他因素。

為了進一步探究影響二氧化碳溶解與逸散的因素，教師可設計更多變因操控的實驗，讓學生進行思考與操作。除了使用打氣筒，學生還可以探討其他物理或化學方式來影響二氧化碳的溶解度與逸散速率，例如：

1.改變水溫：加熱或冷卻水，觀察水溫對二氧化碳溶解度的影響。

2.攪拌或搖晃水體：增加氣體與水的接觸機會，加快二氧化碳的逸散。

3.增加氣體接觸面積：將溶液倒入較寬口的容器，觀察是否會加速二氧化碳逸散。

4.注入更多空氣：使用鼓風機或吹氣，模擬環境中氣體交換的影響。

透過這些探究活動，學生可以更清楚氣體在水中的溶解與逸散機制，進一步理解海洋酸化與二氧化碳在環境中的動態變化，培養科學探究能力與環境保護意識。

• 結語

透過動手做實驗，學生能夠觀察二氧化碳在水中的溶解與逸散過程，並理解氣體交換如何影響水體的酸鹼變化。當持續打氣時，空氣中的氣體與水體進行交換，使溶液中的二氧化碳逐漸逸散，而水中的碳酸（H₂CO₃）會解離回二氧化碳與水，進而降低氫離子（H⁺）濃度，使水的 pH 值回升至接近中性。這個現象與碳酸平衡反應（H₂CO₃ ⇌ H⁺ + HCO₃⁻ ⇌ CO₂ + H₂O）息息相關，與環境中的海洋酸化、湖泊水質變化有著相似的科學機制。

這項實驗不僅幫助學生理解二氧化碳的水溶性與逸散機制，還能促使他們思考人類活動如何影響大氣與水體的碳平衡。例如，海洋酸化現象正是因為工業排放導致大氣中的二氧化碳增加，使海水吸收更多二氧化碳，進而降低 pH 值，影響珊瑚礁與水生生物的生存。同時，這也可與酸雨的形成進行連結，讓學生進一步探討如何透過環保行動減少二氧化碳排放，保護地球環境。

透過這樣的探究活動，學生不僅能學習科學概念，還能培養觀察、變因控制與數據分析的能力，進一步訓練科學思維。這項實驗能讓學生從簡單的氣體溶解與逸散現象，延伸至全球環境議題，提升他們的環境素養與問題解決能力，並思考如何透過日常行動，如節能減碳、減少污染與保護水資源，為環境永續發展盡一份心力。

• 參考文獻

王美芬主編(2024)。國民小學自然科學5上. 新北市：康軒文教事業股份有限公司。

教育部(2018)。十二年國民基本教育課程綱要自然科學領域。臺北市：教育部。

盧秀琴主編(2024)。國民小學自然科學5下。臺南市：南一書局。

賴信志主編(2024)。國民小學自然科學5下。台南市:翰林出版事業股份有限公司。

Zumdahl, S. S., & DeCoste, D. J. (2016). Principle of Chemistry. (8th) CA: Cengage Learning.

雙語「熱」—小學自然科學課堂中的實踐

陳英智

臺北市萬華區西園國小

a2113n7001@grad.ntue.edu.tw

摘要：本文以六年級學生的自然課作為實踐5E探究式教學法的場域，並於課堂中初次加入CLIL的理念，研究的主要目的是實驗新的教學方法以及調查學生對實施雙語自然課後的看法。研究者以物理和化學的重要主題｢熱的影響與傳播｣出發，於課堂中使用英語詞彙和句型，搭配中文解釋，以建立學生基礎觀念。為了深化學生的閱讀素養與科學實作的能力，採用Kathleen Weidner Zoehfeld 於2015年出版的科學繪本 What Is the World Made Of? All About Solids, Liquids, and Gases啟發學生去觀察生活中物質遇熱時的三態變化，順帶學習英語的表達，在示範教學的一堂課和學生一同討論熱學基本原理的生活應用，輔以學生的實驗紀錄發表與學習單當作形成性評量。經Google表單調查發現64%的學生對這樣的雙語課持正面回饋，但仍有不少課程與學習上的難點尚待克服。

• 前言

雙語教育近年來在臺灣教育現場已成為熱門關鍵字。不論是生活、健康與體育、藝術、音樂、綜合，甚至讓許多學生視為畏途的雙語數學或雙語自然課，也有一些學校正在推行。第一線的教師與專家學者對雙語政策的推行看法分歧。如何達到自然課的課程目標，又能培養學生的語言理解能力，這確實對自然教師和學生來說皆是挑戰。研究者以六年級翰林版第一章：「熱的影響與傳播」當作主題，以5E(Engagement, Exploration, Explanation, Elaboration, Evaluation)探究式教學法為教學設計的骨架，並加入CLIL(Content and language integrated learning，內容和語言的整合學習)的理念，希望能創造出一些教學上的火花。

• 課程設計

課程設計採學生和學科為中心的折衷模式，流程修改自陳佩英與愛思客團隊(2018)課程設計思考流程，而評量方式以學生實驗與創作的內容與學校傳統的紙筆評量搭配而成(見圖1)：

圖1 課程設計思考流程圖

「熱」這個單元是化學、物理的重要基礎。本次教學的重點在於

一、帶領學習者認識物質在不同溫度產生體積脹縮的現象。

二、建立學習者的粒子觀念，使學習者更能體會物質三態變化的過程。

三、引導學習者透過實驗探究熱傳播的方式。

四、啟發學習者應用所學到的「熱」知識到生活中。

五、鼓勵學習者認識科學英語詞彙，閱讀和收聽相關科普介紹。

周金城(2021)指出國小自然雙語教學可分成科學概念教學和科學實驗操作兩部分。在科學概念教學的時候，可以列出該單元重要中、英語單字介紹，並且使用表達因果句型的英文字，在中文講解時逐步增加英語比例。至於實驗操作，因為能搭配動作，可以逐步增加英語使用比例並鼓勵學生多使用中、英語表達。以此概念做為雙語自然教學時的目標，並設計授課的流程如圖2所示：

圖2 教學流程執行步驟

根據Bybee(2009)5E探究式教學法為課程骨架建立學生觀念，主要分為以下步驟：

1.參與(Engagement)：研究者透過Kathleen Weidner Zoehfeld(2015)所創作的英語繪本提問「這世界究竟是由什麼組成?(What is the world made of ?)」「你（妳）曾經看過人穿牆嗎?(Have you ever seen anyone walk through a wall?)」用不尋常的問題吸引學生注意，並帶入之前所學有關物質三態的觀念。在教「熱傳導」這個單元時，請學生觀察生活中一些「熱」現象(如圖3)來連結本單元和學生的生活經驗。

2.探索(Exploration)：學生經由實驗觀察現象，如：奶油在鐵尺上不同位置的融化速度比較、從冷熱廣口瓶中線香白煙上飄或下沉思考溫度改變對物質形態和運動有何影響。如果實驗和預期結果出現不同時又該如何去處理? 如：奶油加熱後卻遲遲無法融化的原因。

3.解釋(Explanation)：學生以自己的觀察進行說明或提問：「為什麼熱氣球會往天空上飄?是因為重量比較輕嗎?」「為什麼打開冷凍庫時周圍的白煙是往下沉?」此時研究者引入體積和密度的基本概念讓學生可以澄清迷思。

4.精緻化(Elaboration)：此時研究者加入一些挑戰學生思維的問題，讓學生能深入思考。「為什麼冷氣機要擺靠近天花板的位置，而電暖爐一般放在地板附近?」「凹陷乒乓球泡熱水會回復原狀是熱脹原理的應用?還是跟乒乓球本身材質有關?」

5.評量(Evaluation)：聽完繪本的介紹，請學生在家找一些生活用品或食物，觀察這些東西加熱或冷凍後會產生什麼變化，做一個觀察報告或跨領域的創作。從中訓練學生建構自己的探究和表達能力，並評量學生是否達到學習目標。

圖3 生活中的熱現象 (圖片來源：Canva Creative Studio簡報範本)

    由於學生對雙語課程不太熟悉，研究者一開始先以傳統講授法搭配實驗操作讓學生對基本物質三態觀念有些認識，之後選擇 What is the world made of ? 這本書。這是一本關於生活中物質三態觀察的繪本，選擇原因是它符合CLIL4C原則（林律君，2018）：1.學科(content):以自然科學和英語文兩學科為主；2.溝通(communication)：可以學到物質三態的英語(solid, liquid, gas)、物質性質的一些動詞表達(~is made of~, hold their shapes, take up space, take on the shape of~, change water from a liquid to a solid state)、形容詞敘述(hazy gas, slippery cooking oil, sticky maple syrup)；3.認知(cognition): 經由閱讀與教師提問，能啟發學生對生活事物的更深認識。例：書中提到溫度改變會造成物質的狀態的改變，如放入冰庫的水變成冰，而放在手上的冰會化成水。大家想想，常溫下原先固態的巧克力融化成軟軟滑滑的巧克力醬，還有煎熟的蛋，這些都可以復原嗎？還有書末提到生活中有些事物並非包含一種狀態，如：一碗熱湯麵，就包含固態(麵條)、液態(高湯)和氣態(熱氣) 三種狀態，生活中有些看似平常現象背後並不簡單；4.文化(culture)：從老師導讀的過程中，學生可以感受不同於國內自然課本以陳述性知識(descriptive knowledge)為主，國外的繪本則是以經驗知識(acquaintance knowledge)、著重學生感官體驗的敘述為導向，使程度較弱的學生認知負荷(cognitive load)不至於太大，是雙語科學教育的重要素材。

此次雙語教學共計三堂課，第一堂課著重於科學繪本的導讀；第二堂課則是聚焦於複習之前學過的觀念與生活應用，以學生的實驗報告和討論作為評量依據；第三堂則是彼此分享學習單的上關於｢熱傳播｣的設計。每堂課英語和中文的比例大約各占50%。學生回答時多用中文或英語單詞，如:hot, cold, solid, liquid, gas, water…，如果學生回答不出－往往是題目範圍太大，相關詞彙和句型學生未學過，教師可以先給予簡易問題當鷹架，並搭配手勢、圖示和表達示範，讓學生在表達上不會一下子就遭遇到阻礙，例：

Teacher: How does a thermos flask work?

Student A: …

Teacher: First, you see the outer wall of the bottle.

(指向保溫瓶圖片的外層) What color is it ?

Student A: It’s 銀色.

Teacher: Silver!

Student A: It’s silver.

Teacher: The silver wall in the thermo bottle stops heat loss.

(手掌向前，表示阻止；講到heat loss，指著熱水杯上的熱氣，請學生跟述。)

Student A: The silver wall in the thermo bottle stops heat loss.

(一來一往建構表達鷹架，但是花費的時間很多!所以難的句型讓學生用中文表達即可。)

除了繪本的介紹，搭配課文提到熱的傳播方式與保溫、散熱的方法，同時給予學生充足的學科知識與語言鷹架，藉由影片、文章閱讀、示範等為讓學習更有成效(陳秋蘭等，2018)。研究者在設計時考量到學習者初次接觸到雙語課程十分陌生，所以英語輸入著重在聽和讀，而英語口語表達則放在詞彙的唸讀，語句的產出則放在之後的課程中練習，暫時還不是本次教學的核心。

文末附錄一是第二堂課所設計出的教案，而附錄二則是教學時所使用的學習單。

• 教學回饋

一、學生回饋

學生對雙語課的回饋以Google 線上表單收集，回答人數是觀課班共25名學生。以下是回覆結果如下表1：

表1 學生初次上完雙語課的回饋統計

整體觀之，從問卷第一題：關於自然課有中文也有英文的感覺為何，回答「有趣、還好、可以接受」的學生有64%，而覺得「難懂」的有36%，班上半數以上的學生對雙語自然課的回饋是偏向正向的；第二題：覺得困難的部分？學生回答困難的部分有52%覺得是科學英語句型，其次是科學英語單字(24%)。其實即便是高年級學生，很多科學英語句型，如: 1. How does ______ work? / 2. What happens when __________?  是英語課本沒有教過的，而科學英語單字如: conduction, convection, radiation 在一般生活對話也不常見，學生認為困難是很自然的；第三題：請學生想想印象深刻的部分。學生回應認為最主要是有動畫(36%)和有同學的報告(32%)。由此可知在這個網路影音普遍、AI當道的時代，電腦動畫生動地呈現熱傳遞影像讓學生記憶猶新，是可以深入發展的區塊，一些電腦建模網站(如: CoSci、NetLogo、SageModeler等)或因材網的AI學習小幫手—e度都能為教學增添一股活水。至於學生在家動手完成的科學觀察實驗也能引起學生對雙語科學課的興趣；第四題為雙語自然課與一般自然課有何差異。有76%的學生感到雙語課壓力大。與第四題呼應，關於第五題的回應，多數學生都希望往後若有雙語自然課時，使用的字彙能簡單一些，或是有翻譯。研究者認為科學專有名詞可以用圖片、動畫、簡單英語字加動作輔助解釋，學生真的不懂即便翻譯也無妨，但是避免句句翻譯。授課教師可以指導學生模仿母語人士正確的發音和表達，多給學生練習機會，讓學生和同儕互相交流，即便有發音文法錯誤也不中斷，才能達到溝通的目標。此外，有些時候學生的「不懂」不是英語單字沒聽懂，而是科學觀念不清楚，產生另有概念(alternative conception)。如：把熱看成是種氣體，類似蒸氣。未來教學可以引導學生進行概念改變的教學(盧姍姍，2022)。

二、個人教學反思

如何把生硬的科學知識連結學生的生活經驗一直是一個重要研究課題，而又要融入外語學習的元素確實讓不少老師和學生大喊吃不消。凡事都有第一次，這些學生們之前並沒有上過類似課程的經驗。所以剛開始把教學重點放在科學詞彙和常用表達句型的認識，以輸入為主，包括聽讀，說的部分則是能講出關鍵字彙即可，相關表達句型則需要更多的機會練習。個人把教學重點放在學生個人探究與實作的報告上，希望學生去當個科學世界的探索者，而不是實驗室裡的聽眾。整體來說學習單內容偏難，鷹架在搭建的過程中可能因為時間的關係所以並沒有循序漸進，所以學生跟不上。因此，雙語教學除了要考量自然課程本身概念的難度外，學生的英語水準本身也是設計時的考量重點，要如何精準地拿捏這部分並不容易，有賴教學者深度觀察學生學習狀況後滾動式地調整教學，將來教學時也可以輔以熱的概念圖(如下圖4)或電腦建模(如：使用PhET: States of Matter: Basics，如下圖5) 加深學生印象。

圖4 熱的概念圖 (圖自繪，改自黃國禎，2008)	圖5 互動式類比教材(PhET)模擬粒子受熱降溫的變化

• 結論

根據課程實踐的結果，雙語科學教育對於國小生而言有其困難度。主要的難點在於相關英語詞彙和句型學生並不常用，且有些詞語構詞複雜，學生不易理解。若要全面推行，教師可以使用動畫、互動軟體、實物、動作、繪本以及和生活有關的趣味小實驗來引起學生的動機，促進學生理解，進而提高學生的參與感。例如：學生在教學後，能對生活中的物品如：巧克力、冰淇淋、奶油、顆粒狀棉花糖、養樂多、蠟燭、起酥片等進行觀察和紀錄(圖7至圖13)，說明物質受熱變化的情形。

「熱」這個單元看似稀鬆平常，但是許多的物質受熱或冷凍後的變化絕對不是一句「熱脹冷縮」就能輕描淡寫的，而人類的科學發展往往就從對科學現象中的邏輯思辨和鉅細靡遺的觀察與紀錄中逐漸發展起來，就如同正在發展的雙語教育一樣，期待在不久的將來持續成長、茁壯。

圖7 巧克力受熱融化	圖8 冰淇淋受熱融化
圖9 奶油受熱融化	圖10 顆粒狀棉花糖受熱膨脹
圖11 養樂多遇冷結凍	圖12 蠟燭燃燒
圖13 學生用四格漫畫記錄起酥片受熱受冷變化

• 參考文獻

周金城(2021)。英語融入自然科學之雙語教學。載於陳錦芬(主編)，雙語教學理論與實務(頁247-265)。臺北市：國立臺北教育大學師資培育暨就業輔導處。

林律君(2018)。CLIL在繪本教學的運用。載於鄒文莉、高實玫(主編)，CLIL 教學資源書：探索學科內容與語言整合教學(頁87-104)。臺北市：書林。

祝勤捷、陳美卿(2021)。越〝自然〞愈好－國立臺北教育大學附設實驗小學。載於陳錦芬(主編)，英語沉浸式跨領域雙語教學課程架構與教學活動設計(頁25-50)。臺北市：國立臺北教育大學。

陳佩英、愛思客團隊(2018)。跨領域素養導向課程設計－初階工作坊實踐手冊，30。取自 https://ppt.cc/fKZNGx

陳秋蘭、胡潔芳、戴雅茗(2018)。CLIL在自然科學領域的運用。載於鄒文莉、高實玫(主編)，CLIL 教學資源書：探索學科內容與語言整合教學(頁119-136)。臺北市：書林。

黃國禎(2008)。概念構圖與評量教學簡報。http://140.118.48.162/gjhwang/course%20materials.html

盧姍姍 (2022)。化學教學模式與教學策略。載於畢華林(主編)，化學教學論(頁74-99)。北京:北京師範大學出版社。

Bybee, R. W. (2009). The BSCS 5E instructional model and 21st century skills. The National Academies Board on Science Education.

Zoehfeld, Kathleen Weidner (2015). What Is the World Made Of? All About Solids, Liquids, and Gases. ‎ HarperCollins Publishers.

• 附錄二

學習單正反面

《臺灣化學教育》第五十八期（2024年12月）

目  錄

• 主編的話
  • 第五十八期主編的話／周金城〔HTML｜PDF〕
• 本期專題【專題編輯／楊悠娟】
  • 理解日常的化學挑戰：探究真實問題之化學素養教育／楊悠娟〔HTML｜PDF〕
  • 理解日常的化學挑戰：探究真實問題之化學素養教育—國小自然科學領域的素養導向教學與評量：以水溶液酸鹼概念為例／陳文正、陳健忠〔HTML｜PDF〕
  • 理解日常的化學挑戰：探究真實問題之化學素養教育—國小「食物電池」全民科學週教案設計與闖關實作／柯凱珮〔HTML｜PDF〕
  • 理解日常的化學挑戰：探究真實問題之化學素養教育—國中、小「維生素C的定量分析」實驗設計與闖關實作／連經憶〔HTML｜PDF〕
  • 理解日常的化學挑戰：探究真實問題之化學素養教育—國中「化腐朽為神奇」全民科學週教案設計與闖關實作／劉曉倩〔HTML｜PDF〕
  • 理解日常的化學挑戰：探究真實問題之化學素養教育—國、高中「五色仙女，降落！」全民科學週教案設計與闖關實作 ／ 謝佶霖〔HTML｜PDF〕
  • 理解日常的化學挑戰：探究真實問題之化學素養教育—高中「亞鐵三明治：二茂鐵實驗」 瑪麗居禮科學營課程與實作 ／ 周芳妃、陳平、鄭晉哲、羅文琪、范智傑、呂家榮〔HTML｜PDF〕
  • 理解日常的化學挑戰：探究真實問題之化學素養教育—以問題導向法建立學生於農藥殘留檢驗之 基本概念 ／ 江政剛〔HTML｜PDF〕
• 化學新知／多元教學法【專欄編輯／鐘建坪】
  • 開發以會考試題為基礎的探究教學／鐘建坪、鍾曉蘭、沈秀君〔HTML｜PDF〕
  • 探究與實作課程之外—師生的教學相長／劉獻文〔HTML｜PDF〕
• 化學實驗與評量／化學課程與教學【專欄編輯／楊水平】
  • 透過MS-Excel學習滴定曲線的原理／游文綺、胡景瀚〔HTML｜PDF〕
• 化學實驗與評量／化學課程與教材【專欄編輯／楊水平】
  • 萃取實驗：適用於教師示範和學生動手做 ／ 謝佶霖、彭郁惠、楊水平〔HTML｜PDF〕
• 化學新知／多元教學法【專欄編輯／周金城】
  • YENKA軟體實驗模擬軟體在小學自然教學上的應用–氧氣、二氧化碳與燃燒 ／ 林繼煒〔HTML｜PDF〕

第五十八期 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

2023年被視為「AI元年」，因為在這一年，生成式AI技術取得了顯著進展，並迅速應用於各行各業。 回顧2024年，在教育方面AI也逐步進入各階段學生的學習過程中，但教育者仍需要研究何時以及如何適當地將AI融入教學，以確保其有效性和適切性。 未來，學生需要被培養更高階的問題解決能力與創造力， 在AI技術快速發展的背景下，化學教育應積極探索AI的應用與發展方向。 這需要我們共同努力，推動教學方法的創新，提升學生的未來核心素養，並確保教育與科技進步同步發展。

本期專題主題為「理解日常的化學挑戰：探究真實問題之化學素養教育」，由國立東華大學自然資源與環境學系楊悠娟教授擔任客座主編，邀請國小、國中、高中與大學的教師共同撰文，豐富了討論的廣度與深度。楊悠娟教授專長於環境與永續教育、化學教育、仿生教育等領域，致力於科學實作與探究設計、科普推廣與傳播，以及環境與綠色化學的研究。本期專題共有七篇文章，依序第一篇是花蓮縣光復鄉大興國民小學的陳文正老師，與宜蘭縣頭城鎮二城國民小學陳健忠老師所共同撰寫《國小自然科學領域的素養導向教學與評量：以水溶液酸鹼概念為例》，針對國小酸鹼實驗教材內容分析，並提出評量設計方法。第二篇是花蓮縣北埔國小柯凱珮老師所撰寫《國小「食物電池」全民科學週教案設計與闖關實作》，針對食物當作鋅銅電池電解液的探究實驗設計，提供學生延伸學習活動。第三篇是國立嘉義大學應用化學系連經憶教授所撰寫《國中、小「維生素C的定量分析」實驗設計與闖關實作》，內容是分別介紹適合國小學生與國中學生可以使用來定量維生素C的方法、以及藉由科學新聞來引發學生進行小黃瓜對維生素C穩定性的探究活動。第四篇是國立彰化高級中學的劉曉倩老師所撰寫《國中「化腐朽為神奇」全民科學週教案設計與闖關實作》，內容是針對豆腐的製作過程來探討不同物質對凝聚作用的影響。第五篇是高雄市立新莊高級中學謝佶霖老師所撰寫《國、高中「五色仙女，降落！」全民科學週教案設計與闖關實作》，內容是針對不同金屬鹽類的焰色反應，來了解煙火色彩的原理，能引發學生的參與興趣。第六篇主要是由臺北市立第一女子高級中學周芳妃老師與其合作團隊所共同撰寫《高中「亞鐵三明治：二茂鐵實驗」瑪麗居禮科學營課程與實作》，內容是針對二茂鐵(Ferrocene)氧化還原反應過程導致溶液變色的過程，並使用紫外光-可見光光譜儀來測定，並可用於定性與定量之探究實驗設計。第七篇是國立東華大學化學系江政剛教授所撰寫《以問題導向法建立學生於農藥殘留檢驗之基本概念》，內容主要是以問題導向學習法策略來說明農藥的基本原理與最大殘留容許值等概念，並介紹農藥檢驗方法與流程，以及常見的三種台灣農藥殘留檢驗相關技術，可以拓展讀者對於實務工作有更深的了解。

本期還有五篇一般性文章，第一篇是新北市立錦和高中鐘建坪老師、新北市立新北高中鍾曉蘭老師，和新北市康橋中學沈秀君老師所撰寫《開發以會考試題為基礎的探究教學》，針對元素符號的標示進行會考試題分析，討論表徵模型之間的轉換，元素符號探究教學等面向，並思考如何由會考試題方向來開發探究教學活動。

第二篇是國立臺南第一高級中學劉獻文老師所撰《探究與實作課程之外—師生的教學相長》，針對高中探究與實作課程中，透過開設為課程與撰寫小論文等方式，並設計探究式教學，來培養學生批判性思維與解決問題能力。

第三篇是國立彰化師範大學化學系游文綺與胡景瀚教授所共同撰寫《透過MS-Excel學習滴定曲線的原理》。使用EXCEL來設計酸滴定曲線模擬器，可以讓使用者調整酸鹼數量，並呈現出滴定過程的曲線，可以讓學生更加了解酸鹼反應過程的pH值變化情形。

第四篇文章由高雄市立新莊高級中學謝佶霖老師、桃園市立幸福國民中學彭郁惠老師以及國立彰化師範大學化學系楊水平教授共同撰寫《萃取實驗：適用於教師示範和學生動手做》。內容包含兩種教師示範實驗，分別是固相‒液相萃取，萃取薑黃素並製作薑黃試紙，以及液相‒液相萃取，萃取廣用指示劑並製作廣用試紙；此外，針對學生的家庭實驗設計則包括從口水中萃取自身DNA及從鮮乳中萃取DNA。文章提供了詳細的教學指引、課堂討論問題以及適合學生探究與實作的活動，內容豐富且完整，具有高度的實用性與教育價值。

第五篇文章是由國立臺北教育大學教育系創新與評鑑碩士班研究生林繼煒所撰，主題為《YENKA軟體實驗模擬軟體在小學自然教學上的應用–氧氣、二氧化碳與燃燒》，是使用全校授權YENKA軟體來設計國小學生不易微觀觀察燃燒實驗，並且實踐於國小教學中，可以提升學生的學習興趣，也具有相當的學習成效。

最後，我們協助宣傳兩場重要的化學研討會，為化學教育與學術交流注入新活力。2025化學年會將於2025年3月7日至9日在靜宜大學舉行，以「智慧化學 • 跨界永續ESG」為主題，匯聚國內外頂尖學者與專家，共同探討化學領域的創新發展與永續實踐。會議特色包括跨領域議程、國際學者演講、高中生壁報展示，以及多項鼓勵青年學者的競賽與獎項安排，這將是一場充滿啟發與交流的學術盛會。

此外，第十屆亞洲化學教育研討會（2025 Network of Inter-Asian Chemistry Educators Conference）將於2025年7月26日至28日在日本山形市舉行，由日本山形大學主辦，大會主席栗山恭直教授（Yasunao Kuriyama）領銜。我們誠摯邀請各界同仁踴躍參與，共襄盛舉，為亞洲化學教育的未來發展貢獻智慧與力量！

理解日常的化學挑戰：探究真實問題之

化學素養教育

楊悠娟

國立東華大學自然資源與環境學系

Email: ycyang@gms.ndhu.edu.tw

• 前言

面對全球化、互聯化與充滿挑戰的世界，培養高素養的公民資源來解決問題已是刻不容緩，但素養的定義及概念框架有待釐清。1997年經濟合作暨發展組織(Organisation for Economic Co-operation and Development, OECD)啟動素養定義與選擇計劃(Definition and Selection of Competencies: Theoretical and Conceptual Foundations, DeSeCo)，研究素養的概念、個人及社會必備素養、跨學科的素養框架、素養教育方式等。研究結果顯示：素養是一種綜合性的特質，涵蓋認知、動機、倫理、社會與行為的各層面。素養的三個基本關鍵能力是自主與反思性行動、互動式使用工具（知識、設備、語言和法律）及異質群體協作，具有跨學科（哲學、人類學、心理學、經濟學、社會學）的共通性。而素養的四個概念要素是多功能性、跨社會領域、高階心理複雜性及多維度能力。素養需要終身學習，能提供個人優質和成功的生活能力(Rychen & Salganik, 2000)。

歷經數年研究及討論，2018年OECD發表核心素養的定義及框架 （2030學習羅盤）：核心素養是個人適應現在生活及面對未來挑戰，應具備的認知、技能、態度和價值觀之跨域多元能力；能反思學習歷程，因應實際問題來行動。核心素養教育不限於學科知識及技能，亦關注「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(OECD, 2018)。素養課程以學生為中心來設計，認知包含學科知識、跨學科知識、認識論知識及程序性知識；技能包含認知技能、後設認知技能（批判性思考、創造性思考、學習思考和自我調節）、社交和情緒技能（同理心、自我效能和合作）及實作和身體技能（使用新資訊和通訊技術設備）；態度和價值觀包含個人、地方、社會和全球層面（動機、信任、尊重多樣性、尊重美德）。素養的表現需透過行動，學生是行動的推動者，提出問題的解決方案，並與教師、同儕、父母和社區合作，共同達成目標。行動有助於學生檢視五種基本能力：識字、算術、資料、數位及體能，發展三種變革素養：創造新價值、調和衝突與困境、承擔責任，完成參與、實踐及省思的循環(OECD, 2018)。
2019年臺灣實行新課綱，參考OECD的2030學習羅盤，設計總體綱要之自發、互動與共好精神，培養學生具備三面九向的核心素養，在生活情境中，能夠自主行動、溝通互動與社會參與，成為具備跨域學習力的終身學習者，以面對和解決新世代的問題。學校制定部定課程和選修課程，師資培育鼓勵現場教師和師資生實施素養導向教學與評量（王智弘，2019）。因素養教育需要終身學習，亦須推動非制式場域學習，以銜接制式教育，持續培育新世代的公民素養。

素養教育需要創意思考，透過OECD創意思考四步驟：探究問題、想像解方、實作方案及反思成果，老師由知識的傳遞者轉型為引導者，協助學生發展面對挑戰及解決問題的能力，找出非制式答案。立足AI時代，創意思考亦是區分學習者與電腦的關鍵（田孟心，2020）。

因化學領域的理論、實驗、應用及影響無遠弗屆，學生的化學素養有助於解決真實世界的問題；故本期專題主題為「理解日常的化學挑戰：探究真實問題之化學素養教育」，透過實例展示化學領域的素養教育，涵蓋國小、國中、高中和大學的制式教育，亦分享制式與非制式教育的銜接設計。因篇幅限制，著重於探究問題與課程設計，包含知識概念、實作步驟、評量回饋、生活議題及教學省思。本期專題總計七篇文章，設計目的為引導學習者認識本主題於化學教育的相關性、技能力、批判力及參與度，透過動手做與案例探討，啟發學習興趣，增進提問力與分析力，鼓勵主動學習，持續提升己身的化學素養。如依照教學對象的適合程度分類：國小二篇、國中二篇、高中二篇、大學一篇，提供K-12至大學端教師參考。然而，依照作者群共同建議，上述課程和實驗在遵循設計架構及核心概念之下，皆可調整其廣度或深度，以因應學習者需求，亦適合一般公民的科學素養之學習。

• 本期專題文章簡介

第一篇文章由陳文正與陳建忠作者介紹水溶液酸鹼概念，探討國小自然科學領域的水溶液酸鹼性單元之教學與評量，分析新舊課綱不同年段的相關內容，設計一個水溶液酸鹼概念的探究活動，最後說明素養導向的水溶液酸鹼概念評量設計案例。建議國小自然教師於水溶液酸鹼概念教學的重點：中年級強調認識物質，讓學生瞭解有些物質在酸鹼環境會產生不同顏色的變化，可據以分類；高年級聚焦水溶液的酸鹼性定義，讓學生利用酸鹼指示劑來定義水溶液的酸鹼性，並製作及測量單一或混合溶液。鼓勵老師採取探究學習架構，進行差異化教學；設計評量工具，包含記憶、理解及應用三層次。

第二篇文章由柯凱珮作者介紹國小自然科的食物電池案例，包含物質溶解現象、酸鹼性、天然指示劑及水溶液導電性等概念。以生活中易取得的食物為材料，學習變因控制的科學方法，滿足孩童喜歡動手操作的天性，培養「發現問題而去尋求解答」的能力。文中分享教學流程、引導方式、學生回饋及教師省思。本教案是「2021年北花蓮全民科學週」之「國小組」入選教案，另提供教案及實驗示範影片。

第三篇文章由連經憶作者介紹維生素C的定量分析實驗，分享將大學實驗的內容轉換為適合國中和國小之活動設計及推廣過程。設計實驗探究式教學，包含維生素C反應原理、定量分析方法、維生素C的應用及議題。以生活中易取得的食物及蔬果為材料，設計實驗來驗證新聞報導的真實性；中學生可計算維生素C含量，並與標示值比較；小學生可計算優碘的使用滴數，比較不同樣品間維生素含量的高低，了解實驗結果之再現性。另可延伸探討蔬果中抗壞血酸氧化酶的活性，製作隱形墨水，增加實驗的趣味性。

第四篇文章由劉曉倩作者介紹化腐朽為神奇的案例，分享將制式課綱的內容轉換為非制式科普活動的設計及推廣過程。本教案是「2021年北花蓮全民科學週」之「國中組」入選教案，設計實驗探究式教學，包含電解質定義、強電解質和弱電解質差異、電解質影響豆漿等膠體溶液的沉澱現象，啟發參與者對週遭生活環境產生好奇心及敏銳的觀察力。另提供教案及實驗示範影片。

第五篇文章由謝佶霖作者介紹焰色與煙火之美的案例，分享微量焰色實驗融入教學的活動過程，設計實驗探究式教學，包含焰色反應原理、煙火組成、焰色於煙火及元素檢測之應用，從美好的生活經驗切入，結合科學原理的學習，促進學生學習科學的樂趣。本教案是「2022年北花蓮全民科學週」之「國中組」入選教案，另提供教案及實驗示範影片。

第六篇文章由周芳妃、陳平、鄭晉哲、羅文琪、范智傑和呂家榮作者介紹亞鐵三明治-二茂鐵實驗，分享將制式課綱的內容轉換為非制式科學營隊的設計及推廣過程。本實驗設計整合2019年與2024年的「瑪麗居禮科學營」（前身為居禮夫人化學營）實驗課程，強調綠色化學原則，使用輕便可攜式且可重複使用的器材、大量減少藥品劑量，避免產生難以處理的廢棄溶液。設計實驗探究式教學，包含1973年諾貝爾化學獎的代表性化合物、有機金屬化合物及鐵離子之電子轉移變化、散射現象、簡易測定裝置（積木和簡單電路元件）及定量分析原理，引導學生探究與人類文明發展相關的鐵系化合物，體驗綠色環保之實驗設計才是永續之道。

第七篇文章由江政剛作者介紹農藥殘留檢驗概念，以問題導向法設計教學流程，引導學生認識相關之新聞議題、基本知識、正當性與重要性、QuEChERS （Quick, Easy, Cheap, Effective, Rugged, and Safe）分析法原理及技術發展，透過PBL（Problem-Based Learning）思考和探索相關問題，理解農藥對環境和健康的影響至關重要，提升食品安全意識，認識綠色農業的永續發展目標。

• 結語

化學涵蓋日常應用之食衣住行育樂，廚房中的化學可能是大多數人的化學啟蒙，而本期文章的實作素材以食材居多（水果、豆腐、維生素等），並以食安相關的農藥殘留檢驗議題呼應之。水扮演化學反應最重要的溶劑，國小高年級課綱由探究水溶液的溶解度、酸鹼性、導電性開始，啟蒙酸鹼反應的學習；另一重要的氧化還原反應，則透過煙火、鐵化合物等具有鮮明顏色改變來引起國高中生的學習動機，顯示化學教學皆與真實問題息息相關，亦能融入對應的文化及在地特色。作者群皆具有豐富的化學研究與教育經驗，不吝分享教案、影片及實作經驗，致力於實驗設計中傳達綠色化學的永續理念—少廢棄物、低毒、節能、減量、安全及循環再利用。期待透過更多先進的教學分享，傳達給莘莘學子化學之美、探究之趣與永續之道!

• 參考文獻

王智弘（2019）。素養導向師資培育與課綱轉化─教育2030的觀點。臺灣教育評論月刊，8(12)， 32-37。

田孟心（2020年11月3日）。PISA考題搶先看》OECD教育主席：家長們經常想把一切都留在過去。天下雜誌。https://www.cw.com.tw/article/5102554

OECD (2018). The future of education and skills: education 2030: the future we want. OECD. https://www.oecd.org/content/dam/oecd/en/publications/reports/2018/06/the-future-of-education-and-skills_5424dd26/54ac7020-en.pdf

Rychen, D. S., & Salganik, L. H. (2000). Definition and selection of key competencies. THE INES COMPENDIUM (Fourth General Assembly of the OCDE Education Indicators programmme). París OCDE, 61-73.

理解日常的化學挑戰：探究真實問題之化學素養教育—國小自然科學領域的素養導向教學與評量：以水溶液酸鹼概念為例

陳文正¹、陳健忠^2,*

¹花蓮縣光復鄉大興國民小學； ^2,*宜蘭縣頭城鎮二城國民小學

*Email：s835062@tmail.ilc.edu.tw

• 前言

自113學年度起，國小自然科學領域已經全面實施108課綱的新課程，相較過去的九年一貫課程，新課綱有不少調整之處，有些將原本安排在國中階段的學習內容移到國小階段，例如：能量、粒子概念…等；有些則是將原本安排在國小高年級的學習內容調整至中年級，例如：聲音…等。其中，比較特別的是有些科學概念同時出現在國小階段的中高年級自然課本單元裡，本文探討的水溶液酸鹼概念就是屬於這一類的調整。過去，水溶液酸鹼概念只出現在國小高年級的課本單元，在108課綱實施後，水溶液酸鹼概念被安排在國小中高年級的不同單元裡，這樣的調整可能會讓國小自然老師感到疑惑，如果可以瞭解課程調整的原因及不同年段的水溶液酸鹼概念教學重點，應有助於國小自然老師的課室教學。本文主要在探討國小自然科學領域的水溶液酸鹼性單元之教學與評量，首先，分析新舊課綱在不同年段水溶液酸鹼概念的內容安排；接著，提出一個水溶液酸鹼概念的探究活動教學設計；最後，說明素養導向的水溶液酸鹼概念評量設計案例。

• 國小自然科學領域酸鹼概念相關單元的內容分析

一、國小中年級水溶液單元酸鹼概念的學習內容

過去的九年一貫課程的綱要中，安排國小中高年級的學生都要學習有關水溶液酸鹼的主題，其中，「自然與生活科技」學習領域教材內容細目的次主題226就是「酸、鹼、鹽」，這個次主題的學習內容包括「常見食物的酸鹼性/2a.能利用氣味、觸覺、味覺簡單區分常見食物的酸鹼性。」若以108課綱實施前一年的109學年度三個坊間常見書商(K版、H版、N版)編排的國小教科書來看，各版本都將水溶液的單元安排在三年級上學期，整理如表1所示。

從表1的內容來看，各版本設計的課本內容大致以「溶解、溶解量及影響溶解量的因素」等概念為主，過程技能皆著重「觀察、辨別、測量、記錄、比較」等能力，換言之，九年一貫課程綱要的教材細目僅安排學生做到「能透過氣味、觸覺、味覺簡單區分常見食物的酸鹼性」，然而相關的能力指標並未要求學生有關酸鹼的概念理解（教育部，2012），在此脈絡之下，教科書商在編輯國小中年級的自然課本時，有關酸鹼的概念學習，大多聚焦在使用嗅覺和味覺等感官來區分各種食物具有的不同酸鹼氣味和味道；在過程技能方面，則希望培養學生具備觀察、辨別、測量、記錄、比較等相關能力。值得注意的是，在九年一貫時期的國小中年級自然課本內容設計，並未涉及水溶液酸鹼的相關概念。

表1 九年一貫課程中年級水溶液單元學習內容一覽表

再來看108課綱的國小中年級學習內容，「水溶液酸鹼概念」安排在「交互作用」的次主題中，學習內容為「INe-Ⅱ-4常見食物的酸鹼性有時可利用氣味、觸覺、味覺簡單區分，花、菜葉會因接觸到酸鹼而改變顏色」，要求學生能利用嗅覺、觸覺、味覺簡單區分常見食物，例如：常見調味料的酸鹼性，並觀察以花卉、菜葉所萃取的汁液接觸酸鹼之變色，進而認識物質會因接觸不同的環境而改變。若以108課綱實施後的113學年度K版、H版及N版的國小教科書來看，各版本在中年級有關水溶液酸鹼的單元安排整理如表2所示。

以表2的內容所示，K版和N版仍維持九年一貫時期的設計，將水溶液酸鹼概念安排在三年級的學習單元，要求學生在該單元學習「辨別粉末、溶解、溶解量、水溶夜酸鹼及酸鹼指示劑的變化規則」等概念。有別於其他兩個版本，H版教科書則是將水溶液酸鹼概念單元安排在四年級，要求學生學習「交互作用、影響物質變化的因素、水溶夜酸鹼及酸鹼指示劑的變化規則」等概念。三個版本的單元活動設計，皆透過實作活動來培養學生「觀察、辨別、測量、記錄、比較及分類」等過程技能。值得一提的是，K版教科書在該單元的活動三，要求學生利用材料特性辨別材料的學習任務，讓學生針對未知粉末進行觀察及測試，再從粉末的顏色、氣味、味道、溶解性、溶解於水後的酸鹼等特性，推理並舉證說明未知粉末的種類，此學習任務著重於培養推理、論證的能力，相當符合108課綱自然科學領域綱要的學習表現內涵(教育部，2018）。

表2 108課綱中年級水溶液單元學習內容一覽表

依據108課綱自然科學領域綱要的內涵，國小中年級自然課程設計以探索科學現象為主軸(教育部，2018），教學時要先安排學生以嗅覺、觸覺、味覺五官經驗來區分常見食物的酸鹼性，偏向個人五官經驗觀察層次的學習。接著，再導入溶解及酸鹼性概念，讓學生知道透過溶解現象與酸鹼指示劑的顏色規則可區分食物或調味料，著重於測量與自然現象複製性層次的學習。考量市售手搖飲料的普及化，許多含蝶豆花或薰衣草茶、紫色高麗菜沙拉及其他食材在產製及烹煮過程都有顏色變化過程，也是學生經常觀察到的現象，因此，有關酸鹼指示劑的顏色規則可由蝶豆花、薰衣草茶或紫色高麗菜汁等導入，除了能更貼近學生的生活經驗之外，也可協助學生發現許多食物在不同酸鹼的環境中會有顏色變化。總結來說，國小中年級自然科學領域的教學，教師要透過探究過程來引導學生，理解有一些食物或調味料在酸鹼環境會產生顏色變化，透過測試與觀察這個特性，可用來辨別、分類及認識生活中的不同物質。

二、國小高年級水溶液單元酸鹼概念的學習內容

如前所述，雖然九年一貫課程在國小中高年級皆安排學生學習有關水溶液酸鹼的主題，但是K版、H版及N版教科書只在國小高年級安排學生學習水溶液酸鹼的概念。在「自然與生活科技」學習領域之教材內容細目中，次主題121就是「物質的形態與性質」，這個次主題的學習內容包括「探測物質的性質/3a.實驗發現物質性質各自不同(例如有的易導電有的不易；有的易導熱有的不易；水溶液的酸鹼性)。」另外，次主題226就是「酸、鹼、鹽」，內容包括「物質的酸鹼性及酸鹼指示劑/3a.能知道及區辨常用酸鹼物質的特性，及其在生活上的應用。3b.由實驗瞭解鹽類溶於水的酸鹼性與酸鹼鹽的操作型定義。3c.由實驗知道生活中有些花卉菜葉會因接觸酸鹼的環境而改變顏色。3d.能運用指示劑觀察酸、鹼溶液混合的酸鹼性變化)。」若以108課綱實施前一年109學年度K版、H版及N版的國小教科書來看，各版本在高年級水溶液酸鹼的單元安排整理如表3所示。

表3 九年一貫課程高年級水溶液單元學習內容一覽表

從表3的內容來看，各版本課本內容大致以「水溶液、水溶液酸鹼的定義，酸鹼指示劑、酸鹼作用、水溶液的導電性」等概念為主，過程技能皆著重「觀察、辨別、測量、記錄、比較、分類、規劃執行」等能力，符合九年一貫課程能力指標「認識物質/2-3-3-3 探討物質的溶解性質、水溶液的導電性、酸鹼性、蒸發、擴散、脹縮、軟硬等。」的要求（教育部，2012），直言之，K版、H版及N版的有關酸鹼概念的內容設計，聚焦於「理解水溶液酸鹼的定義」，亦即學生必須理解並熟悉常見酸鹼指示劑顏色變化的規則，並且能夠使用這些顏色變化規則去測量各種水溶液的特性，驗證不同水溶液具有「酸性、中性、鹼性」的特性。

接著來看108課綱高年級的學習內容，「水溶液酸鹼概念」的學習安排在「物質與能量」及「交互作用」的次主題中，在學習內容「INa-Ⅲ-2 物質有不同性質，有些性質會隨溫度而改變。」、「INe-Ⅲ-2 物質的形態與性質可因燃燒、生鏽、發酵、酸鹼作用等而改變或形成新物質，這些改變有些會和溫度、水、空氣、光等有關。改變要能發生，常需要具備一些條件。」及「INe-Ⅲ-5 常用酸鹼物質的特性，水溶液的酸鹼性質及其生活上的運用。」等部份皆與水溶液酸鹼概念有關。另外，在108課綱學習內容的說明中也提到，高年級學生學習此主題時，應知道並區辨常用酸鹼物質的特性，認識生活中常見鹽類溶於水的酸鹼性，也會使用實驗室常用的指示劑及試紙，檢驗鹽水與小蘇打水的酸鹼性質，並選用或自製合適的酸鹼指示劑來測定各種水溶液或混合溶液的酸鹼性。若以108課綱實施後113學年度K版、H版及N版的的國小教科書來看，各版本在高年級有關水溶液酸鹼的單元安排整理如表4所示。

表4 108課綱高年級水溶液單元學習內容一覽表

從表4內容來看，在108課綱實施後，K版、H版及N版的教科書內容設計和九年一貫時期相似程度高，都是以「水溶液、水溶液酸鹼的操作型定義，酸鹼指示劑、酸鹼作用、水溶液的導電性」等概念為主，過程技能也著重「觀察、辨別、測量、記錄、比較、分類、規劃執行」等能力的培養。換言之，國小高年級有關水溶液酸鹼概念的學習，強調水溶液酸鹼性定義的理解，要求學生熟悉酸鹼指示劑顏色變化的規則，並能進一步利用顏色變化規則去測量各種水溶液的特性，以瞭解不同水溶液具有「酸性、中性、鹼性」的特性。

綜合以上，國小自然教師在進行水溶液酸鹼概念相關單元的教學時，中年級的教學重點應強調「認識物質」，有些物質在酸鹼環境會產生不同顏色的變化，透過測試與觀察這些特性，可以用來分類不同物質；而高年級的教學重點則應聚焦在「利用酸鹼指示劑來定義水溶液的酸鹼」，以及「製作並操作常見的酸鹼指示劑」來測量單一水溶液或混合溶液的酸鹼。

• 國小自然科學領域水溶液酸鹼概念的探究學習活動設計

探究是近代科學教育主流的教學策略與學習內容，也是108課綱自然科學領域綱要強調的重點之一（教育部，2018），關於探究的定義，不同學者的看法互異，簡言之，探究是一個形成科學議題、科學舉證、解釋科學現象的過程（OECD, 2008），在探究的歷程中，學習者必須針對一個問題來規劃解決的流程以及選定適合的器材，接著再實際操作和記錄，然後再依據自己理解的科學知識來解釋記錄，並且建構出主張來回答問題，最後再向同儕分享自己的成果（NRC, 2000），上述有關探究歷程的說明，符合108課綱所強調的學生應具備之素養，所以，國小自然課室採取探究學習的活動設計，應可視為一種素養導向的教學型態。

近年來，科學教育專家們已逐漸改變有關自然課室裡「實作活動(hands-on activity)」的看法，從「安排實作活動可直接提升學習者的科學概念」轉變為「實作活動必須搭配討論與發表(minds-on)才能協助學習者建構科學概念」(Webb, 2010)，換言之，在國小自然課設計探究學習活動，除了強調實作之外，學生小組間的討論與發表活動也很重要。儘管文獻上說明探究教學有助於學童的科學學習，然而，考量教學時間不足、課程進度壓力及教學現場無法配合等因素，多數的自然教師仍未選擇在一般課室裡實施探究教學，讓教學現場仍呈現「教師主導」的教學情境(Duschl & Osborne, 2002)，主要原因在於教師對教科書的依賴，及不知道該如何實施探究教學(Anderson, 2002)。

有關探究教學的架構，以5E學習環探究教學 (5E learning cycle) (Trowbridge & Bybee, 1990)最為人所熟知，這個架構共有五個階段，分別是「參與」(Engagement)、「探索」(Exploration)、「解釋」(Explanation)、「精緻延伸」(Elaboration)、「評鑑」(Evaluation)。然而，「探究教學」也有不同實施層次的設計，例如：Hegarty-Hazel(1986)所提出自然課室裡的探究活動層次(The Levels of Openness of Inquiry in Laboratory Activities)，內容如表5所示。

表5 考慮器材的探究活動開放程度分類表

在Hegarty-Hazel(1986)提出的架構裡，依據老師是否提供學生「探討問題」、「實驗器材」、「操作步驟」及「實驗結果」等項目，將自然課室的實作活動分成0~3個等級探究活動，數字越大表示探究層次越高。以探究活動「等級0」為例，如果老師提供學生探討的問題、實驗器材、操作方法與步驟以及實驗答案，學生只需依步驟去進行操作，驗證已知的結果，屬於確認層次(confirmation/verification)，是一種驗證式實驗。如果在學習活動中，老師只提供探討問題，學生必須自己規劃操作步驟、找到適合的實驗器材、記錄實驗結果，來找尋問題的答案，因為學生使用自己設計或選擇的步驟解決問題，這就屬於引導性探究(guided inquiry)層次，是「等級2b」的探究活動。若國小自然課室安排等級較高的探究活動，可提供學生訓練觀察定題、規劃執行、分析發現、溝通表達的機會，然而，並非每位學生都適合高層次的探究活動，應視學生的認知發展及先前經驗(prior-knowledge)而定。換言之，依據學生程度提供不同學習鷹架，安排不同層次的探究活動，讓每一位學生都有機會完成實作活動，是自然教學達成差異化教學的可能方式。相較於其他探究教學架構，Hegarty-Hazel的主張比較容易理解且更具可行性，適合在國小自然課室裡實施。

若以國小高年級的水溶液單元為例，該如何設計探究學習活動流程呢？老師可以先安排一個學生猜飲料的活動，拿出白開水和糖水等兩杯透明水溶液，請學生「預測」是哪種常見的飲料；接著，請學生「解釋預測」的理由，再讓學生用眼、耳、鼻、舌、口等五種感官來「觀察」：最後全班一起討論，要求學生「解釋」自己的預測和觀察結果之異同。活動結束後，老師再提出一個關鍵問題「如何分辨不同的水溶液？」亦即學生在該單元應學習的重要概念。上述「引起動機」階段使用的教學策略是POE(Prdiction, Observation, Explanation)，可以用來引起學生的學習興趣並介紹課堂探討的科學問題(Mthembu, 2001)。

在設計主要的學習活動時，可安排檢測水溶液酸鹼的任務，讓學生學習如何從酸鹼指示劑的變化規則來定義水溶液的酸鹼性。老師可依據學生的操作能力及學科表現，將全班分成三個類別的小組，要求學生個人完成。第一類別組：老師提供探討問題、實驗器材，學生自行閱讀自然課本後，自行規劃實驗流程，再進行實驗、記錄及分析結果。第二類別組：依據老師指定的問題及實驗器材，在老師引導下規劃實驗流程，完成實驗操作與記錄。第三類別組：在老師協助下，選取器材，依據指定的步驟依序完成操作與記錄。依據Hegarty-Hazel(1986)提出的架構，第一類別組學生安排等級2a的引導式探究活動，第二類別組進行等級1的結構式探究活動，第三類別組則是等級0的驗證式實驗。

當學生透過個人學習已瞭解水溶液酸鹼檢測的概念之後，再安排各小組透過合作學習來進行水溶液的檢測活動，除了依照程度讓學生分組進行不同層次的探究活動之外，老師可以準備若干未知水溶液，要求學生針對未知粉末進行觀察和測試後進行推論，可從水溶液的顏色、氣味、味道及酸鹼檢測結果，舉證說明水溶液的種類。這個學習任務的安排主要是培養學生推理及論證的能力。每組必須完成1個未知水溶液的檢測並且做出正確判斷後，才能領取下一個水溶液，學習進度視各組狀況而定，本活動兼具小組合作及個別化學習之設計，亦符合差異化教學。

• 國小自然科學領域水溶液酸鹼概念的評量設計

隨著108 課綱的推展，學生已逐漸成為自然課堂學習的中心，各種教學法的興起讓自然課堂教學模式更為多樣化，若想瞭解課程與教學變革的效果，學生的學習成效是關注重點，亦即，課程、教學及評量是培養學生素養的重要元素，瞭解學生的學習成效可提供素養導向教學的重要參考。然而，108課綱的學習表現未涉及各種能力等級的描述，如果想要評量並判斷學生表現程度有何不同？需制定評量標準（賴柏蓉等，2023），標準本位評量（standard-based Assessment）是一種適合國中小課室評量的作法，是一種在多元評量及素養導向課程的脈絡下，發展的學習評量工具，亦是一種標準參照設計，以「絕對性」觀點來呈現評量結果。標準本位評量將學生學習表現區分為不同等級，讓教師、學生、家長依照評量結果對應到的表現等級描述，瞭解學生對於學習重點的精熟程度，或者是對測驗內容瞭解程度的多寡；只關注學生自己的表現程度，而不比較學生之間的排序（教育部國民及學前教育署，2024）。老師使用評量工具施測後，可將施測結果對照到評量標準，將學生學習表現劃分為不同表現等級，以檢核學生的表現是否達到108課綱學習內容或學習表現的基本程度。

圖1：國小自然科學的酸鹼概念的標準本位評量表現描述

綜合上述，國小自然教師應如何評量學生素養？國立臺灣師範大學心理與教育測驗研究發展中心提供一個可行方向，該中心自2011年起陸續研發國中小學生學習成就評量標準及評量示例，其中，負責國小自然領域的研究團隊依據十二年國民基本教育課程綱要自然科學領域來制定評量標準，將課綱的學習表現分為科學認知、探究能力及科學態度與本質等三種向度，每個向度皆搭配學習表現敘寫表現描述，將學生的表現從優良到待加強區分為A到E五個等級（教育部國民及學前教育署，2024）。以國小自然科學的酸鹼概念為例，該研究團隊制定的評量表現標準如圖1所示，其中，C等級的學生要達到「能知道酸鹼物質的特性及水溶液的酸鹼性質」；B等級的學生要達到「能舉例說明酸鹼物質的特性及水溶液的酸鹼性質」；A等級的學生要達到「能應用酸鹼物質的特性及水溶液的酸鹼性質」，由於本文篇幅限制，有關標準本位評量理念、工具及示例等內容，有興趣的讀者請自行參閱該研究團隊網站(https://sbasa.rcpet.edu.tw/)，可以獲得更詳細的資訊。

如果國小自然敎師想要編製有關水溶液酸鹼的素養導向評量工具時，需注意一次只針對一個概念來評量。以國小自然科學的酸鹼概念評量為例，老師必須清楚這個概念是108課綱國小自然科學領域學習內容「INe-Ⅲ-5 常用酸鹼物質的特性，水溶液的酸鹼性質及其生活上的運用。」，並且依據臺師大心測中心標準本位評量研究團隊擬定的表現標準來命題，內容如圖1所示。評量工具設計建議採取題組式，使用同一個情境來命題，從容易到困難等級設計三個題目，圖2為問題情境及C等級的題目示例。

圖2：國小自然科學的水溶液酸鹼概念的標準本位評量題型C等級題目示例

從圖2內容來看，題目先設計一個問題情境，並提供有關水溶液酸鹼概念的相關基本訊息，例如：水溶液可以分成酸性、中性及鹼性；石蕊試紙有紅、藍兩種顏色；石蕊試紙的顏色變化，可以用來分辨水溶液的酸鹼性等。第1題是C等級的題目設計，主要在評量學生是否瞭解石蕊試紙的變化規則，因此，題目設計偏向記憶題型，作答方式也較簡單，只要求學生圈選答案，如果學生全部答對就被評為C等級，代表學生記得石蕊試紙在不同酸鹼水溶液中的顏色變化規則。另外，如果學生無法全部答對，依照答對題目數量的多寡，評定為D或E等級，代表部分學生的概念仍不穩定，需要再次學習或老師的補救教學。

圖3是第2題B等級的題目設計，主要在評量學生是否能使用石蕊試紙的顏色變化規則來判斷未知水溶液的酸鹼性，因此，題目設計偏向理解題型，採兩階段答題方式，要求學生先圈選答案，再填寫判斷理由，以判斷學生作答的準確性。如果學生全部答對就被評為B等級，代表學生具備使用石蕊試紙的顏色變化規則判斷水溶液酸鹼性的能力。

圖3：國小自然科學的水溶液酸鹼概念的標準本位評量題型B等級題目示例

圖4：國小自然科學的水溶液酸鹼概念的標準本位評量題型A等級題目示例

圖4是第3題A等級的題目設計，主要在評量學生是否具備推論未知酸鹼指示劑的顏色變化規則的能力，題目設計上偏向應用題型，採兩階段答題方式，要求學生填寫顏色變化，再填寫判斷理由。第3題是A等級題目，要求學生使用已學會的石蕊試紙之顏色變化規則，推論未知酸鹼指示劑的顏色變化規則，如果學生全部答對就被評為A等級，代表學生具備在陌生情境應用水溶液酸鹼性的概念，初步具備推理及論證的能力。

• 結語

本文探討國小自然科學領域的水溶液酸鹼單元之教學與評量，比較新舊課綱不同年段的酸鹼概念內容後，建議國小自然教師進行水溶液酸鹼概念單元教學時，中年級的教學重點應強調「認識物質」，讓學生瞭解有些物質在酸鹼環境會產生不同顏色的變化：透過測試與觀察這個特性，可以辨認、分類及認識不同物質。而高年級的教學重點應聚焦於「水溶液的酸鹼定義」，讓學生知道「可利用酸鹼指示劑來定義水溶液的酸鹼」，並且「製作及操作常見的酸鹼指示劑」，用來測量單一水溶液或混合溶液的酸鹼。另外，鼓勵國小自然老師採取Hegarty-Hazel(1986)的設計探究學習的架構，依據學生能力進行同質性或異質性分組，再檢視各小組的學習表現或能力，決定是否提供探討問題、實驗器材、操作步驟及實驗結果，透過不同層次的探究教學活動設計，以達到差異化教學。最後，學生的水溶液酸鹼概念評量方面，建議參考素養導向課室評量的概念，以108課綱的學習內容為標準來編製工具，將水溶液的酸鹼概念分為記憶、理解及應用等三個層次，透過評量工具的施測結果，分析學生的學習表現，做為後續學習輔導之參考依據。

• 參考文獻

教育部（2012）。國民中小學九年一貫課程綱要–自然與生活科技學習領域。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。取自https://www.naer.edu.tw/ezfiles/0/1000/attach/63/pta_18538_240851_60502.pdf

教育部國民及學前教育署（2024）。素養導向課室評量資源建置暨推薦計畫。https://sbasa.rcpet.edu.tw/materials/material.aspx

賴柏蓉、翁翊家、趙士弘、李金鳳、熊雲偉、黃仲毅、許至雅（2023）。探究實作評量：自然科學領域×社會領域。教育部國民及學前教育署。

Anderson, R. D. (2002). Reforming science teaching: what research says about inquiry. Journal of Science Teacher Education, 13(1), 1-12.

Duschl, R., & Osborne, J. (2002). Supporting and Promoting Argumentation Discourse in Science Education. Journal of Studies in Science Education, 38(1), 39-72.

Hegarty-Hazel, E. (1986). Lab Work. Set: Research Information for Teachers, 1. https://doi.org/10.18296/set.1180

Mthembu, Z. (2001). Using the Predict-Observe-Explain Technique to Enhance the Students’ understanding of Chemical Reactions. https://www.aare.edu.au/data/publications/2001/mth01583.pdf

National Research Council. (2000). Inquiry and the National Science Education Standards. Washington, DC: National Academy Press.

Organisation for Economic Cooperation and Development (2008). Science Competencies for tomorrow’s world. Second results from PISA 2008. Paris: Author.

Trowbridge, L. W., & Bybee, R. W. (1990). Becoming a secondary school science teacher (5th ed.). Columbus, OH: Merrill.

Webb, P. (2010). Science educational and literacy: imperatives for the developed and developing world. Science, 328(5977), 448-450.

理解日常的化學挑戰：探究真實問題之化學素養教育—國小「食物電池」全民科學週

教案設計與闖關實作

柯凱珮

花蓮縣北埔國小
Email: chchch68@gmail.com

• 前言

在國民小學自然科教學裡，檢驗水溶液性質是高年級學童踏入化學領域裡，基礎且重要的一步，其內容以觀察物質溶解現象、探討酸鹼性、自製天然指示劑及測試水溶液導電性為主。筆者在教學過程中經常延伸導電性的教學實驗，讓學童以易取得的食物中嘗試發電，並學習變因控制的科學方法。一方面滿足孩童喜歡動手操作的天性，另方面在十二年國教課綱自然科學探究與實作的趨勢裡，勢必從國小階段就開始培養孩子「發現問題而去尋求解答」的能力。

本教案設計是2021年第七屆「北花蓮全民科學週」參與教案甄選入選「國小組」最佳教案設計，主題為「餐桌上的科學」，由日常生活中最重要的「吃」談起，探究自然科學中許多與「食物」相關的現象，透過物理、化學、仿生、生活科技等跨領域的動手操作，理解食物在科學中蘊含的奧妙（仿生與環境實驗室，2024）。本教案結合並強調「動手做」與「趣味性」，同時融入教育部十二年國教課程綱要的學習內涵及表現指標，以實驗探究式教學啟發學童了解某些食物中含有導電物質的事實，引導學童從操作中認識化學電池的正負極，進而啟發學童對生活環境產生好奇心及觀察力（柯凱珮、沈敬堯， 2021）。

• 教學實施過程與成果

一、教學情境準備與引導

（一）以食物汁液為電解質

由於在課本裡已學過利用食鹽水、小蘇打水、糖水、醋等溶液，連接發光二極體並觀察是否發亮，在延伸學習的活動中，筆者讓學生思考：食物裡含有的汁液是否具備可導電的媒介？學生提出的食物種類五花八門，師生共同討論並慢慢聚焦，在容易取得的前提下，從健康課本裡提到的飲食金字塔來選擇我們的食物。最後，我們選擇了馬鈴薯(五穀根莖類)、紅蘿蔔(蔬菜類)、柑橘(水果類)、牛奶(奶蛋類)、醬油(油脂堅果類)等，亦可視實際狀況更換食物。

（二）兩種活性不同的金屬作為正負極

在情境引導的過程中，筆者播放均一教育平台影片「伏打電池」，約2分36秒，講述1800年義大利人伏特製作伏打電池的過程，並根據影片內容提出問題，引發學生思考正、負極金屬與電解液的關係：

Q1：伏特利用何種物品作為正負極？

Q2：伏打電池的電解質溶液是哪一種液體？

學童從影片中瞭解：化學電池是利用兩種活性不同的金屬作為正極(Cu)與負極(Zn)，它們之間還需要電解質；當兩種不同的金屬碰觸到電解質，形成氧化還原反應，產生電子轉移；化學電池即是將化學能轉換成電能的一種裝置。筆者請學生回溯中年級時利用電線、電池、燈泡接通電路的舊經驗，使用學生熟悉的學習內容、生活現象或實際經驗，減少認知負擔。

師生討論後，決定第一階段模擬伏打電池，以銅片及鋅片作為正負極，如果成功，第二階段就將正負極物質改成容易取得的「壹圓錢幣」(＋) 與鋁箔(－)。

圖1：器材準備

二、實驗操作流程

本實驗需組員分工合作，建議以異質能力分組為佳，教師可在黑板上畫電路圖進行講解，並指導各組學生按步驟操作：

圖2：教師手繪的電路圖

表1 第一階段：指導學生基本實驗之操作流程

(1)各組在桌上鋪好報紙。	(2)將電子時鐘的紅線接上正極物質，藍線接上負極物質。(本範例正極為Cu，負極為Zn)。	(3)另取一條電線，一端接銅片，一端接鋅片。	(4)組長至講台前切開食物，並依電路圖正確插上正負極物質與電線，觀察電子時鐘是否出現數字?
【補充說明】 能夠啟動電子時鐘所需之電壓為0.9V。 (照片中之儀器為數顯可調式電源供應器)

實驗結果：如果電子時鐘沒有亮，請學生檢查是否接錯或鬆脫現象，立即著手修正；如果順利成功，則進入第二階段，更換正負極再行測試：

表2 第二階段：指導學生更換正負極物質之操作流程

將原本的正極Cu改為壹圓硬幣，原本的負極Zn改為廚房鋁箔紙。 觀察電子時鐘是否出現數字?

學生在練習更換正負極物質之後，若能成功發電，第三階段教師可進階開放，讓學生使用不同食物搭配不同正負極物質來進行食物發電。教師提供市售粗筆心(石墨)作為正極物質，迴紋針作為負極物質。

表3 第三階段：學生自主探究不同食物的電解質之操作結果

【食物】紅蘿蔔 石墨(＋)，迴紋針(-)	【食物】地瓜 石墨(＋)，迴紋針(-)	【食物】牛奶 石墨(＋)，迴紋針(-)

三、學生紀錄與歸納

大部分的小學生對於「食物」有莫名的期待，而食物結合發電，更能引起學生高度興趣。筆者鼓勵學童在動手操作後，立即畫下或寫下操作過程，而食物電池很適合以畫圖方式重現實驗，如圖3及圖4：

圖3：學生手繪的檸檬電池(正極-壹圓硬幣，負極-鋁箔)

圖4：學生手繪的柑橘奇異果電池(正極-壹圓錢幣，負極-迴紋針)

    從學童的繪畫中，筆者邀請孩子說說看：如何連接電線與壹圓錢幣？如何連接電線與迴紋針？如果壹圓錢幣與迴紋針碰在一起會發生什麼事？你們這組的食物電池讓電子時鐘亮多久？操作中你覺得最困難的是什麼？如果正負極不小心碰在一起，電子時鐘還會亮嗎?

只要親自動手操作，學童對上述問題均能輕鬆回答，但根據筆者經驗，各組學生常執著於交換不同的食物來實驗，過程中「玩」的比例很重；此時教師需適時將學生的心拉回來，扣緊課本裡水溶液導電的內容，連結學生已具備的知識，協助學生歸納理解電解質（可溶於水的酸性、鹼性、鹽類物質），了解基本發電原理。因此教師可提供一張檢核表(如表4)，讓學生運用本表檢核常見食物的發電性，鼓勵自主探究的樂趣。

表4 食物發電檢核表

• 心得與檢討

筆者觀察：操作過程中學生玩得不亦樂乎，也習得知識，符合遊戲式學習情境。雖然食物的發電量極小，但是學生可以知道，許多能源就是從沒人注意的物質中被發現的，例如：生質能。因此人類發揮智慧，來可以開發出更環保無汙染的發電方式。

部分學生主動提出串聯發電，不同組別間可以合作串聯不同的食物來發電，教師可提供連接線給孩子，鼓勵學生延伸學習廣度，如圖5所示：

圖5：學生嘗試串聯不同的食物

    教師引導學生在課前做好預習的工作，學生會自行連結到四年級的學習經驗(通路、斷路)，學生常會提出電壓、電流等自己半知半解的概念。此時，教師可視情形加入概念解說，並使用三用電表，實際測量電流與電壓，協助學生理解，當我們使用不同食物來操作發電，其測出的電壓也不盡相同，如圖6所示：

圖6：教師使用三用電表測量奇異果電池的電壓

    教師可至各組親自操作電表來測量不同食物的電壓，請各組同學將測量出的數字寫在黑板上或筆記裡，客觀的實驗數據將更利於後續討論的精準度。

• 參考文獻

仿生與環境實驗室 （2024）。全民FUN科學—「北花蓮全民科學週」、「科普列車」、「仿生與環境」、「永續發展教育」。「全民FUN科學」平台。https://sites.google.com/view/be-ernt/%E9%A6%96%E9%A0%81

均一教育平台（2024）。認識伏打電池。https://www.junyiacademy.org/junyi-science/middle-school-physics-chemistry/s4zdz-/v/QgWDCXcHzKY

柯凱珮、沈敬堯（2021）。食物發電。「全民FUN科學」平台。https://sites.google.com/view/be-ernt/%E6%AD%B7%E5%B9%B4%E6%88%90%E6%9E%9C%E5%90%84%E5%B9%B4/2021-%E5%B9%B4/%E5%9C%8B%E5%B0%8F%E7%B5%84%E9%A3%9F%E7%89%A9%E7%99%BC%E9%9B%BB

教育部（2019）。十二年國民基本教育課程綱要– 自然科學領域課程手冊。臺北市：教育部。

• 附錄

理解日常的化學挑戰：探究真實問題之化學素養教育—國中「化腐朽為神奇」全民科學週

教案設計與闖關實作

劉曉倩

國立彰化高級中學
torrina01092002@yahoo.com.tw

• 前言

花蓮縣自2015年起開始舉辦「花蓮縣全民科學週」（2017年更名為北花蓮全民科學週)，以「探究式」、「動手做」、「教中學」及「合作學習」等多元方式，積極推動 K-12 學生的科學學習興趣，並在各校間產生迴響。科學週每年徵選主題教案，強調「知識性」、「動手做」與「創新與趣味」的實驗設計，同時結合教育部十二年國民基本教育課程綱要的學習能力及表現指標，將實驗室外的探究體驗融入正式課堂中。

2024年是「北花蓮全民科學週」邁入第十年，活動彙整了過去110 個教案及實驗示範影片，並於「全民FUN科學」平台上發布，為師生與民眾提供豐富的自主學習資源。國立東華大學北花蓮科普團隊由環境暨海洋學院楊悠娟教授領導，並邀請物理學系曾賢德教授與葉旺奇教授協助，聯合來自東華大學、花蓮縣內外的科普推廣夥伴，共同開發並推廣一系列探究實作活動（仿生與環境實驗室，2024)。

科學週闖關活動的設計，目的是引發學生對科學的好奇心，激勵他們親身參與並動手實驗，進一步將所學轉化為知識與能力。闖關活動的設計通常配合關主的教育程度、參與活動的對象、場地環境及闖關活動進行時間，而有所調整。闖關活動設計看似為課綱實驗的簡化，甚至有些像是科學遊戲，實際上只要參與過設計闖關活動的教師及學生就會知道要注意的細節很多！闖關活動時，夥伴的合作協調都需要經過多次的活動前溝通及實作才能培養好的默契。但是參與過後，無論是闖關活動的關主或者參與實際闖關的師生或科學同好者都會留下難忘的成長回憶。

本教案設計是2021年參與教案甄選入選「國中組」最佳教案設計，主題為「餐桌上的科學」，由日常生活中最重要的「吃」談起，探究食物在科學中蘊含的奧妙。內容以實驗探究式教學啟發學生理解電解質的定義，並引導學生從實作實驗認識強電解質與弱電解質的差異，進而從電解質影響豆漿等膠體溶液產生沉澱的現象，啟發參與者對週遭生活環境產生好奇心及敏銳的觀察力（劉曉倩、謝佶霖，2021)。

• 課程設計理念

教案設計源起於結合花蓮的自然環境與特色文化，讓學生了解如何製作豆腐，並體會花蓮水土與傳統技藝的重要性。花蓮的「好山好水」孕育出高品質的黃豆與潔淨的水源，這些都是豆腐製作的關鍵。豆腐不僅是健康的食品，還是一種能從嬰兒到老年人都享用的「沒有牙齒吃到沒有牙齒」的美味，具有廣闊的市場潛力。在這個教案設計中，學生將學習認識黃豆的成份與凝固劑的作用，並了解電解質對豆腐製作的影響，藉此傳承「做久就知」的傳統技藝背後的科學原理，讓豆腐製作不再只憑經驗，而是一門有科學可循的工藝學問。

• 課程設計內容

一、引導發現問題

（一）引導問題的提出

讓學生觀察不同凝聚劑（如石膏、鹽滷等）對豆腐質地的影響，並引導學生思考：為什麼不同凝聚劑會產生不同的效果？豆漿的物質性質（真溶液、膠體溶液、懸浮液）如何影響凝固過程？

（二）知識基礎的建立：解釋「真溶液」、「膠體溶液」、「懸浮液」三者的主要差別

１.真溶液：均勻分布且溶質粒子小於1nm，光線無法產生散射。

2.膠體溶液：溶質粒子大小在1-100nm之間，能散射光出現廷得耳效應。

3.懸浮液：溶質粒子1000nm以上，會容易產生沉澱。

製作豆腐的原料豆漿為一種膠體溶液，膠體溶液能維持粒徑在10^-9～10^-7公尺是因表面帶有相同電荷（如圖１所示），相同電荷造成斥力使其不會沉降。

 圖１： 膠體粒子因表面帶有相同電荷，相同電荷造成斥力使其不會沉降

製作豆腐過程中加入硫酸鈣，豆漿膠體粒子表面之負電荷被鈣離子所中和電性，導致凝聚而形成豆腐花。

（三）引導學生探索膠體溶液中最易觀察的現象

1.廷得耳效應及粒子分散於溶液中而不會沉澱。

2.引導學生設計實驗來檢驗豆漿的膠體溶液特性，如透過光束照射觀察廷得耳效應。

二、教學活動設計

（一）引起動機

發下各類豆腐食品（如豆乾、豆腐花）與學生分享，詢問學生對於豆腐製成過程和原理的認識，進一步引發他們的興趣。例如，可詢問學生：「你們知道豆腐是怎麼從黃豆變成的嗎？」或者「你們覺得豆腐和豆乾有什麼不同？」簡單介紹豆腐的種類及製作的基本原料，包括黃豆磨成的豆漿，並介紹傳統凝固劑石膏（硫酸鈣、氯化鎂）的作用。說明豆漿在加入石膏後發生的化學反應及產生凝固的過程，並引導學生思考豆漿是否是一般的液體？其內部結構有什麼特別之處？

（二）實驗活動一：光線散射實驗

1.步驟

分發一杯糖水和一杯豆漿給每組學生，使用雷射筆分別照射糖水和豆漿，讓學生觀察兩者的現象差異。

2.觀察與討論

引導學生描述觀察的現象：糖水中的光線似乎直穿而過，而豆漿中的光線則被散射。詢問學生：為什麼會有這樣的差別？

3.概念建構

解釋觀察的現象為廷得耳效應，這是一種膠體溶液特有的光散射現象。讓學生思考，根據這個實驗，豆漿屬於哪種類型的溶液？（答案：膠體溶液）

（三）實驗活動二：豆漿凝固實驗

1.步驟

（1）提供五種溶液（飽和葡萄糖、氯化鈉、硫酸鋁、食醋、硫酸鈣）和20 mL熱豆漿給每組學生。

（2）讓學生分別將五種溶液加入豆漿中，攪拌均勻，靜置5分鐘以進行冷卻，觀察豆漿是否產生凝聚反應，如圖２所示。

2.觀察與記錄

學生觀察並記錄每一種溶液加入後的變化，如是否出現凝固現象或結塊情況。

圖2： 從豆漿沉降情形中推測，陽離子價數愈高者，豆漿沉降情形愈明顯

3.討論與概念建構

引導學生比較並討論，哪些溶液導致豆漿凝固為豆腐。引導學生發現只有某些溶液能引起豆漿的凝固，這與溶液中是否含有電解質有關。

4.引入電解質與非電解質概念

進一步解釋，只有電解質溶液（如硫酸鈣）能夠使豆漿中的蛋白質分子凝聚成豆腐花，非電解質（如葡萄糖）則無此作用。

5.總結與反思

透過實驗和討論，學生理解溶液類型、膠體特性以及電解質對豆漿凝固的影響。最後讓學生總結學到的知識，並思考豆腐製作的科學原理如何應用於其他食品製程？（教案設計如附錄）。

• 教學活動前準備與課程分享

2021年9月我第一次擔任「北花蓮全民科學週」種子教師及學生研習營的講師，得知現場必須指導辦理闖關活動的國中及高中共6所學校，每個學校派出1~3組學生及老師參與研習，加上研習時間只有1.5小時，心情有些緊張。幸好高雄市市立新莊高中謝佶霖老師一起協助，活動前我們一起共備，從闖關過程中考量參與的對象年齡層，使用生活用品取代玻璃器皿、準備水源、配製藥品、解說實驗精簡有效率及如何增加闖關人數…等都經過充分討論。研習活動前2週寄出預估的藥品及器材給主辦單位，豆漿的品質很重要，有些市售豆漿無法做出膠體溶液沉澱的預期效果，所以必須先試做才知道哪些市售品牌可使用。

為了融入花蓮在地文化特色，在實驗影片中，我與佶霖老師連結花蓮好山好水與豆腐品質，同時穿戴具有原住民文化的特色服裝，以吸引參與學生的目光。研習過程中簡報儘量用圖示法取代文字講述，並多用問答方式讓學生注意力集中。現場預留近60分鐘時間讓學生動手做，讓辦理闖關的學生能更進一步了解可能出現的問題，並當場與講師交流，找出解方。

圖３：筆者與高雄市立新莊高中謝佶霖老師指導闖關研習過程

• 參與志工活動學生心得

學生確定主題關卡後務必先試做實驗，尤其本實驗的氯化鈉與豆漿並不會產生沉澱，所以設計闖關時必須排除使用氯化鈉，否則闖關者單純從豆漿沉澱與否無法判斷氯化鈉與葡萄糖（或蔗糖）的差異。

闖關現場須確認是否提供電源，因加熱時必須使用卡氏爐。事先試做市售豆漿，確認是否與準備的電解質產生沉澱，若豆漿濃度太稀薄則不利於豆腐成型。

闖關前的材料準備量也很傷腦筋，必須詢問主辦單位可能的參與人數，備料時多估計15%用量，以備不時之需。事先想好材料不夠的因應措施。

闖關時可使用「紙板圖說」或「電腦平板」，讓參與者清楚理解實驗流程，減少關主重複解說。尤其國小學生多半第一次接觸實驗，反應熱烈同時實驗危險性也較高，所以實驗安全解說不可少！

• 結語

筆者擔任過化學學科中心全國化學創意闖關活動策劃、遠哲科學營聽視障生研習講師、科技部「戀戀半線」科學志工服務闖關活動總策劃、彰師大「科學開Fun日」科學闖關活動指導及花蓮科學週闖關活動講師，對於各種闖關活動有許多心得與感想。每個科學闖關活動必須針對參與對象而調整實驗難易度，同時針對參與年齡層來調整解說方式，更需注意實驗安全，因此闖關前的關主培訓很重要！印象最深刻的是有一次帶領科學志工到某國中辦理偏鄉科學闖關活動，一到現場發現參與的年齡層從6歲到70歲都有？！原來該國中校長同步邀請學校社區附近的樂齡長輩及幼稚園小朋友。還好我們早到一個多小時，先觀察場地附近水源是否方便取得、關卡動線安排流暢、會講臺語的志工負責對參與闖關的長輩解說，並安排機動組負責帶領長輩闖關。整個闖關活動過程熱鬧非凡，長輩們對於氫氣槍、化學酸鹼彩虹及膨糖情有獨鍾，幼稚園的孩子最喜歡化學海底花園及膨糖。特別需注意：不管哪個年齡層都須掌握闖關活動的難易度，最好關卡一定會成功，因為難度過高的關卡容易造成參與人數排隊甚至乾脆放棄！

此外，長輩多半不喜歡實驗解說過於複雜冗長，有顏色變化（蝶豆花溶液酸鹼變色）或有聲響（氫氣槍）的實驗最受喜愛。國高中生喜歡挑戰，有難易度給獎勵的關卡特別受歡迎。幼稚園的孩子最喜歡有實作「吃」及可以帶回家的「成果作品」闖關活動，此時可以設計分子料理或化學花園等，但是避免使用膨糖（蔗糖加小蘇打）實驗，因為孩子年紀太小容易燙傷！

科學闖關活動不僅啟蒙孩子對於科學的熱情，也能讓年紀大的長輩了解生活中的過往經驗已充斥著科學的本質！ 但闖關活動場地多半不在實驗室內，導致實驗設計受限且必須特別注意實驗安全。有些闖關活動有經費限制，精緻的實驗設計無法帶進闖關活動比較可惜。期待未來可以有更多科普活動，讓全民都有機會認識科學，了解生活中科學的本質，進一步運用科學解決問題！

• 參考文獻

仿生與環境實驗室（2024）。全民FUN科學—「北花蓮全民科學週」、「科普列車」、「仿生與環境」、「永續發展教育」。「全民FUN科學」平台。https://sites.google.com/view/be-ernt/%E9%A6%96%E9%A0%81

劉曉倩、謝佶霖（2021）。「化」「腐」朽為神奇。「全民FUN科學」平台。https://sites.google.com/view/be-ernt/%E6%AD%B7%E5%B9%B4%E6%88%90%E6%9E%9C%E5%90%84%E5%B9%B4/2021-%E5%B9%B4/%E5%9C%8B%E4%B8%AD%E7%B5%84%E5%8C%96%E8%85%90%E6%9C%BD%E7%82%BA%E7%A5%9E%E5%A5%87

• 附錄

理解日常的化學挑戰：探究真實問題之化學素養教育—國中、小「維生素C的定量分析」

實驗設計與闖關實作

連經憶

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

• 前言

化學是基礎科學，日常生活中食、衣、住、行都離不開化學。當學生開始學習科學時，多半是從具體地、看得到、摸的到、或是符合學生生活經驗的題材開始，例如：植物的構造；這樣學生容易進入況，降低學習科學時的挫折感。國小自然科學課本中生物及物理方面的實驗較多，化學實驗相對較少，多為物質的變化、溶解、與酸鹼度等，國小甚至於國中，可能因教師專業領域不是化學、怕教錯，對化合物性質不了解、怕危險，準備試劑、怕麻煩等因素而跳過化學實驗，因此使用的實驗材料必需是安全的或容易取得，以鼓勵中小學自然領域教師放心大膽地帶學生進行化學實驗。維生素C（Vitamin C、圖1）定量分析實驗使用的試劑恰好符合上述條件，含有維生素C的樣品很容易取得，新鮮蔬果、維生素C錠劑或飲料中添加維生素C。對中、小學生而言，維生素C是熟悉的化合物，「分析蔬果或飲料中維生素C含量」的實驗具有目的明確與容易了解的特點。定量分析的試劑及器材可改為市售的優碘或點眼瓶，實驗室中完整操作的定量分析滴定實驗亦可簡化為科學闖關活動中的科學關卡；教師可依照學生的年齡層區別，傳遞不同層次的科學知識。中學生可計算維生素C含量，並與標示值比較；小學生則計算所消耗優碘的滴數，比較不同樣品間維生素含量的高低。除了定量分析外，維生素C的穩定性也是很好的實驗題材。蔬果中有維生素C，也有維生素C氧化酶（Ascorbic Acid Oxidase），維生素C氧化酶可將維生素C氧化為脫氫抗壞血酸（Dehydroascorbic acid）（圖1）。2018年康健雜誌報導「生吃小黃瓜，蔬果維生素C全跑光光」(康健雜誌報導，2018)，此觀點與大眾的認知有落差，大部份民眾認為小黃瓜生吃能保有更多營養成份，因此需要以科學方法驗證，小心設計實驗，利用本文敍述的定量分析方法可確認報導的真實性。

• 維生素C的定量分析

維生素C又名抗血酸，是大家耳熟能詳、維持身體健康必需的一種營養素，除了新鮮蔬果外，在營養補充劑、果汁及各種不同飲料中都可見到維生素C的踪影。在營養補充劑中，維生素C是主角，依據衛福部食品藥物管理署於民國101年訂定第八版「國人膳食營養素參考攝取量及其說明」(國人膳食營養素參考攝取量及其說明，2023)，維生素C參與膠原蛋白、肉鹼、神經傳導物質、膽固等多種物質的合成，可促進傷口癒合、增加對受傷及感染等壓力之扺抗應付能力。在各式瓶裝飲料中，雖然維生素C不一定是功能性的主角，但因本身容易被氧化而具有良好的抗氧化活性，可避免其他化合物被氧化、變質，所以是常見的食品添加劑。

圖1抗壞血酸（左）及脫氫抗壞血酸（右）的化學結構。

分析維生素C的方法有氧化還原滴定、酸鹼滴定、比色法及高效液相層析法等，大學普化實驗利用氧化還原滴定，測定錠劑中維生素C的含量。實驗時以已知濃度的碘酸鉀（KIO₃）溶液做為滴定劑，與樣品中的碘化鉀反應產生碘分子，產生的碘分子立刻與維生素C反應生成碘離子（式一及式二）。當反應達滴定終點時，因維生素C已完全耗盡，此時碘分子與溶液中的碘離子結合形成三碘陰離子（I₃^–）；三碘陰離子與澱粉指示劑結合，形成藍色的錯合物，使溶液呈現藍色。由達終點時消耗的碘酸鉀體積及濃度，利用式一及二的化學劑量關係，可計算樣品中維生素C的含量。

在上述實驗中，碘分子與維生素C反應，因國小教師不易取得碘酸鉀和碘化鉀，國小階段也不宜接觸這二種化合物，而市售的優碘可提供碘分子，因此在國小或國中可改用優碘進行定量分析。優碘成份是聚維酮碘（Povidone Iodine、圖2），瓶身的標示顯示，每毫升溶液中含有10mg的有效碘。下列以分析飲料中維他命C含量為例並說明。

圖2 優碘及聚維酮碘的化學結構 (引自維基百科)

一、國小端的維生素C定量分析實驗

國小學生進行化學實驗時，應著重學習觀察並記錄反應發生的現象，例如：顏色變化等；藉由重覆操作同一實驗，比較得到的數據，建立實驗結果必需有再現性的概念。本實驗已在國小科學闖關活動或科學營中進行多次，實驗時使用點眼瓶取代滴定管，以微量離心管取代三角燒瓶，以減少試劑用量及避免學生打破器材，同樣能達到比較不同飲料中維生素C含量及建立實驗結果再現性的概念。實驗步驟及教學注意事項(表1)：

表1飲料中維生素C含量分析之實驗步驟及注意事項(國小端)

	實驗步驟	注意事項
1	準備二種以上飲料，一種具有標示清楚、已知含量的維生素C，例如C. C. Lemon，另一種則無標示含有維生素C，例如蘋果汁。引導學生辨認標示值。
2	取一微量離心管，加入0.5 mL 果汁及加入2滴的澱粉指示劑。混合均勻。	l   請學生觀察微量離心管上0.5 mL的刻度及並說明使用方法。
3	將稀釋的碘液滴入步驟2的微量離心管中，混合均勻，每滴完一滴後需觀察混合物的顏色。當溶液變為藍黑色時即達終點，記錄所需的碘液量。	l   有些品牌的優碘中含有賦型劑，加入過量優碘亦無法形成藍黑色錯合物，影響終點之判斷。請選用無賦型劑之優碘。 l   取5 mL優碘，加水稀釋至20 mL，混合均勻後裝入點眼瓶。 l   解說並示範點眼瓶的用法，告訴學生輕輕地擠點眼瓶，避免一下子擠出太多溶液，建議先讓學生練習，如何將點眼瓶中的液體逐滴擠出。
4	重覆步驟1-3，進行另外二次滴定，記錄達終點所需要優碘之滴數，求出平均值。	l   使用學習單，請學生記錄每次達終點所需滴數。以C. C Lemon為例，達終點且溶液變色約需8~9滴。但因每人擠壓力道不同，不同人的滴數差異可能比較大，但同一人、三次實驗之間的滴數差異不大。 l   請同學將平均滴數寫在黑板上，引導學生討論造成滴數差異可能的原因。
5	重覆步驟1-4，改換另一種果汁。	l   如標示有維生素C，但未寫出含量，則維生素C可能很少，往往1~2滴就會變色。

二、國中端的維生素C定量分析

在國小進行維生素C定量分析實驗時，因小學生並無化學計量的概念，以滴數代表維生素C含量的多寡，嚴格來說並非定量分析。在國中階段，如學生已建立莫耳數概念，可利用優碘中有效碘濃度及達終點所需體積，使用式二計算樣品中維生素C的含量。市售優碘所含有效碘為10 mg/mL，經換算體積莫耳濃度為0.039 M。為確認標示的有效碘濃度正確，應以純的維生素C進行標定，以市售某品牌優碘為例：精秤一定質量的維生素C，溶於去離子水，以未稀釋之優碘進行標定，三次結果各為每毫升含有9.57、9.70及9.55 毫克，與標示值接近，由標定結果可知其有效碘的體積耳濃度為0.038 M。國中生可使用滴定管及三角燒瓶，以優碘為滴定劑，分析錠劑中維生素C含量，如用維他命C錠劑，需進行樣品製備，以研缽及杵磨碎錠劑，加入約50 mL去離子水，維生素C溶解後再倒入100 mL容量瓶中，定量到刻度，滴定時只取10 mL進行滴定。如以含維生素C的果汁或飲料進行滴定時，則不需要樣品製備。表二以果汁做為樣品時之實驗步驟及注意事項。

表2 飲料中維生素C含量分析之實驗步驟及注意事項(國中端)

三、看新聞學科學-小黃瓜對維生素C穩定性之影響

圖3是網路上搜尋小黃瓜對維生素C穩定性影響之新聞截圖。新聞報導顯示：小黃瓜含有維生素C分解酶，會破壞維生素C。新聞報導的內容一定是百分百正確嗎？答案是否定的。小黃瓜中破壞維生素C的酵素不是分解酶，而是抗壞血酸氧化酶，氧化酶氧化維生素C，使其變為脫氫抗壞血酸，因而破壞了維生素C的抗氧化力 (Shimada & Ko，2008)，反應式如下：

如何驗證小黃瓜對維生素C的影響？可萃取小黃瓜汁液，加入一定濃度的維生素C溶液中，反應一段時間後，再以稀釋的優碘滴定，並比較不加小黃瓜萃取液的滴定結果，就可驗證新聞報導是否正確。本實驗亦可探討影響酵素活性的因素，如加熱、加醋或加鹽使酵素失去活性，如同報導中農糧署所述。除了小黃瓜，亦可延伸探討其他蔬果是否含有抗壞血酸氧化酶。文獻報導指出：花椰菜、南瓜、胡蘿蔔、及菠菜等都有抗壞血酸氧化酶，而所含維生素C濃度與抗壞血酸氧化酶活性有關，活性越高，殘留的抗壞血酸越少。表3是小黃瓜氧化維生素C之實驗步驟及注意事項。

圖3小黃瓜對維生素C穩定性影響之新聞截圖

表3小黃瓜氧化維生素C之實驗步驟及注意事項

• 結語

維生素C的定量分析是很好的實驗題材，除了測定飲料中含量外，也可以分析蔬果中含量，或指導學生設計實驗，探討維生素C的穩定性。國小端實驗以點眼瓶取代滴定管，實驗時可以人手一支點眼瓶進行實驗，有效解決器材不足的問題，同時可降低試劑用量，減少對環境的衝擊。雖然無法做到精準地定量分析，但依在教學現場學生的反應來看，即使小學生也能了解實驗結果之再現性，達到良好的教學效果，亦可延伸探討蔬果中抗壞血酸氧化酶的活性。甚至利用維生素C為隱形墨水，用棉花棒沾維生素C溶液在圖畫紙上寫字，再塗優碘，顯現所寫的字。因圖畫紙有澱粉，塗優碘後没寫字的地方呈現藍黑色，有維生素C之處與優碘反應，消耗碘，保持原紙張的顏色，增加實驗的趣味性。

利用點眼瓶及市售優碘來分析瓶裝飲料中維生素C的含量，可在短時間內分辨維生素C含量的高低，已多次用在嘉義縣、市全民科學月闖關活動、科學168及其他大型闖關活動；近期在國中及國小科學營亦加入「看新聞、學科學-探討小黃瓜對維生素C的影響」實驗，以實際的結果說明何謂實驗結果的再現性。嘉義縣國中教師研習則以自製的微量滴定管，分析錠劑中維生素C的含量。透過上述學生及教師的回饋可知：本化學實驗適合國中及國小學生操作，若加入維生素C氧化酶，更能增加實驗的廣度及深度。

• 參考文獻

康健雜誌報導（2018）。「生吃小黃瓜，蔬果維生素C全跑光光」。https://www.commonhealth.com.tw/article/76965

衛生福利部國民健康署（2022年10月20日）。「國人膳食營養素參考攝取量」第八版。https://www.hpa.gov.tw/Pages/Detail.aspx?nodeid=4248&pid=12285

黃稜蘊、楊水平（2016）。微量化學實驗：酸鹼滴定的微量實驗。臺灣化學教育，14。https://chemed.chemistry.org.tw/?p=17659

聚維酮碘（2024年1月29日）。載於維基百科。

https://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E8%81%9A%E7%BB%B4%E9%85%AE%E7%A2%98

Shimada, Y. & Ko, S. (2008). Ascorbic acid and ascorbic acid oxidase in vegetables. Chugokugakuen Journal, 7, 7-10.