2013年1月19日

生活科學-能量-水車


除非是刻意培養,否則大部分的學生看到東西、接觸到事物時,想要去深入了解隱含在背後原因的人數比例並不會太多。舉個最近剛發生的例子,有天我和老婆在看電影「十月圍城」時,她頻頻問我:『電影中犧牲這麼多人,為的是要保護孫文,那麼孫文是誰?』聽了差點沒吐珍珠奶茶而亡,還好我以前文科也不錯,便把事情的來龍去脈再簡短的解釋一次,於是老婆給了我一個原因:『沒辦法,我以前的歷史最不好了。』事情就這樣過去了…

也除非是刻意注意,否則大部分的大人接觸到身邊的事物時,都會認為它是「理所當然」的存在,如果連大人都這樣習慣性地過生活,孩子就沒辦法從他們所身處的世界中探索。
日本富士山下的忍野八海,是許多攝影愛好者一定要朝聖的地方
這是位於道路旁邊的水車,是用來磨穀物的,裡面的結構都保存得非常完整

能量的轉換,隨處可見,但就是因為我們的生活中太過於平常,平常到我們習慣去忽略它,所以便把它的存在視為理所當然,等到缺少了它的時候,才會覺得不方便,也才會重視它的存在,社會大眾的焦點這時才會因為「不便」、「影響生活」而把焦點放在這塊領域。
從外觀而言,水車是一個輪狀物體,利用水的動能來驅動

其構造包含了許多簡單機械的原理在內,包括輪軸、斜面、齒輪、槓桿原理等等

以水車為例,以往的水力就是利用水流動的動能來推動水車,使得水車轉動之後,帶動與水車聯結的齒輪與其他簡單機械,而進行粗重的工作。這是利用大自然的力量,搭配先人的智慧結晶所製造出來的工具,來進行能量的轉換。
中庭的人工水車造景,座落在日本橫濱八景島中
看似循環不已,卻能隱約透露能源在設計者與教育者心中的意涵與落差

但是工業化與都市開發之後,這一類巧妙利用大自然力量的工具逐漸的消失中。人類以其他更有效率的方式來取代這種沒有污染的再生能源。而且,為了彌補逐漸失去的古老記憶,人類還在城市內,沒有河流經過的地方,設立了水車這種東西,刻意營造懷舊的氣氛。
這組裝置是利用電能驅動的馬達,將低位能的水提升到高處後使之流出

之後因為重力的因素,而使水向下掉落,掉落的過程中,位能轉換成動能
具有動能的水墜擊在水車的扇葉上時,便推動扇葉旋轉

但是背後的意義卻大有不同,人為刻意規劃出來的造景,並不是取之於大自然,也不是藉助其力量來運轉。反而是使用了二次能源-「電能」,來獲得一次能源,再把這些能源,或多或少的再轉換成電能。但是在能量轉換的過程中,不可避免的有能量會散失,也就是不同形式的能源之間沒有辦法100%的轉換,因此可以利用的能源會越來越少。
這座水車座落在一灘小水塘中,水塘中可說是死水,但如何使水車運轉呢?

南部的學校帶學生畢旅時,總是會安排這麼一個景點-「木柵動物園」,等於是帶他們回家,以解思鄉之愁。在裡面的可愛動物區附近,就會看到這種人為的造景。學生一看到,就直呼:『老師,那邊有個騙人的假水車!』當老師帶畢旅來這裡七、八次了,早就見怪不怪了。
原來驅動水車轉動的動力源是藏在另外一邊的電動馬達
也就是這座水車的運轉並不是憑藉自然的力量,而是人為的

能源這單元雖然是下學期的課程,但是我們必須技巧性的把這部分課程融入在前面的單元中提早教完,而且這個身邊的現象和她們所學得的利用河流的位能及動能來轉換成其他能量有不同之處,所以學生才會提出這個歧異性問題,而這正是我們該做的補充解釋與努力的方向。
杓取上來的水,在流出水車之前會落在一旁設置好的溝渠中
溝渠不一定水平,像圖中就是偏斜往左邊,這是想要讓水往哪邊流動有關的設計

溝渠的設計一定是越來越低的,這樣水才能由高處流到低處灌溉
圖中的水道高度不會落差太大,斜角小使得補充進來的水可以慢慢流動

教到能源單元的時候,大部分的老師通常是一節課就給它結束了,我想可能的原因就在於它不是基測的重點,所以在認知的部分可以交待得過去就好。不過情意和技能的部分呢?這樣強記知識的效果有多久的保鮮期呢?我想學過教育原理的夥伴們都知道,它大概會是國中生的短、中期記憶吧。過了基測,誰還會想到這些與生活息息相關的東西?

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