向董事長與計畫主持人說明「物質科學Ⅲ」公開課
向國教署彭富源署長爭取補助
補助
已向國教署申請到43萬6千元，其中將給遠哲五萬元做計劃執行經費
申請案簡述
- 建立有資源、平台、社群的平台，讓社群合作來對抗折舊
- 本平台須採 Mediawiki
- 本平台內容授權採 CC 授權
- 主辦單位:遠哲科學教育基金會
- 協辦單位:中華民國社團法人振鐸學會、信誼基金會
- 計畫對象
- 科普參與者、課程/教學服務提供者
- 實施方式
- 計畫主持人：陳竹亭、專案經理人：丁志仁
- 資訊平台網址：science4everyone.net
- 社群聯絡工具：Line、FB、YT
- 平台四大基本要素
- 主要的科學原理或觀念(分為九群共91個觀念與原理)
- 「動手學科學」活動設計(已有200多個)
- 各個原理的「原理說明頁」
- 舉辦「驗證課程」或到中小學去辦「推廣活動」
- 持續辦理編輯培力
- 讓學生協助編輯與整理wiki上的活動頁與原理說明頁
- 廣宣
- 辦理公開課
- 將公開課過程剪成影片上YT
課表
| 主題 | 課次 | 日期 | 課程名稱 | 教師 | 課程說明 |
|---|---|---|---|---|---|
| 電池 與 儲能 | 1 | 2.15 | 電池原理與家用功率 | 蔣盛暐 | 1. 能量轉換 2. 充放電 3. 家用電器功率 |
| 2 | 3.1 | 簡單的家用儲能設備 | 蔣盛暐 李國章 | 1. 逆變器 2. 磷酸鐵鋰電芯 3. 控制電路 | |
| 3 | 參訪社區微電網 | 丁志仁 | 烏來德拉楠民族實驗小學 | ||
| 數值 編碼 與 計算 機器 | 4 | 2.22 | 開關與邏輯閘 | 丁志仁 | 1. PhET 直流電互動線路 2. 開關與 and or not gate 3. 多層邏輯閘 |
| 5 | 3.8 | 復盤1-3課次 | 丁志仁 | 復盤1-3課次 | |
| 6 | 3.15 | 二進位、十六進位與文字編碼 | 丁志仁 | 1. 操作二進位 2. 操作十六進位 3.操作 ASCII 編碼 | |
| 7 | 3.22 | 加法器 | 林芸伍 | 1. 使用7400系列IC和麵包板 2. 搭建簡單的加法器電路 | |
| 8 | 3.29 | 色碼與點陣圖 | 鄭婷茹 | 1. 波長與顏色 2. 色光三原色 3. 像素的數值表現 | |
| 光波 與 光速 | 9 | 4.5 | 光波與光速 | 丁志仁 | 1. 紅外線穿透塑膠袋 2. 找出微波爐中微波的波長 3. 找出微波的頻率 4. 計算微波的光速 5. 查找綠色射筆的波長 6. 操作雷射筆的雙狹縫干涉 7. 解說電子的雙狹縫實驗 |
| 10 | 4.12 | 評量 | 待定 | 駐站實作評量 | |
部分學員因評量當日請假沒來，4/27特別開放四位學員補考，讓所有學員都成功拿到證書。
活動一覽表
| 分類名 | 名稱 | 活動 | 活動介紹 |
| 物質的態 | 透明 | 【透明】 | 探討光的傳播，理解不同物質的透明性。 |
| 能量 | 能量轉換 | 【業力引爆】用手機引爆氣球 | 使用手機閃光燈引爆氣球，展示光能量的轉換。 |
| 【奇幻旋轉】用手心的熱推動紙風車 | 利用手心的熱量來推動紙風車，展示熱能如何轉化為動能。 | ||
| 【能量轉換 13 段影片＋能量形式辨識】 | 學生觀看影片並辨識不同形式的能量轉換，如機械能、熱能、電能等。 | ||
| 電與電路 | 電荷 | 【萊頓瓶】用起電棒充電萊頓瓶，放電產生火花；或點亮麵包板上的 LED 燈 | 使用起電棒充電，展示靜電放電的效果，並點亮麵包板上的LED燈，觀察靜電放電。 |
| 電壓 | 【用手機慢動作拍攝日光燈管，看到明暗轉換】手機切至攝影模式，調整成240Hz，拍日光燈錄影。 | 通過手機慢動作拍攝日光燈的閃爍現象，了解光的頻率和日光燈的工作原理。 | |
| ⊕【市電＋變壓器＋示波】 | 使用變壓器將市電電壓轉換，並用示波器觀察變壓後的波形，學習交流電的基本特性。 | ||
| 【半波整流】 | 通過半波整流電路，展示如何將交流電轉換為脈動直流電。 | ||
| 【橋式整流】 | 使用橋式整流電路將交流電完全轉換為直流電，學習整流的基本原理。 | ||
| 電池 | 【電池＋示波】 | 用示波器觀察電池的輸出波形，探索直流電源的特性。 | |
| 【鐵鋰電池】 | 介紹鐵鋰電池的基本原理，並展示其應用於儲能系統中的優勢。 | ||
| 【參觀露營車】即一個小型微電網。包含：發電裝置、電池、控制器、逆變器四類元素。 | 了解微電網的運作，探索露營車中的發電、儲能、控制和逆變系統。 | ||
| 電流 | 【電流熱效應】3V 電池燒鋁箔紙細條 | 用3V電池讓電流通過鋁箔，觀察電流如何轉換成熱量。 | |
| 電功率 | ⊕【微電腦智慧插座】量單一電器的瓦數 | 測量並計算單一電器的瓦數，學習如何管理電力消耗。 | |
| ⊕【家電瓦數大匯整】 | 統計並分析家庭中各種家電的瓦數，幫助學生理解家庭能源消耗。 | ||
| 【抽水馬達用電計算】 | 計算馬達運行所需的電力，學習如何估算機械設備的能源需求。 | ||
| ⊕【規畫一天的用電量】 | 根據家中電器的用電量計算一天的總耗電量，學習能源管理。 | ||
| 【離峰與尖峰電價差】 | 了解電價隨時間的變化，理解離峰與尖峰電價的差異。 | ||
| 基本電路 | 【認識並學會操作：免焊萬用電路板(麵包板)】 | 學習如何使用麵包板搭建簡單的電路，無需焊接。 | |
| 【認識並學會操作：PhET 直流電 - 虛擬實驗室】 | 使用虛擬實驗室來模擬直流電路的運作，增進學生的理解。 | ||
| 電晶體 | 【Identity Gate 恆等閘】 | 學習數位邏輯中的恆等閘，理解其在電路中的功能。 | |
| 【NOT gate 非閘】 | 學習如何使用非閘來反轉邏輯輸入，並理解其應用。 | ||
| ⊕【及閘 AND gate】 | 學習與閘的基本概念，並了解如何將兩個條件結合起來。 | ||
| ⊕【反及閘 NAND gate】 | 介紹與閘的反向版本，並學習其邏輯和應用。 | ||
| 【或閘 OR gate】 | 學習或閘的運作，理解在邏輯電路中的應用。 | ||
| 【反或閘 NOR gate】 | 介紹或閘的反向版本，學習其在邏輯電路中的功能。 | ||
| 【互斥或閘 XOR gate】 | 了解互斥或閘的特性，並學習其如何處理互斥條件。 | ||
| 【互斥反或閘 NXOR gate】 | 學習互斥反或閘，並探索其在邏輯運算中的應用。 | ||
| 【半加法器（half adder）】 | 介紹半加法器，學習其在數位邏輯中的基本運作。 | ||
| 【IC 7400】用麵包板驗證腳位的電氣特性 | 使用IC 7400芯片，驗證邏輯閘的腳位功能。 | ||
| 【全加法器實作】 | 學生實作全加法器，理解如何將多個二進位數字相加。 | ||
| 干涉 | ⊕【綠光干涉】 | 利用雷射筆與鉛筆芯，觀察綠光干涉現象，學習光波的波動性質。 | |
| 視覺暫留 | 【視覺暫留】 | 學習視覺暫留效應，了解如何通過快速的圖像變換來創造持續的視覺效果。 | |
| 相對論 | 光速不變 | 【微波爐算光速】 | 通過微波爐的實驗計算光速，了解光的傳播速度。 |
| 計算機器 | 進位 | 【認識十六進位】 | 介紹十六進位的基礎概念，並學習如何進行進位計算。 |
| ⊕【十六進位與十進位的轉換：立體方塊】 | 透過實作練習，學生學會將十六進位與十進位數字互相轉換。 | ||
| ⊕【為什麼三個 bit 可以數的數是 2×2×2 而不是 2+2+2】 | 利用問題幫助學生理解位元（bit）如何影響數字範圍。並理解是用乘法而非加法。 | ||
| 【十進位轉十六進位：mkHex.php】 | 學生使用程式將十進位數字轉換為十六進位。 | ||
| 【十六進位轉十進位：mkDec.php】 | 學生使用程式將十六進位數字轉換為十進位。 | ||
| 【字集：ASCII共95個可顯示字元】 | 介紹ASCII字元集，並學習如何處理字符編碼。 | ||
| 編碼 | ⊕【知道字的編碼，然後送出字：mkWords.php】 | 學生實作程式，根據字元編碼來輸出字符。 | |
| 【認識 Emoji (日語：絵文字)】 | 介紹Emoji的編碼與使用，理解其在現代數位交流中的重要性與其編碼。 | ||
| ⊕【查出字符的 UTF-8 編碼：mkCode.php】 | 學生學習如何查詢字符的UTF-8編碼。 | ||
| 【魔數時間】利用特製的卡片，讓學生選好數字後來猜測。透過知道有卡片幾，把它當成2的指數倍去相加。 | 透過特製卡片，學生使用二進法特性來猜測數字，理解進位系統的概念。 | ||
| 【手指數數】用一隻手可以算到31 | 利用手指，學生學會如何表示二進位數字，理解進位概念。 | ||
| 【簡易色彩選擇器：colorRGB.php】 | 學生學會如何將顏色轉換為RGB編碼，並設計簡單的顏色選擇工具。 | ||
| ⊕【用像素構成圖形：colorPixel.php】 | 學生學習如何用像素編碼來構建圖形，理解圖像處理中的編碼方法。 | ||
| 【畫熊臉：circleDraw.php】 | 學生實作程式，利用數學概念畫出圖形（如熊臉），了解圖形編碼。 |
器材一覽表
| 項目 | 數量 | 單位 | 課次 |
| 剪刀 | 5 | 隻 | 電池原理與家用功率, 簡單的家用儲能設備 |
| 美工刀 | 5 | 隻 | 電池原理與家用功率 |
| 吹風機 | 2 | 台 | 電池原理與家用功率 |
| 延長線 | 4 | 條 | 電池原理與家用功率 |
| 智慧插座 | 10 | 個 | 電池原理與家用功率 |
| 鋁箔紙 | 1 | 捲 | 電池原理與家用功率, 簡單的家用儲能設備 |
| 氣球 | 1 | 袋 | 電池原理與家用功率 |
| 黑色奇異筆 | 5 | 隻 | 電池原理與家用功率, 簡單的家用儲能設備 |
| 發光二極體 | 50 | 顆 | 電池原理與家用功率, 開關與邏輯閘, 加法器 |
| 小麵包版 | 20 | 個 | 電池原理與家用功率, 簡單的家用儲能設備, 加法器 |
| 電池 | 90 | 顆 | 簡單的家用儲能設備, 開關與邏輯閘, 加法器 |
| 電池座（四入） | 20 | 個 | 簡單的家用儲能設備, 開關與邏輯閘, 加法器 |
| 1k歐姆電阻 | 19 | 個 | 簡單的家用儲能設備, 開關與邏輯閘, 加法器 |
| 5k歐姆的電阻 | 19 | 個 | 簡單的家用儲能設備, 開關與邏輯閘, 加法器 |
| 開關 | 38 | 個 | 簡單的家用儲能設備, 開關與邏輯閘 |
| 跳線（10公分） | 120 | 條 | 開關與邏輯閘 |
| 示波器 | 1 | 台 | 簡單的家用儲能設備 |
| 三用電表 | 2 | 台 | 簡單的家用儲能設備 |
| 變壓器(PT-12) | 5 | 組 | 簡單的家用儲能設備 |
| 單芯線(0.5mm) 10m | 2 | 捲 | 簡單的家用儲能設備 |
| 二極體 1N4007 | 18 | 顆 | 簡單的家用儲能設備 |
| 進位制積木盒 | 1 | 組 | 二進位、十六進位與文字編碼 |
| 大麵包版 | 20 | 個 | 加法器 |
| 跳線（5公分） | 180 | 條 | 加法器 |
| 電晶體7408IC | 20 | 顆 | 加法器 |
| 電晶體7486IC | 20 | 顆 | 加法器 |
| 電晶體7432IC | 20 | 顆 | 加法器 |
| SPDT-Switch | 5 | 顆 | 加法器 |
| 綠光雷射筆 | 2 | 隻 | 光波與光速 |
| 感熱紙 | 1 | 捲 | 光波與光速 |
| 微波爐 | 1 | 台 | 光波與光速 |
| 雙面膠 | 4 | 捲 | 光波與光速 |
| 捲尺 | 1 | 捲 | 光波與光速 |
學員
共15位
- 均退還保證金，並取得參與證明。
| 姓名 | 年級 | 性別 |
|---|---|---|
| 鄭婷如 | 成人 | 女 |
| 况宥興 | 國小 | 男 |
| 林筱汶 | 國小 | 女 |
| 彭立和 | 國小六年級 | 男 |
| 洪子安 | 國小 | 男 |
| 陳庭煦 | 國小 | 女 |
| 李佳穎 | 國小 | 女 |
| 洪維佑 | 國小 | 男 |
| 彭梓熙 | 國小三年級 | 女 |
| 彭睿棠 | 成人 | 男 |
| 陳佳琳 | 國中二年級 | 女 |
| 陳侑駿 | 國中二年級 | 男 |
| 歐恩豪 | 國小 | 男 |
| 歐恩宇 | 國小 | 男 |
| 張安潔 | 國小四年級 | 女 |
上課紀錄
| 第一課次 | 第二課次 | 第三課次 | 第三課次 | 第四課次 |
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| 【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) |
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| 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 |
結案條件
維護資訊平台
目前大致功能已建置完成，將以維護為主，並持續完善系統。
發展社群聯絡工具
目前已建置email，Line，FB等3種聯繫工具。將定期推播辦理活動訊息、精進會議資訊與推廣影片教學資源。
發展課程並推廣教學
今年已開課，可參考上述說明。
完備活動設計並生產文件
課程剛結束，後續將繼續擴充Wiki「活動頁」與「原理解說頁」。也會將課程內容剪成影片上傳YT。
特點
升級到以主題為單位
- 以往課程安排：以往的課程設計是讓老師自由發展每週的教學內容，各週之間並沒有明顯的聯繫與延續。這樣的安排使得學習內容顯得分散，學生在學習過程中難以將各個部分有機地串聯起來，對知識的整體理解較為薄弱。
- 此次課程的改進：本次課程透過將內容以三大主題為單位進行設計，實現了課程的內在連貫性與知識的逐步深入。這樣的安排不僅讓學生能夠從基礎的科學原理出發，建立對世界運作的理解，還能通過動手實驗來落實科學的生活實踐，使知識更加具體和有用。
- 三大主題包括：
- 電池與儲能：通過了解電池和儲能技術，學生將理解現代科技中能源的儲存和轉換，並能夠識別各種能源應用場景。
- 數值編碼與計算機器：探索數字編碼和電腦的運作原理，學生將學會如何將數據進行處理，並能夠在日常生活中理解電腦如何運作。
- 光波與光速：學習光的基本性質與光速的測量方法，學生將能夠理解光波如何影響我們的日常生活，並且掌握光速的科學原理及其在物理中的應用。
物質科學概念總表
- 經過持續的探索與擴充，物質科學概念總表已經擴充至91個觀念與原理。本次課程的設計與內容也包含在這些概念中，學生能夠系統地學習和應用這些理論知識，進一步深化他們對科學世界的理解。
- 本課程原定於進行物質科學的學習，然而，根據課程需求及目標，將物質編碼與計算機器（加法器）相關的數學概念納入課程內容。因此，儘管課程核心是物質科學，但部分內容涉及數學架構，特別是在數值編碼和進位系統的應用部分，將會作為後續進一步開展的基礎。
| 系統分類 | 科學觀念 | 活動 |
| 物質的態 | 透明 | 【透明】 |
| 能量 | 能量轉換 | 【業力引爆】用手機引爆氣球、【奇幻旋轉】用手心的熱推動紙風車、【能量轉換 13 段影片＋能量形式辨識】 |
| 電與電路 | 電荷 | 【萊頓瓶】用起電棒充電萊頓瓶，放電產生火花；或點亮麵包板上的 LED 燈 |
| 電壓 | 【用手機慢動作拍攝日光燈管，看到明暗轉換】手機切至攝影模式，調整成240Hz，拍日光燈錄影。、⊕【市電＋變壓器＋示波】、【半波整流】、【橋式整流】 | |
| 電池 | 【電池＋示波】、【鐵鋰電池】、【參觀露營車】即一個小型微電網。包含：發電裝置、電池、控制器、逆變器四類元素。 | |
| 電流 | 【電流熱效應】3V 電池燒鋁箔紙細條 | |
| 電功率 | ⊕【微電腦智慧插座】量單一電器的瓦數、⊕【家電瓦數大匯整】、【抽手馬達用電計算】、⊕【規畫一天的用電量】、【離峰與尖峰電價差】 | |
| 基本電路 | 【認識並學會操作：免焊萬用電路板(麵包板)】、【認識並學會操作：PhET 直流電 – 虛擬實驗室】 | |
| 電晶體 | 【Identity Gate 恆等閘】、【NOT gate 非閘】、⊕【及閘 AND gate】、⊕【反及閘 NAND gate】、【或閘 OR gate】、【反或閘 NOR gate】、【互斥或閘 XOR gate】、【互斥反或閘 NXOR gate】、【半加法器（half adder）】、【IC 7400】用麵包板驗證腳位的電氣特性、【全加法器實作】 | |
| 干涉 | ⊕【綠光干涉】 | |
| 視覺暫留 | 【視覺暫留】 | |
| 相對論 | 光速不變 | 【微波爐算光速】 |
| 數學 | 進位 | 【認識十六進位】、⊕【十六進位與十進位的轉換：立體方塊】、⊕【為什麼三個 bit 可以數的數是 2×2×2 而不是 2+2+2】、【十進位轉十六進位：mkHex.php】、【十六進位轉十進位：mkDec.php】、【魔數時間】利用特製的卡片，讓學生選好數字後來猜測。透過知道有卡片幾，把它當成2的指數倍去相加。、【手指數數】用一隻手可以算到31 |
| 編碼 | 【字集：ASCII共95個可顯示字元】、⊕【知道字的編碼，然後送出字：mkWords.php】、【認識 Emoji (日語：絵文字)】、⊕【查出字符的 UTF-8 編碼：mkCode.php】、【簡易色彩選擇器：colorRGB.php】、⊕【用像素構成圖形：colorPixel.php】、【畫熊臉：circleDraw.php】 |
維持四大精神
- 四大精神的延續：本次課程設計依然秉承並強化了四大教學精神，旨在讓學生能夠更深入、全面地認識科學世界，並且能夠將所學應用於實際生活中。
- 使用生活中的材料與現象來設計科普教學活動：本課程強調將日常生活中的現象與材料作為教學工具，使學生在實際的場景中學習科學，這樣不僅提升了學習的趣味性，還能幫助學生理解科學與生活的密切關聯。
- 儘量讓學生動手做：動手操作是學習的核心之一，通過實際操作和實驗，學生能夠更直觀地理解科學理論，並在動手實踐中鍛鍊解決問題的能力。
- 重視問題探究：本課程重視學生對科學問題的探究精神，鼓勵學生從問題出發進行思考，並通過實驗、討論和反思來尋找答案，這樣有助於提升學生的批判性思維和問題解決能力。
- 採用 CC 授權，允許使用者將教材改成現場需要的樣子：為了讓課程更具靈活性，我們採用了 CC 授權，這不僅能讓參與者自由修改教材內容，還能讓教師根據自己的需求進行個性化的課程設計，實現知識的共享和個性化教學。
幫助學習者看懂世界
知識與生活的聯繫：本課程的設計不僅聚焦於理論學習，還強調如何將所學的知識應用到實際生活中。學生在學習過程中能夠實踐科學，並發現科學知識如何直接影響我們的生活和工作。
推廣計畫
- 招募半志工半工讀，逐步完善活動頁與原理說明頁：我們計劃招募一批半志工和半工讀的學員來協助完善課程資料與活動頁面的內容，使其更加充實、易於理解，並逐步擴充和更新相關資源。
- 充分運用器材：課程會充分利用現有的教學器材，確保這次購買的器材還有繼續使用的機會。
- 找講師費和學校、機構再合作：未來我們將與更多學校和機構合作，透過另尋講師費，以擴大課程的推廣範圍，並確保有更多優質的教學資源進入課堂。
