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實踐國中卓越科學情境體驗報導

 


文/廖純英
 

 前言

2019年1月29日聯合國教科文組織在法國巴黎舉行「化學元素週期表國際年」開幕式，以紀念俄國化學家門得列夫(Dimitri Mendeleev）編製化學元素週期表誕生150週年，並訂定2019年為「化學元素週期表國際年」。台北市立實踐國中自然領域團隊為了趣味化科普知識，並預告週期表全球150週年慶，遂於2018年申請台北市國中卓越科學計畫之子計畫--營造科學體驗情境計畫」以「向科學經典致敬--門得列夫週期表行動列車」的系列教學設計「週期表的奇幻世界」，開啟全校師生對於科學家門得列夫的崇敬與週期表相關知識的理解之門。
台北市自2014年起啟動「中小學卓越科學教育推動計畫」(台北市教育局，2014)，2018年度卓越科學計畫以「向科學經典致敬」為主軸，鼓勵各校提出競爭型的科創計畫。實踐國中的週期表教學設計，是以遊戲的方式，將各個元素知識融入活動中，兼顧知識記憶、理解、應用、分析，讓抽象艱澀的化學元素符號更有親和力、更具體，學生的學習也更方便了解。教師們透過自行開發的週期表翻翻樂教具、運用APP技術設計QR-code，以及運用ipad平板電腦等行動載具，設計「歡樂對對碰」等一系列創意教學，引導學生對科學知識發現歷程的了解，進而引起對科學知識學習、研究與探索的興趣，以啟發學生對週期表的認識以及科學的喜好，提高對化學知識及其應用等相關概念的瞭解，深化科學素養。實踐國中自然領域教學團隊為了推廣科普知識，更以可愛的胖卡車等行動列車的方式，將週期表教學帶到社區小學進行教學與分享，讓門得列夫週期表的種子，走入小學校園，向下扎根，埋下科學的希望種子，期望更多下一代能提早開展科學興趣及培養科學素養(見圖1)。

圖1.「向科學經典致敬」活動剪影

 教學設計

(一)教學目標
1.透過介紹科學家探究各種科學原理概念形成過程，引發學生對科學家的楷模學習，提升科學探究與實作的動機與興趣。
2.透過科學探究情境之設計，發展移動式科學設備及教具，營造移動式的科學教學情境，提供學生可操作的科學體驗學習機會。
3.透過教學設計的歷程，提供科學教師對話平台，進行共備，凝聚科學教學團隊共識，建構科學教師專業學習社群。
4.鼓勵師生動手操作，創造激發探究科學的有趣情境與學習機會，推動素養導向的學習。
6. 藉由有趣的科學體驗活動，了解門得列夫週期表，學會元素符號及中文名稱、並了解各元素的排列規則從而認識元素性質。
7. 配合12年國教培養科學素養的精神，透過科學探究體驗活動，營造為學生可操作、可發現、可移動、可推廣分享之科普課程。

(二)教學理念
元素週期表是國中生進入化學學習領域的入門主題課程。在過去傳統的教學方法中，通常會教導學生以諧音順口溜的方式，方便記憶週期表的元素符號，進而對於其性質加以記憶與應用。在面對12年國教新課綱強調素養導向的教學時代，實踐國中自然領域團隊決定要改變傳統方式，設計一套帶得走的教具，使週期表變成可觸摸的、有趣的、帶得走的科學玩具，讓學生透過觸摸、探索、記憶、理解等方式，對週期表各元素的特質、7週期與18族元素間關係，能有所了解。在學習過程中，不但可以建構週期表的整體圖像，而且可以透過平板電腦數位行動載具的操作，獲得學習的樂趣。

(三)週期表創意教學設計架構
實踐國中自然領域教學團隊透過共同備課、對話、分析討論，將課程架構以心智繪圖的方式呈現出其關聯性和系統性，整體課程以「週期表的奇幻世界」為主題，包含：(1)拼一下、(2)翻翻樂、(3)歡樂對對碰、和(4)樂高疊疊樂。主題架構圖如圖2，教學設計網址。

圖2. 週期表的奇幻世界創意教學設計架構圖

(四)實施方式與內容
1. 拼一下—週期表拼圖(見圖3、 4)

學生要能對整體週期表的架構一次看懂並且記憶，並不容易。因此，我們設計週期表拼圖遊戲，讓學生在規定的時間內拼出正確的圖形，並提供獎品。

操作
在拼圖過程中，學生先看懂週期表圖形，然後進行拼圖遊戲，採取時間競賽的方式，可分組或個人賽。提供精美獎品。

觀察/師生回饋
原本預測學生只是以色塊和圖案方式去進行拼圖，結果發現學生其實是按照週期表的序位(原子序的順序)進行排列，可在時間限定的情況下完成，如此即達到週期表的學習目標，特別是對原子序的規律性能夠充分了解。此外，在學習特質上，發現女生比男生更有耐心去比對和排列原子序。而小組成員彼此間的提醒與分工合作，可以達到小組競賽的目標。

圖3. 教師設計的自製週期表拼圖



圖4. 「拼一下」活動剪影

2. 樂高疊疊樂—積木組合週期表(見圖5)

操作
1. 透過積木的組合，讓學生對於週期表各族元素之間的排列關係，有更清楚的認識。用週期圖表製作好玩拼圖，共40片。
2. 透過小組競賽，以時間完成的長短，決定競賽成績。此外，由於完成的難度較高，較為繁複，因此，能完成的學生就算成功，也是一種考量。通常對於小學生，則只要完成疊疊樂，即給獎勵。
3. 提供國中學生整組的積木。而對於小學生，則只要排出A族元素即可(當然，若是時間夠長，也可以調整難易度和複雜度)。

觀察/師生回饋
1. 小學生對英文單字的認識較為不足，因此，在排列積木時，速度較慢，對元素符號的理解與搜尋對應較慢。有些學生能觀察到原子序數字順序進行排列，有些會觀察中文、符號、中文部首進行分類，也增加專注及觀察力。
2. 對於沒有學過週期表的學生而言，只能按圖索驥，一個一個元素符號去堆疊積木，而對於學過週期表的國中生而言，則能夠按照記憶中的概念架構，快速地組出一組完整的疊疊樂週期表。

圖5. 週期表疊疊樂積木組

3. 翻翻樂—自製設計木製翻牌組，以QR-code將元素符號的相關特性連結(見圖6、7)

圖6-1. 週期表翻翻樂52個元素

操作
1. 召開自然科領域會議，討論自然領域課程中所常見52個元素，分配領域教師，每個教師分配日常可見8~9個元素，根據元素常見用途或特殊功能性質，設計國中小學童的學習內容，並製作投影片PPT，上傳雲端，並製作QR Code，掃描QR code即可進行觀看。
2. 再以QR-Code聯結大型立體教具翻牌架，增加趣味性，讓學生翻至元素背面，以平板掃描QR Code進行學習。週期表QR Code資料庫網址為https://reurl.cc/eXW5M。

觀察/師生回饋
1. 翻翻樂牌架設計精美，顏色亮麗，且可以帶著走。對學生來說，每一個翻牌接觸摸得到，有翻牌的樂趣，非常獲得學生的喜愛。
2. 引起學生好奇，用掃描QR Code方式讓學生進行探索科學知識領航。讓學生對於原本陌生的元素或似曾相識的名詞變得更了解。
3. 用手機或平板電腦直接掃描QR Code，學生運用3C產品行動載具的樂趣，可以讓學生更願意學習，效果非常好。
4. 週期表52個常用元素如下表所示: 參考網址

圖6-2. 週期表翻翻樂翻牌板



圖7. 翻翻樂活動剪影

4. 歡樂對對碰—使用平板電腦APP(Quizlet平台)設計flash卡(見圖8, 9)，網址如下
國小對對碰
國中對對碰
中英對對碰

操作
1. 自然科教師透過社群對話，依據日常生活常見的元素整理出來，將元素符號及其性質配對後，製作成對對碰的題目群組，為了因應不同程度學生需求，題庫分成「國中對對碰」、「國小對對碰」和「中英對對碰」三組。
(1)中英對對碰（元素符號）：53題
(2)國小猜一猜：21題
(3)國中元素益智問答：118題
2. 運用平板電腦APP(Quizlet平台)設計flash卡，學生透過平板電腦或手機APP隨機選題，進行連連看配對。
3. 因元素週期表單元教學，屬於國中課程，因此為了讓國小學生更容易上手，因此另製作答案卡，讓國小學生先進行學習後再作答，並可以看答案卡進行作答。
4. 可以採小組競賽或個人競賽方式。每班分小組，每小組2~3人，進行比賽(在最短時間答題成功者獲勝，題目是隨機出現)。
5. 只需將題目與正確答案在平板電腦上個別點選，即可消除flash卡，直到flash卡完全消除(即配對完成)，且配對所花費時間最少者，可得到精美獎品。

觀察/師生回饋
1. 對學生而言，一組新的記憶性資料要完成，需要反覆練習，透過歡樂對對碰的設計，讓學生第一次完成大概花30~50秒，隨著重複練習，而降低完成所需時間。
2. 學生會因為時間因素，想要挑戰自我紀錄，一個畫面總共12格(可配對成六題)，最快完成紀錄是9.8秒。在遊戲中，學生因此達成記憶元素符號和相對應簡單性質的教學目標。
3. 透過平板的運用，學生幾乎都主動要求要嘗試第二次以上的機會，旺盛企圖心，欲罷不能。
4. 透過行動載具的運用，提高學生學習興趣。

圖8. 平板電腦歡樂對對碰畫面



圖9. 平板電腦歡樂對對碰活動剪影

教學省思與展望
面對12年國教浪潮，12年國教新課綱對學生科學素養的期許，不斷要求科學教師教學要推陳出新，講究創意與實驗性，使翻轉教學成為主流，加上資訊化社會數位學習已成為孩子們的基本素養，若能在化學科枯燥的週期表教學上運用行動載具，例如平板電腦、觸控式液晶螢幕、動手操作從做中學、APP、QR-code等融入整合運用，則不但可以提升學習興趣，貼近生活經驗、同時可以讓孩子在不斷操作、反覆練習中，內化科學知識，並培養探索、挑戰極限、超越自我的科學態度與素養。
「週期表的奇幻世界」教學活動(行動列車部分活動見圖10〜12，不但能讓學生在遊戲中喜歡科學，讓科學不會那麼遙遠。在貼近學生生活經驗之外，且讓學生可以在遊戲中，真正習得週期表各種元素符號，看到孩子們目不轉睛、發揮團隊合作，不斷自我練習地挑戰各種活動項目，我們相信「週期表的奇幻世界」創意教學設計，已經成功地將週期表介紹給孩子們，且啟發學生科學學習興趣，培養科學的態度，埋下科學教育的種子。

圖10. 實踐國小週期表行動列車



圖11. 大豐國小週期表行動列車



圖12. 週期表行動列車活動剪影

 致謝
本計畫的執行與撰寫，要特別感謝臺北市政府教育局提供的補助，以及臺北市自然科輔導團林如章教授的指導。尤其是在活動設計與教學計畫研發與創意，以及數位資料的形成，仰賴林教授給與提點甚多。此外，更要感謝實踐國中自然領域教學團隊以及教務處蔡帛娟主任、謝蘊珠組長、輔導室鄭迪文主任、資訊組蘇龍服組長等，共同規劃設計並至社區學校進行推廣教學，有一群如此熱愛推廣科學教育的夥伴，真是孩子們的福氣。






廖純英
臺北市實踐國中校長