全民科學平台/物質科學Ⅱ/公開課成果集

前言

本成果集為全民科學平台的2022年上半年所舉辦之「物質科學 - 公開課II」之成果(原訂2021年下半年舉辦，因疫情延後至2022年上半年)。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。

一、規畫公開課

本全民科學平台蒐集了很多「動手做活動」，並放在網路上公開給大家使用。單純將「動手做活動」放到網頁上，並不容易幫助到人們對科學的學習，也不易得到教學現場的青睞，獲得大家的認同與採用。

所以我們將一系列完整的「科學觀念」串接成九週的課程，並且選出能適當傳達這些觀念的「動手做活動」，並將探究問題完整化。公開招募學員，並實際教教看。教學的結果，一方面當作活動調整的依據，一方面也做為平台運用的示範。

九週的課程設計如下：

動手學科學/物質科學/2022公開課

二、將學員分為兩組

本次物質科學課程，鼓勵親子共學，也接受混齡學習，班級中的同學年紀分佈很廣；所以我們採用「一班兩制」的教學設計。我們將學員分成「學習組」和「體驗組」，學分組的學員為國小五年級以上，參與組的學員小五以下居多。我們給予兩組不同難度的任務，以滿足他們不同年齡層的學習需求。

以下表列這兩組的區別：

組別	學習組	體驗組
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
作業	獨立完成作業	家長或助教協助

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。

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。

四、成立教師社群

(二)數學

1. 林柏寬：台南市永康國民中學數學專任教師、台南市國中數學輔導團、教育部國民及學前教育署中央課程與教學數學領域諮詢教師
2. 侯雪卿：嘉義縣民雄鄉興中國民小學數學專任教師、嘉義縣國小數學輔導團、教育部國民及學前教育署中央課程與教學數學組諮詢教師
3. 黃琳懿：財團法人人本教育文教基金會 數學想想國/科學高興班教師

「動手學科學/物質科學II」的課程設計

一、科學觀念的系統與列表

動手學科學/物質科學II/科學觀念的系統與列表

二、科學觀念對應的活動

動手學科學/物質科學II/科學觀念對應的活動

三、活動內容與探究問題

動手學科學/物質科學II/活動內容與探究問題

四、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

實作題一(10分)：竹籤平衡鳥，請運用桌上的器材，做出竹籤平衡鳥。平衡時，合力為零，合力矩為零。

實作題二(10分)：組裝 LED 燈具，請運用桌上的器材，以並聯方式連接，紅色 LED 燈與綠色 LED 燈前各串聯一顆電阻，點亮三顆 LED 燈泡。

實作題三(10分)：PhET 直流電基本電路，打開

https://phet.colorado.edu/sims/html/circuit-construction-kit-dc-virtual-lab/latest/circuit-construction-kit-dc-virtual-lab_zh_TW.html：

(1)以並聯方式連接且線路完整

(2)電阻連接正確

(3)三顆燈泡亮度正常

實作題四(20分)：PhET 理想氣體，打開

https://phet.colorado.edu/sims/html/gas-properties/latest/gas-properties_zh_TW.html：

(1)打開粒子計數器與碰撞計數器

(2)打氣進容器，重粒子5次，輕粒子5次

(3)體積與溫度不變，粒子數增加時會怎樣

(4)以金色把手改變容積大小，並進行觀察

(5)溫度與粒子數不變，體積變大變小會怎樣

(6)以銀色把手放掉一些粒子，並進行觀察

(7)體積與溫度不變，粒子數減少時會怎樣

(8)溫度的本質是什麼

(9)加熱氣體並觀察

(10)粒子數不變，體積不變，加熱氣體時會怎樣

(11)透過對溫度本質的理解，解釋白努力定律

紙筆評量

1. 重力 2. 重心 3. 作用力與反作用力原理 4. 角動量守恆 5. 虎克定律 6. 能量轉換 7. 能量守恆

8. 熵增原理 9. 理想氣體方程式 10.白努力定律 11.基本電路 12.電荷運動與磁力線 13.色光三原色 14.視覺暫留

1. 簡答題(20分)：
   1. 您跟您身邊的人之間有沒有重力吸引？為什麼您感覺不到？
      
   2. 槍管或炮管加螺旋的膛線，讓子彈或炮彈旋轉，前進時就不會翻滾。這是運用哪一個原理？
      
   3. 滑膛炮的炮管沒有膛線，卻讓炮彈在前端有巨大的配重，讓炮彈前進時不會翻滾。這是運用哪一個原理？
      
   4. 舉出三個應用作用力與反作用力原理的例子。
      
   5. 舉出一個應用虎克定律的例子。
      
   6. 孤立系統的熵可以減少嗎？這叫做什麼原理？
      
   7. 寫出理想氣體方程式。
      
   8. 從電子、原子核的角度，說明磁鐵磁性的起源。
      
   9. 色光三原色是指哪三種顏色？這三色色光混合會得到什麼顏色？
      
   10. 電影或動畫是運用了什麼原理？
       
2. 圖解如何找出剛體的重心。(5分)
   
   
3. 圖解作用力與反作用力原理。(3分)
   
   
4. 請在右圖中畫一條線(推測)，通過「不倒酒瓶組」的重心與支撐點，並以文字加以說明。(3分)
   
   
   
   
5. 透過對溫度本質的理解，解釋白努力定律，可以用圖解輔助說明。(5分)
   
   
6. 在以下空間散開寫出：重力位能、彈力位能、動能、化學能、光能、熱能、電能等 7 種能量，然後畫長箭頭，在箭頭邊寫出現象，表示能量的轉換。每寫對一條 2 分，最多 20 條。可以增加更多種能量的種類，現象也不限於右邊所列的 11 個現象。

竹筷槍射橡皮筋 水草行光合作用 水火箭升空 史特林馬達運轉 光轉機旋轉 太陽能發電 太陽能熱水器燒水 電磁爐加熱 鐘擺往復擺動 碗內滾珠往復滾動 電解水

五、上課場地

成果

(一)學員名單

學習組：共13位

• 有二位因居隔未參加實作測驗。
• 均退還保證金，並取得參與證明。

	姓名	年級	性別
學習組	藍寜	9	女
	鄭恩至	9	男
	曲汝川	8	女
	黃顯淳	8	男
	陳鈺潔	7	女
	廖悠行	6	男
	邱証祺	6	男
	朱梓元	6	男
	龔子媛	6	女
	段承佑	5	男
	張達立	5	男
	林昱里	5	男
	張朝星	4	男

體驗組：18位(均達出席標準，並退還保證金）

	姓名	年級	性別
體驗組	陳丹綺	4	女
	陳潔榆	4	女
	楊栢睿	4	男
	朱亮瑄	3	女
	李昕容	3	女
	楊燿宇	3	男
	裘逸霏	3	女
	傅祖恩	3	女
	劉瑋迅	3	男
	吳青紜	3	男
	楊詠心	3	女
	張竑讓	3	男
	鄭安哲	2	男
	方致允	2	男
	陳丹蓳	1	女
	賴秉謙	1	男
	陳彥廷	1	男
	張哲睿	1	男

(二)實作成果

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

（四)、證書

數學

1. 以分數為主題進行活動設計
2. 原訂2021.12進行公開課，因疫情取消
3. 2021均優學習論壇議程(https://youtu.be/6W1n0bBRh9E)
   • 議程名稱：動手學科學
   • 日期：6/18(五) 14:30~16:00
   • 議程人員：丁志仁／社團法人中華民國振鐸學會理事長、「動手學科學」推動計畫專案經理人
     1. 計畫介紹：遠哲、信誼的角色；理想、願景；與自主學習典範的關係
     2. 網站示範：http://science4everyone.net/ 的即時使用示範
     3. 人員介紹：整體生態圖；理化科精進小組；數學科精進小組；未來的三個精進小組
     4. SVG 動畫：用 SVG 動畫表現分數的加減乘除
     5. 廣宣影片：播放 youtube 廣宣短片
     6. 招兵買馬：請大家來參加理化科精進小組與數學科精進小組
   • 林柏寬／台南市永康國民中學數學專任教師；台南市國中數學輔導團；教育部國民及學前教育署中央課程與教學數學領域諮詢教師
     1. 紅黑加減配
     2. 從正負整數加減法出發，進而學習遷移至正負分數加減法。
     3. (整數條至分數條)
     4. 數線圖
     5. 以正負3為範圍
     6. 第一個版本以1/4為單位。第二個版本綜合1/2、1/3、1/6單位
     7. 介紹分數牆的雷切程式：提供給與會者，可以自製教具。
   • 侯雪卿／嘉義縣民雄鄉興中國民小學數學專任教師；嘉義縣國小數學輔導團；教育部國民及學前教育署中央課程與教學數學組諮詢教師
     1. 分進合擊_等值分數課程介紹和示範說明
     2. 介紹分數牆及分進合擊課程的用處
   • 黃琳懿／財團法人人本教育文教基金會 數學想想國/科學高興班教師
     1. 分數撲克牌：
     2. 紅黑設計稿
     3. 修張數成「26」-->紅黑之後剛好52張
     4. 分數乘法-3點半
     5. 分數乘法-誰有披薩吃
     6. 招兵買馬：請大家來參加理化科精進小組與數學科精進小組

未來工作與展望

擬先將「物質科學」的「觀念或原理」整理完整並將各個觀念未有動手學科學活動頁者，補設計完整。

然後以各基本「觀念或原理」會用到的數學工具，選出「數學的基本內容」，再依此設計數學科的動手學數學活動。

一、物質科學的基本「觀念或原理」

目前將「物質科學」在小學高年級至高中以及科普活動中的「觀念或原理」分為三群九個分類共 81 個基本觀念或原理：

第一部分：物質的結構

(一)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

(二)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

第二部分：交互作用

(三)能量

1. 能量轉換
2. 動能、位能
3. 能量守恆
4. 溫度
5. 熱平衡
6. 熵增原理
7. 熱機

(四)重力

1. 重力是什麼
2. 重力的應用

(五)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

(六)電與電路

1. 電荷
2. 電壓
3. 電流
4. 電阻
5. 電功率
6. 基本電路
7. 二極體
8. 電晶體
9. 電荷運動與磁力線
10. 冷次定律
11. 馬克士威爾方程式
12. 波
13. 電磁光譜
14. 干涉
15. 色光三原色
16. 視覺暫留
17. 反射
18. 折射
19. 光學儀器

第三部分：近代物理

(七)非線性

1. 迭代與初始值敏感性
2. 碎形
3. 費根鮑姆常數
4. 混沌與結構
5. 智群

(八)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

(九)相對論

1. 等效原理
2. 光速不變
3. 勞倫茲變換
4. 質量造成時空彎曲
5. 重力波

其中波粒二象性、壓力、虎克定律等三個原理或觀念各在兩個分類中出現。

二、在物質科學範疇內使課程與學習活動趨於完整

1. 與其他的科普團體、中小學教師共同探討上一段 81 個基本觀念或原理的完整性。
2. 檢視物質科學類目前 205 個動手學科學活動，對應到 81 個基本觀念或原理中的哪一些原理。
3. 將尚未有學習活動設計的原理，以全球為範圍，蒐尋已公開的動手作學習活動，納入平台，補完 81 個基本觀念或原理的所有學習活動。
4. 舉辦競賽，徵求最難設計的學習活動設計，並以 CC 授權釋出。
5. 繼續辦理九週為一梯次的公開課，並對新設計的學習活動，進行教學驗證，以驗證其可推廣性。
6. 以 81 個物質科學基本觀念或原理為範圍，歸納它們會用到的數學。下一輪公開課的科目是數學。

三、經營教師社群

支持活動設計的是教師社群，教師社群各分組有自己的召集人，平時聚在一起開「精進會議」，完備活動設計與課程設計，精進會議的出席費是 1500 元。公開課是一個能凝聚教師社群的管道，公開課的講師費是每小時 1600 元，助教則有不同的工項，不同的獎學金，協助帶領公開課的獎學金是每小時 500 元。

四、培養更多的編輯好手

實務上大多數設計活動的老師是不太可能有時間、有能力將活動設計以 wiki 語法發佈到平台上，所以需要訓練編輯來做這些事。編輯群以團隊合作的方式工作，編輯群的成員大多數是學生，編輯群又稱為群內編輯。有些學生因為課業的關係，無法到辦公室參與工作，以承接「外包」的方式，協助將一個個活動上架到平台上，這些成員則稱為群外編輯。編輯會每年流失，所以必須每年訓練新的編輯加以補充。

如果平台的規模擴充，編輯就必須增加，而培訓的人數和次數也必須加大。

五、讓更多人知道與使用

目前本平台的知名度與能見度仍不高，但每完成一次公開課就會累積出一批追隨的學生及學生家長，也會完成一段廣宣影片，可用於宣傳的圖照也會越來越多。目前雖有 Facebook 粉絲專頁、Instagram、 Line 官方帳號，但首要之務還是先做好短片及平台上的相簿，還不到大規模發送廣宣的時機。

往後，準備循四條線去推動廣宣：

1. 全民科學平台「動手學科學」課程在實驗教育領域，已經有一定的詢問度，應該繼續深耕。
2. 說服新北市政府將本課程納入高中生學習歷程檔案的學生多元表現。
3. 和整個「遠哲科學教育基金會」的大廣宣網絡整合。
4. 幫助教科書出版商，將本平台的活動及課程做成教科書的贈品。
5. 聯合數所社區大學，找現有的成人教育老師合作，將其轉換成「親子教育課程」。
6. 結合其他的科學學習資源。