兩岸化學教育高峰論壇:化學模擬實驗軟體在國中八年級理化的探究與實作應用 陳子聖*1、周金城2 1臺北市立敦化國民中學 2國立臺北教育大學自然科學教育學系 *t733@thjh.tp.edu.tw 前言 科學教學的核心之一是幫助幫助學生培養解決問題的能力,無論在「九年一貫課程綱要能力指標」,或是即將實施的「十二年國民基本教育自然科學領域課程綱要」中,都提及探究教學中,教師需幫助學生學習如何具備問題解決的能力。若身為教師能落實平日教學課程中安排學生進入實驗室動手操作,學生才比較有可能藉由實驗操作的過程,培養問題解決的能力。但是由於部分實驗仍具有危險性,過去並不容易讓學生可以自行設計實驗,並自主測試實驗結果。利用商業化的Yenka Science軟體,教師可以設計物理、化學、數學與工程等主題的科學實驗,讓學生在電腦上親自進行科學模擬實驗操作,並且可以讓學生熟悉實驗步驟並收集數據,進而預測實驗可能的結果。 此次教學研究將以4個八年級上學期理化實驗內容,設計Yenka化學模擬實驗,並進一步比較使用Yenka融入實驗教學與一般教學的八年級學生在學習成效上是否有顯著差異。過程中學生約三人一組藉由觸控平板電腦來操作模擬實驗,熟悉實驗步驟並練習預測結果。透過Yenka融入的實驗組與一般教學的對照組進行比較,發現不論國小或是國中Yenka融入的實驗組教學成效都優於一般教學對照組,且成績進步達顯著差異。 研究背景與目的 2019年即將啟動的12年國民基本教育課程綱要(簡稱課綱)中的自然科學課程中,規劃每學期至少包含一個跨科單元,實施跨科主題整合的探究與實作學習,其主要目的並不是取代學科的實驗課程,而是讓學生可以動手將想法實際執行出來,以提升學習成效。因此,在本教學研究中,希望藉由Yenka實驗模擬軟體操作,透過學習單內容設計加入引導式探究的內容,以2~3人為一組進行小組討論,幫助學生在實驗過程中培養探究學習能力,並能解決所教師所設計的實驗問題,例如:在原有課本實驗內容中加入不同物質的溶解度觀察,以瞭解溫度上升是否均能增加溶解度等,延伸實驗的廣度與深度,以提升學生的科學學習成效。故本次教學研究目的有二: 1. 利用Yenka科學實驗軟體融入科學教學活動,幫助學生科學成效是否能有所提升。 2. 利用Yenka科學實驗模擬軟體融入實驗課程時,學生所遇到的問題與解決方式。 研究設計 為了確認實驗模擬軟體在國中教學效果,我們選擇台北市某國中八年級學生,將自然與生活科技的四個主題的融入Yenka活動,分別是1.密度的測定、2.混合物的分離、3.溫度對固體溶解度的影響、4.氧氣的製備及性質。研究期程共計共 6 週,每周 4 節課,合計 24 節課,教學對象的2班學生均為常態編班,其實驗組 26 人,控制組 27 人,合計 53 人,實驗模擬軟體均採用Yenka Chemistry,而實驗影片內容採用康軒版電子書所附內容,每次課程進行前,先進行前測,兩組進行相同時間的教學,再進行後測。茲將教學流程說明如表一所示。 表一:每次實驗課程之教學流程 實驗組 (26人) 前測 概念教學 Yenka模擬軟體操作+ 小組討論 進實驗室 動手實作 後測 對照組 (27人) 觀看實驗影片+ […]
軟體與平台在中小學化學教學上的應用: 透過製作均一教育平台學習資源以提升國中生酸鹼反應概念 陳子聖 臺北市立敦化國民中學 t733@thjh.tp.edu.tw n前言 何謂酸?何謂鹼?在1777年以前,以行為模式 (Behaviour Model) 運用感官描述酸與鹼(邱美虹,2017),進而累積煉金術多年的經驗得知含金屬的礦物在水中會呈鹼性,而不含金屬的礦物在水中會呈酸性;直到1884年阿瑞尼士 (S. A. Arrhenius, 1859-1927) 提出游離說 (Theory of Ionization) 的理論,認為酸在水中會產生氫離子 (H+) ,鹼在水中會產生 (OH-) 等,陸續開啟了更多關於酸與鹼的學說理論,而人類對於酸與鹼的認識也由巨觀的化學現象進入微觀的粒子觀點,因此有了完整的酸鹼鹽相關學科知識架構。由上述歷史可以瞭解,能夠從物質的粒子觀點觀察化學反應現象等概念,經歷了一連串漫長的時間演進,且在國民中小學十二年國民基本教育課程綱要自然科學領域中,「酸鹼反應」與「水溶液中的變化」均被列入「自然科學」領域之學習內容架構(教育部,2016),足見相關概念的重要性。 然而在筆者多年國中理化教學經驗上,深刻瞭解到學生在學習酸鹼反應的粒子觀點與化學現象等相關概念時,容易產生迷思概念,亦經常表現出學習困難。以往所使用的教學策略,通常僅是提供學生比較容易造成迷思概念的相關試題彙編成學習單,提供給學生在課堂間多加練習,甚至運用心智圖法讓學生整理教材內容,以釐清難懂的概念與教材知識間的關係;但是,以往的實施方式,難以讓學生在短暫的課堂學習中立即澄清困難的觀念,就算使用心智圖法進行整理,也僅於前段較為精熟解教材內容的學生,對於中後段學生幫助有限。因此,為了解決上述困難,深感若能提供可反覆學習的線上影片來作為課後補救教材,應是較為可行的解決方法;希望學生能透過課後線上學習的方式,再次釐清課堂中的重要概念與知識細節。為此,筆者多年前開始投入均一教育平台教師志工行列,協助錄製理化科教學影片及彙編線上評量測驗試題,期許自身能為臺灣教育貢獻一份心力。 如何運用科技輔助學習幫助學生減少前述學習困難,以確實理解酸鹼反應的粒子觀點與抽象概念,建構系統性概念,讓學生能具備自學能力以達到學習成效?本文將介紹如何運用均一教育平台所提供的教學資源與平台內建工具,將平日課堂上繁複費時的教學歷程與線上即時評量結合,不需侷限於傳統課室的時間與地點,也能發展出專屬於個人的學習課程,提供建議的教學策略。 n科技輔助學習課程—電解質與酸鹼鹽為例 均一教育平台 (Junyi Academy) 自2012 年 10月成立以來已累計超過一百萬人次使用,所錄製的在地化的課程影片已超過12,000支,線上練習題有46,000題以上,而且每週皆會定期新增練習題與影片;搭配強大的平台引擎,以大數據 (big data) 與機器學習 (machine learning) 的技術增進系統適性化、個人化的程度,主動紀錄學生的學習歷程,並以色彩繽紛多元的統計圖表呈現,以及新增的前、後測與差異化指派等平台內建功能,能夠根據老師、學生及家長的個別需求,即時掌握學習狀況,精準建議個別化教材內容,在此提供的即時回饋機制,更可追蹤學生在學習歷程上的困境與需求,此項優勢若能與傳統教學搭配實施,或許能成為臺灣化學教育的新亮點。 因此,除了一般數位課程優點的視覺化、互動性以外,日趨完備的教學影片與即時評量系統,可以讓教學者或學習者,均可依照自身需求與學習策略打造客製化課程,讓學習更有彈性及活性。以下針對國中八年級理化課程「電解質於酸鹼鹽」為例,首先,進行教學實施策略的建議方式與流程說明,如表 1 。 表 1 教學實施策略與教學流程 實施策略 教學流程 翻轉學習 混成學習 課前準備 指派學生預習單元,觀看線上平台教學影片。 教師需課前檢查學生預習進度是否完成? 指派學生預習單元,觀看線上平台教學影片(至少為原課程內容30%~80%)。 教師需課前檢查學生預習進度是否完成? 課中操作 […]