【好棒的理化課！讓孩子真正變成「科學家」】

在我的理念中，科學課程不應該是只教孩子正確的理論然後考試都會就好。而是要培養出孩子們自己觀察現象、提出解釋、被指出破綻、再提出更合理的解釋，直到最後靠自己的邏輯思考去得到最合理的理論。這才是我們該幫孩子培養的科學能力。

無界塾的中學理化（自然）課是什麼模樣？LIS 陳儷文 老師寫的這篇她在無界塾的一堂理化課的紀實，讓我非常感動。這就是我們真正想做到的理化課教室的風景。

這樣的課，讓每個孩子都成為真正的科學家。這當中 Lis線上教學平台 所培養出來孩子的邏輯思考推演能力，那是比他們有沒有科學知識、分數有沒有考得高更重要的！

好喜歡這樣的理化課，我當年如果是這樣學科學的，多好！

（歡迎分享）

本周在無界帶孩子大收斂氧化還原。叫大收斂的原因，是因為我其實只教到氧化，希望透過乾冰與鎂帶的實驗，讓孩子經由實驗結果先試著解釋。經過上學期動物電VS金屬電的歷程，我滿有信心孩子可以辦到，但因為當天一早很熱，加上前一節是體育課，在開始前突然有點焦慮是否能順利進行。

鐘聲打後，大概有10分鐘在等孩子進教室，更加深我的焦慮了～不過當學習單發下去，開始發表實驗觀察到哪些現象時，瞬間進入到很順暢的討論狀態。鐘聲甚至是很突然地打斷我跟孩子的對話，讓我訝異時間之快，收學習單時真心覺得小孩超棒！但因為嚴天浩常說小孩不管做什麼我都覺得很棒，不客觀，因此儘管我內心不斷在開小花很開心～想抱著他們學習單轉圈的狀態～但還是很鎮定地收著學習單，回想孩子們剛剛的對話，直到觀課老師來跟我讚美孩子，我才發現不是我自我感覺良好Q____Q於是決定要來記錄孩子們！！

在處理這課時，我希望保有孩子自己建模型、衝突與討論的歷程，以及最後能以上學期學的原子觀點來思考氧化，所以採取以下流程：

1. 透過燃燒實驗，觀察與紀錄鋼絲絨、棉花、石頭等各物質燃燒的實驗結果。
2. 從實驗結果進行分類，藉由討論分類，進一步思考物質為什麼可以燃燒？
3. 思考在科學界存在百年的燃素說，究竟是正確還是錯誤呢？

第2階段時，滿多孩子跟古代科學家想的一樣：「物質內有某種可以燒的元素。」於是在撥放完燃素的影片後，小孩要開始選擇是支持或反對，並提出原因。有一位小孩說實驗過程無法信服他，因為燃燒過程我們都沒有加蓋，無法知道是否遵守上學期教的質量守恆，這孩子的這句話讓我當周回去修改了我之後的課程設計！

氧化影片中的實驗，一直都有個BUG是無法完全打臉燃素說，所以我本來不打算進行這項實驗，但因為孩子從質量守恆切入，這實驗瞬間變的很～可～以～

這部分是孩子將知識「內化」的展現，質量守恆其實很好理解，但在做實驗時如何被孩子有意識的執行一直都是困難的，因此當孩子提出這個觀點時，真心覺得很棒！

於是我讓孩子各組做了影片中的實驗，接著是以下流程：

4. 根據質量守恆，試著解釋燃燒時，被燒杯分別蓋住的鋼絲絨、報紙與空氣到底發生什麼事？
5. 重新思考對燃素的支持，有沒有其他觀點？
6. 收斂完燃燒其實是與「氧結合」後，試著以原子觀點呈現。

這步驟很有趣，如果孩子有迷思很快就可以看地出來，有幾位孩子在非金屬的畫法，會是把氧從非金屬拉出來，下堂課我便將孩子的圖片投影出來，全班一起討論這些圖片哪裡可以再修正的。

這堂課的最後一塊，是進行將鎂帶與鎂粉放入乾冰內燃燒的實驗，藉由衝突孩子以下問題，讓他們透過討論，自己整理出「還原」的概念 (不一定會說出這個詞，但可以講出氧被丟出來了)。
(1) 為什麼放入由二氧化碳製造的乾冰，仍可以燃燒？
(2) 燃燒完畢的黑色物質是什麼？

也就是回到第二段說的課程狀態，針對第一點，有小孩直接說：「還是其實二氧化碳可以燒？根本不能拿來滅火？」雖然句子不夠完善，但他開始動腦了，於是有其他孩子反駁說傻了嗎？跟現實生活完全不一樣XD

於是我們各組兩軌並行，針對第二點，小孩先說有燒過的鎂帶、鎂粉、還有一塊鎂粉變成的一塊黑黑的。經討論是碳後，有小孩說「鎂變成了碳」，另一位孩子接著說鎂不會自己莫名變成碳，那碳從哪裡來？

全班愣住幾秒，引導他們繼續從質量守恆的觀點來想，每組開始有人說是乾冰！接著請孩子用完整句子敘述上述兩個問題，這時有孩子說那乾冰的洞應該要變大，我把這問題拋回給全班，其他組說有！

由於前一堂課在已經認識氧化，所以我有把活性表印在學習單上，但還沒深入討論，這時有小孩冒出一句：「是因為活性嗎？」另一位孩子接著說：「如果是這樣，那排名前面的爆炸的話要如何滅火？」

到這裡，小孩在我還沒有引導他們看學習單時，已經討論起我預設的提問。這堂課本來要以「解釋二氧化碳為什麼可以滅火」收尾，上學期我們教了二氧化碳的密度，這學期希望可以學完氧化後進一步解釋，最後才要討論二氧化碳是否可以滅所有的火源。

但此時氧化就像是排球一樣，大家開始會拋出觀點跟問題，另一個孩子會接住，突然又想到新的問題再丟出去，接著有孩子說那為什麼不用氧化鉀滅火，他最萬能了！於是就請孩子回答如果要讓鉀氧化會發生什麼事，全班答：爆炸！！！XDDDD於是有孩子提說那用水滅火呢？這邊我也只做引導，讓他們回到從國小就最孰悉的燃燒三要素思考，水扮演的角色是什麼，這一連串連鎖反應實在可愛，他們像是被觸發了什麼，開始用氧化在串所有對燃燒的已知。

雖然與我預期的提問順序不一樣，但我很以孩子為傲的是他們都在思考的狀態，藉由實驗現象，有了衝突後開始試著自己解釋，而非等待我的答案，真心很亮眼，也讓我想到之前偉瑩老說的：「學生會變成創造知識的人。」

觀課老師形容我當天是「很從容遊走在教室跟孩子對話」，小孩任務是要完成學習單的問題，大多的孩子都有自己跟學習單對話的脈絡，我都在做個別引導，遇到好問題就會拋出來給全班想以及徵求想法，以至於鐘聲響了才發現我沒做好時間掌控XDD使我依然沒有大收斂到還原嗚嗚嗚！

課後，有學生跑來問我臭氧可不可以燒？另一個則是跑來問氧氣呢？在他們已知裡，氧氣助燃不可燃，但是臭氧又是氧氣多一個氧，那怎麼來的？這是氧化嗎？

後來跟觀課老師承認學生在問的時候我腦中其實也在從氧化邏輯找答案，接著承認我是中文系畢業的 (自首無罪)，老師說難怪觀課時覺得很多提問可以用在國文課，身為一個離開國文現場很久的人，這句話我聽得很開心嗚嗚嗚。

昨天下午備課時，我自己又順了一次學生問的問題，發現在LIS學到的氧化已經不足以解釋了嗚嗚，之前備課已經找嚴天浩問過廣義氧化還原，但開始連結時發現很多過不去的點，就上網查了一下臭氧跟其他資料，接著產生很多想問的，那時夥伴對我說：你不要想這麼多，就單純想跟氧結合就好，姚還說我懂了就可以去念化學系，我當時坐在電腦前邊查也邊怕我是不是不小心變成在補很多資料給小孩。

但過不去就是過不去，因為在查資料時，我腦中另一條線是：「小孩接著會想問什麼？他會怎麼想？他可能連結到什麼？」如果只用就是氧化感覺我那些孩子就是不會接受XDDD忍不住也想說如果懂更多，那小孩在問問題，我是不是能幫他引導跟串連更多，也因為這過程，讀到很多很有趣的資料，最後夥伴給我一個很溫暖的結論：「真心覺得學生才是我們的老師。」

希望孩子們上完本周的課是有滿足感的，我因他們這周真心很滿足，感謝小孩們～～～

實現費曼夢想 清華成功解析奈米顆粒3D原子結構
傳奇物理學家費曼在他最知名的一場演講中曾說:「若是我們能夠觀察到原子在三維空間上的位置，那麼再複雜的化學物質分析也將變得非常簡單。」如今，國立清華大學特聘教授陳福榮攜手國際科學家，實現了費曼大師的夢想，成功解析奈米顆粒的3D原子結構。
奈米科技之父費曼1959年發表知名演講「底層還有大空間（There's Plenty of Room at the Bottom）」，這也成為奈米科技界的名言。就是在這場演講中，他提出了想看到奈米顆粒3D原子結構的「夢想」。
但是要達到費曼的夢想，基本上需跨越兩個很重要的障礙。其一是現在最先進的電子顯微鏡分辨率雖足夠得到原子等級分辨率影像，但是只有2D投影結構，沿著電子束投影方向的原子的數目和結構全隱藏在投影的影像中，「就像拍照一樣，你只能看到有一排人，看不到他們之間前後距離有多遠。」陳福榮解釋。第二個障礙是電子輻射損傷會在影像拍攝過程中改變奈米材料的結構，甚至產生破壞。
清華教授陳福榮和美國勞倫茲國家實驗室電子顯微鏡中心Christian Kisielowski敎授，以及比利時安特衛普大學Dirk Van Dyck教授合作利用低劑量的電子顯微術，在不破壞奈米材料的條件下，重構出奈米顆粒的3D影像，並且發展全新3D電子顯微理論。
陳福榮說，研究團隊以幾近0.1奈米的準確度萃取出奈米顆粒表面的原子分辨形貌，及沿著電子束投影方向定量計數有多少原子，以單一原子準確度定量奈米顆粒的厚度。
這項突破性的研究成果，發表在上個月的「自然通訊」(Nature Communications)期刊，文章中展示了奈米鍺晶、奈米金橋及奈米氧化鎂顆粒的原子3D斷層結構。
在這項國際合作中，無論在電子顯微鏡技術及理論上都有創新的突破。陳福榮說，在實驗方面，研究團隊發展利用低劑量的電子顯微術，在不破壞奈米材料的條件下，拍攝多張聚焦在不同焦平面的影像、以看出前後位置的原子結構；在理論上，由這一系列影像重構出髙訊號、低雜訊的3D影像，再利用3D影像電子波的傳遞，量測奈米顆粒表面原子的位置。由此，可以決定原子分辨率的表面形貌，準確度高於0.1奈米。
陳福榮指出，從3D影像可以計數出投影方向的原子數目，奈米顆粒在電子束方向厚度的量測可以定量準確到一個原子。藉由表面形貌及準確計數原子個數，奈米顆粒的3D空間形狀就可以在原子分辨率的尺度下重建，完成費曼的夢想。

https://www.youtube.com/watch?v=KdzBbGO4MXY&feature=youtu.be