全民科學平台物質科學I公開課成果集

壹、前言

本成果集為全民科學平台的2019年下半年所舉辦之「物質科學 - 公開課I」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、學員成果與迴響、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：

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「學分組」和「參與組」，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：

貳、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)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)「建置自然科探究與實作教材教法及網路協作平臺」計畫

本計畫是由國立彰化師範大學物理系吳仲卿教授主持，召集國內熱心科學教育的學者專家，配合十二年國教108課綱之實施，針對探究與實作課程，設計動手學科學活動，充實平台內容，並辦理教師研習。

(六)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，因為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。

參、「動手學科學/物質科學I」的課程設計

一、科學觀念的系統與列表

二、科學觀念對應的活動

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。	中間的區域同時存在著電子。 因為包立不相容原理，已滿的電子軌域無法容納更多電子，因此兩個原子會因為彼此的電子軌域互相排斥而不會穿透。
		請簡單解釋包立不相容原理。	任意兩個處於同一原子軌道的兩個電子不能佔有相同的量子態。 or 處於同一原子軌道的兩個電子自旋方向必定相反。
電子軌域勞作	利用平面的原子模型，做出不同的原子。 用不同的原子組合成不同的分子。 用複數的金屬原子模擬金屬固體，解釋金屬導電的特性。	金屬為什麼有導電的特性？	導電的特性=電子容易移動。 金屬元素的最外層，都有很多空軌域可以讓電子進入，因此當很多個金屬原子連在一起時，空軌域就會連成通道，方便電子移動。
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	透過模擬動畫，觀察在分子的層級時的物質三態。 物質三態對生活的影響。	不同的態有甚麼特性？	固體時分子們會排列成固定形狀，並持續震動。 加熱成液體後，形狀會被破壞，振動會更劇烈，但還是黏在一起。 加熱成氣體後，開始有ㄧ些分子彈飛，不再黏在一起，振動會更劇烈。
		如果沒有固態/液態/氣態，對我們的生活會有甚麼影響？	ex. 如果沒有固態，人類可能會流來流去。 如果沒有液態，我們沒辦法喝飲料。 如果沒有氣態，我們沒辦法呼吸。
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。
		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。
		氫鍵產生的原因？	H2O有極性。
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。	拍照上傳過程與結果照片。 在紙上端正寫出組內分工以及計算波長的算式，並上傳。 討論各組結果為何不同？ 剔除極端值，全班各組做平均。 上網查出綠光雷射的波長，並跟實驗數據做比較。	實驗中有各種不同的誤差。 比較誤差大小，是否在兩個數量級(100倍)以內。
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？	線的長度不同，小球無法互相擊中質心。 球不夠重，沒有夠大的位能。
		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？	在一個沒有空氣阻力也沒有摩擦力的理想空間牛頓擺可以永久擺下去。 這種空間在現實生活中並不存在，目前只有在電腦模擬器裡可以實現。
		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？	冬天手摸著金屬製品，金屬製品會隨著時間變得不冷(體溫傳導能量到金屬製品裡，使它的溫度升高)。 手機充電(能量以電的形式從插座傳遞到手機裡)。
		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。 空中腳踏車也是一樣的道理，因為重心在支撐點之下，所以空中腳踏車可以利用小小的支點，取得完美的平衡。
		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
		什麼原因可能造成下坡玩具不會往下走？	坡度不夠(後重心無法作用)。 摩擦力太大。
		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。	軸線不直，使得活塞上下運動時容易卡住。 冷熱溫差不夠大。 活塞會導熱，造成上下兩邊的溫度變得一樣。
		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
  1. 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。
  2. 做出紙製平衡鳥(非黏土平衡鳥)。並解釋它。
  3. 讓「簡易小馬達」轉起來，並解釋它。
  4. 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	任意兩個處於同一原子軌道的兩個電子不能佔有相同的量子態。 or 處於同一原子軌道的兩個電子自旋方向必定相反。
2	2019.11.6	物質的態	下圖為一張水的三相圖 Q1.請完成填空1~5。 Q2.請解釋在A點時，水的狀態(可能會改變喔)。 Q3.請解釋在B點時，水的狀態(可能會改變喔)。	A1 A2在同一個溫度，隨著壓力越大，水會從氣態，變成液態。 A3在同一個壓力，隨著溫度越低，水會從氣態，變成液態，再變成固態。</td>
2	2019.11.6	物質的態	請問，如何讓液態水變成氣態水? 兩個狀態的差別是?	加熱 液體時，沒有固定形狀，會持續振動，分子們黏在一起。 加熱成氣體後，開始有ㄧ些分子彈飛，不再黏在一起，振動會更劇烈。
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。 自由落體是加速度運動。
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？ □光敏電阻 □發光二極體 □熱敏電阻 □紅外線發射器 □紅外線接收器 □橙黑棕金的電阻 □可變電阻	☑光敏電阻 □發光二極體 ☑熱敏電阻 □紅外線發射器 ☑紅外線接收器 □橙黑棕金電阻 ☑可變電阻
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。 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。
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：

1. 658(板橋－西門)->新埔國中站下車
2. 橘5(板橋－捷運景安站)->新埔國中站下車
3. 857(淡海－板橋)->新埔國中站下車

參考網址：urclass.net/AL/banciao.html

肆、學員成果與迴響

一、學分組修課心得

(一)學員

1. 姜主榮
   • 我最喜歡的課應該是電路的，因為我沒有玩過麵包版。有很多實作。
2. 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。
3. 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。

二、參與組修課心得

(一)家長

1. 家長們的修課感想
   • 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。
2. 家長們的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！

(二)學員

1. 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。

三、成果

(一)實作成果

(二)學習單

(左為參與組、右為學分組)

(一)實作成果

• 學習單主要的用意，不是用來測驗同學，而是希望同學可以重新思考，在課堂上所學的事物，如果有不明白的地方，老師可以馬上做二次說明。

(三)成果影片

• 動手學科學公開課【物質科學Ｉ】課程紀錄｜全民科學平台

四、證書

(左為參與組證書、右為學分組證書)

伍、未來工作與展望

一、完成更多科目的活動設計與公開課的課程設計

整個全民科學平台的科目，共分為五科：

1. 物質科學：即傳統概念中的物理及化學。
2. 生命科學：即傳統概念中的生物。
3. 天文地科：即天文學與地球科學。
4. 數學。
5. 資訊。

未來將循物質科學公開課的模式，只要蒐集到足夠的「動手學科學」活動，就可以串接成一個約 6~9 次的公開課程，實際找學生來教教看，以驗證其可推廣性。下一個公開課的科目是數學，數學之後是生命科學。

二、經營教師社群

支持活動設計的是教師社群，教師社群一樣依五個科目分組設置。每科的教師社群有自己的召集人，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 500 元，助教是每小時 250 元。

三、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。

四、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. 試著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。

五、結合其他的科學學習資源

科學是學生和家長重視的項目，國內可以幫助科學學習的資源也很多，但沒有一個是全方位的。本平台在立穩腳跟之後，應該和教育部的因材網、民間的 LIS情境科學教材、均一教育平台長期合作，相互成為彼此的協力單位，共同推動科學普及的大業。