原住民族樹皮布與化學 傅麗玉 國立清華大學師資培育中心lyfu@mx.nthu.edu.tw 臺灣原住民族傳統文化的生活與大自然息息相關，遵循大自然萬物的作息，在人的生活與大自然的作息之間取得平衡和諧。因此，生活所需的物品原料都是取自大自然又可以回歸自然的原料，衣服的布料也經常是就地取材，取自大自然的植物纖維。布料可分為織布類與非織布類（無紡布）。例如，泰雅族婦女採用苧麻纖維做成苧麻線，編織苧麻線成為布料，就是屬於織布類的布料。阿美族人利用構樹（學名：Broussonetia papyrifera）的樹皮，不經紡織過程製作的樹皮布（bark cloth）則屬於無紡布（見圖1）。本文說明樹皮布的文化、工藝與化學。 圖1：阿美族沈太木耆老所製作的樹皮衣帽與背袋（傅麗玉攝，2008）   n  構樹與樹皮布的基本特性 在植物分類上，構樹為桑科（Moraceae），構樹屬（Broussonetia）的落葉中喬木。英文名稱是Common Paper Mulberry或Paper Mulberry。構樹全身有著不同的功用，因而獲得不同的名稱，例如鈔票樹、鹿仔樹、殼樹、殼木子、楮實子、奶樹、構木、噹噹樹、楮樹、紙木等。因為其外型、特性或不同的用途而有不同的稱呼。構樹樹皮的纖維長度將近一公分，屬於長纖維，是製紙的好材料，因此叫做「紙木」，而所製成的紙可用於印製鈔票，所以又被稱為「鈔票樹」。曾經和家父在散步途中遇見構樹。老人家與構樹有一份特別的情感。根據家父的說法，構樹嫩葉是鹿的美食，因此構樹也叫「鹿仔樹」。整棵構樹纖維豐富，樹身上的凸起腺點有乳汁，富含許多動物所需的營養。構樹雌雄異株，雄構樹的花呈現長條狀，稱為「葇荑花序」，很像下垂的毛毛蟲，又像沾滿花生粉的小拇指（見圖2左）。雌構樹的花長得像小毛球，稱為「頭狀花序」，其漿果在夏天成熟時就像紅色的小叮噹，因此，雌構樹又被稱為「噹噹樹」（見圖2右）。構樹漿果是綠繡眼、白頭翁等鳥類、昆蟲、蝴蝶還有松鼠的美食，也是從前許多鄉下孩子的零嘴。雌構樹製作的樹皮布質地比採用雄構樹製作的樹皮布柔軟細緻，而未去除最外層樹皮所製作的樹皮布則最為粗硬，但有一種樸拙的美感（見圖3）。 圖2：清大校園構樹（左）、長條狀的雄構樹花（中）、雌構樹的頭狀花序與紅色漿果（右）　（傅麗玉攝，2017 & 2016） 圖3:由左至右三片構樹皮布各用雌樹、雄樹與保留外層樹皮所製作（傅麗玉攝，2017）   n  原住民族樹皮布文化、禁忌與做法 構樹的分布非常廣，韓國、日本、中國大陸、臺灣、馬來西亞、菲律賓、泰國甚至復活節島，都有構樹，只是因為生長的環境氣候不同，纖維的成分與型態有所不同。樹皮布製作是許多南島語系原住民族部落的傳統工藝。桑科植物是製作樹皮布最普遍的樹種如構樹，但麵包樹與雀榕等纖維較長的植物也可以。2008年筆者參訪臺東縣東河鄉都蘭村沈太木耆老夫婦親自示範的構樹皮布製作過程（見圖4）。2016年筆者在馬來西亞古晉市也看到當地原住民族人製作樹皮布。兩者的製作過程幾乎完全一樣（見圖5）。「樹皮布」的阿美族語是tapa，臺灣其他原住民族群的「樹皮布」母語發音也多類似tape的發音。原住民族砍樹做樹皮布有一定的規矩。以臺灣的原住民族為例，首先以一小杯少量的酒，用手指沾酒灑三滴在地上，向樹說明取樹皮的用途，然後喝完小杯中其餘的酒。才開始砍樹，只能砍樹枝，不可以砍樹的主幹，如此才能讓樹繼續生長。砍過的樹枝，必須在砍過的傷口處，放置一顆石頭，象徵對樹的回饋與感恩，同時期望樹木被砍的傷口能早日癒合。這種視萬物如自己的態度，值得我們深思學習。 圖4：阿美族沈太木耆老說明樹皮衣的製作（傅麗玉攝，2008）   圖5：馬來西亞古晉地區原住民族用雀榕做樹皮布（左），雀榕樹皮帽子與扇子產品（右）（傅麗玉攝，2016） 製作樹皮布的過程非常耗時耗工。首先砍下適當長度的枝幹（見圖6），浸泡砍下的枝幹在水中，讓樹皮吸飽水分（見圖7）。用刮刀刮除浸泡過的枝幹最外層褐色樹皮，露出顏色較淡的樹皮（見圖8）。放在光滑而粗大的枝幹上或堅硬的平面上用槌子敲打，使構樹的樹皮與木質部脫落分離，以便剝取樹皮（見圖9）。經敲打、樹皮脫落後，可見構樹枝幹橫剖面的變化（見圖10）。剝取內層較細的纖維，用木拍敲打垂打成薄片，順著樹皮的紋路來回重複拍打，樹皮的長度逐漸延展，一般可以延展為原長度的五倍（見圖11）。用清水沖洗拍打完成的樹皮，並用漂白水浸泡，以便除去有黏膠感的蛋白質。最後脫水曬乾成樹皮布。 圖6：製作樹皮衣的構樹枝幹（傅麗玉攝，2008） 圖7：浸泡在水桶中的構樹枝幹（傅麗玉攝，2017） 圖8：用刮刀刮除浸泡過的枝幹最外層褐色樹皮（左），露出顏色較淡的樹皮（右）（傅麗玉示範，2017）     圖9：順著樹皮的紋路在堅硬的平面用槌子敲打（左），樹皮與木質部脫落分離（右）（傅麗玉攝，2017）     圖10：構樹枝幹橫剖面經敲打、樹皮脫落後的變化（傅麗玉攝，2017）     圖11：來回重複拍打，樹皮長度逐漸延展（傅麗玉攝，2017）   n  樹皮布的化學—纖維素與木質素 樹幹的基本構造分為五層。最外層是樹皮用以保護樹身免於病害。第二層是韌皮部，是一層纖維質組織。第三層是非常薄的形成層，具有生長功能，整棵樹的生長細胞都來自這一層。第四層是邊材。透過邊材，水分可以從根部輸送到整棵樹。最內層是心材，由老化邊材所構成，顏色比較深。邊材與心材合稱木質部，也就是一般所謂的木材（圖12）。 圖12：樹幹的基本構造　（傅麗玉手繪，2017） 木材和樹皮的各種組織由複雜的有機物質構成，分為細胞壁物質和非細胞壁物質。細胞壁物質是構成木材和樹皮的基本物質，如纖維素（cellulose）、半纖維素（hemi-cellulose）和木質素（lignin）三種化學成分所構成，皆是高分子化合物。非細胞壁物質種類多、含量少，而且因樹種和存在部位不同而變化較大，基本上是低分子化合物。各種化學組分在木材和樹皮各種組織中的分佈是不均一的。纖維素是地球上最豐富的有機聚合物，是組成植物細胞壁的主要成分。木頭中纖維素含量約為50%。纖維素分子與半纖維素分子有氫鍵連接，半纖維素分子與木質素分子之間有共價鍵連接，纖維素與木質素之間無連接。纖維和纖維之間由木質素膠合而構成樹皮，使木質部具備硬度足以支撐整棵樹的重量。從濕潤樹皮、敲打取下的樹皮到乾燥樹皮布的過程，同時發生物理變化與化學變化，不只是為了增加成品的面積，更是為了增加羥基（–OH氫氧基）之間氫鍵的結合，增加柔軟度與韌性。纖維素屬於天然聚合物（polymer）。纖維素是D–葡萄糖(C6H12O6)以β-1,4-糖苷鍵組成的大分子多醣，分子式為(C6H10O5)n。所謂聚合物是指由很多小分子的單元重複連結而成的大分子物質，其分子量多達數萬甚至數十萬，而構成聚合物的小分子稱為單體（monomer）（見圖13）。   圖13：D–葡萄糖(C6H12O6)以β-1,4-糖苷鍵組成的纖維素大分子(C6H10O5)n n  誌謝 本文撰寫期間承蒙泰雅族樹皮布達人李欣老師到筆者課堂演講示範樹皮布製作，特此誌謝。 n  參考資料 1.        張至善主編（2011）。打樹成衣：南島語族的樹皮布及其文化。臺東：國立臺灣史前文化博物館。 2.        黃建民和長風（2002）。趣味植物小百科。臺北：國際村文庫書店有限公司。 3.        李麗雲、林佳靜、陳文德及鄭漢文編著（2009）。卑南族的家與植物。臺東：國立臺灣史前文化博物館。 […]

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。 […]