教學錦囊

【自然】小鳥渴了嗎?毛細現象玩具的科學探究轉換

文‧圖/臺中市新平國小 顏弘志老師

圖1

科學玩具轉換成科學探究一直是筆者最喜歡的教學活動之一,其原因有三:一、能激發學生科學學習動機;二、網路上科學玩具設計很多,加入探究元素容易轉換教材;三、科學玩具能提升學生動手做的能力。

但執行科學玩具轉換為探究時,也有幾點是教師要注意的:一、學生動手做時,教師要適時提供幫助;二、有些科學玩具,其運作受多個科學原理影響,須先探討其變因控制是否容易,可否排除不必要變因的影響,專注於這個教學單元要討論的科學概念。整體而言,科學玩具融入課室科學實驗探究是非常好的教學活動設計,教師可以試試看。

探究教學示例

實驗主題:水的移動—毛細現象(康軒版自然四下第二單元)

1. 實驗說明:這個實驗原本是以觀察實驗的方式呈現,在中年級我們也不強調學生過於複雜的實驗過程技能,所以我們維持以觀察為主,不以建立多種假設,多線實驗設計,以結構式探究來設計。首先,實驗設計方面,我們為學生引導科學假設方向,讓學生去「填充」實驗的材料或過程。其次,教師引導實驗組與對照組比較參照,讓學生討論什麼是較佳的答案。

2. 玩具轉換為探究:《小鳥渴了嗎?》是一個利用毛細現象的玩具,其運作原理主要受到毛細現象與槓桿原理影響。所以在這裡教師要避免製作時槓桿原理這個因素的影響,畢竟學生在中年級還可能無法探討這個原理。製作前要先將支點位置、架設方式、衛生紙放置相對位置告訴學生,讓學生一開始做就容易成功,接著再引入毛細現象的探討:怎麼改變小鳥的點頭速度?

準備材料

竹棒(或竹筷)、紙杯兩個、塑膠杯一個、塑膠湯匙、接水盤(培養皿)、小長尾夾(尾端恰可穿過竹棒)、衛生紙(其餘可由學生討論)、橡皮筋一條。

圖3

製作步驟

1 製作支撐架:將兩個長尾夾夾住紙杯,然後去除長尾夾一側尾夾。

圖4

2 取一張衛生紙捲成一條,長度約為湯匙長的1.5倍,放置於湯匙上;然後將橡皮筋繞湯匙柄一圈。

圖5

3 將竹棒穿過橡皮筋,再各穿過紙杯上兩個長尾夾一側尾夾。

附註 這裡使用橡皮筋作為支點,是為了方便調整支點位置而特別設計。

圖6

4 此時將衛生紙弄溼,將湯匙匙勺中衛生紙往支點方向對摺,並調整支點位置使其呈現平衡。

附註

1. 學生在數學領域已學過天平的觀念,教師可以解釋平衡意思是兩端重量相等。

2. 由於是中年級學生,教師在調整平衡上要給予協助。

圖7

5 最後調整嘴巴垂下長度,原則上平衡時嘴巴恰好碰到水面,直立時嘴巴恰好離開水面。

附註

1. 這時學生可以看到約1分鐘喝水鳥會點頭喝水一次(可以讓學生計時),當然這和衛生紙的毛細現象所產生的吸水速度有關,這又關係到衛生紙的材質、製作方式。

2. 中年級可使用結構式探究,教師可丟出問題:不同的衛生紙有差別嗎?衛生紙的量有差別嗎(一張VS.兩張)?衛生紙又可以換成什麼呢?

3. 當然這個科學玩具還涉及槓桿原理,不過在中年級我們可不談。

圖8

科學原理

1.槓桿原理:施力臂越長越省力,抗力臂越長越費力。

2. 毛細現象: 是指液體在細管狀物體內側,由液體與物體之間的附著力和因內聚力而產生的表面張力,兩者交互作用而成,此現象甚至可以使液體克服地心引力而上升。

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