化學示範

化學示範實驗:開幕典禮中演示大型化學平板(A Big ChemPad Demonstration in the Opening Ceremony)〔I〕

化學示範實驗:開幕典禮中演示大型化學平板(A Big ChemPad Demonstration in the Opening Ceremony)〔I〕
國立大甲高級中學化學科廖旭茂老師 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯

前言

第五屆亞洲化學教育國際研討會(5th International Conference Network for Inter-Asian Chemistry Educators, 5th NICE Conference),由國立屏東教育大學與中國化學會合辦,於2013年7月25至27日於國立屏東教育大學舉行,邀請亞洲日本、韓國、香港、澳門及臺灣等學者和教師共同參與和交流,汲取各國發展化學教育的經驗,以提昇亞洲化學教育的水準。本人很榮幸受到化學學科中心的推薦,獲邀於大會典禮中進示範「大型化學平板(Big ChemPad)」。這是利用一個改良的大型畫框,和一個暗藏玄機的電毛筆,在預先泡過稀硫酸鈉的水彩紙上,寫下優雅多彩的隸書—「2013 NICE 化學」。大型化學平板是利用隨手可得且可重複使用的材料,以及使用微量的和無害的化學藥品,運用精心設計與巧手製作的教具,不僅演示效果獲得大會一致熱烈的掌聲,而且符合綠色化學減廢的原則。本文詳述大型化學平版的製作過程及在研討會開幕的演示過程。

實驗影片

請按此連結:開幕典禮中演示大型化學平板(A Big ChemPad Demonstration in the Opening Ceremony),YouTube。

化學示範實驗:開幕典禮中演示大型化學平板(A Big ChemPad Demonstration in the Opening Ceremony)〔II〕

化學示範實驗:開幕典禮中演示大型化學平板(A Big ChemPad Demonstration in the Opening Ceremony)〔II〕
國立大甲高級中學化學科廖旭茂老師 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯

請按此連結,參閱「開幕典禮中演示大型化學平板〔I〕

示範實驗影片

請參考上面連結。

藥品與器材

  1. 木質畫框(長130 cm、寬45 cm)  1個
  2. 鋁板(長120 cm、寬40 cm、厚0.1 cm)  1塊
  3. 8P3段滑動切換開關  1個
  4. 9V鹼性電池  1個
  5. 香蕉插座  1對
  6. 鋼絲網(30 × 30cm)  1張
  7. 專用剪刀(剪鋼絲用)  1支
  8. 大毛筆(舊的)  1支
  9. 矽利康膠  1罐
  10. 快乾膠  1罐
  11. 全開水彩紙  2張
  12. 0.5 M硫酸鈉溶液(Sodium sulfate solution)  500 mL
  13. 1%酚酞指示劑(Phenolphthalein indicator)  100 mL
  14. 0.5 M碘化鉀溶液(Potassium iodide solution)  100 mL
  15. 噴霧罐(50毫升)  3個
  16. 1%維他命C(抗壞血酸)水溶液  200 mL
  17. 塑膠杯(500 mL)  1個
  18. 細砂紙    1張

化學示範實驗:製作大型酒精槍並示範爆炸(Making a Big Ethanol Gun to Demonstrate Explosions)〔I〕

化學示範實驗:製作大型酒精槍並示範爆炸(Making a Big Ethanol Gun to Demonstrate Explosions)〔I〕
國立大甲高級中學化學科廖旭茂老師 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯

前言

2013年國立大甲高級中學再次與教育部化學學科中心合作,於校慶當天舉辦親手fun化學活動,在活動開幕中由校長與貴賓使用大型酒精槍射擊標靶,而造成轟動。此酒精槍由本校教師自行研發,利用PVC水管等零件組裝而成。在演示前,噴入少量酒精,藉由壓電點火器引燃,在燃燒酒精的瞬間受熱膨脹的氣體使塞在槍管前端的泡棉子彈射出,隨即產生巨響。本實驗利用隨手可得的材料、使用微量無害的藥品、超炫的槍管外型以及震撼的聲光效果,深獲參與化學闖關活動老師和學生的喜愛。

示範實驗影片

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化學示範實驗:製作大型酒精槍並示範爆炸〔II〕

化學示範實驗:製作大型酒精槍並示範爆炸(Making a Big Ethanol Gun to Demonstrate Explosions)〔I〕
國立大甲高級中學化學科廖旭茂老師 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯

請按此連結,參閱「製作大型酒精槍並示範爆炸〔I〕

藥品與器材

  1. 1.5 inch的PVC厚管(當作槍管,約45公分長,橘色,下水道用)  1支
  2. 2.0 inch的PVC清潔口(需事先以電鑽鑽一各孔洞,固定點火槍之用)  1個
  3. 1.5~2.0 inch的異徑接頭  1個
  4. 電鋸  1台
  5. 電鑽  1台
  6. 熱熔膠槍  1支
  7. PVC糊劑  1瓶
  8. 泡棉(直徑50 mm,長約10 cm,前端可削成尖狀,以增加射擊後的飛行距離)
  9. 膠布(大片)  1捲
  10. 壓電點火器  1支
  11. 藥用酒精(酒精,Ethanol,C2H5OH)  20 mL
  12. 噴霧罐(50 mL)  1個
  13. 耳罩  1副
  14. 護目鏡  1付

化學驚奇秀(下)

化學驚奇秀(下)
國立彰化師範大學化學系楊水平副教授

本文原刊載在國立臺灣科學教育館《科學研習月刊》第51卷第4

請按此連結,參閱【化學驚奇秀(上)】

歐美各大學的化學驚奇秀

近幾年來,歐美各大學的化學驚奇秀甚為風行,有教授親自表演,也有學生上場表演,觀眾大多是兒童和青少年。在此僅舉例介紹美國舊金山東灣的加州州立大學(California State University, East Bay)、美國加州大學戴維斯分校(University of California, Davis)、美國科羅拉多州亞當斯州立學院(Adams State College)、美國紐約州克拉克森大學(Clarkson University)、加拿大卡爾頓大學(Carleton University)和英國中央蘭開夏大學(University of Central Lancashire)的化學驚奇秀。

美國舊金山東灣的加州州立大學兩年一度的灣區科學節(Bay Area Science festivals)可以追溯到1974年。此科學節有10天的慶祝活動,對於理學院的教師、職員和學生特別感到興奮,主題涵蓋科學、技術、工程和數學。此節慶約有50活動,包括示範、實驗、動手活動、展覽和講座等,鼓勵人人參與,青年人和老年人均歡迎參加,尤其是學齡兒童,大家來體驗科學的奧妙。影片四是該校學生在2007年科學節的化學驚奇秀表演。

影片四

美國加州大學戴維斯分校的化學俱樂部(Chemistry Club)在當地社區創建社區居民的科學體認(尤其是化學),提供教育性的科學示範給當地的學校、公園和校園。此活動的動機是揭露科學是有趣的和令人興奮的,激發學齡兒童對科學的興趣。此化學俱樂部也負責野餐日(Picnic Day)的活動,協調和執行最激動人心的和最具吸引人的化學魔術表演,影片五是2010年該校學生表演化學驚奇秀的三部影片之Part I,還有Part IIPart III影片。

影片五

亞當斯州立學院是美國科羅拉多州首要的且小的公立大專院校。在每年國家化學週(National Chemistry Week)的慶祝活動中,該校化學系學生為當地學校的孩子們和他們的家庭表演有趣的和娛樂的節目。該校於2010年10月舉行第20屆化學驚奇秀表演,這次活動是免費向公眾開放。在演出結束後,所有人都可以參與安全的和樂趣的動手做實驗的活動,此活動也是免費的。影片六是亞當斯州立學院2010年化學驚奇秀的60分鐘全程節目。

化學驚奇秀(上)

化學驚奇秀(上)
國立彰化師範大學化學系楊水平副教授

本文原刊載在國立台灣科學教育館《科學研習月刊》第51卷第3

化學驚奇秀(Wonders of chemistry show)係由演示化學示範(presenting chemical demonstrations)演變而來,強調寓教於樂,具有娛樂性和教育性的功能。化學驚奇秀有些以魔術手法展現,在歐美國家稱為化學魔術秀(chemistry magic show)。本文從現今國際化學示範大師的驚奇秀談起,接著簡介化學驚奇秀的兩百年歷史,最後介紹歐美各大學和臺灣各大學的化學驚奇秀。

化學示範大師的驚奇秀

現今,最著名的化學驚奇秀非「往事聖誕節歡樂(Once Upon a Christmas Cheery)」的活動莫屬了。自1970年以來,巴薩姆‧列肯‧沙哈西利(Bassam Zekin Shakhashiri)在他的實驗室每年12月的聖誕節前舉辦。沙哈西利教授的活動是承襲偉大的英國科學家邁克.法拉第(Michael Faraday)的聖誕節講座(Christmas Lecture)。除2011年因故取消之外,他總共舉辦41屆的「往事聖誕節歡樂」。影片一是沙哈西利和他的伙伴在2010年表演的「電池操作的化學反應」。此表演橋段附有教師指引,詳列使用的藥品和器材以及詳細的表演步驟給教師參考。

除了上述影片之外,沙哈西利教授在YouTube網站上還發佈兩部影片,其一為2008年的「從氧化亞氮和二硫化碳爆炸反應的化學發光」,其二為2010年的「折射率:消失的玻璃和消失凝膠」。自2001年起,沙哈西利教授收錄他的「往事聖誕節歡樂」表演在化學示範錄影中,每一年的表演節目有14-27個示範實驗單元。值得一提的是,他的學術出版書籍已被翻譯成多種語言,其中包括一系列叢書有五冊的化學示範:化學教師手冊Chemical Demonstrations: A Handbook for Teachers of Chemistry)(圖一),化學示範是很好的化學學習和教學的模式,大英百科全書推選他為“在美國課堂示範者的泰斗”。

圖一 化學示範:化學教師手冊 (圖片來源:Chemical Demonstrations Volumes 1-5, Educational Innovations.)

沙哈西利教授以科學面向的娛樂節目已經在威斯康辛大學麥迪遜分校(University of Wisconsin, Madison)、美國國家科學院(National Academy of Sciences)、在華盛頓的史密森國家航空和太空博物館(Smithsonian’s National Air and Space Museum)、美國國會大廳(Halls of the U.S. Congress)和波士頓科學博物館(Boston’s Museum of Science)等不同的地方表演,而且場場座無虛席,如圖二和圖三所示。他也在不太正式的場合,如博物館、會議展覽中心、購物中心和養老院中做化學的教學。他的一小時和兩個半小時的節目全年在公共廣播公司(Public Broadcasting Service, PBS)和其他有線電視台播放。沙哈西利教授有效地促進國小、國中、高中和大學等層級的科學教育之卓越領導為國際知名。

圖二 「往事聖誕節歡樂」的沙哈西利與兒童觀眾對話 (圖片來源:Bassam Zekin Shakhashiri)

沙哈西利是美國威斯康辛大學麥迪遜分校的化學教授,他也是2012年美國化學會(American Chemical Society, ACS)的當選主席,而且在主席繼任的期間,他是ACS的董事會的成員,服務從2011至2013年。在此之前,沙哈西利教授在ACS有豐富的經驗,曾經在國際活動委員會和教育委員會服務過。在1962年,他為ACS的成員,之後曾擔任過ACS化學教育分部和威斯康辛州地方分部的主任。

化學示範實驗:燒不破的紙鈔〔II〕

化學示範實驗:燒不破的紙鈔 (Non-Burning Paper Bills)〔II〕
國立彰化師範大學化學系學生蔡睿謙 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯

請按此連結,參閱「燒不破的紙鈔﹝I﹞」

原理和概念

● 點燃乾的紙張會燃燒起來,而點燃被水浸濕的紙張則不會燃燒。紙張浸泡過95%酒精之後點火,酒精和紙張都會燃燒起來,但是當浸泡過特定比率的酒精與水的混 合溶液之後點火,酒精會燃燒起來,但是紙張不會燃燒起來。紙張不會燃燒起來,是因為酒精燃燒放出的熱提供(傳導)給水,然後水吸收此熱量變成水蒸氣,而沒 有足夠的熱能夠使紙燃燒起來。因此,沾濕高粱酒(如50度)的紙鈔,點燃後只有酒精燃燒而已,而紙鈔不會燃燒起來,如圖九所示。根據下面「延伸探討」的實 驗結果,47%酒精水溶液的紙面溫度在176℃。依此結果推測,54度的高粱酒燃燒的紙面溫度應該稍高於176℃而已,此溫度是低於紙張燃燒的溫度(約 230℃)。

圖九 示範燒不破的紙鈔

化學示範實驗:燒不破的紙鈔(Non-Burning Paper Bills)〔I〕

化學示範實驗:燒不破的紙鈔(Non-Burning Paper Bills)〔I〕
國立彰化師範大學化學系學生蔡睿謙 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯

前言

紙張遇到火會燃燒起來,這是連小朋友都知道的事。你(妳)看過燒不破的紙鈔嗎?這次的化學示範,我們讓紙鈔與高粱酒邂逅,創造一個意想不到的驚喜,燒不破的紙鈔。現在讓我們一起來見證奇蹟吧!

示範步驟

一、 事先準備

1. 事先準備三張紙鈔(如100元、500元和1000元鈔票各一張)和一些日常生活用品(包括一個透明高腳杯(或玻璃杯)、一支打火機、一支塑膠攪拌棒、一瓶高粱酒,如圖一所示,然後裝入這些日常生活用品在一個置物箱中。

圖一 準備三張紙鈔和一些日常生活用品