化學探究與實作範例

1876年，愛迪生成立實驗發明中心，就是我們一般所說的「愛迪生發明工廠」。裡面擁有當時最精密的設備儀器，還有一批才華卓越的各領域專家。這一群以愛迪生為首的科學家，就在這裡進行系統的、複雜的、種類繁多的科學研發工作。儘管裡面的發明產品很多是複雜難懂的，但是更多的發明是與生活息息相關，例如碳粉電話機、留聲機及竹絲燈泡……等，這些發明成功地將當時的保守社會推向新的紀元，生活也更加便利。好動、喜歡冒險的愛迪生從小就喜歡問：「為什麼？」而且非常喜歡親自做實驗，也因此常出包，是個令老師很頭疼的孩子。還好他的母親也是老師，知道愛迪生愛動腦及喜歡思考，知道傳統的教學並不適合他，所以她讓愛迪生用自己的方法去學習，愛迪生最喜愛的還是自然科學實驗，喜歡動手做的愛迪生著迷於各種實驗，也因此開啟了多彩多姿的一生。

探究活動啟發學習

所謂科學探究（Scientific inquiry）包含三個步驟：形成假設、找出變因（包含操縱變因、應變變因及控制變因）、設計實驗與進行實驗操作等。自然領域的教師也不再受限於專科教學，透過共同備課及社群研習分享交流，共同完成一學年每週兩堂課的自然領域課程規劃，透過課程觀察，啟發學生發現問題的敏銳度，動手做實驗，學習針對問題掌握操縱變因，在一次只能改變一個變因之下，不斷調整實驗方法，培養解決問題的能力。

現行課綱下的課程突破

教育部對於未來探究與實作課程規劃並沒有建議或限制，優點是教師在課程設計上十分自由，探究主題可做小也可以放大。較困擾的是，每個老師規劃的實驗主題可能不同，將會加重學校行政單位的實驗設備及藥品負擔會加重，管理員的工作負荷量也會增加很多。另一方面，成績評量的客觀性十分重要，因此筆者設計由淺入深的學習單及創意實驗競賽，除了可以釐清基礎實驗觀念外，還可以成為學生將來專題研究及小論文的前導訓練課程。

一、配合基礎化學（二）課程，設計課綱以外的探究實驗

學生一開始進入實驗室時除了須了解實驗室安全規則以外，更須了解實驗室器材的正確使用方式及如何配製藥品等，以下的學習單是學生第一次上課時，做碘化鉀催化雙氧水分解實驗後必須完成的學習單，學習單內容主要是偏重於非選擇題的學習設計，並有開放式題型，啟發學生思考力。

二、每套課程模組依學校學生程度分為三個階段，提供基礎課程、進階課程及探究實作規畫

2.第三週：以生物科角度引導學生學習「葉綠素及花青素的色素分離」的概念，進行校園內植物色素分離，如圖2所示。

3.第四週：分組討論及進一步實作探究，引導學生進行「薄膜層析法（TLC）」的分離技術實驗。

4.第五、六週：進行咖啡沖提技術，使學生了解化學在生活中的應用，如圖3所示。

藉由咖啡歷史、產地及咖啡豆處理方式不同，體驗咖啡文化之旅，此為生物與化學科領域的結合（如上示意圖）。透過課程整合，學生可以了解生活與化學密切相關。每個咖啡果實都富含果膠、內果皮及種子，日照、降雨量、風勢及土壤種種因素都會影響這黑色種子內的成份，而大自然遺傳密碼就在其中。

咖啡對於學習生物的人而言，從咖啡果採收，成熟果實揀選脫皮，將咖啡豆進入水槽中發酵，果肉移除清洗曬乾，都必須在採收後的幾小時內完成，箇中奧妙真的是一門學問。然而咖啡豆的沖煮技術如同化學中物質分離技術，沖提器材、水溫及沖提液量都是需要考慮的變因，對於引導學生品味咖啡味道的層次感及其對生命的感受力有很大的助益。

探究實作課程的設計與評量

研究期間最令人頭痛的是，不可抗拒的天候因素，原訂好出發採樣時間，卻巧遇颱風而延宕，採樣時又遇到颱風過後水質混濁及生態環境被颱風破壞而造成觀察困難……等。不過透過跨領域的共備學習，師生對於環境生態有了更深刻的了解，環境議題從不是單一科目的事件，這些環環相扣的跨領域學習過程中，整合專業所需要的能力，因此，誰來掌握研究課題的重點，不至於過度延伸或失焦，是跨領域合作的核心問題。

在未來大考出題方面，跨領域的試題仍需要有實際教學經驗的各科老師一起規劃。然而這並非易事，若是考前事先公布試題方向，恐會造成課程設計受到限制；反之，課程過於開放，探究實作課程淪為各科瓜分，充其量不過是各科多了做課綱實驗的時間而已。

【2.高一多元選修特色課程與高二的自然科學探究與實作課程並不相同】
所謂特色課程，是為全體學生所規劃有助於提升學習成效之課程內容或實施方式，主要實施對象是以高一新生為主，授課內容不拘，若是在自然科學領域開設的特色課程，課程規劃上通常以銜接國中自然科學概念為主，為將來「探究與實作課程」做好前置準備。

然而高二部訂必修的「自然科學探究與實作課程」是跨自然領域的探究課程，授課內容涵蓋物理、化學、生物及地科，每班學生人數超過25人，可以增設一名教師在教學現場，課程實施之初不一定要跨領域授課，可以就本位課程先實施，教師須了解「探究」與「做實驗」是不同的。探究實作課程最重要的是刺激學生去想、去推理，可能的原因是什麼？兩者之間有什麼關聯性？找出實驗中的「操縱變因」這是訓練邏輯思考力最重要的一個歷程。

｢探究與實作教學示例影片｣

十二年國民基本教育的課程願景是：「成就每一個孩子－適性揚才、終身學習。」其中，自然科學領綱強調「探究與實作」。「探究」是學習過程中最重要的歷程，如能設計探究精神的課程，不但符合學生知識建構與學習的方向，且可引導學生面對問題的自信與勇氣，連結知識與真實並且培養實作、思辨與表達的重要科學技能。
106年起教育部委託本館辦理「106-108年中等學校教師探究與實作專業發展提升計畫」以長期系統培育科學教師具備探究式實作課程設計與教學專業能力。
本計畫經本館以行政協助方式邀請國立臺灣師範大學科學教育中心以｢中等學校科展指導結合探究與實作課程計畫｣目標協同辦理，並徵選各國、高中成立種子學校，以教師社群合作模式共同推動地區性｢探究與實作｣專業發展研習，教案及教學示例影片為該計畫成果。

教學示例影片一覽表

學習歷程 化學探究與實作-強弱之分 from PeterWang490704

108課綱自然科新增探究與實作課程，111學年約600個大學校系要參採此課學習成果。台灣物理、化學、數學及地球科學學會今天舉行記者會，指出此課著重「探究」，建議循發現問題、規畫問題、解決問題，以及組織、呈現成果與反思四步驟撰寫學習報告。大學端鼓勵學生參考知名科學家法拉第的「科學筆記本」，寫下自己發現的科學問題與思考歷程。

台灣物理學會代表許華書表示，探究與實作課程鼓勵學生像科學家一樣學習，但非做出科學家的實驗成果，過程比結果更重要。大學端想看到學生如何發現什麼問題、規畫如何探究問題、如何善用工具解決問題，以及如何組織、呈現、反思成果。他建議學生準備筆記本，按這4步驟依序寫下報告。

許華書表示，建議以簡潔、流暢、有邏輯的敘事來撰寫反思報告，可用課堂上操作的實驗、探討的時事議題為主題，建議找尋結合基礎科學知識與新興科技發展的議題。中國化學會秘書長趙奕姼舉例，化學界關注綠色化學，強調兼顧環境保護的化學實作，建議高中生找尋相關主題來發揮。

中華民國地球科學學會秘書長劉雅瑄也說，地球科學所談的一切都關乎環境，如太空、大氣、地質，期待看到學生觀察並發現環境問題，進而思考解決之道的論述過程。

台灣師範大學數學系副系主任林延輯表示，高中數學領域學習成果宜緊扣課本基本觀念，大學教師盼看到學生高度掌握課程內容、展現夠強的學習動機。他也強調，對就讀高數學需求科系的學生來說，只學新課綱數學範圍還不夠，建議學生透過中華民國數學會提供的相關素材，進行加深加廣學習。

台南一中物理教師何興中表示，他曾調查學生為何喜歡探究與實作課程？答案是「當這個實驗是我所設計的，我就喜歡這堂課」，顯示探究實作與傳統科學課的不同。師大附中地球科學教師洪逸文也說，比起動手做，此課更重視「動腦」，訓練學生發現問題、創意研發的能力。