2014年3月2日

科學遊戲-壓力-大敵當前


十年前參加創意資訊融入教學比賽時,邊拍邊錄製了一些多媒體當作網頁的資訊教材,再輔以手邊的一些文本資料,設計了融入了科學史的壓力課程-「大敵當前-天使之翼」,「大敵當前」涵括了固體、液體以及氣體這三種狀態的壓力素材,而「天使之翼」則是介紹對台灣影響甚大的颱風。

當時把托里切利的水銀柱實驗,馬德堡市長格里克的半球實驗史都加了進來,因為在一般的教材內都是只聞其名而不識廬山真面目,甚至僅把過程與結果簡略地用兩、三句話帶過去。在當時編寫的課程設計中,加入了一些傳統但卻有效果的科學遊戲,也使用了那時候不易取得的抽氣罐來做探究演示。

那時候做了什麼科學遊戲呢?其中一項是取材自77個簡易好玩的科學魔術一書中的「飯碗相親相愛」(後藤道夫,P50-51),操作方法就是先讓兩個相同的杯子沖淋熱水,除了趕走部分空氣之外,也因溫度提高讓杯內的氣體分子動能增加。這時候需要一張比杯口稍大的、以水浸濕的報紙隔在兩個杯子中間,不建議使用乾報紙的原因是毛細孔的存在,不能有效地將杯緣封閉,也就是容易讓杯內外的壓力趨近平衡。
兩個杯子的杯口形狀雖然不拘,但還是圓形且沒有起伏較佳
不選用塑膠杯,是因為不耐熱且受力之後易變形,反而是拿磚頭砸自己的腳

當杯內的氣體冷卻時壓力逐漸下降,杯內外的壓力差異把它們兩緊密地壓在一起,所以當手執杯子向上提起時,下面的杯子也會跟著被拉上來。要小心的就是杯子是玻璃材質,碰撞有可能會導致碎裂,所以不論對科學多有信心,操作器材的正下方最好鋪上毛巾或軟墊,以防萬一。
另一個活動就是教科書一定會出現的「終極杯墊」
不管是杯子橫放、倒放或旋轉,杯墊都因為大氣壓力及表面張力之故而不會掉落

會想要做這個活動,是因為當時手邊剛好有台灣第一名模林志玲代言的金飾廣告紙本,所以就把以她為中心,裁剪了幾張圓形圖樣,將她的倩影護貝起來,作為吸睛的大氣壓力自製教具。
橫著擺也不會掉,依兩力平衡的觀念,大氣的作用力來自右方且垂直杯墊
杯墊的尺寸只要比杯口稍大即可,也可以在另一側加裝吸盤,讓它可以垂吊

不過,設計讓學生討論的切入點當然不限於大氣壓力,事實上,它和抽氣罐實驗一樣,杯子內的水需不需要裝滿就是一個很好的探究題材。杯子內裝水的目的之一是讓杯緣和杯墊可以密合,不讓氣體輕易通過而保持密閉,至於水多或是水少也不會妨礙操作,不然的話,平均每一平方公分約1033.6公克的作用力會隨著杯口的面積而增加(F=PA)。除非想要拿起來用力上下垂直甩動,杯內的水才會對杯墊出現慣性與衝力的影響,否則就相信科學吧!
某次研習時實作的浮沉子作品,使用的是1ml的滴管與不易鏽蝕的銅釘
外面再釘裝水中生物的塑膠圖卡美化,講師聲稱塑膠圖卡是奈米防水處理(?)

最後就是大家耳熟能詳的浮沉子,將整個國二下第六章的力作個統整,不論是密度變化、力的平衡、帕斯卡原理、壓力與浮力,都可以在這個活動中做個小結與應用。也可以在其變化的形式中融入牛頓運動定律的初探,是個簡單又易上手的科學遊戲。

經過了十年的閱歷,多次回頭看看這份因為喜愛「大敵當前」這部電影而訂為壓力教學主軸的教案,可以增刪修改的部分有很多,能加進的活動素材與替代方案也不少。但是選擇多了,要把全部已知的活動都帶過一次嗎?當然不是,而是安排讓學習責任回歸到學生身上,思考如何串接以達到最大的教學效能,安排切入點以增進學習的刺激,並不是酷炫的花火放完又再次落入漆黑的世界,而是要讓每個活動具有意義,迷霧也會隨著探索的過程越來越少。

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