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 高雄市立新莊高級中學 Email:even8246@gmail.com 前言 「北花蓮全民科學週」自2015年發起,至今邁入第十年,透過「探究式學習」、「動手做」、「教中學」及「合作學習」等方式,促進學生學習科學的興趣與動機。活動每年徵選主題教案,結合教育部十二年國教課綱,聚焦於實驗設計的「知識性」、「動手操作」與「創新趣味」,讓科學探究融入課堂。活動由國立東華大學北花蓮科普團隊主導,自然資源與環境學系楊悠娟教授領導,攜手物理學系曾賢德及葉旺奇教授,聯合科普推廣夥伴共同開發一系列探究實作活動,目的是透過趣味與實踐,讓學生在課堂中體驗科學探究的魅力,提升學習成效與素養(仿生與環境實驗室,2024)。 本教案節錄自2022年第八屆「北花蓮全民科學週」參與教案甄選入選「國中組」最佳教案設計(如附錄所示),透過微量焰色實驗融入教學的活動過程,讓學生們更能連結焰色與觀賞煙火的真實情境,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(劉曉倩、謝佶霖,2022)。 課程設計理念 在人們的節慶與活動中,時常看見五光十色的煙火,煙火秀在各地一直都是眾所期待的跨年節目之一,象徵著迎接新年與邁向新氣象的儀式。此外,在春節、中秋節等節慶時,也能看見民眾一家團圓,一齊施放煙火或舞動著仙女棒的和樂場景;而澎湖縣政府舉辦的國際海上花火節,更是澎湖縣最具代表性的大型觀光活動。在孩子們的生活歷程中,或多或少都有施放或觀賞煙火的經驗,而煙火色彩絢爛繽紛的色彩背後,蘊含許多科學原理;本教案由此切入,引導學生理解其中關連,透過實作促進學生思考背後的成因,並連結焰色與原子光譜的相關概念。 煙火原理 煙火的組成主要包含發光劑、燃燒劑、花火劑及其他助劑,各成分共同作用,創造出絢麗的光影與聲音效果。發光劑負責產生火焰的亮度與顏色,通常包含提高火焰溫度與增加光效的鐵粉(Fe)、製造強烈的光芒效果的鋁鎂合金,以及提供各式焰色的金屬鹽類。燃燒劑負責提供燃料與氧化劑以維持高溫燃燒,常見的成分有黑火藥、石油燃燒劑及金屬燃燒劑,而氧化劑則包含硝酸根(NO3-)、氯酸根(ClO3-)及過氧酸根(ClO4-)等含氧化合物,用於提升燃燒效率。花火劑主要產生絢麗的火花效果,常添加鎂粉(Mg)、鋁粉(Al)或碳粉(C)等亮光劑;同時使用聲響劑,如過氯酸銨(NH4ClO4)與硝酸鉀(KNO3),來創造響亮的聲音效果,增添施放煙火的視聽震撼。此外,其他助劑(如催化劑、抑制劑及膠黏劑)則用於調節燃燒速率、穩定反應及製作煙火結構。 焰色反應原理基於電子激發與能量釋放的過程,當金屬鹽類置於火焰中加熱時,金屬鹽類中的電子吸收熱能,從能量較低的基態躍遷至能量較高的激發態。然而,激發態的電子不穩定,會迅速回到基態,並釋放多餘能量。這些能量以光子的形式發出,光子的波長取決於電子躍遷過程中的能量差;若釋放的光波波長位於可見光範圍內(約380至760奈米),肉眼即可看到火焰呈現特定顏色。由於不同金屬鹽具有特定的能階結構,其電子躍遷釋放的能量和對應的光波長也不同,因此每種金屬鹽類都具有專屬的焰色,這些焰色即是金屬元素的光譜特徵。表1為常見的金屬鹽類焰色,因為金屬鹽類焰色的獨特性,除了應用於絢爛繽紛的煙火外,焰色反應亦可作為辨識特定金屬元素的依據,是一種快速、簡便的元素檢測方法。 表1 常見的金屬鹽類焰色及波長 金屬鹽類 鋇鹽 鍶鹽 鈉鹽 鉀鹽 銅鹽 焰色 綠色 緋紅色 黃色 紫色 青綠色 波長(nm) 536~554,614 640~707 589 404 515~529 資料來源:What salts change the colour of flames? https://stason.org/TULARC/science-engineering/chemistry/18-8-What-salts-change-the-colour-of-flames.html 微量焰色實驗 一、設計理念 在教授高中選修化學II第一章原子結構時,常提及能階與電子躍遷的概念,並探討不同元素在此過程中釋放的特定光波,進而解釋絢爛煙火的色彩來源。然而,僅靠口頭講解對學生而言難以直觀理解,因此,本文以微量焰色實驗,透過燃燒產生各色可見光,幫助學生透過肉眼觀察焰色現象。若教學時數允許時,除了本文中的微量焰色實驗外,建議可搭配微量化學實驗:製作五彩焰色試驗棒(賴亭伶、陳斾玎,2016),帶領學生動手DIY,進一步從做中學,掌握煙火色彩的發光原理。 本實驗設計時結合「綠色化學」理念,透過藥品減量及安全操作,實現資源有效利用與環境保護的雙重目標。焰色反應是一項經典且具有吸引力的化學實驗,但傳統實驗通常耗用較多藥品,可能增加廢棄物產生量。本實驗取用微量金屬鹽類,僅需2小匙藥匙的藥品量,大幅降低實驗過程中的資源消耗。藉由鑷子與藥用棉花球,可減少清理難度,同時降低對實驗器材的依賴。 二、實驗器材與藥品 (一)實驗器材 紙杯5個、鑷子1支、藥用棉花2球、打火機1支、藥匙5支、燒杯1個 圖1 微量焰色實驗的實驗器材 (二)實驗藥品 甲醇(CH3OH)、氯化鋇(BaCl2)、氯化鍶(SrCl2)、氯化鈉(NaCl)、氯化鉀(KCl)、硫酸銅(CuSO4) 圖2 微量焰色實驗的實驗藥品 三、實驗步驟 […]
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*1、陳平2、鄭晉哲2、羅文琪2、范智傑2、呂家榮2 1.臺北市立第一女子高級中學 2.國立臺灣師範大學化學系 ffchou@gapps.fg.tp.edu.tw 前言 鐵與其化合物的應用與人類文明發展息息相關,與鐵元素有關的各種天然物或商業產品皆觸手可得。在大學普化課程與高中化學課程中,鐵元素及其化合物的相關知識是課程中介紹生活重要實例不可或缺的例子,例如:生產氨的哈伯法使用鐵做為催化劑;氯化鐵(FeCl3)是不少化學合成的重要引發劑;英國大笨鐘數字上的普魯士藍染料也含有(+2)和(+3)氧化態的和亞鐵氰化鐵(Fe4[Fe(CN)6]3)。現行課綱的高中選修化學介紹過渡元素之單元內容,以含有鐵元素的血紅素介紹配位化合物,示範實驗也以鐵離子與草酸根形成的錯合物為重點,這些現行課綱高中選修化學的範例皆已觸及有機物與金屬離子結合的化學領域。 本篇內容介紹的實驗設計乃整合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(張昭鼎紀念基金會,2024),居禮營的實驗設計非常重視強調綠色化學原則,使用輕便可攜式且可重複使用的器材、藥品劑量也大量減少並避免產生難以處理的廢棄溶液。此實驗內容導入1973年諾貝爾化學獎的代表性化合物:二茂鐵(Ferrocene,C10H10Fe,簡寫為Fe(CP)2)或稱為二環戊二烯亞鐵(Dicyclopentadienyl iron),提供學生認識有機金屬化合物以及鐵離子之電子轉移變化,設計照光步驟讓學生觀察有趣的散射現象,並指導學生利用常見的積木和簡單電路元件組裝成測定裝置,以幫助學生學習定量分析的原理。 實驗先備知識 一、二茂鐵的簡介 (一)成為有機金屬化學領域里程碑的二茂鐵 二茂鐵是意外發現的一種有機金屬化合物,外觀為橙黃色固體,其化學結構有如夾心三明治,故暱稱為亞鐵三明治(見圖1)。1940年代聯合碳化物公司(Union Carbide)研究人員曾發現熱的環戊二烯(Cyclopentadiene,C5H6)蒸氣通過鐵管會出現堵塞管道黃色汙泥,1951年美國杜肯大學(Duquesne University)Peter L. Pauson和Thomas J. Kealy二人使用氯化鐵和環戊二烯基溴化鎂(cyclopentadienyl magnesium bromide,C5H5MgBr)進行實驗,雖未能得到預期產物,但意外得到一種非常穩定的橙黃色固體。同時,英國氧氣公司(British Oxygen)研究人員Samuel A. Miller、John A. Tebboth和John F. Tremaine三人將環戊二烯和氮氣的混合氣體通過鐵催化劑時,也獲得了橙黃色的固體。 之後,由Robert Burns Woodward、Sir Geoffrey Wilkinson和Ernst Otto Fischer經由各種鑑定證據而分別發現二茂鐵的三明治結構。基於這項發現,Fischer 甚至成功合成出二茂鈷和二茂鎳。二茂鐵的發現啟動環戊二烯基環(Cyclopentadienyl ring,C5H5)和過渡金屬的π鍵錯合物的化學,進而開創有機金屬化學的新領域。1973年,Ernst Otto Fischer和Sir Geoffrey Wilkinson因其於有機金屬化學領域開發具有三明治結構化合物的傑出貢獻而獲得諾貝爾化學獎。 圖1:二茂鐵的外觀與結構:(a)橙黃色固體 (b)結構式(c)球與棍型之分子模型 (引自英文維基百科:Ferrocene,2024) (二)可促進改善空氣品質的二茂鐵 二茂鐵加熱時容易分解,產生活性含鐵自由基。這些自由基可作為催化劑,在油料燃燒過程中引發鏈鎖反應,導致燃料分子更快氧化。二茂鐵的鐵基自由基可氧化煙灰顆粒,防止其形成和生長。二茂鐵也可降低油料的著火溫度,使油料更容易點燃,燃燒更完全。二茂鐵具有上述多種特性,使其成為有效的燃料添加劑,具有促進油料更快、更完全燃燒的優點,提高燃油經濟性且避免形成煙灰,實現更乾淨的燃燒,大幅減少一氧化碳、碳氫化合物和PM2.5微粒等有害污染物的排放。但是二茂鐵作為燃料添加劑,需搭配油料特性找出最佳濃度條件,其潛在缺點是過量添加’將使高溫引擎內的氮氣與氧氣化合,增加氮氧化物排放量。 二、實驗安全須知 二茂鐵的工業需求很大,生產成本低廉又售價便宜,頗適合推廣於營隊或專題實驗課程,但進行實驗設計與教學工作,務必檢查下列注意事項: (一)事先查詢二茂鐵的物質安全資料表,查看GHS(Global Harmonized System)標示 養成實驗前先查詢化學品的物質安全資料表的習慣,是學習善用化學品與保護實驗安全的基本工作。二茂鐵的物質安全資料表警示語為「危險」,其GHS標示有四項(見圖2)。 圖2:二茂鐵的GHS標示 (二)實驗避免事項 […]
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1,2 1國立東華大學化學系,2國立東華大學東台灣農藥殘留與毒物檢驗中心 Email: ckchiang@gms.ndhu.edu.tw 前言 2024年9月台東縣金峰鄉發生一起疑似食物中毒事件,一位阿嬤自製的小米粽導致多名食用者中毒和住院,其中三人不幸喪生。當檢驗單位進行農藥殘留檢驗分析時,在食餘檢體及患者的血液樣本中皆檢測出托福松(terbufos)。托福松主要用於防治十字花科蔬菜的害蟲,但不應用於小米等作物。托福松的急性中毒症狀包括噁心、嘔吐、呼吸困難等,可能迅速導致昏迷或死亡,對人體健康造成嚴重威脅。一般而言,托福松是一種半致死劑量相對較低、毒性極高且具有神經毒性之有機磷農藥。 十二年國民基本教育中引入農藥殘留檢驗的基本知識,對於學生的科學素養和未來學習具有深遠影響。根據教育部《十二年國民基本教育總綱》和《自然科學領域課程綱要》(教育部,2014),此概念知識不僅能提升學生對食品安全及環境保護的認識,亦能掌握重要的科學概念和技能。舉例來說,農藥殘留檢驗涉及化學、生物和環境科學等多領域知識,學習過程中學生能理解農藥的使用、影響及其檢測方法,提升相關的科學素養。 本文中,筆者結合Barrows教授的問題導向學習法策略(Problem-Based Learning,PBL)(Barrows,1986),引導學生思考及探索農藥殘留相關問題,進而理解國家推動農藥殘留檢驗的正當性與重要性。本文將闡明政府機關建立之農藥基本定義,簡介新興的樣品前處理技術QuEChERS(Quick, Easy, Cheap, Effective, Rugged, and Safe)分析法原理,以及現今農藥殘留檢驗技術的發展。這些主題不僅對於理解農藥對環境和健康的影響至關重要,亦能幫助讀者掌握相關的科學知識和技術,進而提升食品安全意識。 農藥的基本原理與最大殘留容許值 農藥是用來防治農作物及其產品上的病蟲鼠害與雜草的化學物質。可幫助提高農作物的產量和品質,但同時也可能對人體、動物和環境造成一定風險。因此,農業部動植物防疫檢疫署於2018年制定《農藥管理法》(全國法規資料庫,2018)來管理農藥的登記、進口和販售,主要目的是保護農業生產和生態環境,防止有害生物及農藥對人體和環境的危害,並確保它們在使用時不會對健康和環境造成危害。 一、農藥的標示方式 根據農藥管理法(全國法規資料庫,2018),農藥是指用於防治農林作物或其產品所遭受的病害、蟲害、鼠害及雜草,或者用於調節農林作物的生長及影響其生理活動的物質,還包括調節有益昆蟲的成長過程。一般來說,農藥名稱通常由三個主要部分組成,提供農藥市售產品的重要信息。以「18.2% 益達胺水懸劑」為例: (一) 成分含量(18.2%):說明農藥中有效成分的含量。若百分比越高,表示農藥的效力越強,能更有效地防治害蟲或病害。 (二) 原料名稱(益達胺):說明農藥的主要成分名稱,用來對付哪些害蟲或病害,以及如何發揮作用。 (三) 劑型(水懸劑):說明農藥的物理形式,液體、粉末或其他形式。本例中,「水懸劑」代表一種液態農藥,使用時需要將它和水混合。 上述命名方式不僅幫助我們識別不同農藥,亦確保使用時能遵循正確的安全和操作指南,保護自己和環境。 二、農藥常見的種類 依照農業部動植物防疫檢疫署(2023)建置的農藥資訊服務網,整理我國農藥管理及展望,表1節錄台灣常見施用與具有較高毒性之農藥: 表1 台灣常見施用與具有較高毒性之農藥 農藥類別 農藥普通名稱 毒性 有機磷劑 (0rganic phosphate) 愛殺松、托福松、陶斯松、甲基巴拉松、達馬松、福瑞松、美文松、 劇毒、中等毒 氨基甲酸鹽劑 (Carbamates) 納乃得、加保扶、加保利、滅必蝨、免賴得、貝芬替 劇毒、中等毒 合成除蟲菊精類 (Pyrethroid) 賽滅寧、百滅寧、亞滅寧、芬普寧、護賽寧 輕毒 有機硫磺殺菌劑 (Dithiocarbarmates) 鋅錳乃浦、甲基鋅乃浦、免得爛 輕毒 舉例來說,有機磷農藥是一種含磷化合物,通常以“XX松”命名,可通過口服、皮膚接觸或薰蒸等多種途徑進入蟲體,發揮殺蟲作用,廣泛用於農業、控制害蟲和病害。當人類誤食有機磷農藥,將抑制人體中膽鹼脂酶之活性,造成乙醯膽鹼積聚在神經系統中,導致中毒者的神經過度刺激,產生流口水、流眼淚、噁心、嘔吐與呼吸困難等毒性症狀。由於有機磷具有強烈親脂性和滲透性,使用時農業工作者應穿戴適當的防護裝備,以減少皮膚接觸和吸入的風險。 三、半致死量農藥最大殘留容許值 […]
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1,2、林靜雯*3 1臺北市立幸安國小 2臺北市自然領域輔導團 3國立臺北教育大學 自然科學教育學系 jwlin@mail.ntue.edu.tw n 前言 自從教育部在2019年開始實施12年國民基本教育課程綱要以來,強調素養導向的課程、教學與評量,在自然科學領域課程中揭櫫科學知識、科學能力及科學態度同等重要。在這次自然科學領域的課程綱要中,特別將原來在國中學習階段的「粒子」概念,提早至國小學習階段來建立。從許多研究文獻都顯示,學生不容易從平常生活的巨觀現象,來察覺與體驗次微觀的粒子想像,學習粒子概念對國小學生來說,是相當困難的,也會產生許多直觀上的迷思概念。因此,這是對國小自然科學領域教學的一項新挑戰,也是較無前例可循的課程設計與教學嘗試。 n 特刊的目的與結構 因此,本期臺灣化學教育與國小自然領域教材教法中心合作,特別規劃「新課綱粒子觀點教學的挑戰」一特刊,邀請專家教授、教科書編輯主編、縣市自然科學領域輔導團團員,以及現場的自然教師,就不同課程與教學的位置,從理論到實踐中探討有關粒子單元的內容,可以怎麼規畫安排及如何教學,才能讓國小學生對粒子建立正確的概念,奠定未來學習階段進一步探究粒子概念的基礎。本期特刊共有八篇專文,先從理論架構著手,接著以教科書編輯觀察與觀點,作為理論架構與教學實務的連結,最後介紹多位自然領域輔導團團員及資深教師的教學實踐。感謝這些作者撥冗將自己多年對物質粒子概念寶貴的教學理念與實務,轉化為文與社群同好分享與交流。 n 理論架構與課程設計 第一篇文章為國家教育研究院吳文龍與黃茂在兩位研究員站在新課綱規劃的角度,提及微觀世界的認識對於提升奈米技術和量子力學這些新興議題,納入課程具有銜接及啟發學生好奇心和創造力的重要地位,因此有必要下放至國小進行教學。但因為這些概念十分抽象,因此在教學方法上需要有配套措施。例如應用模型和建模的教學策略,開發有效教學模組,協助教師設計課程,並且與國中和高中階段一起深化、擴展形成連貫性的學習經驗,都是此主題下放至國小階段進行教學時應一併考量的重點。 接著,林靜雯教授的《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》一文,引介三個國外有關粒子方面的重要研究,分別是Merritt和Krajcik(2013)、Wiser、Frazier和Fox(2013) 以美國為課程背景的研究,以及一個英國與希臘共同合作,以物質本位(Substance-based)的架構切入提供了一個有別於由物質三態切入之架構的研究(Johnson & Papageorgiou, 2010)。林靜雯教授將臺灣課綱的規劃與上述三篇研究對照,認為臺灣目前國小的領綱規劃與國中相同,皆是採用「固態、液態和氣態」標準學派的框架,沒有因應不同學習階段學生的認知能力進行再概念化,因此迫切需要對科學知識結構、課程知識的理解,及小學生認知發展與概念改變歷程有清楚的掌握,考量以Johnson 和Papageorgiou 的作法,另規劃其他適合國小學童的物質粒子框架有其必要性! n 教科書編輯的觀點 教科書部分,《教科書如何引導國小學童認識粒子概念》作者盧秀琴教授本身亦是教科書的主編,她從編輯教科書的理念與經驗中,點出「引導學童認識空氣和水,溫度影響水的三態」的學習重點。並轉化成編輯教科書中年級的「空氣和水」、「蒸發、凝結、凝固、融化」、「毛細現象」等單元,以及高年級的「植物體內水的運輸」、「空氣的組成」、「天氣變化」等單元,這些都是粒子概念的重要連結活動。特別是在「水的三態變化粒子模型」中,嘗試透過「繪圖模擬,了解水分子(粒子)會不斷的運動,固態的冰,粒子排列整齊,有固定的形狀;液態的水,粒子排列鬆散,可自由移動;氣態的水蒸氣,粒子運動更劇烈,彼此距離變大。」提供學生有別於傳統指導學生認識水的三態變化教學。由上述理論及教科書編輯觀點,其實都隱藏著較為長期規劃的觀點來看物質粒子的教學設計。 n 教學實踐案例 而在教學實務端,本期共有五篇專文,其中三篇由空氣的特性、熱脹冷縮或與燃燒之間的關係帶入粒子的觀念:臺北市輔導團員陳淑苾教師與沈白玲教師,於《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》一文中,思考如何將粒子概念轉換成小學生能理解的教學設計與學習活動。她們根據文獻及「奇妙的空氣」的教材內容,設計了一堂「學生能理解及解釋空氣可以被壓縮」教學活動。整個教學設計引用林如章教授「起、承、轉、合」四個階段的探究歷程,發展出中年級學生粒子概念的學習活動。經教學實作結果,作者推介透過多元表徵教學以提升學生的學習興趣,並幫助學生粒子模型概念的建立。」新北市輔導團的王亭雅老師,於《國小粒子建模教學課例分享–以熱脹冷縮教學為例》一文中,分享她選擇空氣熱脹冷縮這個主題進行建模課程設計時,如何引導學生建立模型。她的重點在於觀察「學生在學習粒子概念時會遇到哪些問題」、「學生在建立模型時老師要如何給予協助」以及「學生是否能夠自己修正模型」這幾個問題。實施過程中,她反思認為欲實施建模課程帶領小學生認識物質粒子的概念,教師需能敏銳地外化並觀察學生建立的模型,時時思考「學生的模型涵蓋什麼概念」及「學生的模型缺乏什麼概念」,方能幫助學生安排活動或鷹架,讓學生能藉由活動或鷹架啟動自我修正模型的模式。老師在此過程中是連結者或說是關係建立者,協助連結複雜概念和模型、連結巨觀和微觀的現象,也協助學生連結與評鑑自己和他人所建模型的不同。另一篇《促進學童對『燃燒與空氣』單元學習成效之教學活動設計》,是臺北市自然領域輔導團的楊世昌教師所著。他指出學生學習「空氣的組成與反應」單元,和教導燃燒和鐵生鏽時,發現會有「蠟燭熄滅是由於氧氣耗盡」的迷思概念。因此,參考粒子概念的內涵、皮亞傑的認知發展理論、及科學概念的邏輯發展階段與學習歷程,進行本文的教學活動設計。希望可以透過現象觀察、動手操作及影片觀看,導引學生從粒子模型的建立中,探討燃燒過程中空氣成分的變化,進一步轉化於解釋鐵生鏽過程中的氣體成分變化。並在教學省思中提出「強化探究活動建構科學概念、善用粒子模型提升學習成效、善用行動載具提高學生參與」的建議。 緊接著,施春輝教師以《108課綱國小自然科粒子概念教學研究–以水溶液單元為例》一文,從粒子的三種表徵面向,設計國小學生探究溶解的概念。在巨觀層面的「溶解的觀察–你溶我溶」、次微觀層面的「溶解的顆粒大小–誰能穿透」和符號層面的「認識微小粒子–神奇粒子」三個教學活動中,讓學生體驗與建立溶解過程中的粒子模型。最後,桃園市輔導團的王秋雯老師,亦選擇模型與建模的教學策略,在《國小自然科物質粒子觀點建模課程設計與教學》一文中,介紹其如何於符合學生生活經驗及思考邏輯下,嘗試將微觀粒子的概念融入原有六年級「熱」與「天氣」單元教材脈絡,藉由繪圖及文字表徵方式蒐集學生之粒子模型,觀察學生逐步建立粒子觀點模型之歷程,從而幫助學生接近科學家的粒子模型。 n 結論與建議 總結以上,面對粒子概念要提早在國小教授,無論是在教材的呈現、教科書的轉化、教學組織的設計與學習活動的內容與安排,需要長期、一貫性的課程規劃及創新的策略與方法,這些,在在都是教育工作者全新的挑戰。現場教師可能會感到陌生和疑慮。本期特刊的內容則嘗試以學理基礎、教科書內容,及專家教師的教學經驗與設計案例,提供了在教導粒子概念時的課程規劃與教學活動設計時的寶貴參考。希望能引導現場教師找到有效的方向,協助大家在教學中順利應對這一挑戰,為學生建立扎實的粒子概念奠定基礎。 n 參考文獻 Johnson, P., & Papageorgiou, G. (2010).Rethinking the introduction of particle theory: A substance‐based […]
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1、黃茂在2 國家教育研究院 課程及教學研究中心 1 ntnu.wl.wu@gmail.com; 2 nature170@gmail.com 前言 現今科學教育中,培養學生理解微觀世界的能力成為重要課題,特別是奈米技術和量子力學等新興議題的引入,更進一步提升了微觀尺度下科學教育發展的重要性。奈米技術涉及物質在奈米尺度下的特性與應用,而量子力學則探討物質和能量在極小尺度下的行為,這些概念雖然高度抽象,但對現代科技的發展有著至關重要的影響。科學課程中將這些影響到生活事物的新興議題納入課程,不僅能夠啟發學生的好奇心和創造力,還能讓他們更早接觸前沿科學發展,為未來的學習打下堅實基礎。 在國小教育階段,科學概念的引導對於未來的學習具有深遠影響。根據十二年國民基本教育總綱(教育部,2014)與自然科學領域課程綱要(教育部,2018)(以下簡稱新課綱),新舊課綱的差異包括粒子概念、細胞概念與能量形式與轉換等方面,這些調動不僅影響課程內容的安排,也對教學策略提出了新的挑戰(教育部,2019)。本文標題所提到的挑戰即是學生認知發展與教材開發之間的平衡,為了有效地引導學生理解抽象的微觀粒子概念,教學策略採取了以模型與建模為核心的方法,並結合科學探究與實作,提升學生在學習過程中的思考智能與問題解決能力。這些策略不僅幫助學生逐步適應未來的科學學習,還能增強他們的科學素養和探究能力。 綜合上述,本文的動機與目的將探討為何需要在中小學教育中引入微觀粒子概念,以及在新課綱中如何逐步引入微觀粒子概念,進而銜接高國中小各教育階段。搭配教材與教學模組研發計畫的一系列成果,引導讀者理解應對新課綱中微觀粒子概念教學的需求與資源配套。 粒子概念的理論基礎與課綱定位 一、粒子概念的理論基礎 科學教育歷來注重學生對科學知識的學習歷程,尤其是涉及科學知識的本質及其認知過程(Chi, 2005; Posner et al., 1982; Vosniadou, 1994)。科學知識體系具有高度的抽象性和邏輯性,特別是在微觀表徵方面,常對日常生活中的巨觀現象提供不同的解釋。Novick和Nussbaum(1981)指出,粒子本質應包括以下特徵:1. 物質由粒子組成;2. 粒子非常小(不可見);3. 粒子之間沒有任何東西(真空);4. 粒子不斷運動;5. 粒子之間有交互作用。由於粒子無法直接觀察且其運動不可見,學生即使經過相關教學,仍常存在另有概念或迷思概念,有些甚至由教學內容產生。 物質三態變化中常見的另有概念,整理過去文獻後(吳文龍等,2019),可從「物質組成面向」(Benson et al., 1993)、「物質性質面向」(Johnson, 1998)、「三態物質的結構」(Stavy, 1990; Tsai, 1999)及「物質三態變化」(Coştu et al., 2010)四個面向進行相關概念探討。 (一)物質組成面向:學生常在物質組成與結構上出現連續觀與粒子觀。而隨著教學進行,學生逐漸轉為粒子觀,但有些學生仍會混合兩種觀念。 (二)物質性質面向:三態物質的微觀粒子運動速率與距離不同,導致各自不同的性質。但學生容易將物質性質直接視為粒子性質,例如:認為冰塊的較硬,造成組成冰的粒子也較硬。 (三)三態物質的結構:物質在三種物質狀態的不同結構,常見另有概念,例如:因溫度高時物質外觀、重量或大小變化,認為消失的水蒸氣重量較輕。 (四)物質三態變化:對於物質三態變化過程中,學生無法只以運動速率快慢來解釋,而產生的另有概念,還會與粒子間作用力造成能量轉換有關,需透過教學逐步澄清。 總結來說,粒子概念的教學需要從多個角度出發,包括從巨觀到微觀的轉換,以及從抽象的科學知識到實際生活的應用。透過模型與建模的教學方法,幫助學生建立起對粒子結構和行為的理解,並且將其應用到日常生活和科學研究中。此外,課程中還需要重視學生對於科學知識的認知過程,及時澄清他們可能存在的另有概念或迷思概念,從而培養學生的科學思維能力和解決問題的能力。 二、粒子概念的課綱定位 (一)教育階段的概念銜接 隨著十二年國教總綱於2014年底的發布,自然科學領域新課綱也隨之展開研修,並於2018年9月完成審查。為了確保新舊課綱之間的順利銜接(教育部,2019),特別關注國中小階段的課程差異,並探討未來教學的銜接策略。其中微觀粒子概念在新課綱中尤為突出,國中階段原本較為抽象的粒子概念被提前至國小高年級教授,用意以減少國中與國小之間的概念落差。這一改變旨在使學生在進入國中之前,已經具備基礎的微觀粒子概念,從而能夠更好地理解和應用這些知識。微觀粒子概念不僅提供了解釋巨觀世界的模型基礎,也銜接了從原子到宇宙的教學單元,形成一個完整的科學知識體系。 因此,粒子概念的教學不僅是讓學生記憶粒子運動的各種特性,更重要的是提供學生理解科學現象的思考工具和方式。透過對粒子概念的強調,並調整呈現方式適切的納入國小階段學習內容,在國小階段強調「主體經驗為主,客體經驗為輔」的前提下,由教學實務回饋對國小中、高年級不同階段學習內容做必要之調整。學生能夠以新的視角理解從微觀的原子結構到宏觀的宇宙現象,逐步建立起一個從基礎到高階的完整知識體系,為未來高中教育階段深入學習奈米技術和量子力學等新興科學領域建立基礎。 (二)抽象概念的具體化模型思考工具 模型在日常生活上經常是對應到實體、可操作的物品,而在科學研究上,科學家會用以探討自然現象的運作模式,預測觀察或實驗的結果(張志康、邱美虹,2009)。在國小階段對模型概念多數以實體模型為主,提供不同比例觀察、視覺化或實物操作的學習經驗。而在粒子概念模型上,進一步將科學中抽象概念具體化,強化學生對於抽象概念的分析思考。以粒子相互間的運動和微觀結構為例,粒子概念模型做為學生抽象概念的思考模型工具,由微觀的角度(粒子運動)解釋巨觀的現象(三態變化)。且學生對微觀念建立具體化模型後,也易能與其他人分享所學,促進使用更多科學語詞或方式溝通。由上可知,透過科學模型(model)與建模能力(modeling ability)同時提供「系統思考」與「溝通傳達」,這兩方面能力也是總綱核心素養的重要發展方向。 表1 建立模型之學習表現說明表 (整理自教育部,2018) 類別 […]
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 國立臺北教育大學 自然科學教育學系 jwlin@mail.ntue.edu.tw n 前言 在科學教育的領域中,物質粒子模型不僅是重要的核心概念,亦被認為是許多化學概念的「門檻概念」(threshold concept)。這意謂著,如果學生能充分理解這個概念,其他相關的概念也能順利理解與遷移,反之,則圍繞著此核心的概念學習皆會有所阻礙(Ayas et al., 2010;Karataş et al., 2013)。過去,我們多將此概念規劃於中學學習,但因為粒子肉眼不可見,以及個別粒子行為經由各種組合,卻形成和微觀個別粒子行為截然不同的巨觀物質性質,這樣的抽象性使得中學生的學習狀況一直不盡理想。學界對此結果的因應持有不同見解,有的學者主張將這樣的抽象概念學習移往更高年級(例如:Fensham, 1994; Harrison & Treagust, 2002),有的學者則主張只要「好好規劃」學習進程(Learning Progressions, LPs),即使是小學生也有機會成功理解該模型(例如:Johnson & Papageorgiou, 2010; Merritt & Krajcik, 2013)。最近的教育改革趨勢傾向於將這一概念提前於國小高年級課程引入,以儘早建立孩子們對自然界基本結構的理解。臺灣的108課綱亦呼應提早教授此門檻概念的改革潮流,首次將物質粒子模型的概念納入國小高年級課綱。因此接下來,我們勢必得詢問:怎樣架構此門檻概念的理論架構可以稱之為「好好規劃」呢?本文將引介重要文獻希冀給臺灣物質粒子模型的課程規劃一些啟發。 n 引介國外K-6階段物質粒子模型之相關研究 本文主要引介三個研究,前兩個研究來自於《Concepts of Matter in Science Education》(Tsaparlis & Sevian, 2013)一書中以美國為課程背景的研究,另一個研究則是英國與希臘共同合作的研究,此研究以物質本位(Substance-based)的架構切入提供了一個有別於由物質三態切入的架構。 一、美國課程背景下的學習進程 2013年Tsaparlis與Sevian主編了《Concepts of Matter in Science Education》一書。這本書大部分的章節來自2010年11月5日至8日在希臘雅典大學舉辦的“Particulate and Structural Concepts of […]
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 國立臺北教育大學自然科學教育學系(所) 新北市國民教育輔導團 國小自然輔導小組 新北市板橋區沙崙國小 f1205299@go.edu.tw n 前言 十二年國民基本教育課程綱要的自然領域中,首次「建立模型」下放至國小階段的指標內容,國小階段的自然老師們皆須開始思考如何在課堂中培養學生「建立模型」的能力,本文作者嘗試以建模設計課程,並選擇以肉眼看不見的「物質粒子概念」,讓學生嘗試自己建立模型。 本文作者在實施課程的同時,也想在觀察「學生在學習粒子概念時會遇到哪些問題」、「學生在建立模型時老師要如何給予協助」以及「學生是否能夠自己修正模型」這幾個問題,後續將分享課程設計、教學實施語教學成效及省思。 n 課程設計 一、物質粒子概念重要性 所有國小教師在十二年國民教育課程綱要下,需先面臨思考如何讓學生探究眼睛看不見的粒子,且大多數教師會疑惑對學生來說要學習看不見的現象是否太困難。 首先,化學家對化學概念分為三個概念層級-巨觀、次微觀和符號,巨觀指實驗及經驗;次微觀指基於物質的粒子理論以解釋巨觀;而符號只是為了表現這些巨觀的現象,化學家較普遍使用的符號表徵(Johnstone, 1991)。有學者認為往往低估了學生抽象思考的能力,學好科學概念應該要妥善發展巨觀、次微觀和符號三種概念表徵之間的轉換(謝秉桓等,2014),而Samarapungavan等人(2017)也提出二年級學生也能學會簡單的粒子模型說明不同狀態的物質和特性,並且能解釋相變化。 因此能得知物質粒子概念在國小階段透過巨觀的現象去想像思考是能夠學習且重要的。 二、建模教學理念 關於讓學生自主建模的過程,Clement(2008)提出教師在課堂討論中,學生的正確或不正確想法被認真對待時,可以培養學生主動學習和推理。學生從形成粗略的初始模型,再慢慢逐步接近目標模型,這過程中學生的模型可能有一些是不正確、還有一些則是部分正確,為了幫助老師在這複雜的組合中進行決策,老師需要設計討論活動,協助學生判斷應該先處理什麼,其次處理什麼,所以教師在任何特定時刻都在處理這些想法,提供溫和或更強的鷹架,以促進學生建構,引發學生對模型的一部份進行修正或補充,從錯誤的部分正確再到更正確的模型會被逐步的發展,這個過程會繼續形成更多中間模型,直到達到目標模型(如圖1)。 Clement(2008)同時也提出教師須幫助學生相互交流,將學生描述的內容(無論正確與否)都畫在黑板或海報上,或者讓學生畫出自己的模型,在小組作業中提供一個視覺上以及口頭上的交流。當討論陷入僵局,教師須提供足夠的鷹架、引導性問題、提示、新的觀察、先前的評論、不一致的問題或訊息等,使學生的推理可以進行。 根據以上內容,本文作者認為老師在建模中的角色不是「幫學生評價模型的優缺」,而是設計活動幫助學生「將模型可視化」,以及在課堂中「視學生的需求給予鷹架」的角色。因此本文作者在課程中不會直接給予孩子的模型進行是否正確的評價,而是安排鷹架,讓學生在建模時嘗試自己修正模型。 圖1模型演化、鷹架和共建的圖解(Clement,2008) 三、教學對象與學習目標設定 本文設計的課程結合「熱脹冷縮」的巨觀現象,讓學生認識微觀的「物質粒子概念」。教學對象為校內科學社團高年級學生,依十二年國民教育課綱自然領綱為第三階段,故分別選擇與「熱脹冷縮」及「物質粒子概念」相關的學習內容,及與「建立模型」及「用繪畫表達模型」相關的學習表現,使用矩陣的方式設計學習目標(如下表1)。 表1學習目標 四、概念圖 本文認為授課教師需清楚巨觀及微觀之間的連結,才能在課程中確認學生目前的模型具備哪些概念,或缺少了哪些概念,進而利用文本、問句或學生彼此的模型作為鷹架,幫助學生評量自己的模型是否還有需要修正的部分,因此繪製概念圖如圖2。 由概念圖可以得知造成巨觀現象「熱脹冷縮」的主要原因是「因熱能增加,使粒子運動速度變快,粒子間的距離變大,使得整體體積變大;而反之熱能減少,粒子運動速度變慢,粒子間的距離變小,使得整體體積變小」。 圖2熱脹冷縮之粒子概念圖 五、教材選擇 在教課書中,是由「錐形瓶上套氣球,放入熱水中觀察氣球膨脹,放入冷水中觀察氣球縮小」的實驗證明「氣體熱脹冷縮」的現象。但本文作者認為將套氣球改成抹上泡泡膜,泡泡的膨脹和縮小能直觀氣體體積範圍的變大和變小(如圖3),更能幫助學生理解氣體的熱脹冷縮,故實驗教材改使用「錐形瓶口抹上泡泡膜,放入熱水中觀察泡泡膨脹,放入冷水中觀察泡泡縮小」的實驗來證明「氣體熱脹冷縮」的現象。 圖3泡泡可看出氣體體積範圍變大變小 註:紅色斜線為氣體體積範圍 n 教學實施 本文之建模教學課程設計是依據林靜雯與李宜諺(2024)整理文獻提出的「建模本位探究(Modeling-based Inquiry, MBI)循環的教學鷹架」做為架構(見圖3),以下說明各階段實施內容。 圖4熱脹冷縮建模教學流程圖 觀察定題的階段,教師以「錐形瓶口抹上泡泡水,依序放入熱水及冷水中,觀察泡泡膨脹縮小」的巨觀現象,讓學生親自操作,並以此現象定題「為什麼放入熱水和冷水後,泡泡會變大和縮小呢?」,並讓學生解釋原因。 圖5觀察定題階段之學習單紀錄 模型建立的階段,教師以問句「假設如果用超級大放鏡可以看到很微小的顆粒,可能可以看到什麼變化呢?」提問,讓孩子依看到的現象,利用繪圖的方式表達自己的初始模型來解釋現象。 圖6模型建立階段之學習單紀錄 調查研究的階段,因粒子太微小沒辦法直接觀察,無法使用實驗驗證,本文作者使用粒子觀點的文本及PhET當作探究的鷹架,提供孩子思考的線索依據,同時也讓學生以小組協作繪圖的方式進行對話討論,再讓各組的分享。分享時,教師會協助於黑板記錄學生提到重要的概念,並提醒學生「建立的模型」與「提出的概念」是否互相符合。 藉由組間分享,教師引導學生察覺同樣的現象之下,不同的人建立出的模型也會不同,也能多方面讓學生思考自己的模型跟別人哪裡不同?哪部分正確?哪部分錯誤?進而能自己修改模型。 圖7調查研究階段提供的PhET氣體特性和文本資料 圖8調查研究階段互相聆聽彼此的模型 模型評鑑的階段,教師再次提供類似的巨觀的現象,讓學生利用前面學習的粒子模型嘗試遷移到新的現象進行解釋。本課程以「將尿尿小童放到熱水中將空氣排出,再次放到冷水中吸水,澆熱水將水噴出」的現象,讓學生再次進行模型評鑑。 圖9模型評鑑階段,學生再次使用模型解釋尿尿小童的現象 n 教學實施成效 […]
新課綱粒子觀點教學的挑戰: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1、沈白玲2 1臺北市大安區龍安國小 2臺北市大安區新生國小 1 N6671@mail.laes.tp.edu.tw 2 blshen@snes.tp.edu.tw n 前言 物質的粒子性質是自然科學學習過程中許多科學概念理解的基礎,學生透過粒子概念的學習,可以將觀察到的物質現象,進行一致性的解釋。因此,培養學生以粒子概念進行思考是有其重要性的。12年國教課綱強調大概念的學習,將部分粒子概念內容,由原先的國中階段移至國小進行學習(教育部,2018)。但是,國中、小學生的認知能力和學習特性並不相同,如何將粒子概念轉換為小學生能理解的方式,並進行有意義的學習,是本教學設計所欲達成的目標。 n 文獻探討 12年國教課綱中強調在國小第二學習階段,中年級的學生要能經由觀察自然現象之間的關係,理解簡單的概念模型,並進而與其生活經驗相連結。國小第三學習階段高年級的學生要能經由提問、觀察及實驗等歷程,探索自然界現象之間的關係,建立簡單的概念模型,並理解到有不同模型的存在(教育部,2018)。然而,國內過往粒子概念的模型教學並未在國小階段強調,因此以國、高中學生為對象的粒子概念相關研究居多(謝秉桓等,2007;張淑華,2020)。國小學生學習粒子概念的論述較少,其中大多偏重於第三學習階段的高年級課程。 顧炳宏(2007)曾經以國小高年級學生為研究對象,設計粒子觀點的引導式探究教學活動。該研究指出藉由五個由具體到抽象的教學活動,確能讓學生感受粒子的微小特性,但其教學活動設計與12課綱強調的素養教學不太一致,所使用的學習材料,例如氯化氫、重鉻酸鉀及氨等化學藥品,在現今國小教學現場上並不容易取得,因此有實施上的困難。周正秋等(2019)則以美國中學的化學教材,設計成適合臺灣國小高年級學生動手做的實驗課程。讓學生透過觀察水滴凝聚等相關現象來察覺水的特性,並輔以影片及教師講述方式進行粒子概念的教學。國家教育研究院(2017)所研發的教材示例也以國小高年級為對象,讓學生透過「黏土分分分」來認識物質大小的描述、操作積木來認識微小粒子組成較大物質等粒子概念,並應用於理解中年級「空氣特性、水的三態變化、物質溶解」等已學過的現象。這些課程設計的內容豐富多元,但教材內容大多是以觀察活動直接類比物質的粒子性質,學生少有探索想像的空間,若直接轉換應用於第二學習階段中年級的課程,能否讓認知能力仍處於具體運思期的中年級小學生建立簡單的概念模型與粒子概念,進而循序漸進並順暢地與第三學習階段的高年級學習內容銜接,整體的教學策略與設計值得進一步的試探。 根據國內外的相關教學研究指出,教師進行模型教學時,可以先營造問題情境喚起學生的先備經驗,並適時提供資訊促使學生提出可能解答,以引導學生建立趨向專家的模型,並可經由多次反覆的練習,使學生能內化成為能力 ( Hanke, 2008 )。教學過程中要連結學生的學習經驗並診斷學習狀況,以協助學生進行推理與解釋,同時也須建立表徵,讓學生的想法可視化(Visualizion),使模型結構和應變項間有連結關係及修正的機會(王嘉瑜,2016)。表徵的方式可分為具體、語言、視覺、數學和動作等五種類型 ( Boulter & Buckley, 2000 ),多項研究更指出以多元表徵的方式進行教學,能減輕學生認知負荷,同時也能修正學生的迷思概念、有效促進概念的深層理解、增進學生的解釋能力,使學生對學習具有較正向的看法(林靜雯等,2005;鍾曉蘭,2015)。因此,本教學研究構思讓中年級的學生透過擬人化的肢體動作來演示、比較現象,口語表達或畫小人偶來陳述其肢體動作的意涵,進而圓點貼紙類比小人偶來解釋觀察的現象。亦即,藉由多元表徵策略來提升學生探索想像的空間,培養其思考、判斷、表達的能力,促進他們建立初步的粒子概念。這教學構思先在三上期末放假前,以「空氣的特性」單元一節課試探學生對粒子概念的學習情形,進行教案修訂,期待能延伸應用到接下來的「物質溶解」及「水的三態變化」等單元的教學設計。 n 教學活動設計 一、 教材 教材以國小康軒版三上自然課本第三單元奇妙的空氣,作為教學設計的主要參考資料。教學目標為「學生能理解及解釋空氣可以被壓縮」。教學時以LoiLoNote為教學平臺,將教學內容串接成投影片,如圖1所示。三上階段以實體學習單讓學生書寫,三下則預定試著利用平台傳送與繳交功能,讓學生在平台上書寫與繳交學習單,提升師生、生生之間互動的機會。 圖1:空氣可以被壓縮的相關教材內容 二、 教案 教案以一堂課40分鐘的教學進行設計。教師先提供氣球充氣前、後變化的教學情境,再邀請學生扮演空氣角色以模擬所觀察的現象。肢體創作後,學生將演出內容以小人偶記錄在學習單中以鞏固概念。然後老師根據先前做過的空氣壓縮實驗,並輔以填充煙霧的注射筒在壓縮時產生濃淡變化的實驗影片,並提問學生思考空氣在壓縮前後所產生的變化。課程內容可分為起、承、轉、合四階段,分述如下: 表1 教學活動與學生學習流程 教學流程 學習情境與內容 學習狀況與表現 起 情境鋪陳、關鍵提問: 1.教師鋪陳讓學生觀察未打氣的氣球逐漸灌入空氣時的變化。 2.教師提問:空氣看不見,想一想若利用童軍繩當氣球,到幼兒園小朋友前表演,你們會怎麼呈現情境中氣球充氣的前後變化,合理地表現出空氣的特性? 比較異同、發現問題: 學生從教師的演示中,比較氣球充氣前、後的體積變化,連結生活經驗說出充氣量的差異、空氣佔有空間。構思可能的表演方式,來呈現氣球充氣前、後的差異與空氣的特性。 承 演一演、畫一畫: 1.教師邀請2位學生專門拿著童軍繩當氣球,做出氣球未灌入空氣的形狀,接著再慢慢加空氣(其他學童)進去呈現氣球逐漸打氣的樣子。進行擬人化肢體動作的角色扮演,來模擬觀察到的現象。 2.教師邀請孩子邊演邊表達想法,並透過提問,引導學生觀察細節,邊演邊修,愈演愈合理。 3. 讓學生比較學習單的圖示,把角色扮演時的情境利用畫小人偶的多寡來呈現童軍繩圍住不同人數的分布情形。 觀察實作、畫圖記錄: 1.學生進行擬人化肢體動作的角色扮演,並在老師的提問中進行修正。 […]
《臺灣化學教育》慶祝十週年專刊:恭賀《臺灣化學教育》迎接創刊十周年 陳玉如 中央研究院化學研究所特聘研究員 中國化學會(臺灣)理事長 yujuchen@gate.sinica.edu.tw 喜聞《臺灣化學教育》(Chemistry Education in Taiwan, CET)創刊十周年,在這個值得慶祝的日子裡,恭喜達到這重要的里程碑,也致以最熱烈的祝賀! 化學是自然科學的一個重要分支,也是現代科技及工業的基礎,許多技術和產品都是由化學原理和化學技術衍生而來的。然而,由於國內教育政策長期以「成績」為唯一評量標準,許多年輕學子因此對於科學感到害怕。另一方面,教師們也缺乏實際的科學實驗技巧輔以提升教學品質。在這樣的背景下,本會教育委員會主任委員邱美虹教授與多位熱心先進於2014年開始籌畫,在經過約半年的奔走籌備後,《臺灣化學教育》於2014年5 月4 日正式創刊,這是建立臺灣化學教育交流平台的一個重要起點。 《臺灣化學教育》有多元主題,包括「課程與教材」、「教學與學習」、「評量與測驗」、「化學與生活」、「推廣教育」及「新知報導」等六大主軸為核心,採電子期刊發行,並提供社會大眾免費下載文章。根據2023年網站內部的WP-Online Counter統計,總造訪人次高達26,336,796人,平均每月約有國內外 29,864人次造訪。專門為化學科教師提供一個分享及應用教學經驗並探討教育創新的出版平台,通過推廣及強化化學教育教學知識,過去十年來協助眾多化學科教師們激發學生的創造力及科學學習動機,不僅引導學生創新,也讓學生瞭解到科學和社會之間的互動。十年來,《臺灣化學教育》已成為高中和國中化學/自然科教師教學資源的重要網路平台,非常適合對化學有興趣者閱讀,目前亦擁有廣大的國外華人教師讀者。 《臺灣化學教育》每篇文章通俗易懂,從主題籌畫、邀稿、收稿及編輯作業,每期皆投入相對的人力得以付梓出版,最新出版之主題如《大學普通化學實驗室規劃與實驗課程》、《科學展覽指導經驗談》、《國中自然科學彈性課程設計與教學》及《系統思考在化學教育上的應用》,內容多元且多融合目前教育趨勢,由國內專業人士分享他們的研究成果、教學經驗和創新想法,提供現場教師們各種實用教學方法、策略和工具的訊息,從而提升自身教學水平和品質,有助於創造更好的教育環境,提供學生更有效的學習體驗。 《臺灣化學教育》的出版,是國內化學教育界一大盛舉,也是國內第一本以化學教育為主的電子期刊。最重要的是,《臺灣化學教育》建立起一個共同努力的學術社群,對於推動國內化學教育領域的發展和進步具有重要意義。很感動也深深感謝邱美虹教授帶領的優秀編輯團隊在過去十年的努力、辛勞及奉獻。化學會將持續支持《臺灣化學教育》的出版,並期待見證下一個黃金十年。最後,謹代表學會全體會員,祝《臺灣化學教育》創刊10周年生日快樂,也期待各位老師及專家踴躍投稿,期待臺灣的化學教育有更多創新!
《臺灣化學教育》慶祝十週年專刊:化學研究正轉向”功能主義” 以(2001-2023)諾貝爾化學獎的演化來看 牟中原 台大化學系 、中研院院士 cymou@ntu.edu.tw 蕭伯納:Some people see things as they are and say,‘Why?’ I dream of things that never were, and say, ‘Why not?’” n 兩種化學: Why and Why Not 如果你問我化學家做甚麼? 我可能給出兩個不一樣的回答 A or B: A “化學是對物質的研究,分析其結構、性質和變化,以了解它們在化學反應中發生什麼。因此,它可以被視為物理科學的一個分支,與天文學、物理學和地球科學並列。化學的一個重要領域是了解原子分子的結構以及決定它們如何反應的因素。反應性通常主要由繞原子分子運行的電子以及這些電子交換和共享以產生化學鍵的方式決定。” (why) B “化學是創造物質世界各種材料的基礎,通過化學手段,可以創造出具有各種功能的物質。日常生活及工業生產中利用到的各種功能性物質為物件。特殊的功能甚至與“基本常識”相反的現象,比如:會發光的塑膠、會導電的塑膠、“熱收縮現象”等。在生命科學的研究上,化學家可以發明各種功能性的分子送進細胞或身體內執行特定任務,如偵測、診斷、顯影….. 等。” (why not) A&B 並沒有矛盾,化學研究一向有兩個面向,結構(A) 與功能(B) ,相輔相成。 但不同的人與不同的時代,的確有不一樣的傾向。主要做A的人通常會問 Why? 主要做B的人通常會問 Why not? 如果你問我大學裡化學研究是什樣的家在做? […]