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普通化學課程現況研究與改進

普通化學課程現況研究與改進. 周麗嫺 王昱凱 施良垣. 目錄. 1. 教材 (1) 內容 (2) 教科書 2. 教學 (1) 現今 (2) 國內 (3) 國外 3. 普化教學 的新 理念 （ 1) 引入 概 念圖 (2) 強化概念的聯結 (3) 理解化學術語和概念 (4) 加強電腦分子模擬教學 (5) 以科學方式教導化學. 4. 普化教學的改進 (1) 密 西根大學 (2) 牛津大學 (3) 台大 (4) 清大與交大 5. 創意教學

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普通化學課程現況研究與改進

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Presentation Transcript

  1. 普通化學課程現況研究與改進 周麗嫺 王昱凱 施良垣

  2. 目錄 1.教材 (1)內容 (2) 教科書 2.教學 (1)現今 (2)國內 (3)國外 3.普化教學的新理念 （1)引入概念圖 (2)強化概念的聯結 (3)理解化學術語和概念 (4)加強電腦分子模擬教學 (5)以科學方式教導化學

  3. 4.普化教學的改進 (1)密西根大學 (2)牛津大學 (3)台大 (4)清大與交大 5.創意教學 (1)主題式考法 (2)上課之節奏 6. 結論

  4. 1.化學是重要的核心科學之一，舉凡民生工業與1.化學是重要的核心科學之一，舉凡民生工業與 高科技產業的發展(如光電通訊、生物科技、 環保及新材料的開發)，均需具備化學的知識。 2.普通化學課程為培養學生在一般化學上應有的知 識，著重於基本化學觀念的介紹，以作為未來課 程學習的準備，並瞭解化學與環境的關係，以養 成正確的環保意識，維護地球的永續發展。

  5. 教材 (1)基本理論 (2)切身的環境與日常生活有關的理論和現象為主 。 例如:有機生化，奈米科技，能源化學與綠色環保化學 (3)微觀世界的探討 例如:掃描式穿襚顯微鏡 (STM) 光譜(電子光譜、振動光譜、轉動光譜，核磁共 振光譜) 現在普通化學教材的趨勢:增進大一學生對於化學的興趣 與新鮮感 (讓學生了解現今熱門的行業都與化學息息相關)

  6. 教科書

  7. 教學 現今 (1)投影片 (2)網路講義(3)上課影音 (4)電腦動畫(例如原子模型，動畫) (5)開放課程 自發反應 功和能量 例如: 滲透壓 交通大學 柏克萊大學 麻省理工學院

  8. 國內大學

  9. 成功大學 (ㄧ)大班教學 小班輔導

  10. 上課時間：大班上課(週二：1-2, 週五：1) 小班研討(週五：2) 大班上課教室：化工館華立廳 小班研討教室：物理系館，化學系館A，化學系B 生物系館，數學系管，地科系館 授課教師：施良垣 (物理)，林榮良 (化學A)，蕭世裕 (生物)，黃得時 (地科A)，吳鎮圭 (化學B) 成績：四次段考佔學期成績70%，另外30%為小考成績。

  11. 教學進度 Part One: 施良垣 Chapter 1:Atoms: The Quantum World (6 hr) 9/18, 9/18, 9/21, 9/25, 9/25, 9/28 Chapter 2: Chemical Bonds (6 hr) 10/2, 10/2, 10/5, 10/9, 10/9, 11/9* Part Two: 黃得時 Chapter 3: Molecular Shape and Structure (4 hr) 10/12, 10/16, 10/16, 10/19 Chapter 4: The Properties of Gases (4 hr) 10/23, 10/23, 10/30, 10/30 Chapter 5: Liquids and Solids (4 hr) 11/2, 11/6, 11/6, 12/7* Part Three: 林榮良 Chapter 6: Thermodynamics: The First Law (6 hr) 11/9, 11/13,11/13,11/16, 11/20, 11/20 Chapter 7: Thermodynamics: The Second and Third Laws (6 hr) 11/27, 11/27, 11/30,12/4, 12/4, 1/4* Part Four: 蕭世裕 Chapter 8: Physical Equilibria (4 hr) 12/7, 12/11, 12/11, 12/14, Chapter 9: Chemical Equilibria (4 hr) 12/18, 12/18, 12/25, 12/25, Chapter 10: Acids and Bases (4 hr) 12/28, 1/4, 1/8, 1/8

  12. 優點 • 每個老師教授最擅長的部分，學生聽得深入 • 2.容易掌握上課進度 • 3.考試頻率高與公平性佳

  13. (二)化學競試

  14. 目的 有助於普通化學的教學改進，誘導學生產生興趣並重視基礎學科的學習，提升學生的化學程度。 1. 以中文出題，更能測出考生的程度。 2. 材料、化工與化學等這三系的學生較有化學的學習概念。 3. 學生對固體、液體、溶液、有機和化學平衡方面得分較 高，但是對量化的部份得分相對較低 。 4.金屬與非金屬比較新鮮且困難些，得分也就較低。

  15. 國外大學 柏克萊大學課表 Wed 1/23Atoms, Molecules, Stoichiometry Fri 1/25 Atomic Structures, Molecular Formulae Mon 1/28 Solutions, Reactions and Bulk Matter Wed 1/30 Light Waves, Absorption, Emission Fri 2/1 Light, Particles, Photons Mon 2/4 Matter: Particles/Waves Wed 2/6 Quantum Mechanics: H Atom Fri 2/8 QM Orbitals Wed 2/13 Spin, Pauli Principle, Electronic Config Fri 2/15 Periodic Properties, Trends Wed 2/20 Chemical Bonds, Lewis Structures Fri 2/22 Covalent Bonding, Resonance Mon 2/25 VSEPR

  16. Wed 2/27 Molecular Structure, VSEPR, Isomers Fri 2/29 Covalent, Ionic Bonding, MOs Mon 3/3 Hybridization MOs, Resonance Wed 3/5 Ideal Gases, Compressibility, Abs. Temp Fri 3/7 Kinetic Gas Theory Wed 3/12 Real Gases, Phase Transitions Fri 3/14 Thermodynamics: First Law Mon 3/17 Thermochemistry, Enthalpy Wed 3/19 Specific Heat, Calorimetry, Metabolism Fri 3/21 Bond Engergies Mon 3/24 Spring Break Mon 3/31 Entropy, Second Law Wed 4/2 Free Energy, Direction of Change Fri 4/4 Equilibrium, Mass Action Mon 4/7 Equilibrium, Temperature, Le Chatelier

  17. Wed 4/9 Free Energy, Equilibrium Constant Fri 4/11 Heterogeneous Equilibrium Wed 4/16 Strong Acids and Bases, pH Fri 4/18 Weak Acids and Bases, pK Mon 4/21 Titration of Weak Acids Wed 4/23 Buffers, Indicators, Acid Strength Fri 4/25 Polyprotic Acids, Amino Acids Mon 4/28 Reducton Potentials Wed 4/30 Galvanic Cells Fri 5/2 Nuclear and Radiochemistry Wed 5/7 Nuclear Applications

  18. 普化教學的新理念 1. 引進概念圖(B. L. Earl) J. Chem. Educ. 2007, 84, 1788. (1)概念的知識結構對問題的解決有重要的影響。 (2)概念圖是一種二維層級式圖形,用以說明個體概念間 和其中的聯繫。

  19. structure and properties

  20. quantitative chemical relationships

  21. 成果 (1)經過概念圖訓練的學生比沒有經過此訓練的學生能 更多方面準確地把握概念間的聯繫。 (2)即使是做錯的題目,他們也能根據自己所理解的概念 間的聯繫來解釋。教師可以更正他們概念聯繫上的 錯誤,從而達到從根本上解決問題,標本兼治的效 果。 (3)藉由概念圖就很容易將一系列分開的主題給連貫起 來，使學生能靈活運用相關的知識。

  22. 2.強化化學概念的聯結(G. M. Bodner ) Chemistry Education Research and Practice, 2007, 8, 93-100 利用概念的連結來改善化學教育 (1) The common-ion effect (2) Tables of oxidation-reduction half reactions

  23. The common-ion effect 共同離子的概念不只可以應用在溶度基平衡，也可應用在緩衝溶液和弱酸解離

  24. Oxidation-reduction half reactions 可將共軛酸鹼對的概念引伸到氧化還原反應 例如:強氧化劑和弱還原劑配對

  25. 3.強調化學術語和概念的理解 (H. Jürgen) ChemistryEducation,2000, 1, 17 隨著時代的進步，相同的化學術語包含的概念會有所轉變，因此，學生時常被這些概念混淆，所以國外很重視學生對化學術語的理解

  26. Mg (s) + 2 HCl (aq) → MgCl2 (aq) + H2 (g) • (2) MgO (s) + 2 HCl (aq) → MgCl2 (aq) + H2O (l) • (3) Mg(OH)2 (aq) + 2 HCl (aq) → MgCl2 (aq) + 2 H2O (l) (1)是氧化還原反應，(2)跟(3)都不是

  27. 化學反應不是單向進行，是雙向反應且達到反應平衡化學反應不是單向進行，是雙向反應且達到反應平衡

  28. 4.加強電腦分子模擬教學 Chemistry Education Research and Practice, 2005, 6 , 136 (1)導入電腦分子模擬有助於普化概念的理解 (L. L. Jones) 冰溶化成水之電腦分子模擬示意圖

  29. （2）Connected Chemistry (M. Stieff) Department of Learning Sciences, Northwestern University, Evanston, IL 60208 引進了Connected Chemistry，並設計了一些模擬軟體來解釋微觀的化學現象 Figure 1. Every Connected Chemistry simulation contains an interface window with a graphics windw, plotting window, and system variables.

  30. 5.以科學方式教導化學 (N. Reid) Chem. Educ. Res. Pract., 2008, 9, 51–59 • 1.(Johnstone et al, 1971) identified the areas that caused most • problems in chemistry, and these are summarised below: • • Redox (e.g. E°) and ion electron ideas; • • Topics with some arithmetical content • e.g.. thermochemistry and thermodynamics; • • Organic topics such as esters, proteins, amines and • carbonyls and aromaticity; • • Topics related to equations and the mole, e.g. volumetric and • gravimetric work, Avogadro and the mole.

  31. 普化教學的改進 1.密西根大學的新化學課程 密西根大學的 S. N. Ege 教授，主張材料與生命基本素材的有機化學，引介大學入門化學的教材，獲得該大學支持且成效良好。

  32. 2.牛津大學化學課程改良

  33. 把普通化學內容分別融入三個專業課程 包含無機，有機，物化

  34. 3.台灣大學 (彭旭明院士) • 普通化學課程很多與高中重覆太多，使得學生對普通化學課程學習興緻不高。 • (2)深入的觀念如化學熱力學、分子軌域及結晶場論等，因時間及教材之不足而弄得一知半解。 改良方法 學生選修一至三種化學相關科目，代替必修的一學 年的普通化學

  35. 例如: (1)化學史及基礎化學 (程度較差的學生選修用，可當通識課程) (2)量子化學導論 (原子、分子的運動及基本光譜和軌域理論) (3)定性分析化學 (分析各種元素、離子的存在和儀器的使用) (4)化學熱力學及動力學 (熱力學定律，化學平衡與化學反應動力學) (5)基礎無機化學 (元素質、化合物的化性、物性及製備、反應 )

  36. 4.清大與交大 清華大學 交通大學與 改良 1.開放式課程 2.化學輔助教材網站建 3.網路輔助教學及完全網路教學課程 由交大、清大、中央三校化學系集體編撰教材，以Zhumdahl普化教科書為藍本，力容力求中文化、生動活潑並以動畫呈現，內容講求誘導式教學，由各校提供生動活潑示範實驗三項，供學生上網瀏覽，作為學習化學的輔助教材。

  37. 創意教學 Journal of Chemical Education Vol. 76 No. 6 June 1999, 795 1.主題式考法 (C. A. Wierda) 考試時可用一個與化學相關之最新研究主題出題，使各題目之間互相有關聯，並且增廣學生見聞，活用所學之理。 此法非常有趣並且富有教育性，在過程中也額外提供學生學習化學運用之機會。 學生可以透過此主題，將個別的化學觀念加以連結應用。

  38. 主題式考法之實例 1995年12月7日是一個令全世界科學家及工程學者感到興奮的日子！在1989年，伽利略人造衛星，展開了它從地球到木星的旅程，終於，伽利略人造衛星在1995月12月7日接近了木星，釋放探測器到木星的大氣層，此探測器將在五十八分中內蒐集所有類型之樣品及數據，最後探測器於木星上墜毀。而人造衛星將持續繞著木星軌道上運行兩年。 研究木星及其大氣組成，乃係一個很重要的課題，因為我們可以藉此得到太陽系及地球歷史之線索，這些將對地球化學、大氣科學、太空科學等領域有所助益。許多的工程科系在發展太空船船科技上，如伽利略人造衛星，扮演重要之角色。

  39. 2.上課之節奏 (J. Olmsted) 上課約二十分鐘，來個 ”mid-lecture break“， 使學生有時間利用其做短暫的學習成效 ”自我評估“ 例如: ◎ In-class Assessment ◎ Feedback breaks ◎ Bottom-of-the-Hour News Breaks

  40. 結論 Chemistry Education 2004, 5, 229-245 1.未來化學教育之架構 (P. Mahaffy) Describe what we value in teaching and learning about the world of atoms and molecules.

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