示例
任務 2 — 研究升降機的運動 背景:
傳統物理學的「升降機」問題是要求學生研究升降機在向上或向下加速時,施加予個 人或物體上的力。通過簡單地使用流動裝置和適當的應用程式,可以鞏固學生對加速 度變化,以及合力與時間關係的理解。在這個任務中,學生可以探究當他們從一個樓 層移動至另一個樓層,以及當升降機停下時加速度與力的變化。
步驟:
其中一個常見的學生錯誤概念就是當升降機上升時(即使在恆定速度情況下),仍需 要向上淨力以保持向上的運動。在進行實驗後,學生可以利用所得的真實數據線圖
(圖 e)釐清可能出現在他們中有關升降機運動的錯誤概念。學生需要將乘坐升降機 時的不同時段(即加速╱減速或等速)與相關部分的線圖作出連繫。
圖 e
本任務在鼓勵學生互相合作和討論,並觀察及解釋數據和線圖,學生也需要在任務完 結後各自提交報告。為了照顧學生的多樣性,可以要求能力較優異的學生,根據加速 度與時間關係的線圖,探究速度與時間,以及升降機的總移動距離是如何變化。如有 需要的話,可以從流動裝置中提取原始數據,利用試算表或其他數學軟件作更詳細的 分析。
其他注意事項:
嵌入加速感應計的流動裝置在物理學上,可用作探究機械運動的一種多用途工 具。透過改變實驗設置,它們可以被用作研究拋物運動、碰撞、圓周運動、擺動、
甚至在流體中的運動。
免費的流動應用程式都是透過嵌入式加速感應計量度物體加速度。為了在校內 加強跨學科學習科學、科技和數學,物理科教師可以與科技╱數學科教師協作,
引導能力較高的學生自行開發流動應用程序式調用加速感應計,並自行設計用 戶界面、控制、數據採樣頻率、輸出等,使成為最適合應用於某些指定探究的獨 特挑戰。
設計及製作附有人工心瓣的大動脈模型
程度:中四至中六 課程:生物
重點:科學、科技、工程和數學(STEM)教育
目標:通過設計與製作模型,以加強學生對心瓣功能的理解
在這項活動中,學生將模擬生物工程師的工作,分組進行設計與製作的活動來解決 真實情境的問題。
進行活動前,學生應對人體的循環系統,包括心臟和心瓣的結構及其功能、血液的 組成和血液通過心臟的方式有基本認識。
教師可以運用「5E 教學模式9」來指導學生進行活動。
第一階段 ─ 參與
教師介紹一個真實的情境,當中醫生和生物工程師相互協作,以幫助大動脈瓣不健 全的病人。這些病人的大動脈瓣會因不能緊密閉合而令血液回流心臟;亦會因未能 完全張開,而令血液無法完全流出心臟。為了延長這些病人的壽命和讓他們更健康 地生活,便需以人工心瓣替代有毛病的大動脈瓣。在這項活動中,學生需要設計及 製作一個附有人工心瓣的大動脈模型。
(i) (ii)
圖f (i) 大動脈瓣在心臟的位置
(ii) 正常和不健全的大動脈瓣分別在張開時和閉合時的情況
9 5E 教學模式是一個由 Biological Sciences Curriculum Study (BSCS)所提出的教學模式。此教學模式 有五個教學階段,包括參與(Engagement)、探索(Exploration)、解釋(Explanation)、闡述(Elaboration) 和評鑑(Evaluation)
示例 10
第二階段──探索
教師介紹一些可使用的材料(如圖g 所示)。每組學生進行討論,提出一些模型的 設計,並使用這些材料製作模型。
圖 g 一些可用的材料(膠紙、彈子、包紙金屬絲、回形針、造型粘土、手術手套和透明 膠管)
學生需要製作的模型是要模擬心瓣的功能,即僅容許血液以單一方向在心臟內快速 流動,並阻止血液回流,所以學生需以流水來測試他們的模型,查看模型是否以類 似的方式運作。教師可以提出一些有關設計的要求,例如模型應可:
讓水快速地(例如每30 秒約有 500 毫升的水)從單一方向流過;以及 阻止水從另一個方向流過╱僅讓水非常緩慢地從另一個方向流過。
第三階段──解釋
學生在課堂上展示他們的模型,並以注釋圖來解釋模型的運作原理。
第四階段──闡述
學生需要提出改善他們的模型設計的方案。他們可修改原有的模型或製作全新的模 型,並再次以流水測試模型的運作。然後撰寫一份報告,說明他們如何設置和測試 模型的功能,並適當地記錄數據。
圖 j 用作量度附有人工心瓣的大動脈模型的 水流流速的裝置
圖 h 及圖 i 分別是兩款的模型示例,而圖 j 則是用作測試模型功能的裝置示例。
(a) (b) (c)
圖 h 利用透明膠管、回形針、彈子和手術手套建構而成的模型實例
(a) 把兩個回形針拗曲而成一個十字形的籠來套著彈子,並置於透明膠管內。
(b) 將尖端經剪切而具有小孔的「手套手指」裝配到另一根透明膠管的一端上。
(c) 將兩根透明膠管連接在一起。
(a) (b) (c)
圖 i 利用透明膠管、回形針、彈子和造型粘土建構而成的另一個模型實例 (a) 把兩個回形針拉直並製成一個十字形的籠來套著彈子,並置於透明膠管內。
(b) 模塑一塊造型粘土並粘貼在另一根透明膠管的其中一端管口,以修窄此管口。
(c) 將兩根透明膠管連接在一起。
第五階段──評鑑
學生需要評鑑附有人工心瓣的大動脈模型。他們可以自訂評分標準,並通過自我評 估或同儕評估來評鑑模型。