以環保觀點進行國中「自然與生活科技」領域實驗課程之改進暨教師在實驗教學中環保態度及行為之探討
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(2) 然而教科書除了要考量教學上的功能外，更應考慮教學過程中對學 生環境認知、態度及行為的培養，不當的實驗設計將成為實驗室污 染 的 主 要 元 兇 ， 會 造 成 更 多 的 學 校 環 保 問 題 (方 金 祥 ， 1995a； 洪 木 利 ， 1998b)， 更 會 對 國 中 生 的 環 境 認 知 、 態 度 、 行 為 產 生 不 良 的 影 響。目前國內的相關研究多針對民國八十六年之前舊理化課程進行 研 究 (魏 蘊 聰 ， 1992； 1993)， 或 者 針 對 單 一 實 驗 單 元 進 行 改 良 的 微 型 實 驗 ( 方 金 祥 ， 1 9 9 8 b )， 如 ： 微 型 滴 定 裝 置 、 微 型 電 解 裝 置 等 ， 將 實驗藥品或儀器微型化、簡單化以達到減量減廢之目的，或者發展 簡 易 化 學 遊 戲 (蕭 次 融 ， 1997)， 以 日 常 用 品 作 為 實 驗 材 料 取 代 傳 統 的實驗課程，其目的也在於減少藥品的使用量，亦可達到減少資源 消耗及污染減量的目的。再者，在九年一貫新課程實施後，因各版 本實驗差異頗大，在部份相關的文獻中，至今仍未出現針對各版本 教科書之實驗課程部份進行環境相關議題之研究，故研究者擬針對 國民中學「自然與生活科技」領域課程進行研究，以環保的觀點審 視實驗課程設計，是否符合環保原理、原則，並分析市場上佔有率 高的數家出版社對於自然科教科書的編撰與設計理念，是否符合現 今環保的原則，以期自然科教學的過程中，能帶給學生良好的環保 的理念，讓環境教育因自然科實驗課程的改進而能向下札根。. 第二節. 研究目的. 本研究為能了解現有實驗課程符合安全、衛生、環保的理念， 進一步改善實驗課程，以達到實驗減廢的目標。第一部份：透過與 專家學者及資深教職人員的專家訪談與研究，了解各實驗單元需要 改進及可以進一步減廢之部份。第二部份：為針對中部地區五縣市 國民中學「自然與生活科技」領域自然科教師進行問卷調查，其中 包 含 二 個 方 向 ： (一 )了 解 現 任 在 職 教 師 對 於 目 前 各 版 本 「 自 然 與 生 活科技」領域教科書中有關實驗課程部份是否符合環保理念設計的 看 法 及 實 驗 改 進 方 案 之 看 法 ， (二 )了 解 不 同 背 景 條 件 「 自 然 與 生 活 科 技 」領 域 自 然 科 教 師 對 實 驗 課 程 之 環 保 認 知、態 度 及 行 為 之 影 響 。. 2.
(3) 最後本研究再依據問卷結果進行修改及討論，並提出「自然與生活 科技」領域實驗課程設計改進方案，希望藉由本研究的探討，供中 學教師們在於選擇教科書及有關單位在編寫相關課程及教材之參 考。 研究目的條列如下列幾點所示： 一 、 為 能 了 解 康 軒 、 南 一 及 國 編 版 本 的 國 中「 自 然 與 生 活 科 技 領 域 」 課程中的實驗單元是否有不符合環保原理、原則之處。 二、瞭解中部地區國中自然科教師對於「自然與生活科技」課程實 驗單元是否符合環保之看法及對環保改進方案可行性之看法。 三、瞭解中部地區國中「自然與生活科技」領域自然科教師是否因 背景條件不同，對實驗課程的環保認知、環保態度、環保行為 及實驗課程環保改進方案等是否有所不同。 四、為能提出「自然與生活科技」領域課程中，實驗單元減量措施 及環保改進方案，以作為課程規劃者、教科書編輯者及教師教 學時之參考。. 第三節. 研究範圍與限制. 因時間、人力、物力因素之故，本研究並無法對所有的教科書 及全國自然科或理化科教師作通盤的分析與問卷調查，所作之結論 不可過度推論及延申，故在此節將本研究之研究內容、研究對象及 研究範圍作一限制，其分述如下： 一、研究範圍： (一 )內 容 分 析 法 ： 自從開放國中教科書以來，市場上所出現的教科書版本如： 康軒、南一、翰林、仁林、牛頓、光復、幼獅等民間出版，以及 國立編譯館將於九十五年再版上市的國編版，本研究並無法全數 納入分析，故本研究所選用之教科書以研究時程內市場佔有率前 二 名 康 版 軒 、 南 一 版 (九 十 二 至 九 十 三 學 年 度 出 版 )及 即 將 復 編 上 市 的 國 編 版 (九 十 二 年 出 版 )為 主 要 研 究 對 象 。. 3.
(4) 本研究針對國中三個年級三個版本共十八冊「自然與生活科 技」領域教科書中實驗課程之部份為主要研究對象，對於非實驗 部份之內文原理觀念、文字敘述等，不在本研究討論的範圍。 (二 )訪 談 法 ： 本研究以中部地區之國中「自然與生活科技」領域教師及專 家學者為訪談之對象，採立意抽樣的方式選取教學經驗豐富的六 至七名國中「自然與生活科技」領域自然科教師或學有專精之教 師或領域種子教師及四位專家學者，作為本研究之訪談樣本。 (三 )問 卷 調 查 法 ： 本 研 究 問 卷 調 查 之 對 象 為 中 部 地 區 五 縣 市 (包 含：苗 栗 縣 、台 中 縣 、 台 中 市 、 南 投 縣 、 彰 化 縣 等 )之 國 中 「 自 然 與 生 活 科 技 」 領 域自然科教師。 參與問卷調查之教師以「自然與生活科技」領域中自然科正 式 及 代 理 代 課 教 師 且 具 有 實 驗 課 程 者 為 主，實 習 教 師、 「自然與生 活 科 技 」 領 域 生 活 科 技 教 師 (無 實 驗 課 程 者 )、 非 「 自 然 與 生 活 科 技」領域教師、兼課教師、無教師證者並不在本研究調查範圍。 二、研究限制： (一 )本 研 究 的 問 卷 調 查 取 樣 上 僅 及 於 中 部 五 縣 市 國 中 「 自 然 與 生 活科技」領域教師，研究結果可能無法普遍推論至其它領域 或地區之教師對自然與生活科技領域的實驗課程之看法。 (二 )本 研 究 的 問 卷 調 查 之 取 樣 上 ， 僅 限 有 「 自 然 與 生 活 科 技 」 領 域中有實驗課程教學之教師對實驗課程的看法，無法普遍推 論為該領域全部教師對該領域實驗課程之看法。 (三 )在 訪 談 資 料 部 份 ， 僅 限 於 中 部 部 份 縣 市 少 數 「 自 然 與 生 活 科 技」領域自然科教師及專家學者之看法，無法普遍推論其它 地區「自然與生活科技」領域教師及專家學者之看法。 (四 )本 研 究 所 使 用 「 自 然 與 生 活 科 技 」 領 域 教 科 書 ， 為 九 十 二 學 年度出版社所提供之版本，若往後該自然與生活科技教科書 之實驗課程因故刪除，則不在本研究控制之內。. 4.
(5) 第四節. 名詞釋義. 一 、 實 驗 課 程 的 環 保 原 理 、 原 則 (環 保 觀 點 ) 實驗課程是科學教育中重要的一環，課程設計必須符合環保的 原則，環保原則包括教材的環保合適性與安全性、藥品的管制、廢 棄 物 的 減 量 及 處 理 及 資 源 回 收 (郭 偉 明 ， 1993)。 其 中 廢 棄 物 的 減 量 原 則 為 安 全 化 、 安 定 化 、 資 源 化 、 無 毒 (害 ) 化 及 可 回 收 再 生 等 (陳 俊 瑜 ， 1 9 9 7； 林 明 瑞 ， 1 9 9 6 )。 本 研 究 之 「 環 保 觀 點 」 及 「 實 驗 課 程 的 環保原理、原則」係指實驗課程的內容及實驗過程是否合乎減量、 減廢、無害、安全、衛生及可回收再生等環保原理、原則。 二、教師對實驗課程之環保認知、態度及行為 (一 )環 保 認 知 一般文獻所指的環境認知係指人對環境事物及環境知識的瞭 解 與 認 識 程 度 ( 宋 建 奇，2 0 0 0 )。環 境 知 識 是 一 種 科 際 整 合 的 知 識 ， 由自然科學、社會科學及人文科學所組成，有時亦涉及價值及道 德 觀 (Hausbeck 、 Milbrath & Enright， 1992)。 其 內 涵 包 括 一 般 環 境的知識、自然環境的知識、環境問題的知識、環境行動及技能 知 識 (Marcinkowski， 1988； 沈 廣 誠 ， 2002)。 我 國 「 環 境 教 育 綱 領草案」提出環境知識內涵包括地球、資源、生態平衡、公害、 人 口 、 環 境 倫 理 等 六 大 綱 領 (周 昌 弘 ， 1989； 教 育 部 ， 1991)。 本 研究之實驗課程「環保認知」是指「自然與生活科技」領域實驗 課程教師對實驗課程是否符合環保原理、原則、實驗室安全及污 染防治、廢污減量、分類、回收及處理等知識及實驗改進方法的 瞭解與認知程度。 (二 )環 保 態 度 一般文獻所指的環境態度係指人們對環境問題所抱持的看法 觀點與信念。人類依過去學習的舊經驗，針對環境中特定的人、 事、物等對象所產生的心理表現，包括對環境議題信仰、價值、 贊 同 與 否 、 好 惡 、 看 法 與 傾 向 等 (Heberlein， 1981； H in e s , e t a l . ，. 5.
(6) 1986； 李 永 展 ， 1 9 9 1； 戚 永 年 、 許 慧 苓 ， 2 0 0 1 )。 態 度 內 涵 包 括 人 類對環境的價值觀、人在環境中之角色與責任的看法及環境信念 等 ， 最 終 會 因 持 續 關 心 環 境 議 題 而 落 實 於 行 動 (邱 詩 揚 ， 1990； Hin es, et al.， 1 9 8 6； Wid egr en， 1 9 9 8 )。 本 研 究 之 實 驗 課 程 「 環 保 態度」係指「自然與生活科技」領域之實驗課程教師對實驗課程 的 環 境 問 題 要 求 之 態 度 (如 ： 實 驗 廢 污 的 減 量 、 分 類 、 回 收 及 處 理 態 度 )、 實 驗 方 法 及 課 程 的 改 進 意 願 與 看 法 等 。 (三 )環 保 行 為 一般文獻所指的環境行為係指由個人或團體發動，採取有助 於改善、增進或維持環境品質或預防、解決環境問題的直接行為 (Hungerford & Peyton， 1976； Hines,et al.， 1986； Hungerford & Vo lk， 1 9 9 0 )。 本 研 究 之 實 驗 課 程 「 環 保 行 為 」 係 指 「 自 然 與 生 活 科技」領域之實驗課程教師在其實驗課程教學之中，所採行之實 驗教學行為及其對學生要求之實驗行為是否符合環保原理、原 則，包括：實驗步驟、實驗方法、實驗廢污減量、分類、回收處 理、藥品管理及實驗室的環保、安全、衛生現況等。 三、微型實驗 微 型 實 驗 (Microscale chemical experiment 或 Microscale l ab o r a to r y，簡 稱 M . L . ) 係 指 將 傳 統 的 實 驗 儀 器 ， 如 ： 燒 杯 、 錐 型 瓶 、 試管等器具加以微型化，或將原有的實驗裝置加以改良為不易毀 損、體積小、可攜帶、易於回收、使實驗用的藥品、資源使用量遠 較 傳 統 實 驗 大 幅 降 低 之 改 良 實 驗 裝 置 (方 金 祥 ， 1 9 9 8 a )。 微 型 實 驗 的 目的在於減少藥品用量、降低污染、以符合環保需求，目前國內實 驗課程為因應環保潮流，也正積極往此方面發展。 四、自然與生活科技領域： 九年一貫課程將過去國民中學分科教學中的生物、理化、地球 科學、資訊、家政、生活科技等科目統整為單科的領域課程，稱之 為「自然與生活科技」學習領域，以現今的領域學習取代過往的分. 6.
(7) 科 教 學 (教 育 部 ， 2000)。 該 學 習 領 域 分 為 四 階 段 ： 第 一 階 段 為 國 小 一、二年級、第二階段為國小三、四年級、第三階段為國小五、六 年 級 ， 第 四 階 段 為 國 中 一 至 三 年 級 (即 九 年 一 貫 之 七 至 九 年 級 )， 本 研究的對象僅為第四階段的領域中的實驗課程進行研究。. 7.
(8) 第二章. 文獻回顧. 本研究主要目的在於探討國中自然與生活科技教科書中實驗 課程的部份是否符合環保性及其改進研究，故本章在於回顧與本研 究相關性之參考資料及文獻回顧，並加以整理及分析，以利研究的 進行。本章第一節探討長久以來的環境問題引起人們對環境教育的 重視與臺灣國中小環境教育的現況；第二節討論國中理化科學實驗 對環境造成的影響及與環境教育的關連性；第三節則闡述現今國際 推廣的綠色化學及微型實驗的現況與研究；第四節說明國中「自然 與生活科技」領域課程所涵蓋之內容；第五節討論實驗課程在設計 上的問題與困難處、實驗室廢棄物處理的難題；第六節比較各版本 教科書在各實驗單元的配置與差異；第七節回顧目前國內相關性的 研究排列，並作一整理概述。. 第一節. 環境問題與環境教育. 工業革命之後，工商快速發展，人口集中都市，人類為求私欲 過度開發資源，致使生態環境遭受破壞，環境問題日益嚴重，自然 力量開始反撲，連年天災人禍不斷，讓我們不得不去正視及省思人 類所造成的環境問題。 我 們 的 環 境 究 竟 面 臨 了 那 些 問 題 呢 ？ 根 據 劉 德 明 (2002)的 研 究 顯示，人類所面臨的環境問題因環境不同而有所差異，因此，環境 問 題 包 涵 了 下 列 方 向：( 一 )人 口 爆 炸 及 糧 食 不 足 等 問 題，( 二 ) 廢 棄 物 等 公 害 污 染 問 題，( 三 ) 全 球 性 氣 候 劇 變 等 問 題，( 四 ) 資 源 及 能 源 過 度 開 發 等 問 題 ， (五 )地 區 過 度 開 發 引 發 沙 漠 化 等 問 題 。 而對於將邁入已開發發國家的臺灣又面臨怎樣的環境問題？由 於臺灣地狹人稠，經濟及工商產業快速發達，近年面臨科技產業的 轉 型 ， 相 對 地 環 境 問 題 也 日 趨 嚴 重 (歐 陽 嶠 暉 ， 1997)， 諸 如 人 口 集 中污染密度高、都市污染物質及公害持續增加、能源的過度使用、. 8.
(9) 水資源不足、化學物質及有害廢棄物隨意排放、國土開發不當等問 題。由此可知，環境問題的起源，皆來自於人類的貪婪與私利及環 境教育未能落實所致，為了抑制這些環境問題的擴大，唯有從環境 教 育 著 手 (楊 國 賜 ， 1 9 9 7； 楊 冠 政 ， 1 9 9 7 )， 透 過 教 育 的 方 法 與 手 段 ， 才能改變人類對環境的價值觀與態度，進而深化人心，培養對環境 的敬畏及愛護。 我國近年來積極推動環境教育，從各層面推廣環境教育課程與 理 念 ， 並 加 強 學 術 交 流 ， 建 立 環 境 教 育 資 源 網 絡 (於 幼 華 ， 1998)， 尤 其 重 視 學 校 環 境 教 育 的 推 動 ， 根 據 洪 木 利 (1998a； 2 0 0 0 )、 靳 知 勤 (1994a)的 研 究 顯 示，落 實 環 境 教 育 的 最 有 效 的 方 法 便 是 從 學 校 環 境 教育作起，其中以科際整合融入環境教育課程是最常採用之方法， 也是教育部大力推動的環境教育模式。 在 國 中 小 學 的 課 程 中，國 中 小 的「 自 然 與 生 活 科 技 」領 域 課 程 被 認 為 與 環 境 教 育 課 程 最 具 有 關 聯 性 (林 明 瑞，1 9 9 4 b；洪 木 利，1 9 9 8 、 2000； 張 明 寮 ， 1998； 教 育 部 ， 2 0 0 0 )， 最 適 合 進 行 融 入 式 環 境 教 育 課程。自九年一貫實行以來，環境教育便納入六大議題之中，融入 七大學習領域各科教學之中，培養學生十大基本能力，教育部於 2000 年 國 民 中 小 學 新 課 程 綱 要 中 指 出 發 展 環 境 教 育 的 教 育 目 標 為 ( 教 育 部 ， 2 0 0 0 )： (一 ) 環 境 覺 知 與 環 境 敏 感 度 ， ( 二 ) 環 境 概 念 知 識 內 涵 ， (三 ) 環 境 倫 理 價 值 觀 ， (四 ) 環 境 行 動 技 能 ， ( 五 )環 境 行 動 經 驗 。 教育部將環境教育課程以重大議題的方式融入領域教學之中，因為 環境教育並非單一門學科，它涵蓋了各學科的學問、技能，更重要 的是價值觀的澄清與養成，尤其是自然科教師在進行實驗教學時， 除了知識的傳達外，教師應負起雙重的責任，一是「環境保護的實 踐 者 」， 一 是 「 環 境 教 育 的 傳 遞 者 」， 如 何 將 實 驗 課 程 中 的 污 染 物 質 危害降至最低，且同時傳達了環境教育的意義，使學生能夠自省對 環境的態度，進而改變行為，維護環境，這才是環境教育落實的成 果。. 9.
(10) 第二節 科學實驗與環境問題及環境教育的關聯性 科學教育長期以來一直是我國相當重視的教育環節，臺灣學生 參加世界級的科學競賽能有出色的表現，歸功於我國對各級教育階 段之科學教育及活動投注不少心血，而科學教育中最重要的便是科 學 實 驗 活 動，科 學 實 驗 教 學 是 學 校 科 學 教 育 中 不 可 或 缺 的 一 環 ( 許 榮 富 、 趙 金 祁 ， 1988； Layton， 1990； Tobin， 1990)。 科學實驗的目的在於透過實驗的過程讓學生體會科學建構與驗 證 過 程，而 能 培 養 科 學 興 趣、 態 度 及 學 習 科 學 方 法 ( 金 佳 龍， 1 9 9 7 ) ， 並協助學生理解科學理論與定律，透過實驗去探所自然界的科學奧 妙 (Fensham， 1988； Layton， 1990； Wellington， 1994)。 國 內 教 育 學 者 許 榮 富 、 趙 金 祁 (1988)的 研 究 指 出 科 學 實 驗 的 目 標 在 於 培 養 科 學的態度、理解科學的本質、發展認知能力、建立科學概念、發展 科學技能，故由上述可知，科學實驗並非科學教育的部份或附屬， 科 學 實 驗 是 科 學 教 育 的 核 心 (Tamir， 1 9 8 9 )。 我 國 國 民 中 小 學 的 「 自 然與生活科技」學習領域便是屬於物質科學，也是中小學階段實施 科學教育的一門課程，它必須透過實驗教學或實驗活動讓學生對學 習 的 科 學 理 論 或 定 律 加 以 佐 證 ( M c C o r m a c k & Yag e r， 1 9 8 9 )， 以 豐 富 學 生 科 學 知 識 及 建 立 科 學 素 養 。 Tamir(1989)及 Solomon(1980)的 研 究 指 出 科 學 課 程 最 獨 特 之 處 在 於 實 驗 課 程 ， 教 育 部 (2000)在 國 民 中 小學課程綱要中提及教學的方法得以實驗實作的方式，培養探究的 能 力、進 行 分 工 合 作 的 學 習，以 獲 得 科 學 智 能 達 成 課 程 目 標 為 原 則 ， 故實驗課程在國民中小學的「自然與生活科技」學習領域課程教材 中有其存在的必要性。 學校在推廣科學教育與科學實驗之際，卻也產生了令人擔心的 環 境 問 題 。 國 外 學 者 Cooper、 Conway and Guseman(1995)的 研 究 指 出教師在教育學生學習科學或從事科學實驗的同時，有必要使用改 良的實驗技巧或微型化的實驗課程，其目的在於讓學生有較佳的學 習環境，故實驗室的環保措施及減廢處理便顯得相當重要。洪木利 (1998a)的 研 究 中 提 出 學 校 科 學 實 驗 所 產 生 的 廢 棄 物 並 未 得 到 妥 善. 10.
(11) 的處理，不是隨意排放至水溝就是委託不明的代處理業帶走，林明 瑞 (1996)的 研 究 中 指 出 學 校 的 實 驗 廢 棄 物 隨 著 實 驗 課 程 的 進 度 及 性 質不同，所產生的廢棄物種類、特性及數量有相當大的差異，加上 學校教師及學生通常沒有分類的習慣，致使所有的廢棄物混合在一 起 ， 造 成 廢 污 成 份 複 雜 ， 增 加 處 理 上 的 難 度 ， 方 金 祥 ( 1 9 9 4； 1 9 9 5 a ； 1995b)的 研 究 指 出 科 學 實 驗 所 產 生 的 環 保 問 題 ， 除 了 加 強 廢 棄 物 的 管末處理外，更應重視來源的控制，譬如：藥品減量、課程教材改 進 、 進 行 微 型 化 實 驗 的 推 廣 與 研 發 等 ， 據 魏 蘊 聰 (1993； 1994)的 研 究 顯 示 ， 以 國 民 中 學 二 、 三 年 級 共 四 冊 理 化 課 程 （ 1992 年 版 本 ） 為 例，一共有四十個化學實驗，使用及產生的化學物質種類高達六十 種，其中包含固態、液態、氣體物質，有的具有腐蝕性、爆炸性及 反 應 性 ， 皆 為 危 險 之 化 學 物 質 ， 雖 然 國 民 中 學 理 化 課 程 (國 立 編 譯 館 ， 1998)於 1996 年 改 版 ， 刪 去 具 有 危 險 性 及 高 度 污 染 性 的 課 程 ， 但改版後的課本仍有許多實驗課程，化學實驗約二十一個，使用及 產 生 之 化 學 物 質 約 計 三 十 種 (如 表 2-1)， 其 中 酸 鹼 液 體 的 使 用 佔 多 數，環境污染的問題仍然存在，若要改善學校的環境問題，實驗課 程的改進是必須進行的首要任務。 表 2-1 國 中 實 驗 課 程 常 見 之 藥 品 及 化 學 物 質 一 覽 表 課本單元 水與空氣. 所使用之化學藥品 過 氧 化 氫、二 氧 化 錳、碳 酸 鈣 、鹽 酸 、 酚鈦、石灰水、硫、鎂、碳粉等. 所產生之化學物質 氧 氣 、 二 氧 化 碳 /硫 、 氧 化 鎂 、 亞 硫酸、氫氧化鎂、氯化鈣等. 溫度與熱. 椰子油、氯化亞鈷、酒精. 氯化亞鈷、二氧化碳. 物質變化. 氯化鈣、碳酸鈉. 碳酸鈣、氯化鈉. 化學反應. 鈉、銅、鹽酸、丙酮、碳酸鈣. 氧化鈉、氧化銅、氫氧化鈉等. 有機化合物. 硫酸、酒精、過錳酸鉀、保利綸、乙 酸乙酯、丙酮、醋酸、氫氧化鈉、椰 子油等 硫酸、鹽酸、氫氧化鈉、酚鈦、. 醋酸、焦油、甲烷、氫氣、二氧 化碳、一氧化碳、甘油、肥皂. 硫酸鋅、硫酸銅、碳棒、鋅、銅、硝 酸鉀、氫氧化鈉、硫酸、丙酮等. 硫 酸 鋅、硫 酸 銅、硝 酸 鉀、氧 氣 、 氫氣、銅、鋅等. 酸鹼中和 電池與電解. 氯化鈉. 資 料 來 源 ： 魏 蘊 聰 (1993； 1994)； 國 立 編 譯 館 (1998)， 本 研 究 整 理 。. 11.
(12) 除了實驗課程的改進之外，實驗室的管理也是校園環保的重點 之 一 。 根 據 方 金 祥 (1995a)的 研 究 指 出 ， 環 境 污 染 源 可 區 分 為 生 物 性、物理性及化學性，其中以化學性的污染性最高，而實驗室所丟 棄 的 廢 棄 物 可 分 為 一 般 性 廢 棄 物 及 污 染 性 廢 棄 物 (黃 文 生 ， 1998)， 一般性廢棄物可以直接以垃圾的方式處理，污染性廢棄物則必須先 行 回 收 後 再 進 行 處 置 。 林 明 瑞 (1996)的 研 究 顯 示 ， 科 學 實 驗 的 廢 棄 物 大 致 分 為 十 大 類 ： ( 一 )電 池 類 ， (二 ) 玻 璃 類 ， (三 ) 一 般 有 機 性 廢 棄 物 ， (四 )塑 膠 類 ， (五 )一 般 性 廢 水 ， (六 )化 學 藥 品 及 溶 液 ， (七 )金 屬 類 ， ( 八 ) 泥 沙 ， ( 九 )廢 紙 ， (十 ) 廢 氣 等 ， 部 份 廢 棄 物 可 藉 日 常 垃 圾 分 類 及 資 源 回 收 得 到 適 當 的 處 理（ 如 ： 廢 電 池 、 廢 玻 璃 等 ）， 但 有 些 部 分卻屬於實驗室專有的產物，也是最棘手的環境問題。林明瑞 ( 1 9 9 6 )、 方 金 祥 ( 1 9 9 5 a )及 洪 木 利 ( 1 9 9 8 a )等 專 家 學 者 將 諸 如 此 類 的 廢 棄物分為三大類： 一、液態廢棄物： 液態廢棄物為學校實驗室污染源的大宗，種類多且成份複雜， 大多以水作為溶劑，其種類包含：強酸鹼液、含重金屬廢水、氧化 還 原 劑、氰 化 物、有 機 溶 劑 等 溶 液，任 意 排 放 將 會 污 染 水 源 或 土 壤 ， 對 環 境 造 成 危 害 ， 茲 將 國 中 常 見 之 廢 水 成 份 列 於 表 2-2 中 。 表 2-2 國 中 實 驗 課 程 廢 水 一 覽 表 廢水種類 酸性廢水. 所含成份 硫酸、鹽酸、碳酸、硝酸、磷酸. 課程單元 各化學單元。. 鹼性廢水. 氫氧化鈉、氫氧化鈣、氨水等. 各化學單元。. 鹽類廢水 重金屬廢水. 氯化鹽、硝酸鹽、硫酸鹽、 碳酸鹽等 含鐵、銅、鉻、銀、汞、鉛、錫、鋅等. 有機溶劑. 醋酸、甲醇、乙醇、甘油、丙酮. 酸鹼中和、 電解質。 元素與化合物、 氧化還原等 有機化合物. 含氧化劑廢水. 過氧化氫、過錳酸鉀、重鉻酸鉀. 含還原劑廢水. 硫代硫酸鈉. 空 氣 組 成、氧 化 還 原 、 化學平衡 氧 化 還 原、反 應 速 率 。. 資 料 來 源 ： 林 明 瑞 (1996)； 方 金 祥 (1994)， 本 研 究 整 理 。. 12.
(13) 二、固態廢棄物： 實驗室的固體廢棄物可分為二大類：一般性固體廢棄物及危害 性 固 體 廢 棄 物。一 般 性 固 體 廢 棄 物 如：紗 布、砂 子、塑 膠 袋、膠 布 、 玻璃、電池等，可依照校園資源回收之處理進行回收即可；危害性 固體廢棄物可分為三類： (一 )沾 染 化 學 藥 品 之 一 般 固 體 廢 棄 物 ： 如 實 驗 手 套 、 衛 生 紙 等 。 (二 )廢 棄 金 屬 ： 如 ： 銅 片 、 鋅 片 ， 通 常 收 回 重 複 使 用 。 (三 )廢 棄 藥 品 ： 標 籤 脫 落 之 未 知 藥 品 或 變 質 藥 品 等 。 ( 四 ) 廢 棄 藥 品 空 瓶： 實 驗 室 以 此 類 廢 棄 物 最 多，如 ： 強 酸 玻 璃 瓶 。 三、廢氣： 實驗室的廢氣來源可從二方面討論，其一是來自於實驗過程中 因化學反應所產生的廢氣；其二來自於藥品使用時所逸散的蒸氣， 以 有 機 溶 劑 及 強 酸 居 多，亦 有 許 多 蒸 氣 是 不 具 毒 性 的，如：酒 精 等 ， 若隨意排放或製造廢氣將造成空氣污染或對學生健傷有所傷害。在 國 中 課 程 中 常 見 的 氣 體 簡 列 如 表 2-3。 表 2-3 國 中 實 驗 課 程 常 見 之 逸 散 氣 體 成 份 一 覽 表 廢氣來源. 所含成份. 不具危害性氣體. 化學反應所 產生的廢氣. 氧氣、氫氣、二氧化硫、二氧化碳、一 氧化碳、甲烷、氨等. 氧氣、二氧化碳. 藥品使用所 逸散的蒸氣. 硫酸、硝 酸、醋 酸、鹽 酸、乙 醇、甲 醇 、 丙酮等. 乙醇. 資 料 來 源 ： 林 明 瑞 (1996)； 國 立 編 譯 館 (2000)， 本 研 究 整 理 。. 「自然與生活科技」領域中的實驗課程是造成學校環境問題的 主因之一，學校環境問題的解決須靠環境教育的落實，若單方面從 環保宣導、資源回收及美化綠化等工作達到環境教育的效果，就以 為解決學校環境問題，殊不知實驗課程所造成污染才是看不見的環 境殺手，又怎能期待學生了解關懷環境的真諦呢？故將環境教育融 入 「 自 然 與 生 活 科 技 」 的 實 驗 課 程 有 其 必 要 性 ， 在 C l a r k ( 1 9 9 6 )的 研 究中指出不論學校或工廠要作好綠色環保的工作，必須從二方面著. 13.
(14) 手 ， 其 一 是 從 源 頭 減 廢 ( Wa s t e r e d u c t i o n a t s o u r c e )， 其 二 是 回 收 再 利 用 (R e cy c l in g )， 其 中 「 從 源 頭 減 廢 」 講 求 ： ( 一 )內 部 有 效 控 管 ， ( 二 ) 新 技 術 或 製 程 的 使 用 ， ( 三 )反 應 物 的 改 良 ， ( 四 ) 產 物 的 改 良 ； 在「 回 收再利用」方面要求實驗室內外皆要徹底的落實，方能達到廢棄物 最小化的目的。 本研究認為落實環境教育、改善校園環境問題可從實驗課程的 改進及實驗室管理二方面著手，實驗課程的改進可達到從源頭減 量、減廢的目的，讓實驗課程合乎環保性，也是因應綠色設計之原 則；加強實驗室的環境管理及污染防治的工作，可使污染物質得到 適當的收集、分類、及處理，減少排放至校園及附近環境的機會， 亦可提升學生對污染物的正確的處理態度。科學實驗與校園環境問 題有密不可分的關聯性，需透過環境教育的落實改善環境問題，自 然科教師除了讓學生在課程中學習科學實驗的精神外，也應潛移默 化學生對環境的認知與態度，進一步提升學生愛護環境的行為，學 習作一個真正合乎環保的科學人。. 14.
(15) 第三節. 綠色化學與微型實驗之發展與阻礙. 一、綠色化學 綠 色 化 學 (Green Chemistry)是 一 種 對 環 境 友 好 之 化 學 反 應 過 程，其目標是利用可持續發展之化學方法或技術，以降低人類為維 持 生 活 水 準 及 發 展 所 產 生 的 有 害 物 質 (USEPA， 2004)。 美 國 卡 內 基 美 侖 大 學 的 泰 瑞 · 柯 林 斯 (Terry Co llin s) 提 出，綠 色 化 學 即 環 保 的 永 續 化 學 (Sustainable Chemistry)， 係 指 物 質 在 不 同 環 境 系 統 中 不 斷 循 環 利 用 之 過 程 ， 以 降 低 對 人 類 及 生 態 環 境 之 危 害 (陳 雅 玲 ， 2002)。 若 就污染防制的觀點來看，綠色化學是一種透過「化學」達成污染防 制的目標，藉由化學製程的改良及研發，減少或消除有毒物質的產 生 (胡 憲 倫 ， 1 9 9 7 ) ， 以 達 到 污 染 源 減 量 ( 包 括 原 料 、 溶 劑 、 副 產 品 、 產 品 及 廢 棄 物 質 等 )之 最 終 目 的 (楊 馨 ， 2001)。 1998 年 Anastas and Warner(1988)提 出 綠 色 化 學 十 二 原 則 ， 包 括 ： (一 ) 預 防 廢 棄 物 生 成 ， (二 ) 設 計 經 濟 的 化 學 製 程 ， (三 ) 減 少 危 害 性 化 學 反 應 出 現 ， (四 )設 計 出 安 全 的 化 學 產 品 ， (五 )儘 量 少 用 輔 助 劑，(六 )高 效 率 化 學 反 應 的 能 量 消 耗，(七 )運 用 可 回 收 再 生 之 原 料 ， ( 八 )減 少 衍 生 物 ， ( 九 )使 用 可 回 收 催 化 劑 提 高 效 能 ， ( 十 ) 可 自 行 降 解 之 產 物，( 十 一 ) 分 析 及 監 測 污 染，( 十 二 ) 化 學 過 程 應 使 用 安 全 性 高 之 物質。總而言之，綠色化學的理念強調從源頭降低污染、從化學過 程 提 高 生 產 及 能 源 效 能，並 減 低 毒 害、產 物 無 毒 且 與 環 境 相 容 友 好 。 綠 色 化 學 應 如 何 落 實 ？ Warn er 曾 提 出 教 育 仍 是 的 根 本 手 段 ， 在 實 驗 課 程 中 加 入 綠 色 化 學 與 清 潔 生 產 (Cleaner Production， CP)的 觀 念，有 助 於 學 生 對 綠 色 化 學 及 環 保 的 認 知；美 國 在 1 9 9 5 年 所 提 出 的 「綠色化學計畫」中也曾提出教育發展的重點，應在傳統的化學課 程或實驗課程中加入污染預防的觀念，並推動研發適合學生的綠色 化學課程。許多國內學者，如方金祥、蕭次融、洪木利等教授，也 著力研究國民中小學之實驗課程改良，以期實驗課程能符合綠色原 則。故要防範未來環境的污染，從小培養環境教育與綠色化學的概 念是刻不容緩的，課堂上的教學應以綠色化學及環保的思維去操作. 15.
(16) 實 驗 ， 譬 如 ： 國 中 「 化 學 平 衡 與 可 逆 反 應 」 實 驗 ， 以 酸 液 (硫 酸 )或 鹼 液 (氫 氧 化 鈉 )滴 入 鉻 酸 鉀 溶 液 中 ， 觀 察 溶 液 顏 色 變 化 (2 CrO 4 - 2 + 2H + ÅÆ Cr 2 O 7 - 2 + H 2 O，鉻 酸 鉀 為 黃 色，遇 酸 則 變 為 橙 色 重 鉻 酸 鉀 )， 來驗證化學平衡的可逆性。該實驗過程中所使用的鉻酸鉀、硫酸、 氫氧化鈉等溶液，隨著實驗課的結束，善後工作可能因便宜行事， 未經處理直接排入水溝，而對環境造成另一種污染，故如何改善實 驗方法與步驟，去預防污染的發生，便是學校實行綠色化學應加強 的課題。 二、微型實驗 微 型 實 驗 (Microscale Laboratory ， M .L . ) 是 將 原 有 傳 統 的 化 學 實 驗 裝 置，如：燒 杯、冷 凝 管、試 管、量 筒、漏 斗 等 裝 置 加 以 微 小 化 ， 使裝置體積小、易於攜帶及操作，以替代傳統實驗裝置之改良裝置 ( 方 金 祥 ， 1 9 9 8 a )。 微 型 實 驗 是 學 校 發 展 綠 色 化 學 中 的 一 環 ， 其 目 的 在於減少藥品的使用量、降低污染源、抑制污染物的排放及改良實 驗，以符合環保的要求。 微 型 實 驗 的 發 展 起 源 於 1945 年 N.D.Cheronis 等 開 始 提 倡 實 驗 微 型 化 (small-scale)， 並 受 到 美 國 專 家 學 者 的 重 視 ； 1975 年 T.S.Ma 編著「化學中的微型操作」一書來推廣微型化學實驗，爾後有部份 中 學 教 師 開 始 研 究 一 些 小 型 實 驗 ； Mayo,Butcher and Pike(1985)等 人 ， 自 1982 年 起 於 Bowdoin 及 Merrimack 等 學 院 進 行 有 機 化 學 實 驗 微 型 化 之 實 驗 教 學，並 於 1 9 8 5 年 起 在 美 國 化 學 教 育 期 刊 中 發 表 有 關微型有機實驗之論文，使得微型實驗受到各界的認識，並將微型 實 驗 的 範 圍 推 展 至 普 通 化 學、無 機 化 學、分 析 化 學 等 領 域，而 S in g h , Szafran and Pike(1989)等 人 將 微 型 化 學 教 育 階 段 並 由 大 學 院 校 階 段 推 廣 至 中 學 教 育 階 段 。 國 外 學 者 Zipp(1989)的 研 究 指 出 微 型 化 學 的 實驗已經應用於一些入門的課程之中，尤其是中學階段及某些大專 院校的課程，並得到中學教師的接受及熱烈迴響，探究其原因發現 近年來部份教師基於守法的環境氛圍，而將此種兼顧環保的實驗課 程帶入校園，而另一種觀點則認為教師基於意外責任的歸屬，有必 要採取一種合乎安全且低污染的實驗課程，以降低學生因實驗而造. 16.
(17) 成傷害的機會，此外，絕大多數的教師認為微型實驗除了前述的二 項原因之外，低成本、降低實驗設備空間、改善學生實驗技巧，仍 是教師願意從事微型實驗發展的動力。 國 外 學 者 LaPrade and Pickering(1986)以 相 同 的 實 驗 課 程 進 行 微 量 ( M i c r o )及 大 量 (Macro) 的 對 照 比 較，結 果 發 現 除 了 用 藥 量 可 以 大 幅 減 少 ， 微 型 實 驗 所 需 的 時 間 僅 為 大 量 實 驗 時 間 的 70%， 尤 其 像 加 熱 或 結 晶 等 實 驗 步 驟 ， 其 時 間 效 率 及 節 省 藥 量 更 為 顯 著 。 McGuire, Ealy and Pickering(1991)以 大 量 (Macro)及 微 量 (Micro)二 種 版 本 對 Ba(IO 3 ) 2 備 製 、 NaOH/HCl 酸 鹼 中 和 、 合 成 K 3 Fe(C 2 O 4 ) 3 ·6H 2 O 等 三 種實驗，針對中學學生進行二種版本的實驗體驗，最後調查學生喜 好及想法，結果發現微型化的實驗遠比大量化的實驗節省約一半的 時間，然而卻有將近七成的學生喜好大量化的實驗，這是個有趣的 問題，學生對微型實驗興趣不大可能是實驗未能引發學生刺激需求 所致，故學生對微型化學產生負面的態度將勢必對未來的科學教育 引起負面的影響，教師與學生的想法不一致，教師有責任去改良微 型化學實驗的課程設計，以期能符合環保及學生的期望。 國內近年來對於科學教育的綠色改革，多著重於將改變傳統實 驗課程的設計使其符合綠色化學的精神，微型化學實驗便是其中一 項 ， 方 金 祥 (19 9 8 b )的 研 究 指 出 微 型 實 驗 是 具 有 「 可 回 收 、 低 污 染 、 省資源」之環保概念之綠色實驗，其具備以下特點： (一 )實 驗 器 材 體 積 小 ， 易 於 攜 帶 組 裝 ， 且 操 作 方 便 。 (二 )化 學 反 應 時 間 快 ， 節 省 時 間 且 效 果 良 好 。 (三 )操 作 容 易 且 安 全 性 高 。 (四 )節 省 藥 品 使 用 量 ， 廢 棄 物 減 少 ， 污 染 性 降 低 。 (五 )器 材 及 藥 品 、 廢 液 易 於 回 收 再 利 用 ， 減 少 污 染 物 的 生 成 。 (六 )學 生 可 在 任 何 場 地 親 自 動 手 進 行 科 學 實 驗 ， 增 加 學 習 趣 味 。 目前國內所發展的微型實驗以國中及高中自然課程中所包含的 實 驗 單 元 居 多，其 中 所 發 展 的 國 中 微 型 實 驗 單 元 課 程 皆 為 1 9 9 6 年 之 舊理化教材，許多實驗因藥品或產物會對環境造成嚴重污染，大多 刪除不用；而今國立編譯館所留下的實驗單元且適合發展微型化實. 17.
(18) 驗 之 單 元，包 括：氣 體 製 備、電 解、電 鍍、酸 鹼 中 和、有 機 實 驗 等 ， 本研究將已發展出微型實驗的理化實驗單元整理如下表所示。 表 2-4 國 中 實 驗 單 元 之 微 型 化 實 驗 實驗單元. 微型化實驗. 研究者. 空 氣 (氧 氣、二 氧 化 碳、氫氣製備). 1.氫 氣 簡 易 製 法 2.空 氣 組 成 測 定 3.簡 易 氧 氣 製 造 供 應 器 4.鎂 與 鹽 酸 反 應 製 氫 5.微 型 氫 氣 製 備 實 驗 6.微 型 二 氧 化 碳 製 備 實 驗 7.多 功 能 氣 體 產 生 器 8.四 合 一 微 型 氣 體 裝 置. 蕭 次 融 (1990) 方 金 祥 (1995c) 方 金 祥 (1999、 1997b) 方 金 祥 (1995b) 沈 信 良 (2004) 胡 百 忍 (2002) 王 翠 琳 (2002) 張 簡 琦 麗 (2001). 有機化合物 (木 材 乾 餾 實 驗 ). 木材乾餾微型化實驗設計. 方 金 祥 (2002a) 、 黃 國 書 (2002)、 林 佩 蔘 (2002). 酸鹼中和 (酸 鹼 滴 定 實 驗 ). 1.指 示 劑 酸 鹼 滴 定 2.可 回 收 可 調 式 滴 定 裝 置 3.微 型 滴 定 裝 置 4.酸 鹼 滴 定 微 型 化 實 驗 設 計. 方 金 祥 (1981) 方 金 祥 (2000a) 方 金 祥 (2001b) 陳 舒 嫻 (2004). 電解質 (電 解 水 實 驗 ). 1.水 電 解 裝 置 改 良 2.微 型 氫 氧 混 合 爆 鳴 器 3.微 型 電 解 裝 置 之 設 計 研 究 4.吸 取 式 (抽 取 式 )電 解 裝 置 5.荷 夫 曼 改 良 電 解 裝 置 6.電 解 水 微 型 化 實 驗 設 計. 方 金 祥 (1995c) 方 金 祥 (1999) 方 金 祥 (1999) 方 金 祥 (2000b) 方 金 祥 (2002a) 鄭 榮 山 (2002) 、 薛 朝 昇 (2002)、 鄭 德 福 (2004). 化學反應. 1.質 量 守 恒 實 驗 2.反 應 速 率 與 溫 度. 方 金 祥 (1994) 方 金 祥 (1995b). 其它趣味實驗或已 刪除實驗. 1.變 色 噴 泉 2.汽 水 變 可 樂 ， 可 樂 變 汽 水 3.隱 形 墨 水. 方 金 祥 (2002a) 方 金 祥 (1998b). 三、發展所面臨的難題 微型實驗的發展已行之有年，各級學校對於推動綠色化學之課 程 也 不 遺 餘 力，郭 偉 明 ( 1 9 9 3 )及 楊 森 源 (19 9 6 ) 的 研 究 都 指 向 自 然 科 學 實驗的廢棄物問題若能獲得解決，將對學校環境問題的改善大有幫 助 ， 方 金 祥 (1994)教 授 的 研 究 指 出 學 校 採 行 5R—減 廢 (Reduction)、 重 覆 使 用 (R eu se )、 回 收 ( R e c y c l e )、 再 生 ( R e g e n e r a t i o n )、 拒 絕 ( R e j e c -. 18.
(19) tion)及 發 展 微 型 化 實 驗 可 從 源 頭 將 實 驗 的 污 染 降 至 最 低 。 然 而 綠 色 化學及微型實驗經過十幾年的推動，學校依舊可以發現實驗污染源 的 存 在 ， 數 量 仍 相 當 可 觀 ； S z a f r a n , S i n g h a n d P i k e ( 1 9 8 9 )的 研 究 認 為 要 落 實 兼 具 環 保、安 全 及 經 濟 的 實 驗 室，必 須 做 作 到 以 下 幾 點：(一 ) 設 法 降 低 大 量 廢 污 的 產 生，( 二 )回 收 更 多 種 類 的 化 學 物 質，( 三 )徹 底 改 善 實 驗 室 的 安 全 性 ， (四 )使 用 用 途 較 廣 且 安 全 的 化 學 物 質 或 試 劑 ， (五 )縮 減 實 驗 流 程 或 藥 量 ， 可 提 升 實 驗 室 效 能 並 兼 顧 安 全 性 。 羅 時 成 (2002)的 研 究 指 出 符 合 環 保 之 科 學 教 材 的 製 作 及 廢 水 的 回 收 困 難 度 是 相 當 關 鍵 的 問 題 。 洪 木 利 教 授 (1998a ) 的 研 究 顯 示 學 校 教 師 對於每個實驗單元污染性的認知是影響教師環境態度與環保行為的 因素之一。故研究者歸納出目前發展所面臨的問題與困境如下： (一 )實 驗 的 廢 水 量 大 ， 造 成 處 理 上 的 負 擔 ， 學 校 最 多 只 進 行 回 收 而 不 進 一 步 處 理 (或 者 沒 有 能 力 處 理 )， 最 後 不 了 了 之 。 (二 )微 型 實 驗 所 使 用 的 塑 膠 器 材 雖 然 易 於 攜 帶 及 操 作 ， 但 製 作 過 程麻煩且課前準備耗時，老師平時課務繁忙，採行的意願不 高，是推行受阻的主因。 (三 )受 限 於 學 校 經 費 ， 學 校 不 可 能 額 外 提 供 經 費 去 做 廢 棄 物 處 理 或者支援微型實驗之研究。 (四 )九 年 一 貫 實 行 以 來 ， 教 科 書 版 本 眾 多 且 各 版 本 實 驗 課 程 所 有 差異，所產生的污染物性質不同，故過去研究的微型實驗難 以發揮效果。目前缺乏針對新實驗課程進行改良或微型實驗 之相關研究。 (五 )自 然 科 教 師 本 身 所 具 備 的 環 保 認 知 、 態 度 ， 會 影 響 自 然 科 教 師在教學過程中所展現之環境行為。倘若教師環保意識不夠 強烈，便不會把環保的觀念帶到教學上，學生看見老師對於 藥品隨手丟棄，便也不覺得環保應該落實於實驗室中，故教 師的環保態度及重視的程度是推動成敗的關鍵。 (六 )微 型 實 驗 因 經 費 及 技 術 上 的 受 限 ， 無 法 有 效 推 廣 ， 建 議 可 先 從 藥 品 及 溶 液 的 微 量 化 著 手，本 研 究 也 將 針 對 此 進 行 研 究 (即 本 文 後 所 述 之 「 微 量 實 驗 」 )。. 19.
(20) 第四節. 國中「自然與生活科技」領域課程之分析. 自九年一貫課程實施以來，國民教育面臨重大的變革，從課程 安排、教科書選用、授課時間與方式、教師能力及學校角色都必須 面 對 更 大 的 挑 戰 (陳 文 典 ， 2000； 王 美 芬 ， 2000)。 九 年 一 貫 課 程 強 調學生基本能力的培養，並注重生活的實用性，因此課程的規劃方 面 ， 便 以「 課 程 綱 要 」代 替 以 往「 課 程 標 準 」， 降 低 對 課 程 的 規 範 與 限制。在教材選用方面，以「一綱多本」的多元化教材取代「審定 本教科書」 ，提 供 學 校 教 師 選 用 及 教 科 書 編 輯 者 較 大 的 自 主 性。在 教 學科目方面，打破以往的分科教學，整合相關科目發展出七大學習 領 域 ，「 自 然 與 生 活 科 技 」領 域 便 是 將 過 去 國 民 中 學 課 程 中 的 生 物 、 理化、地球科學、資訊、家政、生活科技等科目統整為單科的「自 然與生活科技」學習領域課程，以現今的領域學習取代過往的分科 教 學 (教 育 部 ， 2000)。 近年來國中小學極力推動六大議題融入領域教學，其中環境教 育議題與自然與生活科技領域教學最具相關性，許多研究及研習活 動皆針對環境教育融入「自然與生活科技」課程進行教材的研發， 譬如：戶外生態教學、綠色校園、校園生態步道等，多著力於自然 生態方面的教學或者環境知識的傳遞，教學內容大多為教科書以外 的內容，以彈性課程或學校本位課程的名義附加於自然與生活科技 學習領域之中，鮮少研究針對現有的教科書內涵去探討是否符合環 境教育的精神？實驗是否兼顧環保的原理及原則？教材是否有改進 之處？有何改進方法及實驗室管理策略？與其額外研發新的環境相 關教材，不如從現有的教科書中進行檢討與改進，例如：融入環保 的概念等，使學生在學習自然與生活科技課程的同時，也能在潛移 默 化 中 而 具 備 了 應 有 的 環 境 認 知 及 態 度，進 而 在 實 驗 室 中、校 園 中 ， 甚至是日常生活中落實正確的環保行為。 教 育 部 在 1993 年 頒 布 的 「 國 民 中 小 學 課 程 標 準 」 及 2000 年 頒 布的「國民中小學暫行課程綱要」中，表列出國編版自然科及九年 一貫「自然與生活科技」課程所應學習的主題，本研究發現：不論. 20.
(21) 是新舊課程皆與環境教育有密切的相關性。在國編版的自然課程 中，與環境教育有關者，生物科有三個主題、理化科與地球科學有 四個主題，其中絕大多數的化學實驗課程集中於理化科，約計有二 十 一 個 主 題 有 實 驗 課 程 (如 表 2 - 5 )，自 然 科 課 程 的 內 容 大 多 以 科 學 知 識 的 傳 授 為 主，環 境 教 育 的 概 念、環 保 的 原 理 及 原 則，則 著 墨 甚 少 ； 在九年一貫新課程實施之後，國中生物、理化、地球科學、生活科 技 等 課 程 整 合 為 「 自 然 與 生 活 科 技 」， 特 別 將 環 境 教 育 融 入 學 習 領 域 ， 新 教 材 中 與 環 境 議 題 相 關 的 主 題 約 計 九 個 (如 表 2 - 6 )， 依 各 出 版 社的編排分散於各章節之中，相較於以往的教科書，環境教育的篇 幅比重增加，且教材內容反映現今的環境問題與國際環境教育的脈 動，特別是加入一些重要的國際環保公約，如：里約宣言、二十一 世紀議程等，能讓學生了解國際環境教育的現況，可見自然科的教 科書已有長足的進步；然而在實驗課程方面，雖已刪去一些高污染 性實驗，但依舊承襲以往的舊課程，變動幅動並不大，以南一版的 實 驗 課 程 為 例，所 包 括 的 章 節 不 外 乎 水 溶 液、化 學 平 衡、化 學 反 應 、 電解質、電解與電鍍、氧化還原、溫度與熱量等，與國編版的實驗 課 程 內 容 差 異 不 大 ，甚 至 出 現 國 編 版 所 沒 有 的 實 驗 ( 例 如 ：鉻 酸 鉀 之 可 逆 反 應 實 驗 )。 此 外 ， 市 場 上 教 科 書 的 版 本 眾 多 ， 且 各 版 本 的 課 程 皆按照教育部所頒布「課程綱要」進行編排，並無統一的規範，造 成「一綱多本」的現象，實驗課程亦隨著教材編著者的理念而有所 差別，一者，教育部原先提出「自然與生活科技」的實驗課程綱要 中很少提及環保相關的原理、原則，因此就難以期望各教科書出版 社 會 對「 自 然 與 生 活 科 技 」實 驗 課 程 中 環 保 問 題 有 較 高 的 重 視 程 度 ； 二者，對於實驗室的安全及衛生，實驗廢污的減量、分類、回收及 處理等問題完全沒有提及，也讓進行實驗的師生無標準可遵循，其 次，教師們是否有能力或者有意願去處理實驗過程中的污染物，教 師能否在課堂上將環保的訊息及環保的態度傳遞給學生，便成為校 園環保的一大考驗。諸如此類的問題，在「自然與生活科技」新課 程推動的同時，值得我們進行研究，如何將環境教育及環保的理念 真正融入實驗課程與教材之中，是教育研究者責無旁貸的責任。. 21.
(22) 表 2 -5 國 中 「 國 編 版 」 之 「 自 然 與 生 活 科 技 」 課 程 中 與 環 境 議 題 相 關的課程單元 課程科別 生物科. 理化科. 主題. 次主題. 與環境教 育有關. 生命的世界. 1.形 色 的 生 物 、 生 物 圈. ˇ. 生物與環境. 1.族 群 與 生 態 系 2.食 物 鏈 與 食 物 網. ˇ ˇ. 人類與環境. 1.環 境 倫 理 、 環 境 污 染 2.生 態 平 衡 、 自 然 保 育. ˇ ˇ. 水與空氣. 1.水 的 密 度 與 水 溶 液 2.氧 氣 與 二 氧 化 碳 3.水 污 染 與 空 氣 污 染. 光與聲音 溫度與熱. 地球科學. 1.光 的 折 射 與 反 射 2.噪 音 防 制 1.溫 度 、 熱 量 與 比 熱 2.熱 對 物 質 影 響 3.熱 污 染. ˇ. 具有實 驗課程. ˇ ˇ ˇ. ˇ ˇ ˇ ˇ. 物質變化與化 學反應. 1.物 質 的 變 化 2.純 物 質 與 混 合 物 3.化 學 反 應 與 活 性. ˇ ˇ ˇ. 有機化合物. 1.有 機 化 合 物 、 清 潔 劑. ˇ. 電解質. 1.酸 鹼 鹽 與 酸 鹼 中 和 2.電 解 與 電 鍍. ˇ ˇ. 物質與能的世 界. 1.能 的 形 式 與 轉 換 2.能 源 的 利 用 與 開 發. ˇ ˇ. 時空之旅. 1.地 球 的 形 成 和 演 變 2.生 命 的 演 化. ˇ ˇ. 地貌的改變與 平衡. 1.河 道 與 海 岸 線 平 衡 2.山 崩 與 洪 水. ˇ ˇ. 大氣與水. 1.溫 室 氣 體 與 臭 氧 2.水 的 循 環 與 地 下 水 3.海 洋 環 境 的 保 育. 岩層的奧秘與 寶藏. 1.美 麗 的 岩 石 與 礦 物 2.珍 惜 地 球 資 源. ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ. 資 料 來 源 ： 教 育 部 (1993)， 本 研 究 整 理 。. 22.
(23) 表 2-6 國 中 「 自 然 與 生 活 科 技 」 課 程 綱 要 中 與 環 境 議 題 相 關 性 者 四大課題 自然界的組 成與特性. 自然界的作 用. 主題. 次主題. 與環境教 育有關 ˇ. 地球的環境. 1. 組 成 地 球 的 物 質 ( 岩 石、水、大氣). 地球上的生物. 1.生 命 的 共 同 性 2.生 命 的 多 樣 性. 物質的組成與 特性. 1.物 質 構 造 與 功 能 2.物 質 形 態 與 性 質. 改變與平衡. 1.溫 度 與 熱 量 2.聲 音 、 光 與 波 動 3.能 的 形 態 與 轉 換 4.化 學 反 應 5.化 學 平 衡. ˇ. 1.全 球 變 遷 2. 生 物 對 環 境 刺 激 反 應與動物行為 3.水 與 水 溶 液 4.氧 化 與 還 原 5.酸 鹼 鹽 6.有 機 化 合 物. ˇ ˇ. 交互作用. ˇ ˇ ˇ ˇ. ˇ. ˇ. 演化與延續. 生命的延續. 1.生 殖 、 遺 傳 與 演 化. ˇ. 生活與環境. 生態保育. 1.生 物 與 環 境 2.人 類 與 自 然 界 關 係. ˇ ˇ. 環境保護. 1.天 然 災 害 與 防 治 2.環 境 污 染 與 防 治. ˇ ˇ. 永續發展. 1.資 源 保 育 與 利 用 2.能 源 開 發 與 利 用. ˇ ˇ. 1.科 學 倫 理. ˇ. 科學與人文. 具有實 驗課程. 資 料 來 源 ： 教 育 部 (2000)； 南 一 (2004)； 康 軒 (2004)， 本 研 究 整 理 。. 23. ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ. ˇ ˇ ˇ ˇ. ˇ.
(24) 第五節. 實驗課程設計與實驗室的廢污處理及管理之問 題分析. 近年來國內環保意識抬頭下，教育部相當重視環境教育在各級 學校的推動，特別將環境教育納入九年一貫課程得六大議題之中， 要 達 成 此 教 育 目 標，必 須 從 環 境 教 育 融 入 各 領 域 課 程 著 手，其 中「 自 然與生活科技」領域的實驗課程與各項環境污染問題的形成與防治 有 密 切 關 聯 (林 明 瑞 ， 1994a； 賴 慶 三 ， 2001)， 據 羅 時 成 (2002)的 研 究指出實驗課程內容的環保化設計與改進是達成環境教育目標最重 要的一環；此外，實驗室的廢污處理及管理問題也不容小歔，實驗 廢污的減量及回收處理方式與流程、藥品的控管、安全衛生等，皆 會對環境造成影響，如何將這些與實驗課程及實驗室廢污處理相關 的環境主題融入「自然與生活科技」的實驗課程中，將對學生的環 境教育學習成效產生重大影響，因此，本節將針對實驗課程的設計 與實驗室廢污處理及實驗室管理問題深入探討。 一、實驗課程設計上的問題 在 國 中「 自 然 與 生 活 科 技 」的 課 程 中，實 驗 單 元 依 科 別 的 不 同 ， 可 分 為 三 類 ： ( 一 )生 物 實 驗 ， ( 二 )物 理 實 驗 ， ( 三 )化 學 實 驗 ， 若 依 實 驗 的 操 作 者 不 同 ， 可 分 為 ： (一 ) 教 師 示 範 實 驗 ， ( 二 )學 生 操 作 實 驗 二 種 (康 軒 ， 2 0 0 4； 南 一 ； 2 0 0 4 )。 國 中 生 物 實 驗 所 使 用 的 藥 劑 量 不 多 ， 活體動物實驗多屬於觀察型實驗，故對環境的污染仍在可容忍的範 圍內，物理實驗污染問題較小，絕大多數令人頭痛的污染問題多為 化 學 實 驗 所 產 生 的 ， Armour(1988)的 研 究 曾 指 出 中 學 或 大 專 院 校 所 產生的廢棄物問題大多因實驗過剩的化學藥品而起，故許多研究皆 針對化學實驗的問題，提出改良的方案，如：藥品減量、實驗設計 改 進 、 選 擇 替 代 製 程 、 以 教 師 實 驗 取 代 學 生 實 驗 等 ( A r m o u r， 1 9 8 8 ； Amato， 1993； 羅 時 成 ， 2002)。 實驗課程的目的在於學生能從動手操作實驗中印證科學的原理 及 探 索 科 學 的 問 題 (H o f s t e i n & L u n e t t a， 1982； Tami r， 1 9 8 9 )， 在 九. 24.
(25) 年一貫課程推行之後，許多的實驗為求安全性及課堂時數大幅縮減 的情況下，將原本學生操作的實驗改為由教師在課堂上示範，或者 大量刪除實驗課程，污染雖然減少，但也剝奪學生實際動手操作實 驗的學習歷程及經驗，故在實驗的設計上不能因噎廢食，應同時兼 顧 環 保 與 操 作 學 習 ( L e a r n i n g b y d o i n g )的 重 要，發 展 一 套 兼 具 環 保 原 則的實驗課程乃勢在必行。 實驗課程的環保問題之衍生通常與實驗課程的設計有相當大的 關 係 (羅 時 成 ， 2002)， 所 經 常 面 臨 的 問 題 有 ： (一 )使 用 過 多 的 藥 劑 量 ， 或 者 使 用 對 環 境 有 害 的 藥 品 或 溶 劑 。 (二 )實 驗 步 驟 或 裝 置 過 於 繁 雜 ， 每 個 實 驗 使 用 的 藥 品 種 類 過 多 。 (三 )實 驗 課 程 的 安 排 未 做 妥 適 的 規 劃 ， 相 關 實 驗 無 法 接 續 進 行 ， 致使化學藥品形成不必要的浪費。 (四 )實 驗 過 程 所 產 生 的 廢 水 體 積 過 大 ， 處 理 困 難 。 (五 )未 將 環 保 原 理 、 原 則 及 廢 污 減 廢 、 回 收 、 處 理 方 法 與 流 程 等 環保概念納入教材之中，學生及老師無標準污染防治程序可 循。 王 學 松 、 丁 非 (1999)的 研 究 中 提 出 中 學 實 驗 課 程 的 設 計 應 具 有 的 環 保 理 念：( 一 )選 擇 對 環 境 影 響 最 小 的 反 應 物，( 二 )取 代 或 改 變 高 危 害 性 的 實 驗，( 三 )實 驗 課 程 應 精 心 設 計，( 四 ) 藥 劑 與 產 物 應 循 環 使 用，(五 ) 力 求 實 驗 前、中、後 所 產 生 廢 污 之 處 理 無 害 化。A ma to (1 9 9 3 ) 及 Clark(1996)的 研 究 曾 指 出 實 驗 課 程 的 設 計 必 須 走 向 無 害 化 及 綠 色 化。郭 偉 明 (19 9 3 ) 的 研 究 指 出 實 驗 課 程 的 修 訂 應 遵 循 的 原 則：( 一 ) 不 影 響 教 學 品 質，( 二 ) 試 藥 在 回 收 及 銷 毀 上 簡 單 易 行，( 三 ) 符 合 環 保 教 育 精 神 ， ( 四 ) 不 採 用 高 污 染 性 實 驗 。 蕭 次 融 ( 1 9 9 3 )及 方 金 祥 (19 9 4 ) 的 研 究 則 認 為 容 易 可 行 的 實 驗 改 進 方 法 有 四 點 ： (一 )減 少 化 學 藥 品 用 量，( 二 )實 驗 產 物 可 留 待 下 個 實 驗 再 使 用，( 三 )拒 做 有 害 環 境 的 實 驗 ， 改 做 有 相 同 效 果 的 替 代 實 驗 ， (四 )以 投 影 機 教 學 或 教 師 示 範 實 驗 取 代 部 份 傳 統 實 驗。楊 森 源 ( 1 9 9 6 ) 的 研 究 提 出 改 變 實 驗 步 驟 及 儀 器是改進實驗設計最快速有效的方法。 根據以上所述的理念及原則，國內專家學者曾針對國中實驗課. 25.
(26) 程 設 計 上 的 污 染 問 題 進 行 相 關 研 究 ， 洪 木 利 ( 1 9 9 8 a )的 研 究 指 出 多 數 的理化老師願意且認為有責任在實驗教學過程中，協助環保理念的 推廣，並且認為理化科的實驗具有相當的污染性，其中以碘化鉛沉 澱 實 驗 、 鹵 素 實 驗 、 化 學 反 應 (含 燃 燒 實 驗 )、 酸 鹼 中 和 及 鉻 酸 鉀 可 逆 反 應 等 之 污 染 性 較 高 ， 魏 蘊 聰 (1994)的 研 究 指 出 教 師 在 課 堂 上 解 說 環 保 的 原 理、原 則 及 回 收 處 理 的 環 保 概 念，對 學 生 有 正 面 的 影 響 ， 且學生樂於在實驗中落實環保的行為。 董 有 蘭 ( 1 9 9 0 )及 魏 蘊 聰 (19 9 3；1 9 9 4 )的 研 究 針 對 理 化 實 驗 提 出 了 改 進 方 法 ： (一 )在 不 影 響 實 驗 結 果 的 情 況 下 ， 刪 減 實 驗 中 的 藥 品 使 用 量 ， 以 減 少 實 驗 後 的 廢 污 ， (二 )將 實 驗 廢 棄 物 作 有 效 的 回 收 再 利 用 (如 表 2-7)。 方 金 祥 (1995b)在 其 研 究 中 所 提 出 的 實 驗 改 良 設 計 ， 除了減少藥品的使用外，則針對實驗的裝置與儀器進行改良，以生 活中的廢棄塑膠容器組合取代實驗室的燒杯、錐型瓶，讓學生在學 習 科 學 實 驗 的 同 時，也 能 身 體 力 行 廢 物 再 利 用 的 道 理。蕭 次 融 (1993 ) 的研究中強調以無害的試劑取代有害的試劑，是降低污染最根本的 方法，例如：以碘液取代鉻酸鉀溶液進行「化學平衡可逆反應」實 驗，實驗結果相同亦兼具環保性。 表 2-7 國 中 實 驗 單 元 課 程 設 計 與 改 進 、 處 理 方 法 實驗單元 1. 水 的 電 解. 有害物質 氫氧化鈉、硫酸. 實驗改進及處理方法 1.將 廢 酸 、 鹼 收 集 再 利 用 。 2.以 微 型 實 驗 裝 置 進 行 實 驗 。. 2. 飽 和 與 未 飽 和 溶 液. 重鉻酸鉀. 1.減 少 重 鉻 酸 鉀 用 量 。 2.實 驗 後 將 鉻 溶 液 結 晶 再 利 用 。. 3. 蒸 餾 法. 藍色色素. 1.加 水 後 ， 重 新 收 集 。 2.或 稀 釋 後 直 接 排 放 。. 4. 氧 氣 的 製 備. 二 氧 化 硫 、 亞 硫 酸、二氧化錳等. 1.回 收 二 氧 化 錳 固 體 。 2.二 氧 化 硫 溶 於 水 後 與 氧 化 鎂 溶 液 (氫 氧 化 鎂 )中 和 後 排 放 。. 5. 二 氧 化 碳 製 備. 鹽酸、石灰水. 1.降 低 鹽 酸 濃 度 及 使 用 量 。 2.鹽 酸 與 石 灰 水 中 和 後 排 放 。. 6. 碘 昇 華 實 驗. 碘. 1.以 乾 冰 取 代 碘 作 實 驗 。 2.教 師 示 範 實 驗 取 代 學 生 實 驗 。. 26.
(27) 表 2-7 國 中 實 驗 單 元 課 程 設 計 與 改 進 、 處 理 方 法 (續 ) 實驗單元 7. 熱 與 化 學 變 化. 有害物質 硫酸銅. 實驗改進及處理方法 1.減 少 硫 酸 銅 粉 末 使 用 量 。 2.使 用 電 解 法 收 集 Cu(s)。. 8. 質 量 守 恆 定 律. 氯化銀、硝酸鈉 、硝酸銀. 1.將 銀 鹽 過 濾 回 收 ， 濾 液 稀 釋 排 放 2.以 氯 化 鈣 及 碳 酸 鈉 替 代 實 驗 。. 9. 碘 化 鉛 生 成. 硝酸鉛、碘化鉛. 1.減 少 硝 酸 鉛 的 用 量 。 2.將 碘 化 鉛 過 濾 回 收 。. 10 金 屬 氧 化 反 應 .. 鹽酸、氫氧化鈉 、鋅鹽、氧化銅. 1.鹽 酸 、 氫 氧 化 鈉 回 收 或 中 和 。 2.銅 片 及 鋅 片 回 收 再 利 用 。. 酒精、氫氧化鈉 、硫酸. 1.酸 鹼 液 分 別 回 收 再 利 用 或 中 和 。 2.酒 精 可 燃 燒 或 稀 釋 後 排 放 。. 12 硫 酸 脫 水 性 .. 硫酸銅、硫酸. 1.減 少 硫 酸 銅 及 硫 酸 的 用 量 。 2.硫 酸 銅 可 回 收 再 利 用 。. 13 酸 鹼 中 和 反 應 .. 鹽酸、氫氧化鈉. 14 溫 度 對 反 應 速 率 . 的影響. 二氧化硫、鹽酸 硫代硫酸鈉. 1.中 和 後 即 可 排 放 ， 食 鹽 可 回 收 。 2.改 用 微 型 滴 定 裝 置 ， 減 少 酸 液 及 鹼 液 的用量。 3.剩 餘 酸 鹼 液 的 回 收 再 利 用 。 1.以 微 型 化 裝 置 進 行 實 驗 。 2.以 水 或 鹼 液 吸 收 二 氧 化 硫 。. 15 化 學 平 衡 與 可 逆 . 反應. 鹽酸、鉻酸鉀 、二鉻酸鉀. 1.將 鉻 酸 溶 液 收 集 後 還 原 成 氫 氧 化 鉻 沉 澱回收或改用碘液替代。. 16 製 造 肥 皂 .. 肥皂、氫氧化鈉. 1.減 少 氫 氧 化 鈉 的 用 量 。 2.以 回 鍋 油 替 代 椰 子 油 製 作 肥 皂 。. 17 鋅 銅 電 池 .. 硫酸銅、硫酸鋅. 1.以 微 型 化 裝 置 進 行 實 驗 。 2.硫 酸 銅 及 硫 酸 鋅 可 回 收 再 利 用. 18 電 解 與 電 鍍 .. 硫酸銅、硫酸、氫 氧化鈉. 1.以 微 型 化 裝 置 進 行 實 驗 。 2.酸 鹼 液 可 回 收 ； 可 使 用 電 解 法 回 收 Cu(s)後 ， 再 稀 釋 排 放 。. 11 . 那 些 物 質 水 溶 液 可以導電. 資 料 來 源 ： 董 有 蘭 (1990)、 魏 蘊 聰 (1993； 1994)、 方 金 祥 (1995a)、 楊 森 源 (1996)、 蕭 次 融 等 (2000)、 羅 時 成 (2002)， 本 研 究 整 理 。. An astas，W i l l i a m s o n a n d T r a c y ( 1 9 9 6 )的 研 究 則 認 為 若 是 定 性 的 化學實驗，可以用低量、無污染卻具相同效果的藥品或生活中的材 料來進行實驗，不但可培養學生的創造力，亦符合「綠色化學」的 精神。故實驗課程的設計良好與否，關乎周圍自然生態環境的安危 27.
(28) 及學童對實驗相關環境保護概念的學習成效，實驗課程設計者及教 師有必要從藥品的控管、實驗步驟的精簡、實驗裝置的改進、綠色 藥品使用及替代實驗的發展等方面去加強改善。 二、實驗室廢污的處理的問題 實驗室是教師進行實驗教學的場所，亦是實驗藥品及廢棄物儲 的地方，實驗室廢污的處理將影響學生對環境保護概念的學習成效 及 周 遭 環 境 問 題 甚 鉅。洪 木 利 ( 1 9 9 8 b )的 研 究 指 出 若 學 校 實 驗 室 廢 污 處 理 情 況 不 佳 ， 學 校 自 然 科 教 師 難 辭 其 咎 。 林 明 瑞 (19 9 4 a ) 的 研 究 指 出學校大部份老師雖有廢污處理的觀念，但因本身對藥品及廢污成 份的了解程度不夠或學校管理制度不完善，僅有少數老師會在部份 的 實 驗 項 目 上 進 行 回 收 處 理 工 作 。 張 明 寮 (1998)的 研 究 指 出 實 驗 室 減 廢 工 作 未 能 落 實 有 幾 點 原 因 ： (一 )管 理 制 度 不 健 全 ， 沒 有 專 人 負 責 ， 師 生 配 合 的 意 願 低 落 。 (二 )實 驗 室 環 保 教 育 宣 導 不 足 ， 且 教 師 缺 乏 分 類 回 收 的 知 識 與 能 力 。 (三 )因 循 茍 且 的 態 度 ， 加 上 無 經 費 的 奧 援 及 實 質 鼓 勵 。 杜 明 進 、 丁 金 松 (1996)的 研 究 顯 示 ， 越 是 都 會 及 大型的學校實驗室的管理上越不完善。大多數的學校實驗室皆無專 人負責，藥品未能分類存放、化災應變及安全措施嚴重不足，廢污 處理及回收工作大多以稀釋排放或直接丟棄為主，鮮少進行藥品回 收 再 利 用 ， 委 外 處 理 的 學 校 更 低 於 1 0 %， 老 師 對 於 兼 任 實 驗 室 的 管 理者更顯得意興闌跚。由此可知，學校實驗室在廢污處理上存在相 當大的環保問題，長期以往實驗廢污無法達到減量的目標，與實驗 室廢污的減量、回收及處理方法有相當大的關連性。 Armour(1988)的 研 究 指 出 實 驗 室 廢 棄 物 控 管 應 注 意 幾 點 ： (一 ) 先 前 完 善 的 規 劃，( 二 ) 重 覆 使 用 或 回 收 再 利 用，( 三 ) 廢 棄 物 分 離 及 標 示 完 整 ， (四 )廢 污 產 生 後 應 立 即 分 類 收 集 。 實 驗 室 廢 污 處 理 的 目 標 是 為 了 達 到 ： (一 )減 量 ， (二 )減 毒 ， (三 )安 全 衛 生 ， (四 )資 源 回 收 等 目 的 (林 明 瑞 ， 1996)， 故 在 實 驗 廢 污 的 處 理 原 則 及 方 法 上 ， 通 常 包 括 以 下 幾 點 (劉 廣 定 等 ， 1996； 洪 木 利 ， 1998a)： (一 )減 少 廢 棄 物 的 量 及 毒 性 ， (二 )分 類 、 回 收 及 再 利 用 ， (三 )焚 化 ， (四 )掩 埋 ， (五 )稀. 28.
(29) 釋排放。其中減量及回收再利用是最有效且具環保性的方法，頗值 得在學校實驗室推行。而減廢的方法可從「管源」及「管末」二方 面進行，所謂的「管源」處理，即在廢污產生就進行反應物的減量 控 管，定 可 減 少 廢 污 的 生 成 及 毒 性 危 害，例 如：減 少 藥 品 的 使 用 量 、 改 用 無 毒 性 的 替 代 藥 品 或 安 全 的 製 程 。「 管 末 」處 理 ， 即 是 對 已 生 成 的廢污進行分類收集，若為有用之化學物質則回收再利用，若無用 之廢污則先減少體積，再依其特性降低其毒性，最後再進行最終處 理 (稀 釋 排 放 、 固 化 或 掩 埋 )。 通常實驗室廢污處理原則應先行減廢，以減少廢污產生量，再 依其廢污的特性進行分類的工作，將有用的化學物質回收再利用， 以 降 低 廢 污 的 排 放 (楊 森 源 ， 1 9 9 6； 林 明 瑞 ， 1 9 9 6； A r m o u r， 1 9 8 8 ) 。 譬 如 ：「 酸 鹼 中 和 實 驗 」 剩 餘 鹽 酸 的 回 收 ， 可 於 其 它 實 驗 單 元 (如 ： 電 解 質 實 驗 、 水 的 電 解 等 )再 次 使 用 ， 有 助 於 實 驗 藥 品 的 減 量 ； 硫 酸 銅在國中實驗單元的用量相當多，如：電解、電鍍、電解質實驗、 伏打電池實驗等，若硫酸銅溶液能充份回收再利用，不但能減少購 買藥品的成本，亦降低銅離子排放對環境的傷害。 實 驗 廢 污 的 最 終 處 理 可 依 其 種 類 分 為 ： (一 )固 體 廢 棄 物 ， (二 ) 廢 氣 ， (三 )液 體 廢 棄 物 等 三 大 類 進 行 不 同 的 處 理 方 式 。 首 先 ， 固 體 廢 棄 物；包 括：藥 品 粉 末、沾 染 化 學 物 質 之 固 體 廢 棄 物、廢 棄 金 屬 、 廢棄藥品及空瓶等。藥品空瓶會先以水沖洗稀釋附著其上之化學物 質，洗 液 另 外 收 集 處 理；已 知 的 藥 品 粉 末 可 收 集 使 用，未 知 的 藥 品 、 過期的藥品或高污染性廢棄固體可交由代處理業進行處理；其餘低 污染性固體廢污則直接焚毀、掩埋或丟棄，學校大多交由清潔隊處 置 (林 明 瑞 ， 1996)。 廢氣的處理端視其溶解性、揮發性、可燃性而定，大部份學校 對於廢氣的處理態度任其在空氣中逸散，或者以抽風機直接排出室 外，對環境及全校師生的健康都有不良影響，故廢氣處理是實驗室 必須加強的一項工作，以國中實驗所產生的廢氣為例，氨氣易溶於 水且呈弱鹼性，故可導入水中或酸液中，順便可中和酸液；國中實 驗 中 「 氧 氣 的 檢 驗 」 及 「 溫 度 與 反 應 速 率 」 實 驗 皆 會 產 生 SO 2 ， 若. 29.
(30) 以 水 或 鹼 液 吸 收 一 來 可 降 低 毒 性，二 來 可 生 成 亞 硫 酸 (H 2 SO 3 )或 硫 酸 鈉 (Na 2 SO 4 )可 再 回 收 利 用 ， 如 此 便 將 不 易 利 用 的 廢 氣 成 了 有 用 的 化 學物質；若是有機溶劑廢氣，如廢氣可溶於水者，可以溼式淋洗設 備處理，所形成的廢液可以廢液處理方式處理，低濃度者可直接排 入下水道；如有機溶劑廢氣為非水溶性，可以用活性碳吸附，再進 行 脫 附 回 收 利 用，或 直 接 將 吸 附 飽 和 之 活 性 碳 以 焚 化 方 式 處 理 ( 林 明 瑞 ， 1996)。 至於液體廢棄物的處理是實驗室廢污的最大宗，也是最難處理 的問題，其一廢液的體積龐大，其二廢液的成份複雜且具毒性，學 校老師及學生做完實驗後，通常習慣性將剩餘的溶液倒入水槽中， 任其排入水溝流入河川，因而造成週遭水體環境及灌溉農地的污 染 ， 故 學 校 在 廢 液 的 處 理 上 必 須 小 心 謹 慎 。 Armour(1988)的 研 究 指 出 廢 水 的 處 理 方 法 不 外 乎 ： (一 )酸 鹼 中 和 ， (二 )無 機 鹽 稀 溶 液 的 濃 縮 ， (三 ) 溶 劑 循 環 再 利 用 ， (四 ) 特 定 反 應 物 的 安 定 化 處 理 ， 其 中 包 括 氧 化 劑 還 原 、 重 金 屬 沉 澱 分 離 、 有 毒 物 降 低 毒 性 等 。 方 金 祥 (19 9 5 a ) 的 研 究 曾 指 出 學 校 實 驗 室 經 常 採 用 之 廢 水 處 理 的 方 法 有 ： (一 )中 和 ， (二 )稀 釋 ， (三 )濃 縮 ， (四 )氧 化 還 原 ， (五 )沉 澱 ， (六 )回 收 。 林 明 瑞 (1996)的 研 究 指 出 指 出 實 驗 廢 水 應 先 減 廢 ， 再 依 其 廢 水 成 份 及 性質做不同的處理，回收廢液中的化學物質是降低毒性及對環境衝 擊 最 根 本 的 辦 法 。 學 校 實 驗 室 中 最 常 見 的 廢 液 可 分 為 幾 類 ： (一 )酸 鹼 鹽 類 溶 液 ， ( 二 )含 重 金 屬 離 子 溶 液 ， (三 ) 有 機 溶 劑 ， (四 ) 含 氧 化 、 還原劑之溶液。首先，酸、鹼液的處理較為容易，若溶液中所含的 重 金 屬 成 份 不 高 ， 僅 須 透 過 酸 鹼 中 和 達 中 性 pH 範 圍 (pH=5~9)後 ， 回收有用的鹽類即可排放；若含有重金屬的溶液則以電解或調高溶 液 pH 值 的 方 式 使 重 金 屬 沉 澱 ， 回 收 重 金 屬 物 質 後 ， 再 將 溶 液 酸 鹼 中和後排放。有機溶劑的處理較為困難，若是安全且具有可燃性的 物質可當作燃料使用，若無法處理者建議收集後交由代處理業者處 理；至於含氧化、還原劑的廢水，因其使用量不多，通常會採中和 後 稀 釋 排 放 ， 如 表 2-8 所 列 。. 30.
(31) 表 2-8 國 中 實 驗 室 之 廢 液 種 類 及 處 理 方 法 一 覽 表 廢液種類 1. 酸 鹼 鹽 類 溶 液. 常見成份 鹽酸、硫酸、 氫氧化鈉等. 廢液處理方法 1.酸 液 及 鹼 液 分 類 收 集 後 ， 將 兩 者 酸 鹼 中 和 至 溶 液 pH=5~9。 2.中 和 後 溶 液 乾 燥 後 可 回 收 鹽 類 。 3.若 低 濃 度 鹽 類 無 回 收 價 值 且 無 毒 性 ， 可直接排放。. 2. 含 重 金 屬 溶 液. 銅、鉻、銀等. 1.六 價 鉻 先 還 原 至 三 價 鉻 後 ， 調 整 至 pH=10， 產 生 Cr(OH)3 沉 澱 。 2.銅 離 子 可 用 電 解 法 回 收 銅 。 3.銀 離 子 可 用 離 子 交 換 法 或 沉 澱 法 回 收 Ag+， 其 它 重 金 屬 亦 同 。. 3. 有 機 溶 劑. 甲醇、丙酮等. 1.燃 燒 後 不 具 毒 性 之 有 機 溶 劑 可 作 燃 料 使用，如甲醇等。 2.若 無 法 處 理 者 ， 可 採 焚 燒 法 ， 廢 氣 再 以活性碳及水溶液吸收。. 4. 含 氧 化 劑 及 還 原 劑 之溶液. 過 錳 酸 鉀、重 鉻 酸 鉀 、 硫 代 硫 酸 鈉 等。. 1.氧 化 劑 及 還 原 劑 可 合 併 處 理 ， 降 低 還 原電位及濃度後，稀釋排放或交由環 保公司處理。. 資 料 來 源 ： 林 明 瑞 (1996)、 劉 廣 定 等 (1996)， 本 研 究 整 理 。 綜合上述，實驗室應以零排放為目標，應用簡單的化學知識及 方法，將實驗室的廢污作完善的處理，以下列出幾點加以說明： (一 )實 驗 室 廢 污 的 處 理 原 則 ： 先 進 行 減 廢 (量 )， 再 進 行 分 類 、 回 收，最 後 再 處 理。減 廢 包 括：減 少 廢 污 的 體 積、總 量 及 毒 性 。 (二 )加 強 分 類 工 作 ， 將 相 同 或 相 近 性 質 的 廢 污 合 併 儲 存 ， 並 將 有 用的物質回收再利用，以利於後續的處理工作。 (三 )實 驗 室 固 體 廢 棄 物 的 處 理 ： 低 污 染 廢 棄 物 可 直 接 與 一 般 校 園 廢棄物合併處理，藥品空瓶應先沖洗後再丟棄，洗液集中再 以廢液方式處理，高污染或未知藥品則交由代處理業處理， (四 )實 驗 室 廢 氣 的 處 理 ： 廢 氣 的 處 理 可 用 濕 式 淋 洗 設 備 加 強 收 集，可溶水性廢氣以水吸收，非溶水性廢氣則以活性碳吸附 後，脫附回收或直接焚化。 (五 )實 驗 室 廢 液 的 處 理 ： 首 先 依 照 廢 液 不 同 的 性 質 分 類 儲 存 後 ， 透 過 酸 鹼 中 和、調 高 pH 值 產 生 沉 澱 物、氧 化 還 原 等 方 法，達. 31.
(32) 到放流標準後排放，若不能處理者，委由代處理業處理。 (六 )實 驗 室 廢 污 減 廢 處 理 方 法 應 納 入 教 學 的 內 容 之 中 ， 讓 學 生 學 習廢污處理方法。 三、實驗室的管理問題 在實驗室的管理方面，因實驗室儲存著相當多的化學藥品及危 險物質，在安全性及環保性上有較高的風險，故需要經過特別的規 畫 與 制 定 管 理 制 度 (Schmidt， 2001)。 許 崑 泉 (2002)的 研 究 指 出 實 驗 室 在 安 全 及 環 保 上 的 規 劃 ， 必 須 要 有 管 理 上 的 配 合 。 Hanssmann (1980)及 Heinrch(1980)的 研 究 指 出 大 部 份 安 全 及 環 保 上 問 題 皆 起 因 於 人 為 因 素。H a n s s m a n n ( 1 9 8 0 )的 研 究 指 出 實 驗 室 的 安 全 及 環 保 是 所 有 人 (包 括 教 師 及 學 生 )無 可 避 免 的 責 任 ， 安 全 及 環 保 教 育 是 各 級 學 校應加強的內容，此外，強化實驗室藥品及人員的管控、培養良好 的使用習慣，可避免化災及環境污染的事件發生，其中應注意的要 項 包 括：(一 )安 全 的 組 織 與 警 覺，(二 )實 驗 室 及 設 備 的 規 劃 與 安 排 ， ( 三 )溶 劑 與 溶 液 的 使 用 ， ( 四 )藥 品 的 存 放 與 分 類 ， ( 五 )緊 急 應 變 的 設 備 。 孟 繼 洛 (1992)、 賈 台 寶 (1999)及 Petersen(1978)的 研 究 指 出 實 驗 所造成的環境問題除了人為因素外，制度上的管理與行政上的配合 也 是 重 要 的 因 素 。 Schmidt(2001)及 Florio(1979)的 研 究 指 出 實 驗 操 作的習慣會影響實驗的安全性與環保性，習慣一旦養成便很難改 變。李 清 安 (2000) 及 呂 文 村 (2000) 的 研 究 指 出 儲 存 管 理 必 須 要 了 解 藥 品的特性，方能降低化學災害的發生。根據上述得知，實驗室的環 保 與 實 驗 室 的 管 理 制 度 有 密 切 的 關 聯 性 (金 仁 彰 ， 2000)。 學校實驗室的管理可分為人員管理、藥品設備管理、廢棄物處 理、緊急應變措施及課堂管理等，其中人員、藥品的管理及廢棄物 處 理 與 環 境 問 題 最 有 相 關 性 (卓 娟 秀 ， 1991)。 廢 棄 物 處 理 於 上 節 已 詳 述，此 小 節 不 在 贅 述，針 對 人 員 管 理 方 面，杜 明 進、丁 金 松 (19 9 6 ) 的 研 究 指 出 ： (一 )絕 大 多 數 的 學 校 並 無 專 人 負 責 管 理 實 驗 室 ， 大 多 由 自 然 科 老 師 兼 任 ， (二 )學 校 實 驗 室 的 藥 品 雖 有 專 櫃 存 放 ， 卻 不 能 依 化 學 性 質 分 類 管 理 ， (三 )多 數 學 校 皆 為 成 立 化 災 處 理 小 組 ， 且 能. 32.
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