綠能與綠色科技課程研發──碳捕獲與封存教案設計
壹、課程計畫
課程名稱 | 綠能與綠色科技 | 課程設計者 | 國立武陵高中 化學教師吳德鵬 |
單元主題 | 碳捕獲與封存 | ||
實施對象 | 高一選修班級 | 授課時數 | 4~6 X50 分鐘 |
實施概念 | 藉由老師簡介引導、學生分組報告以及實作實驗比賽等教學方式，藉以讓學生瞭解，碳捕獲與封存的特性與發展必要性。 | ||
課程特色 |
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實施方式 | 分組討論、老師講述、口語報告、實驗分析實作 | ||
學習評量方式 | 主題學習單、學生報告分組互評表、化學碳捕獲比賽 | ||
教學資源 | 電腦、投影片、學習單、自編教材、化學實驗藥品及器材 | ||
課程目標 | 1.根據學生學習力的理論，學生經由實驗操作、討論等學習模式可增加學生對於綠能科技的好奇心，並藉由實作提升對能源科技學習的興趣。 2.藉由教師提問，融入探究式教學的精神，學生利用先備知識連接問題，建立新知識連結，並學習思考解決問題。 3.學生(小組)實驗操作的觀察、紀錄表達，以夠促進同儕間的合作學習，藉由不同組的分享，學生能反思自己的觀察力與執行力。 4.經由「綠能化學闖關-碳捕獲與封存」之科學活動，推廣學生們對於碳捕獲與封存的認識。 | ||
貳、能力指標
目標 領域 | 單元目標 | 具體目標 |
認知目標 |
| 1-1學生能指出至少2個節能減碳的必要理由。 1-2學生能說出至少2個節能減碳的方法。 |
技能目標 |
| 4.1蒐集並統整資料 4.2製作清楚有條理之power point 4.3訓練報告時之表達能力 5.1 酸鹼指示劑與碳捕獲量的關係 5.2 吐氣時間與碳捕獲量的關係 5.3 化學器材的使用技巧與產率的關係 |
情意目標 |
| 6.1培養學生地球村的觀念，共同為綠色能源的發展而努力。 6.2能身體力行在生活中落實節能減碳。 6.3碳捕獲封存的實施，與綠色能源使用的反思。 |
參、時間分配表
節次 | 教學重點 | 時間 |
1 | 碳捕獲與封存技術簡介 | 50分鐘 |
2 | 國內現況與比賽說明及練習 | 50分鐘 |
3 | 學生分組報告 | 50分鐘 |
4 | 化學碳捕獲比賽 | 50分鐘 |
肆、教學活動流程
教學活動 | 時間 分配 5分 5分 10分 5分 5分 5分 5分 10分 5分 35分 50分 50分 | 備註 課程目的 (相關配合附件) |
壹、 準備活動 課前準備 （一）教師準備 1. 對課程內容的了解。 2. 1克氧化鈣裝袋15份，(其中鼓勵作答獎品7份)。 3. 學習單的製作。 4. 將學生分組，先給予簡單論述引起動機。 （二）學生準備 1. 分組討論，決定學習報告主題。 2. 探究學習主題的知識。 貳、 教學活動 第一節課(全班視人數，分6~8組進行課程) （一）教師以影片簡介二氧化碳捕獲與地質封存CCS 影片
第二節課 （ （二）教師說明比賽…、發藥品，鈣循環原理實驗測試。
相關實驗影片網址: https://www.youtube.com/watch?v=JNCexUqEkWk https://www.youtube.com/watch?v=h59xSa6ZlWM https://www.youtube.com/watch?v=4vg-ed5jdNg 第三節課 （一）分組報告：
第四節課 （一）化學碳捕獲比賽：參考「化學碳捕獲實驗比賽辦法」比賽。
| 教師引導 學生學習單 實驗探究、分組比賽練習 團隊合作、探究式學習 學習應用 解決問題 化學碳捕獲實驗比賽辦法 |
一）
Ca(OH)
CaCO
Ca(HCO
議題目
化學碳捕獲實驗比賽辦法
實驗原理：
請
參考以下化學反應的相關方程式，將個人吐出的CO2(g)，轉變成固體封存，以減少排放至大氣中。
CaCO3(s)
CaO(s)+CO2(g)
C
aO(s)+H2O(l)
Ca(OH)2(aq)
Ca(OH)2(aq)+CO2(aq)
CaCO3(s)+H2O(l)
CaCO3(s)+CO2(aq)+H2O(l)
Ca(HCO3)2(aq)
Ca(HCO3)2(aq)
CaCO3(s)+CO2(g)+H2O(l)
二、器材與藥品：
器材: 錐形瓶250mL x4、量筒100mL x1、燒杯150mL x3、漏斗x1、
刮勺x1、攪拌棒x1
藥品: 3M HCl(aq)、酚酞或廣用指示劑、氧化鈣0.5克
耗材: 吸管、棉花、濾紙
三、比賽方式：
1. 利用現有器材與藥品，以控制適當的濃度、溫度，及吐氣時間，等條件，以產生最大重量沉澱為主，求得最大量的碳封存。
2. 聽取評審指示開始，操作時間為25分鐘，包括氧化鈣溶解，吐氣，及沉澱過濾操作時間。
3. 每隊可製作一份以上的石灰水，以求在有限時間內，得到最大量的沉澱。
4. 操作結束後，請交出過濾沉澱後的濾紙，並貼上各組別標籤後，由評審統一置入烘箱，乾燥1小時後秤重，評分。
四、評分標準：
1
.
固體的質量達到參賽隊伍的第一名，則可得分數100分。
2. 固體的質量達到參賽隊伍的第二名，則可得分數97分。
3. 固體的質量達到參賽隊伍的第三名，則可得分數94分。
4. 依此類推。
學生學習單
附件三
綠能與綠色科技-碳捕獲及封存課程 分組評比表
主題(請註明報告主題) | 優點及建議:(例:講述者活潑生動、編排流暢、內容充實…) | 報告分數(1~10分) | 回答問題優良加分 | 總分 |
第一組 | ||||
第二組 | ||||
第三組 | ||||
第四組 | ||||
第五組 | ||||
第六組 | ||||
第七組 | ||||
第八組 |
請將自己以外的組別評比，建議1~6分為”尚可”，7~8分為”好”，9~10分為”很好”。
針對同學題的問題，回答優良時給予2分加分，尚可1分加分，不對題可不加。
優點及建議，請給予各組正面鼓勵為主。
各組此評比表，請於報告及換場時短暫討論給分，請於同學報告完後繳交本評分單並同時完成背面的學習單。
碳捕獲實驗器材組內容
目的: 為實作課程順利進行，設計本實驗器材組，方便課程進行。
器材: 錐形瓶125mlx4、量筒100mlx1、燒杯150mlx3、漏斗x1、刮勺x1等
藥品: 3M HCl(aq)、酚酞或廣用指示劑、氧化鈣
耗材: 吸管、棉花、濾紙
操作及注意事項:
將0.05克石灰，加入100mL蒸餾水(室溫下石灰溶解度0.16g/100mL水)，再以濾紙過濾石灰水，得到澄清石灰水，後以吸管吐氣，可觀察先混濁，繼續吐再澄清的過程。因為人體所吐出CO2濃度不高，所以此濃度較易進行
吸管可塞入少許棉花，推入至彎管處，可防止不小心吸入，或吐入異物
氧化鈣(石灰)所製作飽和澄清石灰水，PH值約為12左右，需實驗前提醒學生
設計化學碳捕獲闖關遊戲–於大型活動時(校慶)推廣
(ㄧ)實驗原理:
利用金屬氧化物，捕獲自己吐出的二氧化碳(化學礦化封存)
CaO(s) + H2O(l) → Ca(OH)2(aq)
Ca(OH)2(aq) + CO2(g) → CaCO3(s)↓ + H2O(l)
(二)實驗器材:錐形瓶三個、吸管三隻、燒杯、攪拌棒、氧化鈣、蒸餾水
(三)過關條件: 於六分鐘內
完成紫紅色，淡粉紅色，無色等三種溶液
觀察後正確說出，三瓶溶液沉澱量的多寡。
(三)實驗步驟:
1. 將氧化鈣0.2克與60ml蒸餾水倒入燒杯並利用玻璃棒充分攪拌
( CaO(s) + H2O(l) → Ca(OH)2(aq) )
2. 將60ml氫氧化鈣水溶液，平均倒入三個錐形瓶中(20,20,20ml)
3. 再取60ml蒸餾水倒入燒杯，攪拌後平均倒入錐形瓶(40,40,40ml)
4. 由關主在三個錐形瓶中各滴入2滴酚酞指示劑(或者廣用試劑)
( 酚酞: 鹼性<紫紅色> → 中性<無色> )
5. 利用吸管吹入自己呼吸作用產生的CO2(g)
( Ca(OH)2(aq)<鹼性> + CO2(g) → CaCO3(s)↓<難溶於水> + H2O )
6.使三個錐形瓶呈現色階(其中一瓶為無色)
