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。

2011年12月9日

電學教室的使用與PhET,電子白板的應用

當教室後方,擺了這麼多與電有關的教具,就可以搭配上課來使用。講解、示範實驗、闡述原理、學生實作深化原理與動機。

被萊頓瓶電一下,是一定要的人生體驗!

2011年12月7日

IPEVO P2V vs Ziggi

P2V是愛比公司出的一款輕巧又好用的webcam,之前推出時,試用了一下,就決定要買一支作為教學輔助的工具。主要是因為它的畫質不錯,近拍也強,而且底座的設計可以允許多角度的調整,甚至鏡頭可以拆卸更方便許多不同用途的操作。
P2V的照片(圖片來源IPEVO官網)

電學主題學習區

資優班理化教室的擺設,是動態調整的。
九年級正上到本學期最後一張的電學課程,於是教室後面的佈置就調整成電學的海報和實驗器材囉。

上方是海報展是,中間大張的是電學簡史,左邊兩張及右邊三張比較小的,則是相關科學家的簡要傳記。


2011年12月1日

Phun應用在九年級理化的簡單機械教學

Phun是什麼呢?關於phun請看這裡,還有這裡。關於Algodoo,請看這裡

官方網站在這裡

其實用法很簡單,就是先把一些簡單機械教完後,就讓學生上機去操作phun,先用大概一節課的時間操作phun,講解簡單的操作方式。然後示範一兩個機械,讓學生仿作。

第二節課,就規定兩三個任務要他們做出機械。我給的任務,一個是「雨刷」一個是「噴泉」。雖然是很簡單的東西,但是要憑空自己拼出來,對他們來說還真的有點難度。

2011年11月23日

光的區分性教學



區分性教學是一個重要但難以達成的目標,要針對每個學生的殊異性幫學生量身打造課程或許不容易,但老師可以規劃一個高自由度的學習模式和環境,讓學生發展自己的學習模式。

2011年10月15日

波的課程to do list


to do list的課程(講義在這裡),是在設計區分性課程時,發想思考出來的課程形式。簡單的說就是以一週或兩週的時間,設定幾個課程目標,讓學生分組進行去完成。學生可以選擇他自己想要的順序,也可以自行安排要用多少時間來完成。這是可以讓學生在同時間在課堂內進行區分性課程的一個方式。

2011年10月14日

再談密度課程與密度的實作評量

今年我算是把密度課程弄的很完整。從一開始去發想「如果我們想去比較物質的緻密程度該怎麼辦」作為開始,經過實驗操作,數據分析等等的過程,最後以密度的實作評量作結。中間大概分成三大主題




點下去就可以連到大圖喔

第一大主題是上述的發想,然後把想法轉成可測量的數值,就出現了公式、單位。然後就進行一些基本運算訓練,最後以阿基米德皇冠的題目作結。最後這個題目,也是對最後合金的未知物埋下一個伏筆。

2011年9月21日

物質的性質、純化與變化

今年南一版的2-1講這三件事情。以往在切入這些主題的時候,在講物理性質化學性質;純物質混合物;物理變化、化學變化的時候,最容易從定義下手去教。講解定義後,讓學生依照這個定義去進行分類。這雖然邏輯清楚又好教,但卻是最無聊的上法。
我相信無聊的原因是,這中間完全沒有「科學動機」在裡面。只有「教學動機」在裡面。

科學的動機是好奇,是想把物質世界弄的更清楚。所以我們就從這裡出發。

在講物理性質與化學性質的時候,我隨手拿出一個金屬塊,問學生看到了什麼。再單純用觀看、觸摸的情況下,學生說出了像是顏色、大小、形狀、紋路、軟硬的感覺等等的訊息。

接下來,如果我們還可以對金屬塊加熱、冷卻、泡在酸裡面、在高溫時放入純氧中等等的話。我們蒐集了越多「事實」,我們就對這個金屬塊越了解。如果要把這些科學事實做一些分類的話,或許就可以自然的產生出「物理性質」和「化學性質」這兩種名詞。

2011年9月15日

100年密度課程

表面上是密度的課程,骨子裡卻是科學探究的課程。先講密度課程的部份。
密度是物質的基本性質,受溫度及壓力影響。前兩年的密度課程由「說出何謂密度」進入到「以數學表達密度」然後根據訂出的公式「進行密度測試的實驗」。然後以「測試未知物質密度作結」。

在最開始的密度課程中,我請學生畫出圖型,並且觀察圖型,希望他們能看到圖型的特徵,然後說出一些事情。但是我發現這樣子的課程太抽象了,也很難說出圖型的重點。另外就是我自己對於實驗數據的處理觀念也不夠清楚,所以當時使用這個課程時,學生覺得很困難,我也覺得很困難。於是隔年我就把這部份拿掉,直到今年我把數據處理的觀念弄的比較清楚了,於是就把這部份的課程又加回來。

在今年的課程中,以「如果你想要表達物質排列的緊密程度的話,你該怎麼進行呢?」「你如何告訴別人這東西內部的排列比較緊密而另外一個比較鬆散」學生提出來的方式有:直接用肉眼看(可是看不到原子排列)、兩個東西碰撞敲敲看(可是除了密度外還有其他因素會影響密度)還有許許多多其他的「猜想」,然後慢慢的,就會長出像是「拿同樣的體積去比較,看哪一個質量較大」接著是「拿相同的質量去比較體積的大小」這些想法。

老師就可以繼續挑戰:你真的要把東西切成一樣大去比嗎?

然後我隨手拿了兩個生鐵材質的東西說:那你切切看...(以下紅字的部份,就是各種科學探究的能力)

這樣的問題,算是作為一個觀察與發想,作為課程的切入點,這部份還蠻有趣的,有很多不同的答案會跑出來,我覺得是一個還不錯的切入點,不過還不夠好。不夠好的地方在於這東西幾乎是有標準答案了。明年會改變方法!(註)

經過一番討論後,有一組的學生說出「比較相同體積下的質量大小,質量越大就越密」。這在概念上是行的通的,但是怎麼做呢?我如何把我想測的東西都切成相同體積呢?這部份相當於將發想轉變為「可測量的項目」

於是就可以引出用腦子去把東西切成相同體積就好啦--拿質量除以體積--就是這麼一回事。這樣做之後,長出來的東西不就叫做「每立方公分質量有幾克」這個觀念嗎?

於是公式、單位什麼的都長出來了,短暫練習密度的計算問題後,接下來就是進行實驗,收集數據。這部份就會訓練到實驗的規劃,當然即使像是測量密度這麼簡單的實驗,實際進行時,還是會出現很多很多原來想不到的狀況。這部份多累積經驗,應該會慢慢對實驗的設計越來越有概念吧。

實驗設計完之後,就是把數據收集起來準備進行數據的處理和分析了。每一個數據將質量除以體積之後,得到的密度都不一樣,哪一個才是物質的密度呢?取平均值在這裡可不是正確的作法。平均值應該只能用在對某一個物質進行好幾次相同的測量,為了抵消使用工具時的誤差,才用平均值來處理。

這個部分要先觀察到同一個物質在體積-質量的圖上,好像是落在同一條線上,於是應該要問一個問題:體積和質量的數據「有多麼的像」一條線。第二個問題是:這條線應不應該通過原點?

以這個例子來說,當然應該要通過原點。於是我們設定截距為0,畫出一條趨勢線。這條趨勢線又可以告訴我們什麼事情呢?

首先,當我們把點連成線,其實就已經在做預測了。我們在預測實驗的點以外的事情。如果我們只做兩個點,連成一條直線想預測事情的話那是太愚蠢了,但是如果我們做了七個點、八個點甚至幾百個點,而這麼多個點都在同一條直線上,我們就很有充分的理由把這條線連起來,認為其他我們沒有做實驗蒐集數據的點,應該都在這條直線上。

接下來是左右端的延伸,可以延伸嗎?向左端當然頂多延伸到原點,這我們比較有把握。向右端的話,風險其實就比較大。

那這條線並沒有真正通過所有的點,只是我們盡可能的讓線去接近點而已,那這條線為什麼反而代替了實際的點呢?因為實驗總有誤差,如果那些點離那些線並不太遠,我們就可以認定那些點「應該」在線上。到底要多近才行呢?這邊得要看R2值才行。一般的標準是R2>0.995以上,是符合標準的,嚴格一點的就得要>0.999了。

其實中間有些出問題的數據,有一組的數據體積8.5寫成5.8,結果造成R2太低。但是當我們捨棄了那個怪怪的數據後,R2就大幅上升。這件事情剛好被我當成良好的實驗得到的趨勢足以預測未知的事情的案例。

讀完趨勢線後,讓學生把表格和圖整理好,列印出來,作為實驗結果的彙整,再回答最後我列舉的四個問題(在講義內,講義明天補上)就完成了實驗最後的討論。

這些活動結束之後,再進行一個測試未知物質的密度的活動,作為實作評量,這個課程就正式結束了。

(註)明年的切入點應該會用各種不同物質,每一種物質準備七八個,讓學生先去測量這些不同物體的質量和體積,得到一大堆數據之後,再開始就這些數據來進行討論

2011年9月7日

最近拿到的兩個出版品

一個是教育部編印的
「分散式資優資源班經營實務手冊」
寄件者 出版品

我也貢獻了一篇
寄件者 出版品

另外一本是95學年度到99學年度,歷屆比較好的學生獨立研究成果彙集。其實這東西應該要每年做,希望之後有穩定的經費可以來弄這個
寄件者 出版品

寄件者 出版品

2011年9月6日

認識器材課程

去年,我以生物分類的精神來進行理化課第一章裡面的認識器材。今年針對學生的狀況,再對這個課程做了一點思考。決定回到「觀察」「思考」這兩個層面,而把分類觀念拿掉。於是課程就變成:
1.仔細觀察燒杯、量筒、錐型瓶(側管)、漏斗、試管、蒸發皿和冷凝器等器材。
2.畫出器材,不用很精美漂亮。但是要把你看到的特徵畫出來。(這部份和生物觀察動植物,並且用繪圖方式記錄很像)
3.將器材的特徵寫下來。
4.分析這些特徵代表的意義和功用 這過程中,可以讓學生觀察、思考、討論。

 課程影片如下
   
其實我發現學生狀況還不錯,幾乎所有的特徵代表的功能都能講出來。包括量筒上標示溫度的意義、錐型瓶沒有尖嘴的設計,但是可以用橡皮塞密閉、體積測量誤差標示等等。希望這樣的課程,可以慢慢養成學生學會觀察、思考與討論的習慣。 課程講義連結在此

2011年9月5日

阿簡的骨頭人生

7/5,屏東熱血男兒邱彥文老師辦了一場研習-「博客會客室」,邀請了網路上的一些部落客來分享一些教學相關的心得。其中阿簡講的主題,是他的骨頭人生-就是阿簡怎麼從不會處理骨頭製作標本,到現在大家看到他寫的部落格記錄,都覺得他是製作標本的專家,這樣的過程。

其實聽阿簡講這一段,給我不小的震撼。

寄件者 博客會客室


大概一年多前吧,我不知道找什麼資料,找到阿簡的部落格。一看之下,簡直是嚇死我,這傢伙怎麼什麼都會。再仔細看,發現阿簡常常去蒐集一些動物的屍體,處理乾淨後做成標本等等的。看了一陣子他的部落格,加上和BioTOP的人接觸之後,發現怎麼彰師大生物系的訓練這麼綿密扎實。這樣離開學校之後,一定很快可以進入狀況。

我其實常常會覺得我自己的求學過程,學校給的東西缺了很多東西。注重考試的結果,讓學校教學的方向失去了很多學科原本的樣子。結果當我自己當老師的時候才發現,怎麼這裡我也不懂、那裏也不懂?我寫的出、算的出正確答案,但是我真的不懂這些東西。正所謂之其然而不知其所以然吧。我常直接接受他人的說法,很少提出疑問,也常常不知道問題在哪裡。

但是研習的這一天,阿簡說:在學校的時候,因為某些原因,並沒有把製作標本這部份學好。現在會的這些東西,是自己當老師之後,慢慢摸索而學會的!

聽到這一句,我突然想開了。學校不可能把你所需要的東西通通塞給你。學校應該是給你一些基礎知識,給你興趣、給你熱情和給你方法的地方。

不管是在學校裡面或外面,學習是一個不間斷的過程。所以其實並沒有誰該教會你什麼的這種事情。重點是自己想學什麼,然後投入那個領域,找資源、找方法、找資料、找老師,投入夠多的時間,然後你就學會了。越投入,時間和心力花的越多,方法越正確,就學的越多。

在學校的時候是如此,畢業的時候也是如此。

不管是自己想要,職場有需要或家庭有需要,要學新的東西,就去學。學會了就是自己的。所以我不再抱怨了,認真把我現在認為重要的科學史、科學精神、科學方法、數值分析方法、科學眼光、找尋科學問題、科學態度等等的東西學好,然後再學著怎麼把這些東西教會學生就對了。


2011年9月3日

我的雲端教學

應張主任的要求,安排了一個研習活動。一開始是想把我從TED看到的東西介紹給大家,後來發現要把TED的東西整理變成很有條理的東西有點困難,所以我就決定擴大一點,把我用的一些資訊工具,加上一些可以被稱為「雲端」的東西。在這個名詞還沒冷掉之前,來湊個熱鬧講一下。

投影片的PDF檔在這裡

講到的東西有Dropbox, Evernote, google的各項服務, PhET, google art project, TED, iTunesU, MyOOPS, KhanAcademyGapminder

雖然講了這一大堆工具,但是我真正想講的仍然是如何把課堂學習的中心交還給學生。老師退到幕後營造一個環境,讓學生主動的觀察、發現問題、進行探究、解決問題。

所以我把上面的工具再分類一下。像是Dropbox, Evernote, Google docs等,這種是純屬於輔助性的工具,可以幫助老師自己整理資料,或者是提供老師和學生或者是學生之間的一個資訊交流、研究討論的平台。

TED, iTunesU, MyOOPS這種,則是提供了許多很新很棒的想法、資訊。老師可以從裡面獲得很多想法,也可以提供給學生他們適合看的演講。除了讓學生學習閱讀之外,也可以讓學生學習去從這些地方獲得想法。這些很新、很正面、很有創意、很積極的想法、觀點,是在台灣的媒體上很難獲得的資訊。從這些地方,尤其是TED裡面可以獲得很多。

老師可以拿這些演講當素材,刺激自己和學生的想法,然後作為一個老師和學生共同可以討論的主題。這樣就會有「想法」和「討論」。

我在這次演講中提到的包括Google art project, KhanAcademy, Gapminder等等都是從TED中看到的。

最後一類,就是可以方便讓老師提供一個探究的環境,讓學生去主動探究學習。像是PhET, KhanAcademy, Gapminder就是屬於這類的工具。

PhET提供了一個理想的,無雜訊的實驗環境。老師可以把它當作一個真實的實驗環境,然後讓學生從裡面看到的現象,歸納出科學的原則。課程案例

KhanAcademy則是一個很棒的,讓學生成為學習中心的一個例子。學生利用網站的影片和題庫來自學,老師則是藉由網站記錄學生學習的曲線來觀察學生的學習狀態,並在課堂上給予適當的協助。

Gapminder則是我很喜歡的,很powerful的工具。由於裡面的資料正確又齊全,地理、歷史、公民、健教、生物、理化等課程幾乎都可以在裡面找到可以討論的議題。老師可以拋出議題,讓學生從gapminder裡面找到資訊,然後用自己的方式來詮釋。然後就可以有想法的討論和交流了。

2011年7月3日

全國各區五校研究成果聯合發表會 後記

這個瘋狂的活動,經過一年的醞釀,兩個月的規劃籌備,然後在7/1, 2兩天發光。就如同我一開始講的,這活動最困難的事情,其實在最開始就解決了。邱彥文老師、鍾昌宏老師、吳月鈴老師、劉睿荷老師、本校的許家源和我自己在最開始的時候,我就知道我們都是熱愛科學和教育的。也都知道讓學生有做研究的經驗對學生來講會是很重要的成長,於是也都排除了萬難,想辦法擠出時間讓學生好好的做研究。各個學校的異同,月鈴老師說她想寫一篇專文,所以這部份就讓給月鈴老師了。

每個學校的狀況,學生的狀況雖然都不一樣,但是這些老師都找到了自己的一套方法,在各個不同的條件下,都讓學生從原來的地方往那個正確的方向跨了一步。而這個活動,聚集了這些有志一同的老師和他們的學生,讓學生之間能個見個面,知道自己不是唯一被老師虐待努力訓練的人,知道原來就在台灣就有這麼多人和他一樣努力的做了研究,和他一樣即使感到緊張害怕,仍然到了台上完成了自己的present。這或許在他的人生上,是很大的一步。

老師之間也藉由這個機會看到別的老師的作法和成果。我也在這活動中,腦子就爆發出了好多靈感,一下子明年整個科學探究課程的作法就浮現在腦中了。

全國各區五校研究成果聯合發表會(中)7/1實況

寄件者 7/1五校聯合研究成果發表會


時間終於來到了七月一日,會場早已準備好,就等各路人馬蒞臨,開始今天的盛會。宜蘭的月鈴老師帶領的復興國中團隊第一個到達現場。


2011年7月2日

全國各區五校研究成果聯合發表會(上)緣起與籌劃

寄件者 7/1五校聯合研究成果發表會


前言

今天活動結束後,有人來恭喜我,說我完成了一件困難的事情。我想了一想,這件事情「困難」嗎?在辦理活動的過程中,我的確有感覺到「繁雜」「麻煩」但是其實沒有感覺到「困難」。困難的意思是,事情無法推動執行,沒有辦法按照一些想法去執行。「繁雜」則是有許多細節要思考處理,但是那個並不困難。就像微積分相對於四則運算來講,微積分是困難的,但是如果是連續一萬個加減乘除兜起來的四則運算,你知道你一定會算,只要花時間慢慢算就可以。

這個活動最困難的地方,其實是我必須找到夠多的老師具有夠強的熱誠,這些老師必須要認為科學教育就是要包含「研究課程」。執行這課程不為了什麼,就是因為它理所當然要在科學課程裡面。然後這些老師必須能突破環境的限制,願意去做,學生還願意受老師的教導,去學。

更甚者,這些研究,動機必須很單純。不是為了比賽。家長不會介入太多,老師不會介入太多的狀況下產生出來的作品,才是這個活動真正想要的。學生必須要有親身體驗過研究,而不是為了某些利益目的來做出來的成果。

我必須要找到夠多的這樣的人,還要願意在暑假的第一天跑一趟,聚在一起開這個party。

這個最最最困難的事情,其實在最最最開始,就已經解決了。因為在噗浪上,我早就知道有這些瘋狂的科學老師,每年每年都帶著孩子做研究。我知道只要發出訊息說:「來吧,一起玩」在現實條件允許的情況下,人就會到了!

所以困難的東西消失了,剩下的只是簡單的四則運算。一一解決後,事情就成立了。

p.s.說實在,剛剛上面那一段「現實條件允許」這件事情,有點不太正確。因為我實在不覺得那些從屏東台中宜蘭帶一大堆學生到台北的這種事情,是那麼的「現實條件允許」,但是這個困難是屬於那些瘋狂科學老師去解決的,所以我還覺得他們面對的事情還比我困難。


2011年6月20日

教育噗浪客3來囉



教育噗浪客,是在噗浪上一群無比熱情的教育工作伙伴。這群人在噗浪上分享自己的教育方式、理念和熱情,更是讓我重新點燃熊熊教育熱情的重要轉捩點。今年暑假,教育噗浪客的年度聚會將來到第三屆,敬請期待!


官方網站:http://tpet.ntct.edu.tw/bin/home.php

2011年6月5日

暑假研習活動「博客會客室」

來宣傳一下暑假的一個活動


有興趣一次和六位科學blogger互動嗎?想看看他們在一起會討論出什麼火花?歡迎來參加「博客會客室」,7/5在科工館喔!報名網址在這邊

2011年6月3日

摩擦力的虛擬實驗

以摩擦力這個單元來說,在國中要做出很好的定量實驗來證明摩擦力的理論,是相當困難的事情。所以PhET就派上用場了。我覺得PhET在理化上的應用,並不在於取代真實的實驗,而是在面對一些很難做好的實驗,或者是一些抽象觀念時,可以派的上用場。

課程講義在此

也就是說,能真的做實驗,就來做。實驗很難做的話,又不打算(或沒時間)進行改良實驗的教學的話,那就可以用PhET來輔助。

要說明摩擦力觀念,可以利用PhET/物理/一維空間中的作用力,這個單元。在這邊可以很輕易的設定影響摩擦力的諸多因素,並且很精準的觀察到靜摩擦力和動摩擦力。所以教師可以利用這個軟體來進行摩擦力、力、合力等觀念的說明。

我採取的方式,是用實際的物體先說明如何觀察到摩擦力、觀察靜摩擦力的大小、最大靜摩擦力可能受哪些因素的影響。然後再利用軟體來做更精準的說明。接著就讓學生作實驗來證明剛剛的論點。

在這個軟體的設計中,可以改變的變因有質量、摩擦力係數和重力。其中質量和重力兩個因素加起來,其實就是物體的重量;摩擦係數就是兩物體表面的性質決定的。最後歸納起來,就是物體表面的性質和正向力兩個因素在影響最大靜摩擦力。


寄件者 PhET虛擬摩擦力



這軟體因為可以直接輸入施力的大小,所以可以很精準的抓到最大靜摩擦力。例如輸入147N,不會動、148N就動起來的話,就代表最大靜摩擦力介於這兩個值之間。


寄件者 PhET虛擬摩擦力


這方法還是一位同學試出來的,非常棒!


寄件者 PhET虛擬摩擦力


另外關於摩擦力,mythbuster曾經做過一個很有趣的實驗,就是把兩本電話簿疊起來看看要花多大的力量才能拉開,結果最後很誇張的動用了兩台戰車。(其實四台轎車,或者兩台轎車和一個牆壁就可以了)

2011年5月26日

科學概念課程

今天七年級的科學概念課程,仍然是以柯南和恐龍切入來進行一個科學概念教學活動。所謂的科學概念指的是:了解「科學家在做什麼」,這樣的課程。以往在講述這些課程的時候,總讓學生覺得不著邊際。
所以今年就設計了一個活動,先將學生分組。學生拿到的學習單上提供暴龍或梁龍的資訊,

然後學生就要根據學習單上提供的圖片和文字資料,去推斷暴龍和梁龍的生態習性等等。為了提昇學生參與的程度,我將討論形式的課程,轉變成辯論形式的課程。學生共分六組(本來是七組,後來其中兩組合併了)。第一節課辯論暴龍的主題,暴龍以「是否為掠食者」為主題。請其中一組擔任「支持暴龍為掠食者」另一組擔任「暴龍不可能為掠食者」第三組擔任裁判。進行的方式為:第一組先找到所有支持暴龍為掠食者的證據。再來由第二組針對第一組的論述提出疑問,或者由資料的其他部分提出疑問。然後讓第一組來防衛自己的論點。

第三組則要擔任裁判,辯論結束後,要提出來雙方在哪一個部分的討論的優劣點。

結果攻守雙方表現的出乎我意料的好,雖然還算有些畏縮,但是都還能清楚的講出自己的論點,而且都還蠻有力的。

學生在上禮拜就有拿到這份學習單,並且有閱讀過資料,也簡單的先討論了一下暴龍梁龍的食性。上禮拜上完課後,就交代學生,回去這一週,絕對不要先去找網路的資料。因為一旦學生看了那種「權威性」的資料,就很難自己思考了。

這次上課,先將暴龍的三組,拉到靠近講台的座位,並且設定辯論問題和組別,給學生三分鐘的時間整理自己想講的方向,另外一組也先設定可能反駁的方向。


寄件者 恐龍討論課程

2011年5月24日

反應速率實驗,學生作業

第二次段考的時間太趕了,加上我太愛搞東搞西了。加上徹底的把滴定課程執行完畢的結果,就是有一些本來必做的實驗沒做。這個硫代硫酸鈉和鹽酸反應測定反應速率的實驗,就是其中一個。

虎克定律講義

力這個單元,我每次都覺得很難講。想要一次切入力學觀念的核心,應該是太困難的任務。這次決定好好的從虎克定律慢慢出來。由繁入簡。先來看講義:

講義請在此下載

課程中要準備兩三個不同的彈簧,是學生的人數而定。這個實驗其實大概兩個人來做就很多了,所以最佳的情況是每兩個人就要有一個彈簧比較好。

如果手邊只有一種彈簧,可以用膠帶或棉線把部分的彈簧綁住,也就是讓彈簧可以拉開的範圍變少,這樣就可以調整彈簧的K值了。

2011年全球華文部落格大獎入圍



入圍了期待以久的華文部落格大獎比賽,謝謝評審的青睞。希望這個部落格能為科學教育多盡一份心力!

2011年5月4日

John Hunter談和平遊戲


John Hunter是國小四年級的老師,他設計了一個可以在課堂上進行的遊戲,稱為world peace。在上述演講的約第8分鐘後開始,學生在此遊戲中展現的智慧和學習到的效果,相當驚人!


遊戲的內容是一個模擬的世界,這世界有四個國家。貧富不一,國家有自己的土地、軍隊、財富、資源等等。由老師聘請總理(學生可以拒絕),由總理聘請內閣。有國防部長、財政部長等等。然後開始針對這世界發生的問題,看看學生如何解決。

2011年4月11日

滴定的實作評量

酸鹼滴定是我喜歡做的實作評量之一,這算是一個很有總結性味道的測驗。

八年級的理化課從上學期末開始,到這邊,學到了莫耳數、化學反應、化學計量、莫耳濃度、酸鹼中和反應、酸鹼指示劑等等的觀念。我發現酸鹼中和滴定的過程會把上述的觀念通通整合起來,所以可以說是一個總結性的實作評量。

酸鹼中和滴定的實作測驗中,我會給學生一個未知濃度的鹽酸溶液,容量將近30ml。學生要自行配置0.1M~0.5M的氫氧化鈉溶液(這濃度算是個提示,降低難度)使用滴定管做酸鹼滴定,然後算出鹽酸的濃度。

學生在各階段使用的觀念如下:

莫耳數:配置氫氧化鈉水溶液
莫耳濃度:配置氫氧化鈉水溶液
化學計量:計算未知鹽酸溶液濃度
酸鹼中和反應:滴定過程
酸鹼指示劑:滴定過程、酸鹼滴定終點的判斷

學生所需要使用的技能如下:

正確使用天平取用氫氧化鈉:藥品不可直接接觸秤盤、秤量速度要夠快以免潮解嚴重、要用括杓或其他適當的器材取用藥品。

正確溶解氫氧化鈉配成適當的體積:要先用少量液體將氫氧化鈉溶解然後再慢慢加水到適當的體積。

取得適當體積的未知溶液:正確使用量筒,取得適量體積的鹽酸。

正確將未知濃度液體倒入滴定管:使用漏斗將液體倒入滴定管,速度不可太快。倒入液體的過程中,鹽酸溶液不宜放在滴定管下方,以免倒液體時失誤,造成兩溶液混合。

正確取用適量的指示劑滴入未知濃度液體中:使用量不宜過多,兩三滴即可。本測驗為強酸強鹼滴定,故沒有挑選指示劑的問題。

正確使用滴定管,並能適當的控制滴定速度:會觀察變色速度,決定滴定速度。能自由控制滴定的快一點或者慢一點。能正確判斷滴定終點。

一個測驗可以考這麼多東西,應該蠻值得做一做的。

學生在正式測驗前,已經學過了藥品配製技能、酸鹼中和的原理、化學計量、莫耳及莫耳濃度計算、滴定終點的判斷原理等等。最後再告訴學生測驗的規則,就讓學生取得未知濃度的鹽酸,自行利用中午時間來完成滴定,寫完實驗報告後繳交,學生操作過程中,老師可在旁觀察記錄學生操作過程是否正確,並可在測驗完成後給予意見及建議。

這些先備的知識技能中,大部分都在課內的課程就會教到,但是在「滴定終點的判斷原理」中,並沒有在課程中特別提到強酸強鹼滴定時,在接近pH=7附近時,pH會大幅變動,所以可以將酚酞變色(pH8~10)當做pH=7的滴定終點。這部份是學生會疑惑的,所以我另外用了一堂課的時間用理論計算的方式說服學生。

學生實作的情形如下:


寄件者 滴定實作評量

2011年4月10日

oops線上開放課程

OOPS線上開放式課程
這是一個令人興奮及感動的網站,這個網站把全球各大名校的開放性課程影片連結起來,然後翻譯成中文!雖然我之前讓電腦很用功的用iTunesU下載了許多化學課程,但是真的沒辦法聽懂,所以一下子就放棄了。但是由奇幻基金會所發起執行的這個計畫,卻幫大家大量的將影片翻譯並且加上字幕。這裡是關於這個課程計畫的訊息。

最近大家最熱門的課程就是哈佛大學的正義課程了。請大家可以點進網站下載影片來看,



2011年4月9日

酸鹼中和與滴定

這部份的課程,是要學生學會酸鹼中和的現象、計算、滴定、酸鹼指示計的使用和滴定的計算等等。課程講義在此

酸鹼中和的現象包含了放熱、產生水和產生鹽類這三個。放熱和產生水,都有很好的實驗活動可以驗證了。但是產生鹽類部分,課本上只有將反應完畢後的液體加熱煮乾,看到產生白色固體這樣的驗證方式。但是其實那個白色固體,也有可能是沒反應完的氫氧化鈉啊?

雖然上課的時候我也呼隆就過去了,不過其實我覺得如果把酸鹼中和後的產物,放在蒸發皿放一個禮拜,把水慢慢蒸乾。如果最後會有正立方體的結晶,或許證據會更鮮明。其實我今年有真的這樣做,也有看到正方形的結晶(薄薄的不像是立方體)但是在我拍下來之前,就被學生不小心洗掉了,所以沒有留下證據。

2011年4月6日

SUPER Biopotluck3, 超級生物趴辣客3

短短半年時間,生物趴辣客就辦了第三屆。而且人一次比一次多,規模也越來越大。甚至因為生物趴辣客國際娛樂事業股份有限公司,亞洲區南台灣辦事處處長邱彥文先生搞了一個太猛的場地(感謝中山大學黃台珠教授鼎力支持!)以致於阿簡發瘋了,說要把規模開到一百人,變身成為超級生物趴辣客。


於是,在四天連假的第一天,沒有任何官方薦派壓力,要自行付費,還要自己提供靜態或上台分享才能去的研習,總共去了99個人和一條狗。研習的全場,大家全神貫注,沒有人偷跑、睡覺。


2011年3月30日

[TED]Hans Rosling and the magic washing machine 漢斯.羅斯林與神奇的洗衣機

以下是嘗試著亂翻譯。其實不是真的翻譯啦,所以翻錯請不要怪我。線上已經有簡中版本的翻譯,請大家可以去看。



在我四歲的時候,我看到媽媽這輩子第一次把衣服裝到洗衣機裡。那真是她美妙的一天。我爹娘為了這一天存了好幾年的錢,終於可以買到一台洗衣機了。

這一天,終於要啟用了。那一天甚至連阿嬤都被邀請來看看這台機器。我阿嬤有夠興奮,她一輩子都用柴生火來煮水,然後用手洗她七個小孩的衣服。而那天她將看到電力來擔任這些工作。

我媽媽小心的打開洗衣機的門,然後把要洗的衣物放到洗衣機裡,像這樣...然後當她將門關起來的時候,阿嬤說:「不不不不~讓我~~讓我來按按鈕」,阿嬤按下了按鈕,然後說:「喔~太神奇了,我要來看看,給我椅子,我要看看!」

(這洗衣機裡面其實有鬼,這邊看不清楚)

然後她坐在機器前面,看完了整個洗衣服的過程,她被迷住了。

對我阿嬤來說,洗衣機是個奇蹟。今天,瑞典和其他富裕的國家,大家用許多不同的機器。你看就是這麼一大堆,有些我連名字都叫不出來。這些人,如果要旅行的時候,甚至會用飛行機器帶他們去遙遠的地方。但是這世界上還有許多人還是用柴火在煮開水,用柴火煮食物,甚至根本連食物都不充足。

他們的生活低於貧窮線,這些人大概有二十億人,每天的花費不到兩美元。

最有錢的十億人在這裡,他們生活在高於我所謂的 Air line(就叫做天龍線好了)之上(阿就是天龍人啦)。因為他們每天要花超過80美元。

這邊包含了三十億的人口,所以還有其他四十億人呢?他們生活在貧窮線和天龍線之間。他們有電可以用,但是問題是他們有洗衣機可以用嗎?

我做了徹底的調查發現到在天龍線底下,大約有十億人有洗衣機,天龍線以上的人也會有洗衣機,所以這裡有一條洗衣機線。這些人一天要花費超過40塊錢美金。所以有二十億人有洗衣機。那其他的五十億人,他們怎麼洗衣服?或者講的更精準一點,這世界上大部分的女人是怎麼洗衣服的?因為洗衣服這件事情大部分還是由女性來做的。

他們這樣洗:用手。

這是一件很費時費力的勞動工作,他們每週要花好幾個小時來洗衣服。有時候他們還得要把水從很遠的地方拿過來,或者是把要洗的衣服帶到有水源的地方來洗。

他們想要一台洗衣機!他們不想要花這麼多歲月來做這麼粗重而低產值的工作!這樣的希望和我阿嬤的沒有什麼不同。你看,兩個世代之前的瑞典~到河邊取水,用柴火加熱,然後像這樣洗衣服。他們也一樣的想要一台洗衣機。

但是當我和關心環境問題的學生講這件事情的時候,他們說:「不能每個人都有一台車子和洗衣機吧」

我們怎麼告訴她(想要洗衣機的人):「你不會有一台洗衣機的」

然後我問我的學生,大概兩年前,我問學生:「你們有多少人沒有用車子?」

有些人驕傲的舉手了,說:「我沒有開車」

然後我問了一個真正恐怖的問題:「你們有多少人用手洗你們的牛仔褲和床單?」

沒人舉手,即使是最強硬的環保人士,也用洗衣機!

.....

我得來分析一下,能源使用的情況。請看:

我把人分成天龍人、洗衣機人(洗衣線以上,天龍線未滿)、燈泡人(有電力,在貧窮線以上,洗衣線以下)和生火人(貧窮線以下)

一個能源單位(一個小方塊)就是一份煤炭或者天然氣的使用,也就是現在最常拿來發電的能源。然後全世界用了12單位的能源,其中最有錢的那十億人用了六份。七分之一的人口消耗掉了一半的能源!

洗衣機人(家裡有洗衣機,但是沒有其他lilicoco的機器的人),則是消耗掉了兩份能源。燈泡人有三十億,每十億人消耗一份能源。最後是生火人,二十億人用掉一份能源。所以總共是12份的能源。

那些關心環境問題的學生,主要的問題在於照這個趨勢看來未來會怎麼樣呢?

如果我們照這個趨勢走下去,到2050年的話,有兩件事情會讓我們能源的使用增加:

第一、人口增加。第二、經濟發展。人口增加主要會發生在最貧窮的那些人身上,因為他們的出生率是很高的。每個女人生的小孩很多,所以那邊的人口會多個二十億人。但其實這不會影響太多能源的使用。

但如果經濟發展起來了,洗衣機人賺了夠多的錢,躍升成為天龍人的話,這樣他們會用的跟天龍人一樣多,這樣就多了四份的能源使用。

如果燈泡人想要洗衣機的話,那他們能源使用的情況就是原先的兩倍。

如果我們希望那些貧困的人們有電可以用,那們他們就會變成燈泡人,能源的使用就變成四份。這樣的話,他們就可以只生兩個小孩,停止人口的成長。(關於經濟提昇和人口的成長問題可以看Hans Rosling的另外的演講)

但是整個能源的消耗就變成了22個單位!

而這22單位的能源,仍然是由最有錢的那群人消耗掉了大部分。

所以我們該怎麼辦呢?

由於氣候變遷是很可能發生的,理所當然的天龍人必須要有更好的能源使用效率。他們必須要改變他們使用能源的方式,省點能源。他們也該多多使用綠色能源。但是當他們這樣做之後,他們應該要建議其他的人怎麼做比較好,開始影響其他的人。

如果我們可以讓洗衣機人這邊使用更多的綠色能源,這是可能發生的。這很困難,但是可能會發生。但是我可以很明確的告訴你,這個在Rio的女人,她想要一台洗衣機!

她很高興他們的能源大臣讓大家有電可以用,高興到她投票給她成為巴西總統(Dilma Rousseff)從能源大臣變成總統了。如果你有民主制度的話,人們會投票給洗衣機,她愛它們!

(後面是Rosling耍寶時間)
我媽媽解釋了這台機器的魔力,在很久很久以前的那一天,我們把衣服塞到洗衣機裡,機器會把衣服洗好,然後我們就可以去圖書館看書了,因為這是個魔法!

(....後面不翻了,看Rosling耍寶就好。前面的洗衣機裡有鬼,現在看的很清楚)


後記:翻譯太難了,我完全不擅長。看懂是一件事,翻譯完全是另外一件事!

心得:我想這篇演講,Rosling主要想講的就是,這些有錢的人,消耗這麼多能源,有責任要趕快推動綠色能源,並且推廣給其他人使用啦!

2011年3月29日

酸鹼中和的教學計畫

每年到了這個時候,就特別開心。因為有可以讓學生好好玩的課程了。這個「玩」並不是指什麼花俏絢麗的實驗,而是可以真正測試自已實力的課程。
下學期第二章的酸鹼中和課程,排在「莫耳」「莫耳濃度」「化學計量」這些課程之後。在酸鹼中和之後的課程,進入到氧化還原和反應速率與平衡。所以化學計量相關的課程中,酸鹼中和算是個ending。所以在這裡安排一個綜合性的實作評量應該是很合理的。

課程安排如下:
酸鹼中和的現象:產生鹽類、水和熱。分別用示範實驗證明,說明鹽類的定義與鹽類酸鹼的判斷。學會酸鹼中和的計量計算,並且做一些練習。

學會操作滴定管:知道怎麼控制滴定管的水流,並且要先慢慢滴,如果顏色沒有改變的話,就可以快快滴,直到顏色改變的時間變長,再放慢速度。不過說實在的,我蠻想買個四五支滴定管放在教室的。學校的滴定管堪用的好像不太夠多。

證明指示劑變色的瞬間,可以當做滴定終點:先學會如何計算酸鹼中和的pH值。不用真的算出來,只要會列算式就可以。然後讓學生使用電腦,用excel計算出0.1M鹽酸滴定0.1M, 10ml氫氧化鈉的pH變化曲線。曲線出來之後,就可以說明為何pH就算高達10~11,也可以當做滴定終點。

接著就讓學生先去構思如何進行滴定的實驗。我要配置未知的鹽酸水溶液,濃度大約是0.1M~0.5M然後讓學生自己配置氫氧化鈉水溶液來做滴定。學生必須先設計好實驗流程,然後自己找一個中午的時間來把unknown完成。

unknown作業大概要花一個禮拜完成。

希望同學們加油!

2011年3月17日

JR's TED Prize wish: Use art to turn the world inside out



用藝術改變世界的絕佳例子。

這傢伙居然敢跑到以色列去進行face 2 face的project。他拍了一大堆以色列的人臉和巴勒斯坦的人臉,然後把其中相同職業的人臉擺在一起貼在以色列和巴勒斯坦的建築物上。

以色列人問:你在貼什麼?

JR說,我把以色列的人和巴勒斯坦人的臉貼在一起啊

以色列人說:啥!?!!?

JR問:你分的出來誰是誰嘛?

以色列人:......

好強烈的訴說著一些事情啊!

TED:Wael Ghonim, inside the Egyptian Revolution



三十多年來,埃及沒什麼長進。人民雖然感覺到不快樂,但不敢做任何事情。因為不知道別人怎麼想,不知道會怎麼樣。直到臉書、Twitter、youtube這些平台的出現,人民開始可以在上面交流想法,大家才知道這些渴望自由、渴望民主、對政府的憤怒的心情是大家都一樣的......

2011年3月11日

鹼的反應

課本上寫著:鹼性的水溶液摸起來會有滑膩感。所以我泡了課本上舉例的氫氧化鈉和氫氧化鈣,但其實只有氫氧化鈉水溶液摸起來有滑膩感,氫氧化鈣水溶液摸起來倒是跟水差不多,我想應該是氫氧化鈣的溶解度不高的關係吧。

接著是測試氫氧化鈉吸收水份和二氧化碳這件事情。課本把這件事情寫在氫氧化鈉的條目底下,但其實如果去查維基百科會發現,IA, IIA族的氫氧化物,都有吸收水份和二氧化碳的能力。但是其實必須要在潮溼的情況下才行。也就是其實在潮溼的情況下,二氧化碳溶於水形成碳酸,同時又和氫氧化鈉的鹼性中和,所以二氧化碳就會一直溶進去了。

如果沒有水,其實氫氧化鈉很難吸收二氧化碳的。

這個實驗蠻有趣的,首先用排水集氣法將二氧化碳搜集到寶特瓶裡面。


寄件者 二氧化碳與鹼的反應


蒐集完一罐之後,將一些氫氧化鈉,氫氧化鈣放到罐子裡面,然後密封。


寄件者 二氧化碳與鹼的反應


如果罐子裡面的水不是很多的話,沒有太多反應。罐子可以打開,加一點水進去,就會變成這樣:



氫氧化鈣的實驗結果在此


寄件者 二氧化碳與鹼的反應


不知道為什麼課本要把這個條目寫在氫氧化鈉的底下,明明幾乎所有的鹼包含課本有提到的氫氧化鈣都有類似的情況。這件事情讓我誤會好久,我一直以為只有氫氧化鈉會有這種特性,我問了幾個人,他們的印象也是相同的。

要不是我這次多測試了其他的鹼,還查了資料,還真的不知道這件事情呢。

鹽酸的「特性」

當我在上課的時候,先拿了一些鹽酸和氨水靠近,然後產生大量白煙。我就跟學生講了:你看鹽酸和氨水可以互相檢驗。只要拿氨水靠近產生白煙,就是鹽酸;拿鹽酸靠近產生白煙就是氨水唷。
但是因為知道了對照組的重要,於是在進行鹽酸特性時,就特別的注意到一定不能只用鹽酸去和氨水靠近產生白煙。一定要先做空白測試(實際上濃氨水自己就會有白煙產生了,但是很明顯的用鹽酸靠近後,會跑出來一大堆白煙),另外就是要把手邊有的酸通通拿來測試一下。結果讓我很傻眼--全部的酸靠近氨水都會產生白煙啊。實驗結果看這裡

結果我只好修正前面的說法:氨水碰到各種酸都會產生白煙唷...Orz...

雖然如果仔細觀察白煙還是會發現其中的異同,不過光看「產生白煙」這件事情似乎是不太夠的。

我覺得這個上課經驗再一次強化了我的想法,也就是純「說明」性的實驗,真的是不夠的。如果沒有經過正確的科學探究過程,就會常常犯我這樣的錯誤。

這樣的錯誤,在「鹼」的性質上,又再度出現。


待續!

常見酸的性質-探究與發現 課程設計與簡記1

課本上的這一個章節,基本上是以「介紹」的課程為主。意思就是將這些常見的酸的性質加以介紹。以往我課程的上法是盡量將那些介紹的性質,變成實證式的方式來進行。例如課本上提到酸和碳酸鹽類接觸會產生二氧化碳,和金屬接觸會產生氫氣,就實際做實驗驗證這件事情;硫酸有強烈脫水性,那我就拿硫酸和水、糖接觸就可以看到其脫水性;課本上提到鹽酸和氨水靠近時,會在空氣中接觸產生白色煙霧。(感謝王大胖老師的圖片



今年上課的時候,我就在思考,如果要以研究的精神來進行這個課程的話要怎麼做呢?首先針對酸和碳酸鹽類接觸產生二氧化碳這件事情,我就拿了五種固體和四種金屬,分別是碳酸鈣、碳酸鈉、碳酸氫鈉、氯化鈉、氯化鉀,鋅、鋁、鐵、銅,讓學生分別用稀鹽酸和稀硫酸去測試。並且用點火的方式檢驗氫氣、通入石灰水的方式檢驗二氧化碳。記錄結果之後,再進行歸納。


寄件者 鹽酸的性質


五種固體的部份,學生就可以明顯看到其中三種會有二氧化碳的產生,另外兩中毫無反應。把結果拿來比較一下,就可以歸納出「初步」的結果為-碳酸鹽類遇到這兩種酸會產生二氧化碳,氯化物不會。


寄件者 鹽酸的性質


接下來就問學生:如果今天給你一個碳酸鎂(沒有測試過)和鹽酸接觸,你預測實驗結果會不會產生二氧化碳?或者是反過來,當你碰到一個未知物,用酸去檢測發現會產生二氧化碳,你就會猜測這或許是個碳酸鹽類。


寄件者 鹽酸的性質


這樣的問題就開始展現了科學的power,也就是預測還沒發生的事情。以我們的實驗結果看起來,猜會產生氣體的勝算大的多。接著大家如果驗證了我們的預測是正確的話,我們的推論就會變得更有力。一直重複這樣的事情,如果預測都正確的話,這個說法就漸漸被大家相信是「真」的。如果遇到反證的話,就會削弱立論的可信度。


寄件者 鹽酸的性質


金屬的部份也一樣,不過困難度比較高,因為學生還沒學過金屬活性。所以無法讓學生自己做推論,只好由老師簡單的說明鋅、鋁、鐵的活性較高這樣的說法。但是這裡的實驗碰到另一個問題是氧化鋁實在是硬梆梆,溶不穿。這次特別的難搞。之前大概用酸溶個十來分鐘,溶穿外殼之後,產生氫氣的速度就會加快了,結果這次都溶不穿,以至於那個「氣泡是氫氣」這件事情,又只能由我自己空口說白話了。

這邊的實驗還有一個插曲,就是有學生在用點火槍點火時,發現有藍色火焰向下緩慢延燒的事情產生。我本來以為那是少量氫氣燃燒的結果,後來拿了一支空試管一點火,發現也會有藍色火焰向下延燒的情況產生。於是前面的推論就整個被推翻。

這是我犯的錯,我一心覺得試管裡面有氫氣,所以有火焰燒起來一定是氫氣造成的。卻沒想到一個空白的對照組一做,立刻就推翻了前面的說法。剛好我也趁這個機會告訴學生對照組真的是一個超重要的觀念啊!

(藍色火焰應該是點火槍的瓦斯因為按壓點火槍時先灌到試管裡了,點火燒起來的是瓦斯)

待續...

2011年3月8日

我參與了科學小電影的協作平台

沒錯!就是小電影!
這個是阿簡發起的活動,召集一堆有熱誠的老師把搜集到的影片放到同一個平台上。並且加以分類,是個很棒的資源!

網址在這裡,有興趣的老師可以找阿簡報名唷。
https://sites.google.com/site/scienceshortfilm/

2011年1月24日

將週期表歷史引進週期表的教學中

去年的行動研究比賽,我把週期表歷史引進週期表的教學中,希望學生更能了解週期表的意義。而不只是把週期表當做工具,把週期表背起來而已。





課程實際進行的紀錄在此


今年把這個方式用在資優生身上,但是更動了一個方式。我讓學生在這學期分好幾週,把這個課程中需要的週期表資料讓學生先查好,填在表中,到上課的時候在拿出來用。不過由於查到的資料比較亂,學生也有些漏查的,所以最後我還是用了卡片。


寄件者 週期表的歷史


比較用功的,有把東西準備齊全的,就可以用自己的卡片來玩

寄件者 週期表的歷史



寄件者 週期表的歷史



寄件者 週期表的歷史


每年在上上學期第六章的化學課程時,常常都覺得課程的內容很亂。元素、化合物、原子內部結構、原子說等等這些觀念好像東一塊,西一塊的。有很多的定義要記憶。這個部分教起來學起來都很痛苦。

但如果從化學發展的歷史去切入思考,想一想這些化學家想做什麼事情,達成什麼事情,整個理路就會清楚了。

十八世紀中後段,化學家忙的事情是把「複雜的東西變單純」。把複雜的東西想辦法「拆開」,然後檢驗性質。於是有了純物質、混合物的概念。然後把純物質再想辦法拆,拆的掉的就是化合物,拆不掉的就是元素了。

這一段時間,除了把東西拆掉之外,另一件大事情,就是「找新元素」了。像是普利士利、舍勒等人。

接下來把這些純物質或元素做深入的研究,就又發現了許多珍貴的化學知識。像是拉瓦節發現的燃燒的本質。普魯斯特發現的定比定律等等。

到了1803年道耳吞提出原子說,嘗試著把他之前所發現的化學原則整合到原子說中。這個學說非常成功,統治當時化學界近一百年。接著到了1884年阿瑞尼士發表了電離說,挑戰了原子說,1897年的湯木生發現電子,正式的宣告原子說需要被修正。進入20世紀之後,就是原子內部結構的研究了。拉塞福、查兌克是初期的代表人物。

在19世紀的另外一條支線就是週期表的訂立。從17~18世紀化學家找到越來越多的元素之後,化學家開始有個想法:這些元素之間有沒有一些關連呢?當時的化學家完全不知道什麼原子、原子核、電子的,只能藉由巨觀的化學實驗來檢驗元素的性質。結果一部分的化學家隱約覺得這些元素的背後,似乎有些規則關連。於是他們就努力的想把這些元素做出分析歸類。

於是從1829年,德培萊納提出的三元素組。到1862年,德尚寇斯特把當時發現的62種元素按照原子量大小排列畫在紙上,捲成圓筒狀,發現某些規律。1864年,邁耶爾提出六組元素。1865年紐藍茲提出來八音律說。

到了1869年,這些努力在門德列夫手上集大成。他從化學元素的性質著手,修正當時認為正確的元素原子量,並在週期表上留下空位,認為有些元素尚未被發現。建立現代元素週期表的模型。

這些努力,讓原本雜亂無章的元素性質彼此開始有了某種關係。而這種關係終於在二十世紀,發現了質子、中子與電子之後,獲得了解。1914年的莫色勒發現了元素的主要性質和質子數的關係。發現了原來元素能這樣乖乖的在週期表上排好,是因為質子數的關係。

兩條線,就這樣兜起來了。我覺得超酷!


寄件者 週期表的歷史



寄件者 週期表的歷史


所以除了將週期表的歷史引進化學課程之外,我覺得其他部分的化學課程也非常適合用化學史的觀點來串聯課本的觀念。這樣可以讓學生更了解這些化學的定義為什麼要這樣定,為什麼這些化學的理論如此重要。

2011年1月13日

用CrazyBrenda的DDP課程複習元素表

其實只是讓學生玩一下,天氣冷可以活動筋骨,也可以刺激學生看一點書。不過我覺得要使用這軟體,還是得設計一下教學流程。

例如讓學生背完之後,用這個軟體比賽一下,當做預賽。然後約定下節課再來挑戰,當做決賽。這樣才有「因為刺激」「而去唸書」的流程。

99年上學期科學研究社團自然組發表練習

很粗淺的階段性成果發表。共有四組,其中三組上台報告完時間就沒了。做的最好的是沙子硬度的實驗,可惜的是三份數據有一份遺失了。不然就算是頗完整的小論文了。研究大氣壓力的那組很可惜的卡在實驗設備的設計太久,一直弄不出很好的實驗裝置。海水淡化設備也是抓不到一個很好的方向。最後一組紙風力計由於中途換題目,進度慢了點。不過應該可以找到一些有趣的數據,請加油

99年上學期獨立研究社團發表練習
投影片和報告方式都沒有練習過,下學期要專門開個幾次課來做練習。

2011年1月4日

20111231新竹,探究課程分享

在2011的最後一天,到了新竹要分享如何將核心課程轉化成科學探究課程的經驗。這場研習其實是生物科的場子,但我想在「探究課程」這件事情上,生物與理化科有許多共同之處,所以就決定來分享一下。

通常我分享我的教學經歷和心得的時候,都是先講核心價值,再講技術層面的東西。事實上我注重核心價值更勝於技術。我覺得只要一個人真心的認同某個教學理念,只要給他夠多的時間,慢慢他就會發展出屬於他自己的技術。那個技術適用於他的學校、他的學生和他自己。相反的,如果沒有真的認同,只是覺得某個教學方式很炫或怎樣的,於是回去照做,那很可能就會因為那個教學法不適用在自己的課堂,而遭遇阻礙然後就放棄了。當然先學習技術,熟習之後慢慢內化變成價值觀也是可能的,不過我不太愛走這個路線就是了。

所以我想最好的方式是,先溝通理念,然後提供一些技術層面的東西來降低實行的門檻。應該可以達到一個平衡。



科學探究課程,應該可以說是將「科學課程」變得更有「科學面貌」的課程。擁有大量的知識,並不能成為一個科學家,頂多成為名嘴而已。科學的活動需要有觀察、思考、探究等等活動,再現行的科學課程中,雖然似乎是有把這些活動擺入課程,但是仔細分析可以發現,這些觀察、思考、探究的課程都指向科學知識。例如說實驗課程應該是很有科學面貌的課程吧?可是我們的實驗課全部都有著標準答案,實驗的目的是要讓你看到課本想讓你了解的知識,而不是在實驗中去探索未知的東西。

有人會說,探索未知這樣的活動對國中生太難了。應該以後再學,國中階段學知識就好。可是我從國中到高中大學研究所的科學課程,從來沒有碰過不一樣的實驗課。全部都是為了知識和實驗技術而進行的課程。(是因為我沒念博士的關係嗎?)

另外這樣的課程對國中生真的會太難嗎?

有養小孩的人,一定都會同意,探索似乎是小孩的天性。一個玩具擺在面前,你告訴他這玩具怎麼玩怎麼玩,最後他就一定不會這樣玩,然後可能會玩壞或者玩出你想都沒想過的東西。我的大女兒有一天從學校回來,告訴我他的老師說:白色比較容易吸熱,黑色比較不容易吸熱。所以夏天的時候撐黑色的傘比較涼。身為理化老師聽到這種說法哪裡受得了,馬上就想脫口而出那個「正確答案」。但轉念一想,就問女兒說:要不要來做實驗。她就說好(並沒有說:你直接把答案給我就好了啦!)我就拿了一張白色的A4紙和黑色的衣服,蓋住溫度計,用檯燈加熱。看看一分鐘後溫度上升多少。結果果然,黑色的上升比較多吧。你老爸說的對!

然後就被抓包了!女兒說:「黑色的布有洞啊,所以當然熱就比較容易穿過去」

原來,這麼小年紀的小朋友,就會發現問題,問出問題。這顯然是控制變因沒有弄好,做出了一個沒有說服力的實驗。

我的兒子更小,才兩歲多,最近最喜歡玩的玩具是爺爺的電子琴。電子琴有一些預設的示範音樂,他已經會自己把音樂按出來。但神奇的是這台電子琴已經十幾年了,我們聽這些示範音樂也不知道幾次了,但是有一天小朋友不知道怎麼按的,居然出現不同編曲形式的示範音樂。我之後不斷的嘗試想要按出那樣的音樂,卻完全沒有成功。

「不知道」,有一種特殊的力量,是「知道」所沒有的。因為不知道,才會去嘗試一些特別的路,雖然常常會失敗、撞壁,但也常常能發現一些從沒有被發現過的事情。


我常常會問一些老師,你教的科目好玩嗎?你自己喜歡嗎?為什麼喜歡?有沒有把這個喜歡的感覺傳遞給學生?大部分的情況獲得的答案是:
「好玩」
「喜歡」
某種理由....
對第四個問題,老師們常常就想的比較久一點。似乎老師比較沒有在用這個角度去思考教學的策略。更糟的情況是,根本不認為自己教的科目好玩,或是認為要學一件東西,不要問好不好玩,學就對了。

或許在以往的年代,在忽略自我獨立個性的年代,用這樣的方式就足夠讓學生願意用功念書(但是念了一輩子,卻不喜歡、不開心)但是在這個年代,似乎無法用這樣的方式就能讓學生動起來。

我覺得最好的方式是,老師自己很喜歡自己教的科目,然後把那個喜歡傳遞出去。很單純的把知識、興趣與熱情分享出去而已。

上面這張圖,是一隻蟲。對一個攝影愛好者來說,拍到一隻蟲,構圖完美、光線正確、主體清晰、散景漂亮就完畢了。但是對於一個生物老師來說,看到的東西會多更多:口器的結構、觸鬚的形態、六肢腳上的剛毛、身上的硬殼與顏色、斑點等等都在敘述著這隻虎甲蟲是隻怎麼樣的昆蟲。

這些樂趣不是什麼光鮮亮麗絢爛的教學,讓學生目不暇給,而是專屬生物課程的樂趣。上課時,大可拿一些類似的照片來讓學生分析這一隻蟲生活的地點、吃的食物等等。慢慢的學生學會了觀察、分析、歸納生物的特徵,就相當於法布爾進行昆蟲觀察的簡易版。

經過探索而發現的事情,十足的令人開心,開心到可以讓人從浴缸跳起來裸奔。這種開心的事情,每個科學家都會懂。這也常常是支持科學家每天辛苦努力工作的重要動機。

那怎樣才能讓學生嘗到這種味道呢?上課的過程中,直接把知識理論整理好告訴學生,通常沒什麼刺激的,大部分的情況會讓學生覺得很無聊。所以其實我們可以把已知的東西,先包裝成未知,讓學生在未知的情況下探索,然後發現。上面的課程就是一個例子,詳情在此,看到學生開心的跳起來的時候,我就知道這課程對了!

然而探索需要技巧,如果方法錯誤,會得到錯誤的結果。這樣的事情比比皆是。科學的方法很嚴謹,要得到某個科學界認同的理論,需要非常嚴謹的實驗方法。如果不夠嚴謹,常常會發生像是《生命的答案水知道》這種奇怪的書

這樣奇怪的書流行了好久,現在還常常被拿出來當做心念力量證明的重要證據。但是裡面犯了很嚴重的方法上的錯誤。我並不是說心念的力量存在或者不存在,而是說從他書裡面描述的方法,並沒有辦法證明什麼。當另一個人做了實驗,他的方法更好,實驗結果更有說服力,我就會比較相信後者。

如果像是閱讀課本或是聽老師講課一樣,聽到一個說法就全盤接收。沒有思考與批判的能力,就無從抵抗像《生命的答案水知道》,或者甚至很多廣告和詐騙集團的言論了。

就算是課本,也常常會有錯誤的地方。而且課本勘誤的速度常常慢到不可思議。其中一個原因是,當一個老師還是學生的時候,他的老師如果教他錯誤的知識,自己又沒有對該主題進行研究的話,等到這個學生成為老師,也一定會用同樣的教法教導他的學生。於是這個錯誤就遺傳下去了,一代一代的。

如果老師覺得自己知道這件事情,就不會想要加以研究。如果老師覺得不知道這件事情,就會想要加以研究或者至少多找一些資料來看的時候,才有機會跳出這種錯誤的輪迴。
在生物課本中,對於負片後像的描述,是說看了某個顏色看久了之後,把眼睛移到白色的紙上,因為視覺疲勞的關係,就會看到該顏色的互補色。到這邊為止沒什麼問題,但是有些課本或講義或者課本的實驗記錄簿裡面,就會出現紅色的互補色是綠色,黃色的互補色是紫色。所以眼睛看紅色看久了,因為視覺疲勞就看到綠色。

我猜這是誤會了「互補色」造成的錯誤。因為顏色的理論在光學和美術的調色上,是不相同的。美術上,紅-綠是互補色,但是在光學上紅-青才是互補色。當初編寫課本的人或許知道這件事情,但是選擇在國中階段的課程中省略了顏色理論不講,只提「互補色」三個字,或許也有把這件事情寫在教師手冊上(我沒看過不確定),但是真正在上課的老師沒注意到,於是就教了錯誤的訊息。詳情可以看這篇

這樣的錯誤,要怎樣才會發現呢?其實很簡單,只要上課帶學生做實驗的時候,有學生做出來的實驗結果和你預期的不同時能想到:會不會是課本錯了。這樣就能有機會修正課本的錯誤,或者是修正課本簡化的說法造成老師誤會的情況(話說回來,教師手冊要好好閱讀才對,常常這些會出現誤會的地方,會在教師手冊上詳述)

當教師願意放下自己的權威性,也降低課本的權威性,學生也知道科學不該是服膺權威而是服膺真理的時候,就有機會從中找到可以研究探索的點。

生物趴辣客二中,蔣文蘭老師分享了他的經驗。他和他的學生針對了生物課本中觀察芹菜維管束吸取紅墨水的情況來解釋蒸散現象的實驗,發現這個實驗有時候會做出相反的結果,有葉子的芹菜墨水上升的較少,沒有葉子的上升較多。


於是針對這個現象去進行實驗,得到了很好的成果。類似的地方,在生物課程、理化課程中還有很多很多,可以值得大家去研究。

一味的相信權威,不是科學該有的精神。保持一點點的懷疑精神,才有機會做出突破。即使現在認為真正正確的理論,也難保在未來不會有人提出更好的理論來替代。這樣的人,必然不會是那個全盤接受老師說法的乖乖牌。

但是這樣說起來,或許會讓老師感到惶恐。好像自己教授的東西是一個搖搖欲墜,到處都有問題的科目,自己卻不知道哪裡有問題。其實國中的所有科目,範圍都太大太大了,不太可能針對所有的主題,把所有的細節疑問弄清楚的。

所以其實重要的事情是,保持一種敏銳度和懷疑的態度。邊教邊想,能做的實驗盡量做,做出來有問題的時候,就表示很可能一個澄清自己觀念的機會來到了。把握住機會把問題找出來,你的知識架構就變得更加穩固。更何況,科學的知識從來就不是一個正確答案,而是一個暫時大家認同相信的說法。懷疑與研究的能力,比知識重要。

那如何將原本的傳遞知識為主的課程改造成探究式的課程呢?

先來看一下課程的架構。如果我們要分析課本的話,可能會發現課本在某個章節想要講滲透壓,某個章節想講負片後像,某個章節想講顯微鏡操作等等。這些架構屬於知識性的架構。
但如果我們去分析一個科學家(或者有科學能力的人)所需要具備的能力時,會發現他可能需要有敏銳的觀察力、有設計實驗的能力、有分析推理歸納的能力、有分析數據的能力等等。那要如何把這些能力放入原來知識架構的課程中呢?

我認為最簡單的方式就是把課本的東西挖掉,讓學生來填補。看老師覺得這部份的課程恰好可以給學生什麼能力,就把那一部分的課本內容挖掉就可以了。例如在理化課程一開始,介紹實驗器材的地方,原本的課程是要讓學生記憶器材的形狀、名稱與功用。如果老師覺得希望在這裡帶給學生觀察與思考的能力,就可以把課本中的名稱和功用拿掉,讓學生經由觀察與思考來得到。這樣就把原來的課程變形為探究式的課程了。課程記錄在此



光學實驗的部份,也可以先把光學混合的理論和結果拿掉不跟學生講。讓學生自行操作實驗,把結果整理出來,這樣學生就能學到觀察、實驗、歸納的能力。光與顏色課程一光與顏色的課程二

密度課程上完之後,學生已經學完了密度的計算、求物質密度的實驗,就可以給學生一個未知密度的物質讓學生測量,學生就是需要學到所有的知識加以綜合之後,才能完成任務。課程記錄在此。

至於生物課程的部份,雖然大多數的課程實驗設計多是屬於知識性或者驗證式的課程,但還是有機會將課程變形。例如上面曾經提到的,放一些不同生物的圖片讓學生做分類,並說明理由或是像滲透作用中,課本用紅蘿蔔中間切出方形與三角形,泡在水和鹽水中,然後做比較這樣的實驗,就可以交給學生設計。如果把題目定為:「驗證生物細胞在鹽水細胞中會脫水」。或是「鹽水的濃度和生物細胞萎縮的關係」或是「細胞在哪些溶液中會膨脹?哪些溶液中會萎縮」讓學生提出可能的變因,然後設計實驗,然後蒐集數據之後,拿出來分析,寫成報告然後上台發表。這樣一整個流程,就包含了所有的科學能力。

寄件者 新竹探究課程分享
如果學生程度不夠,或是時間不足,就視情況,把挖掉的東西填補回去。例如只要他們設計實驗就好,接下來你就用自己的方式進行實驗讓學生觀察。或是讓學生觀察完、蒐集完數據。你就挑一組比較好看的數據直接示範你會如何分析這樣的數據。


最後,學無止盡。國中課本、高中課本甚至大學課本能夠提到的,絕對是滄海一粟。真正要學到重要的東西,一定是從課內的東西為基礎再往外延伸的。當課程進行到一個階段,如果他們願意再多問一些為什麼,或許就會是一個科展的主題或是學生日後自主研究的課題。如此就把探究的課程從課內再延伸到課外,廣度與影響力就更大了。