熱學課程整理

去年的這時候，我們學校弄到了四台iPad可以用，於是開始思考行動學習的方案。今年由於開始接觸1know.net平台，於是決定使用1know做一個更徹底的翻轉教室，看看這樣的教學模式的可行性和效果。

改造課程變成PBL探究式課程與多元評量

其實這東西說穿了，就是讓老師從告訴學生答案的角色，變成問問題的角色。學生則是從聽答案的角色，變成找答案的角色。

以往的教學方法，可能像是這個樣子：

以「波的波速只受介質影響」這個主題為例子，老師可能在這一階段教學的開始就說：「波速只受介質影響喔，不受頻率及振幅影響。」接著可能就是用一些題目舉例作為例題，然後就是一些習題等等。

老師可能覺得這個觀念很簡單，講一講記起來就可以。不過這一段過程裡面，其實缺了兩樣東西，一個是動機，一個是發現答案的歷程。

什麼是動機？就是疑問、問題。「波的速度只受介質影響」這是答案，只有答案，沒有問題，那很奇怪。我會不知道你告訴我這個幹嘛？所以其實在這個主題出現之前，要有問題的產生。最佳的情況，是讓學生有機會問出來；次佳的情況，是老師藉由某些方式引出來。

探究式教學、多元評量和PISA

Bell老師邀約了一個有點大的講題，連接了探究式教學、多元評量和PISA。不知天高地厚就接了起來。努力了一陣子，發現這三者是根本可以串接起來的。也就是好好的進行探究式教學，那麼評量想達成的效果就可以達到，PISA考題的精神隨時可以加到課程和評量裡面。不要想標準評量，那是太大的工程，但我們可以利用這些評量過程隨時檢視學生學習狀況並且調整我們的教學。

以下是演講講義和投影片

講義：https://docs.google.com/file/d/0B0CpTORM4qhbQUZreFNUOFliSXM/edit?usp=drive_web

投影片

九年一貫自然科課課綱裡頭的「教學方法」

這是九年一貫自然科課綱裡面提到的教學方法，我將原文部分加了底色。並且在每一條下面加註了紅字。所以黑字是原文，紅字是我寫的，橘色底色是我加的。可以看到課綱裡面談論的東西，現在大家正談的很熱絡啊！

(1)教學應以學生活動為主體，引導學生做科學探究，並依解決問題流程進行設計與製作專題。 

以學生為中心，進行PBL科學探究學習

(2)教學時應提供合適的機會，讓學生說明其想法，以瞭解學生先前的概念和經驗。教師可以運用問題來導引學生思考、引領活動進行的方向、營造熱絡的求知氣氛。使學生參與討論、發表自己的看法，進行實驗、提出自己研判的結果，進行實作、展示自己工作的成果。教學後宜評量，以瞭解其學習的進展。

給學生機會，給學生舞台，以提問代替答案

(3) 教學應以能培養探究能力、能進行分工合作的學習、能獲得科學智能、習得各種操作技能、達成課程目標為原則。因此，教學形式應不拘於一，視教學目標及實際情況而定，可採取講述方式、或小組實驗實作方式、或個別專題探究方式、或戶外的參觀、或植栽及飼養的長期實驗，唯不宜長期固定於某一形式。 

多元教學，多元學習

(4)教師應參酌學生的學習能力，調整其學習內容，並針對學生的特殊性向及學習能力之個別差異，給予適當的指導。 

差異化教學

(5)教師可安排學生進行個人或小組合作的學習模式，養成學生主動學習，及能經由合作方式獲得學習的能力。

合作學習

(6)教學活動的設計應以解決問題策略為中心，並循確認問題、蒐集有關資訊、擬訂解決方案、選定及執行解決方案、及進行方案評鑑與改進等程序實施教學。

PBL

(7)帶領學生從事探究的活動時，應注重科學態度的培養，使學生能獲得發現的樂趣及養成求真求實的工作精神。

科學態度、樂趣

(8)在教學過程中，如果需要使用儀器與藥品，應特別指導對儀器、藥品的使用方法和操作安全，並做妥善的管理，以維護安全。

注意實驗安全

小學營隊課程

因緣際會開了一堂小學的營隊課程，本來以為是要給小學五六年級的趣味課程，結果居然四五六年級都有，這下年紀差異頗大，程度也差很多的情況下，只好玩一些好玩的課程了。

我的意思是這樣就比較難針對學生程度做一些比較客製化的課程。

用google docs表單製作隨堂測驗(下)

這部份要介紹的是，如何將測驗的結果，在測驗完畢後，以email寄給受試者。告訴受試者答題狀況甚至給受試者詳解。以下的文章是參考下面的影片完成的。比較喜歡看影片的可以看影片就好。

另外阿剛老師也錄了中文版的。請到這裡看



首先請記得試卷的第一個測驗的題目，設定為「文字」，題目設定為：email address，並勾選必答問題。

首先點下你的表單文件，在編輯表單的地方按下「插入」/「指令碼」

再談密度課程與密度的實作評量

今年我算是把密度課程弄的很完整。從一開始去發想「如果我們想去比較物質的緻密程度該怎麼辦」作為開始，經過實驗操作，數據分析等等的過程，最後以密度的實作評量作結。中間大概分成三大主題

點下去就可以連到大圖喔

第一大主題是上述的發想，然後把想法轉成可測量的數值，就出現了公式、單位。然後就進行一些基本運算訓練，最後以阿基米德皇冠的題目作結。最後這個題目，也是對最後合金的未知物埋下一個伏筆。

100年密度課程

表面上是密度的課程，骨子裡卻是科學探究的課程。先講密度課程的部份。
密度是物質的基本性質，受溫度及壓力影響。前兩年的密度課程由「說出何謂密度」進入到「以數學表達密度」然後根據訂出的公式「進行密度測試的實驗」。然後以「測試未知物質密度作結」。

在最開始的密度課程中，我請學生畫出圖型，並且觀察圖型，希望他們能看到圖型的特徵，然後說出一些事情。但是我發現這樣子的課程太抽象了，也很難說出圖型的重點。另外就是我自己對於實驗數據的處理觀念也不夠清楚，所以當時使用這個課程時，學生覺得很困難，我也覺得很困難。於是隔年我就把這部份拿掉，直到今年我把數據處理的觀念弄的比較清楚了，於是就把這部份的課程又加回來。

在今年的課程中，以「如果你想要表達物質排列的緊密程度的話，你該怎麼進行呢？」「你如何告訴別人這東西內部的排列比較緊密而另外一個比較鬆散」學生提出來的方式有：直接用肉眼看（可是看不到原子排列）、兩個東西碰撞敲敲看（可是除了密度外還有其他因素會影響密度）還有許許多多其他的「猜想」，然後慢慢的，就會長出像是「拿同樣的體積去比較，看哪一個質量較大」接著是「拿相同的質量去比較體積的大小」這些想法。

老師就可以繼續挑戰：你真的要把東西切成一樣大去比嗎？

然後我隨手拿了兩個生鐵材質的東西說：那你切切看...（以下紅字的部份，就是各種科學探究的能力）

這樣的問題，算是作為一個觀察與發想，作為課程的切入點，這部份還蠻有趣的，有很多不同的答案會跑出來，我覺得是一個還不錯的切入點，不過還不夠好。不夠好的地方在於這東西幾乎是有標準答案了。明年會改變方法！（註）

經過一番討論後，有一組的學生說出「比較相同體積下的質量大小，質量越大就越密」。這在概念上是行的通的，但是怎麼做呢？我如何把我想測的東西都切成相同體積呢？這部份相當於將發想轉變為「可測量的項目」

於是就可以引出用腦子去把東西切成相同體積就好啦--拿質量除以體積--就是這麼一回事。這樣做之後，長出來的東西不就叫做「每立方公分質量有幾克」這個觀念嗎？

於是公式、單位什麼的都長出來了，短暫練習密度的計算問題後，接下來就是進行實驗，收集數據。這部份就會訓練到實驗的規劃，當然即使像是測量密度這麼簡單的實驗，實際進行時，還是會出現很多很多原來想不到的狀況。這部份多累積經驗，應該會慢慢對實驗的設計越來越有概念吧。

實驗設計完之後，就是把數據收集起來準備進行數據的處理和分析了。每一個數據將質量除以體積之後，得到的密度都不一樣，哪一個才是物質的密度呢？取平均值在這裡可不是正確的作法。平均值應該只能用在對某一個物質進行好幾次相同的測量，為了抵消使用工具時的誤差，才用平均值來處理。

這個部分要先觀察到同一個物質在體積-質量的圖上，好像是落在同一條線上，於是應該要問一個問題：體積和質量的數據「有多麼的像」一條線。第二個問題是：這條線應不應該通過原點？

以這個例子來說，當然應該要通過原點。於是我們設定截距為0，畫出一條趨勢線。這條趨勢線又可以告訴我們什麼事情呢？

首先，當我們把點連成線，其實就已經在做預測了。我們在預測實驗的點以外的事情。如果我們只做兩個點，連成一條直線想預測事情的話那是太愚蠢了，但是如果我們做了七個點、八個點甚至幾百個點，而這麼多個點都在同一條直線上，我們就很有充分的理由把這條線連起來，認為其他我們沒有做實驗蒐集數據的點，應該都在這條直線上。

接下來是左右端的延伸，可以延伸嗎？向左端當然頂多延伸到原點，這我們比較有把握。向右端的話，風險其實就比較大。

那這條線並沒有真正通過所有的點，只是我們盡可能的讓線去接近點而已，那這條線為什麼反而代替了實際的點呢？因為實驗總有誤差，如果那些點離那些線並不太遠，我們就可以認定那些點「應該」在線上。到底要多近才行呢？這邊得要看R2值才行。一般的標準是R2>0.995以上，是符合標準的，嚴格一點的就得要>0.999了。

其實中間有些出問題的數據，有一組的數據體積8.5寫成5.8，結果造成R2太低。但是當我們捨棄了那個怪怪的數據後，R2就大幅上升。這件事情剛好被我當成良好的實驗得到的趨勢足以預測未知的事情的案例。

讀完趨勢線後，讓學生把表格和圖整理好，列印出來，作為實驗結果的彙整，再回答最後我列舉的四個問題（在講義內，講義明天補上）就完成了實驗最後的討論。

這些活動結束之後，再進行一個測試未知物質的密度的活動，作為實作評量，這個課程就正式結束了。

(註)明年的切入點應該會用各種不同物質，每一種物質準備七八個，讓學生先去測量這些不同物體的質量和體積，得到一大堆數據之後，再開始就這些數據來進行討論

滴定的實作評量

酸鹼滴定是我喜歡做的實作評量之一，這算是一個很有總結性味道的測驗。

八年級的理化課從上學期末開始，到這邊，學到了莫耳數、化學反應、化學計量、莫耳濃度、酸鹼中和反應、酸鹼指示劑等等的觀念。我發現酸鹼中和滴定的過程會把上述的觀念通通整合起來，所以可以說是一個總結性的實作評量。

酸鹼中和滴定的實作測驗中，我會給學生一個未知濃度的鹽酸溶液，容量將近30ml。學生要自行配置0.1M~0.5M的氫氧化鈉溶液（這濃度算是個提示，降低難度）使用滴定管做酸鹼滴定，然後算出鹽酸的濃度。

學生在各階段使用的觀念如下：

莫耳數：配置氫氧化鈉水溶液
莫耳濃度：配置氫氧化鈉水溶液
化學計量：計算未知鹽酸溶液濃度
酸鹼中和反應：滴定過程
酸鹼指示劑：滴定過程、酸鹼滴定終點的判斷

學生所需要使用的技能如下：

正確使用天平取用氫氧化鈉：藥品不可直接接觸秤盤、秤量速度要夠快以免潮解嚴重、要用括杓或其他適當的器材取用藥品。

正確溶解氫氧化鈉配成適當的體積：要先用少量液體將氫氧化鈉溶解然後再慢慢加水到適當的體積。

取得適當體積的未知溶液：正確使用量筒，取得適量體積的鹽酸。

正確將未知濃度液體倒入滴定管：使用漏斗將液體倒入滴定管，速度不可太快。倒入液體的過程中，鹽酸溶液不宜放在滴定管下方，以免倒液體時失誤，造成兩溶液混合。

正確取用適量的指示劑滴入未知濃度液體中：使用量不宜過多，兩三滴即可。本測驗為強酸強鹼滴定，故沒有挑選指示劑的問題。

正確使用滴定管，並能適當的控制滴定速度：會觀察變色速度，決定滴定速度。能自由控制滴定的快一點或者慢一點。能正確判斷滴定終點。

一個測驗可以考這麼多東西，應該蠻值得做一做的。

學生在正式測驗前，已經學過了藥品配製技能、酸鹼中和的原理、化學計量、莫耳及莫耳濃度計算、滴定終點的判斷原理等等。最後再告訴學生測驗的規則，就讓學生取得未知濃度的鹽酸，自行利用中午時間來完成滴定，寫完實驗報告後繳交，學生操作過程中，老師可在旁觀察記錄學生操作過程是否正確，並可在測驗完成後給予意見及建議。

這些先備的知識技能中，大部分都在課內的課程就會教到，但是在「滴定終點的判斷原理」中，並沒有在課程中特別提到強酸強鹼滴定時，在接近pH=7附近時，pH會大幅變動，所以可以將酚酞變色（pH8~10）當做pH=7的滴定終點。這部份是學生會疑惑的，所以我另外用了一堂課的時間用理論計算的方式說服學生。

學生實作的情形如下：

寄件者 滴定實作評量

酸鹼中和的教學計畫

每年到了這個時候，就特別開心。因為有可以讓學生好好玩的課程了。這個「玩」並不是指什麼花俏絢麗的實驗，而是可以真正測試自已實力的課程。
下學期第二章的酸鹼中和課程，排在「莫耳」「莫耳濃度」「化學計量」這些課程之後。在酸鹼中和之後的課程，進入到氧化還原和反應速率與平衡。所以化學計量相關的課程中，酸鹼中和算是個ending。所以在這裡安排一個綜合性的實作評量應該是很合理的。

課程安排如下：
酸鹼中和的現象：產生鹽類、水和熱。分別用示範實驗證明，說明鹽類的定義與鹽類酸鹼的判斷。學會酸鹼中和的計量計算，並且做一些練習。

學會操作滴定管：知道怎麼控制滴定管的水流，並且要先慢慢滴，如果顏色沒有改變的話，就可以快快滴，直到顏色改變的時間變長，再放慢速度。不過說實在的，我蠻想買個四五支滴定管放在教室的。學校的滴定管堪用的好像不太夠多。

證明指示劑變色的瞬間，可以當做滴定終點：先學會如何計算酸鹼中和的pH值。不用真的算出來，只要會列算式就可以。然後讓學生使用電腦，用excel計算出0.1M鹽酸滴定0.1M, 10ml氫氧化鈉的pH變化曲線。曲線出來之後，就可以說明為何pH就算高達10~11，也可以當做滴定終點。

接著就讓學生先去構思如何進行滴定的實驗。我要配置未知的鹽酸水溶液，濃度大約是0.1M~0.5M然後讓學生自己配置氫氧化鈉水溶液來做滴定。學生必須先設計好實驗流程，然後自己找一個中午的時間來把unknown完成。

unknown作業大概要花一個禮拜完成。

希望同學們加油！