2015亞洲化學教育國際研討會：極具巧思和創意的工作坊交流與分享 廖旭茂 國立大甲高級中學教育部高中化學學科中心nacl880626@hotmail.com n  前言 在國立臺灣師範大學科學教育研究所的邱美虹教授帶領下，很高興教育部高中化學學科中心的夥伴揪團與國內的化學教育學者專家一起參加今年七月底在日本東京科學未來館（Miraikan: National Museum of Emerging Science and Innovation）舉辦的第六屆亞洲化學教育研討會（6th Conference on Network for Inter-Asian Chemistry Educators, 6th NICE Conference），三天的活動在熱絡溫馨、離別依依的氛圍下劃下句點。趁記憶還算猶新之時，將特別感興趣的部分—親手做實驗Workshop的內容記錄下來，跟大家分享。 n  工作坊一：歡樂製作糖果 研討會第一個工作坊是Let’s enjoy making sugar candy with friends without special equipment（無需特殊設備讓我們與朋友歡樂製作糖果），由東京學藝大學（Tokyo Gakugei University）科學教育系的Masahide Takanashi教授所分享的「椪糖」的製作，當高溫的濃糖水與小蘇打相混合，會使小蘇打分解出大量的二氧化碳氣體，因而膨脹了糖漿，待冷卻後，即為「椪糖」。小蘇打受熱的反應，如式[1]所示： 跟臺灣不同的是小蘇打的使用，M. Takanashi教授在小蘇打中多加了蛋白和ㄧ小匙的白糖攪拌成泥狀的「重曹卵」，這一獨門配方其目的據說可以讓糖的晶體更容易析出，實際上的膨脹效果也會更好。工作坊還提供煮糖水的最佳條件，約在130度下成功機率最高。圖1為椪糖的製作過程。 圖1：小蘇打與蛋白的混合物（重曹卵）（左上），熱糖水（右上），椪糖成品（右下） 整個椪糖工作坊，雖然有語言的隔閡，活動仍相當熱絡，受到大家的喜愛，尤其是工作坊還提供淺顯易懂的卡通Q版製作流程，這一點很值得臺灣的科學教育工作者效法。圖2為工作坊過程。   圖2：M. Takanashi教授的解說過程（左），卡通版的說明書（右） n  工作坊二：開發顏色科學實驗 研討會第二個工作坊是Development of a science experiment on color for […]

創意微型實驗—微型化學噴霧槍在化學演示實驗上之應用 方金祥 創意微型科學工作室chfang1273@yahoo.com.tw 一兼二顧摸蛤兼洗褲，資源回收做環保兼組裝成化學實驗裝置—微型化學噴霧槍，此一實驗裝置極符合「低污染、可回收、省資源」的綠色環保理念。可利用此一裝置來演示化學實驗包括酸鹼中和、氧化還原之顏色變化以及化學能轉變成光能等，使化學教學更有創意、化學反應更為直接、更為生動、活潑、有趣。俾能引起學生對化學的好奇與學習興趣。茲將微型化學噴霧槍之設計與製作之詳細過程說明如下： n  材料與藥品 （一）材料 塑膠噴霧器（安立清潔劑噴霧器） 1組、塑膠瓶（蘋果西打630 mL） 1瓶、塑膠瓶（藥品瓶100 mL） 1瓶。（相片一）    相片一：塑膠噴霧器（左）、塑膠瓶（中）、藥品瓶（右） （二）藥品 稀鹽酸（0.1 M HCl） 100 mL、氫氧化鈉溶液（0.1 M NaOH） 100 mL、硫代硫酸鈉溶液（0.1 M Na2S2O3） 100 mL、過氧二硫酸鉀（0.1 M K2S2O8） 20 mL、碘酒溶液（市售） 100 mL、酸鹼指示劑（酚酞，Phenolphthalein）（相片二）。 相片二：酚酞指示劑 n  設計與製作 微型化學噴霧槍係由噴霧器、反應接收瓶及廢液收集瓶等三部分組成。其設計與製作分述如下： 一、噴霧器主體 1.        將回收自安立清潔劑噴霧器之標籤撕下，如相片三所示。 相片三：回收自安立清潔劑之噴霧器 2.        此一噴霧器之構造與一般塑膠噴霧器有所不同，由噴霧器主體（相片四左）與兩個藥品瓶（相片四右）組成。其中噴霧器主體下方有兩條導管分別插入可裝兩組藥瓶之兩個藥品瓶中，當壓縮噴霧器時兩組藥品可同時經由各自之導管上升至噴霧器之噴嘴，然後混合在一起而以霧狀噴出，如相片四所示。    相片四：噴霧器之兩條導管（左）與兩個藥品瓶（右） 3.        撕下蘋果西打塑膠瓶之標籤，如相片五所示。 相片五：取下標籤之蘋果西打塑膠瓶 4.        將塑膠蓋子取下並在蓋子之中央處挖一個孔洞，如相片六所示。   相片六：挖一個孔洞之塑膠蓋子 5.        […]

創意微型實驗—微型氫能燃料電池方金祥 創意微型科學工作室chfang1273@yahoo.com.tw  本文作者先前曾設計兩套微型燃料電池（microscale fuel cell）第一代與第二代，第二代微型燃料電池發表於中國化學會之化學季刊，並榮獲當年度的化學論文獎（如附錄一所示），微型燃料電池係利用廢棄乾電池之碳棒經高溫加熱後急速冷卻以除掉碳棒上之雜質及成為多孔性碳棒作為電極，經加入適當的電解質溶液後進行電解（充電）產生氫氣與氧氣，然後在氫電極（陽極、負極）上之氫氣和氧電極（陰極、正極）上之氧氣化合成水並放出電能（放電）。燃料電池（又稱氫能燃料電池或氫氧燃料電池）是日後零汙染的能源應用在市售汽車上（如附錄二所示）。本文將介紹第三代的微型氫能燃料電池之設計與製作，以供電化學實驗教學之參考與應用，使其在電化學教學上更為生動活潑有趣，以提高學生學習電化學之興趣。 n  燃料電池之原理 燃料電池的原理是利用水電解後在負極（陽極，又稱氫電極）產生的氫氣與在正極（陰極，又稱氧電極）產生之氧氣化合成水時產生的電流可做電功，其反應後之唯一產物只有水而已，因此燃料電池可說是最乾淨且為零無污染的能源。 n  微型氫能燃料電池與一般燃料電池之比較 燃料電池係由電極、電解質、燃料以及氧化劑等所組成，微型氫能燃料電池與一般氫能燃料電池之燃料都是利用電解水產生的氫氣作為燃料，以電解水產生的氧氣作為氧化劑，其比較如表一所列。第一代、第二代及第三代微型燃料電池之比較如表二所列和相片一所示。 表一：微型氫能燃料電池與一般氫能燃料電池之比較 表二：三代微型氫能燃料電池之比較 *燃料：利用電解產生之氫氣H2。 **氧化劑：利用電解產生之氧氣O2。 相片一：第一代微型燃料電池      相片二：第二代微型燃料電池 相片三：第三代微型氫能燃料電池 n  材料與藥品 乾電池（9 V） 1粒、塑膠培養皿 1個、2B鉛筆筆芯（長4.2 cm，直徑0.2 cm） 2支、音樂盒（生日快樂歌） 1組、電子鐘 1個、透明塑膠滴管（3 mL） 2支、熱熔膠槍 1組、飽和硫酸鉀（K2SO4）溶液 5 mL。 n  微型氫能燃料電池之設計與組合 一、   鉛筆筆芯（電極）之處理 1.        將市售兩2支2B鉛筆筆芯（相片四左），用稀鹽酸溶液及清水清洗數次後備用。 2.        截取2支長4.2cm，直徑0.2 cm之鉛筆筆芯作為電極，如相片四（右）所示。   相片四：市售兩2B鉛筆筆芯（左），長4.2 cm直徑0.2 cm之鉛筆筆芯（右） 二、電解管與電解槽之設計組合 1.        取2支3 mL之透明塑膠小滴管，將其底部剪掉，使底部形成一個約3 mm直徑的小圓孔作為電解管，另在其上方挖一小孔以方便鉛筆筆芯插入，供作電極之用，如相片五所示。    […]

綠色化學創意競賽 葉名倉1, *、繆慧娟2, * 1國立臺灣師範大學化學系 2工業技術研究院綠能與環境研究所 1, *cheyeh@ntnu.edu.tw 2, *cmiao@itri.org.tw n  設計理念 教育部三年前開始針對使用列管毒性化學物質的高中職校化學實驗進行替代研究，原先的構想只是單純的進行毒化物的替代而不修改原有的實驗步驟，但是在替代實驗研究的過程中，老師與學生們嘗試著調整用量、濃度，甚至設計實驗的器材，在在展現師生們傑出的綠色化學創新研發能力。因此，希望能設計一個競賽舞台來激發師生的創意，進而推廣減廢、物盡、低毒、保安、降輔、節能、再生、簡潔、催化、可解、監測、思危等綠色化學原則，共同打造實驗室的安全與環境的永續發展，將安全、環保、永續之綠色化學觀念建立於各個教學實驗中，期使學生能確實的感受到綠色化學之可行性與重要性。 於是教育部與行政院環境保護署於103年共同舉辦第一屆高中職「綠色化學（減毒減量）創意競賽」暨「大專校院綠色化學（減毒減量）創意示範觀摩」，活動海報如圖1所示。為推廣全國大專和高中職學生對綠色化學的興趣，並鼓勵高中生探索科學的精神和創造發明的潛力，培養學生靈活思考、多元學習的精神，提供高中職學生一個良性競爭的環境及成果發表的園地，並另邀請大專校院學生示範參與，提供高中職良性觀摩的機會。 圖1：綠色化學（減毒減量）創意競賽活動海報 n  綠色化學 美國環境保護署（Environmental Protection Agency, EPA）的Paul T. Anastas博士（見圖2左）和波士頓麻州大學的John C. Warner教授（見圖2中）所著的〈Green Chemistry: Theory and Practice（綠色化學：理論與實務）〉（Oxford University Press, 1998）（見圖2右）中列出「綠色化學」的十二個原則，現已為化學界普遍接受。最早在臺灣推廣永續化學概念的台灣大學化學系劉廣定教授，於2002年首先在大學裡開設「永續化學概論」課程，並於2001年開始向高中新課程總綱規劃小組和大學化學相關學系建議將永續化學教育引入中學和大學教育。經過這些年的努力國內已有許多學校開辦永續化學相關課程，99普通高級中學課程綱要中基礎化學（二）亦增列「化學與永續發展」的章節，後續仍需大家共同努力將綠色化學的觀念儘早能透過教育植入民心。    圖2：Paul T. Anastas博士（左）、John C. Warner教授（中）以及〈Green Chemistry: Theory and Practice〉一書封面（右） （圖片來源：（由左而右）Paul T. Anastas, Wikipedia; John C. Warner, Princeton Chemistry Alumnus; Green Chemistry: Theory […]

綠色化學創意競賽：序曲—替代實驗的開發 繆慧娟1, *、周芳妃2、詹莉芬2、張永佶2、佘瑞琳3、謝幸娟4、黃潔瑩4 1工業技術研究院綠能與環境研究所 2臺北市立第一女子高級中學 3國立臺灣大學化學系 4臺北市立松山高級商業家事職業學校 *cmiao@itri.org.tw n  緣起 2006年11月，工業技術研究院綠能所團隊承辦教育部環保小組（資科司環境及防災教育科前身）化學品資訊化管理計畫，針對大專校院實驗室購買藥品的方式以及高中職以下學校無專責人員管理的現況，設計了一套簡便又能符合法規要求的「教育部化學品管理系統」，透過網際網路提供給全國各級學校免費使用。經由國立陽明大學在環安人員林晏夙小姐的努力推動下，全校使用此系統至今已持續8年。 2009年9月，因應學術機構運作毒性化學物質（以下簡稱毒化物）管理辦法修正公告，學術機構之運作單位運作毒化物，應逐月填寫毒化物運作紀錄申報表，並經委員會審核後，由學術機構採用網路傳輸方式，向毒化物所在地之主管機關申報前一年毒化物運作紀錄申報表。因此「化學品管理系統」升級為「化學品管理與申報系統」（網址：http://chem.moe.edu.tw/），並於2011年與環保署毒化物申報系統整合，學校實驗室只要落實填寫每日的毒化物運作紀錄，系統會自動彙整成全校的申報資料，學校負責申報的人員只要確認資料內容點選申報，即可同步將申報資料傳至環保署完成申報。教育部化學品管理與申報系統，如圖1所示： 圖1：教育部化學品管理與申報系統網站首頁 2010年9月，高中以下學校運作毒化物，因藥品採購年代久遠或管理人力不足，欠缺申請登記備查資料或採購核可文件，造成藥品廢棄時因文件不足導致無法聲明廢棄；有時廢棄數量過少或缺乏處理經費等原因，也增加學校辦理廢棄物處理作業困難。在教育部的積極協調與各縣市教育局處協助下，目前使用列管毒化物的學校已由444校遞減為241校，減少了46%。 n  替代實驗 2012年1月，我們開始思考若從實驗的源頭設計不使用列管毒化物，不僅能降低學生接觸高危害性化學品的風險，也能避免學校因違法而受罰。於是教育部召開「高中職及國中小課程中使用危害物質之替代方案」第一次專家諮詢會議，會議中決議邀請北一女中周芳妃老師團隊協助進行高中化學實驗使用毒化物的替代實驗，研究施行方法步驟： 1.        研擬實驗流程 2.        進行實驗試作 3.        完成交互實驗 4.        撰寫實驗報告 5.        審查實驗報告 6.        進行實驗或修改 7.        完成實驗報告 8.        進行專家諮詢會議 9.        提供替代實驗報告給教育部參考 後續在北一女中周芳妃老師、詹莉芬老師、張永佶老師和王美琴小姐、台灣大學佘瑞琳老師團隊與松山工農王麗華老師、謝幸娟老師和黃潔瑩老師及其學生們的協助下，共計完成了14個替代實驗。替代實驗的研發團隊如圖2~3所示：   圖2：替代實驗的研發團隊 圖3：替代實驗的研發團隊 研發團隊開發十四個替代實驗的名稱及其具體成果如下： 1.        平衡常數與勒沙特列原理／替代列管毒化物：使用氯化亞鈷水溶液替代列管毒化物鉻酸鉀和二鉻酸鉀。 2.        化學電池／減量減廢：所有試劑體積減少為原實驗的0.1倍，且此試劑可以保存重覆使用。 3.        鋅銅電池／減量減廢：所有試劑體積減少為原實驗的0.1倍，且此試劑可以保存重覆使用。 4.        氧化還原之滴定／替代列管毒化物：使用過錳酸鉀替代列管毒化物二鉻酸鉀。 5.        含氯漂白水與鹽酸的不相容反應／認識實驗安全：以日常生活中市售商品設計實驗，學習認識含氯漂白水與鹽酸的不相容反應，並學習簡易消除毒性氯氣的方法。 6.        醇、醛、酮性質之探討／替代列管毒化物：使用低於24%的甲醛替代列管毒化物37%的甲醛。替代列管毒化物：使用過錳酸鉀替代列管毒化物二鉻酸鉀。 7.        簡單電解實驗／減量減廢：原使用試管試驗，現改用點滴實驗，實驗結果明顯且大幅降低藥品用量和廢污產量。替代列管毒化物：使用辛烷替代列管毒化物環己烷。認識實驗安全：使用塑膠針筒取代U型玻璃管，操作上較安全。 8.        […]