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高中化學教學經驗分享 曹淇峰 台北市立建國中學 cftsaur@gmail.com  n  前言     教書已進入第30年的我,很幸運在今年(2022年)獲得教育部師鐸獎的肯定,容我來分享一些高中化學教育的經驗,希望對年輕的高中化學教師擘劃人生藍圖,有一點點幫助。 n  回顧自我成長與學習,感念師恩     我來自彰化果農家庭。國二時,母親中風讓原本貧困的家庭更加雪上加霜!幸運的是,老師伸出援手,讓我的學習不中斷;從到處打工的果農之子,幸運考上臺灣師範大學化學系,在公費資助下完成學業,成為站在講台的化學教師,是教育與老師的愛翻轉我的生命!     化學的英文是Chemistry,拆解出來就是Chem is try,化學在不斷探究的過程中,保持小心求證,求真的精神,和杜威的「做中學」教育理論不謀而合。我們化學系畢業的學生,有一雙會做實驗靈巧的手,如果再加上溫暖的心、創新的腦,會是成就他人的最佳利器。     我曾經帶領台北市建國中學學生舉辦基隆山區小校的科學營,教導學生團隊合作,設計趣味的科學實驗,帶著小朋友一起做實驗,這些高中生們發現扶弱助困,奉獻愛心,原來不是遙不可及的事。回到學校,我請學生做些回饋反思,學生說「這是一趟給予的旅程,然而我們卻得到了更多」、「從孩子天真與好奇的眼神中,彷彿看到以前的自己。」學生們在合作服務學習中,找到人生的價值;在自己所服務的孩童身上,得到滿滿的回饋;感受到「豐盛的生命來自付出,幸福的滋味來自感恩」的喜樂。在班會課的時候,大家居然決議再辦一場,於是台北市中正區弱勢學童科學營誕生了。     在教育這方面,我的座右銘是「大合作,大成就!」同科教師合作教學,可建構完善的教學模式,多元的教學評量。不同科別教師合作教學,可建構學校的特色課程,提升學生學習層次。大學端若與高中教師合作教學,可以追求臺灣卓越,和世界並駕齊驅!     陪伴、感恩、合作是教學的日常,我們陪伴需要溫暖的學生,鼓勵學生做個施比受更有福的人,常懷感恩心,相信教育能翻轉生命,一同合作創造生命奇蹟,擔任教師可以是一生最大的志業。 n  國際化學奧林匹亞競賽讓世界看見臺灣莘莘學子的出類拔萃!     國際化學奧林匹亞(IChO)競賽已經是高中化學競賽的最高殿堂,是我國頂尖化學人才挑戰自我的國際舞台,美國、歐洲的名校更提供優厚獎學金供獲得金牌的各國學生就讀。這項活動從早期的交流為主,到目前已是各國科學教育角力的場合,近年來前幾名幾乎由美國、中國與俄羅斯包辦,臺灣表現優異,經常維持在前5名。     國際化學奧林匹亞競賽每年只能選拔四位國手參賽,競爭非常激烈,化學實作在國際化學奧林匹亞競賽中占分達到 40%,相當關鍵。基於安全考量,學生必須有教師陪伴,才能在化學實驗室進行實驗。二十多年實驗室的陪伴與指導,師徒一步一腳印傳承不只是技術,還有教育的愛。從優秀到卓越,學生們在獲得國際化學奧林匹亞競賽金牌的過程中,豐厚科學素養,開展自己潛能,未來能成為卓越的科學家,甚至改變世界。     負責訓練的國家教練團由大學教授們和一名高中教師組成,高中教師主要擔負學生輔導與試題翻譯打字工作,感謝歷屆主辦教授方泰山教授、姚清發教授、張一知教授的肯定與信任,讓我擔任國家教練團高中教師6次,指導學生榮獲國際化學奧林匹亞競賽6金1銀,同事說我是金牌教師,但我總覺得每次比賽都有一種使命感,大家一起讓臺灣囝仔站上國際頒獎台,讓世界看見臺灣莘莘學子的出類拔萃!如履薄冰的完成任務回國後,我也利用期刊發表(曹淇峰2015,2016)分享參賽經驗,期待更多後進加入國家教練團的行列。 n  教師專業精進,深植高中科學教育的根基     我建議高中化學教師要有自己的一套自編教材,集合各版本的優點,建立自己的教學脈絡,教學專業才能累積。我也認同閱讀的重要,閱讀是孩子帶的走的能力,新課綱的多元選修給了教師很大的開課空間,我曾經開了一門「科普寫作與表達」課程,現在建中則提升層次,將「專題寫作與表達」列為校定必修。這幾年,我開了一門選修課程「化學讀書會」,帶領學生經營讀書會,也頗有意思。現在的學生學習管道與方式都非常多元,我們老師們也要不斷的精進自己,多參加研習,多吸收新的教學方法,才不會被時代淘汰。     幾年前,我擔任國科會高瞻計畫子計畫二主持人 3 年,與邱美虹教授一起帶領建中師生研發探索式化學實驗課程,順應教育新趨勢,將食譜式的化學實驗變成探究式的化學實驗,首先開設選修課程,更在日本靜岡、台日雙邊科學教育(2014)與日本SSH高校進行二次國際課程交流。探究式實驗課程成為現在科學實驗課程的新思潮,108課綱也新增了必修課程自然探究與實作。 n  「六步一條龍教學法」發現問題,提升教學效果     教學方法琳瑯滿目,我最常用的是「六步一條龍教學法」(見圖1),也提供給新進教師參考,希望能幫他們快速上手應用在教育現場。首先「觀察」學生的表情或行為,聽學生提出的「問題」,「覺知」自己教學的不足與學生的困頓所在,再度對「同儕」旁敲側擊,確認問題所在,提出解決問題的「策略」,再藉由「學習環境」的力量輔助,因材施教,提高自己的教學成效。 圖1六步一條龍教學法     有一個學生Nathan雖然在校內化學競賽中筆試獨佔鰲頭,但實作成績卻墊底,「觀察」到這樣的現象,學生告訴我他的問題,他不會做實驗,但我們要「覺知」問題的所在。有一次做滴定實驗,我發現他眼睛看到指示劑變色,手卻沒辦法馬上關閉活栓,透過同學與媽媽的說法,才知Nathan是個安胎兒,先天感覺統合失調,手眼不協調讓他在實驗時感到無比挫折。我鼓勵Nathan:「實作能力可以透過練習來改善,老師可以陪你一起練。」我的改進「策略」是多做實驗,而「學習環境」是化學實驗室與管理員。基於安全考量,一定要有教師在場,學生才能做化學實驗,我與實驗室阿姨,陪著Nathan度過無數次的午休、放學時間,有時只為了修正一個動作,Nathan反覆練習10 次以上,苦不堪言。Nathan的堅毅加上篤信基督教,讓曾經失落的他,慢慢走出低谷。感謝上帝,一年後Nathan真的成為國際化學奧林匹亞國手,榮獲金牌為國爭光。Nathan深信「你手若有行善的力量,不可推辭,就當向那應得的人施行」,他目前已是臺大醫院主治醫師,造福社會。     成功不必在我!成功的制度比成功的人更重要!我們在教育現場,要注重長遠可行制度的建立,例如建中化學科教師團隊合作,共備同年級的課程計畫、共同編製化學實作教材計畫、教學評量聯合命題審題計畫、校隊培訓計畫、擔任特殊班任課教師輪替制度、課程研發計畫…,讓每個學生進來這個學校就讀,遇到的不只是好老師,更是好團隊。除了努力之外,我鼓勵老師們選擇一個值得你投入的團隊,更容易成功。 n  偏鄉服務,提升中小學學生科學實驗操作能力     「提升學生實驗操作能力」是一個難度很高的計畫,該計畫主持人臺灣師範大學(簡稱台師大)姚清發教授,也是中央輔導團自然領域召集人,用心規劃面面俱到,從教師、大學生與中小學學生三方面同時展開(見圖2)。自108年迄今,利用周末在臺灣各縣市辦理提升實驗操作能力計畫教師研習營超過30場,參與化學研習教師超過400人。大學生研習營部分,每年培訓一百多位大學生暑假至全台各地中小學辦理科學營隊,每年受惠的中小學生超過千人。中央輔導團自然領域團隊也直接辦理中小學生的提升實驗操作能力研習營,主要對象是學習或經濟弱勢的學生,在台師大辦理超過 6場,偏鄉5 場,離島5 […]

社會性科學議題導向的化學教學 / 李松濤

Thursday , 9, June 2022 Comments Off on 社會性科學議題導向的化學教學 / 李松濤

社會性科學議題導向的化學教學 李松濤 國立臺中教育大學科學教育與應用學系 leesungtao@mail.ntcu.edu.tw 在我國以素養導向為主的新課綱概念架構中,科學教育的首要目標在於培養出具有科學素養的未來公民,而問題解決的能力則是科學素養概念中最重要的養成目標之一。在科學教育的研究主軸中,有關「社會性科學議題」(Socio-Scientific Issues, SSI) 的相關探討已有多年,其價值在於此類議題的探討同時涵蓋了科學知識、科學歷程、科學認識觀,科學本質觀,乃至科學社會學與科學價值觀等各項科學教育的重要內涵,無疑地是一種非常適合於科學素養培養的教學切入主題。 所謂「社會性科學議題」,通常泛指一切有爭議的社會性問題,其內涵在概念理解和實施程序上都與科學有相關性,爭議的起源主要是因為此類開放性的問題往往無法順利地找到明確的問題解決方案,因為包括政治、經濟和倫理等因素,都可能影響到此類議題的問題解決歷程,諸如目前常看見的氣候變化、基因改造、核能運用,乃至最新的新冠肺炎疫苗等主題,都與此類議題的特徵相符,而此類議題在科學教學時所應該扮演的角色,也值得關心科學教育發展與實踐的社群夥伴們繼續深入探索。 本期《臺灣化學教育》電子期刊的專題為「社會性科學議題導向的化學教學」,非常感謝國立臺灣師範大學邱美虹教授邀請本人擔任這期文章的客座主編,我們總共收集到五篇相關文章,其中,國立嘉義大學林樹聲教授的文章題目是「應用社會性科學議題於科學教學中的理論和實踐」,該文首先說明「科學/技學/社會」(science/technology/society,STS)和SSI之間的關係,然後闡述SSI在科學教學與學習的成效,接著提出可以在科學教學中實踐SSI的相關議題、對應的教學策略和評量方式,最後則針對科學教師實踐SSI教學時可能遇到的問題和困難提出相關的建議。其次,國立東華大學李暉教授的文章題目是「社會性科學議題導向的化學教學―食安議題的化學教學」,該文則是以SSI在食安議題、媒體環境與化學教育的概念交集中,提供了針對非自然學科背景大學生選修課程的設計思維,特別強調在化學相關議題上能引導學生探究與實作,釐清SSI的本質,以培養出媒體識讀的理性思維。接著,國立高雄師範大學的洪振方教授研究團隊的文章題目是「社會性科學議題的化學教學」,該文嘗試結合責任漸進移轉(gradual release of responsibility, GRR)的結構化四階段教學模式與Toulmin’s argumentation pattern (TAP)論證模式,以台灣的再生能源、核能與火力發電方式對生活與環境之影響的社會性科學議題,設計對應的教學流程,希望可以藉由培育學生重要的科學素養以使其成為自主獨立的學習者。 最後二篇文章是有關國小自然科學的SSI課程設計,分別由國立臺南大學陳致澄教授研究團隊與國立高雄師範大學的黃琴扉教授提供,題目分別是「社會性科學議題融入小學自然科學領域化學教學之可行性探討」以及「國小綠色化學視訊實驗活動設計與實踐」,前者主要透過課綱分析找出國小階段與化學教學有關的跨科概念,輔以聯合國《2030永續發展目標》核心目標的對應,再蒐集與化學生活有關的新聞議題,提出一些能在小學階段落實的SSI導向化學教學方向與小學階段實施SSI導向化學教學應注意的事項;後者則是在這二年疫情影響實體教學的前提下,探究如何將綠色化學觀念引入視訊課程的實驗中,希望探討視訊實驗課程的可行性。 整體而言,本期電子期刊所呈現的「社會性科學議題導向的化學教學」相關文章內容同時呈現了理論與實務等面向的內涵,除了希望可以提供有興趣的化學教育者一起參考之外,也期待讀者與作者之間可以有後續的延伸對話或討論。最後,要再一次感謝前述五篇文章的作者群,您們的貢獻為我們的化學教學社群提供了一個高品質的交流平台,也非常感謝編輯助理夥伴們的協助,更要歡迎長期關注本電子期刊的讀者群,跟我們一起參與社會性科學議題的思考激盪! 謝謝大家!

透過遠距教學推廣科普活動 ∕ 李俊穎

Tuesday , 1, March 2022 Comments Off on 透過遠距教學推廣科普活動 ∕ 李俊穎

透過遠距教學推廣科普活動 李俊穎 新北市立光復高級中學jimmyli819@yahoo.com.tw n  前言 筆者服務於新北市立光復高中,多年來皆有申請競爭型計畫,以維持科普推廣活動的經費開支。在109學年度,因遭受全球新冠肺炎流行的影響,導致全台防疫升級,而使得原先規劃的偏鄉營隊活動和社區科普推廣活動無法順利如期舉辦。在去年(2021年)下半年,筆者向新北市教育局申請變更計畫,變更為以「多媒體呈現」和「遠距教學」兩大主軸辦理相關推廣活動,因而催生這次遠距教學,得以延續多年的科普推廣活動。在這遠距教學中,規劃兩項趣味科學實驗單元作為活動教材,利用線上表單報名,在教學開始前一週寄送實驗材料包至學員家中,透過Google Meet視訊平台進行同步遠距教學。我們也預先錄製教學影片,上傳至YouTube平台,提供非同步的遠距教學。圖一是在遠距視訊中教師示範操作實驗的情形。 圖一:透過遠距視訊平台,教師示範實驗步驟的操作 n  活動構思與課程設計 本次遠距教學推廣科普活動本著以實際操作實驗為目的,挑選兩則平易近人且安全無虞的實驗單元,分別為「天氣瓶與防疫酒精」和「磁吸史萊姆鼻涕蟲」。 由於在進行遠距教學時,無法如同在實驗室的實驗操作,教師無法隨時留意學員的操作情形並且為學員的安全把關,因此實驗設計的「安全性」為首要考量。其次考量為實驗設計的「趣味性」與「科普性」,最初在構思可行的課程主題時,必須能夠吸引一般社會大眾,且能輕易上手操作,也期望能讓家長陪同學童按部就班完成實驗操作,達到親子同樂和親子共學的目的。在選定實驗單元之後,開始準備以下工作: 一、  編製教學指引與學習單 教學指引需要詳述這次科普活動的進行方式,並且透過臉書粉絲專頁和IG專頁來公告資訊,並與學員溝通互動;學習單的內容包含器材清單、實驗警語、實驗步驟、實驗記錄欄位、實驗原理以及簡易的Q&A。「天氣瓶與防疫酒精」和「磁吸史萊姆鼻涕蟲」學習單,如附錄一所示。 二、  配置材料包的內容 由於學員必須在家中進行實驗操作,因此實驗材料包必須包含完整的器材、藥品,而且需要考量整體經費的支出才能規劃每份材料包的單價及數量;為了確保學員操作實驗的安全,以塑膠製的燒杯和量筒取代玻璃器材,使用木片冰棒棍代替玻璃攪拌棒;使用到的固體藥品粉末,必須事先秤量特定的質量,分別裝入小夾鏈袋中,並以標籤紙標示清楚。 三、  建構遠距教學的設備 遠距教學的進行有賴於網路與資訊設備等媒介,事先確認學校實驗室的網路狀況、拍攝器材、收音器材、燈光搭配…等,確保在遠距教學時能有效地引導學員進行實驗操作。圖二為在化學實驗室建構遠距教學設備。 圖二:在化學實驗室建構遠距教學設備 四、  安排報名流程與課程進行方式 為確保學員能確實收到實驗材料包,事前需要設計完善的報名表單及相關流程,在收到報名表單後,依報名時間先後排定錄取名單和備取名單,接著透過電話確認後,決定最後的錄取名單,並利用報名表單蒐集學員聯絡方式,於教學開始前一週便寄送材料包至學員家中。兩個實驗單元的材料包的內容物,如圖三所示。   圖三:材料包的內容物,天氣瓶與防疫酒精(左),磁吸史萊姆鼻涕蟲(右) n  遠距教學方式與實際執行情形 一、  規劃階段 (一) 決定活動屬性與受眾 本次線上遠距趣味科普活動,希望受眾不受到年齡限制,國小中年級以上即可,因為年紀太小無法進行精細的操作而有一定的危險性。這次活動決定設定試驗屬性往較為平易近人且可以動手製作紀念品的方向思考,因此決定以「天氣瓶與防疫酒精」和「磁吸史萊姆鼻涕蟲」作為本次活動的主題。 (二) 擬定進行方式與媒介 經團隊共同討論後,考量並非所有學員都有良好的遠距視訊設備,且時間上可能會無法配合共同時間,因此設計之初便往提供「線上同步教學」與「非同步教學」的方向安排。線上同步教學係透過Google Classroom線上會議空間,由教師帶領學員依據材料包中的學習單,動手逐步操作實驗,並解透過視訊解說實驗原理和生活應用。非同步的課程則是預先錄製課程的操作教學影片,經妥善的安排、剪輯之後,上傳到YouTube平台上。待學員收到材料包之後,可以依照學習單上的學習指引,自行安排合適的時間,依教學影片自行逐步完成實驗操作。非同步教學的影片,如附錄二所示。 (三) 工作分配與時程規劃 依筆者與社團幹部分工為例,此次遠距科普活動團隊的工作分配,如表一所述。此次遠距教學的時程規劃,如圖四所示。 表一:遠距科普活動團隊的工作分配 工作職稱 工作分責內容 指導老師 整體活動規劃、監督活動準備、與學校行政協調經費運用與必要協助事項、學習單設計、實際授課 總副召(由社團學生擔任) 擬定計劃書、安排學生分工、監督籌備進度 教學組(由社團學生擔任) 與教師共同討論教學內容、擬定材料包內容、課程實驗條件測試、領導藥品分裝、監督材料包裝箱 拍攝組(由社團學生擔任) 教學影片的拍攝、活動紀錄 後製組(由社團學生擔任) 教學影片的剪輯與後製、影片上傳、粉絲專業的管理 圖四:遠距教學時程規劃甘特圖 […]

翻轉教室在基礎化學課程實施的經驗談 / 翁榮源

Wednesday , 3, May 2017 Comments Off on 翻轉教室在基礎化學課程實施的經驗談 / 翁榮源

翻轉教室在基礎化學課程實施的經驗談 翁榮源 靜宜大學應用化學系zyown@pu.edu.tw n  前言 所有的事情全部得回歸到去年教授休假回來說起,有一陣子沒上課了,多少有點興奮感,但從開學第一天開始,逐步的發覺,現在的大學生和以前已經有極大的不同。最主要的是科技工具的進步,大學生人手一部iPad/iPhone不定時的上網和同學Line,已經是每一位年輕同學生活的一部分。至於本人個人從有機金屬化學合成研究跳到化學教育研究領域已經二十多年,幾乎每年都在從事化學教育的改進,不管是學校和科技部的計畫,好像每年不做一點進步,就跟不上時代與科技的浪潮。縱使個人做任何的努力,總是會有一部分的同學睡覺╱打手機╱聊天/寫報告,在大學的化學教育課堂上,似乎只能放棄跟不上的學生群,精英教學的魔咒永遠無法脫離一般大學化學教師的教學困境。 n  臺灣的翻轉教室 臺灣的教育界從2015年開始,中山女高的張輝誠老師與臺灣大學的葉丙成教授登高一呼,似乎有一股翻轉教室的旋風開始在臺灣的教育界捲起教與學的翻轉,到處都有一些新學校與新教師投入翻轉教室的行列。尤其是在Youtube上有一大堆教學影片,自己也開始思考,化學教育能否也能進行教室還給學生的翻轉教室模式?花了許多的時間經過縝密的設計,終於進行了臺灣第一個大學化學翻轉教室。 臺灣大學葉丙成教授提到翻轉教室有兩種:一種是廣義的翻轉,只要教師與學生的角色互換,從傳統的集中授課以教師為中心變成新式的以學生為主體的學生為中心方式就是廣義翻轉。由於各種不同的執行模式,教師不再像過去一樣的在課堂授課,因此造成一些同學與家長的指責,成效不如預期,許多教師翻轉半天,最後還是回到較為簡單也沒有爭議的傳統教學法,尤其是不使用任何科技的黑板粉筆教學。另一種為狹義的翻轉,透過精密的規劃,也就是中山女高張輝誠老師的「學思達」模式:最重要的執行要點有三:(一)、把教室講台還給同學,教師不再授課,學生在家看影片章節內容自學。(二)、到學校做作業並討論答案,透過預先安排好的小組在同儕間討論建構知識。(三)、所有的知識由同學解釋完成,教師只能設計引導讓同學自行講出答案。因為規畫明確,執行起來較無爭議,成效較為明顯,目前廣泛的被大多數教師採用。 n  靜宜大學基礎化學翻轉教學 下面是本人在靜宜大學大一基礎化學翻轉教學,兩年來執行的過程: 一、  上課前 靜宜大學基礎化學課程是3個學分,每個禮拜有3節課,本人的翻轉教室執行模式主要是以問題引導為主軸,除了一定的課本內容以外,系上也有要求一定的英文教科書與化學基礎知識內容必須完全的照顧到。因此找到美國ACS大學化學測驗題做為核心[1],每一個章節找出15題核心知識內容單選題,一節課以5題為重心,一般而言是本人先設計好,再透過E-Mail給化學教育專家修正建議,定案後公告給學生預先搜尋答案及其原因。接下來就是把過去上課的PPT投影片做大幅修正,每一章濃縮成15個投影片,一個投影片就是一個核心概念,盡量地不說出問題的真正答案,讓學生自己思考出答案。影片是使用Microsoft的免費OfficeMix軟體進行錄影,將影片內容放在Youtube平台上,透過FaceBook粉絲團發布訊息,學生在上課前會有題目和影片,先預習完再到課堂上課。 所有學生在第一節課時就被要求要上FB粉絲團按讚(見圖一),並依照化學程度自行找好組員,分配不同角色,隊長統籌一切,教練╱師兄╱徒弟╱跟班,各個角色互相協助互動,教師則從旁鼓勵引導。本人在成績設計上給予隊長學期總分90分起跳之優惠(沒有缺課請假),事後發覺非常有用。由於學生在家已經進行學習活動,因此真正上課時本人會將時間濃縮,變成每節課只有30分鐘左右,上課一開始就是小組討論,互相討論答案和原因(為什麼很重要),10分鐘以後再進行抽籤問答,討論期間教師遊走於小組間,督促隊長盡到領導工作,跟同學討論答案,找出沒有準備課程內容同學,督促與追蹤其下一次之預習行為。所有修課同學必須到FB粉絲團按讚,所有課程相關訊息都在FB粉絲團公告,當然每次下課後之平時考試連結與時間截止日期都會在這裡提醒。任課教師當然也必須立即在FB粉絲團中公告所有上課各組加分情形和缺課同學扣分名單以及未及時提交平時測驗同學名單等等訊息。也就是FB粉絲團就是老師與同學的交流平台,同學與老師都可以在這個平台上互相交流,任何課程內容觀念不了解的地方也可以透過這個平台與找到正確解答,或者溝通澄清。 圖一:靜宜大學大一基礎化學課程FB粉絲團   二、  上課了 本來是準備兩個籤筒,一個是組別籤,一個是角色籤,但想到科技進步到這個程度,總可以有更進步的方法。找到程式碼設計本翻轉教室的抽籤網頁[2],可以掛在任何伺服器上使用,當然也可以直接連結網址,直接更改姓名使用。剛開始上課,所有同學按照小組坐在一起,每一節課(50分鐘)花10分鐘時間討論5題關鍵單選題(預先公告在FB粉絲團)[3],重要的是不只要知道答案,要了解與說明為什麼是這個答案,只知道答案沒有用。教師則到處遊走,鼓勵同學討論,抓出沒準備同學,引導隊長主導討論流程。 停止討論後,逐題抽籤問答,答錯立刻由其他各組舉手搶答,只要是正確答案,立刻問〝為什麼?〞,把原來要教的內容,靠教師預先準備的引導流程,透過個人的主持功力,想辦法從同學口中說出來(見圖二)。原則上依照排定的角色,隊長答對時整組+1分╱教練答對時整組+2╱師兄答對時整組+3╱徒弟答對時整組+4╱跟班答對時整組+5,搶答時不照角色限制,任何人搶答答對整組+5,第二次補充答對整組+4,第三次補充答對整組+3,第四次補充答對整組+2,第五次補充答對整組+1。原則上答案會在第三次就補充答題完成,教師則盡量控制自己千萬不要講出答案,所有知識內容一定要透過學生口中完成。所有題目以及答案內容完全依照之前傳統教學時之內容修正而成,預先寫清楚〝關鍵話句〞會最好。     圖二:實際上課時同學互相分組討論以及抽籤搶答情形 在此舉兩個例題:原子結構和物質三態,如下所述。 第一個範例:原子結構 l  傳統教學時,解釋原子結構:以原子核為中心,原子核非常的小,如果原子像棒球場一樣大,原子核只佔一隻小螞蟻一樣大。電子繞著原子核永久不斷的運動,正負電荷吸引力與離心力互相抵銷。 l  翻轉教室時,討論原子結構的題目:如果原子像棒球場一樣大,原子核的大小大約為(a)西瓜  (b)投手  (c)汽車  (d)螞蟻  (e)房子 答案是(d)螞蟻,為什麼?原子核的體積只占原子體積的幾千億分之一。然而,在這極小的原子核裡卻集中了約99.95%的原子質量。原子核極其渺小,如果將原子比喻為操場的中間有一個顆棒球,這就是大致的原子與原子核比例大小。電子則是幾乎不占任何體積,並且繞著原子核不斷旋轉,永生不息。為什麼不會正負電中和,離心力與吸引力互相抵銷,所以電子運動速率要非常快,幾乎跟光速一樣。 第二個範例:物質三態 l  傳統教學時,解釋物質三態:氣體(蒸汽),分子與分子間距離極大,在教室空間中立即擴散,具有無限大體積。液體(如水),具有固定體積,但分子會自由移動,到到容器中會改變形狀,但體積固定。固體(如冰),具有固定體積,而且不會任意移動。 l  翻轉教室時,討論物質三態的題目:有一魔術骰子,可以丟出任何所要的號碼,最主要的原因是骰子裡面有(a)鉛  (b)汞  (c)鈦  (d)矽  (e)硫  答案是(b)汞,為什麼?需要拿出市售的魔術骰子給同學參考,另外也讓同學看一下破解的魔術骰子結構。6點的那一面是個蓋子裡面有兩種液體(汞和油)。液態的水銀的比重非常大,但是要如何丟出來所有你要的號碼?骰子的中心為空心,灌入一半的水銀和一半的沙拉油。丟骰子時,需要讓骰子中的液體略為沉澱在底部,由於液態汞的比重非常大,丟出去時一下子無法變動,就會丟出你所呈現的號碼。氣體立即充滿容器,固體形狀不會變動,「液體會隨容器變動形狀」是關鍵語句,這就是教師所要傳遞的關鍵化學知識訊息,只要同學講出這一段關鍵話語,這一題討論題就結束了。 三、  下課後 1.        透過Google表單,設計平時考試繳交機制,所有學生必須在12個小時內提交答案(所有題目和答案都已經在課堂上充分討論,尤其是為什麼是這個答案的原因與關連,記憶猶新)。所有學生提交資料再透過Flubaroo外掛程式自動更改考卷,並且將所有成績匯入Excel檔案,教師將所有成績資料轉入Access學生資料庫中管理。 2.        原則上每個禮拜進行一個章節之進度,也就是15個該章的核心概念(討論題目)之內容,讓學生透過翻轉教室的機制,直接由學生個人自己建構完成化學知識。 3.        透過FB粉絲團,即時地溝通所有學生的成績進度,讓學生自己控制每一個同學的學習狀況。 […]

《臺灣化學教育》第十三期目錄 / 2016年5月

Wednesday , 1, June 2016 Comments Off on 《臺灣化學教育》第十三期目錄 / 2016年5月

《臺灣化學教育》第十三期(2016年5月) 目  錄   n  主編的話 u  第十三期主編的話/邱美虹〔HTML|PDF〕 n  本期專題【專題編輯/洪振方】 u  化學探究教學/洪振方〔HTML|PDF〕 u  化學探究教學:介紹一本化學探究的免費書籍—Inquiry in Action: Investigating Matter Through Inquiry/林靜雯〔HTML|PDF〕 u  化學探究教學:融入綠色化學於化學探究課程設計(上)/周芳妃、張永佶、詹莉芬、陳祖望、繆慧娟、林依萱、王琳嘉、林采緹、鄭如芬〔HTML|PDF〕 u  化學探究教學:融入綠色化學於化學探究課程設計(下)/周芳妃、張永佶、詹莉芬、陳祖望、繆慧娟、林依萱、王琳嘉、林采緹、鄭如芬〔HTML|PDF〕 u  化學探究教學:引導國中生開發水災防治包專利作品的探究教學歷程/黃琴扉〔HTML|PDF〕 u  化學探究教學:思考才是關鍵—探究蠟燭之蕊/林瑞文〔HTML|PDF〕 u  化學探究教學:氧化還原反應的國中探究教學/林宣安〔HTML|PDF〕 u  化學探究教學:家政教室裡的化學探究—饅頭大賽/鐘建坪、何建中〔HTML|PDF〕 u  化學探究教學:淺談探究式教學在化學科展上的應用/曾鶯芳〔HTML|PDF〕 n  教學教法/化學課程與教學【專欄編輯/施建輝】 u  武陵高中跨科選修課程:科學生活家/張明娟、李嘉芳、張美慧〔HTML|PDF〕 n  教學教法/高中化學教學疑難問題與解題【專欄編輯/施建輝】  u  藍印術的另類實驗與探討檸檬酸根的反應/施建輝〔HTML|PDF〕 n  化學實驗/微型化學實驗【專欄編輯/方金祥】 u  創意微型實驗—微型變色自來水裝置與在化學教學演示上之應用/方金祥〔HTML|PDF〕 n  化學實驗/化學實驗含影片【專欄編輯/廖旭茂】 u  感熱紙的熱致作畫和酸鹼多段變色實驗/廖旭茂、黃家均、林群耀、廖心妍〔HTML|PDF〕 n  評量測驗/化學競賽【專欄編輯/方金祥】 u  指導學生科學展覽和獨立研究的態度與方法/曾鶯芳〔HTML|PDF〕

第十三期 主編的話 / 邱美虹

Sunday , 15, May 2016 Comments Off on 第十三期 主編的話 / 邱美虹

第十三期 主編的話 邱美虹 國立臺灣師範大學科學教育研究所教授美國國家科學教學研究學會(NARST)理事長(President)國際純粹化學與應用化學聯盟(IUPAC)執行委員會常務委員中國化學會(臺灣)教育委員會主任委員mhchiu@ntnu.edu.tw 提出一個問題往往比解決一個問題更重要,因為解決問題也許僅是一個數學上或實驗上的技能而已。而提出新的問題、新的可能性,從新的角度去看舊的問題,卻需要有創造性的想像力,而且標誌著科學的真正進步。                    愛因斯坦 於107年實施的12年國民基礎教育在總綱中指出,新課程應以素養導向、連貫統整、多元適性為主,國小強調「跨科統整」;國中自然科學以分科(生物、理化、地科)教學為主,跨科統整為輔;高中為分科教學(物理、化學、生物、地科),增加校訂必、選修課程。在高中必選修學分數與分配為部定必修12學分(全部高中生修習),其中包含物理、化學、生物、地科各2學分(合計8學分),〈自然科學探究與實作〉課程4學分,後者提供跨科統整與動手做、動腦想的學習機會。同時,部定選修32學分,含物理10學分、化學10學分、生物8學分、地球科學4學分。個人認為整體而言,自然科學必修學分從16學分降到12學分,12學分又分給四科,在高中一年級階段,每學科僅有兩學分,在這兩學分中,學生要完成修習四學科的基礎概念和實驗基本技能,方能在高中二年級的〈自然科學探究與實作〉的四個學分(上下學期各二)的課程中進行探究,以這樣濃縮的時數,又要馬兒好,又要馬兒不吃草,實在有點為難現場的科學教師。試想:若要在學校科學課程中落實探究與實作的活動並達到原來探究課程設計的初衷,教師必須在高一階段培養學生建構基礎的科學概念和進行探究所需的基本能力,高二必須要提供良好的探究與實作課程,再基於學生的背景知識與技能,提供適當的探究主題或問題以進行科學探究與實作活動與評量其成效,否則〈自然科學探究與實作〉的課程與教學,無異是緣木求魚,空有其名。反之,若能有好的配套措施(教師、教材、課程、評量等),真正落實探究與實作的科學課程,將危機轉為契機,我們可望在新的自然科學領域中透過師資培育提升自然科學教師的專業素養,並能培養出新一代具科學素養的學生(不分理工或人文社會),那國家的未來亦可藉此而更具競爭力。究竟探究課程在化學課程中要如何設計、學習表現應該是什麼才能彰顯這樣的課程是達到培養學生探究與實作能力的目標呢?此次本期專題便是以化學探究教學為主題,探討探究式教學如何可以落實在學校化學課程中。 本期專題領頭羊一文是由此次專題主編高雄師範大學科學教育暨環境教育研究所洪振方所長為讀者展開此次專題的介紹,洪教授過去長期投入科學探究研究主題,在此領域有深厚的基礎。此次特別用心邀稿,其文章內容兼顧既有的資源介紹、課室教學、校本課程的研發、競賽等等議題,合計七篇文章,提供有意於研發與實施探究課程的化學科教師參考。 首先由東華大學課程與潛能開發學系林靜雯教授介紹一本由美國化學會(American Chemical Society)出版的化學探究教材免費書籍—Inquiry in Action: Investigating Matter Through Inquiry,內容從〈科學問題及其探究〉到化學的基礎概念,適合3至8年級學生(7-12歲)學習也可延伸到11-12年級的教學,端視教師如何規劃課程內容。作者以第一章為例,說明如何從調查研究之問題出發,到研究流程、預期結果、活動單、評量的設計,可做為教學模組設計的框架。 其次是我將其他文章分成三類:第一類是與生活主題相關的探究課程、第二類是從學科概念出發的探究課程、第三類是以科展為主的探究活動。第一類是兩篇與生活情境相關的探究課程文章,分別是由高雄師範大學科學教育暨環境教育研究所黃琴扉助理教授撰寫的〈引導國中生開發水災防治包專利作品的探究教學歷程〉,其內容是在教學中融入環境問題本位學習(Environmental Problem-Based Learning, EPBL)的概念設計含有環境教育的教學模式;以及新北市立錦和高級中學(國中部)鐘建坪和何建中老師的〈家政教室裡的化學探究—饅頭大賽〉,讓學生從生活中的議題連結化學概念,使學生體會及認識生活情境中的化學,並透過活動發展學生的科學探究、反思、表達的能力。第二類有三篇文章是以學科本位出發而設計的探究課程,如臺北市立第一女子高級中學化學科周芳妃老師等人的校本課程〈融入綠色化學於化學探究課程設計〉,採取校內跨班選修探究式教學的化學課程,透過減量化學藥品培養學生發問、尋找變因、體會永續生態的重要性。其次是高雄市立左營國民中學林瑞文老師的〈思考才是關鍵—探究蠟燭之蕊〉,蠟燭燃燒現象是學校教學中常進行的實驗,簡單易執行的實驗過程,但要設計好的實驗引導學生思考並不容易,作者透過預測─觀察─解釋(Prediction-Observation-Explanation, 簡稱POE)的設計,激起學生使用先前知識、讓學生進行有目的的觀察與思考,再透過實驗蒐集證據,提出合理的解釋。如此循序漸進有系統的設計,可以讓學生集中注意力在自己學習內容的應用與反思。這一類的最後一篇文章是臺中市立長億高級中學(國中部)林宣安老師的〈氧化還原反應的國中探究教學〉,不願意學生失去探究科學的體驗機會,林老師透過課本的實驗引導學生進行邏輯思考與認識分析方法,並提供學生表達與提出自己想法與解釋的機會,再進一步驗證其所提出的想法,在有限的授課時間限制下,這不失為一可參考的實例。最後一篇也是屬於第三類的文章是由國立高雄師範大學附屬高級中學退休教師曾鶯芳老師撰寫的〈淺談探究式教學在化學科展上的應用〉,科展活動一向是最能展現科學探究歷程的一種科學活動,但也通常容易流於菁英教育,曾老師從四人科展小組的個案出發來介紹探究活動的進行歷程,並以個人的經歷談起如何推展出探究活動、帶領學生進行科展主題與問題的選取與驗證,但也於文末說明該校現行所有高一新生皆需參與科展的製作,且專業教師或教授會提供輔導,我想這樣的在全校展開全面普及科學探究活動的做法,才是有教無類、提升所有學生思考知能、問題解決、依據證據下結論的能力的培養。 最後,本期常態性專欄文章有國立武陵高級中學張明娟老師等人的〈跨科選修課程:科學生活家〉,其中非常特殊的是此課程結合化學、家政、國文三個學科的教師共同發展出的協同教學內容,其中包括(1)手工豆腐、(2)手工肥皂、(3)食用油的應用與檢驗的三大主題課程。不僅學習內容整合,且跨科教師的協同合作模式,更可供未來發展跨科的探究與實作課程之參考。國立新竹科學園區實驗高級中學施建輝老師的〈藍印術的另類實驗與探討檸檬酸根的反應〉,並介紹其他老師所使用的藍印術方式,施老師有進一步分別加以評析不同的實驗,對進行普魯士藍實驗的限制與其可行性;若要實施,亦可根據學校的經費與設備加以評估適用的實驗。其次,創意微型科學工作室方金祥教授介紹的〈微型變色自來水裝置與在化學教學演示上之應用〉,結合大氣壓力和虹吸現象與酸鹼中和反應對微型水龍頭流出之水進行酸鹼實驗之顏色變化的觀察。再者,國立大甲高級中學廖旭茂老師等人的〈感熱紙的熱致作畫和酸鹼多段變色實驗〉,該實驗演示是利用烙鐵,熱風槍以及指甲油瓶的酸與鹼溶液將傳真紙的特性及反應發生的原理加以介紹,並說明若有傳真紙塗層中可能存在發展劑─雙酚A,此化合物可透過勤洗手清除,但不可用乾洗手液,以避免導致吸收了雙酚A。最後一篇是國立高雄師範大學附屬高級中學(退休教師)曾鶯芳老師以其豐富的科展經驗再度將其個人如何帶領學生進行科展的歷程與成果分享給本期刊讀者,大家可一睹為快。

化學探究教學 / 洪振方

Saturday , 14, May 2016 Comments Off on 化學探究教學 / 洪振方

化學探究教學 洪振方 國立高雄師範大學科學教育暨環境教育研究所t1873@nknucc.nknu.edu.tw n  探究是科學學習的核心 探究是科學學習的核心,在參與探究時,學生要描述物體和事件、問問題、建構解釋、根據目前的科學知識測試這些解釋、以及與其他人溝通他們的想法。學生要確認自己的假定(assumption),使用批判思考和邏輯思考,並且考量各種可能的解釋。如此,藉由結合科學知識與推理和思考技能,學生能夠主動地發展他們對科學的理解(NRC, 1996)。為使學生在課室中的探究反映像科學家般的活動,教師要提供一定的經驗和工具,讓學生參與科學活動,探索和建構科學知識。然而,科學家的探究與學生的探究有著基本的差異,探究式教學是以比科學家的活動簡化一些的形式,使學生能夠參與,能夠理解和相互溝通(Lee, 2002)。將科學探究簡化成課室中的科學教學形式,起關鍵作用的是教師。 在探究式教學中,教師要時常作出決定。例如,如何啟動探究;如何鼓勵學生討論;什麼時候從小組活動轉變成全班討論;什麼時候及如何面對學生的迷思概念;什麼時候直接教授科學知識;以及如何最好地模擬科學技能和科學態度。在整個探究學習過程中,教師要處理好強調知識學習與聚焦探究過程二者間的張力關係。同樣,教師還面臨著教學進度與給學生充分時間作探索的困難抉擇。 本期的專題是《化學探究教學》,共有七篇專文,包括東華大學課程設計暨潛能開發學系林靜雯教授的〈介紹一本化學探究教材的免費書籍 Inquiry in Action: Investigating Matter Through Inquiry〉;臺北市第一女中周芳妃老師等人的〈融入綠色化學於化學探究課程設計〉;高雄師範大學科學教育暨環境教育研究所黃琴扉助理教授的〈引導國中生開發水災防治包專利作品的探究教學歷程〉;高雄市左營國中林瑞文老師的〈思考才是關鍵—探究蠟燭之蕊〉;臺中市長億高中林宣安老師的〈氧化還原反應的國中探究教學〉;新北市錦和高中國中部鐘建坪老師的〈家政教室裡的化學探究—饅頭大賽〉;高雄師範大學附屬高中曾鶯芳老師的〈淺談探究式教學在化學科展上的應用〉。上述七篇專文的作者有些對化學探究教學有深入的研究,有些在化學探究教學具有豐富的經驗,他們的文章內容有助於教師在探究式教學中作出有效的決定。 n  本期專題文章導讀 第一篇林靜雯教授的〈介紹一本化學探究教材的免費書籍〉,是以美國化學會2007年出版的Inquiry in Action: Investigating Matter Through Inquiry一書作介紹,這本書是以引導式探究教學作為物質科學課堂活動設計的基礎,主要適合3至8年級學生學習。本文簡介該書之概念及其結構,並以第一單元「科學問題及其探究」為例說明教學活動之結構。林教授指出,這是一本容易入門的探究教學指導手冊,內容豐富詳實,同時具有彈性,教師們可以依據學生的學習需求,加以變化成不同開放程度的探究活動。 第二篇周芳妃老師等人的〈融入綠色化學於化學探究課程設計〉,針對科學探究課程與綠色化學的關係、如何設計科學探究課程、科學探究課程如何落實綠色化學精神等作說明,並簡介了「綠色化學—探究與實做(I)、(II)」課程。作者指出,北一女中化學科團隊設計的選修課程,持續採用探究式教學的化學課程,不斷發展出許多新的教案,目前是許多學生選課的第一志願。近三年來,他們將「探究式教學」及「綠色化學精神」融入教學設計,採用正課留餘的化學藥品以及家庭常見的安全物質做為實驗材料,降低執行教學活動的成本。在探究教學過程,學生不僅學會發現問題與找到影響事件的變因,更能深刻體會永續生態的重要性。 第三篇黃琴扉助理教授的〈引導國中生開發水災防治包專利作品的探究教學歷程〉,本文以作者與高雄市圓富國中合作的化學探究實務教學為例進行分享討論,作者以自行開創之環境問題本位學習(Environmental Problem-Based Learning, EPBL)教學模式進行探究式教學,引導國中生由紙尿布啟發水災防治包的研發。結果發現國中生不但可以從生活環境中觀察出需要解決的問題,並能運用科學探究的精神與方法,自行開創研發水災防治包專利作品。作者指出國中生的創意無窮,而採用探究教學對於啟發國中生的獨立與創意思考,有確切的幫助。 第四篇林瑞文老師的〈思考才是關鍵—探究蠟燭之蕊〉,針對以往臺灣的教育以「知識灌輸」為主,致使學生不擅於思考和提出及解決問題,作者以自行設計之蠟燭實驗教案,說明如何以實驗、觀察與論述表達為教學主軸,來促進學生的思考。本教案之系列實驗,都是以POE(預測、觀察、解釋)模式進行教學,每一實驗均設計一些思考的機會,啟發學生探索燭蕊在燃燒中扮演的角色及相關的科學概念。作者強調蠟燭實驗容易進行又安全,實驗的角色猶如鷹架,可以引導學生將注意力集中在細部觀察與深度思考。 第五篇林宣安老師的〈氧化還原反應的國中探究教學〉,作者指出教師對實施探究教學的困難就是時間與進度的壓力,因此他強調從調整課本的實驗出發,在課堂中形塑出一個討論與願意深入研究的學習氛圍,如此教師就不必擔心探究課程的時間與進度壓力,而在教材的設計上也輕鬆許多。本文提供以課本實驗為本的探究教學實例,改編課本「氧化銅被還原成銅」的實驗,簡化使用器材與實驗過程,將課程目的放在結果分析,而非實驗操作技巧,並安排結構型的探究情境,試圖讓學生去發現開放系統和密閉系統對氧化銅還原的影響,過程中也引發了學生對未知答案的好奇,進而變成了開放式探究。 第六篇鐘建坪老師的〈家政教室裡的化學探究—饅頭大賽〉,作者認為學校的探究教學主要以課本實驗的改良為主,此限制學生的學習遷移效果,他指出應強化學生在生活情境中的探究能力與思考智能。本文提供一生活情境的探究教學實例,將探究活動融入饅頭製作的過程,讓學生經由自己動手操作與反思的過程,逐步找出饅頭製成條件與口感的關係,最後製作出好吃的饅頭。作者發現讓學生進行生活情境的探究活動,學生更能體會學科知識與生活實踐兩者間的關係,也較能夠將所學知識轉化應用。 第七篇曾鶯芳老師的〈淺談探究式教學在化學科展上的應用〉,作者認為探究式教學與獨立研究的精神一致,因此他偏好在科展指導的過程中充分使用,本文即以作者指導學生作科展的實例作說明,此科展作品的主題是:「萬年垃圾」的保麗龍有另外的價值嗎?內容包括尋找保麗龍磺酸化的方法、如何將「保麗龍膠」拿來進行離子交換、如何處理已吸附銅離子的廢膠。作者發現這組學生經過二年從事科展的探究活動,他們的默契、心智、技巧、科學素養、面對挫折與解決問題等能力,早已優於同儕。 n  參考文獻 Lee, O. (2002). Science inquiry for elementary students from diverse backgrounds. In W. G. Secada (Ed.), Review of […]

化學探究教學:介紹一本化學探究教材的免費書籍—Inquiry in Action: Investigating Matter Through Inquiry 林靜雯 國立東華大學課程設計暨潛能開發學系jingwenlin@mail.ndhu.edu.tw 許多科學課程重視動手做,但學生投入科學活動的同時,其實對科學過程或所涵蓋的概念所知甚少。因此,美國國家研究委員會在1996年出版的「國家科學教育標準」(National Science Education Standards, NSES)中便強調以「探究」教學法來解決這種問題。在臺灣,無論九年一貫課程或即將實施的十二年國教課綱亦皆強調科學學習應以探究和實作的方式來進行。但,究竟探究教學應如何進行?即使是教學現場多年的資深科學教師,也不見得能掌握精要。若您對如何進行探究教學同樣一頭霧水,不妨一同探索一本化學探究的公開教材—Inquiry in Action: Investigating Matter Through Inquiry(以下簡稱Inquiry in Action),如圖一所示,整本書下載網址:http://www.inquiryinaction.org/pdf/InquiryinAction.pdf。此書由美國化學會(American Chemical Society)出版,公開在網路上,內容非常豐富,包含學生講義和教師手冊,提供了一整套詳細的物質科學課堂活動設計,手把手地帶著3至8年級科學教師回應這個重要問題。 圖一:一本化學探究的公開教材 (圖片取自:www.inquiryinaction.org/) n  本書中探究的定義及特徵 對學生而言,「探究」指的是學生通過提問、觀察、測量、做實驗、基於證據進行邏輯推理,以及報導結果這個科學調查研究過程發展出來的一套能力與理解力。對於教師而言,「探究」或「探究式教學」指的是教師為了盡可能地讓學生參與科學調查研究所採用的策略和技巧。探究式教學最顯著的特徵是教師幫助學生識別並匯報研究,以及實施調查研究過程中,學生思維過程的展現。透過探究式教學,學生不但可以掌握學習內容,還可以學會進行科學探究的技能。Inquiry in Action這本書乃以引導式探究教學方法為基礎來設計課堂活動,其具有探究式教學的五項基本特徵:1. 學生藉由一個可用科學研究回答的問題開始進行研究;2. 學生仰賴證據嘗試解答問題;3.學生基於所搜集的證據來解釋對問題的解答;4. 學生評鑑自己的解釋;5. 學生就其提出之解釋進行溝通與辯證。 n  本書含括之概念及其結構 本書共包含1.科學問題及其探究、2.物理屬性、3.物理變化、4.固體、液體和氣體的溶解、5.化學變化、6.物質的狀態、及7.密度七個主題。這些主題的篩選乃基於美國「科學教育內容標準」(National Science Education Content Standards),以及對教師們進行問卷調查之結果。雖然這些基本概念主要適合3至8年級學生(7-12歲)學習,但教師還是可以藉由不同的提問策略、提供不同程度的引導,或調整詞彙難度,來加強中學10至11年級(14-15歲)學生對這些基本概念的理解深度。每個主題有數個活動,都圍繞著一個特定「調查研究」的主題。每一個「調查研究」之結構又包含1.「主要概念、課程目標和標準」、2.「活動材料」、3.「提供教師參考的科學背景知識」、4.數個詳細的教學「活動」、5.「評量規準」、及6.「複習與應用」等環節。 在「主要概念、課程目標和標準」中,本書又進一步區分出K-4年級及5-8年級兩種課程目標和標準,教師可以依據自己教學的需要,選定適合的學習目標。不過,這裡的課程目標和標準,為美國的課程,臺灣的教師仍需進一步參考九年一貫課程或十二年國教課程綱要進行轉換。而在「活動材料」部份,所有的材料都考量過安全性,且大部分的材料都是日常生活中就垂手可得的物品。此外,在進行實驗前,教師常需進行教學準備,例如:溶液的製備、準備小組使用的燒杯、在燒杯上貼標籤等等,這些繁瑣的事前準備,本書亦製作彩色書頁,特別將教師事前準備活動給獨立出來,是個貼心的小設計。而在提供教師參考的科學背景知識中,書中已經提供一些進階知識,但另有一些線上資源與影音資料供教師們參考選用。例如:分子模擬等補充資料,建議教師們有空時,不妨到此書的網站上探索。調查研究的最後,通常須對學生進行總結性的評量,在本書「複習與應用」一節中,提供了許多調查的回顧、動手做的活動和短篇文章閱讀等學習單,教師可以依據實際需求,選擇適合的活動進行評量。此外書中每單元皆有延伸的補充閱讀,標題為:「這是怎麼回事?」(“What’s going on here?”)此處的內容皆是在分子的層次解釋該單元中各項觀察,對小學生而言,這些解釋難度過高,但這些內容可以連結未來中學階段的延伸學習。 圖二:Inquiry in Action一書之教師資源網站 (圖片擷取自:www.inquiryinaction.org/) n  教學「活動」之結構:以第一主題「科學問題及其探究」為例 其中,「活動」這個環節最是鉅細靡遺,藉此幫助學生:識別與控制變因、設計實驗、報導觀察結果、在證據與解釋之間建立邏輯連結,並評鑑結果。每一項活動的設計包括以下這些元素:調查研究之問題、研究流程、預期結果、活動單和評量。此書的網站(www.inquiryinaction.org,見圖二)上方另有「Classroom Activities」選單,分別對應到書中的七個章節,方便教師快速瀏覽使用。以下藉由第一主題「科學問題及其探究」舉例說明如下: (一)調查研究之問題 […]

化學探究教學:融入綠色化學於化學探究課程設計(上) 周芳妃1, *、張永佶1、詹莉芬1、陳祖望1、繆慧娟2, *、林依萱1、王琳嘉1、林采緹1、鄭如芬1 1臺北市立第一女子高級中學2工業技術研究院綠能與環境研究所1, *fangfei7680@yahoo.com.tw、2, *cmiao@itri.org.tw 今年初受邀為《臺灣化學教育》的專題〈化學探究教學〉撰文,此時也正值北一女中化學科團隊受邀協助工業研究院辦理教育部專案計畫,籌備第二屆全國綠色化學教育種子教師培訓研習的工作,因此本文就一起引入本項研習工作的報導,也舉例說明本研習中的「綠色化學—探究與實作(I)、(II)」課程。 n  科學探究課程與綠色化學有何關係? 很多人聽到「科學探究課程」這名詞,第一個想法往往是「帶學生做實驗」,其實探究課程的設計不是只有做實驗這件事,但是,科學探究課程的多元設計中,一定也要有「動手做實驗、動腦飆科學」的實驗課程,進行實驗課程又涉及到實驗資源與藥品管理的多層問題。如果缺乏謹慎設計的科學探究課程,以目前國內所有高中職學生人數的規模,課綱的設計要求全部週週進行動手做實驗的科學探究課程,後果可能又重新陷入學校物資過度浪費以及處理廢棄物之費錢費工、或是經費不足導致無法開課的我國科學教育的老問題。 在1992年里約熱內盧舉行的地球高峰會(Earth Summit)是聯合國重要會議之一,同年,聯合國設立永續發展委員會(The United Nations Conference on Environment and Development, CSD),自1992年起一直是每年舉辦的高級論壇,以落實里約高峰會議的後續行動。多年來,永續發展委員會的焦點主題包括能源永續發展、工業發展、空氣與大氣層污染以及氣候變遷等重要議題,都與化學產業發展息息相關。急速走入低碳社會與能源轉化及輸送的迫切研究議題,使全球的化學技術與化工產業整合發展出綠色化學(Green Chemistry)原則,許多國家都確立了環境保護、防止污染及資源再生的國策,發展採用最少資源和能源消耗,並產生最小污染排放的化學技術。我國的學術界與工業界很早就推動綠色化學議題與研究交流,經由國內多方力量的整合,教育部在民國104年也成立「綠色化學教育網」(見圖一),來協助國內高中職教育的實驗課程,並整合到我國107新課綱課程中的「探究與實作」課程與化學實驗課程中。 圖一:民國104年教育部成立綠色化學教育網(網址:http://chem.moe.edu.tw/green)。 n  如何謹慎設計科學探究課程? 進行探究式教學中,學生必須有假設、預測、操作、提出問題、追尋答案…等經驗,以便建構新的知識。學生在分組進行活動或討論的過程,過程本身就是一種學習。如果教師希望著手設計科學探究課程時,課程主題可涵蓋多元方式,但是在教與學的歷程,教師扮演著引導與協助的角色,進行的課程內容是由學生主動學習,主動建構知識。 在高中的科學實驗課程中,實驗教學設計可簡分為數種層次,這些層次的實驗教學設計,在在都要考量人、事、地、物、時間與經費等因素,才能落實課程的執行(見圖二)。高中實驗課本所介紹的課程設計大都是按照步驟操作,並且希望可驗證課本知識的教學策略,此策略就類似「食譜式」教學。國內也有很少數的中學科學教師們會承擔了指導學生參加科展的任務,每年也只有很少數的學生有機會接受教師的專題研究個別指導,科展指導就是高中科學實驗課程中最高層次的教學策略了。回顧我國四十多年來的高中科學實驗教學設計,大多教師就以這兩種教學策略為主。 圖二:我國四十多年來的高中科學實驗教學設計,大多教師就以食譜式及科展指導的教學策略為主,在在都要考量人、事、地、物、時間與經費等因素,才能落實執行課程。 因應我國中小學科學教育中,採取探究式教學對於我國未來人才培育工作益發重要,科學教師想要落實探究與實作課程時,教師應因學生的個別差異來提供引導,建議採用下列的科學實驗課程的設計指標做為參考,可收事半功倍之效。依據實驗問題、步驟、答案的分項控制,控制「給予」或是「開放」,可將科學實驗課程的設計指標分為四層(見圖三),有文獻指出第壹層為結構式探究(structured inquiry),第貳層為引導式探究(guided inquiry),第參層是開放式探究(open inquiry)。探究式教學課程的入門設計可以從第壹層、第貳層開始,科展指導教學策略通常屬於第參層的教學策略。基於因材施教、有教無類的教育宗旨,教師進行實驗課程設計時,務必考量學生程度與教學時間,也可將實驗教學設計的四個層次加以活用,搭配到不同教學進度之中。 圖三:著手進行實驗課程的設計指標,務必考量學生程度與教學時間,也可將四個層次的實驗教學設計加以活用,搭配到不同教學進度之中。 n  科學探究課程設計有校外教學的範例嗎? 科學探究是否一定要搭配實作課程?實作課程的設計是否一定就要在實驗室呢?在此介紹「北一女中鄰近的購物資源」的校外教學設計(見圖四A、B、C),簡單說明科學探究實作的課程設計富有很大的彈性。目前北一女中高一跨班選修的化學科選修課,一學期為單位,每週2小時課程,上、下學期共開了4個班級,學期課程名稱為「科學探究課程與創意關卡設計」, 其中校外教學的課程已經執行到第六年,目前在這門課中安排2次的校外教學課,套用實驗課程的設計指標如表一所示,表格中提及的科學創意關卡設計在此不詳細介紹,就欣賞一些活動照片(見圖五A、B)。 表一:套用實驗課程的校外教學課設計指標 課程設計指標 問題 步驟 答案 評量方式 第一次校外教學 [給予] 實驗室內的各式各樣的用品與化學試劑是多少價錢? [給予] 提供教案與地圖,在六個路口範圍的18個商店裡,自由逛街。 [開放] 蒐集各式化學試劑、度量工具與各式瓶瓶罐罐價錢資料。 結束攝影活動的分組報告1分鐘。 下次上課播放,全班進行分享與交流。 第二次校外教學 [給予] 如果要進行自己的科學創意關卡設計,除了學校提供的各式回收物資之外,還需要找到什麼? […]

化學探究教學:融入綠色化學於化學探究課程設計(下)/ 周芳妃、張永佶、詹莉芬、陳祖望、繆慧娟、林依萱、王琳嘉、林采緹、鄭如芬

Wednesday , 11, May 2016 Comments Off on 化學探究教學:融入綠色化學於化學探究課程設計(下)/ 周芳妃、張永佶、詹莉芬、陳祖望、繆慧娟、林依萱、王琳嘉、林采緹、鄭如芬

化學探究教學:融入綠色化學於化學探究課程設計(下) 周芳妃1, *、張永佶1、詹莉芬1、陳祖望1、繆慧娟2, *、林依萱1、王琳嘉1、林采緹1、鄭如芬1 1臺北市立第一女子高級中學2工業技術研究院綠能與環境研究所1, *fangfei7680@yahoo.com.tw、2, *cmiao@itri.org.tw 〔承《化學探究教學:融入綠色化學於化學探究課程設計(上)》〕 n  科學探究課程設計如何落實綠色化學精神? 在北一女中高一跨班選修的化學科「科學探究課程與創意關卡設計」課程中,都是儘量使用正課回收留餘的化學試劑。另外,北一女化學科從民國99年起,首創在每年的校慶活動中也辦理「化學宅急便嘉年華」,接待來賓操做實驗關卡與闖關活動(見圖六)。每年接待人數也是都達到千人規模,因此,善用回收資源與化學試劑,以及落實「低毒」、「物盡」、「防廢」…等的綠色化學的原則,也都是辦理化學宅急便活動要事先考量的注意事項。綠色化學的原則也強調「保安」與「思危」,因此在實驗相關的課程設計中使用到化學試劑時,也要引導學生操作使用「化學品全球調合制度」(簡稱GHS)網頁,閱讀GHS網頁資料中的「危害物質危害數據資料」(見圖七)。     圖六:北一女中「化學宅急便」嘉年華的【綠色化學與永續能源】闖關活動。落實多項綠色化學的原則:防廢、物盡、低毒、保安、降輔、節能、再生、簡潔、催化、可解、監測、思危。(詳見《臺灣化學教育》之報導,https://531.9e9.myftpupload.com/?p=5138)   圖七:使用「化學品全球調合制度」GHS網頁資料中的「危害物質危害數據資料」畫面(網站:http://ghs.osha.gov.tw/frontPage/index.html)。 經由國內多方力量的整合與推動國內的綠色化學教育,教育部也從民國104年起辦理「綠色化學教育種子教師培訓課程研習營」(見圖八),協助高中職的化工科與化學教師未來進行課程設計時,也能納入綠色化學的多項原則。研習活動成功引起國內教育界眾多迴響,再加上民國103年教育部首創的「綠色化學創意競賽」,教育部也就順勢設置了「綠色化學教育網」。 民國105年第二屆的綠色化學教育種子教師培訓課程研習營今年四月底時也圓滿落幕,研習課程中特別安排介紹了「綠色化學—探究與實作(I)、(II)」課程,也現場體驗一些探究與實作課程的進行方式。「綠色化學—探究與實作(I)、(II)」課程包含: 課程(I):彩幻珠實驗,校內實務授課時數為6~8小時。 課程(II):小綠綠晶體與藍印術,校內實務授課時數為6~8小時。 圖八:教育部自104年起,辦理「綠色化學教育種子教師培訓課程研習營」(詳見綠色化學教育網:http://chem.moe.edu.tw/green)。 圖九:105年第二屆「綠色化學教育種子教師培訓課程研習營」(詳見綠色化學教育網:http://chem.moe.edu.tw/green)。 上述的「綠色化學—探究與實作(I)、(II)」課程中,也設計了每人發放綠色化學實驗寶盒1套及一個24格–細胞培養皿(見圖十),綠色化學實驗寶盒使用一般PE材質餅乾盒做為外盒,可反複使用,也可做為小水盆,內裝一些滴瓶、塑膠小盒、PE材質小滴管,都可以反複使用,另外也放了一些玉米塑膠杯。玉米塑膠杯材質為聚乳酸(PLA),可在環境中分解,又稱環保塑膠。這三年來校內實驗教學與進行化學關卡服務的經驗發現,24格–細胞培養皿是非常耐用的器材,塑膠材質透明度非常高,容易清洗,而且即使在格子內操作製造氣體泡沫再點火燃燒的實驗,也不會發生損壞,而且安全度高,不會出現以往玻璃容器碎裂傷人的困擾。細胞培養皿中每格容量約2 mL,一個輕薄短小(手掌大小)的24格–細胞培養皿就可操作有24支小試管才可進行的實驗工作 (見圖十一) 。「綠色化學–探究與實做(I)、(II)」課程中,另外也利用養晶的廢棄溶液重新設計趣味實驗「藍印術」,結合文化與藝術素養,採用微量(1 mL)容器Eppendorf裝置,及低廉價錢的化學試劑進行探究的課程,涵蓋學習四大化學反應類型(酸鹼中和、氧化還原、光化學、配位化學、沉澱養晶)(見圖十二)。   圖十:「綠色化學—探究與實作」課程中的綠色化學實驗寶盒及24格–細胞培養皿。   圖十一:24格–細胞培養皿的應用,相當於操作有24支小試管才可進行的實驗工作。    圖十二:設計趣味實驗「藍印術」,結合文化與藝術素養,採用微量(1 mL)容器Eppendorf裝置,及低廉價錢的化學試劑進行探究的課程。 n  結語 民國99年起,北一女中的課程發展委員會決議依照當時課綱的安排,啟動了高一跨班選修課程,過了兩年之後,進而發展成特色課程。經過這六年來,北一女中化學科團隊設計的校內跨班選修課程,持續採用探究式教學的化學課程,也不斷發展出許多新的教案,透過課程滾動式執行與省思,由於教學相長,本校化學科團隊教學與課程設計的能力也更加精進,且化學科的選修課程在綠園中的學姐學妹口碑相傳,目前仍是許多學生的第一志願選課。近三年來,我們進一步將「探究式教學」及「綠色化學精神」融入教學設計,採用正課留餘的化學藥品以及家庭常見的安全物質做為實驗材料,大大降低執行教學活動的成本,在探究教學過程,學生不僅學會發現問題、找到影響事件的變因,學生更深刻體會永續生態的重要。目前我們也積極主動協助教育部探究課程與綠色化學教育的推廣,希望與國內熱愛科學教育的老師們一起努力,綠色化學教育更蓬勃發展。 n  師生心得和感想 在105年綠色化學教育種子教師培訓課程中,協助籌備並且擔任講師與小助教的北一女中師生的心得和感想,整理如下: 〔莉芬老師的格言〕 科學探究課程設計的精神:累積面對小挫折的態度,才有勇敢面對大挫折的勇氣。累積解決小問題的策略,才有勇敢解決大問題的能力。將科學的理論「學以致用」以解決問題。「心想」與「事成」之間執行力的培養。 〔阿佶老師的格言〕 綠色化學精神:減毒減廢減量,用行動愛地球。 感恩的話:感謝教育部,工研院繆慧娟研究員,還有高工職的化工學群中心工作人員及楊其煜主任,當然還要感謝花蓮美菊老師及所有演講者,及我們北一女中團隊阿妃老師,莉芬老師,祖望師,阿佶老師,還有四位準大學生的高三小綠綠,二天的研習帶給來自臺灣各縣市的高中職老師們,減毒減廢減量的創意實驗,順利圓滿成功。期待下一次相聚,感恩。 〔祖望老師的格言〕 傳承與創新精神:難得的機會讓來自全國各地的化學老師們聚在一起,綠色化學的推廣實在是需要大家一同努力。每位老師都有不同的創意和聯想,匯集起來就是一個了不起的計畫!同樣一個實驗,有的人想到如何行銷,有的人想到如何與家庭親情聯結,有的人想到如何跟國際接軌,真正是集思廣益,團結力量大! 愛地球格言:人類已經生產太多垃圾與汙染,保護地球需要大家一起來努力! 〔小助教依萱的心得〕 綠色化學理念:環保、節能、減量,這些概念在現今社會已是人人都能朗朗上口的概念,除了在日常生活中落實,究竟還有哪些方面可以努力的呢?令我十分意外的,竟然是化學。這次參加綠色化學種子教師研習營的我,事前分裝實驗器材的過程非常有趣,一個小小的餅乾盒內裝著小滴管、小瓶子等各種迷你版的實驗器材,藥品更是每人份都在1毫升上下,這麼少量做出來的結果卻和傳統實驗的效果不相上下,甚至多了攜帶方便的優點,也減少了大量藥品消耗和有毒物質使用的汙染,這真是值得大大推廣的綠色化學概念,身為一個學生的我,能一齊和來自全臺各地的老師們,了解綠色化學在生活、在教育、在產業的重要性與發展性,實屬難能可貴!很感謝北一女中化學科老師的邀請!也盼望老師們能多多舉辦類似活動,宣傳綠色化學理念! 〔小助教琳嘉的心得〕 交流與分享的快樂:這次綠色化學的實驗讓我深深體驗到減廢減量的重要性,並且瞭解利用原本多餘的廢液竟然也能做出另外一項有趣的實驗,它讓我開始思考平常有哪些東西是我們可以多節省的,又有什麼是我們可以重複再利用而非直接丟棄。參加這次的研習活動我也體悟到交流的影響力,除了能夠瞭解別人在做些什麼還能從中學習到新的知識與認知。這次研習的其中一位演講者許景翔科技公司總經理也說:「我從不害怕分享,反而認為分享能提高自己的能力。」我認為分享是很可貴的,因為分享,我們才有可能激盪出更亮麗的火焰,也因為分享,我們才能讓整個社會一起進步,造就雙贏的局面。參加這次綠色化學的活動,我不單單是學到了許多化學的新知,更體認到人生重要的道理,真的是獲益良多,也非常感謝為這個活動付出甚多的老師們以及工作人員們! 〔小助教采緹的心得〕 精彩課程回顧:這次被北一女中化學科老師邀請去幫忙綠色化學教育種子教師培訓課程,從事前的學習練習和器材分裝搬運,到4/21、4/22活動時的攝影助理任務,不乏疲累和埋怨,收穫卻是更多的。 在操作由北一女中主持的兩個實驗「七彩幻珠」和「藍印術」時,我從簡單的實驗步驟和原理中體驗到樂趣的取得不需要繁複的知識和設計,只需要一些創意和巧思。一個簡單的酸鹼中和搭配不同指示劑就能創造出無限的色彩,激發思考,使參與者們聯想到多元成家、尊重包容等。藍印術運用了草酸鐵鉀的感光性質,讓自己的創作能被印在浸了染液的濾紙上,結合藝術、養晶廢液和綠色化學。將此實驗指導給其他學生、老師操作,都能引起他們了解化學原理的興趣,甚至產生新發現。我和其他三位夥伴自行操作時便發現配置染料時加入原料的順序會大大影響藍印術的顯色效果。活動當天,也有老師意外發現蘇打粉能夠將濾紙上的藍色轉變成淺黃色,非常有趣。藉由動手實驗,我培養了追根究柢、自發探究的精神。 活動中的精彩演講也帶給我許多啟發。中國化學會趙奕姼秘書長在第一天的演講詳細的解釋「綠色化學原則與願景」給不懂綠色化學就傻傻地來幫忙的我。同日晚間,擁有豐富生態農業經驗的廖美菊老師娓娓道來眾多自身經歷,談真正健康而無毒的農業。最令我印象深刻的便是他在自己農場上觀察到的生態現象。「生命是不穩定而不斷在尋求動態平衡的系統」,廖老師語重心長地向聽眾們傳遞自然、不求最大營利、細膩了解生態系統的農業方法才能健康無毒、永續發展。第二天,研習活動邀請劉宏信教授和吳重霖廠長來分享他們在實驗室安全和廢液回收的專業,讓常常做實驗的我意識到做實驗前後的安全和廢液處理的重要性。下午,許景翔總經理為我們介紹urban […]