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如何進行科學探究
- 1. 如何進行科學探究 國立三重高中高一化學精進班 授課教師:鍾曉蘭 2012/12/15
- 2. 介紹課程 節次 日期 授課內容 活動內容 授課教師 1 2011.12.15 探究式的教與學 如何進行科學探究 鍾曉蘭 訓練基本實驗技能 2 2011.12.22 走！進實驗室去 林士堯 暖身活動：泡沫傳情 3 2011.12.29 影響反應速率的因素 奈米硫實驗 林士堯 4 2012.02. 酸鹼相關概念 酸鹼滴定 彭立浩 5 2012.02. 氧化還原與電化學 電池與電解 鍾曉蘭 6 2012.03. 氧化還原的應用 銀鏡與銅鏡 彭立浩 7 2012.03. 開放式的探究活動 自行設計實驗 鍾曉蘭 彭立浩 8 2012.03. 小組發表活動 各組發表實驗成果 鍾曉蘭
- 3. 探究式教與學 在探究式教學中，教師扮演著引導者與協助的角色， 非直接的傳授知識， 學生必須有假設、預測、操作、提出問題、追尋答 案……等經驗，以便建構新的知識。 老師不以權威式的態度，而是用引導的方式來幫助 學生，或透過教具的使用和探究學習的特性，在合 作學習的模式解決問題； 學生的分組討論過程就是一種學習，學生主動學習、 主動建構知識。
- 4. 如何進行探究式教學呢? 探究有三個要素：問題、實驗步驟以及結果。 探究可以分成幾個層級： 第零級：問題已知、實驗步驟已知、結果已知(這就是 目前大部分的實驗教學狀況)。 第一級：問題已知、實驗步驟已知、結果未知。 第二級：問題已知、實驗步驟未知、結果未知。 第三級：問題未知、實驗步驟未知、結果未知。 以上的「已知」和「未知」指的是老師或教科書有否 提供。 第三級和第二級適合老師指導學生進行專題研究(例如 科學展覽作品)，第一級及第二級適合老師進行課堂教 學，老師可以事先安排好課程教學的問題，或引導學 生提出問題，再與學生討論該怎麼進行實驗，也就是 說利用引導式探究來進行課程。
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- 6. 簡易步驟說明 第一步是準備： 老師必須事先規劃好與課程相關的問題(無論是誘導學 生提出老師要的問題或老師直接問問題，都必須先規 劃好。)，然後準備必要的器材，器材盡量簡單且取得 容易，必要時(太複雜或取得不易)以影片或動畫輔助或 取代。 第二步是探索： 就是進入探究教學，首先提問題，和學生討論如何進 行實驗，再來就是學生進行探究，做觀察和記錄，然 後小組進行討論，由結果歸納出結論，提出解釋及證 據，再來請各組進行報告，老師再總結解釋或說明理 論或由學生的經驗數據提出關係式。這個循環可以持 續下去，直到完成課程主題。
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- 8. 探究式教學的類型與基本特質 基本特質 多 學生自主探究程度 少 少 教師和學習材料指導的程度 多 1.問題 學生自行提出問 教師提供相關問 學生的題來自教師或 學生探究的問題直 學生提出科學性 題 題，學生再據此提出 教材，但學生可自行 接由教師、教材或 問題 問題 改變含意 其他途徑提供。 2.證據 學生自行確定什 學生在教師指導下 證據由教師提供，學 證據與分析方法都 學生針對問題收 麼可作為證據， 收集證據 生進行分析。 提供給學生 集事實證據 並進行收集 3.解釋 學生由證據總結 在教師指導下收集 使用證據形成解釋的 證據已知 學生從證據出發 後形成解釋 事實形成證據 途徑是已知的 教師直接提供解釋 形成解釋 4.評量 學生自行檢視證 教師引導學生做出 教師將科學解釋提供 學生將解釋與科 據，將解釋與事 科學解釋 給學生 學知識相關連 實結合 5.發表 學生以合理的、 教師提示學生闡明 教師廣泛指導學生發 教師明訂表達的步 學習者說明解釋 合乎邏輯的論據 研究結果 表研究成果 驟與程序 及研究成果 表達自己的解釋
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- 10. 討論 學生圍繞科學性問題展開探究活動--常以「如何」的形 式出現，例如：影響物質導電性大小的一素有哪些？ 學生獲得證據以幫助他們解釋和評量科學性問題--在課 室進行的探究活動中，學生運用證據對科學現象進行 解釋並找尋不同資源獲得證據，以支持其探究結果。 學生根據事實證據形成解釋，解答科學問題--科學解釋 還須接受公開的批評質疑，並要求運用各種與科學有 關的認知方法（分類、分析、推論、預測）以及一般 的認知過程（批判推理、邏輯推理）。 學生經由比較其他可能的解釋，特別是可體現科學理 解的解釋，來評量自己的解釋 學生要溝通辯解他們所提出的解釋
- 11. 從科學史學習探究的歷程 道耳吞與原子說 原子說的矛盾 新的觀點－分子說 分子說的蒙塵 分子說的崛起 為確立原子——分子論立功的康尼查羅 原子與分子的確立
- 12. 道耳吞與原子說 道耳吞原是一位研究氣體的業餘化學家， 他看到人們經過改變某些狀況，如加壓或減溫， 能將氣體變為液體，再變為固體，即大為動心。 很顯然氣體就是分散了的固體，如此古代的原 子說又成為很好的解釋模型了。 他研究各種物質，尤其是研究氣體，終於在 1803年創立了原子學說，道耳吞以這個模型去 解釋定比定律、倍比定律相當滿意。
- 13. 原子說 道耳吞的原子說認為: 1.一切物質都是由稱為原子的微小粒子所組成，這種粒子不能再分割。 (修正:原子可在分割 成電子、質子與中子) 2.相同元素的原子，其原子質量與原子大小均相同;不同元素的原子，其原子質量與原子大小 均不同。 (修正:同位素的發現，相同原子可能有不同的質量，1H與 2H) 3.化合物是由不同種類的原子以固定的比例組成的。 (可說明定比定律與倍比定律) 4.所謂化學反應，是原子間以新的方式重新結合成另一種物質，在反應的過程中，原子不會 改變它的質量或特性，也不會產生新的原子，或使任何一個原子消失。 (可說明質量守恆定 律) 5.如果兩種元素只能組成一種已知化合物，則此化合物一定各含有此二元素之一個原子。
- 14. 原子說的矛盾 1808年法國化學家給呂薩克（J.L.Gay– Lussac，1778~1850）進行精密的實驗，得知 氫和氧結合成水蒸氣時，三者的體積比為2:1:2， 其它氣體反應時也都有一定的比例， 所以提出「氣體反應體積定律」，內容為「在 同溫、同壓下，參與反應的氣體與生成物的氣 體體積成簡單整數比」。 如果道耳吞的原子說正確，那麼「不可分割的 氧原子勢必要被分割成兩半」才行 ？？
- 15. 新的觀點－分子說 （1）物質之最小質點，而仍能保持原物之組成與 特性者稱為分子。 （2）元素之分子由一個或數個同種原子結合而 成；化合物之分子則由數個不同種原子結合 而成。 （3）原子為構成分子之單位，而分子為構成物質 之單位。 （4）發生化學反應時，可將分子分解為原子，但 不能將原子再加分解。
- 16. 分子說的蒙塵 亞佛加厥更進一步提出「在同溫同壓下，同體 積的任何氣體含有相同數目的分子」， 其實，這只是將給呂薩克想法中的原子改成分 子而已， 但只一字之差，卻劃開了兩個紀元， 使化學邁入了分子的世界， 超越時代的人通常都不見容於塵世，亞佛加厥 也一樣；他所提倡的分子說，並沒有實驗佐證， 要能廣泛地被人接受還需要一段漫長時間。
- 17. 分子說的崛起 1811年意大利物理學教授亞佛加厥所 提出的分子假說沒有引起重視，更沒有被承認。 由此產生的嚴重後果，當時絕大多數化學家是 沒有預見到的。 在1860年以前的近半個世紀裡，由於不承認分 子是單質或化合物在游離狀態下獨立存在的最 小質點，不承認分子是由原子組成的這一正確 假說，世界各國化學家們對原子和分子的認識 就很混亂。
- 18. 為確立原子——分子論立功的康尼查羅 康尼查羅是通過研究化學史來論證原子一分子論的 他首先研究了道爾頓的原子論、阿佛加德羅的分子 假說及其實驗依據。 沿著歷史的線索對化學理論和一些測定方法進行分 析和總結 重要的實驗證據—氣體反應體積定律 氣體反應體積定律:同溫、同壓下，氣體反應生成 新的氣體時，其體積之比為整數比 如: 2氫氣+1氧氣→2水蒸氣 以原子說解釋會不符合 所觀察的現象,然而分子說卻能解釋之
- 19. 康尼查羅論述內容 1．強調地指出阿佛加德羅的分子假說是蓋·呂薩克氣體化合定律的自然結論，從而說明 了分子假說是有根據的。 2．提出一些化學家不接受阿佛加德羅分子假說的一個重要原因是過分地信賴了貝采裡烏 斯的電化二元論。有機化學中的鹵素取代氫的實驗事實恰好證明電化二元論是不全面的。 3．說明了怎樣根據分子假說，運用蒸氣密度法來求分子量。同時他運用氣體密度怯測定 了氫、氧、硫、氯、砷、汞、溴等單質和水、氯化氫、醋酸等化合物的分子量。 4．在測定分子量的基礎上，結合分析化學的資料，進而提出一個確定原子量的合理方法。 還論證了阿佛加德羅假說與杜隆——珀替定律的關系。這一定律是法國物理學家杜隆和珀替 在 1818 年由實驗推導出來的關於固態單質的物質熱容量與原子量的關系。 5．指出當量與原子量不同，它是原子參加化學反應的數量單位，當量和原子價的乘積就 是原子量。 6．根據大量的實驗資料證明無論在無機化學還是在有機化學中，原子量只有一套。化學 定律對無機化學、有機化學同樣適用。 7．確定了寫化學式的原則。
- 20. 原子與分子的確立 康尼查羅的合理闡述，把原子論 和分子假說整理成一個協調的系統，原子一分子論 因此才為廣大化學家們接受。 原子一分子論的確立，直接導致化學元素周期律的 發現和有機化學系統的建立。 組成物質的最小粒子是原子， 但具有該物質特性的最小粒子是分子。
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