"全民科學平台/物質科學I/公開課成果集" 修訂間的差異
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於 2020年2月12日 (三) 06:51 的修訂
ㄧ、全民科學平台的理念與作法–附支持生態系
(一)理念
1.平台描述概要
- 建立一個可持續維運 10 年以上的「動手做科學」的學習資源分享平台。
- 維運一個與此平台互相支持的社群。
- 推廣國內外人士運用此平台的資源成就或增進科學之學習。
- 為實現以上宗旨:
- 本平台採 Mediawiki
- 本平台內容授權採 CC 授權
2.CC授權的精神與作法
創用CC有四個授權,條款包括「姓名標示」、「非商業性」、「禁止改作」以及「相同方式分享」四個授權要素,其意思分別為:
- 姓名標示表示:您必須按照著作人或授權人所指定的方式,表彰其姓名
- 非商業性表示:您不得因獲取商業利益或私人金錢報酬為主要目的來利用作品
- 禁止改作表示:您僅可重製作品不得變更、變形或修改
- 相同方式分享表示:若您變更、變形或修改本著作,則僅能依同樣的授權條款來散布該衍生作品
全民科學平台所使用的CC授權是姓名標示─相同方式分享:
本授權條款允許使用者重製、散布、傳輸以及修改著作(包括商業性利用)。若使用者修改該著作時,僅得依本授權條款或與本授權條款類似者來散布該衍生作品。使用時必須按照著作人指定的方式表彰其姓名。
所以在每一個活動頁的最前面,我們都寫上了原始設計者,以保障原始設計者的權益。 詳見
(二)運作生態系(丁丁)
1.支持單位
推動一個這樣龐大的計畫,我們需要許多人與單位的支持,才足以使我們繼續前進。
(1)信誼基金會
信誼基金會提供我們贊助
(2)財團法人遠哲科學教育基金會
遠哲科學基金會提供場地與資金協助
(3)自主學習共享平台
- 課通天下,大家都能在這個平台上開課、選課;在「我為人人,人人為我」的理想下,分享彼此的課程給彼此的子弟,用天下的資源來幫助台灣的孩子們學習。
- 橋接體制學校與實驗教育,使實驗教育發展與108課綱實施連成一體,實現「今日實驗教育,明日公共教育」的理想。
(4)中華民國振鐸學會
目前的學校教育,教學生主要的方向是為了應付升學考試,父母師長心目中的好學生就是考試考得好的學生,這樣子教出來的學生,像「飼料雞」,缺少處理自己生活的能力。我們無法認同這種教育。所以,本實驗教育強調自主學習和實做能力,換句話說,就是想以「土雞典範」取代「飼料雞典範」。基本上學生可以做的就交給學生做,例如學校的網路管理,而洗衣、烹飪是基本功,是每個學生都要學會。在自主學習上,並不只是去讀大人準備好的書本(這是飼料)就夠了,更重要的是要學會透過網路,整理、分辨龐大的訊息,形成自己的知識系統,進而解決自己周遭知識上的、生活上的問題。當然,在生活實踐上,學校的大人們,也必須和學生一起來實做、一起自主學習,不能當「外銷派」,專門外銷大道理給學生實踐,自己卻不必實踐。
振鐸學會同時提供場地辦理動手學科學
(5)其他
彰化師範大學
(三)動手學科學的實踐
1.探究與實作
2.學習單探究的配合
3.如何讓科學融於生活?
4.四個特色
這個課程的初衷是希望能在中小學帶出一種新的科學學習典範,包括四個特色,
- 運用日常生活來學習,在過往的科學學習都與生活切割開來。
二、「動手學科學/物質科學I」的課程內容
一、科學觀念的系統與列表
系統 分類 |
科學觀念 | 說明 |
---|---|---|
原子 與分子 |
1.原子 |
|
2.包立不相容原理 |
|
|
3.電子軌域 |
一個原子裡,電子的分佈不是連續的,由內而外會有好幾層,那些層(空間)又稱做軌域。 |
|
4.金屬有導電的特性 |
|
|
5.粒子、波雙重性 |
|
|
6.常見元素 |
碳(C):
氧(O):
氮(N):
氫(H):
|
|
7.常見分子 |
CO2 CH4 H20 NH3 C2H5OH |
|
8.分子組合方式、形狀 |
分子內的原子,會因為其最外層的電子數量,決定該分子的組合方式、形狀。 |
|
物質 的態 |
9.從微觀、巨觀認識物質的態 | |
10.三相圖 |
如何讀懂三相圖:
|
|
能量 守恆 |
11.能量守恆 |
(通常還是會有部分能量消失,因為熱量散失、實驗誤差...) |
動位能 轉換 |
12.萬有引力 |
|
13.重力 |
|
|
14.重心 |
當它作為支點時,能使一物體所受重力之合力、合力矩為零的作用點。 |
|
15.加速度 |
物體運動時,單位時間內的速度變化。 |
|
16.摩擦力 |
指兩個表面接觸的物體相對滑動時抵制它們相對移動的力。 |
|
電 | 17.電壓 |
是衡量單位電荷在靜電場中由於電位不同所產生的能量差的物理量。此概念與水位高低所造成的「水壓」相似。 |
18.電流 |
單位時間內通過導線某一截面的電荷數量。 |
|
19.電阻 |
一個物體對於電流通過的阻礙能力。 |
|
20.二極體 |
是一種雙電極電子元件,電流只允許由單一方向流過二極體。 |
|
21.半導體 |
一種電導率在絕緣體至導體之間的物質。 |
|
電磁 感應 |
22.冷次定律 |
線圈內的磁場增強時,感應電流產生的新磁場與原磁場方向相反。 |
23.法拉第定律 |
當磁場發生變化,將產生相對應的感應電流。 |
|
光 | 24.斯奈爾定律 |
當光波從一種介質傳播到另一種具有不同折射率的介質時,會發生折射現象,其入射角與折射角之間的關係,可以用斯奈爾定律(Snell's Law)來描述。 |
熱 | 25.熱與動能 |
常用機械動能:使用空氣加熱後會膨脹的原理,帶動機械運轉。 |
二、科學觀念對應的活動
系統分類 | 科學觀念 | 活動名稱 | 設計者 |
---|---|---|---|
原子與分子 | 1.原子 | 穿不過去 | 丁志仁 |
2.包立不相容原理 | |||
3.電子軌域 | 電子軌域勞作 | ||
4.金屬有導電的特性 | |||
5..粒子、波雙重性 | 粒子、波雙重性 | ||
6.常見元素 | 分辨常見元素 | 林青高 | |
7.常見分子 | 認識常見分子 | ||
8.分子組合方式、形狀 | 分子球桿模型 | ||
物質的態 | 9.從微觀、巨觀認識物質的態 | 觀察三態 | |
10.三相圖 | 三相圖 | ||
能量守恆 | 11.能量守恆 | Tracker自由落體 牛頓擺 平衡鳥 步行下坡 |
張鈞祺、張又懿 張鈞祺、張又懿 無名氏 清大跨領域科教中心 |
動位能轉換 | 12.萬有引力 | ||
13.重力 | |||
14.重心 | |||
15.加速度 | |||
16.摩擦力 | |||
電 | 17.電壓 | 奇妙的電阻世界 自走車實作 |
張鈞祺;張又懿 |
18.電流 | |||
19.電阻 | |||
20.二極體 | |||
21.半導體 | |||
電磁感應 | 22.冷次定律 | 簡易小馬達 | 曹齊平 |
23.法拉第定律 | |||
光 | 24.斯奈爾定律 | 甜蜜的魔境 | 無名氏 |
熱 | 25.熱與動力 | 史特林引擎 |
三、活動內容與探究問題
活動 名稱 |
活動內容 | 探究問題 | 參考答案 |
---|---|---|---|
穿不 過去 |
找出兩組同學扮演「固體的原子核」,模擬兩件固體相向運動。 |
觀察並探討為何原子核間距很寬,兩件固體相向運動時卻不會穿過對方。 |
|
請簡單解釋包立不相容原理。 |
or
|
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電子軌域勞作 |
|
金屬為什麼有導電的特性? |
|
分辨常見元素 |
認識 碳(C)、氧(O)、氮(N)、氫(H) |
你是否能認得元素符號C、H、O、N。 |
C:碳 H:氫 O:氧 N:氮 |
認識常見分子 |
認識 CO2、CH4、H20、NH3、C2H5OH |
分享一下你在生活中有觀察到哪些分子種類、哪些特性? |
ex.我觀察到:乙醇(酒精),塗在身體上會涼涼的。 |
分子球桿模型 |
在初步認識不同分子之後,認識分子內原子的組成方式、形狀。 |
請問分子的形狀跟甚麼有關係? |
跟組成分子的原子們,他們的電子軌域、鍵結狀況有關。 |
觀察三態 |
|
不同的態有甚麼特性? |
|
如果沒有固態/液態/氣態,對我們的生活會有甚麼影響? |
ex.
|
||
三相圖 |
讀懂三態圖:坐標、定溫、定壓、三相點。 |
請問1大氣壓力時,改變溫度,水會發生甚麼改變? |
1大氣壓力時,H2O隨著溫度的升高,三態的變化如下:固→液→氣。 |
請問1大氣壓力時,改變溫度,二氧化碳會發生甚麼改變? |
1大氣壓力時,CO2隨著溫度的升高,只有兩態的變化:固→氣。 |
||
請問水的熔點? |
1大氣壓力時,H2O在0°C時,固→液。 |
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請問二氧化碳的熔點? |
1大氣壓力時,CO2在-78°C時,固→氣。 |
||
請問H2O的沸點比較高的原因? |
氫鍵:在分子層級,H2O分子有些許的極性(O原子端微帶負電,H原子端微帶正電),而CO2分子間極性很弱,所以H2O需要更高的溫度(能量)才能拆散那些分子。 |
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氫鍵產生的原因? |
H2O有極性。 |
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粒子、波雙重性 |
利用雷射筆做雙狹縫干涉實驗,證明光有粒子、波雙重性。 |
|
|
Tracker自由落體 |
利用Tracker(追踪器),觀察物體的運行過程,計算物理量。 |
請問,當一個物體以自由落體的方式落下,時間過越久,物體的瞬間速度會____。 A.越快 B.越慢 C.等速 |
A.越快 |
牛頓擺 | 使用自製的球和支架,讓小朋友們練習調整牛頓擺的各項參數,達到最好的效果。 | 如果牛頓擺失敗,可能的原因有哪些? |
|
為什麼球過不久會停下來?能量去哪了? | 能量被球與球之間的碰撞、繩子與支架連接之間的摩擦力消耗掉了。 | ||
什麼情況下牛頓擺可以永久擺下去? |
|
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請用一個表格記錄單擺實驗。 | 表格 | ||
平衡鳥 | 用簡單的實驗與勞作,加上生活中的體驗,讓同學們了解物理中的重心、動能、位能、加速度。 | 生活中有什麼地方能看到能量的傳遞? |
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請舉例,生活中的平衡現象。 | ex.翹翹板。 | ||
為什麼平衡鳥只需要一個支點就能好好的站著? |
因平衡黏土的重心位置,低於支撐點的高度,而物體會偏向重心;這兩股相對的力量會互相抵銷、達成平衡。 |
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請在下方的平衡鳥圖中,分別標出重心、支撐點、中心點的位置。 | |||
步行下坡 |
讓學生自行製作/觀察下坡玩具,認識力學的實際運作。 |
下坡玩具的速度是越來越快,還是越來越慢呢? |
當球往下滾時,持續受到地球重力的影響,位能不斷轉變成動能,使得速率增加。 |
在「翻滾吧!柯基」實驗中放入兩顆彈珠,翻滾速度會加快,與哪一個物理數值有關? |
與重量、重力、萬有引力有關。 |
||
請問,當下坡小馬往下走時,時間過越久,下坡小馬的瞬間速度會____。 A.越快 B.越慢 C.等速 |
C.等速 |
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什麼原因可能造成下坡玩具不會往下走? |
|
||
放兩顆彈珠,效果有什麼改變呢? | 柯基犬會滾得更快。因為彈珠的重量越大,兩邊重量落差越大,加速度也會越大。 | ||
不能筆直走下坡時,可能的影響因素有哪些?該如何調整? | 因為彈珠會在柯基犬裡面左右滾動,造成重心偏移,解決方法是可以把柯基犬剪的窄一些,或用一些其他填充物鎖住彈珠的位置。 | ||
奇妙的電阻世界 | 從一顆小小的電阻帶入,了解什麼是電阻?電流跟電壓有什麼關係?從生活中的體驗讓同學們了解各種電子元件的功能與用途。 | 請問在相同電壓下,電阻值越大,電流是越大還是越小?為什麼? | 電阻是電線中的阻力,會阻擋電流讓電流變小,所以當電阻值越大時,電流會越小。 |
電阻值的大小取決於電線的那些變因? | 電線材質、電線寬度...。 | ||
很多電子感應器上的判斷數值的原理是根據元件的___變化,因而數據產生變化? | 根據裡面的可變電阻。 | ||
自走車實作 | 讓學生們學習使用簡單的材料,去調整車子的結構,去做出一台性能最好的自走車。 | 車子爬坡的時候,電池座應該要放在前面還是後面,才能順利攻頂? | 電池座的位置會影響車子的重心,重心在前車子容易翻車,所以要放在後面。 |
簡易小馬達 | 利用電磁感應的原理,模擬馬達的運作。 | 發電機主要運用什麼原理來發電? | 利用各種動力(如水力、風力)使線圈在磁鐵的兩極間轉動;當線圈轉動時,線圈內的磁場改變,因此產生感應電流。 發電機是運用「電磁感應」將動力所作的功轉換成電能的裝置。 |
甜蜜的魔境 | 觀察光在不同液體中的折射與反射。 | 為什麼密度會影響折射率? | 密度用生活化的例子來解釋。假設有兩個月台,一個月台人來人往、另一個月台杳無人煙。想要穿過杳無人煙月台一定比較容易,光在介質當中的行進也是一樣的道理。 |
史特林引擎 | 嘗試製作史特林引擎,認識熱、動能、簡單機械運作。 | 請舉出三個可能造成史特林引擎實驗失敗的原因。 |
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請問活塞為什麼會被推起來? | 因為氣體膨脹,將活塞給推了起來。 |
四、如何使用本平台教學
五、考題典藏
我們的考試分為 紙筆測驗與動手實作兩種方式。
示例
- 實作評量
- 用雷射筆、鉛筆芯、皮尺、尺(15cm) 做出雙狹縫干涉條紋,並拍照上傳。
- 做出紙製平衡鳥(非黏土平衡鳥)。並解釋它。
- 讓「簡易小馬達」轉起來,並解釋它。
- 用紙模型做出以下分子:H2,O2,H2O,CO2,CH4
- 紙筆評量
次 | 日期 | 教學內容 | 題目 | 答案 |
1 | 2019.10.30 | 物質的組成 | 請簡單解釋包立不相容原理 |
or
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---|---|---|---|---|
2 | 2019.11.6 | 物質的態 |
下圖為一張水的三相圖 |
A1 |
2 | 2019.11.6 | 物質的態 |
|
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3 | 2019.11.13 | 動位能轉換(一) | 請在下方的平衡鳥圖中,分別標出重心、支撐點、中心點的位置。 |
|
4 | 2019.11.20 | 動位能轉換(二) |
請問,當下坡小馬往下走時,時間過越久,下坡小馬的瞬間速度會____。 A.越快 B.越慢 C.等速 |
C. |
4 | 2019.11.20 | 動位能轉換(二) |
請比較自由落體與下坡小馬,為何會出現兩種不同的結果? |
下坡小馬受到的摩擦力比自由落體大很多,因此下坡小馬接近等速度運動。 |
5 | 2019.11.27 | 基本電路 |
我們的實驗中的那些器材電阻值會改變?
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☑光敏電阻 |
6 | 2019.12.4 | 電磁能轉換 | 發電機主要運用什麼原理來發電? |
電生磁 利用各種動力(如水力、風力)使線圈在磁鐵的兩極間轉動;當線圈轉動時,線圈內的磁場改變,因此產生感應電流。 |
7 | 2019.12.11 | 光與熱 | 史特林引擎用_______來影響空氣中的______,將活塞推起,帶動旋轉。 |
史特林引擎用熱能來影響空氣中的壓力,將活塞推起,帶動旋轉。 |
7 | 2019.12.11 | 光與熱 | 在同樣的壓力之下,空氣受熱後為何會膨脹? |
因為空氣受到的平均熱能增加,分子開始振動,亂度增加空氣就膨脹了。 |
六、上課地點相關示意圖
地點:220新北市板橋區新海路181號信義樓五樓513教室。(新埔國中)
交通資訊:
- 捷運:板南線,新埔站或板橋車站下車後可步行(約10~15分鐘)、騎YouBike單車或轉乘公車。
- 單車:板橋車站、新埔捷運站皆有 youBike 單車出借,甲地借乙地還,可循步行路線騎至市立板橋醫院前還車,再走到新埔國中。
- 公車:
- 658(板橋-西門)->新埔國中站下車
- 橘5(板橋-捷運景安站)->新埔國中站下車
- 857(淡海-板橋)->新埔國中站下車
- 參考網址:urclass.net/AL/banciao.html
進校門左轉 | 走到第一個轉彎處 | 上5樓 | 直走 | 513 | 515 |
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三、學員成果與迴響
(一)前言
- 為什麼分了兩組?
- 第一屆物質科學課程,是一堂全國人民都能選修的課程,正是因為這樣,班級中的同學年紀分佈很廣,因此我們的教師團隊,研發出了一種一班兩制的新教法,我們將學員分成兩組,分別為學分組和參與組,學分組的學員為國小五年級以上,參與組則小五以下居多,給予兩組不同難度的任務,這樣可以同時滿足國小三、四年級至高中學生的學習速度。
- 學分組和參與組有什麼區別?
組別 | 學分組 | 參與組 |
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評量 | 需要通過評量 | 不需要通過評量 |
難易 | 實驗較為困難 | 實驗較為簡單 |
主題 | 會講述實驗背後的原理 | 以體驗為主 |
獨立完成作業 | 家長或助教協助 |
(二)學分組
1.學員修課心得
- 姜主榮
- 我最喜歡的課是,應該是電路的,因為我沒有玩過麵包版。有很多實作。
- 蔡上行
- 我覺得乾冰實驗的課程比較好玩,他讓我印象深刻是因為,我覺得泡泡漂浮在桶子裡,還有乾冰一直冒著氣泡很好玩,我喜歡這一堂課也是因為他還有很多的實驗,而有了這些實驗讓我更可以了解這些意義跟原理。
- 曾之誾
- 我最喜歡的課,是乾冰那一堂課,因為乾冰那堂課,能讓我學到很多,他是一堂手作課,與一般的紙筆記錄的課很不一樣,讓我印象深刻。
(三)參與組
1.家長心得
- 家長修課感想
- 印象最深的課程,是分子的那堂課,跟我們以前學的完全不一樣,而且這堂課讓我印象最深刻的是,所有東西和理論都先實作,有實作搭配理論,這樣子學起來其實會比我以前學習時還更清楚,而且更有趣也更能了解這些比較抽象的知識。
- 這堂課最大的特點就是有大量實驗,每堂課都有三個以上,而且透過這些實驗,不但很有趣,孩子也都學習的更好,因為他可以親自動手做,動手做可以幫助他更清楚的了解實驗原理,而不只是看影片。
- 家長LINE回饋
- 感恩老師精彩的課程,除了好玩有趣,孩子們也學到很多,收穫滿滿!
- 特別感謝老師也願意開放給年紀較小的小孩子們上課,小孩子雖然不一定全部都聽得懂,但是激發了他們好奇的心,很重要,感謝老師們!
- 我十分謝謝老師的用心及包容,讓孩子透過玩的方式體驗科學。雖然年紀較小的孩子,抽象的理解能力較弱,但還是學到如何觀察、提問、思想、表達、完成學習單、等科學方法,真的很棒!
- 照片
2.學員心得
- 林恩樂
- 我最喜歡的課是乾冰泡泡,因為在外面很少接觸,如果玩乾冰的話,教室就會變得很髒,但是這裡的老師不會因為環境用的很髒,就不讓我們玩乾冰,喜歡可以自己動手做的課程。
(四)成果
1.實作成果
Tracker-自由落體 | 自走車 | 分子球桿模型 | 電子軌域模型 |
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2.學習單
(左為參與組、右為學分組)
(五)證書
(左為參與組證書、右為學分組證書)
四、未來工作與展望(丁丁)
(一)內部擴充及培養
- 橫向擴充:更多科目
- 經營教師社群
- 培養更多的編輯好手
- 讓更多人知道與使用
- 結合其他的科學學習資源
- 擴大並鞏固生態系:
- 兩岸連結
- 走向實驗教育現場
- 幫助教科書出版商
- 擴大到社區大學
- (幫遠哲申請補助)