反重力試管

反重力試管採用許良榮（2012）在「科學遊戲實驗室」網站的內容作為第一 次的材料及製程。

一、材料的演進

共分成三次階段，由研究者自己實際製作測試和修訂，完成前面兩階段，並 以第二階段的材料，進行專家審查。根據甲和乙專家的意見，直際測試後，決定 根據乙專家的意見，將材料改成第三次的材料。最後以第三次的材料進行科博館 和校園推廣的材料。

（一）第一次的材料和製程 1.材料：

直徑 0.8 公分和直徑 0.6 公分粗細吸管各一支、油黏土一塊。

2.製程說明：

將細吸管剪成 3～5 公分的長度，用油黏土封住粗細吸管的一端，讓細 吸管在粗吸管中上升的距離增加，增加觀察的時間。

當初選油黏土當材料除了取得容易外，還有不怕水的特性適合封住吸 管後進入水中做實驗，後來發現實驗效果也良好，可惜受試者反應，要將 吸管完全用油黏土封好開口要花很多時間，有時封住後，若吸管有被壓到 變形，則已封好的黏土，還要再封一次，進行多次測試和製作，很費時。

3.實際製作之結果與改進：

改由現成的大小試管取代，一端封閉，一端開放，不用製作，只是找 材料要找到大小尺寸適當，做得出效果的試管，需要多測試尋找。

（二）第二次的材料和製程

以此做為專家審查的材料。

1.材料：

直徑 0.8 公分和直徑 0.6 公分大小玻璃試管各一支。

2.製程說明：

不用製作，直接實驗即可。

3.實際製作之結果與改進：

實驗效果很好，可惜專家審查時提到玻璃試管運送不易，容易破損，

改用不會破的大小 PP 試管各一支。

（三）第三次的材料和製程

根據專家審查意見做為修改的依據。

1.專家意見和修訂：

（1）專家意見：

甲專家認為玻璃試管在運送時，易破損，如果可以改用透明度較高的大小 塑膠試管會更適合。小試管可以用油性筆畫上一圈做記號，在小試管上升到大 試管時會更明顯。

乙專家也有相同的意見，建議將材料由大玻璃試管改成訂購的塑膠 試管，小玻璃試管改成用合適尺寸的有顏色吸管剪一段，改用膠帶封吸管口。

如此可以改善運送中玻璃試管會破損的問題，也因為小試管改成一小段有顏色 吸管，所以增加大小試管的長度差和顏色差，因而在裡面的吸管上升更明顯。

（2）根據專家意見修訂：

融合兩位專家的意見，研究者先行訂購 PP 試管兩種尺寸，市面上只 有直徑分別為 1 公分和 0.8 公分，長度為 10 公分和 6 公分的 PP 試管。因為兩 者長度相差不大，所以小試管上升時間太短，觀察不易。所以採用乙專家的建 議，小試管以自製的一段吸管代替。

2.材料：

直徑 1 分，長度為 10 公分的 PP 試管一支，還有直徑 0.8 公分有顏色的吸 管一支。

3.製程說明：

將吸管剪成 3 公分長，一端封上膠帶。

4.實際製作之結果與改進：

實際測試後，外面的試管和裡面自製的小吸管，直徑相差 0.2 公分，效果 最好，若太小則自製的小吸管上面黏的膠帶容易卡住外面的試管，太大則水流 速度過快，來不及觀察。改用不會破的 PP 試管，加上自製的吸管，顏色明顯，

在 PP 管中上升距離大，增加觀察時間，實驗效果很好，決定成為最終的材料。

二、說明書的演進

研究者根據指導教授許良榮教授在（2012）在「科學遊戲實驗室」網站的內 容作為「反重力試管」第一次的材料及製程。研究者實際測試了以下項目，發現 油黏土有耐水性，加上粗細吸管的直徑分別為 0.8 公分和 0.6 公分，當細吸管放 入粗吸管中空隙約為小至 2mm，使兩吸管之間的水緩緩流出，所以雖然細吸管 可以被大氣壓力向上推，卻也不至於速度太快，讓觀察者來不及看就到頂端。

吸管本身是塑膠，符合細吸管須重量要夠輕，上升速度才會快的原則，加上 可將細吸管剪短約 3 到 5 公分，使粗細吸管長度差加大，則細吸管上升的距離就 會增加，延長觀察時間。研究者測試後發現實驗效果良好，決定根據此材料和製 程撰寫第一次的說明書之後，拿第一版的說明書給學生製作。

（一）第一版說明書的設計與修訂

此版說明書的材料採取第一次的材料，第一版說明書的重點放在於五大部分 內容的敘述方式是否易懂？文字敘述力求簡單白話，尤其是製作和表演效果及操 作技巧的文字說明，由研究者多次反覆誦讀思考決定用字，再請朋友、同事、學 生，幫忙看是否可以看懂，所以第一版說明書重點，放在文字上，未做封面和內 頁的美工美化。

第一版說明書總共找兩位國中九年級的男生編號分別為 S01 和 S02 做測試，

由受試者自行看說明書完成魔術的製作和表演。S01 和 S02 看到細的吸管都會在 水中向上衝覺得很有趣，都想玩給同學看，只是兩人都覺得雖然材料看起來很簡 單，用油黏土來封住吸管的開口並不容易，S01 花了 10 分鐘完成，S02 大概花 十五分鐘才製作完成。

S01：雖然只要把吸管插到黏土中再拔起來，吸管就封好了，後來再檢察就會發 現還是有縫隙，要一直補，所以一直補加上檢查，就花很多時間，所以我覺得黏 土很不好封。（P-W2-S01）

S02：本來覺得這實驗很容易做，後來封好的吸管一直漏氣，所以後來又用油黏 土封吸管封很久，不過整體來說，反重力試管真有趣。（P-W2-S02）

研究者觀察到學生看說明書時，雖然對製作過程可以了解，但每個人 想到的封住吸管開口的方式有異，導致做出的成效和花費的時間很不同。

（二）第二版說明書的設計與修訂

將製作過程改成圖示加說明的方式，把製作過程一步一步地拍下來，輔以文 字說明，使實驗者更容易看懂製作過程。

國中九年級女二名，編號 S09 和 S10。針對第二版說明書製作過程改成多了 照片輔助，S09 和 S10 都表示很容易看懂，知道怎麼做，但出現和第一版說明書 受試者 S01 和 S02 相同的困擾，就是覺得用黏土完全封住吸管並不容易。S09 和 S10 製作分別花了 10 和 15 分鐘。

S09：我覺得說明書很容易理解，因為有照片可以參考，但用黏土封住吸管，

很難封到完全沒有空隙，只要有一點空氣，水就會進到細吸管內，然後封好的 黏土就會整塊滑出來，又要重來。（P-W2-S09）

S10：製作過程，可以很快的看懂，圖片拍得很清楚。不過我在封住吸管時花 了很多時間。（P-W2-S10）

對於反重力試管的魔術效果，S09 和 S10 都覺得很好玩，會想操作給 同學看，覺得大部分同學會覺得有驚奇感。S09 願意花 30 元購買，S10 則 願意花 20-50 元購買。

目前為止，四位受試者 S01、S02、S09 和 S10 都表示用黏土封住到沒 有空隙很困難，所以研究者決定將反重力試管的材料改成第二版的製程，

將材料改成現成的粗細兩根玻璃試管，並將說明書改成第三版。

（三）第三版說明書的設計與修訂

材料改成現成的粗細兩根玻璃試管如第二次材料，沒有製作過程，所以 刪掉此部分。將表演過程改成魔術表演，針對材料的改變，魔術表演的步 驟，改用新拍的照片。在現有三折頁的說明書中加入美工編輯和色彩，並 將材料和魔術效果輔以圖片和文字說明放在封面。

國中九年級女兩名編號為 S11 和 S12。兩位受試者都表示可以看懂說明 書操作步驟，在覺得是否有趣上（區間 0 到 5 分）分別給了 5 分和 4 分，

而且都表示會進一步想了解背後的原理。

S11 因為擔心粗試管倒置時，水會流出來，S11 改用手去封住粗吸管的 開口端，此時細吸管也會上升。因為 S11 的做法同樣也可使試管反重力，

所以 S12 也跟著做做看，並向研究者詢問手有封住試管和沒有封住的差別。

S11：為什麼用手封住粗吸管的底部，細吸管也可以浮上去？這樣也很好玩。

如果把大試管底部用黏土封起來，當小試管升到底端時，再把大試管倒過來就 可以再玩一次，重複玩很方便。（P-W2-S11）

研究者將兩種原理，分別是大氣壓力和浮力跟受試者解釋，雖然在兩者 情形細試管都會上升，不過上升速度不相同，在手放開時，水流出時造成 的真空狀態，迫使大氣壓力使細試管上升速度比單純浮力時為快。由此可 知，科學魔術帶給學生許多疑問，使得學生願意進一步思考其原理。

（三）第四版說明書的設計與修訂

以第三版說明書做為專家審查的資料，經兩位專家審查後，對於反重力 試管的說明書和材料提供意見如下，依其意見修改成為第四版的說明書做為 校園推廣時的版本。如附錄七。

1.專家的意見：

甲專家表示製作過程和操作過程的照片不夠清晰，而且若小試管可以用油性筆畫 上一圈做記號，在小試管上升到大試管時會更明顯。

乙專家提供了更適合的材料和做法。經研究者實際測試後，覺得可行。

2.說明書修訂內容：

重新拍攝新的製作步驟，並在圖片旁配上說明文字。