超感應單擺套件設計開發

本套件的設計開發分成「套件材料」與「說明書」兩個部分。套件材料是根據 國內科學玩具書籍與網路資料，加以改良設計，維持其令人感到驚奇的特性與科 學原理，但用更簡便、取材方便、低成本且成功率高的材料與製作方式。說明書 以參考坊間的科學魔術編寫方式，說明如何進行魔術表演、道具的製作、科學原 理與延伸應用，協助使用者利用本套件。完成初步設計後，由國中生實作測試並 修正，最後請專家審核與修正。故本節分成套件設計開發、學生實作測試與修正、

專家審核加以說明。

壹、套件設計開發

以下分為材料與機構構想發展與說明書編寫兩個部分詳述。

一、材料與機構構想發展

根據許良榮（2010）的製作教學方式，如圖 4-2-1，本研究亦將套件分成筷子、

擺線、擺錘三個零件進行設計與開發。

圖 4-2-1 超感應單擺三個零件

圖片來源:許良榮(2010b)。科學遊戲實驗室，2011 年 1 月 25 日，取自：

http://scigame.ntcu.edu.tw/site1/Game_power9.html

(一) 筷子

筷子 擺線 擺錘

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一般市面上販售的竹筷至少都有 15 公分，綁上三條擺線，單擺間的距離至少 有 5~7 公分，只要單擺不要過長，表演時單擺間就較不會互相纏繞打結。且竹筷 成本低廉，故按照原設計以市售竹筷為材。

(二) 擺錘

擺錘質量須遠大於擺線，原設計中採用墊片或螺帽，質量夠大且中央孔洞方便 綁上擺線，但由於墊片的面積大，空氣阻力相對增加，擺動過程中容易轉動，故 採用螺帽，減少面積造成的不穩定因素。

(三) 擺線

原設計中擺線材質採用縫衣線或毛線，縫衣線價格更為便宜，故採用縫衣線。

擺長的長度，只要三條長短不同，自然頻率不同，便能控制單擺的擺動。然而 若其中兩條的自然頻率為整數倍時(擺長為整數的平方倍)，便可能造成兩條一起 大幅度擺動的狀況，故最長與對短的擺長比例以不超過 4 為原則。再者，擺長的 長度若太長，則單擺間容易纏在一起。考慮提供的擺線需預留約 5 公分兩端綁線 打結的長度，三條擺線設計為 15、25、35 公分，初步設計結果如圖 4-2-2。

圖 4-2-2 初步設計結果

二、說明書初步編寫與設計

根據市售科學魔術書籍的編排方式，來設計說明書。標題下，簡述操作玩具的 方式，並描述其令人驚奇處。內容分成材料、製作方法、操控與原理四大項。材 料列出所有零件和數量；製作方法以文字說明的方式，並附上成品圖片；操控主 要以文字敘述為主；原理說明擺長與擺動周期的關係，故可以手晃動的周期來控 制單擺的擺動。內容詳見附錄七。

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貳、學生實作測試與修正

請十四位國中生，分六次來實作。實作時，研究者在旁記錄學生的表情與行為 動作，製作過程中若發生製作錯誤或摸索一段時間仍無法繼續時，研究者將從旁 協助使其能完成整個實作，並在之後與學生討論當時的想法和反應，與說明書內 容敘述的差異。每完成一次實作，與指導教授討論學生反應，進而改進套件材料 與設計及說明書內容。以下分成套件材料與設計及說明書內容兩部分加以說明。

一、套件材料與設計

（一）套件材料與組合製作 1. 擺線長度與材料更動

擺線使用縫衣線較細，學生綁線、打結較困難，故改採用較粗且顯眼的紅眠線。

當擺動最短的單擺時，學生的手晃動明顯，易使觀眾察覺表演者的手法，故每條 棉線都增長，改為 20、30、40 公分。

擺長太短時，需增快擺動頻率，易使觀眾看出破綻。縫衣線太細，增加 綁線與打結的困難度(K2-T022-1)

2. 組合製作方式不需更動

十四位學生皆能看著說明書製作並測試效果，有十三人能在十分鐘內完成，代 表組合製作的方式合宜，故不需再作更動。

能看著說明書完成製作與測試效果，約 10 分鐘(K2-T0323-2)

（二）操作

1. 增加操作分解動作與圖示

說明書一開始設計皆為文字敘述，學生在操控上須花較多時間摸索，故增加分 解動作的圖示說明。

操作上剛開始比較有困難，不知如何開始擺動，需摸索較久時間，不斷 練習方能控制。控制時手的晃動幅度會讓人看出。訪談時表示，說明書

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操作的部份看不太懂，需自己摸索，練習較久時間才能顯出效果。希望 能增加圖示說明。(K2-T0112-1)

2. 一手操控改為一手或兩手操控

有學生認為兩手操控較為容易，故說明書中將「一手」改為「一手或兩手」，

圖示再增加一個兩手操控的圖。

指定使不同單擺晃動時會換手持竹筷，以靠近單擺的那一手來拿竹筷。

訪談時表示，兩手較容易操控。(K2- T07123-2) 3. 在圖旁邊加註說明文字

有些學生習慣看圖不看說明文字，故在圖旁增加說明文字。

測試時，手只推一次，三個單擺都在動，而後三個皆擺幅減小，最後不 動。作者提醒要不斷的反覆推動，才能顯出效果。訪談時，受試者表示 沒有注意說明文字，只看圖。(K2- T07123-1)

（三）引起興趣與科學概念理解

1. 有一半以上的學生覺得驚奇有趣，並能成功控制

十四位學生中，有九位最後能掌握操控單擺的擺動技巧，覺得有趣，有變魔術 的感覺。有些學生帶回教室玩給其他同學看時，同學也覺得「怎麼會這樣」。另外 五位無法順利控制轉動，就覺得不好玩了。這些學生中，資優生有四位，都能很 快完成製作，並自己從說明書中摸索出控制單擺擺動的技巧，甚至有一人能控制 手幾乎不動而控制單擺擺動，使觀眾看出不破綻，甚至有些學生單擺晃動方向偏 斜時，還能將它調整回來。

控制時手的晃動幅度較小，就能顯現出魔術的效果。(K2- T0112-2) 好玩，操作給同學看時，大部分同學都覺得驚奇。願意花 100 元購買。

(K2-T0112-1)

有看過同學玩，所以看說明書就能了解其中訣竅，很快的做出效果。能 控制到完全看不出手在晃動。(K2-T0323-2)

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測試效果時，無法僅使一個動，經作者提醒只看指定的單擺，不要管其 他，就能做出效果來，且搖晃到後來向左右方向偏時，能再輕微搖晃將 其調整回來。(K2- T06123-1)

2. 學生對原理的理解較為困難

研究者詢問控制單擺擺動成因時，有些學生可以說得出，有些看完說明書後，

仍一知半解，故說明書須在原理部分再詳細描述。

訪談時，能大致說出其中一個動類似盪鞦韆，但不太了解為何另兩個會 擺幅逐漸減小。(K2- T06123-2)

（四）最終設計套件材料與成本

最終設計套件材料如圖 4-2-3。成本估價如表 4-2-1。

圖 4-2-3 超感應單擺最終設計套件材料 表 4-2-1

超感應單擺成本估價

材料 規格 數量 價格（元）

竹筷 徑 6mm 一支 0.15

棉線 20,30,40cm 各一條 1 螺帽 1/4 2 分 3 個 1

總價 2.15

二、說明書內容修正

（一）控制單擺擺動

單手改為單手或雙手握住竹筷，並將控制單擺擺動分成三個分解動作，並在每

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個分解動作下附上圖示，如圖 4-2-4、圖 4-2-5、圖 4-2-6。

圖 4-2-4 單擺操控分解動作一

圖 4-2-5 單擺操控分解動作二

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圖 4-2-6 單擺操控分解動作三

（二）原理說明

詳細說明原理，修改如下。

「由於單擺的擺動週期長短只和擺長大小有關，擺長越大，週期越大，

因此三根單擺的週期必然不相同。

由於我們只配合想要擺動的單擺的週期來推動，使得其擺動幅度逐漸增 加。而另兩根單擺並沒有配合手的推動（因為週期不同），因此必然有反向 干涉，使得擺動會逐漸變小，就如同盪鞦韆，有人反向阻擋時，就會越盪越 低。」

（三）版面設計

為方便閱讀，將版面改為三折頁。在封面處增加成品圖示與說明，讓使用者易 於瞭解成品的樣式與效果，經專家審核後，最後修訂說明書版本參閱附錄八。

參、專家審核

在超感應單擺套件開發階段最後，針對魔術表演的呈現、套件組適宜性與說明 書編排三方面，請兩位經驗豐富的國中教師進行專家審核，結果如表 4-2-2。

兩位專家在魔術表演方面對「魔術表演活動簡易，可行性高」、「魔術表演過 程無危險性」、「魔術表演能引起觀眾的驚訝或疑惑」、「魔術表演呈現的現象

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明顯，易於觀察」、「魔術表演能引起觀眾進一步探討與學習相關科學原理之動 機」五個項目皆認同。

在套件組方面，兩位專家對「套件組合製作簡易」、「套件組合製作過程無危 險性」、「本套件適合國小高年級以上的社會大眾學習與操作」項目皆持肯定意 見。

在說明書方面，兩位專家對「說明書中魔術的『製作過程』之說明淺顯易懂」、

「說明書中魔術的『表演過程』之說明淺顯易懂」、「說明書中『科學原理或概 念』的說明恰當」、「說明書中行距、字體適當」、「說明書中圖文之位置配置 恰當」、「說明書中圖形圖片清晰，大小適合」、「說明書的遣詞用字流暢」皆 持肯定意見。

綜合以上，超感應單擺的設計，在魔術表演的呈現、套件組適宜性與說明書編 排三方面大致能獲得兩位專家的肯定，然而 B 專家在其他建議上，提出這個實驗 已被提出多次，恐被視為抄襲之作。由於超感應單擺的實驗在網路上(例如暴走楊 的 科 學 網 https://sites.google.com/site/baozouyangdekexuewang/weng-zi -guo-xiao- ke-yan-she/weng-zi-guo-xiao-ke-yan-she/kexuemoshu-ganyingdanbailuoyuanxue、科學 遊戲實驗室 http://scigame.ntcu.edu.tw/site1/Game_power9.html)或科學玩具書籍上 (例如《77 個簡單好玩的科學魔術》和《東京大學式科學魔術》)早已被廣泛使用，

且原始作者無從查起，故無抄襲的疑慮。

另外 B 專家提到，原理宜將手與單擺之「共振」現象列入，是很好的建議，故 在說明書上原理的部分再作修改，修改後的版本參閱附錄八。

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