Chemistry
Physics
光的探究與實作經驗分享－
就是那道光
掃描QR code 下載教材電子檔 教師 陳立偉、劉獻文、侯俊男
臺南一中
緣起
108新課綱即將上路，各校老師都在緊鑼密 鼓的準備當中，其中最讓大家需要共備的部分，
就是探究與實作的課程。
本校同仁為了迎接即將到來的任務，先在多 元選修課開設相關課程試跑。在這樣的情境下，
相互激盪火花，討論跨科合作的可能性。
在自然學科當中，我們覺得最能做到自然科 跨科的題材，就以「光」這個主題最完整。在物 理方面可以討論光成像；在化學方面可以討論光 化學反應；在生物方面可以討論生物趨光性；在
地球科學方面可以討論星空的觀察等，真的是跨 科整合的好題材。於是在多元選修課程當中，科 內幾位老師開啟了光的探究與實作設計。
課程設計
一、課程開發架構：
課程教材的完成通常不是一蹴可及，都需經 過幾次滾動式修正，才會接近完備。本課程源自
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於2016年暑假校內高一新生的科學體驗營，當時 校內物理科、化學科老師合作，為高一新生辦理 了一場3天的科學營活動，主要就以光的成像、
簡易光譜儀、焰色測試與藍晒圖幾個主題，屬於 體驗式實作課程。
經過試行後，從同學的回饋分享中，進行修 正與改造，在2016年底學科中心的發表中，提 出課程設計草案，獲得審查教授的一致好評，並 提供一些寶貴建議。在2017年（105學年度下學 期）利用多元選修課的機會，進行10堂探究與 實作課程。接著，再透過上課學生的回饋與分 享，與科內同仁的檢討後，便推出一學期的探究 課程，並於2018年（106學年度下學期）再度試 教。以下來介紹106學年度下學期的課程內容。
二、多元選修課程目標：
1 培養探究精神的課程設計，使學生學習建構 知識與技能；
2 以學生學習為中心的教學策略；
3 體驗實作、觀察；
4 模擬真實情境與反思，與同儕一起體會什麼 是學習及如何學習。
三、多元選修課程內容：
圖二：探究課程開發：內容
就是那道光教學進度表
週次 課程單元 課程內容 備註
1 說明 課程說明與介紹、分組 2 技能 實驗基本技能培養 3 奇光異彩
光的成像
4 光的三原色與光譜
5 五顏六色 顏料的故事、普魯士藍 6
藍晒圖
藍印術(一)
7 藍印術(二)
8 藍印術(三)
9
光阻劑
光阻劑簡介 10 網版印刷(1) 11 網版印刷(2) 12 感光乳劑配方研製(1) 13 感光乳劑配方研製(2) 14 口頭報告
分組報告 評量 15 期末分享、整理實驗室 回饋
課程中主要分成幾個部分進行 1 課程說明與分組
第一堂課先進行課程的說明與分組，分組的 主要目的除了在課程進行中，教師與同學的 互動討論、也可以讓小組內分工合作、溝通 與協調。
2 基本實驗技能課程
主要教導同學進行研究探討時，化學部分必 須注意準確度與精確度。透過這堂課，教導 同學正確使用化學儀器。
3 奇光異彩探究
這部分比較偏物理學科，利用3D浮空投影 的教材，與同學討論光的成像原理。透過4 片梯形膠片的組合，讓影像浮空立體投影在 空中，栩栩如生。課程中引導同學發現立體 投影影像清晰程度與哪些變因相關，經過探
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究、收集資料、整理，驗證這些變因與成像 之相關，進一步探討最佳成像條件。
光的三原色與光譜，課程中利用電腦小畫家
（或繪圖軟體、APP）與同學探討三原色。進 一步引導同學發現手機螢幕如何利用三原色 組合出全彩照片。
4 藍晒探究
透過光的照射，進行光化學反應，形成普魯 士藍的沉澱，竟然就可以完成藍晒圖。課程 中讓同學體會如何「洗照片」，並發現影響 藍晒圖顯影的因素，透過操作、改變不同的 變 因 ， 探 究 顯 影 效 果 ， 收 集 相 關 資 料 並 整 理，驗證提出的變因與顯影效果的相關性。
5 光阻劑探究
光阻劑也是透過光照發生變化，將圖案光刻 的材料，主要應用於電路或印刷的加工。課 程中簡介光阻劑，並嘗試帶領同學探究光阻 劑配方組成之間關係，收集資料後，進行配 方比例變因之研究，驗證提升光阻劑效果之 可能性。
6 口頭報告
在進行完課程探究後，藉由口頭報告，確認 同學在課程中吸收的程度，並由同學提出的 心得與檢討，讓老師了解課程的修正方向。
課程教材PPT分享－
以「藍色煉丹術」為例
以下是摘錄自「五顏六色」專題上課的PPT，提 供給各位老師作參考。
課程時間：2堂，100分鐘。
▲封面
常見的化學反應與顏料簡介
國立臺南第一高級中學／劉獻文、周俞伽 老師 藍色煉丹術
1
電解質溶液的沉澱反應
3
▲目次
目次
• 常見的化學反應-沉澱反應
• 實作一 陰陽離子分析實驗
• 顏料的簡介
• 普魯士藍簡介
• 實作二 如何製作普魯士藍
2
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▲常見離子及沉澱物的顏色 介紹常見離子及沉澱物的顏色 並連結相關沉澱影片：黃金雨實驗
常見離子及沉澱物的顏色
◎點選連結：黃金雨實驗
5
▲常見離子及沉澱物的顏色 介紹常見離子及沉澱物的顏色
常見離子及沉澱物的顏色
4
▲猜猜我是誰
利用前面介紹的沉澱作用及題目條件，來推估表格
猜猜我是誰
Na2CO3、HCl、BaCl2 藥品 A1 B1 C1
A1 B1 C1
6
▲猜猜我是誰
利用前面介紹的沉澱作用及題目條件，來推估上1 頁表格中的A1、B1、C1分別為何物？
三種無色溶液
氫氧化鈉(OH
－)
硝酸鉛(Pb
2+)
碘化鉀(I
－)
根據已建立之基本資料，
判斷溶液A1、B1、C1分別是何種溶液？
猜猜我是誰
7
▲實作一 陰陽離子分析實驗
記錄各陰陽離子混合後的沉澱物及顏色
實作一 陰陽離子分析實驗
NaCl Na2CO3 NaOH Na2SO4 (NH4)2S NaNO3
AgNO3
Pb(NO3)2
CuSO4
Fe(NO3)3
Al(NO3)3
Ba(NO3)2
9
▲實作一 陰陽離子分析實驗
實作一 陰陽離子分析實驗
8
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▲又是一個美麗的錯誤
因為錯誤而意外產生美麗的顏料
又是一個美麗的錯誤
2009年，來自俄勒岡州立大學的化學教授瑪 斯·蘇博拉馬尼安（Mas Subramanian）在 製造半導體材料的過程中，「意外」地發現 了一種藍色化合物，並命名為「YInMn藍」。
資料來源：https://read01.com/86oPPB.html
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▲介紹古代顏料的提煉
煉金術士的實驗室
• 人物 1. 第波(J.K. Dipple) 第波油 2. 迪斯巴赫(H. Diesbach) 染料商
• 時間 : 十八世紀初
• 事件 : 迪斯巴赫曾用胭脂蟲+綠礬
(FeSO4·7H2O)+草木灰共煮，提煉紅色染料。
迪斯巴赫向第波購買第波油(動物屍體與草木灰 的提煉物)，提煉出黃色晶體後，再加入綠礬，
結果非常驚人……..
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▲實作二 如何製作普魯士藍？
實作二 如何製作普魯士藍?
赤血鹽K3[Fe(CN)6] 黃血鹽 K4[Fe(CN)6] Fe(NO3)3
FeSO4
添加順序是否影響?
15
▲顏料的分類
介紹顏料分類有哪些及其特性
顏料的分類
顏料是一種用來著色的粉末狀物質。在 水﹑油脂﹑樹脂﹑有機溶劑等介質中不溶 解﹐但能均勻地在這些介質中分散﹐並能 使介質著色﹐而又具有一定的遮蓋力。
•礦物質顏料
極其穩定，耐光性強，不易褪色和變色，
覆蓋力強，透明度差。純度不高，接近中 性，如赭石、生褐、土黃、土紅等。
資料來源：https://read01.com/oddoz4.html
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▲介紹歷史上使用普魯士藍的畫作
梵谷自畫像
普魯士藍：顏料歷史的關鍵
星月夜
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▲普魯士藍的介紹
普魯士藍（Prussian blue）
• 亞鐵氰化鐵：Fe4[Fe(CN)6]3 (S)
• 深藍色顏料
• 錯鹽• 無毒，可治療鉈中毒
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Biology
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▲製作步驟
實作二 如何製作普魯士藍?
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▲小組討論實驗現象及結果
討論實驗現象
普魯士藍氧化則可得普魯士黃（PY），
普魯士黃中的鐵均為+3價。
FeIII4[FeII(CN)6]3+ 3A– FeIII4[FeIII(CN)6A]3+ 3e– (PB) (PY)
普魯士藍還原可得普魯士白( PW)，
普魯士白中的鐵均為+2價。
FeIII4[FeII(CN)6]3+ 4K++ 4e– K4FeII4[FeII(CN)6]3 (PB) (PW)
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▲小組討論實驗現象及結果
討論實驗現象
早期以為[Fe2++赤血鹽]所形成的藍色沉澱與普魯 士藍不同，稱為滕氏藍，後來經過驗證，滕氏藍 即為普魯士藍，兩者的結構相同。
有兩種組合可產生普魯士藍（Prussian blue，
PB），分別是[Fe3++黃血鹽]和[Fe2++赤血鹽]的 組合。
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課程經驗分享
新課綱的推行勢在必行，與其排斥它，不如 將其視為一次轉機。它是一次跨科合作的好機 會，雖然探究與實作的課程在短時間內會造成老 師們的衝擊，也很難有立竿見影的成效，但從本 校試行的結果來看，它開啟自然科整合、合作的 效果是確定的。面對未來的世界，同學必須擁有 解決問題的能力，所以已經不是我們硬塞大量的 知識給他們，而是要教導他們如何獲取資訊、擷 取所需資訊、與判斷驗證資訊正確性，進而疊加 成對自己有幫助的知識。也就是說，我們與其給 同學魚吃，不如教同學如何選擇適當的釣竿、判 斷水流速度、如何釣魚等，這樣同學才有自行謀 生能力，共勉之。
