動手學科學/三次公開課成果彙整

出自 全民科學平台
於 2025年7月28日 (一) 06:49 由 林芸伍 (對話 | 貢獻) 所做的修訂 (→‎二、實作與教學成果)
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概述

本成果彙整為全民科學平台的2019年下半年、2022上半年及2025上半年所舉辦之「物質科學 - 公開課Ⅰ」、「物質科學 - 公開課Ⅱ」、「物質科學 - 公開課Ⅲ」之成果。成果集包含前言、全民科學平台的理念與作法、課程設計、成果、未來工作與展望此五個章節。

規劃公開課

本全民科學平台長期致力於推廣「動手做活動」，並已累積大量資源公開於網路。然而，實務經驗顯示，僅將活動上網，並不足以有效促進科學學習，也難以獲得教學現場與使用者的青睞與採用。因此，平台規劃一系列以「科學觀念」為核心的完整課程，透過連續週次的課程設計、精選「動手做活動」、補足探究問題，並公開招募學生進行實地教學，藉以驗證教學成效並進一步調整活動內容，也提供平台未來使用之示範參考。

三次公開課雖延續此核心理念，但在課程架構、分組設計與執行細節上有部分異同，說明如下：

一、課程結構與時間安排

  • 第一次與第二次：皆為「九週課程」，包含連續八次教學與一次實作評量。
  • 第三次：雖仍以九週進行，但整合為三大主題(電池與儲能、數值編碼與計算機器、光波與光速)，並導入豐富的參考資源(如ASCⅡ編碼、加法器設計、音樂與影像編碼等)，使課程更趨專業與多元。

二、分組與教學設計

  • 第一次與第二次：皆採「一班兩制」，將學生分為「學分組(學習組)」與「參與組(體驗組)」，依據年齡與學習需求區分難度與評量方式。
  • 第三次：取消分組，所有學生面對相同的任務與內容，但會依據不同年齡給予彈性的評分標準，鼓勵每位學員在挑戰中成長。教師與助教僅於必要時介入，強調學生的獨立學習與責任感。

三、課程精神與實施特色

  • 三次公開課皆重視「親子共學」與「混齡學習」，並以「實作」為教學主軸。
  • 第一與第二次著重於概念導入與活動驗證，課程規範尚屬寬鬆。
  • 第三次則強調學員自主參與與課堂紀律，明訂上課規範與作業規則，例如不得無故缺席、手機使用限制、自主上傳檔案、未遵守者可強制退選等，展現更強的學習自主性與課堂經營。

四、行政與支援配套

  • 三次公開課皆以保證金制度鼓勵學員全勤，並提供科教館資源與證書制度(如與遠哲合作發證)。
  • 第三次公開課規劃更細緻，除設計活動與原理頁、拍攝 YouTube 短片外，亦成立「課程助理」、「陪伴群學者」等角色，全面支持教學現場的執行。

小結

三次公開課隨著教學經驗累積與參與者特性不同，課程設計與執行策略逐步進化：從分組教學走向同儕共學，從活動呈現走向概念統整與深度探究。

這一系列的公開課，不僅是教學示範，也成為全民科學平台「動手做」活動深化與推廣的重要實驗場，為未來課程設計與平台優化提供寶貴參考。

全民科學平台的理念與作法–附「運作生態系」

本章將詳細介紹「全民科學平台」，包含平台理念與運作情況。

一、理念

(一)平台描述概要

  • 建立一個可持續維運 10 年以上，支援「動手學科學」的學習資源分享平台。
  • 維運一組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，以成就或增進科學之學習。
  • 為實現以上宗旨：
    1. 本平台採 Mediawiki。
    2. 本平台內容採 CC 授權。

(二)CC授權的精神與作法

創用 CC 是一種對「不特定對象」的使用授權，但使用者在運用人家著作時要遵守四項交代：包括必須「姓名標示」、對可不可以「商業性」利用的交代、對可不可以「改作」的交代、以及要求以「相同方式分享」的交代，其意思與圖示分別為：

  1. 姓名標示：使用者必須按照著作人或授權人所指定的方式，表彰其姓名。
  2. 非商業性：有這個圖示，使用者「不得」以獲取商業利益或私人金錢報酬為主要目的來利用作品。沒有這個圖示的作品，大家可以商業利用。
  3. 禁止改作：有這個圖示，使用者「不得」變更、變形或修改作品。
  4. 相同方式分享：若使用者變更、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。即你改作後的衍生作品也必須允許後面的人繼續改作。


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，其改作後的衍生作品也必須允許後面的人繼續改作。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的姓名，以保障原始設計者的權益。 詳見 https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/ 。

二、運作生態系簡易圖示

推動一個這麼大的平台計畫，我們需要許多人與單位的支持，才足以使我們繼續前進。本計畫之支持單位為：

(一)信誼基金會

信誼基金會贊助我們平台的基本營運經費。

(二)財團法人遠哲科學教育基金會

遠哲科學教育基金會提供專案管理、部分辦公場地、人脈、動手學科學活動來源。

(三)自主學習共享平台

  • 免費提供「動手學科學」公開課：開課、選課、典藏、認證等各種服務。
  • 此平台是公益性平台，其理念為：
    1. 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。
    2. 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。

(四)社團法人中華民國振鐸學會

提供本平台運作人力、運作人力培訓、開課場地、開課器材儲備與運用。

振鐸學會目前正努力橋接體制內、外的教育，試圖用「自主學習典範」去混搭「師徒教學典範」。也可趣稱想以「土雞典範」取代「飼料雞典範」，強調自主學習和實作能力，就是基本上學生可以做的就交給學生做。

(五)其他

如教育部國民及學前教育署提供補助、信誼。

三、動手學科學的實踐

(一)四個特色

我們的理念是希望能夠在中小學中，帶出一種新的科學學習典範，這種科學習典範包括四個特色：

1.科學跟生活的連結

同學們可以運用日常生活中常見的現象跟物品來學習科學。在過往的科學學習過程裡，同學們的腦筋存在一個切換開關，他進教室或者穿上白色實驗袍之後就切入那個科學課上課狀態，到了日常生活中他就切到日常生活狀態，兩者是不相連的，學生只會把在科學課的內容跟他的考試相連結，而不會跟他日常生活中看到的各種現象相連結。

2.動手做

希望讓同學養成動手做的習慣，因為我們發現在學習科學的過程，同學如果是透過動手做活動(Learning by Doing)，他對這些科學原理的認識會更深刻、長久。

3.探究問題

希望同學在上每一堂課動手作之餘能夠做更多探究與思考，所以我們在每個單元都設計了若干個探究問題，讓同學思考為什麼。

4.線上公開

課程所有的設計全部放在遠哲全民科學平台上面，然後用 CC 授權釋出，希望透過分享的精神，讓所有人都可以藉由這些教材學習科學；並且依自己的脈絡與情境，將教材改作成適合自己的樣子。

(二)實踐

1.架設網站平台

網址：http://science4everyone.net/ 網站功能：

  1. 科學活動牆：讓民眾可以更方便的取得各種科學活動
  2. 公開課報名：公開課的報名系統
  3. 工作人員協力：包含教師社群與編輯群的各項協力工作
2.開設課程

適時選擇、串接各科的科學觀念，選用適合的活動，構成八到十週的課程，並公開招募學員，實際教教看。同時與各方合作，合格者授予學分。

3.培訓工作人員

定期招募工作人員，以補充代謝。並對工作人員施以平台維護、程式撰寫、wiki 書寫、HTML,SVG,共享圖照運用…等教育訓練。

4.廣告宣傳

將公開課的過程，拍攝、並剪成宣傳短片，再透過 FB,Line,IG,Youtube 來宣傳本平台在學科學習上的利用價值。

課程設計

課表

附上三次上課的課表供參考

次日期教學內容講師助教活動清單
12019.10.30物質的組成丁志仁林青高穿不過去、粒子/波雙重性
22019.11.6物質的態林青高丁志仁觀察三態、觀察乾冰、漂浮泡泡、乾冰泡泡、乾冰鬧鐘、分辨常見元素、認識常見分子、三相圖
32019.11.13動位能轉換(一)張又懿張鈞祺平衡鳥、步行下坡
42019.11.20動位能轉換(二)張鈞祺張又懿Tracker自由落體、手機物理實作、牛頓擺
52019.11.27基本電路張又懿張鈞祺奇妙的電阻世界、自走車實作
62019.12.4電磁能轉換張鈞祺張又懿簡易小馬達
72019.12.11光與熱張鈞祺張又懿甜蜜的魔境、史特林引擎
82019.12.18尺度丁志仁林青高電子軌域勞作
92019.12.25評量丁志仁張又懿動手學科學/物質科學I/評量準備


次日期課程名稱教師課程說明
12022.02.16重力在生活中的表現 1謝迺岳平衡鳥, 啄木鳥, 憤怒鳥
22022.02.23重力在生活中的表現 2謝迺岳竹蜻蜓, 吹箭, 玩水
32022.03.02力、運動與形變陳亮洲無形的力
42022.03.09重心與力矩陳亮洲一點一世界
52022.03.16能量轉換與能量守恆 1陳亮洲神秘的循環
62022.03.23以LED燈混合色光三原色彭大立彩色影子
72022.03.30磁浮與視覺暫留彭大立磁浮賽馬
82022.04.06能量轉換與能量守恆 2陳亮洲永動的謊言
92022.04.13紙筆與實作評量丁志仁與眾助教


主題課次日期課程名稱教師課程說明
電池
與
儲能		12025
2.15		電池原理與家用功率蔣盛暐本堂課將從最基礎開始，從能量轉換，電池的充放電，再講到家用電器的功率，讓學員從生活中體驗到電能的用途與變換能量轉換
22025
3.1		簡單的家用儲能設備蔣盛暐
李國章		課程將延續第一堂課次，從電池延伸到家用儲能設備，介紹其中所使用的逆變器、磷酸鐵鋁電芯與控制電路的方式
42025
3.8		復盤一到三課次丁志仁復盤一至三課次
數值
編碼
與
計算
機器		32025
2.22		開關與邏輯閘丁志仁課程將從PhET模擬開始，介紹重要的邏輯閘，再來用開關演示不同的邏輯閘(AND、OR、NOT)，由淺入深甚至是介紹多閘結構
52025
3.15		進位制與字集丁志仁本堂課將帶領學生深入探索電腦二進位的世界，會先介紹二進位與十六進位，再帶領學生操作，最後介紹 ASCⅡ 編碼
62025
3.22		簡單加法器林芸伍本課程延續第二堂課次，使用電晶體和麵包板搭建簡單的加法器電路
72025
3.29		色碼與點陣圖鄭婷如課程將從波長與顏色開始，介紹色光三原色，並教學如果是在電腦的世界中要如何用數值表達像素
波粒二重性
綠光的雙狹縫實驗		82025
4.5		光波與光速丁志仁本課程將探討生活中算出光速的方法，其實用微波爐就可以計算出來，將帶領學生找出微波爐中微波的波長與頻率，再來計算微波的光速
本課程將使用綠光雷射筆與自動筆芯，操作雷射筆的雙狹縫干涉，再利用干涉條文延伸講解電子的雙狹縫實驗，引到波粒二項性的理解
評量92025
4.12		評量丁志仁與眾助教駐站實作評量
102025
4.27		評量補考丁志仁與眾助教駐站實作評量

講師群

講師名單如下(按照姓名筆劃排序):

  1. 丁志仁
  2. 蔣盛暐
  3. 李國章
  4. 林芸伍
  5. 鄭婷如
  6. 謝迺岳
  7. 彭大立
  8. 陳亮洲
  9. 林青高
  10. 張又懿
  11. 張鈞祺

物質科學的基礎原理

    物質科學的主要觀念或原理
  1. 原子與分子
    1. 原子
    2. 電子軌域
    3. 包立不相容原理
    4. 自由電子
    5. 波粒二象性
    6. 週期表
    7. 常見元素
    8. 化學鍵
    9. 常見分子
    10. 混合物
    11. 基本物理量
    12. 密度
  2. 物質的態
    1. 從微觀到巨觀認識物質的態
    2. 三相圖
    3. 透明
    4. 壓力
    5. 理想氣體方程式
    6. 白努力定律
    7. 浮力
    8. 非牛頓流體
    9. 超流體
    10. 結晶
    11. 彈性
    12. 虎克定律
    13. 拉伸模量
    14. 液晶
    15. 電漿
  3. 能量
    1. 能量轉換
    2. 動能、位能
    3. 能量守恆
      -----熱力學-----
    4. 溫度
    5. 熱平衡
    6. 反應速率與動態平衡
    7. 熵增原理
    8. 熱機
  4. 重力
    1. 重力是什麼
    2. 重力的應用
  5. 力與運動
    1. 位移、速度、加速度
    2. 動量與力
    3. 壓力
    4. 作用力與反作用力原理
    5. 力矩
    6. 省力機械與方便機械
    7. 重心
    8. 角動量守恆
    9. 自轉、進動、章動
    10. 摩擦力
    11. 虎克定律
  6. 電與電路
    1. 電荷
    2. 電壓
    3. 電池
    4. 電流
    5. 電阻
    6. 電功率
    7. 基本電路
    8. 二極體
    9. 電晶體
      -----電磁-----
    10. 電荷運動與磁力線
    11. 冷次定律
    12. 馬克士威爾方程式
    13. 電機
      -----電磁波-----
    14. 波
    15. 電磁光譜
    16. 干涉
    17. 色光三原色
    18. 視覺暫留
    19. 反射
    20. 折射
    21. 光學儀器
  7. 尺度、線性與非線性
    1. 適用尺度
    2. 迭代與初始值敏感性
    3. 碎形
    4. 費根鮑姆常數
    5. 混沌與結構
    6. 智群
  8. 量子力學
    1. 基本粒子標準模型
    2. 雙狹縫實驗
    3. 波粒二象性
    4. 能階
    5. 不連續
    6. 疊加原理
    7. 量子穿隧效應
    8. 量子纏結
    9. 量子去相干
    10. 不確定性原理
    11. 量子位元
  9. 相對論
    1. 等效原理
    2. 光速不變
    3. 勞倫茲變換
    4. 質能轉換
    5. 質量造成時空彎曲
    6. 重力波

成果

三次「動手學科學」公開課程歷經不同教學階段與對象試驗，不僅展現學生的學習成果，也透過學員、家長與實作歷程的回饋，逐步優化教學設計與課程內容。以下依學員回饋、實作成果、證書核發、數學拓展與網路聲量五個面向，統整成果摘要如下：

一、學員與家長的回饋迴響

  1. 學分組／學習組 學員心得
    • 多數學生表示對實驗課程印象深刻。
    • 手作與實作型活動明顯提升學習興趣，相較於紙筆課程更具吸引力與學習動機。
    • 部分學生回饋中提及：「能親自操作實驗」、「能觀察現象並理解原理」是他們最喜歡的課堂經驗。
  2. 參與組／體驗組 家長回饋
    • 家長普遍肯定課程以大量實驗為主軸，能幫助孩子理解抽象概念。
    • 認為孩子在動手操作中學會了「觀察、提問、表達、完成學習單」等科學基本能力。
    • 感謝老師願意包容年紀小的孩子參與，指出「激發好奇心比完全理解更重要」。
  3. 體驗組 學員感想
    • 學生喜愛實驗，表示在其他教學場域少有機會接觸此類題材。
    • 認為課程不因環境限制而妥協，讓孩子有更真實的操作經驗。

二、實作與教學成果

  1. 第一次公開課
    • 學習單：著重於反思與理解科學原理，不僅為測驗工具，也促進教學即時調整。
    • 實作作品：*動手學科學/物質科學Ⅰ/公開課成果集
    • Tracker-自由落體自走車分子球桿模型電子軌域模型
      兩個同學正在使用 學員與老師以及自走車作品合照C2H5OH的分子球桿模型 CO2(二氧化碳)的電子軌域模型
  2. 第二次公開課
    • 學習主軸：重力應用、能量守恆、電磁作用等，活動具日常連結性與挑戰性。
    • 實作主題：全民科學平台/物質科學Ⅱ/公開課成果集
    • 憤怒鳥平衡鳥沖天火箭磁浮賽馬
      重力在生活中的表現重力在生活中的表現能量轉換與能量守恆電與磁
      1. 第三次公開課
        • 課次成果：
          • 【業力引爆】：手機控制引爆裝置
          • 【鐵鋰電池】與【微電網】：能量轉換與綠能概念
          • 【十六進位轉換】：進位邏輯與立體方塊教具
          • 【簡易色彩選擇器】：PHP實作與顏色編碼
          • 【綠光干涉】：物理干涉現象觀察
          • 【考試與操作】：使用 PhET 工具進行數位測驗
        • 教學重點：電學、編碼、光學、數位工具使用，內容深具系統性。


      憤怒鳥平衡鳥沖天火箭磁浮賽馬
      重力在生活中的表現重力在生活中的表現能量轉換與能量守恆電與磁

      放下鳥體，鳥體緩慢落下

      竹籤平衡鳥

      第一課次 第二課次 第三課次 第三課次 第四課次
      【業力引爆】用手機引爆氣球 開關閘門初體驗 鐵鋰電池 露營車與微電網 示波器體驗
      第五課次 第六課次 第七課次 第八課次 第九課次(評量與結業)
      十六進位與十進位的轉換：立體方塊 IC與麵包板 【簡易色彩選擇器：colorRGB.php】 【綠光干涉】 考試：操作PhET

      三、學員出席與證書核發情形

      • 第一次公開課：學分組與參與組皆有證書，學習單與作品展示為成果依據。
      • 第二次公開課：
        • 學習組 13 人，2 人因疫情未能參與評量但均退保證金、發放證明。
        • 體驗組 18 人，皆達出席標準並全額退還保證金。
      • 第三次公開課：
        • 共 15 位學員(含成人與國小、國中學生)，皆參與全程並領取證書。
        • 無分組，統一任務與個別評分方式，有助提升挑戰感與自我要求。

      四、數學內容導入與未來發展

      • 雖以物質科學為主軸，但課程逐步導入數學核心概念，成為往後「動手學數學」的基礎。
      • 導入數學項目：
        • 十六進位與十進位轉換(進位系統)
        • 字元編碼(ASCⅡ、UTF-8)
        • 顏色與圖像編碼(colorRGB、circleDraw)
        • 遊戲式數學學習(魔數時間、手指數數)
      • 工具與語言：
        • 使用 PHP 撰寫轉換程式、圖形與顏色處理模組，學員實作力明顯提升。
      • 未來規劃：
        • 將以本次編碼與邏輯活動為基礎，發展完整的數學公開課課程模組。

      五、網路聲量

      • 本課程自 2019 年開設至今（2025 年）已有六年，已逐步累積穩定的網路聲量，並在教育與科普領域建立一定的知名度。
      • 即便未投入任何付費廣告宣傳，課程已自然登上 Google 搜尋結果中以下兩組關鍵字的首位：
        • 「全民科學平台」
        • 「動手學科學」
      • 顯示本課程在以下方面具備優勢：
        • 課程內容具備高品質與高實用性，能吸引使用者主動搜尋與分享。
        • 網頁設計策略成效良好，能有效提升自然搜尋排名。
        • 社群具備持續性與口碑效應，形成自發性傳播力。
      • 本課程的網路聲量表現證明其發展方向成功，並對未來擴展影響力、強化品牌認知度與推動全民科普教育具正向助益。

      小結

      三次公開課成功打造以實作為核心的科學學習場域，呈現出學生在動手學習中不僅樂於參與，更逐步掌握抽象原理與應用技巧。課程亦驗證了「年齡混齡 × 難度分層 × 活動驅動」的教學模式具高度彈性與成效。未來若能持續推進更多跨科與數學課程模組，並維持其網路聲量，將有望成為全民科學素養推動的重要典範。

      未來工作與展望

      三次公開課不僅驗證了「動手學科學」活動的可行性，也逐步奠定了全民科學平台作為「概念導向 × 活動驅動」的科學教育系統架構。在此基礎上，未來展望可從以下五個面向整理：

      一、擴展學科內容與課程設計

      • 目標：從物質科學起步，逐步擴展至數學、生命科學、天文地科與資訊等其他四科，實踐五大學科全面發展。
      • 進度：
        • 第一次公開課：物質科學為示範科目。
        • 第二次與第三次公開課：開始系統性整理「物質科學」中的基本觀念與原理(81 → 91 個)，建立對應之動手活動。
      • 下一步：
        • 補齊物質科學觀念對應的活動頁與原理說明頁。
        • 以物質科學中用到的數學概念為起點，設計數學科的公開課程。
        • 視進度推進至生命科學等其他科目。

      二、經營實驗教育與社大教師社群

      • 核心理念：課程與活動設計來自教師社群的持續精進與對話。
      • 制度建構：
        • 強攻實驗教育領域，科學教育合作伙伴首位
        • 強攻社大與十二年國教計畫(開門辦教育)，高國中小科學教育合作伙伴首位
        • 公開課作為社群凝聚與成果驗證的實作場域。
      • 酬勞標準：
        • 講師費每小時 1600 元，助教獎學金制度，每小時最高 500 元。
      • 未來發展：
        • 投入 10 萬設計針對雙北的實驗教育機構進行廣宣
        • 提供免費的教師共備服務
        • 繼續申請教育部補助，提高國小高年級到高三物質科學原理，動手作學科學的覆蓋率

      三、培養穩定的編輯團隊以支持平台營運

      • 現況挑戰：老師雖能設計活動，但缺乏餘力使用 wiki 語法編輯並上傳。
      • 解法：
        • 成立學生為主體的「編輯群」，分為「群內編輯」(在辦公室)與「群外編輯」(遠端外包)兩類。
        • 以團隊協作形式完成活動上架。
      • 運作特性：
        • 編輯人力流動率高，每年需新一輪訓練補足。
      • 未來需求：
        • 隨平台規模擴大，需同步增加編輯培訓人數與頻率。

      四、提升平台知名度與使用率

      • 目前進展：
        • 每次公開課皆帶來一批學員與家長，逐漸形成平台的早期支持者。
        • 完成短片拍攝與圖照素材累積，有助於未來大規模行銷。
      • 宣傳策略(尚未全面展開)：
        • 製作短片與圖文相簿為主，社群經營(FB、IG、LINE)為輔。
      • 未來五線推進：
        1. 深耕實驗教育領域(已具詢問度)。
        2. 說服地方政府(如新北市)將本課程納入高中學習歷程。
        3. 整合遠哲科學教育基金會的大型廣宣資源。
        4. 協助教科書出版商開發贈品式教具課程。
        5. 與社區大學合作發展親子科學教育課程。

      五、與其他學習資源建立合作聯盟

      • 願景：整合國內各種已有的優質科學教育平台，發展具全方位支持性的系統。
      • 潛在合作對象：
        • 教育部因材網
        • 民間的 LIS 情境科學教材
        • 均一教育平台
      • 合作方式：
        • 互為教材供應與活動串接的平台。
        • 共同設計跨平台課程包與教案庫。

      小結

      三次公開課從「以概念驅動活動」、「以活動驗證學習」出發，不僅建立起平台內部的課程與組織架構，也逐步形成可拓展的推廣路徑。未來，透過內容完備、社群經營、人力穩定、推廣策略與合作網絡五大面向的持續經營，全民科學平台將有機會成為臺灣科學教育創新與普及的重要推手。

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