聲音三要素的教學簡記

利用audacity, garageband, wiiremote等軟體加上實體樂器來說明聲音三要素。實際聽到聲音，看到波形、計算頻率和觀察振幅，將理論的頻率、振幅、波形和實際的音調、音量、音色做結合。

不過一開始的活動，實在太容易讓學生分心到一直想要先抓到老師怎麼弄的，反而失去焦點了。要小心！

部分課程內容在一下的影片

To Do List課程記錄2

這次進行的主題有三個，一個是繩波干涉問題：當兩個繩波的波峰相遇的瞬間會發生什麼事？相遇之後兩個波會穿越而過或是相撞而反彈？

若是一個波峰和一個波谷相遇又會如何？

第二個主題是水波的反射與折射。觀察直線水波反射與折射的方向。

第三個主題是檢驗波速=波長 x 頻率。當波速固定時，頻率增加時會讓波長變短；波速增加，頻率不變時會讓波長增加。

每一項主題，原本都設定讓學生經過慢慢測試、觀察，改變策略再觀察等過程，希望學生可以在課程中學到波的特性，也可以學到實驗、觀察與改良實驗，甚至最後發表的歷程。

這三項主題中，水波的折射其實有點太難了，或是說其實水槽的設計不夠好，無法吸收多餘的水波，所以實驗的時候訊息會太亂。對於不熟悉的學生來說，就很難知道我要他們觀察到的是什麼。下一次可以讓他們先看別人做出來比較清楚正確的圖片或影片，再讓學生重現就可以。

另外兩項主題，收穫倒是不少。所謂的收穫指的是學生在操作的過程中，有辦法用自己的方式來做實驗並且觀察到結果。

有學生在觀察兩波相遇是相撞還是穿過的主題時，用了一個大振幅的波峰和一個小振幅的波峰，當兩波相遇時，振幅疊加，之後就發現波其實是穿過去的，因為大振幅的波會繼續前進，小振幅的波也繼續前進。這個結果還蠻有說服力的。

另外，頻率固定時，波速增加時，波長也會增加這件事情。今天有一組學生想到用我之前做的一條不鏽鋼彈簧（波速慢）和童軍繩（波速快）連結起來的裝置，讓波從彈簧進入童軍繩，觀察波長是否有加大。

這個方式確實可行，不過學生試了幾次，發現速度太快了很難觀察。所以後來我就幫他們用攝影機拍下來後再觀察，的確就看到波進入波速快的區域時，波長的確增加了。

大部分的學生對於這兩個主題，大多能有七成的實驗正確性和正確的觀察。但像波峰與波谷相遇的情況，其實就很難觀察到。因為那需要很精確的實驗技術。所以接著就引進PhET模擬繩波的flash動畫，讓學生觀察兩波峰或波谷相遇時和相遇後的情況。

看了動畫後，幾乎就能立刻了解兩繩波干涉的意義。

在這個過程中，我常常需要在同時間照顧三組不同的實驗，而且有些學生在外面走廊，有些在電腦前，有些使用水波槽。所以基本上是不可能隨時照顧到的。這產生了一個好處--可以強迫自己不要忍不住一直插手。結果其實離開某一組一段時間後，再回去看和詢問，常常都能得到一個不錯的結果。代表學生真的有在動手、思考、改良。

明天要做一個ending，就是用傳統的示範實驗的方式，把這幾個現象歸納出有結構的知識，並加以橫向連結，讓知識層面的東西變得清晰，才不容易忘。否則學生雖然實際動了手，但也只不過是兩節課，不是二十天。兩節課的東西，應該是不足以深刻到一輩子記得的。

其實雖然這個課程名為To Do List，但是實際執行起來，離To Do List還差的遠。最後變得比較像是三個比較開放性的實驗，讓學生輪流去做。真的要做到有To Do List的味道，實驗的器材、電腦設備還需要有更多的自由度，最主要的是我本人心臟要夠大顆，要能忍住不插手才行。

ToDoList概念的課程

依照適性教育或者區分性教學的課程精神，學生學習應該有較大的自由度，可以依照自己的學習步調來進行學習。

若要學生理解課本內容的話，則學生學習的範圍必須是課本內的。

若希望學生有科學探究的能力，那學生需要一個比較開放一點的研究主題來進行探究。

前年我在光學的課程中，曾經用過闖關式的課程模式，讓不同學生能依照自己的速度來學習。但學習的順序是相同的。這次則是利用一週的時間，以To Do List的方式來進行課程。也就是由教師制定這週要完成的一些主題，學生可以用不同的方式來完成這個主題（不過這次只有使用自由實驗的方式，其他還可以有查書、查網路、軟體模擬等方式）

學生完成主題後，就上台講述給其他學生，讓其他學生了解主題。最後再由教師將所有主題快速的做一次，點出需要了解和記憶的部份作為總結。

四堂課中，第一堂要先講解課程進行的方式，然後分配主題給學生開始進行探索，希望可以各自完成一個主題並講解給同學聽。

第二堂課交換主題再進行半節課的探索，但探索的方式增加一個查詢網路或使用模擬軟體來進行虛擬實驗。

第三堂課再進行一次發表，但因為這次至少有兩組做過相同的探究了，所以可以進行組間的討論。（不過由於並不是太發散性的課程，所以我覺得可以變化的空間不大）

第四堂由老師總結，快速的進行所有的實驗，並將結果與重點歸納出來（以免考試掛掉）

以下是第一堂課簡要的紀錄，課程講義可以在此下載

利用Gapminder軟體進行碳排議題的探討

寄件者 gapminder

在TED的諸多演講者中，我最喜歡Hans Rosling這位瑞典的學者。他演講的理路很清晰，中間夾雜極好的幽默和恰當的諷刺，不僅如此，我最欣賞的還是他推動的理念其實相當的仁厚。

他用大量的數據，輔以各種器具（Gapminder, dollar street, 長竿子, IKEA的整理箱等等）用來清楚的說明現今的世界，再也沒有像1950年代那樣清楚的已開發和未開發國家的概念了。（世界是平的，越來越平）。並且說明要解決世界人口暴增、資源不足的問題，唯有協助非洲國家，給予夠好的科學技術、教育、醫療及經濟協助才能達成目的。也就是四海一家的想法，不要以為非洲的貧困和自己沒關係，幫助非洲國家發展，正是救自己的唯一方式。（詳見此talk）

而他最常使用來說明他的論點的工具，就是gapminder這個軟體。當我第一次看到他使用這個軟體演講時（這裡）我覺得這軟體真的太神了，沒想到過幾個月之後，居然發現這軟體已經放在網路上供人免費下載。（這應該就是Rosling教授一直想做的-開放數據）

下載的地點是：http://www.gapminder.org/downloads/，如果你的網路還蠻順的話，你甚至可以選擇直接在線上使用這個軟體：http://www.gapminder.org/world

雖然他演講的時候，弄出來的功能更多（例如把一個國家再拆成不同區域的小泡泡，或是讓毛澤東和鄧小平的頭跑出來之類的），不過這已經提供了一個威力超強大的資源，可以讓老師運用來說明一些事情了。

首先我想探討的是全球二氧化碳排放的議題，所以就把橫軸定為GDP，縱軸定為人均碳排，把時間拉回到1820年。按這裡就可以看到圖表。當時只有英國一枝獨秀，其他各國大概都沒什麼資料。當時的碳排放還不值得討論。

一直到1880年左右，也就是瓦特發明蒸汽機後約一百年，歐洲冒出來一大堆的泡泡，代表工業蓬勃的發展。另外有個很顯眼的黃色泡泡，就是美國了。

到了1905年左右，美國的人均碳排放量就超過了英國，人均排碳量和總排碳量應該都是冠軍吧。接著在1912～1913年，似乎美國和歐陸的碳排都下降了一些，不知道是不是西班牙流感害的。（如果將縱軸換成平均壽命的話，1912 年歐陸的確是有點慘）

接下來1914~1918年，經過一次大戰的洗禮，英國和德國的泡泡都往下掉了一些，只有美國持續上升。另外可以看到戰敗後的德國泡泡往下掉了不少，接下來的幾年也是一直來回震盪（英國好像也是這樣）。

接下來看到1930～1932年發生經濟大蕭條，可以看到美國的人均碳排從16降到10，總碳排放也從1.74B降到1.24B，這個應該可以說明整個工業在短短的兩三年萎縮了約1/3。

緊接著發生的大事當然就是二次世界大戰了。如果把縱軸換成平均壽命的話，可以看到日本在1941年的平均年齡49，到1945年的時候平均年齡驟降到31。戰爭的恐怖不言可喻！

寄件者 gapminder

寄件者 gapminder

接著回頭繼續看二氧化碳議題的話，會發現到了1960 年，全球各國都開始有了泡泡，而且泡泡只有越來越大的趨勢。到了2000年後，可以看到後面有顆紅色大泡泡一直在追趕，那是中國！到了2006年，美國人均排碳量依然是名列前茅，高達19噸，總排放量高達5.75B，中國雖然人均排碳量只有4.7噸，但是中國那麼大，總排放量高達嚇死人的6.1B。

我想經由這樣的課程，學生可以看到這兩百年來排碳狀況的演進。也可以看到美國的經濟以及能源政策，是如何讓他們成為一個排碳的怪獸（詳見佛立曼先生寫的世界又平、又熱、又擠）

除此之外，在這些圖表中，可以明顯看見1912年的西班牙流感、1930年的大蕭條、兩次世界大戰、1960年中國大躍進政策錯誤造成的超恐怖大饑荒（1957 年中國平均壽命是51歲，1960年降到32歲，那幾年沒有兵災瘟疫，只有大躍進）

維基上的資料寫著：死亡人數範圍已經有了初步統一：3000萬--3700萬，香港學者馮克指出，大躍進造成4500萬人非正常死亡。


這些議題都很大，值得在歷史課上好好討論。我在這裡進行這樣的課程，目的是提供學生一個工具，日後學生如果想要研究某一個議題時，其實可以把gapminder拿出來玩一玩，探索思考一下世界大勢的變化。也希望這些議題可以引發學生的思考和增進學生的世界觀。

哪支蠟燭先熄？

我記得最原始的題目是這樣的，長短兩根蠟燭點燃後，上方蓋住蓋子，問哪一支蠟燭先熄？

一開始設定的標準答案是：短的蠟燭先熄。理由是二氧化碳的密度比空氣大，所以二氧化碳會沉在底部，讓短的蠟燭先熄滅。

但這時候學生就會問了：火災的時候不是要趴著嗎？新鮮空氣不是應該在下方？於是實際做實驗的結果，果然是長的先熄。原因是二氧化碳在相同的溫度下，密度的確比空氣來得大。但是從蠟燭燒出來的二氧化碳，是高溫的二氧化碳，密度反而比較小，會往上跑。

雖然這個解答這麼的強力，但其實可以討論的空間還很大：如果瓶子很大呢？很高呢？會不會熱的二氧化碳跑到別處冷卻後又會降回底部將短的蠟燭熄滅？

結果我猜大概是為了避免熱二氧化碳密度較小的問題，我又看到了這個題目：

寄件者 蠟燭熄了沒

根據我多年考試的經驗，這種題目大概設計的目的是：上方開口，所以熱二氧化碳會排掉，下方灌入冷的二氧化碳，密度較大沉於底部，所以短的先熄。

但是又根據我做實驗的經驗，這樣簡單的思考，很可能是錯的。加上學生強力要求，於是就在月考前一天月考前一天月考前一天月考前一天月考前一天，花了一堂課來研究這東西。（阿不然考出來怎麼辦？你說是不是？）

於是我一開始先做比較傳統的，將長短蠟燭燃燒之後蓋住的實驗。果然是長的先熄滅。

接著就是在上方挖一個洞當煙囪排除二氧化碳，但是下方不開口，也不灌二氧化碳。

結果...還是上方的蠟燭先熄。這是為什麼呢？難道二氧化碳沒有排掉？

接著，在下方也挖一個洞，但是不灌二氧化碳。

結果...兩根蠟燭都不熄了。應該是上方二氧化碳排掉之後，下方有新鮮空氣可以灌進來。上一個實驗雖然上方開了口，但是下方沒辦法補充空氣進來，所以大概二氧化碳也很難排掉吧。

最後，在下方開口的地方灌二氧化碳進去。結果...兩根蠟燭還是都沒有熄，不知道是不是因為我生產二氧化碳的速率不夠快還是怎樣。總之做到最後，兩根蠟燭都活的好好的。

那麼結論是什麼呢？我認為結論就是：不要輕易的下結論，除非經過嚴謹設計實驗，執行，觀察，整理歸納之後，才能做出一個陳述。保持懷疑，勤做實驗才是王道！

這堂課，沒有得到什麼「標準答案」，但是我想這已經可以很清楚的讓學生知道

「逮幾不是宴桃縮想ㄟ哈你乾單！」

實驗的影片，待我有空重做再好好的拍起來囉。

小p老師的理化遊戲房使用說明書

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。