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實境解謎融入科學實驗活動

國民教育輔導團自然科學領域輔導員忠明高中賴志忠老師 04/09/2021 98 點閱

  科學實驗是自然科經常進行的教學活動,如國中二年級下學期第二章氧化還原單元中介紹元素的活性大小,經常會以觀察元素外觀及燃燒金屬或非金屬元素進行實驗,並將燃燒後的氧化物放置到水中,檢測其酸鹼性,藉此歸納元素的不同性質。若是僅進行單純的燃燒實驗,容易讓學生覺得較為單調,不容易持續維持學生學習動機。筆者試著融入實境解謎方式進行元素活性大小的實驗,發現可以提升學生學習的動機與成效。

  實境解謎就是一種擬真的遊戲方式,主要目的是希望玩家在一個設定的情境中,根據被賦予的角色,透過蒐集線索與運用腦力來完成任務。在許多私人的密室逃脫工作室經常透過這樣的情境設計,讓玩家可身歷其境並獲得完成任務的滿足感。在教學應用上,筆者會在教學前事先將全班進行異質性分組,並利用課本介紹課內不同元素性質,說明實驗目的為檢測元素物理(外觀、顏色)和化學性質(燃燒、酸鹼性)。提醒學生因實驗過程會有酒精燈操作,請同學多注意安全,依老師規定方式進行操作。下列為筆者分享自己進行實境解謎情境融入科學實驗的教學步驟。

一、情境設計

  教師上課前將不同的五種元素,放置在不同的實驗桌上,包括酒精燈、燒杯及廣用試紙等檢測器材,學生的任務為透過觀察與實驗找出未知的物質為何種元素。

老師拍攝任務說明影片
老師拍攝任務說明影片

  接下來教師在課堂上陳述設計的情境:「不知名的一個國際恐怖組織,想要利用實驗室中未知的元素,製造出可怕的化學武器,傷害臺灣的人民。身為臺灣頂尖偵查探員的你,將偽裝成恐怖組織的實驗研究人員,進入實驗室蒐集五種不同元素的性質,幫助臺灣反恐偵查隊知道不同元素的特性,阻止國際恐怖組織的陰謀。你要進入實驗室並在五分鐘內完成化學性質檢測和紀錄,將器材回復原狀離開,進到不同實驗室資料蒐集。」

教師說明實驗注意事項
教師說明實驗注意事項

  利用實境解謎的情境,讓學生扮演偵查人員,以小組方式進行實驗活動檢測不同元素性質,並記錄在學習單中。實驗活動後讓學生進行小組討論,分辨五種未知元素是何種元素,並論述判斷之理由。最後教師歸納學生分享實驗結果及理由。

二、學生活動流程說明

  老師交代學生上課前到實驗室門口集合,並先發下護目鏡,拿完護目鏡後學生依序完成下列教學步驟:

1.學生依據教師指定組別進入教室中聽任務簡報。

2.開始進行第一個元素外觀、燃燒、酸鹼性觀察(約4.5分鐘操作時間)。

3.請學生在5分鐘內完成檢測任務、恢復實驗桌的整齊,並將元素特徵記錄在學習單,聽從老師指揮換到不同桌,依序完成五種元素觀察。

4.完成觀察任務後,進行小組討論(10分鐘),並完成學習單。

5.學生完成學習單中的紀錄,包括元素的物理和化學性質檢測,如外觀及顏色、燃燒情形(氣味)、火焰顏色、燃燒生成物在水中溶解情形,並以廣用試紙進行溶液酸鹼檢測。請與偵查小組成員討論,正確分析這五種未知元素可能為何?並說明分析理由,寫下燃燒實驗方程式,如與氧結合方程式、氧化物與水反應方程式。比較金屬與非金屬元素通性(小組進階分析),如外觀(常見)顏色、(有無)金屬光澤、氧化物溶於水的酸鹼性、以廣用試紙及石蕊試紙檢測其氧化物的顏色變化等。

6.請學生將學習單內容寫在小白板,並上台說明分析結果及理由,教師依據教學時間決定上台分享的組數。

7.回家完成學習單,下次上課前繳交給小老師。

學生進行實驗操作
學生進行實驗操作
學生分組報告
學生分組報告
 老師進行實驗總結
 老師進行實驗總結
學生實驗報告紀錄

三、學生學習成效評估

  教師在進行教學過程前後,可以透過如下幾點教學觀察及資料,檢測學生在不同面向的學習成效。

1.認知:可檢測學生前後測科學概念的進步,及批閱學習單檢測科學概念是否正確。

2.情意:學生實驗過程的投入及參與情形。

3.技能:學生在操作與觀察過程中能否正確使用實驗器材。

4.溝通與分享:能否與其他成員進行良好的溝通並進行分享。

5.互助:學生能否進行小組合作與工作協調完成任務。

  科學實驗活動的進行,透過教學者的教學情境設計,能提升學生對科學的學習動機。有趣的教學情境設計,不僅可維持學生的動機,小組的實驗數據分析與討論,到最後分享,都有利於學生練習溝通與表達,其中C物質正確為黃色粉筆灰加食鹽,但有趣的是學生會以外觀來推測該物質為硫粉(學生實驗報告紀錄),聽到老師說明後大家都發出驚呼,原來大家被老師欺騙了。相信老師的用心設計,一定能讓學生對科學學習留下深刻的印象,讓我們一起來翻轉科學學習吧!

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