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2020年9月8日 星期二

探索教育之密度實驗

怎麼跟孩子談密度的概念?

密度其實說起來似乎很抽象,但是其實又很實際,日常生活中也常常會用到相關的觀念,所以最好的方式還是透過操作來體驗。

在一開始的時候,我們分享什麼物體在水裡面會沉下去或是浮起來?

孩子的第一個概念就是輕與重的想法,但是這其實還不夠具體,因為船很重但是也是會浮起來,而沙子很輕卻會沉到水底下,其實是「密度」。

密度從字面上的意義就是「緊密的程度」,實際上的狀況在物體受到「重力」的影響時,密度大的物體,在相同空間下,受到重力的影響也較大,所以容易向下沉。

這裡又回到比較抽象的概念,所以孩子其實不容易理解,所以我們用一個裝滿塑膠粒的罐子,當我們放進金屬做的螺帽在塑膠粒的表面後再搖晃罐子,我們可以發現螺帽慢慢的就沉下去了,同樣的,我們如果事先將一個木頭物品放在館子底部,在搖晃罐子的時候,我們就可以發現木頭慢慢的浮出來。

這個實驗我們可以體會密度在一些顆粒碰撞之下的慢動作效果,更真實的呈現浮沈之間的關係。

接著我們用染色的鹽水與淡水,來具體呈現密度大的鹽水會沉在密度小的淡水之下,無論是先放鹽水再放淡水,或是先放淡水再放鹽水,都可以達成同樣的結果,但是重點是要輕...輕...放。

所以這裡的操作不單單是密度的特性,同時也是考驗(或是培養)做科學的重要素質,耐心,的重要時刻,我們利用鹽水與淡水,來做成層層分明的「彩虹水」。

製作彩虹水的過程,異常安靜

這是失敗與挑戰的過程

專注!!!

專注!!!

專注!!!

專注!!!

專注!!!

專注!!!

還是專注!!!

實驗操作過程中,可以看到孩子的失敗、想放棄、又不願意放棄、求救、等等的狀態,這些都是非常正常的結果,老師的角色也非常重要,該幫或是不該幫,都要因時、因人而異,重點是要不斷的鼓勵孩子繼續挑戰,也要願意不斷嘗試,因為放棄永遠是最快的一條路,但是要再重新開始點燃嘗試的心,卻是難上加難,所以最重要的就是要確保孩子們願意嘗試。

這一批孩子真的很棒,他們沒有被挫折打敗,還願意不斷的嘗試,有些孩子懂得先降低目標,從六層彩虹水開始做,有些知道要找一個不容易被撞到的地方進行實驗,有些則是願意不斷的嘗試,有些孩子成功之後就願意挑戰更多層的,還有些孩子挑戰成功之後,想要休息一下,然後繼續挑戰。



努力的成果總是每好的

這些都是學習的面向,沒有什麼對或是錯,因為每個孩子都有不同的需求,需要我們仔細去探尋與回應,到最後還是那一把尺,不要讓孩子失去學習的熱忱。

在密度實驗的驗收階段,我們用調製「夢幻漸層飲料」來當成目標,看看誰可以調出有趣又好喝的飲料。

準備的材料有蝶豆花水、菊花水、咖啡、黑松汽水(透明)、柳橙胡蘿菠汁、健酪、白開水、濃縮檸檬汁、糖水等等,這其中藍色的蝶豆花水碰到酸性會變成紫紅色,則是另一個顏色的區別。

調配中孩子慢慢又發現沒有滴管的協助,要慢慢的將兩種密度其實差沒有很多的液體,倒成兩層其實是有困難的,所以我提供一個3D列印的小流量吸管漏斗當成輔助,之後又用冰塊當成緩衝,兩人一組的調配過程,其實看到許多有趣的畫面,有些孩子失敗的很高興,因為可以喝飲料,有些則是一直在乎飲料種類,結果選到都是類似的顏色,導致分層不清楚,有些孩子調出好看的顏色,也發現真的好喝,也有些則調的太甜喝不下去。

這些過程可以看到當我們願意提供一個嘗試的機會時,孩子是可以大膽的嘗試的,而這也是我們應該要提供的學習方式,因為大膽嘗試之後,才有可能產生新的經驗與刺激,對於學習中的孩子來說,這些是寶貴的,比課本中那些「標準答案」還重要,因為未來他們所要面對的世界,其實都是充滿未知的,他們需要的就是嘗試的勇氣。

優雅而美麗的飲料

你覺得這樣好嗎?

來!再來一點紫色


我的飲料最好看、最香、最好喝了



每次實驗做完就是寫(畫)紀錄,寫紀錄的過程可以有再想一遍的好處。

2019年9月26日 星期四

做專題的目的

做專題的目的何在?
會不會是一件吃力不討好的工作?

我其實在帶學生做專題的過程中看到幾個面向。

首先,教育本來就不是要討好誰的工作,我們要做的是百年樹人的工作,成績好壞是一時的,但是解決問題的能力,卻是一輩子的。

其次,做專題有點類似現在許多學校在跑的「主題課程」,它是個綜合性的運用,不單單是學科能力,還有學科運用能力、計畫掌控能力、時間運用能力、人際互動能力、資料搜尋能力、文字表達能力,甚至還有行銷企劃的能力,好處實在是多到數不完。

有些老師或是家長可能還是會抱怨孩子書都讀不完了,為什麼要做這些專題?

而我想說的是:
書,是沒有讀完的一天,
學習也是一輩子的事情,
重點是你的學習是為了什麼?

2018年10月17日 星期三

三張 A4 的紙

三張 A4 的紙能做什麼呢?

今天科學研究社我們來研究結構,當然,大部分的同學都沒有什麼經驗,所以也算是一場暖身,我們可以利用這個操作過程,熟悉一些操作與設計的概念。

操作的要求如下圖:

這是一個平台的概念,利用這三張 A4 的紙,同學需要做出一個高於10公分的平台,平台上面應該有至少直徑10公分的面積,方便之後放置重物,最後看誰可以支撐重物時間超過10秒鐘,那個重量就是成績,看那一組可以支撐最重的重量。

活動開始,各組都在自己過去的經驗中尋找各種可能性,有的做成波浪狀的結構、有的設計成特殊的桌子的形狀、有的設計成雙子星大樓的模式、也有一組根本就不知道要做什麼。

其中琇卉組則一開始就用圓形結構的模式,他們還很認真的先用一個圓來測試可以承受的重量,接著又用幾個圓組成的結構來測試,每次測試都讓他們對這樣的結構充滿信心,最後全組成員信心滿滿的開始著手進行製作與組裝,小組成員間的分工與進度非常良好,也很快的就完成平台的製作。
琇卉組開心的進行測試





終於比賽開始,我們將已經個別秤好重量的木片放在旁邊,由參賽組別按照自己的需求選取適當的重量加在自己的平台上面,等到自己覺得重量差不多了,就請老師幫忙計時,時間超過10秒的話,這個重量就是有效重量,這時候還可以選擇性的繼續增加重量,確定好之後繼續計時10秒,依此類推,所有支撐10秒以上的重量,都是有效重量。

想不到最後勝出的竟然是原先想要放棄的一組,他們三張 A4 的影印紙,竟然可以支撐11公斤,領先第二名將近4公斤的重量,真是不簡單!

其實最後除了花比較多時間設計造型的雙子星大樓組以外,其餘的組別幾乎都跟琇卉組學習,大部份都是圓形結構,只是有些分散、有些集中的差別。
叫我第一名





經過今天的體驗之後,下次我們要挑戰「咖啡攪拌棒的木橋製作」了!

2018年9月19日 星期三

沈降實驗與布朗運動

在液體中的顆粒,會因為其質量的不同,而有不同的沉降速度。

今天在科學研究社中,我們分成五組,各自取了不同比例的碎石頭、細沙、泥土,裝入罐子之後,再裝入清水,使水裝入之後的液面高度約為8分滿,蓋上上蓋之後,充分的搖動,使其中的水、碎石頭、細沙及泥土等,充分混合在一起,在靜置於桌面,我們發現,首先沈降到罐子底部的是顆粒較大的石頭,接著是細沙,之後更細的泥土與水混成混濁的泥水,大約要等到20分鐘之後,才可以看到逐漸變清的液體出現,也就是說這些泥土的沈降速度非常的慢。

為什麼會有這些現象發生?

其實這些與布朗運動有相當的關係,我們也可以透過這個實驗了解為什麼PM2.5的細懸浮微粒會有非常長的沈降時間,甚至是幾乎不會沈降的隨風逐流。

簡單的說,在氣體或是液體當中,因為分子的自由移動與碰撞,使得空氣中或是水中的其他分子都會被撞擊到,質量大的物體,幾乎不受撞擊的影響,因此不會改變運動的方式,但是體積越小、質量越小的物體,被撞擊之後就會朝著被撞擊的方向移動,這就是布朗運動,所以當粉塵顆粒太小、或是泥沙的顆粒太小,他們就會受到氣體分子或是液體分子的碰撞,而不斷的改變方向,因此難以沈降。

觀察空氣中的布朗運動,我們可以在陽光下,拿一塊乾布,輕輕拍一下,就會有許多的灰塵揚起,仔細觀察這些灰塵的運動軌跡,我們就可以感受的氣體分子的撞擊力道了。








布朗運動示意圖摘自維基百科


2018年8月16日 星期四

比重實驗與蝶豆花飲

學會比重、觀察到蝶豆花溶液在不同酸鹼度下的變色,我們當然要進一步的將這些知識混成生活中可以運用的技巧,那就是一杯分層的蝶豆花飲料。

我們準備的材料有蝶豆花溶液、砂糖溶液、檸檬汁及白開水,透過不同密度的調配以及檸檬酸可以使蝶豆花汁從藍色變成粉紅色的方式,調製成有層次的飲品。

然而調製的過程,液體流動的速度太快,會導致液體分層被破壞,所以降低液體疊加時的流速,變成很重要,為此我設計一個漏斗,中間是吸管,另一頭(照片左邊)再用一個中央有小孔的封口設計,如此在倒入飲料的時候,小孔與吸管向下壓迫的力道,會限制液體的流速,減少不同密度的液體激烈混合的現象,使得製作的過程順利許多。

設計特殊的吸管漏斗

孩子討論不同層的密度配方

調製過程

成品之一

2018年4月25日 星期三

溶解度的測量

欸,修毅,溶解度要怎麼測?

你已經知道溶解度的定義嗎?

嗯,就是100克水所能夠溶解的最大量的溶質,是吧?

沒錯!定義是如此。
那什麼樣的情況會到達溶解到最大的量呢?

就是溶質已經溶不進去了水裡面了?

好,那你怎麼知道溶不進去了?

嗯,......,反正就是一直加然後攪拌、再加再攪拌,最後看到還有溶不掉的,那就是溶不進去了。

好,對於那個已經再也溶不進溶質的溶液,我們叫它什麼?

你是說「飽和溶液」嗎?

嗯,不錯喔!
那我們假設一下,有一杯100克的水,我們加了33克的鹽進去,結果攪拌之後全部溶解,於是我們再加1克,結果有一部份的鹽沒有溶解,請問這杯水的溶解度是多少?

嗯,應該是34克,對吧!

不是吧!
有一些沒有溶解喔!

那 33-34 克之間。

沒錯!
那有沒有辦法再準一點?

就拿一個濾紙將那些沒有溶解的過濾出來,然後稱一下重量就知道了。

可是濾紙可能會吸了一些鹽水,而且有些比濾紙孔隙還小的鹽可能還是會過濾過去,所以最後秤到的重量,可能還不是真正沒有溶解的鹽喔!

那......,選細一點的濾紙呢?

嗯,首先濾紙吸水的問題沒有解決,其次,總有比濾紙孔還小的鹽粒會漏下去啊!

我覺得沒有更可行的辦法了!

好,如果我們先到出一些固定重量的澄清食鹽水到另一個乾淨的杯子,我們是不是可以秤出這個鹽水的重量。

對,但是還是不知道鹽的重量。

接下來利用我們學過分離水跟鹽的方法。

對耶!
把水烤乾了,就知道這個水中的鹽有多少重量。
嗯,那就知道水跟鹽份的比例,也就會知道鹽的溶解渡了!


2018年3月23日 星期五

從吳沙一號-環保綠舟看工程師教育

開學後一週,鈐鈴老師告訴我,同學想要參加宜蘭縣政府主辦的「環境教育水上載具-綠舟創作競賽」活動,並問我的看法。

我覺得這是一個不錯的活動,可以讓大家思考那些廢棄的物品到底還有什麼功能,同時也可以利用機會訓練大家思考解決問題的方法,但是最擔心的是製作過程添加了一些其他的材料,反而造成更多的資源浪費,如果能夠避免這一點,那麼這個活動其實很有意義。

於是鈐鈴老師毛遂自薦擔任「吳沙一號」的指揮官,並著手隊員遴選的工作。

報名的同學很踴躍很快的就額滿,來自八年級的四位女生巾幗不讓鬚眉,紛紛捲起袖子要加入這個為校爭光的行列。

但是算算不過是三週的時間,該做的事情有哪些?期程如何?再再都是燒腦袋的細節,於是先由總工程師,敝人在下我,擬定需要蒐集的器材,然後透過學校系統、網路系統放送,廣為募集各式各樣要丟掉的資源或是垃圾,因為討論中,同學們一致認同指揮官鈐鈴老師的想法,我們要做出一艘完全不加入「新」材質的環保船,因為這是資源再利用的重要概念

鈐鈴老師帶著孩子擬定的工作進度表


由於完全要用回收材料,所以初期的目標就是蒐集寶特瓶與舊衣服,寶特瓶就是作為船的福利來源,舊衣服要做什麼呢?協助蒐集廢品的老師不解的問。

原來所有固定船上結構的固定都需要繩索,但是如果不採購新的繩子,廢棄的繩子並不容易蒐集,為了解決繩子的問題,我們決定將舊衣裁成條狀,再繫成布繩,這件工作第二天就展開,同學們分帶來家中廢棄的舊衣,然後用平結繫成布繩。
生活科技教室在放學後就變成加工廠,這是布繩製作中的景象

寶特瓶也陸續蒐集到了,該怎麼固定寶特瓶呢?我們想到的是用網子裝起來,可是哪裡有這麼大的廢棄的網子?幸運的是辦公室裡有待過漁村附近國中的老師,幫我們募集到廢棄的漁網。而鈐鈴老師21年前的學生,也為老師送來破損報廢的卡車後斗遮布,這些都是可以讓我們將寶特瓶做成浮筒。

幫老師送「報廢的卡車後斗遮布」的文勝

在討論兩個浮筒的製作方式後,我們決定先用漁網做成「網袋」,再用它來盛裝寶特瓶。

學生利用假日來學校用布繩製作網袋

好不容易寶特瓶裝成袋子,但是兩個浮筒卻明顯重量不同,該怎麼處理?這個問題考驗著同學,有人說不管他,有的很在乎,並且提出重量不同可能導致浮力不相同的困擾,最終可能會造成船的不穩定,所以問題必須被解決。但是如何解決呢?

同學討論出來的結論是:

  1. 先分別秤出兩個浮筒的重量。
  2. 在製作一個小的網袋,將重量的差異做成一個小浮筒。
  3. 將小浮筒包覆在輕的浮筒上面。


到保健室測量浮筒重量

兩個浮筒總算做好了,我們再用卡車後斗的遮布將浮筒包覆起來,因為這樣可以增加浮筒表面承受撞擊的強度。
浮筒製作

浮筒好了,那支架呢?如何撐起這艘船呢?

剛好學校後方有位婆婆,她家後面有一小叢雜生的竹子,之前颱風吹倒了幾隻竹子,但是婆婆也沒有能力去處理,所以就一直放著。當我們問婆婆可否鋸下來用的時候,婆婆還因為我們解決她的困擾而開心不已。

感覺上支架、浮筒都有了,我們的船應該就這樣確定了,但是動力呢?動力該如何解決呢?

「我們用撐篙的方式」有人說,但是河會不會太深?到時候碰不到底怎麼辦?

「用槳划」有人說,但是槳呢?
用輕艇隊的槳?
不行啦!那樣不符合環保,我們應該自己做,我們可以竹子,然後用寶特瓶剪開,然後如此這般....。

「我覺得可以用腳踏車」有人說。
可是輪子可以嗎?那又不是馬路。
而且要如何固定到船上去?
可是如果可以用腳踏車,應該是很有創意而且速度應該很好。
那裡有廢棄的腳踏車呢?
我們鄰居家有很多腳踏車,好像很久沒有用了。

於是我們決定先找腳踏車看看,但是槳的部份還是同步進行。


終於,鄰居的腳踏車變速器、煞車都壞了,準備報廢,樂於我們幫他清走,所以腳踏車動力變成我們的重點設計,首先遇到的問題就是腳踏車的固定,由於高度的差異,原本我建議利用直接這學期生活科技課程的木板來釘做一個支架,但是學生堅持不能利用新的物資,於是他們展開地毯式的搜索,最後學務處老師告訴他們,有兩個戶外塑膠椅裂開準備丟掉,看看可不可以用。

學生們開心的拿回來,我們對著浮筒與腳踏車擺來比去,終於找到可以固定的角度,也可以支撐腳踏車高度的位置,當所有東西都固定好之後,同學們建議進行第一次下水試驗,看看有沒有什麼需要修改的。

還好,吳沙國中有訓練輕艇用的漂亮水生池,剛好可以讓我們測試,一群人浩浩蕩蕩扛著船到池邊,剛好輕艇隊的同學在練習,因此我們吳沙一號環保綠舟的首發就成行了。

吳沙一號的首發

試航之後,我們發現後輪與水的阻力不足,不足以產生足夠的推力,而前輪的結構也不足以構成方向舵的功能,但是時間已經到了三月17日(週六)中午,能夠修改的時間有限,於是大家商定週日繼續努力。

經過兩日之間兩次巨大的修改,方向舵的設計、後輪葉片的設計也依序完成,大家越發覺得有信心了。
後輪改裝成有葉片的推進輪

回顧整個吳沙一號的誕生過程,同學們遇到問題、解決問題的動力,老師適時給予經驗、知識的補充與協助,充分思考所有蒐集的物資,例如結合巧拼與電線,做成推進輪的葉片;善心人士捐了窗簾,原本不知道可以做什麼,最後拿來做成控制方向舵的控制繩,整艘船百分之百利用回收的資源與垃圾來製作的目標達成。
同學輪流試騎

昨天在辦公室,幾個老師一起聊天,我們覺得這樣訓練孩子可以思考解決問題的方法、親自動手解決問題的教育,就是我們教育未來的希望,我們希望孩子是有人文素養的工程師,可以勇敢的面對問題,認真的解決問題。