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：

一、課程日期：111年2月16日至4月13日，共9次(8次課程+1次實作評量)。

二、時間：每週三下午13:30~16:30

三、地點：國立臺灣科學教育館9樓大教室

四、開課人數：20人開班(上限30人)

五、對象及年齡：

1. 體驗組：親子
2. 學習組：5~9年級，符合以下資格者核發證書(遠哲、科教館聯名)
   • 出席6次以上課程(不含實作評量)
   • 實作評量合格(動手學科學/物質科學/2022公開課/評量準備)

六、費用：保證金：1200元(全勤退費)

• 報名即可獲贈科教館友善賽恩斯卡(250元/人/一年)

七、活動報名：跨校選修系統 http://urclass.net/

時間	課程名稱	教師	課程說明
111.02.16	重力在生活中的表現 1	謝迺岳	平衡鳥, 啄木鳥, 憤怒鳥
111.02.23	重力在生活中的表現 2	謝迺岳	竹蜻蜓, 吹箭, 玩水
111.03.02	力、運動與形變	陳亮洲	無形的力
111.03.09	重心與力矩	陳亮洲	一點一世界
111.03.16	能量轉換與能量守恆 1	陳亮洲	神秘的循環
111.03.23	以LED燈混合色光三原色	彭大立	彩色影子
111.03.30	磁浮與視覺暫留	彭大立	磁浮賽馬
111.04.06	能量轉換與能量守恆 2	陳亮洲	永動的謊言
111.04.13	紙筆與實作評量	丁志仁與眾助教

八、備註:

(一)本活動為實體課程，課程形式依中央流行疫情指揮中心規定彈性調整。

(二)如因疫情無法實體授課，則改為線上教學。教師於科教館進行教學演示、直播、錄影，課前郵寄材料包給學生，學生依課程進度自行操作。

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

系統分類	科學觀念	說明
能量	能量守恆	動能與位能來回轉換，其總量不變。除了摩擦消耗小部分能量。 衝入牛頓擺的動能，相等於衝出牛頓擺的動能
	能量轉換	啄木鳥的重力位能轉成動能，再轉成摩擦熱 將化學能轉換成動能 能量從一種形式轉變為另一種形式的過程，由熱能轉變為動能 能量從一種形式轉變為另一種形式的過程，由光能轉變成動能 能量從一種形式轉變為另一種形式的過程，將電能轉換成熱能 橡皮筋的彈力位能轉換成動能 高度有高位能；下降時位能轉成動能；上升時動能又轉成位能 能量從一種形式轉變為另一種形式的過 程，由光能轉變為化學能 能量從一種形式轉變為另一種形式的過 程，由電能轉變為化學能 能量從一種形式轉變為另一種形式的過 程，由動能轉變為熱能
	熵增原理	孤立熱力學系統的熵不減少，總是增大或者不變。永動機不可能實現。
萬有引力	重力	物體的重心落在支撐點(面)的正上方或正下方能維持平衡 當身體的重心在身體前應此，無法保持平衡 物體的重心落在支撐點(面)的正上方或正下 方能維持平衡
	重心	物體的重心落在支撐點(面)的正上方或正下方能維持平衡 當身體的重心在身體前應此，無法保持平衡 物體的重心落在支撐點(面)的正上方或正下 方能維持平衡
	重心與運動	運用配重使氣球的重心在前，就不會翻滾 吹箭前端加少許黏土，用配重使重心在前，吹箭就不會翻滾
力與運動	力的方向性	橡皮筋會朝其中一方向射出
	作用力與反作用力	放手時氣球推手指，氣球自己向前 竹蜻蜓騰空，葉片打空氣向下，空氣就打葉片向上
	虎克定律	嘗試將彈簧壓到最緊 (壓簧，要找較長且較軟的彈簧，會亂彎曲不好直直壓緊，可以增加活動樂趣)，與將彈簧拉長(拉簧，要找容易拉到彈性限度的彈簧，一定會有學生拉到超過彈性限度)
	角動力守恆	讓飛行的紙牌旋轉，紙牌就不會翻滾
力矩與重心	槓桿原理	其施力乘以施力臂等於抗力乘以抗力臂，可以透過改變施力臂或抗力臂長度，使輸入力放大或縮小
氣體	理想氣體方程式	體積與溫度固定，分子數越多，壓力越大
	白努力定律	憤怒鳥(保麗龍球)在天空飛時承受空氣的托力 在甩動吸管的過程中，水會會逆行噴出 藉著氣壓與水壓的差異，可以把水由低處推往高處。白努力發現：氣流快的地區氣壓變低，因此可以幫助推送水流。 藉著氣壓與水壓的差異，可以把水由低處推往高處。白努力發現：氣流快的地區氣壓變低，因此可以幫助推送水流。
電磁學	基本電路	包含電源、導線、負載、開關。可以接成串聯電路或並聯電路。
	電荷運動與磁力線(磁學)	介紹基本的磁學理論，並且簡單的引導學員探討磁鐵在生活當中的應用例如磁浮車、磁浮馬達、電磁鐵、指北針⋯等等 地球的磁場會影響磁鐵的方向，使得磁針朝向地磁的北極、南極，運用此科學原理自製指北針。 磁鐵當中的斥力則使得筆芯的旋轉更加平穩順暢。進而達到減緩摩擦力以及增加旋轉效率的作用 利用同性相斥的原理使得兩個磁鐵之間形成相斥的阻力，並且利用筆芯輔助，防止磁鐵因為相斥的阻力而彈開 利用單極多面磁鐵的特性製作實驗教具。因為在同時具有兩種不同的極性，而人偶與軌道在移動時不斷地產生相斥以及相吸，看起來就像是不斷踏步向前走的人偶 利用磁力觀察片，觀察單極多面磁鐵、以及彩色磁鐵之間的差異。探討其中的應用範圍以及特性
光學	色光合成	在光照到物體上時，一部分光被物體反射，一部分光被物體吸收，不同物體，對不同顏色的光反射、吸收和透過的情況不同，因此呈現不同的色彩
	視覺暫留現象	此現象在圖片或動作快速移動時發生，當人眼無法分辨是否有移動時。正反兩面的圖片因為快速轉換而形成的動態影像也是藉由此現象

二、科學觀念對應的活動

系統分類	科學觀念	活動
能量	能量守恆	鐘擺與滾珠、牛頓擺
	能量轉換	鐘擺與滾珠、史特林引擎、電解水、光轉機、電磁爐、水火箭、水草光合作用、竹筷槍、啄木鳥、鐵條發熱
	熵增原理	爬不出的水、轉不停的葉片
萬有引力	重力	射紙牌、夾百元、啄木鳥、憤怒鳥、不規則的平衡
	重心	漂浮鐵鎚、竹籤平衡鳥、不倒酒瓶、殘廢的身體、鐵絲平衡鳥
	重心與運動	吹箭
力與運動	力的方向性	竹筷槍
	作用力與反作用力	射擊氣球、竹蜻蜓
	虎克定律	壓縮彈簧
	角動量守恆	射紙牌
	槓桿原理	不同重也能平
氣體	PV=nRT	雙管噴水
	白努力定律	玩水1、玩水2、玩水3、憤怒鳥
電磁學	基本電路	Led燈組裝
	磁學	彩色磁鐵、懸浮賽馬、指北針、磁力觀察片、小怪物、懸浮磁鐵
光學	色光合成	全影與半影
	全影與半影	懸浮賽馬

三、活動內容與探究問題

活動頁名稱	活動內容	探究問題	解答
鐘擺與滾珠	拿出牛頓擺，讓同學觀察牛頓擺的運作過程，1顆、2顆、3顆球的狀態，藉此來表示能量守恆，轉換成在日常生活中的實例。	牛頓擺中，為何拿起第一顆球放開後，只有最後一顆球會往上擺	可以一次看兩顆，第一顆球與第二顆球質量相同，因此彈性碰撞之後速度會交換(v1=v,v2=0變成v1=0,v2=v)。接著同理，v2又變成0而v3變成v...直到最後一顆球以速度v彈起為止。
		如果牛頓擺失敗，可能的原因有哪些？	線的長度不同，小球無法互相擊中質心。 小球之間質量不相同
	重現伽利略的鐘擺與滾珠實驗，並讓孩子嘗試，從提問、假設、實作、驗證引導學員的實驗過程。	在碗裡放滾珠，為何來回高度差不多?甚麼原因導致高度有差?	珠子的能量前後接近守恆。滾動時無法避免的摩擦力導致能量損耗。
啄木鳥	放下鳥體，鳥體緩慢落下	為何玩具啄木鳥會振動？	因為木片、竹片或環繞鐵絲的彈性，使玩具啄木鳥往復振動。
		玩具啄木鳥的由上而下運動，是什麼能轉變成什麼能？	由位能轉變為動能
		啄木鳥玩具為什麼要設計成鳥體來回振動？	讓重力加速度使物體落下的過程變慢，有利於同學觀察。
能量變變變	了解各式各樣能量的存在形式，並且知道相互之間如何轉換。例如本次教學例子:電解水(電能轉化學能)、電磁爐(電能轉熱能)、光轉機(光熱能轉動能)、水火箭(化學能轉動能)、水草光合作用(光能轉化學能)、竹筷槍(彈力位能轉動能)、史特林引擎(熱能轉動能)。	用鐵鎚敲擊鐵條，鐵條會發熱的原因是因為？	能量轉移、內部原子互相震動，造成摩擦生熱
		鐵鎚敲擊造成鐵條變熱，符合甚麼物理現象？	能量轉換，由動能轉為熱能
		植物為何要行光合作用？	將太陽的光能轉成有機物質的化學能儲存，接著化學能再根據需求釋放出來維持生命機能。
永動的謊言	在水桶中加入8分滿的水，加熱實驗用空心彈簧，放入事先預備好的水中，利用彈簧吸水、排水以及轉動的角動量，使實驗用空心彈簧不斷旋轉。	孤立系統的熵可以減少嗎？這叫做什麼原理？	無法，這叫做熵增加原理(熱力學第二定律)
	利用實際現象證明，永動機不可能實現，證明此理論並不成立，也使用電磁學裏的冷次定律，延伸能量守恆定律的應用範圍。
掉落的紙	夾百元：老師放下百元，讓學員夾百元	您跟您身邊的人之間有沒有重力吸引？為什麼您感覺不到？	有，兩個具有質量的物體間都會有重力。因為重力常數非常小，數量級以標準單位來看大概是10-11次方
		為什麼紙會向下飄呢？	因為有向下的重力
		為什麼紙張降落時不會直直落下呢？	跟紙的形狀有關，形狀對空氣阻力的影響很大，如果在真空中，則速度都是一樣的。
		四大基本交互作用是哪幾個呢？	重力、電磁力、弱交互作用及強交互作用一起構成自然界的四大基本交互作用。
		紙張與球哪個掉得快？	球快。 傳說1590年伽利略曾在義大利比薩斜塔上做自由落體實驗，將兩個重量不同的球體從相同的高度同時扔下，結果兩個鉛球同時落地，伽利略在比薩斜塔做自由落體實驗的故事，記載在他的學生維維亞尼在1654年寫的《伽利略生平的歷史故事》(1717年出版)一書中，但伽利略、比薩大學和同時代的其他人都沒有關於這次實驗的的記載。對於伽利略是否在比薩斜塔做過自由落體實驗，歷史上一直存在著支持和反對兩種不同的看法。
		若考慮一個真空環境紙張會更好接住嗎？	會，真空環境下，掉落的紙張就像一顆掉落的球一樣。 1971年，阿波羅 15 號太空人在月球上同時丟下獵鷹羽毛與鐵鎚，證明真空環境下，不同物體的重力加速度會一樣。
	射紙牌：調動手指，扭曲紙牌後拋出，紙牌能穩定在空中飛行一段時間	紙牌射出時的旋轉會使得紙牌飛得更直嗎？	會，角動量守恆是指系統所受合外力矩為零時系統的角動量保持不變。根據物體繞定軸旋轉時會產生固定方向的角動量特性，若再加給它一個移動的速度，則物體便能在此條件 下穩定的移向既定目標
倒與不倒	不倒酒瓶	請在圖中畫一條線(推測)，通過「不倒酒瓶組」的重心與支撐點，並以文字加以說明。	兩者重心的重力對於支點會力矩平衡。
	困難的行為	頭頂與腳尖靠著牆壁，為何無法墊腳尖	因為重心在腳尖後方，一翹腳尖，就會因為重心在後方而跌下來
		身體背部與後腳跟靠著牆壁，為何無法不翹腳尖蹲下	因為蹲下時，身體的構造為了平衡，以雙腳為重心點必須有部分在雙腳腳跟前方，部分在後放(屁股位置)，因此因為牆壁限制了屁股往後，所以只能翹腳尖
	滑膛泡的射擊原理	滑膛炮的炮管沒有膛線，那它相較於有膛線的砲管有甚麼好處? 這是與甚麼原理相關？	可以有較高的移動動能(破壞力較高)且砲管較不易磨損。能量守恆，轉動動能降低，移動動能增加。
	竹籤平衡鳥	竹籤平衡鳥為什麼可以達成平衡？	只要物體的重心在支撐點的正上方或正下方，物體就可以維持平衡。竹籤平衡鳥利用黏土配重，使整隻竹籤平衡鳥的重心位於支撐點的下方，經過幾次擺動調整，平衡鳥的重心會漸漸擺到支撐點的正下方。
吹箭	將細吸管前端加上黏土最為箭，將細吸管放入粗吸管，用力吹氣，就形成了吹箭	吹箭的製作要點是什麼？如何吹才能射得遠？	吹管的長度要控制適當，太短動能不足，太長使得阻力太大也會飛不遠。要飛的遠，吹管的射出角度也要控制適當。
		吹箭的裝置在現代有什麼應用價值？	主要為娛樂用途，就像射擊場一樣
竹蜻蜓	以打包帶與簡單的吸管製作成為竹蜻蜓	使竹蜻蜓飛升的原理是什麼？	利用上下氣流流速不同的壓力差產生升力
		竹蜻蜓有那些應用實例？	直升機、飛機機翼
		竹蜻蜓除了用手搓動，還可以有什麼驅動方法？	用細繩驅動(例如：甩陀螺或扯鈴)
飛行火箭	射擊汽球： 長條氣球灌氣，在氣球一端約5cm處纏上三圈的水電膠布，用左手握住長條氣球約3/1的位置，右手用食指往這1/3的尾端戳進去，打開左手氣球飛出 沖天火箭： 將寶特瓶用三根竹筷做成火箭本體，在寶特瓶中放入小蘇打與水，在塑膠試管中放入檸檬酸，將試管丟入寶特瓶中，用橡膠塞塞住瓶口，倒轉後等待發射。	單純的長條氣球，為何射不直？	空氣阻力的影響，會造成頭尾亂跑。
		在氣球前方加上膠帶後，為何飛行路徑就會變直？	氣球前方慣性變大，空氣阻力較難改變其運動方向，因此後方未纏膠帶慣性較小的部分，便只能跟著前方前進。
		生活中，有什麼類似射擊氣球飛行軌跡的休閒運動？	羽毛球、踢毽子等。
		請舉出一個應用作用力與反作用力原理的例子。	走路。腳向地板施一個向後的力，同時地板會給身體一個向前的力
		槍管或炮管加螺旋的膛線，讓子彈或炮彈旋轉，前進時彈頭方向會比較穩定。這是運用哪一個原理？	角動量守恆
壓縮彈簧	表演將彈簧壓縮，與將彈簧拉長，請同學觀察彈簧受多少力	請舉出一個應用虎克定律的例子。	基本上跟彈簧有關的例子都可以(符合F=-kx)
		彈力是什麼呢？	彈力(elastic force)是指發生彈性形變的物體由於要恢復原狀，對他接觸的物體產生的力。但如果形變過大，即超過了彈性限度則不再產生彈力。彈力產生時，發生彈性形變的物體為施力物體，和它接觸的物體為受力物體。平時所指的彈力一般是壓力、支持力、拉力和推力。
投石器	運用槓桿原理將物體拋出	以尺製作的更簡易投石器，是否有相似之處?	尺的形變為位能、尺的位能轉為物體彈出的動能、要讓尺受力時不轉動，要讓它力矩為0(利用槓桿原理)
漂浮鐵鎚		為什麼懸掉鐵鎚的尺不會傾倒到桌子以外？	只要物體的重心在支撐點的正上方或正下方，物體就可以維持平衡。此例中，支撐點(面)在桌面上方與尺接觸的那一片空間；而鐵鎚的大多數重量位於鎚頭上，使得「尺、線、鐵鎚聯合體」的重心，位於桌面下方，且剛好在支撐面的正下方，此時支撐點(面)左方的力矩與右方的力距剛好相等，系統就會維持平衡。
	將一個竿子中隨機設立一個支點，並透過微調兩側的重量達到其平衡	生活中有哪些利用槓桿原理的例子？	指甲刀、開罐器、掃把、筷子
	不規則的剛體如右圖：	怎麼找出不規則剛體的重心？	先找一個端點黏上一條細線，拉起直線，使物體自由下墜，待停止不動便能找到第一條延伸自細線的直線(鉛垂線)，將此直線畫在物體上，隨後再找第二個端點，以同樣方法畫出第二條鉛垂線，兩鉛垂線線會交於一點，即為重心。
玩水	雙管噴水：兩支吸管都插在瓶內，然後用手(或粘土)封住瓶口，對其中一支吸管吹氣，增加瓶內的氣壓，水就會從另一支吸管中跑出來。	為什麼在溫度不變的情況下，對瓶內吹氣，水就會從另一支吸管中跑出來？	根據 PV=nRT ，溫度 T 固定，對瓶內吹氣會讓瓶內的分子數 n 變大，瓶內氣體的體積 V 就會變大(有點像吹氣球)，將水擠出瓶內。
	吸管下方接有水的臉盆，甩動吸管上方開口，水會逆行噴出 https://youtube.com/watch?v=239nBMLjZQ8	如何讓水從低處往高處移動？	增加低處的壓力，或減少高處的壓力。
		白努力定律是什麼？	流體在溫度固定時，流速越快，垂直於流速方向的壓力就會越小。
		使水往高處運動在生活中有什麼應用？	幫浦，將水由低往高處抽。
LED燈 組裝	使用紅黑色單芯線以及快接頭，將紅、藍、綠 LED 燈，分別與電池座並聯，並且分別在紅色 LED 燈與綠色 LED 燈前各串聯一顆 10 歐姆的電阻。最後用衣夾將電路組固定在一個可以將色光三原色聚集的容器上。	紅藍綠LED次序交換會發生什麼事呢？	投影在碗壁上投影的彩色影子顏色順序改變。
		在紅色、綠色LED前加電阻的目的是？	紅色及綠色LED工作電壓為1.8V~2.2V，若直接並聯3V電源，容易造成LED燒掉，因此在需分別在紅色及綠色LED前串聯小電阻降壓。
		如果三顆紅藍綠燈由並聯改為串聯，會發生什麼？	紅色及綠色LED的工作電壓為1.8V~2.2V，藍色LED的工作電壓為3V-3.2V，若三顆LED改為串聯，則僅提供3V電壓無法讓三顆LED同時發亮。
磁場與磁鐵	介紹永久磁鐵的特性以及其中的科學原理	從電子的角度，說明磁鐵磁性的起源。	由於鐵磁性物質的價電子(最外層電子)軌域有許多方向相同的電子，因此許多這樣的鐵磁性原子集合起來可以在無外加磁場下得到一個淨磁場。
	使用磁力觀察片觀察磁鐵內部的排列方式	磁力觀察片為什麼可以看到磁場？	因為磁力觀察片是一種含有液態磁粉的軟質薄片，透過磁場極性的感應，可以重新排列液態磁粉，清楚看到磁場是何種配向，及得知磁鐵上的磁極有多強。
	自製指北針，幫助學員探討磁鐵與生活當中的的應用	為什麼指北針的指針靜止時，指北針的尖端會指向北方?	指北針的指針受到地磁的磁力影響，指針 N 極受到地磁的 S 極吸引， 指向北方； 指針 S 極受到地磁的 N 極吸引，指向南 方。所以在地球上任何一個地方，指北針指針 都指向北方。
	自製磁鐵實驗，使用單極多面磁鐵片的特性，讓具有同樣特性的小怪物人偶在單極多面磁鐵製作的軌道上移動。	單極多面磁鐵片上面，是如何排列磁鐵，使得一面磁力很強，另一面磁力很弱？	使用海爾貝克陣列，如
磁浮賽馬	自製懸浮磁鐵： 準備一個透明杯 在杯底黏上一塊泡棉 在杯蓋底部黏上三枚磁鐵，三枚磁鐵垂直的磁極方向相同 在原子筆芯適當高度黏上數圈透明膠帶，以套緊一枚環狀磁鐵 原子筆芯上磁鐵的磁極方向，與杯蓋底部三枚磁鐵相斥 將套有磁鐵的原子筆芯穿入透明杯蓋中央孔，伸入透明杯內部 旋轉原子筆芯	如何在不使用手輔助的情況下使得磁鐵懸浮半空中？	運用同極磁鐵互相排斥的斥力，去抵消重力，就可以讓磁鐵懸浮在空中。
		在竹籤(或筆芯)上的磁鐵距離杯蓋的最佳位置是？	磁鐵最佳位置為杯蓋上方距離1cm處。
		底部泡棉存在的意義是什麼？泡棉上膠帶的功能是什麼呢？	底部泡棉用作固定中心軸竹籤(或筆芯)，泡棉上的膠帶可減少旋轉時的摩擦力。
		塑膠杯蓋上其中一顆磁鐵轉換磁極方向，會發生什麼事？依序增加杯蓋上磁極改變的磁鐵，會有什麼效果？	磁鐵方向不統一，均會造成磁鐵力其中一側不平衡。直到磁鐵方向統一改變至同方向。
	磁浮賽馬：在懸浮磁鐵上黏上圖片，旋轉筆芯，此時可以在筆芯中央的圖片上看見奔跑中的賽馬	電影或動畫是運用了什麼原理？	視覺暫留。
全影與半影	接續「LED燈組裝」，運用組裝後紅、綠、藍三色的 LED 燈，進行各種色光組合，並且用遮片增加色光組合的變化。	色光三原色是指哪三種顏色？	紅、綠、藍。
		三色色光混合會得到什麼顏色？	白光。

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. 電池
4. 電流
5. 電阻
6. 電功率
7. 基本電路
8. 二極體
9. 電晶體
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
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

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. 質能轉換
5. 質量造成時空彎曲
6. 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。