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9月30日

海耶克大戰凱恩斯



今天看到這個很有趣的歌。內容是陳述凱恩斯和海耶克兩大經濟學家的理論。聽起來很硬對吧?但是這個歌裡面的內容卻讓人可以快速的了解兩者的理論輪廓。並且可以思考凱恩斯的理論和前幾年經濟崩潰之間的關係...

經濟學可以這樣搞,那物理和化學呢?

點進去youtube看這個,記得點開裡面的文字敘述,會更清楚唷

空氣的組成,怎麼教?

2-3的內容是空氣的組成,介紹空氣中的氮氣氧氣二氧化碳、氦氣、氖氣和氬氣。後半段是製備氧氣的實驗和測試氧氣的性質。

先講前半段,這部份是講述式的文字,介紹六種氣體的文字。基本上可以當「文科」來背。那除了這樣之外,還可以怎麼上呢?我覺得在時間允許的情況下,如果可以介紹一點相關的科學史還不錯。

氦氣、氖氣、氬氣的部份,除了性質之外,命名的歷史也很有趣。氦氣(helium)是以太陽為名,因為我們是先發現了太陽中的氦氣的光譜線,才在地球發現氦氣的。最早發現的氬氣(agron)則是因為它的化學性質遲鈍,而取了代表「懶惰」「遲鈍」的argon。氖(neon),則是「新」的意思和駭客任務的尼歐(Neo)好像有同樣意思。而Neon light,就是霓虹燈。

氮氣的部份,可以提一下備受爭議的哈柏;氧氣的話,可以提一下舍勒普利士利拉瓦節的歷史。

哈柏的部分,除了提出他偉大的哈柏法,從空氣中取得麵包,養活無數處於饑荒的人之外,也得提一下他在一次世界大戰時,發動化學戰的惡行!(蘇老師系列有提到這些故事,不過怎麼跟wiki上面寫的不太一樣>_<)

氧氣的歷史,有空的話,可以講一下拉瓦節是如何消滅燃素說的,也可以提一下舍勒和普利士利雖然發現了氧氣,卻和燃燒的真相擦身而過。

燃素說也可以發展成辯論式的課程。一邊嘗試捍衛燃素說,一邊嘗試擊敗燃素說。不過要如何讓學生學會站在古人的角度看事情是比較不容易的。在辯論的過程中,不斷的揭露新發現的事實,再讓學生就新的事實進行辯論。

最後當然就是提出拉瓦節的實驗結果,一舉擊敗燃素說...

二氧化碳的部份可以提一下拉瓦節把鑽石放到純氧裡燒,得到當時稱為「固定氣體」的二氧化碳,證明二氧化碳是碳的氧化物。

這些實驗和辯論,是利用真實的科學史的事件,引入科學家的思考方式,甚至讓學生以科學家的角度來思考。也可以是科學探究課程的一種形式。

但是我們今年的課程實在太趕了,第一週模擬考考掉了,段考又提前到第六週考。所以實在沒辦法這樣上...

考完之後,試試看用Gapminder來看看二氧化碳議題能做出什麼樣的討論...

2010年9月26日

20100926泰和國小區分性教學分享

今天到彰化泰和國小分享區分性教學課程。今天的梗是把本來放在投影片裡面的實驗記錄變成實際在演講的場合執行。把本來某個實驗課程的紀錄影片,實際讓參加的老師操作。等於實際上課,讓老師知道某種我上課的模式。


下午是大同國小的張書豪老師,講的東西也很精采。發展出來的教學模式還蠻猛的。每一班的同學都分成三組學生,用三種模式進行課程,相當厲害。

另外一邊的場地是「雙重特教需求學生的發掘與輔導」,下午是北投的特教組長和資優班老師合作六年的經驗。也是相當精采!學生超級猛,老師也超級猛啊!

2010年9月20日

物理變化與化學變化

第二章一開始,要學生分辨物質三態、物理變化與化學變化和純物質與混合物。這些名詞,若要比較粗淺的分辨是蠻簡單的。但是若要認真起來,還真是不容易講。偏偏要上資優生的課,很難只用課本的說法呼嚨過去,所以一定要從巨觀和微觀的角度交替的方式來說明這些概念。

物質三態中,有許多例子是介於兩態之間的情況(例如濕麵團),就很難界定這種不典型的狀態。物理變化與化學變化,課本的定義是:反應後產生新物質,稱為化學變化。否則稱為物理變化。這定義當然沒太大的問題。問題比較大的是何謂「新物質」?

從巨觀看起來,在實驗室中,可以從物質的特性去檢驗物質的熔點、沸點、密度、顏色等來確定物質是否為同一種。做的檢驗越多,就越有把握。但若在考卷上呢?幾乎就只能憑考試經驗或日常生活的經驗來判定了。

從微觀上來看,物理變化與化學變化的定義很清楚,是分子內部組成改變或是分子間的排列改變。這些定義很容易說明,產生了不同分子就是產生新物質。但這樣的概念仍然無法應用在考試中。而且有時候考試中出的狀況,實際上包含的相當多複雜的現象。我們卻常常只看到其中一個或兩個現象,就要拿來考學生。常常學生想的跟我們是不同的時候,就會造成考試的麻煩。

例如我們通常會認為「溶解」是物理現象,因為那是分子由集中變成分散的過程。可是如果是電解質溶解的話,就同時包含了解離現象。應該被歸類成化學變化。但又不可能請學生去分辨何者是電解質?

或通常說「燈泡發光」是一種物理變化。不管什麼燈源,大多會牽涉到電子的發射。那這樣算是物理變化還是化學變化呢?

當然,國中階段是不用計較那麼多,只是我總覺得出題目還是要更小心一點才好。

在物理變化與化學變化這個單元的結尾,我用兩個圖片來考學生。第一張圖在這裡,是描述用酒精燈加熱某液體然後用冷凝管冷凝蒸汽的裝置。

這樣的反應牽涉到的物理變化和化學變化,一般最容易想到的是:

物理變化:水的沸騰(氣化)和凝結
化學變化:酒精燃燒...

你可以想到哪些更多的反應嘛?學生想到一大堆唷,有:溫度計熱脹冷縮(連帶其他被加熱的物體也算在內了),酒精燈內發生的酒精揮發、酒精燈棉線上發生的酒精氣化、鐵架或陶瓷網發生的氧化、蒸餾出來的液體的蒸發等等

這個結果很多都不是我原先預想的到的答案。因為我也被訓練得只看的到「標準答案」而已。

另外一張圖就更有趣了,這是我在台中某家店吃火鍋時,臨時想到拍下來的。


這張圖,是我在吃火鍋的時候,本來想要拍瓦斯罐上,因為瓦斯從液態不斷變成氣態吸熱,造成瓦斯罐溫度降低而有水滴凝結。沒想到當時店裡的水氣不足,一直等不到水珠。所以後來才突然想到,可以讓學生觀察這中間到底有哪些物理或化學變化。

學生的答案更多元了。

物理變化:水的沸騰、鍋子內緣水氣凝結(來自湯的蒸汽)、鍋子外的水氣凝結(這部份是有學生留意到,卻不確定為什麼)、瓦斯從液態變成氣態、鍋子(或其他受熱的物質)的體積變化。這些都還算正常。也有學生「看到」瓦斯罐上會有水珠凝結。實際上是沒有啦,不過的確可能發生就是了。

還有學生提到放在後面的番茄和生菜水份會跑掉,冷凍的肉(硬的)放到鍋子裡面會變軟。我只能說實在太猛了

化學變化除了最容易看到的:瓦斯的燃燒和食物煮熟之外,還有人提到瓦斯爐好像有點鏽蝕,食物放旁邊會臭酸(我並沒有在火鍋店呆三天!)。除了這個之外,最猛的是說:坐在旁邊的人肚子裡面的食物正在消化這種隱藏版的答案。

從這樣的課程中,我希望學生除了能辨別物理反應與化學反應之外,還要有敏銳的觀察力。不要太被文字的題目限制住了。

最後,純物質與混合物的判定就更麻煩了。另外再說明好了。

2010年9月14日

密度課程

課程講義在此
密度課程中,包含了體積的測量、質量的測量、密度的意義與計算。學生必須了解密度是物質的特性之一,不同的物質有不同的密度。
在前一個小節中,提到長度與體積的測量與估計值等觀念。我覺得這兩個小節可以合併來教。所以就讓學生在測量密度實驗,操作量筒時直接介紹估計值的觀念。

課程編排的想法是這樣的:
第一頁
首先先理解「密度」的概念,課本習慣以數學公式出發來詮釋密度。我則是喜歡先從密度的感覺出發,然後再想辦法找到一個數學公式來描述這個感覺。

密度的大小,是物質排列的擁擠程度。和地理定義的「人口密度」是一樣的想法。先理解這件事情後,當我們需要將這個概念量化,才引進密度公式。

寄件者 測密度的實驗課程



介紹公式之後,接著就是介紹單位。然後就是一些計算的練習。

第二頁
計算題共分四題,用阿基米德的故事串連起來。1~3題是很基本的計算,第4題則是需要引進一元一次方程式(二元也可以)來解題,難度較高。這些問題除了讓學生練習密度公式之外,也是為了第6頁的未知物課程鋪路。
第三頁
密度實驗說明

第四頁
實驗與數據記錄。這個實驗共要學生蒐集四種物質,十四個體積與密度的資料(水要蒐集五個,其他三種物質各蒐集三個)

但用傳統天平測量質量的話,不太可能在一節課中全部做完。所以我將學生分成三組,每一組只要負責測量水和另一種金屬就好。最後結合所有人的數據之後,所有的學生就都會拿到所有的數據了。


寄件者 測密度的實驗課程



寄件者 測密度的實驗課程



寄件者 測密度的實驗課程

實驗做完後,回家把密度計算出來。這也是在做密度計算的精熟練習,不過我請學生不要通通用手算,算個兩三個之後,剩下的按計算機就好。

第五頁是最麻煩的一頁,要將實驗數據做成圖,並理解其中的意義。
課本的實驗中,測量螺栓、木頭和水的密度,最後課本給了一張圖,上面是木頭和螺栓的體積-質量關係圖。而且是一條直線。如果實驗數據真的是一條直線那當然是一個完美的結局。問題是這些點從來就不會那麼乖的在一條直線上,這是實驗數據的常態。那麼我們該怎麼告訴學生那條線是怎麼回事呢?(理想狀態?實驗誤差?)

實際上畫出來的線像這樣

寄件者 測密度的實驗課程
也就是說,如果直接去計算水的五個點,或是三種金屬各自的三個點,會發現「同一種物質的密度似乎都不太一樣」。但若我們把這些點畫成M-V圖的話,似乎會有種趨勢,發現好像同一種物質的點,好像會在同一條直線上。

接著才是科學推論的重點。當我們「判斷」這些點會在同一直線上時(並通過原點),我們就從原點出發,畫一條一次的趨勢線,讓這條線盡可能的靠近所有的點。當我們畫出了這條線,就代表我們開始「預測」未知的事情。

我們的已知,只有十四個點。但我們卻畫了一條線,這條線可是包含了無窮多個點喔。這代表我們認定了質量和體積的關係應該在通過原點的一直線上(成正比),這是一個很大膽的猜測。事實上也非常可能是錯的(因為我們某個物質最多只有五個點)若要減少我們猜測的失誤,唯一的辦法就是再多做更多實驗,如果再來一百個點,都在線上的話,其實我們就非常有信心,認為體積和質量會成正比的。

接下來引進一點數學

當我們認定這一條直線是某物質體積與質量的關係時,我們就可以把線以

y=kx 來描述

k值在數學上代表的是斜率,在這張圖上則代表密度。也就是體積-質量圖的斜率就代表物質的密度。這個招式在物理上可是常常拿出來用的。

可是點不在線上怎麼辦?這部份真的可能會是實驗誤差。面對可能的實驗誤差,千萬不能一句「這是實驗誤差」就帶過,這樣乾脆不要做實驗,直接公布數據就好。

實驗誤差必須討論來源、分析誤差可能的大小,更積極的話,就是想辦法消除誤差進行更好的實驗。

以這個實驗來說,4立方公分的金屬塊,用精密度1ml的量筒來測量,最大可能會有25%的誤差,是最大的誤差來源,足以說明實驗點的偏差。若要更進一步,則必須引進更好的儀器來測量體積。如果引進更好的儀器後,實驗的點更貼近線的話,就代表我們對誤差的判定及改善的方式是正確的。

在計算物質密度時,其實不同體積測出來的密度都不同,通常我們會以平均值來處理這些不同的密度。不過更好的方式應該是做出趨勢線,算出斜率和相關係數。但是這太難了,等以後會在獨立研究課程再教。

在這個課程中,我用電腦將學生的數據輸入試算表中,然後做出x-y散佈圖,直接投影到白板上。我就可以在白板上說明上述的觀念。

第六頁是利用前面學會的技術和觀念來解決一個虛擬事件:刑案鑑識。
事件內容請看講義內容即可。

課程的設計是要讓學生鑑定未知物(銅和鋁以不同體積混合)的密度,然後將未知物中銅鋁的體積比算出來,抓到兇手。

寄件者 測密度的實驗課程
學生必須測量未知物的體積和質量,然後用第二頁出現過的阿基米德測量皇冠參雜銀的問題來把未知物中銅鋁的體積比解出來,再回頭和嫌疑犯的子彈比對,找到兇手。

大約有一半的學生馬上就意識到這個實作問題就是阿基米德皇冠問題。也有學生覺得直接把三個嫌疑犯的子彈密度算出來,和未知物的密度做比對就可以。兩種方法都可以。

大部分的學生都順利的抓到犯人囉


以上就是密度實驗的設計理念和課程記錄。

2010年9月13日

第一屆生物趴辣客


強者我偶像阿簡老師,據說在參加了第三次的物理示範教學年會之後,就想要辦一個屬於生物老師交流的聚會。然後過沒幾天,這活動就生出來了。真是超高效率的啦!

本來我是打算報名的,但是由於當天其實有一點事情,所以後來就沒有幫自己報名。但是到了前一天實在心癢難熬,所以就假借要送阿簡一本電路圖,希望阿簡可以放我進去。所以當天就很厚臉皮的潛入會場了。

寄件者 生物趴辣客


到了會場時,早已超過兩點,會場擠滿了人,台上也正在進行分享。雖然阿簡限時兩分鐘,但上台的老師卻都能很清楚的表達出自己想分享的教具或想法,非常的厲害。

有老師拿出自己小孩小時候的東西,來和學生分享生命的喜悅;有老師設計了牌組遊戲;有老師因為小時候看不懂花粉的圖而自己設計了有花粉管的花粉模型。每一件東西拿出來,都會聽到台下老師的驚呼~

寄件者 生物趴辣客


寄件者 生物趴辣客


寄件者 生物趴辣客

大家講完之後,我也厚著臉皮分享了一下我們學校之前實習老師做的教學演示課程。想說既然來了,還是有點貢獻比較說得過去啦,希望各位老師不要嫌棄才好~

小菜端完了之後就是主菜要上場。首先上場的是月鈴老師分享的科學探究課程。

寄件者 生物趴辣客


這課程也是我這幾年來一直努力的目標,雖然自認這是正確的教法,但其實未必大家都能了解與認同,做起來不免有點灰心。去年經由噗浪認識了月鈴老師、阿簡老師和彥文老師,在這方面又重新給我很大的鼓勵與刺激,讓我決定重新檢視整個理化課程,思考如何真正將科學能力與知識的課程融合起來。

接著上場的台大的Kitty 大助教。
寄件者 生物趴辣客


若干月前,月鈴老師和阿簡說要去台大生物實驗室看一下他們的實驗課程。我一時好奇也跟著去,結果一到了思亮館實驗室,覺得裡面氣氛真是不錯。學生數量很多,但都很投入的在觀察4天或7天的雞胚胎。當時我就覺得可以讓這麼多學生專心做一件事情,是很厲害的。

這次在趴辣客上,Kitty分享的課程,更是讓我心動不已。她帶學生到動物園進行校外教學,一方面要求小助教設計規劃路線(也是訓練的一環)另一方面要學生針對某些動物進行表演式的講解。最後在期末考的時候,還要學生能針對其他組的內容提出討論。這一整套流程能提供的教育,遠遠超過了生物知識的範圍。

中間包含了合作、討論、規劃、設計、表演、理解與批判等等高階層的能力。學生未來未必真的就從事生物工作,這些生物知識未必能用一輩子。但是這個課程提供的能力,卻明顯能給學生更長遠的幫助。

而最後期末考的方式,更是讓我直接聯想到IYPT的比賽方式。這種辯論的學習方式,應該可以融入在一般的課程中才對。

接著上場的是Yukie

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可惜的是時間已經四點半多,我也必須要快閃回家。沒辦法聽到Yukie如何利用資訊輔助生物教學。也沒聽到梅子老師精采的分享,真是太可惜了。

整個趴辣客活動讓人很感動,老師們都真心的投入,真心的分享。說實在我們這些老師大概都太飢渴了,或許有太多想要分享的心情,沒有辦法在自己學校裡完成,所以必須要找這樣的平台來完成。

如果這樣的分享活動,平時在學校中,老師隨時碰面隨時聊,不是很好嗎?

以上是一點感嘆就是了。

最後再一次感謝阿簡辦了這樣棒的活動,也感謝阿簡可以讓我潛入會場。

2010年9月3日

就算是器材介紹的課程,也可以讓學生思考!

以前在上緒論時,講到實驗器材總是只有一種講法,就是把器材拿出來,告訴學生這是什麼名字,做什麼用,讓學生既起來,就完畢了。
但上學期受到月鈴老師課程中提到生物分類學的啟發。我以前其實覺得生物學中的分類學是無聊的東西。是用很人為的方式去對自然界的事物做分類,結果還是有太多生物是不在分類學能規範的範圍。那分類幹嘛呢?(同樣的感覺也出現在化學家對純物質、混合物、溶劑、溶質的分類上)

2010教室佈置

前門
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靠走廊側
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後半部:正在介紹一些實驗器材
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後方,聲音與光的教具常設展...
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前半部,遠離走廊側,化學角。除了碳家族分子展示之外,櫃子裡面還有分子模型、週期表積木等等教具
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