思源科學創意大賽Plus: 興國中學的翻轉學習(中) 楊仁文*、吳囿瑩、蔡秦瑛 財團法人臺南市興國高級中學 *hkhsyounger@gmail.com 〔承〈興國中學的翻轉學習(上)〉〕 n 榮獲金牌的關卡 榮獲金牌的「LFC大型水果對撞機」關卡設計(主題:Surprise)有四個關卡,第一關:誤入桃花仙人境(化學),第二關:村人見吾乃大驚(化學),第三關:設酒殺雞喜相迎(物理),第四關:至此乏人來問津(物理),如圖2所示,關卡設計圖見圖3。 圖2:四關關卡名稱 圖3:四關關卡設計圖 A. 主題說明 (1) 誤入桃花仙人境(化學) 嚴峰遭公司開除(保力龍球射出)後,失意之下,他打算歸隱,於是他就乘著小舟,溯其源流,途中天色劇變、驚濤駭浪,墜入漩渦(化學噴泉),失去意識。彷彿過了許久,四周不絕於耳的蟲聲將他叫醒。朦朧中,抬頭一望,只見石中(驚喜球)蹦出一塊匾額(卷軸),上方書寫著四個標楷大字—「桃花仙境」。 (2) 村人見吾乃大驚(化學) 尋其前方光源前進,道路四周棲息著大量稀奇古怪的動植物,好奇之下,它觸碰一顆球型植物,出乎意料的事—警報燈亮起(雙縮脲反應),一道光束(廷得耳效應)擊中他的臉,眼前一位講著滿口方言的土著,拿著光數槍朝他威嚇,彷彿膽卻又怕生,經嚴峰耐心的解釋下,土著敞開心房(偏光片顏色轉化),轉而邀請它乘著從天而下的怪鳥,飛入土著的部落。 (3) 設酒殺雞喜相迎(物理) 進入部落後,嚴峯發現村人正忙碌準備(三角車裝置)酋長的一百二十大壽,和慶祝豐年的宴席,席間村人把它當作老友看待,替它倒酒(L型鐵杆)、夾菜,一旁樂手譜出的生日快樂歌不絕於耳,村人們隨著音樂起舞(螺紋裝置),這樣快樂的氣氛使嚴峰原本失意的生日也變得燦爛無比,最後慶典就在大家的歌聲下完美落幕(音樂盒)。 (4) 至此乏人來問津(物理) 待到離別之時,嚴峰便打下要與世人分享此仙境的念頭,當他打著這個念頭前進時,仙境之路彷彿為了阻止自身存在被發現而使道路崎嶇起來,警告嚴峰打消念頭,船身遭到擊毀(纜車撞擊使小車滑出),他只好乘著救生船繼續前進,途中卻又遭到更嚴苛的環境挑戰,彎曲的山路(山形軌道)、翻滾的亂石(槌子)、跌入山谷。就在他不知倒地時,他開始反省自己的自私,彷彿了解了他的心意,先竟轉而平和,並將他從谷底救起(雙錐體上升),天色已晚,星空也特別璀璨(螢光蛇擺)。這時仙境突然颳起了一陣怪風(空氣砲),將他吹離仙境,再一次從昏迷中甦醒,日光對著他,雖然忘了仙境的種種,卻得到了一股說不出的勇氣。 這或許只是一次驚喜的冒險,但是醒來後真正存在的是從中所學到的一切! B. 化學關卡說明 (1) 誤入桃花仙人境 圖4:「誤入桃花仙人境」關卡設計圖 手動擠壓內含氫氧化鈉之針筒,使之進入內含二氧化碳之密閉箱,使其產生負壓,將碳酸氫鈉溶液通過自製逆止閥吸入密閉箱內與二氧化碳和電石反應生成碳酸鈣沉澱與乙炔氣體。因自製逆止閥的封閉,乙炔氣體將保麗龍球推出,推倒黃骨牌,第一關開始。黃骨牌推倒鐵球,使之滾下斜面,壓動簧片,形成通路,使馬達收線,啟動槓桿,鐵球下落至內含針筒之管子中,使小油滴和水擠出至內含氨氣之燒瓶內,氨氣大量溶於水,產生負壓,使水和酚酞被吸進燒瓶中,進而使酚酞變為粉紅色。同時,因水和酚酞指示劑減少,啟動槓桿。槓桿啟動,使球落下至啟動驚喜球之容器中,驚喜球開啟,使其內含之捲軸拉開,同時,裝有澱粉的小包落下,掉入充滿碘液的水槽,使之呈現藍黑色。驚喜球開啟的同時撞擊一旁鐵球,使之落下斜面,球滾入容器,撞擊支撐裝有砝碼的蓋子的支撐桿,而支撐桿內裝有碘化鉀,被撞擊後,碘化鉀落入雙氧水和清潔劑中,產生大量泡沫,推出自備之骨牌,撞擊鐵球滑下斜坡,撞擊紅骨牌和其後100張骨牌,第一關結束。 本關卡涉及的原理和概念有:NaOH吸收CO2、自製逆止閥、簡單電路、化學噴泉、指示劑變色、電磁鐵、電解質導電、大象牙膏;涉及的反應如式[1]和[2]所示: 2NaOH(aq) + CO2(g) → Na2CO3(aq) + H2O(l) [1] CaC2(s) + 2H2O(l) → Ca(OH)2(aq) + C2H2(g) 2NaHCO3(aq) + Ca(OH)2(aq) […]
思源科學創意大賽Plus: 興國中學的翻轉學習(下) 楊仁文*、吳囿瑩、蔡秦瑛 財團法人臺南市興國高級中學 *hkhsyounger@gmail.com 〔承〈興國中學的翻轉學習(中)〉〕 n 榮獲銀牌的關卡 榮獲銀牌的「曼哈頓橡樹林」關卡設計(主題:Surprise)有四個關卡,第一關:聖誕跨年驚喜樂(物理),第二關:五彩繽紛驚奇趣(化學),第三關:出乎意料驚采奧運(物理),第四關:世界–Surprise(化學),如圖6所示,關卡設計圖見圖7。 圖6:四關關卡名稱 圖7:四關關卡設計圖 A. 主題說明 漫漫人生,若平靜恬淡不免過於無趣了些,總需要些驚喜來點綴,而最能使人感到驚喜的,莫過於節慶和活動了。 譬如冬天的聖誕,總有許多難忘的事情,不管是家人團圓、朋友相聚,還是送收禮,都是不可抹滅的回憶。最令人開心的,當然是收到禮物時的驚喜!說到禮物,不免聯想到聖誕老人,乘著雪橇,駕著麋鹿,在風雪中帶著禮物從遙遠的北國來到乖孩子身旁,放下禮物離去,為聖誕添下一筆傳奇色彩。聖誕過後,不到一星期便是跨年夜了,攜伴倒數,5、4、3、2、1,下一刻,令人永生難忘的煙火在空中璀璨,歡慶新的一年!一瞬間,但也是永恆。本關以掉落的禮物和指示劑的變化代表聖誕禮物和跨年。 新年新氣象,春的腳步也近了。說到春天,能不提印度的灑紅節嗎?灑吧!灑出手中的顏料,看著別人臉上充斥著各種色彩,臉上的笑容自然而然的浮現了。把顏料灑向別人,慶祝春天的到來,同時也將祝福的心意傳達給別人,不分貧富、地位高低,在這時刻忘卻所有一切煩惱,盡情的玩樂吧!人人互相祝福,同時接受不知會從哪方潑灑而來的顏料,此時此刻正是世界最五彩繽紛的一瞬間。本關以各種顏色變化象徵灑紅節的景象。 奧運,總辦在夏天。四年一次的活動,一個不可忽視的重點。奧運選手在運動場上揮汗奮鬥,即使沒到現場為他們加油,透過電視轉播,內心也是十分熱血澎湃。奧運競賽種類眾多,以游泳為例,誰不想像飛魚—菲爾普斯一樣,在水中來去自如呢?又或是效仿后羿,當個射箭神手,百步穿楊,好不得意!除此之外,還可以在籃球場上揮灑汗水,運球、轉身過人、切入禁區、來個灌籃,成為全場觀眾的焦點。奧運不僅是各國選手們各分高下,同時也是世界五大洲能夠團結一心的活動。本關以旋轉的小球代表籃球,保麗龍小船代表游泳,點燃弓箭上的棉繩,象徵點燃聖火,另外以機器人發射積木代表射擊競賽。 世界,每事每物皆緊密關聯,只要能處處留心,不管是生活中的微小事物,還是世界的要點大事,每每都有能使人為之一笑的驚喜。正如「地球村」的概念一般,不分國界、性別、種族,人與人之間不再有藩籬,在某地發生的某件事,可能同時影響別的地方的人們,福禍同享,驚喜也不例外。透過資訊科技的傳播,喜悅、祝福、歡笑,那是世界上的每個人共同擁有的,地球很大,也很小,大的是距離,小的是人情!讓這世界一起共享Surprise!吧!本關以各種化學傳遞裝置代表世界的緊密關聯,並用上升的氣球代表地球。最後以排成圓形,代表全世界的骨牌作為結尾! B. 化學關卡說明 (1) 五彩繽紛驚奇趣(化學) 圖8:「五彩繽紛驚奇趣」關卡設計圖 磁力軌道砲射出鐵球將槓桿裝置上數個骨牌逐一撞倒(包括連接關卡結束數之紅骨牌及第二關開始的黃骨牌),使末端重量增加而轉動,末端鋼珠帶動定滑輪,另一邊塑膠袋中之碳酸鈉因袋子提高,液體向下流動經過逆止閥繼續前進送入一管中,其內裝有鹽酸、廣用試劑和清潔劑,清潔劑和鹽酸起化學反應。氣體使活塞上升接通電子打火槍,將可燃氣體酒精引爆,將到管上之活塞射出尖針,使其脫離刺破一氣球,內部鹽酸流下有各種指示劑的多層斜面,過程中部分鹽酸流入分支,依序產生SO2、CO2、H2等氣體,變色反應完成後流入下一個天秤裝置,另有一連通管裝置,中間有一隔板因天平而上升,較高水位注入到另一管,內部硫酸亞錳和丙二酸加澱粉溶液流入雙氧水、硫酸、碘酸鉀產生振盪反應,啟動光敏電阻,另一端磁針轉動接通電路,使另一端電磁鐵啟動,讓擋住鋼球的鐵棒升起,鋼球滾下撞倒紅骨牌結束第二關(整體應用許多顏色變化代表印度灑紅節的五彩繽紛)。之後是創意骨牌。 本關卡涉及的原理和概念有:酸鹼、電弧、指示劑變色、製氣反應、連通管、震盪反應、光敏電阻、電流磁效應。涉及的反應如式[6]~[8]所示: Na2CO3(aq) + 2HCl(aq) → 2NaCl(aq) + H2O(l) + CO2(g) [6] Na2S2O3(aq) + 2HCl(aq) → SO2(g) + 2NaCl(aq) + S(s) [7] 2Al(s) + 6HCl(aq) → 2AlCl3(aq) + 3H2(g) [8] (2) 世界–Surprise(化學) […]
思源科學創意大賽Plus: 北一女中「化學探究及創意設計」特色課程之一(上) 周芳妃1, 2、詹莉芬1, 2, *、張永佶1, 2 1臺北市立第一女子高級中學 2教育部高中化學學科中心 *leefeng1126@gmail.com n 前言 有意義、有挑戰的科學活動,如何讓學生更有信心參加?由財團法人思源科技教育基金會自2002年起,每年舉辦的「科學統合競賽」,至2007年更名為「思源科學創意大賽」,到2014年則由財團法人交大思源基金會接手舉辦「思源科技創意大賽plus」,每年提供科學活動的舞台給全國的高中生,學生從建構人文故事、應用化學、物理等科學原理,經統整後設計關卡,到能夠以實作、同儕合作方式呈現,是一個具教育性、挑戰性的競賽,活動詳細資料可參考:財團法人交大思源基金會,http://www.spring.org.tw/。 北一女中一直以來都非常落實「選修課程」,這五年在高一化學選修課程中開設過「化腐朽學神奇」、「造化弄人」及「出神入化」等課程。因應十二年國教的教育制度改革,本學期的高一「出神入化—化學探究及創意設計」特色課程繼續延伸之前的選修課程精神,以增進學生對科學的熱忱與探究能力、落實學生動手實作學習,培養學生能成為有科學指導能力關主等目標出發。「出神入化—化學探究及創意設計」課程主要有:認識科學活動與準備方向、Color Chem、奈米新鲜識探究課程、生活中或考題中的化學、奈米科技與分子自組裝、化學實驗能力競賽培訓、創意化學實驗關卡設計等系列課程,本校化學課程還結合國家科技部專案的研發教案設計,或本校獲獎教案,具有連貫性、循序漸進,從認識科學到興趣啟發,從探究動手實作到以「創意化學實驗關卡設計」為綜合應用展現,課程內容簡介可參考:北一女中高一特色課程,「出神入化—化學探究及創意設計/科學探究班群 課程簡介」,見圖1。 圖1:北一女中高一「出神入化—化學探究及創意設計」特色課程簡介 影片來源:103出神入化,https://www.youtube.com/watch?v=nMFpU3PLn_I&t=24。 n 創意化學實驗關卡設計 經過五年來課程的實施與修正,使北一女中高一「出神入化—化學探究及創意設計」的特色選修課程更臻成熟,以103學年度的高一「出神入化」特色選修之「創意化學實驗關卡設計」課程為例,介紹本校課程實施的方式與經驗分享。 l 課程名稱:「創意化學實驗關卡設計」。 l 課程精神:跨科學習、統整科學能力、解決問題策略。 l 課程時間:安排在下學期,學生經過上學期各種科學能力的養成訓練後,才進入本課程,時間安排為七週,每週2小時,但配合學校各種活動,並非連續七週。 n 核心目標、教學方法與活動流程 一、 介紹微型實驗/第一週/04/30 A. 核心目標 · 學生能認識綠色化學實驗的減毒、減廢、減量原則。 · 學生將先備知識應用,並能小組分享閱讀資料。 · 學生能認識國內專業期刊。 B. 教學活動流程 1. 教師介紹國內有關[微型實驗]的設計概念與原理,並寄發「微型實驗」參考文獻電子檔資料(組長為收件人)。 2. 學生能認識國內專業期刊資料並學習搜尋方式。 3. 教師授課解釋綠色化學的十二項原則,並能將綠色化學實驗的減毒、減廢、減量原則融入創意化學關卡設計。 4. 學生將先備知識應用,並進行分組閱讀:[微型實驗]期刊資料。 5. 學生分組討論關卡設計,教師指導學生所設計之關卡可行性。 6. 教師提醒:交通大學辦理全新的「思源科學創意大賽plus」將於5月19日報名截止,2014年的主題是「Surpise」,http://exam.nctu.edu.tw/spring/。 C. 學習單摘要(A4一張) […]
思源科學創意大賽: 嘉義女中讓學生自我實現(上) 江淞承1, *、詹宜婷1, 2 1國立嘉義女子高級中學 2國立台灣大學藥學系 *cancer_wu@yahoo.com.tw n 教學反思 筆者(江淞承)於2003年任教於台北滬江高中時即已與此競賽有了第一次接觸,當時便感覺這是一項相當值得高中學生參加的競賽,可惜因個人生涯規劃,僅任教一年即離開台北,故僅指導學生完成初賽,未能完成後續的複賽及決賽。而在後續的年度中,除2010年因積極參加教師甄試而未指導學生參賽外,至今每年皆指導學生參賽。 眾所皆知,台灣的教育在升學主義掛帥,考試領導教學及多年來教改的影響之下,在學科知識的學習上,學生在知識的背頌能力受重視的程度遠高於知識的應用能力,紙筆測驗的能力受重視的程度亦遠高於操作的能力;在生涯規劃的選擇上,因受社會及長輩的價值觀趨使,學生對未來志願的選擇偏向保守或由家長決定的居多,極為少數取決於學生自我意志或肯接受挑戰。中學階段正值學生學習能力及活力極強的時期,這樣的教育生態,活生生地將多數學生的學習意願、好奇心及天馬行空幻想的能力消磨殆盡,而此影響即遠且深,台灣學生缺乏想像力、創造力及企圖心的報導及分析結果在國內外各大媒體及雜誌上時有所聞。筆者身處台灣科學教育的第一線,對此現象當然感到極為憂心,然個人的能力所及,無法左右大環境的改變,只能盼望所任教的學生在筆者的鼓勵下,能在課業之餘多多接觸課外的活動,因此各項科學、創意相關競賽皆成為筆者經常鼓勵學生參加的項目,其中又以「思源科學創意大賽」筆者著墨最深。 n 參與和成長 參加「思源科學創意大賽」,對台灣的學生而言,其實是極大的挑戰,因台灣的中學生普遍缺乏操作及想像能力,而此競賽又僅給予學生極少限制(僅限制場地、關卡數量、科目及主題1),其他所有要呈現的東西參賽學生皆須從零開始,無中生有,再從有到好,再到最佳化,這一連串的過程,對於有完成複賽的團隊而言,大約需費時三個月,若是能晉級全國決賽,則須經歷約四個月的歷程,相較於一般的課堂,這是一個截然不同的學習過程,但以筆者的觀察,這同時也是一個可以讓學生心智急速成長且難忘的過程,2012年本校參賽隊伍「i can」設計的兩個關卡,如圖1所示。 圖1:2012年本校參賽隊伍「i can」設計的兩個關卡 以下筆者就以多年的指導經驗,敘述指導過的團隊在參賽後的成長及改變。 一、 科學認知方面 首先,在科學認知上,參賽同學可清楚體驗「理想與實際的差距」。學生已習慣將平時在教科書中所習得的知識視為理所當然,尤其是物理或化學的一些覺見的原理或定律,卻不知其實大多時理想的狀態,要真的在實際操作上獲得成果或看到現象,例如:焰色、氧化還原、震盪反應或是角動量守恆、共振現象等,其實是有難度的,更遑論要在「思源科學創意大賽」中,由「骨牌」推動關卡,使其「自動」完成現象之演示,更是難上加難。而筆者經長期觀察,參賽過的同學在之後的學習及事務的處上,較能懂得質疑、較能以務實的態度面對,不會只一味地相信書本中的東西。 二、 技術層面方面 其次,在技術層面上,學生可獲得教科書以外的額外技能。因作品設計、操作及運送上的考量,筆者在指導時常會加入電工及木工的元素,因此參賽的學生可以在作品製作的過程中,學習到一些電路設計、焊接及簡單的電路控制的觀念,以及基礎的木作能力。此外,基於運送前後作品的穩定度考量,筆者常建議及指導學生將作品「模組化」,即相關的、不適宜經常拆裝的結構要求他們直接固定成一座一座的,直接搬運,如此可以兼顧作品的強度、穩定性及整體性,因此筆者指導的團隊作品皆顯得較為「龐大」,但也較為堅固。偶爾會有友人建議筆者作品可以縮小,如此可以節省成本,也較為輕鬆,筆者卻認為,應當給予學生「完整性」的教育,筆者指導此競賽並非只希望學生將作品「完成」,而是由設計、製作、運送到呈現都要完整規劃及考量,對學生而言,將來出社會後,要成為出色的人才,「整體考量」的能力是必需要具備的,現在各大企業要有更強的競爭力,能夠提供「一次解決」方案的能力是必需具備的,因此筆者希望藉此機會讓學生感受這種經驗。 三、 技術層面方面 再者,在人際關係上,參賽同學可以深刻體認何謂「團隊」及「人性」。不同於學生平時單打獨鬥的學習習慣,筆者所指導的團隊成員,基本上都採自由組隊方式,成員及領導者不同,團隊的特性也會不同,人與人之間的互動、摩擦及競合關係也會有所不同,唯一相同的是,因為要完成作品的工作量太大,絕不是一個人可以完成的,因此勢必要能互相合作才能完成,過程中各成員及隊長間難免會有工作量分配、各成員付出呈度不同或對作品意見不合或有成員無法配合等等的情形,當然也難免有摩擦甚而翻臉的情形,考驗著各團隊處理人際關係的智慧,而能否展現出團隊合作的精神,則決定了該團體在競賽時的表現。依筆者長期觀察,在學業表現上突出的同學,在團隊合作及作品製作成效上,並不見得有相對突出的效果,但絕大部份同學在參賽後,皆能表現出較能顧全大局、為別人著想的態度,也較能用更全方位的角度評斷他人,不會再只以考試成績作為依據。 四、 問題解決方面 另外,在遇到問題時的處理態度上,參賽同學會變得更積極、更務實。台灣的中學生有很多只被家長要求「把書讀好」,其他的事都不用做,久而久之,變得對問題沒有思考及處理的能力,筆者在每年指導競賽的過程中,一開始最常被學生問的問題是「這個問題要怎麼辦?」或是「這個東西要怎麼做?」,甚至是「我現在可以做什麼?」,無異於平時的學習習慣,只想要老師直接給一個明確的答案,筆者便經常回以「那你認為呢?」或「那你有什麼想法?」來回應,不會直接給予答案,迫使其自行思考,養成先有想法再問他人意見的習慣,不要一味地只是希望別人幫他解決問題,即便是很簡單的問題,筆者也都會儘量忍住不給予解答(雖然有時候還是會不小心就直接給了我的想法),目的就是要學生養成自己尋求問題解決之道的習慣。通常剛開始時學生會非常不習慣,總覺得沒有得到想要的「答案」,甚至有的同學會覺得筆者「都不幫忙」,而對筆者頗有怨言,但經過長期觀察,大部份的學生經過這一過程後,都變得較為能夠達到「先行思考」再尋問,甚至是先行嘗試進而自行解決問題,當學生達到此一境界時,甚至會出現筆者都未曾想到的妙法,此時筆者便會感到相當欣慰並以欣賞的態度看待學生的成長及表現。 五、 人生方向和讀書態度方面 最後,在人生方向和讀書態度上,參賽同學可以變得更有方向及企圖心。台灣的學生對自己的未來,有很高的比例是沒有想法、沒有願景的,原因可能是來自於對自己的不了解,或是社會的價值觀所趨,也可能是長輩的影響,筆者對許多學生問起將來的發展方向時,常常未能獲得可能的方向,或是其方向可能是要由家長來決定,學生沒有自己的想法,而參加過「思源科學創意大賽」的同學,或者因為經過參賽過程的洗禮,對自己更加了解,又或者因為經歷了一次真的比讀書還累的過程,了解到完成一件事的困難,也可能因為這樣一個歷程,讓同學發現自己喜歡的東西,筆者發現這些同學對自己的未來變得較有想法,也較有企圖心。筆者常遇到高一家長詢問筆者,參加此競賽會不會影響到課業,在短期內的影響不可能沒有,而且通常表現會下降,必竟學生花了許多額外的時間在課外的事務上,但若將時間拉長,可以發現參賽同學在競賽完後,因為有了較明確的方向,其唸書的態度會變得較不同,試想現今有多少學生唸書只是「為了家長而唸」,如此的學習是痛苦而沒有效率的,反之,如果學生有了自己努力的目標,其心態將大為改變,學習效率也將為之提昇,依筆者長期觀察,大部份參賽學生短期學業表現會稍降,而長期學業的表現則不受影響甚至會上升。 〔續〈嘉義女中讓學生自我實現(中)〉〕
思源科學創意大賽: 嘉義女中讓學生自我實現(中) 江淞承1, *、詹宜婷1, 2 1國立嘉義女子高級中學 2國立台灣大學藥學系 *cancer_wu@yahoo.com.tw 〔承〈嘉義女中讓學生自我實現(上)〉〕 n 2014年關卡說明 2014年參加「思源科學創意大賽Plus」作品有四個關卡:第一關卡:霧中迷境(化學),第二關卡:黑潮來襲(物理),第三關卡:火力全開(化學),第四關卡:光中耀賭(物理),如圖2,關卡設計總圖如圖3所示: 圖2:四個關卡名稱 圖3:四關關卡設計總圖 A. 主題說明 今年的題目是「Surprise」,於是我們想到了「賭場」。從小到大對於賭場的認識僅限於影集或電影,光彩奪目的賭場神祕且迷幻,充滿了各種驚喜。以下是四個關卡的描述: 第一關:霧中迷境(化學) 走入賭場,彷彿走進一個遍佈濃霧的世界,當命運的齒輪開始轉動,幸與不幸就在一個選擇間,有可能轉瞬間你的人生就此陷入黑白,猶如齒輪兩側的溶液由七彩轉為無色。吧台上的雞尾酒,原本只是幾杯普通的酒,經由調酒師依照不同的比例組合,調和出不同的色彩,猶如齒輪上方的溶液由無色轉為七彩。色彩華麗的賭場,就彷彿最上方的溶液能夠將原有的色彩點綴得更加美麗。 第二關:黑潮來襲(物理) 液態磁鐵就好像賭場中美麗的水池,隨著音樂展現出美麗的變化,時而上升,時而下降,液態磁鐵沿著螺紋盤旋而上,有如花開花落一般,隨著液態磁鐵的變化,心情也隨之起伏,液態磁鐵代表的不僅僅是賭場中,變化多端的水舞,更充分表達了人們來到賭場時,澎湃激昂、忐忑不安的心境。 第三關:火力全開(化學) 緊接是賭場內的SHOW TIME! 筆芯燈首先出場,細細一條鉛筆芯卻能發出強熾的光輝,令人意想不到。筆芯的高溫點燃火焰,七種不同的焰色透著冰塊的折射閃爍著,原本各自獨立的火焰光芒融合在一起,彩色冰塊,炫爛奪目。冰跟火,看似衝突的兩個元素,卻互相輝映,更顯驚喜。接著中央乾冰包覆的鎂帶燃起,同一時間,外圍的摩天輪啟動旋轉,上方焰色瓶也隨之轉動,外圈7種焰色,內圈絢爛的鎂燈,加上乾冰昇華產生的霧氣,看起來既神秘又令人目不轉睛。 第四關:光中耀賭(物理) 氣球落到木板上時,發出「碰碰碰!」的聲響,賭徒們的心也隨之狂跳著,象徵著賭局進行時七上八下的心情。光纖巴克球內的層流裝置,從原本單調的三點顏料,旋轉後逐漸混濁,反向旋轉後,又回到原點,猶如賭徒在賭場內的遭遇起起落落,似夢境般精采。而光纖做的巴克球,對應著賭場中五光十色的環境,絢麗的光芒不斷反射,呈現一股虛幻又艷麗的氣氛。我們藉由種種的科學原理描繪出腦海中想像的賭場樣子,賭場對我們來說是一個未知的世界,就像我們自己的未來也是一個未知世界,一路上也許跌跌撞撞、困難重重,但同時也充滿了驚奇,參加思源對我們來說也是一個全新的體驗。 B. 化學關卡說明 第一關卡:霧中迷境(化學)(見圖3) 圖3:「霧中迷境」關卡圖示 1. A~G玻璃瓶環繞於一圓柱體,瓶內原有各式指示劑和0.1M HCl,皆呈現無色。 2. 當黃色骨牌倒下,壓到微動開關1,帶動垂直於地面的傘形齒輪及兩側的轉軸,使與之相嵌的水平齒輪順時針轉動,而上方的注射器將依次加入0.2 M NaOH。當A~G內的溶液從酸性變為鹼性時,分別呈現紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫。這一部分的化學反應為HCl與NaOH酸鹼中和,其化學反應如式[1]所示: NaOH(aq) + HCl(aq) → NaCl(aq) + H2O(l) [1] 3. 在傘形齒輪轉動的同時,內圈的H~N亦環繞於一圓柱並跟著齒輪轉動,內圈的玻璃瓶及兩側O~T的玻璃瓶內亦有各式指示劑及0.1 M NaOH。當內圈玻璃瓶轉到固定於後方的傾斜檯子時,玻璃瓶上盛裝乾冰的盆子會延著斜坡上升而將乾冰倒入玻璃瓶內,反應而冒出霧氣。隨著時間的流逝,因CO2溶於水中使瓶內的溶液逐漸轉為酸性,故H~N玻璃瓶內的顏色會逐漸變化,最後亦分別呈現紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫,而兩側玻璃瓶會從七彩轉為無色。這一部分的化學反應為CO2與NaOH酸鹼中和,其反應如式[2]所示: CO2(g) + 2NaOH(aq) → Na2CO3(aq) […]
思源科學創意大賽: 嘉義女中讓學生自我實現(下) 江淞承1, *、詹宜婷1, 2 1國立嘉義女子高級中學 2國立台灣大學藥學系 *cancer_wu@yahoo.com.tw 〔續〈嘉義女中讓學生自我實現(中)〉〕 n 參賽學生心得̶—科學不只是學科 以前的我(第二作者),喜歡暢遊在知識大海,喜歡閱讀很多很多書、吸收很多很多知識,當我把觀念想通或者是串聯起來的時候,那種快感是暢快淋漓的,書本上的理論是許多前輩的智慧結晶,是多年驗證後的成果,就目前的技術層面而言幾乎是正確的,可「盡信書,不如無書」,若一個人失去了思辨、質疑的能力,又怎麼能真正看見前被學者們不曾看見的弊端呢?我們從書本上習得的是「知識」,能將知識加以運用在生活上的卻是「智慧」,而「思源科學創意大賽」就提供了這樣的平台,讓身為學生的我們懂得質疑、應用並且驗證,懂得如何獲得真正的「智慧」。 一、 心態大幅轉變 第一次參與「思源科學創意大賽」是在我高二升高三那年,當初的想法只是很純粹的想要讓備審資料豐富一點,甚至很沒辦法接受這個比賽所占用的時間,要拼學測的我,幾乎每天都會待在補習班自修或者上課,假日也不例外,對我們而言高二升高三的暑假正是最好的「大躍進」時機,更應該好好把握時間念書,好讓局勢翻轉成為申請入學的黑馬,以致於當時的我會覺得比賽很麻煩,可是這是自己選擇的,想擺脫又擺脫不掉,我們同組的除了兩個學妹之外(一個之後退賽)其餘的都是我的同學,大家也都忙著唸書,或許跟我抱有一樣的想法吧,我們不確定這樣到底值不值得,又我們能否真正獲得我們想要的成績。 然而,這樣的心態一直到複賽開始有了轉變,因為我們真的把關卡做出來了,在比賽現場我們能深刻體會到有一群跟我們一樣crazy的人在努力,甚至於大家的想法都比我們還要有創意,或許是這樣的衝擊讓我的心態大幅轉變,我開始重視並且希望自己真的能好好拼出個理想的成績,也逐漸與身旁的夥伴產生密不可分的革命情感,我永遠也忘不掉,那個決賽前一天大家一起看日出的通宵夜晚、那些大家邊罵髒話邊用線鋸機的時光,以及最後在公布名次時滑過大家臉龐的眼淚。 於是,我報名了第二次的「思源科學創意大賽」。 二、 自我實現 第二次參與比賽是在申請上學校後,雖然那個時候已經有學校念的大家都在玩,都在享受所謂的人生,也覺得我很傻,幹嘛花時間在同一件事情上呢?原因其實很簡單:因為我想心無旁鶩地挑戰金牌!現在想想真覺得有點獅子大開口,但不知道為甚麼我就覺得可以試試看,因為這次時間比較充裕,有很多化學反應的部分老師都放手讓我做,購買藥品一點也不手軟,就讓我一直try and error,然後試著自己歸納出一個完美的劑量配方,讓我真正擁有一個純然發揮的空間,親自體驗「設計實驗,驗證理論」的過程。 雖然有比較多時間準備關卡,但最後還是不免俗地通宵,這次通宵我印象十分深刻,因為大家開始胡言亂語的模樣真的好有趣,而且講的都是一些跟我們的關卡有關的字眼,與大家朝夕相處的過程中,逐漸會產生濃厚的革命情感,就好像心理學提到的內團體效應吧。我們會越來越認同自己,越來越有自信,和大家在一起的時候,我存在的價值與意義是能強烈感受到的。即便最後我們不是金牌,也因而掉了許多眼淚,但不可否認的是,這樣的努力已經昇華,我們的成長也不容否定。「思源科學創意大賽」對我而言不只是比賽,更是自我實現。 三、 喜愛設計和實作實驗 參與這兩次比賽著實獲得了許多成長與感動,分以下部分探討。首先,我從來不曾想過有一天我能夠自己「設計實驗」,並且深刻地愛上它,其實在參加思源競賽以前,高中少數的實驗課對我來說是無聊透頂的,就好像按表操課,步驟怎麼寫、老師怎麼講就怎麼做,越快完成就有越多自己的時間可以好好念書,絲毫不會去思考一個最基本的問題:為甚麼?可是相反的,在參賽後,不管遇到甚麼問題我們都需要先自己想過可能原因才可以跟江淞承老師討論,卻也因為這樣的教育方式,讓我們自主性思考、不扼殺我們的創意,這也是我十分感謝老師的部分,待後面詳細描述。 此外,參賽過程中學到的所有實作經驗也成了我上了大學後做實驗比別人「還要厲害」的基礎,其實很多高中生懂得只是課本上的長篇大論,實作經驗是極其匱乏的,這也是我們與高職生無法相比的部分,可是透過參加思源競賽,我有了接觸這方面的機會,很明顯的,進了大學後,多數學生做實驗的技巧都不是很理想,大家怕東怕西,連秤取藥品都會顫抖,好像藥品會把大家吃掉一樣,這可能是因為台大是所著重學術研究的大學,而考進來的人幾乎清一色都是高中生,大家在高中也多半很努力讀書而缺少了實作經驗;可是有了這些經驗的我卻不會如此,反而能十分迅速地完成實驗,並且和大助探討「為甚麼」。很幸運地,我的有機化學實驗大助十分聰穎,思辨力也很好,更喜歡我們「不」按表操課、發現更多他不曾想過的問題,真的跟江淞承老師很像!也因為這樣的機緣,我十分熱愛有機化學實驗,更在課程結束後和大助成了好朋友。 四、 崇尚翻轉教室 再者,在江淞承老師身旁學習,我深刻體會到何謂「教育」,教育不該是單方面的消費行為,不是因為我們有付學費所以應該得到坐在講堂聽課的待遇,比起單方面的傳授知識,我更崇尚翻轉教室的教育方式,不管遇到甚麼問題,課本上的也好、實驗上的也好、生命中的也好,所有問題江淞承老師都不會第一時間給予我建議與解答,他會先問「你覺得呢?」每次跟江淞承老師對談,我都會被刺激自主思考,自己有了初步的想法後再提出來跟老師討論,此時老師便會指出我沒有思考到的層面,如此激盪下許多問題都迎刃而解,討論出結果後,江老師還會以半調侃、激將法的方式鼓勵我、肯定我,讓我更有動力走下去;我覺得這樣的教育方式是理想而且必須的。學校教育就是踏入社會的前置作業,學生要學的不僅僅只是書本上寫的智慧結晶,我們更應該學習一些抽象性的技巧,如問題分析及處理方式、資源尋找方式、克服困難的心態調整方式等,這些都不可或缺,才能使學生全面性發展。 江淞承老師亦賞罰分明,做對就會讚美,不過做錯就會明講不拐彎抹角、不刻意包裝言詞。雖然有時候殺傷力挺大的,但卻能很直接了當的讓我了解哪邊可以改善。最重要的是,江老師絕對不會否定我之前所犯過的錯誤,我踏出的每一步足跡他都是給予肯定的,也因此讓我明白現在的我便是從過去的這些錯誤中成就而來,如果我們不鼓起勇氣面對這些失敗,那我們就找不到真正的成功,因為失敗與成功本來就是一體兩面。沒有「思源科學創意大賽」,我就不會有機會在江淞承老師身邊學習,而我,就不會是現在的我,仍舊會是那個時常躊躇不定、瞻前顧後的阿詹,永遠不會給予自己肯定,在一次次的否定中逐漸變得渺小,可能連現在在哪裡都不知道。 五、 科學不只是學科 「思源科學創意大賽」是我人生的一個重大轉捩點,因為它「從無到有」提供了一個廣大的空間讓我們做無限發想,讓我們真正放下書本,暢快淋漓地天馬行空一番,讓我們知道科學不只是學科,它可以很具體,可以全然融入我們的生活,更可以成為我們的朋友。 沒有「思源科學創意大賽」,我,就不會是現在這麼有自信的我。 n 結語 常有人問筆者(通訊作者),為何能如些長期投入這項活動的指導,筆者常想,在自己的職業生涯中,除了將固定的那幾本書中的內容教給學生之外,還能帶給他們什麼?以及我得到了什麼?因些在課業之外,我選擇了科學相關競賽的指導工作,而事實上,除了每年的參賽同學都印象深刻、收穫豐富之外,我個人在每年的競賽之後,也頗有成長,整個活動讓筆者頗有「教學相長」的感覺。 首先是科學知識方面,每年在引導學生構思關卡時,當然是先讓他們參閱往年的競賽手冊,了解歷年大家的作品內容,而後再構思今年想要做的東西。為了儘量不要重覆過去的內容,便需集思廣或搜尋更多的素材,而在每年作品製作的過程中,也都會遇到各式各樣不同的困難,在解決困難的過程中,使筆者對各項實驗的結果、影響因素及效果最佳化的方法皆有新的認知。 而在態度方面,筆者在前幾年不可諱言地,非常重視競賽成果,得失心極重,常患得患失,一切的指導理念皆以得大獎為最高指導原則,但到了最近幾年,隨著智慧的增長,心態上已大為提昇,變得較重視學生的思考過程及心智成長,每年在看台上看著自己學生的參賽過程及作品運作時,都有一種「超越金牌的感動」。最終要感謝「思源科學教育基金會」,以及背後的工作人員,為這項競賽默默付出了十餘年,讓許多高中職師生能有讓人生精彩化的機會,也感謝交大思源基金會,能接手繼續承辦,讓這個優質的活動能夠延續,也期待將來有更多精彩的作品出現。 n 附記 作者江淞承,在學生國中時立志擔任數理科中學教師,高雄師大物理系畢業後,曾任教於台北滬江高中、台中大明中學及明道中學,現為嘉義女中物理科專任教師。以下是指導學生參加「思源科學創意大賽」的獲獎記錄。 年度 獎項 任教學校 2004 銀牌獎、最佳創意關卡-物理 台中私立 大明中學 2005 金牌獎、最佳創意關卡-化學、最佳表演解說 2006 銀牌獎、優等獎 2007 […]
思源科學創意大賽Plus: 曉明女中給學生學習的挑戰機會(上) 陳健安*、胡嘉倩、林亮瑩、林莞茜 臺中私立曉明女中 *joviskimo@gmail.smgsh.tc.edu.tw n 原始構想 當初我(通訊作者)只是憑著一股想帶學生參加不需要透過紙筆考試,又可以去透過自己在課本所學的知識來解決難題的比賽,讓躺在課本裡的學問變成有生命力的創作,希望讓他們知道在書本裡的知識是可拿來被應用,甚至於是可以用來變成創作的一部分,而不是拿來背的也不是用來應付考試的知識。因此,就號召到四位學生參加了2008年「思源科學創意大賽」,沒想到一帶就是六年。 n 教師參與心得 在指導思源比賽的過程中,最常被學生問到的一句話就是「老師,我要做什麼?」,這時我都回答「不是你要做什麼,而是你想做什麼?」 或許是台灣的教育太過於僵化,使得學生從小被教導說一動,做一動,不敢自己去思考想要做什麼,來到思源比賽,我覺得這一是個很好的機會,讓學生可以有機會去做他們想做。因此在撰寫初賽作品說明書的時候,我都鼓勵孩子去多看歷屆或是網路上有哪些有趣的實驗,那些是你想做的?如果是你,你又會如何去安排那些實驗放在你的關卡裡;你要怎麼去呈現你每一關的主題,如何讓你的關卡看起來就像是一個會動的繪本。 我常說我在整個比賽過程中,只是一個會出一張嘴,告訴學生你可以去哪裡找資料,哪裡可能會有你想要的東西?哪裡是你應該要去注意的老師?因為我希望我自己不要干預太多,盡量保持學生對作品原有構想,也希望他們遇到困難時,能夠自己去找出解決的辦法,而不是期待老師會幫忙做,因此我們學生的作品常常看起就像是資源回收品,雖然它真的就是資源回收品。因為學生所需要的器材多半是來自學校的資源回收場,所以曾經有學生說過「她比完思源,也更懂得珍惜資源,有些物品不是不能用,只是我們沒想到它可以怎麼用」。 「思源科學創意大賽」不僅它給了學生一個很不一樣的比賽,也給學生和我一個很難忘的暑假,暑假裡每天學生都是早上很早就來到學校,晚上很晚才回到家,甚至有時於忙到晚上家長還要到學校來接學生,學生才肯離開,有幾次遇到颱風放假,還是堅持要到學校來準備,看到學生這樣準備思源很辛苦,但我從沒聽過學生有任何的抱怨,因為她們表示在這比賽中學到很多在課本上沒有的知識和方法,很感謝「思源科學創意大賽」提供一個很不一樣的比賽給學生們。圖1是本校科學創意中心在一間教室角落拍到的相片,暑假期間,這間教室不再是老師在講台上講課,學生坐在下面聽課的場所,它是一群學生動手實作、發揮創意的場所。還有什麼比這樣的活動更符合「翻轉教室」的活動呢? 圖1:翻轉教室—暑假教室不再是上課場所而是實驗室 n 「天生一隊」的關卡設計與說明 我們(第二和第三作者)是曉明女中國三直升高中的學生,由六個同學(胡嘉倩、鄭雅馨、詹雅筑、徐濰慈、林昱伶、許莉翎)組對參加「思源科學創意大賽Plus」,隊名為「天生一隊」。我們和另一個曉明女中的隊伍一樣,獲得全國決賽優勝。 A. 四個關卡的設計 我們針對主題「Surprise」設計的關卡,分別為第一關:To Listen, To Feel(物理),第二關:To Promise, To Cherish(化學),第三關:To Dream, To Wish(化學),第四關:To Marry, To Hold(物理),如圖2所示。四個關卡的設計圖,如圖3所示。 圖2:四個關卡的名稱 圖3:四個的關卡設計圖 B. 化學關卡說明 第二關:To Promise, To Cherish,其設計圖如圖4所示。 圖4:「To Promise, To Cherish」的設計圖 本關卡涉及的化學反應有二:酸鹼反應和分解反應。 1. 碳酸鈣與檸檬酸反應(在圖4的左邊),其反應如式[1]所示: C3H4(OH)(COOH)3(aq)+CaCO3(aq) → CO2(g)+H2O(l)+Ca[C3H4(OH)(COOH)(COO)2](aq) [1] 2. 雙氧水分解生成氧氣(在圖4的中間),其反應如式[2]所示: […]
思源科學創意大賽Plus: 曉明女中給學生學習的挑戰機會(下) 陳健安*、胡嘉倩、林亮瑩、林莞茜 臺中私立曉明女中 *joviskimo@gmail.smgsh.tc.edu.tw 〔承〈曉明女中給學生學習的挑戰機會(上)〉〕 n 學生參與的心路歷程 我們(第二和第三作者)要與大家分享和32位同學暑期參加「思源科學創意大賽」的生活。我們的心路歷程分為兩部分:競賽準備過程和比賽過程、心得分享與感謝。 一、 競賽準備過程 在初賽方面:其實剛開始參加的動機很簡單,是想要利用升高中的暑假做一件有意義的事!而我們初賽時最常遇到的困難是我們的背景知識不足!這個比賽對經過高中物理和化學的洗禮後的高中生,腦袋裡會有比較多的科學原理、實驗與想法。而對於只有國中理化程度的我們是一個相當大的挑戰!常常為了思考關卡要用甚麼原理且如何與主題呼應,想到晚上常常都睡不著覺。然而,其實讓我們傷透腦筋的是這個小實驗演示完之後,沒辦法接續下去。 至於繪製並撰寫說明書的部分,對我們來說,語文表達與繪畫能力是另類考驗!要寫出一篇別人一看就懂的文字來描述作品,要下的功夫也不少。在校正說明書的部分,光在準備初賽,我們前前後後就看了50次以上! 在複賽及決賽方面:在準備的過程上,大致上可分為崩潰四部曲,四個思源病以及二個無奈。 (一)崩潰四部曲 1. 說明書上面畫得很理想,但是都做不出來或者是腦袋一片空白,完全沒有想法,看著說明書一天一夜而進度仍舊是零。 2. 絞盡腦汁改變策略之後,好不容易做出來了,卻不會動! 3. 花了二到三天不斷改變成品,一直試到第20-30次,終於成功了!但是在第31次又失敗了! 4. 在不斷地與老師與隊友討論、修正之後,大概到第60次吧,終於成功了!然後在61, 62, 63次也成功了!但在集合隊員,要很開心的跟他們說「你們看!我成功了!」。正要示範給隊友看的那一次,一定會失敗!所以,我們在做作品的時候,常常做到很想放棄很想哭!而這一切一定要身歷其境才能夠理解體會的。 (二)四個思源病 1. 我們總是會覺得,怎麼常常工具材料會自己不見了!明明我們組才6個人,就有8把剪刀,4捲膠帶,30-40顆大小彈珠。但怎麼每次急著要找要用時,總是找不到!而且問旁邊的人,一定會說:「我沒拿啊!我怎麼會知道勒?就在那個箱子裡啊!自己去找!」 2. 在經歷過這麼多挫折時,說話的口氣都會很差。而且,地下室很熱。我們對隊友的口氣,時常不太好,還蠻對不起他們! 3. 變得比較不怕髒!大概就是因為做思源就是每天生活在垃圾堆裡,不管地板多髒,我們通常鋪塊墊子就可以躺下休息了! 4. 無時無刻就是想到思源!走在路上,看到某些東西就會順口說出「這個可以用在某個機關很適合喔!」像我們有一個小機關就是在沖馬桶時想來的! (三)二個無奈 1. 我們的暑期輔導有4週,真的很長。在新竹決賽時與其他隊做心得分享時,外校的隊員因為沒上暑期輔導的緣故,他們總是說「感謝隊員每天陪我從早上8點做到晚上8點」,而我們只能很無奈的說「謝謝老師和隊友從每天4點多放學之後陪我們做到晚上9點多!」像決賽前的最後一週,我們對自己的作品相當不滿意,幾乎每天都留到十點多才回家。 2. 每天晚上回家洗完澡之後,坐在書桌前已經是晚上11點多了!尤其是暑期輔導到最後一週,考試簡直是超級多,公假,簡直是我們的救命符! 在比賽進行當中,我們也面對一些挫折。 因為我們的作品較大型且多,所以請搬家公司運送作品置比賽場地,但因在搬運過程中的碰撞,許多連結起來的地方都已經鬆脫,於是我們趕緊再準備區趕工黏貼。 在比賽開始只有兩個半小時將作品擺放置展示區(見圖6),但要在短短兩個半小時將做了一個多月的作品,擺放到做完美的角度真的很困難,一顆彈珠向前向後1公分都會使原本成功的關卡卡住。而最令我們困擾的是骨牌,因比賽的規定其中一關連結要使用骨牌,但一不小心就會打到骨牌,骨牌倒下後原本預備好的機關都被啟動了,於是我們又重新準備一次了。 圖6:決賽當天早上參加隊伍佈場作品 在關卡正式運作時,評審會在作品前觀看,這時我們十分緊張,擔心這個機關是不是能像平常一樣乖乖運作,是不是能帶動下一個機關,評審也會對我們的關卡提出一些問題,我們也必須要回答得很確實。經過了複賽我們也對自己的缺失做了改進,如將改良原本不順的機關,再不牢固的地方改善他的固定方式,不斷嘗試一個機關的運作,讓機關的成功機率上升,比賽當天到了。決賽時,觀摩到其他對手,有些的作品很厲害很有創意,也帶給我們很多的啟發。決賽展示時,評審者驗收成果(見圖7和圖8)。 圖7:決賽會場評審者(穿藍背心者)驗收成果 圖8:決賽會場評審者(穿藍背心者)評審作品 n 心得與感想 一、 學生分享之一 我們(第二和第三作者)要特別感謝陳健安老師,從四月多初賽一直到八月底決賽結束,我們有許多問題都是他幫我們解答的,常常一個問題不是用一個方法就可以解決,這需要經過很多次的討論和修正才找出辦法,在尋找答案的過程中,健安老師就提供了方向,幫助我們。如果沒有健安老師,大概沒有辦法完成這個作品,我們由衷感謝他的陪伴與幫助。 我們也要謝謝黃審老師提供藥品和器材;自然科老師教導我們自然科學方面的知識;修女會來地下室探望我們;也在比賽前為我們祈禱。最重要的還有隊友,從初賽、複賽到決賽,一路上我們都是一起攜手走來,曾經做到一半想要放棄,但當自己抬起頭發現其他隊友都如此賣力在為我們的作品付出時,自己也燃起鬥志了。在過程中我們常有不耐煩的口氣和不好之處,都要謝謝隊友的寬恕與包容,在這個暑假大家都對自己有些安排,要謝謝有空的隊友幾乎天天報到地下室,也有隊友從英國剛回來就來學校,有隊友的相助我很幸福,大家一起團結努力付出的感覺很棒! 雖然我們沒有拿到金牌,但是最重要的是過程,我們從中學到科學的知識、設計關卡的能力、團隊合作、時間安排、堅持不放棄的精神、找出解決問題的方法,我們也得到了和隊友之間最棒的情誼,這是最珍貴的。這個暑假我們過得很充實。 二、 學生分享之二 […]
「膠體溶液的帶電性與凝聚」的回饋與補充 施建輝 國立新竹科學園區實驗高級中學 教育部高中化學學科中心 schemistry0120@gmail.com n 簡述回饋、更正及補充 針對《臺灣化學教育》第五期「膠體溶液的帶電性與凝聚」一文,簡述回饋、回應、更正及補充如下: A. 回饋-1:以硫化砷說明「金屬的硫化物則帶負電」有不妥之處,因為砷為非金屬,不宜以此例說明「金屬的硫化物則帶負電」。 回應:非常感謝,應改為硫化鎘或硫化鋅等金屬硫化物才合適。 B. 回饋-2:膠體溶液的帶電性以吸附層、擴散層說明是膠體化學常有的說法,但是文中所附圖片都是呈現「單一離子」,似乎不妥,應該有其他離子被吸附,只是有量多量少的區別罷了。 回應:除膠核之結晶態結構僅能吸附特定粒子,吸附層與擴散層確實應該有帶不同電荷的離子被吸附,僅是數量有多有少,詳見圖5。 C. 回饋-3:「氫氧化鐵溶膠:氯化鐵溶於水可製得氫氧化鐵溶膠」描述太簡略,因為將氯化鐵溶於水無法製得氫氧化鐵溶膠,應該是「氫氧化鐵溶膠:氯化鐵溶於沸水可製得氫氧化鐵溶膠。 回應:謝謝告知,藉此各位讀者可了解如何配製氫氧化鐵溶膠,非常感謝。 D. 回饋-4:金屬的氫氧化物帶正電,金屬的硫化物則帶負電」不適用於某一反應物過量的情況,例如Fe(OH)3膠體溶液,以FeCl3與KOH配製時,若是FeCl3過量,則氫氧化鐵溶膠帶正電;若是KOH過量,則氫氧化鐵溶膠帶負電。 回應:可參考課本原文「金屬的氫氧化物帶正電,金屬的硫化物則帶負電」僅適用於「氯化鐵溶於沸水製得氫氧化鐵溶膠」這種特例,若某一物質過量,即不適用此段文字。此一回饋將於後文中詳加論述。 E. 更正:膠核(colloidal nucleus)應包括結晶態(aggregate)吸附層中緊密吸附之與結構有關之離子,詳見圖6。 F. 專有名詞英文更正:膠粒(granule),詳見圖6。 G. 專有名詞英文增列:膠團(micelle or colloidal particle),詳見圖6。 n 翔實說明 「拋磚引玉」這句成語,在《臺灣化學教育》第五期「膠體溶液的帶電性與凝聚」一文獲得見證。該文章發表後,不久即收到我多年的老友,在高中化學老師中可說是學養相當豐富的老師,該老師對我的文章內容頗多肯定,但也指出一些闕漏之處,如上述回饋內容,對我有震聾啟聵之效,並提供參考文章供我閱讀,本人非常感佩。基於該位老師的特別叮嚀:「低調」,只好姑隱其名。本文將就這位老師提供的參考文章進行補遺的工作。 根據Panet-Fajans’s rule: Only these ions, which are included in the structure of the insoluble salt crystal or those, that form insoluble compounds […]
膠體溶液的帶電性與凝聚 施建輝 國立新竹科學園區實驗高級中學 教育部高中化學學科中心 schemistry0120@gmail.com n 疑難問題 在膠體溶液的單元中,有一段文字敘述:「金屬的氫氧化物帶正電,金屬的硫化物則帶負電」,為何兩者會帶電?為何帶有不同的電荷? n 解答一:膠體溶液的帶電性說明 膠體(Colloid)溶液有三大特性,「帶電」是其特性之一。在教科書開放之前,由國立編譯館發行的化學課本裡,有一句話:「膠體溶液中,金屬的氫氧化物帶正電,金屬的硫化物帶負電」,困擾高中化學老師多年,近來又有老師問起,因此作者參考多本相關書籍,提供這個問題的解釋方式,供高中化學老師參考。 以硝酸銀(AgNO3)溶液與碘化鉀(KI)溶液混合為例,使其中某一溶液過量,過量之電解質溶液扮演穩定劑的角色,讓膠體溶液能穩定存在。碘化銀溶膠的帶電性說明如下。 當硝酸銀溶液與碘化鉀溶液混合時,銀離子(Ag+)與碘離子(I−)會生成有晶體結構的(AgI)m而形成「膠核」(colloidal nucleus)(圖1),膠核選擇性的吸附溶液中過量的碘離子(I−)而帶負電(圖2)。帶負電的粒子吸引溶液中帶正電荷的鉀離子(K+),被吸附的碘離子(I−)與鉀離子(K+) 稱為吸附層(Stern layer)(圖3),膠核與吸附層構成「膠體粒子」,又稱「膠粒」(colloidal particle)。因為膠體粒子吸附的碘離子(I−)數目大於鉀離子(K+),故此膠體粒子帶負電。帶負電的膠體粒子再以疏鬆的方式吸引鉀離子(K+),此為擴散層(diffuse layer),膠體粒子與擴散層構成「膠團」(圖4)。膠團即膠體溶液常被提及的「電雙層」(electric double layer),電雙層為電中性。AgI膠團的示意圖,如圖5所示。 課本提及的帶電性即為膠核與吸附層構成的膠體粒子所帶的電荷,上例因碘化鉀溶液過量,故此一膠體溶液帶負電;反之,若是硝酸銀溶液過量,則形成之膠體溶液帶正電。 圖1:膠核的形成 圖2:膠核吸附碘離子 圖3:再吸附鉀離子,構成膠體粒子 圖4:電雙層的形成 圖5:AgI膠團形成的示意圖 回頭說明為何「膠體溶液中,金屬的氫氧化物帶正電,金屬的硫化物帶負電」。 一、 氫氧化鐵溶膠:氯化鐵溶於水可製得氫氧化鐵溶膠,其化學反應式,如[1]~[4]所示: FeCl3(aq) + 3H2O(l) → Fe(OH)3(s) + 3HCl(aq) [1] 其中鐵離子(Fe3+)是酸性陽離子,在水中會起水解,其水解過程如下: Fe3+(aq) + 3H2O(l) → Fe(OH)3(aq) + 3H+(aq) [2] Fe(OH)3(aq) → FeO(OH)(aq) + H2O(l) […]