置頂

物理與化學是很有趣的兩門學科,對我來說這兩類的學問幾乎就是許許多多有趣的遊戲。也許有人覺得物理與化學太專門或者太嚴肅,對這一點我想說得是:當你很喜歡這個遊戲的時候,你自然就會慢慢變得很專門,你也會很認真,甚至有時候會很嚴肅。
但是別忘了其中的樂趣,這些樂趣是吸引了許多人投入這個領域的極大誘因。 如果你喜歡這兩門學科那很好,請好好的玩它!如果你沒有那麼喜歡,那也無妨,你還是可以從中獲得一些樂趣。

2010年12月29日

熱學實驗的結果與討論

先將一組數據放在google docs中,然後讓學生在e化教室,用電腦下載原始資料。接著就是教學生怎樣分析數據。這個部分我在教學程序上做錯一件事情,就是應該先讓學生用他們已經學到的H=m x s x ΔT,去把比熱和質量的影響算出來,再提出當每個數據算出來的比熱可能都不同時,產生的矛盾。

當我們每一個數據算出來的結果都不同的時候,國小國中習慣的方式是利用平均值來解決問題。但其實更好的方式是用趨勢線的斜率來判讀比熱值。

上課的時候直接引進斜率的觀念(其實是因為前一節課有介紹加熱時間與溫度變化圖斜率的意義了)對學生來說還是太快,造成有不少學生聽不懂。這部份的數據處理方式對國中生來講其實太難了,應該再講慢一點。

實際上課時,利用電子白板示範試算表的使用,效果還算不錯。學生可以邊操作自己的數據邊看台上的示範




學生做出來的幾個初步成果





2010年12月28日

週期表積木實際使用狀況-2010

兩年前製作的教具,今年終於有比較好的運用了。上課時,發下去讓學生拼出正確的週期表。然後把積木翻面成元素符號,拆散再拼一次。這樣應該能讓學生對週期表更熟悉一些。
寄件者 週期表積木

寄件者 週期表積木

寄件者 週期表積木

寄件者 週期表積木

寄件者 週期表積木

寄件者 週期表積木

上頭這傢伙,已經閒到把週期表倒著背了...=.=a

寄件者 週期表積木

寄件者 週期表積木

寄件者 週期表積木

A族的符號也背完了

寄件者 週期表積木

今年的學生狀況比較好,要不要增加個電子軌域的貼紙上去呢?

2010年12月27日

令人感動的教育者-林茂成老師


其實要寫這篇心得是困難的,因為東西太多太多了。

今年的暑假,到宜蘭復興國中拜訪了林茂成老師的法拉第車隊後,就一直想著要聽林老師的演講分享。後來由於新竹的生物科輔導團要辦一系列的研習,有邀請茂成老師進行第一次的演講(阿簡是第三次,我是第四次)當天還特地請了假衝過去。可惜當天採取的方式主要是讓老師討論而不是由茂成老師主講,所以雖然和其他老師討論有些收穫,但還是覺得有點可惜。

後來敦化要主辦「與良師有約」的活動,我就建議一定要邀請林老師來講一場,我翹班也要去!呃,不是啦,是請假也要去!

後來就決定乾脆把資優班全部帶去感受一下,什麼事才是人生中真正重要的事!

「什麼事重要的事情?」我常常問自己這件事情。對這個階段的學生來說,在教室裡面這樣一直唸書,對他們來說是最重要的嗎?有沒有更重要的事情是我們的教育沒有給的?忘記的?

茂成老師在課堂中,教育場合中,看到了老師和學生在教學現場上常有尖銳的對立;學生與學生之間由於課業的競爭,也存在著對立;學校有許多的比賽、競賽,一樣造成對立!學生在學校中,常常沒有感覺到學習的樂趣,反而感到非常的枯燥、疲累,令人想要逃避。

就像大人想逃避monday blue一樣,小孩也想逃避。我們不是常常告訴學生,互相合作是人類重要的特性之一?我們不是常常告訴學生學習很快樂?但是我們營造出來的環境卻完全不是這樣的,整個社會的氛圍也不是這樣的。社會充滿了對立而非合作,充滿了對工作的抱怨而非樂趣。所以任我們說破了嘴告訴學生學習很棒喔很開心喔很重要喔卻一點用都沒有。

茂成老師和大家遇到的學生一樣,但有一天他帶著當時他們學校所謂的問題學生去溯溪時,看到了某一個答案:學生在大自然中,在水裡面,是這麼開心快樂。這些在學校裏面造成一大堆問題的暴力、不乖、不聽話、脾氣暴躁無法管控的孩子們,好像變了一個人似的。於是他從這邊感受到某些學校裏面無法做到的事情,似乎可以在溪裡面找到一些解答。

他帶著學校裏面的學生、教職員工一起去溯溪。在那邊,第一次,沒有所謂的社會階級,權力位階。不管是誰,在大自然面前,都得把那些面具摘除,回到真正的自己。於是不管是誰,都要尖叫、恐懼、小心翼翼;合作、手拉著手、互相幫助。老師不再是老師,學生不再是學生。當老師不小心滑了一下,旁邊伸出手,穩固用力的抓住的,是那個「壞」學生。喔不,壞學生不在溪裡,是在教室裡。

從這樣的課程出發,慢慢的茂成老師又發展出了單車課程(就是法拉第單車隊)、登山課程、綠島音樂會等等的體驗課程。然後我發現在這些課程中,茂成老師的眼光又放的更宏遠了。那是身為一個人所應該了解的珍貴情感。

這幾年台北市常被外界戲稱為「天龍國」,意思是台北市的人自視甚高,自我中心,眼睛長在頭頂上,不知其他縣市的疾苦。事實上這種天龍國症特別容易出現在社經地位佳,功課又好的人身上。這樣的人在做思考或做決策的時候,真的會很不知道民間疾苦,做出很恐怖的決定。那這些在學校功課好的孩子,被學校、老師喜愛,認為這些孩子很棒、「沒問題」的孩子,是不是其實還缺了很多「真正重要」的東西?

他們了解在我們小小的台灣中,有很多小鄉村過的生活是無法想像的嗎?知道如何和不同類型的人合作嗎?知道台灣有哪些世界級珍貴的資產嗎?我相信大多數的台北孩子完全不知道這些事情。而我就是那個「不知道」的人之一。我就是那種小時候功課不錯,不會出什麼麻煩,沒有和老師衝突的人之一。

而我卻常常覺得我一步都跨不出學校。外面的世界好大,好恐怖。

我可是大家覺得厲害的建中台大人,但我常常覺得我一直泡在這個系統裡面,真的虛到不行。於是我其實花了許多力氣和時間去觸碰那個「真實的」世界,那個離學校很遠很遠的真實世界。也由於這樣,我就更覺得茂成老師的課程對學生的生命來說,非常重要。

他讓學生騎腳踏車去雲林鄉下,在那邊開科學課程。他的學生說:怎麼都沒有年輕人?只有老人和幼童?學生在那邊學習到如何和一個與自己很不一樣的人說話。他讓學生到綠島開演奏會,沒有什麼高級場地,只有在路邊的草地上,擺上自己從新竹帶去的椅子和譜架。孩子家境甚佳,帶著近百萬的大提琴,就在草地上拉出綠島小夜曲給海聽,給綠島人聽。我相信這些有著天堂般環境的孩子,會因此而有了草地與泥土的味道。

茂成老師也一直強調一件事情:要知道自己想要什麼,然後去追求!事情沒有那麼難,不要一直幫自己設限說:要有錢、有裝備、有時間什麼才要去做。先去做,然後事情慢慢就會有進展。這是林老師的親身體驗:他說他有一天在溪旁看到一個原住民,咚咚咚跳到水裡面之後,慢慢就走到了對岸。他跟他旁邊的同事說:這是不是就是溯溪啊?我們也來試試看。然後就跳下去了。下去之後,才發現水超冰,石頭超滑,走了一下子受不了,才知道原住民超厲害。接著回去一查資料發現原來有溯溪鞋這種東西。買了溯溪鞋之後再去試試看,發現好走多了,可是水還是超冰的,再回去一查才發現有防寒衣這種東西。這些知識、經驗與裝備漸漸的累積,慢慢才變成一個可行的課程。但是前提是:要先跳下去!

奧修說:想之前先跳。我了解了!

寫到這邊其實感覺還有很多東西沒寫到,像是科學研究的部份、學生免費幫社區修腳踏車卻獲得更多的部份、像是土地情感的部份,我都覺得那太重要而且在學校教育中極度的匱乏。那是成為一個完整健康的人的重要經歷但學校沒有給的東西。那是極度強調課業競爭、分數的環境所無法給的東西。

有人說我今年進行的課程跟往年比起來有很多突破,我想與茂成老師、月玲老師、阿簡、TPET教育噗浪客和生物趴辣客脫不了干係。月玲老師、阿簡老師和噗浪趴辣客的各位給了我很多刺激、支持與點子。但茂成老師給我一種格局和勇氣。希望我也能慢慢的朝那個方向走去,往那個更正確的方向走去。

最後獻上這首我最近幾天聽了四五十次的歌,王宏恩的月光。這首歌一直讓我想到茂成老師一直說的「土地」「母親」

2010年12月21日

精采的教學觀摩,令人感動

今天下午,我們學校自然領域辦了一場教學觀摩。上課的老師,是今年新加入學校團隊的老師。呈現出來的教學,內容豐富精采,而且學生積極投入,上課沒有冷場。更厲害的是,不是老師一個人唱獨角戲而已,學生也參與了課程的一部分。

課程包含的元素,憑我的記憶記錄如下:

首先是電子白板的應用,電子白板的內容結合學生的學習單。電子白板上面的訊息就是學生的學習單,學習單上是把一些概念用填充的方式呈現,電子白板也相同,講到一個概念點一下,答案就出來。這一部分適合拿來進行簡單的複習、講解和單純知識性傳遞的東西。

電子白板的運用上,除了使用王大欽老師的flash動畫輔助,還結合了廠商提供的電子課本,看裡面的圖片講解概念,加上用一些劃重點的方式,算是一些很傳統但有用的應用。當然電子白板還有更多應用部分可以玩,以後還可以慢慢發展。

再來就是結合一些網路上抓到的影片輔助也蠻不錯的。

還有就是一些實驗的部份,以示範實驗和POE(預測、觀察、解釋)的方式進行一些實驗。再加上一些競賽的成份,讓氣氛更熱絡一點。事實上整堂課還真的很熱絡。學生很願意回答問題。後來去問了一下該班的風氣,正是屬於那種很願意配合老師,願意回答問題、執行作業的班級。程度不算很好,但是反而不怕回答錯誤,讓整個課堂一直有學生投入的情況。

更令人驚訝的是,老師除了引進許多趣味的熱學實驗(像是茶包天燈紙蛇試管煮蝦子 <--試管裝水後,用酒精燈對試管上方的水加熱至沸騰,在底部的蝦子卻仍然舒服的游泳)之外,最厲害的是老師讓學生在實驗室進行實驗後,讓學生自己用相機將結果錄下來之後,在這堂課講解自己的實驗,而且學生上台講的時候,都能侃侃而談,表現一級棒!

當然這絕對是花時間精神下去的結果。課後我問老師發現,學生也不是一次就成功,做了好幾次甚至用到中午或放學後的時間來做。最後能讓學生上台,真不簡單!

我想如果依照這樣的教學模式,到了下學期師生的默契足夠時,進行更有科學探究的課程應該不是問題。

其實這位老師在之前的學校還進行過學生的自評和互評,整個課程結構相當的完整。很期待之後的呈現!

2010年12月15日

失敗,也沒失敗的熱學實驗課



我常常會在奇怪的地方,把課程時間拖的很長。我自己都覺得很惶恐!以往在進行熱學課程的時候,我幾乎是不做實驗,或者單純就依照課本的實驗來進行課程。因為熱學實驗實在很難把變因控制好,所以常常得不到「漂亮」的實驗結果。但是今年的學生狀況比較好,加上我真的想把科學探究的精神融入教學中,所以今年就決定要勇敢的進行熱學實驗的課程。

加上學生的獨立研究課程慢慢進入到蒐集以及詮釋數據的階段,所以我就更希望藉由課堂上課的一些機會

就課本的實驗來說,並不難做,因為課本的實驗差不多只是比大小的定性實驗而已。然後就直接從定性實驗的結果跳到「正比」「反比」這樣定量的結論。然後就跑出來H=ms ΔT這個公式要練習計算。

其實以課本本身的設計來說,並不是真的要學生學會那些計算的東西,但是不知道為什麼測驗卷啦、段考啦都會考,然後老師通常也會教。

對大部分的國中生而言,這樣的程度當然很恰當。不過對於資優生來說,尤其對於要做實驗研究的資優生來講,這樣就不太夠。於是我就把實驗設計成定量實驗的課程,並且希望學生可以從分析變因開始著手,接著進行實驗、取得數據、分析數據。

雖然要學生設計實驗,但是卻不能太過發散讓學生從頭到尾都自己來,因為裡面有太多東西得要校正,沒辦法每一個細節都讓學生自己試誤然後修正。所以我決定了要用加熱板來做為熱源,並且先用水來做質量大小和溫度變化關係。其餘的實驗細節則交給學生去決定。這些細節包括了水量要多少?多久測一次溫度等等的。因為一次實驗有六組,所以就可以一次蒐集六個不同質量的水的數據來做比較。

接下來就是設計表格。這部份也不難,只要時間當做橫軸,水量當做縱軸就可以了。最麻煩的是實驗的部份,或說實驗中的控制變因部分。

第一、我們很難取得一個隔熱很好的系統,只讓熱進去水中卻不散失。當水溫越高時,散熱的速度就越快。這一點可以由牛頓冷卻定律來說明。再沒有很好的器材的情況下,要避開這一點,只能讓水溫和室溫差距在不太高的情況下蒐集數據。

第二、容器也會吸熱,這一點也無法避免。要解決這個問題,或許可以用大一點的燒杯裝多一點的水來解決,讓水與玻璃的質量差距拉大一點,減少這部份的影響。

第三、如果用的燒杯大一點,加熱板就不夠大,無法一次蒐集六組數據。當然一次蒐集一組或許是更恰當的作法,但是這樣又變成要花太多時間了。何況加熱板上面每個區域的溫度並不相同,一次蒐集六個數據其實風險還蠻大的。

總之就是一整個麻煩啊!!!!

最後學生做出來的數據,果然如預期的:不漂亮!

不過沒有關係,我們還是可以先用這樣的數據來練習使用試算表來處理數據。所以這一部分,我就讓學生要練習把數字輸入excel 之後,如何畫出一張時間-溫度的圖,並且用線性函數逼近實驗數據,接著思考斜率與截距的意義。

本來是應該先走到這邊,然後接著就可以開始討論那些看起來不太乖的數據可能產生什麼問題。如果時間充分的話,就認真的把問題解決看看數據會不會比較漂亮(符合我們的假設),如果不會就再思考,再改進。如果真的不行,就得回頭想想或許我們的假設根本是錯了之類的。有多少時間就做多少。等到時間差不多了,應該可以得到一些代表性的數據,再把那些數據引進來說明我們想說明的理論。這樣就比較像是把科學家經歷的歷程濃縮給小朋友走一遍。

但是我實在對熱學實驗太沒信心了,所以在看到數據很亂,加上我已經delay大概一個禮拜的課程了,所以就決定直接引進數位溫度計連接在電腦上蒐集數據。沒有讓學生針對可能出問題的變因做討論。也沒有好好的讓學生思考斜率與截距的意義(三組只有一組有人對斜率和截距的意義有感覺,其他我就直接告訴學生了)

接下來我就決定將比較漂亮的六組數據(包含四組不同質量的水和三組相同質量不同物質的溫度變化)給學生,讓學生做一個表格+圖+趨勢線與結果討論的小報告。(就是把講義第二張的部份做成數位的)希望禮拜五可以看到不錯的結果。

雖然實驗本身不好,還有太多地方要做調整。但是我告訴學生(也告訴自己)焦耳當初用了四十年的時間才搞定熱功當量的事情,我們才不過經過二十分鐘的失敗,算什麼呢?

2010年12月5日

溫度與溫度計

熱學的主題中,一開始介紹的是溫度計和溫標。這部份課本中有個簡單的實驗是將水加上紅墨水後放到錐型瓶中,將玻璃管插入橡皮塞之後,將瓶塞塞住就可以觀察如何用水的熱脹冷縮來製作溫度計。





寄件者 自製溫度計課程


當然課本中的實驗只能用定性的方式說明原理,我想把這個實驗提升到定量的層次,並且加上一點生活科技的成分,於是決定要讓學生自製溫度計,並且可以利用自製的溫度計來測量自來水的溫度。




寄件者 自製溫度計課程





寄件者 自製溫度計課程


材料則選定以底片盒和吸管。製作的過程只要注意氣密性就可以,所以大部分的學生都能順利的作出裝置,但比較困難的是如何決定水量:如果把水加滿,那溫度改變時,底片盒和水都會有熱漲冷縮的現象,結果是水的升降變的很不明顯。所以底片盒的上方得要留一點空氣,主要以空氣的熱漲冷縮來讓水柱升降。這樣水柱的升降就會很明顯,只是空氣如果留的太多又會讓水柱上升太多,超過吸管的高度也不行。這部分讓學生嘗試了一下,發現不太可能讓學生在課堂上慢慢嘗試、修正。所以最後還是直接告訴學生這些細節之後,就讓學生測定兩個高低不同的已知溫度做校正後,再把自製的溫度計放到自來水中,標出刻度後,就能以內插法來算出自來水的溫度。




寄件者 自製溫度計課程


寄件者 自製溫度計課程




寄件者 自製溫度計課程


有些學生不需要提示,自然就會用內插法來解決問題。有些學生則是要教才能學會。學會用內插法找到線性關係中的未知數值也是這一段課程的重點之一





光與顏色的課程2

這部份的課程,大概就是做一點實驗,觀察紅綠藍三色光混合之後會變什麼顏色,或是用顯微鏡觀察印刷品和LED螢幕。至於為什麼紅色和綠色混合起來會讓眼睛看起來變成黃色這種事情,就比較難驗證了。

這個裝置,可以進行光的混合實驗。不過我只做了一組,明年應該來稍微量產一下,做個七八組出來,這樣每個學生都可以自己操作也不錯。調整可變電阻,可以得到蠻接近白光的結果。

寄件者 光學課程
寄件者 光學課程
其他人則是輪流做其他的實驗
寄件者 光學課程

彩色印刷的技術,除了讓學生用顯微鏡觀察印刷品之外,我還用了印表機。讓印表機分三次印出洋紅、黃色和青色,並把這些顏色疊起來,就會發現紅、綠、藍三種顏色。只要調整洋紅、黃色和青色,就可以得到其他所有的顏色。再加上黑色的話,就是最基本的四色印刷了。



如果把色塊調整成20%的網點,則可以用肉眼靠近看到每個色點其實是分開的,遠看時就會看到兩色混合的結果。

遠看的結果

寄件者 光學課程


近看就變成這樣

寄件者 光學課程


關於這個四色印刷的理論。有人說印刷或是顏料混合的時候,要看光線被吸收的情況而不是發出光線的情況。例如說:青色+黃色會變成綠色。解釋是:青色是吸收掉紅色,所以看到青色;黃色是吸收藍色。所以將這兩者混合起來就變成吸收了紅色和藍色,所以變成綠色。

但是我完全不知道為什麼要這樣解釋。因為青色應該是吸收其他光線,只反射青色(或是反射綠色到藍色的系列波長),黃色則是反射黃色(或是紅色到綠色的波長),當兩者混合時應該從紅色到藍色全部都有辦法反射出來才對,只是反射的比例不同。

當然,如果把顏料混合在一起,這樣解釋應該沒問題啦。這等於要讓光線同時通過兩種濾鏡,最後就只有兩個濾鏡共同能通過的波長的顏色。

如果像上圖,用網點的方式混合的話。假設用50%的青色和50%的黃色混合,那應該會反射出50%的紅、100%的綠和50%的藍。所以看起來,就變成綠色了。當然上面的數字只是一個說明而已,不是真實的數字。大部分的光線還是會被紙吸收,反射出來的比例不會那麼高。所以看起來會更灰暗一點。

這樣的結果可以由上面那張網點的圖來說明,在電腦上看到的黃色,是LED同時將紅色和綠色打開的結果;青色是藍色和綠色同時打開的結果。在電腦上,將青色和黃色網點交錯排列,我們的眼睛看起來還是綠色。應該就是因為發出的顏色以綠色最多的緣故吧。

所以其實印刷的理論和色光的理論應該不需要分成兩種吧。

2010年12月4日

光與顏色的課程1

這一部分,課本裡面的課程結構很簡單。從牛頓在1666年用稜鏡做出來的色散現象為起點,接著說明不透明物體和透明物體的顏色,是來自於物體吸收了其他顏色,只反射(或穿透)某個顏色時,就會產生該顏色。

接著就是光的三原色。知道三原色的色光疊加的時候,會產生其他顏色。

物體的顏色理論,課本上有用一個暗箱實驗來驗證。就是用檯燈加上玻璃紙製造出不同顏色的光照射暗箱,然後在暗箱中擺入各種顏色的色紙,觀察這些色紙顏色的變化。理論上,只有該顏色和白色會產生光的顏色,其他顏色的色紙都會變成黑色。

但是由於玻璃紙濾色的效果常常不是很好,所以我就用LED燈作為色光的光源,把LED燈放在暗箱中就可以得到更好一些的效果。
寄件者 教室佈置

寄件者 教室佈置

寄件者 教室佈置
這邊的課程,我先不講理論,想讓學生做完實驗後看看能不能根據實驗結果推想出一套顏色理論。後來發現這樣太難了,加上有些學生有補習或預習,已經把顏色理論部分讀過了。於是我就退而求其次,希望他們能用實驗結果來驗證理論。也就是讓學生想辦法把實驗結果和理論連結。

這樣的難度聽起來低的多,不過我發現這對學生來說仍然不是一件容易的事情。

加上這樣做出來的實驗,還是有一些困難的地方:理論上該是黑色的部份,常常不見得是黑色。一方面是因為暗箱再怎麼暗還是會有光跑進來,所以有時候有部分的顏色仍然隱約可辨認。然後我們在辨認顏色的時候,常常一個已經很接近黑色,但是帶一點例如說黃色的時候,我們還是會覺得那個叫做黃色而不叫做黑色。

加上大家對於顏色名字的認知並不一致,所以常常就算看到同一個顏色,卻未必說出同樣的名字。

這兩個問題,其中一個解決方式是:老師引導。

本來大家可能覺得有顏色的,當老師說:「大家看喔,現在是不是變成黑色了?」這樣一講,顏色就變黑了。

不過因為我還是想讓學生多少了解一下,要想出這樣的理論,並不是輕輕鬆鬆的事情。實驗的設計,器材裝置的設計,都得要很嚴謹,才能撥雲見日,看到理論。所以我還是先讓學生自由操作之後,如果實驗的結果很亂,看不出結論時才介入。

不過其實還有另外一個方式,就用一些色票來讓學生比對。例如上面的圖中,有紅、綠、藍、黃、青、洋紅等顏色。就可以準備一張從0%的紅到100%的紅的顏色讓學生去比對現在看起來像是多少%的紅。




寄件者 光學課程

這樣應該就可以把觀察結果弄的更清楚。

光線穿透透明物體的部份,如果用濾鏡蓋在LED燈上,做出來的效果還不錯。我讓學生用五等第的方式來記錄數據。雖然不是太客觀的紀錄,但可以有一點參考價值。看看趨勢總是可以的。不過明年應該可以利用太陽能電池或者光敏電阻配上安培計、伏特計或者電阻計做出簡易的測光表,就可以把這個實驗變成量化的實驗了。當然影響這實驗的變因其實還有濾鏡本身的透光性和肉眼本身對綠色較敏感、藍色較不敏感這些問題會影響判斷。就算換成太陽能電池或是光敏電阻,都應該會產生因為光的波長不同而造成數據上的誤差。這一點要克服的話還得花很多力氣。

以下是某一組的實驗結果。
寄件者 光學課程

這樣應該可以看出來紅綠藍三色的光,通過相近頻率的濾鏡時穿透率最高。而黃色濾鏡則能允許紅到綠色的光線通過。

講義在此

2010年11月21日

光學儀器1-相機

利用一台老相機,可以更詳細的介紹相機的成像原理

相機成像要介紹什麼呢?其實國中生能了解的相機成像特徵和凸透鏡是一樣的。就是單片凸透鏡的實像。而且大多數的情況,是縮小的實像。所以比凸透鏡的成像更單純。但實際上鏡頭裡面的鏡片很多(應該至少有三片),只是也不可能介紹多片透鏡的成像。

所以在這個地方,可以稍微介紹一下單眼相機的基本構造,包括反光鏡、快門簾、感光元件、快門、光圈等等。當然這些東西可介紹可不介紹,不過因為我對相機有興趣,也夠了解,所以時間允許的情況下,就會介紹一下相機的構造。

但是思考性的東西,大概就只能讓學生思考相機的對焦策略啦。學生可以對照這份考卷,第三題的c小題,再和實際相機鏡筒伸縮的情況對照。


當物距相對較大的情況下,鏡筒往前伸時可以加大像距。所以當物距縮的越小時,鏡筒就要伸的越長。

以下是課程實錄...不過中間有幾分鐘人跑到窗戶旁邊了。自拍就是這樣...沒辦法

2010年11月19日

光學儀器2-眼球

用algodoo製作虛擬眼球,進行課程的上課實況。製作過程請看這裡
這個課程,結合了前一個測驗的第三題:如何讓成像清楚。可以調物體位置、螢幕位置、凸透鏡位置、凸透鏡曲率或是加上矯正鏡片。

其中眼球的策略是調整曲率。當調整曲率的策略失敗時,就只好加上矯正鏡片了。

課程進行的實況如下

2010年11月16日

光的折射與透鏡成像教學

課本上關於透鏡的部份,只有提到凸透鏡能會聚光線,凹透鏡能發散光線。凸透鏡的成像特徵,則是經由一個實驗來描述。關於成像的原理則絲毫未提,所以學生只能將成像特徵記起來。這對於資優生來講應該是太痛苦的事情,所以在設計這部份的課程時就必須要將成像的原理納進課程中。要用來說明成像的原理,就要從折射定律出發。折射的現象在課本上,也只能說明折射的特徵,沒辦法說明原因。

不過要真正說明折射定律,需要比較高階一點的數學技巧(至少要用到狹義的三角函數)。不過有一些其他的方法可以「描述」折射定律的狀況,例如這個網站就是用這樣的方式說明。另外一種說明方式則是用光總是以「最短時間」的路徑來前進,這個原理稱為費馬原理。但這其實也不能算是什麼證明,而是用一個原理來整合光在均勻介質中直線前進、反射定律和折射定律這些光學現象。真正要說明這些現象,就得用電磁學的角度來描述光才行了。

這一階段的課程麻煩的地方就在於從簡單的「折射的原則:從波速快進入波速慢時,波行進的方向會偏向法線」這個原則,要再深入問一個為什麼的話,就會變得太難。所以大致上就是視學生的情況斟酌提供深入的教材吧。

既然在折射這件事情,無法往基礎原理深究,那就可以考慮往思考「光這樣折射時,會造成什麼現象」的方向來教學。把光的折射當做基礎原理,來說明折射造成的現象。透鏡成像就是其中一個。

所以本階段,我設計的課程就包含了:了解折射原理、利用折射原理來認識透鏡的特殊光線、利用畫圖的方式找到成像。

實驗的部份包含了:以實驗的方式記錄入射角與折射角,驗證折射定律;記錄物體在凸透鏡前的位置和成像特徵;驗證凸透鏡的成像原則、提供各種凸透鏡、凸面鏡、凹面鏡、雷射筆、能發出三道平行光的發光裝置,讓學生驗證他們用尺、量角器等器材畫出來的光線。

實驗的部份主要精神在於驗證光線走向的原則,也是讓學生作一點頭腦體操。因為我提供的器材有時候並沒辦法直接呈現結果。例如我提供的光源只有雷射筆,或是發出三道平行光的裝置。那如果我要驗證「從焦點發出的三條光線通過凸透鏡後會平行主軸」要怎麼辦呢?這時學生就要使用一些器材,先把平行光變成點光源之後才能作這個實驗。

折射定律的驗證,在實驗操作上很簡單,但是數據處理上,牽涉到角度與弳度轉換與三角函數的問題,所以也只能先在excel上把公式寫好後,讓學生輸入數據,直接算出折射率。並解釋這個數字就是光在空氣中和水中,光速的倍率。

物體在凸透鏡的成像特徵,是讓學生驗證自己畫出來的凸透鏡成像特徵是否和實際狀況相符。也就是課本上本來設定的實驗。

但實驗完之後,有一些好玩的問題可以考學生。這些問題可以知道學生是用光線的走向來理解成像的原則還是用背的方式把成像的特徵背起來。

問題一、若發光體在凸透鏡的焦距外,在紙屏上成實像。將凸透鏡遮住一半,成像的特徵會變成怎樣?

這個問題可以在考卷講義上看到的題目,標準答案是成像完整但亮度減半。這必須要了解光線的走向和成像的關係才能回答的出來。

前幾年作這個實驗,都很完美沒出問題。今年換了一個裝置,結果發生恐怖的事情。遮住透鏡上半部的時候,成像也被遮掉了!

裝置如下:空心的箭頭後方約1.5cm處,是3x3的LED矩陣光源

寄件者 凸透鏡成像


實驗結果如下:
這是正確成像的樣子

寄件者 凸透鏡成像


為一個倒立的實像,當我用一張紙遮住下半部時,上半部的箭頭尾巴被遮住了

寄件者 凸透鏡成像


當我用一張紙遮住上半部時,下半部的箭頭被遮住了

寄件者 凸透鏡成像


這結果真是嚇人一跳,究~~~竟是為什麼和理論不一樣呢?答案就在第一張圖裡的裝置中~


問題二、將燈泡放到焦距內,則紙屏上不成像,只有一個發光區域。若將透鏡上半部遮住,則發光區域會有什麼改變?

問題三、將燈泡放在焦距外,紙屏上可以成像。若將紙屏拉近凸透鏡,則還是看到一個發光區塊。若將透鏡上半部遮住,則發光區域會有什麼改變?

問題四、同問題三,但是將紙屏拉遠,則紙屏上看到一個發光區塊。若將透鏡上半部遮住,則發光區域會有什麼改變?

後面這些問題,要先讓學生思考後才以實驗驗證。以POE的方式來執行。

最後則是來個小考,整合前面的技能並為下一個單元:光學儀器,作鋪路。



2010年11月1日

共振的課程

其實課本上講共振講的並不多,也沒有講駐波,但是樂器的發聲卻和駐波與共振脫不了關係。光是課本上講的越輕薄短小緊細聲音越高,很難解釋簧片振動或者長笛聲音的高低。非引進駐波和共振才能解釋。


生物趴辣客2 (Bio-Potluck2)

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報名這天,我忘記了,遲了三十分鐘才想起這件事情。然後,已經爆滿了爆滿了爆滿了...接下來的幾天,也沒有等到誰退出。還好後來阿簡又大發慈悲開了十個名額,這次我可是搶到頭香,順利的報上名了。

雖然我不是生物老師,但是其實去趴辣客本來就不為了什麼,而是為了那個大家一起燃燒小宇宙的感覺!路途遙遠、要繳費、非本科系都不是重點了!

趴辣客和噗浪教育客,幾乎是支持我這一年來持續突破教學現況最強的動力。


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這次的趴辣客在彰師大辦,我很難想像一個學校的大學生能有這樣的熱誠和實力可以辦好這樣的活動,但他們辦到了,而且辦的超好。從會場場地佈置、流程安排、器材安排到現場直播的技術都妥妥當盪,甚至還有大學生上台發表小菜,真的非常的棒。以下是辛苦的工作人員們


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這位就是老大阿簡...

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這次阿簡準備了一個很棒的東西就是回饋箱的機制,我一開始看到的時候,還不知道這個要幹嘛,原來是要大家寫小卡片回饋給演講者。

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聽講者邊聽邊寫下自己的想法,不過時間其實有點趕就是了。但是每個演講者,都得到了一大堆的回饋。互動與交流就出現了。

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中場的時候,長出滿滿的卡片...
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當然這次阿簡也準備了小禮物要送給大家,這些小東西準備起來應該是相當費工的

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有檳榔樹切片、牛尾骨、七天雞胚胎和1234卡片四樣。


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當然,最恐怖的就是這隻雞,聲音實在超大的!

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接著要正式上菜了,我把小菜部分的影片整理起來放在這裡,可以給大家做參考。

http://vimeo.com/16359834

我的投影片則放在這裡

中間休息時間,就是超開心的抽獎時間,除了阿簡原本準備的獎品之外,值得一提的是超熱血中年(誤)居然去品美搬了大概一卡車的科學玩具到現場送給大家!讓本來的抽獎活動變成大家都有獎!超歡樂的啦!


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小菜的內容非常豐富精采,但下午的主菜部分更是撼動人心!下午主菜的部份有四道,分別是陳文華老師的滑翔飛行器製作、美芳老師教小朋友認識骨頭、梅子老師有趣的大型教具和阿簡的玩身體活動。

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陳文華老師利用水果包裝的泡綿就可以剪出一個小滑翔翼,只要有一點點上升氣流,就可以帶著滑翔翼向前飛行,而這也是像蝴蝶或一些擅長滑翔的鳥類(翼展大的像鷹或信天翁)使用的伎倆。蝴蝶在做長距離遷徙時,很難想像光靠振翅的力量,就可以在一天的時間內,飛行一兩百公里,但是如果善用上升氣流的話,似乎就可以輕鬆的滑翔了。(運用肢體結構的力量把自己身體抬起來比運用肌肉力量把自己抬起來輕鬆的多)

文華老師的技術已經爐火純青,信手就可以剪下一隻可以飛的滑翔翼。但更令我感動的卻是文華老師講述的過程,那種喜愛這個飛行活動的感情、熱情,整個溢於言表。感覺文華老師並不是健談的人,但似乎只要講到這個滑翔裝置,他就能跟你有說不完的話,很棒!

接著是美芳老師的課程。她在台中科博館設計了一整套的展覽加上課程,讓學生從拼裝恐龍骨頭開始,慢慢認識爬蟲類、鳥類、靈長類等脊椎動物的骨骼。這樣的認識,並不是單純的解說而已,最棒的是她結合了觀察實際骨頭標本、身體運動的體感加上實際上利用智高積木拼湊出動物骨頭的活動,讓孩子真的去思考「某種動物的骨頭為什麼要長這樣」。這種讓孩子動手、思考的課程,正是我很愛的科學課程類型。美芳老師能設計並且成功的執行,也實際看到學生的成果,我認為非常成功、非常厲害。


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會後我才知道,這樣的課程設計了兩個月,但只有執行半年。半年之後撤展,課程也就消失了。我覺得這樣真的太可惜,所以一直建議美芳老師一定要將這樣的課程也許經由研習或是什麼方式,傳授給小學或是國高中的老師。

我曾經去科博館的研習上過一次程延年教授設計的古生物課程,到現在我還每年用來講解科學基本精神,非常好用啊!

另外值得一提的是當做人體實體教具的尊玄,表現優異,非常棒!

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接下來是梅子老師設計的一些大型教具和平日蒐集的一些生物相關的東西。雖然梅子老師一直說:這些東西實際上沒什麼用啦~只是好玩啦等等。但我覺得其實「好玩」真的是一個非常重要的事情。老師喜歡自己教授的科目,一直不斷的繼續玩的這件事情,也是非常重要的。


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如果教一個科目,只是因為自己擅長而不是喜歡的話,那真的是太無聊了。梅子老師就是一整個生物人本色啊!

最後是阿簡老師的玩身體活動,用了非常多的活動來讓我們更加認識自己的身體。讓我本來快要撐不住要打瞌睡的狀況一掃而空。果然在課堂中穿插活動,可以讓學生重新醒過來,應該比extra還好用吧!

不過許多的身體活動,似乎和所謂的認知心理學有很大的關係(曾志朗先生的研究)也就是「你的身體為什麼這樣想」,這樣的活動用在課堂上,除了可以認識生物領域所介紹的人體反應之外,還可以順便介紹人大腦的認知特性。

阿簡的課程結束,今天的趴辣客算是正式上菜完畢了,這次趴辣客的份量可是比上次重許多。

活動結束後有一部分的人就往彰師後山走(應該是八卦山吧?)大家一起吃頓飯。說實在的自從小朋友出生之後,我就沒有這樣和志同道合的朋友一起好好吃飯聊天了。吃飯的時候,大家聊的仍然是教學!只能說是熱血啦!

一些連結:

1.全部趴辣客的心得連結
2.科博館釋出的活動
3.真男人的消化戰機