國中小自然與生活科技領城「力、光與動植物」主題課程統整與延伸學習之發展研究

國中小自然與生活科技領城「力、光與動植

物」主題課程統整與延伸學習之發展研究

陳藝珍 1* 毛河泉 2

l 臺南市立層林國民小學 2 臺南市立鎮海國民小學

壹、研究緣起

為了使圈中教師了解國小升國中學生的學習先備知能，避免造成學習概念的斷層或 誤解國小自然科教師之教學內容，本人針對國小的幾個主題課程內容進行統整，並一併 呈現國中小現有的主題課程架構以及內容綱要。另外，也讓國小自然科教師知道，國中 三年的自然與生活科技領域課程與國小課程之間的關連性，在進行國小課程教學時，可 以或多或少在相關主題課程學習上，視情況適當的呈現較為完整的主題學習概念，以利 未來國中課程的銜接學習。 筆者延續之前進行的圈中、小自然與生活科技領域「地球科學」主題課程統整與銜 接之發展研究(已發表於教育人力與專業發展第 30 卷第 l 期) .接著進行關於「力」、「光」 與「動植物」主題課程的統整與相關延伸學習之發展研究。

貳、「力」主題課程之統整與延伸學習研究

一、統整 研究以國中、小有關「力」主題課程為主，以下簡單列出各階段與「力」主題相 關的單元內容﹒國小中年級課程主題單元有生活中有趣的力、電路、運輸工真;國小高年 級課程主題單元有電磁世界、施力工真;國中課程主題單元有基本的力、壓力、浮力; 靜電、電壓、電流和電阻;直線運動、力與運動、功和機械運用;電與磁、電和生活。 筆者將「力」主題分成電與磁力、浮力、摩擦力以及槓桿四個部分，並以線形概念圓方 式，呈現四個力的課程關鍵內容介紹，如下: (一)電與碰力 I. 中、高年級課程內容:三、四年級介紹磁力強弱以及相吸相斥現象;電路連接及串聯 並聯;五、六年級介紹指北針為何指向南北以及地磁概念;通電導線真有磁性的驗 證以及影響指針偏轉因素探討;電磁鐵介紹及生活應用舉例。 *為本文通訊作者

中華民國 lOS 年 4 月 第 387 期 科學教育月刊 電磁織及其應用

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|磁力強弱相吸相斥

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高年級 中年級 力

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電與磁力

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D-通電導緣與指北針偽轉

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圈中階段課程內容:介紹燈泡串聯和並聯現象的變化;了解磁鐵基本性質、認識磁場

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與磁力線;理解電流磁效應、電磁鐵的原理及其應用;了解馬達運轉產生動力的原 理以及知道磁如何產生電和發電機的原理。

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燈肘聯和並聯 II 電流磁效應與馬達

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電磁~應與發電機

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圈中

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電流與磁場的交互作 力...電與磁力

圈中小自然與生活科技領成「力、光與動植物」主題課程統 tl 與延伸學習之發展研究 (二)浮力

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在中年級課程中有物體沉浮現象的觀察，介紹浮力在日常生活的應用以及閱讚阿基 米德的浮力發現，而高年級並沒有其他有關浮力的課程內容。

2

在國中二年級下學期課程才出現有關浮力的定義、影響浮力的因素探討以及了解阿 基米得原理與物體的沉浮原理介紹。有部分課程內容，例如介紹浮力的發現與國小 課程有交集。

D-浮力原理 國中 影響浮力的因素

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浮力發現

中年級

物質量沉浮及應用

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科學閱言賣 力...浮力 '、，ps'a

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"-j ，-、..、 (三)摩擦力 I. 國小在高年級才有摩擦力的介紹，探討接觸面性質不同與摩擦力的關條並舉出生活 中應用摩擦力的例子。

2

國中二年級下學期的課程探討影響摩擦力的各項因素、介紹摩擦力的性質及其在生 活中的應用。有部分課程內容，例如影響摩擦力的因素探討、生活中應用摩擦力的

例子等，與國小課程有交集。

|接觸面性質和摩擦力關條Ir摩擦力的性質

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生活中的應用 力...摩擦力 高年級 國中

科學教育月刊 第 387 期 中華民國 l05 年 4 月 (四)槓桿 1.國小高年級介紹槓桿的省力與費力現象、生活中應用槓桿的例子以及腳踏車工具 的省費力說明和古代工真介紹。 2. 國中三年級上學期介紹槓桿原理與靜力平衡的條件、了解物體轉動的難易程度與 施力大小、方向及作用點的關聯性;介紹槓桿滑輪輪軸齒輪斜面及螺旋的工作原 理與生活中的應用，其中有些內容與國小課程有交集。

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圈中 槓桿. ;'骨輪.輪軸.齒 輪.斜面的應用

|腳踏車及古代工具|

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槓桿的應用滑輪和輪軸 高年級

|槓桿的省力和費力

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力...槓桿 二、延伸學習研究 在「力」主題的學習內容，筆者針對國小課程的原學習內容，分別就電與磁力、浮 力、摩擦力以及槓桿這四個部份先做較為詳細的敘述，並設計相關延伸的學習活動內容， 可做為銜接國中課程之用。 (一)電與磁力: 國小三年級課程主要探討哪些東西具有磁力、相同的或是不同的磁鐵的磁力大小以 及磁鐵的相吸和相斥現象;國小四年級課程進一步操作電路的連接，觀察通路與斷 路、容易導電與不易導電的物體，以及燈泡或電池的串聯及並聯時燈泡的亮度觀察; 國小高年級的課程則介紹措北針指向與地磁間的關餘，並觀察通電的電線與指 it 針 的偏轉，發現電可以產生磁力，進一步製作電磁鐵並探討如何增強電磁鐵的磁力， 以及介紹生活中運用電磁鐵的物品。

圈中小自然與生活科技領域「力、光與動植物」主題課程 j統整與延伸學習之發展研究 以上國小課程著重在對電與磁的現象觀察以及操作，沒有提到電磁的相關原 理。因此，在銜接學習課程中可以加人更多的現象觀察實驗操作，以加深學生的印 象，例如: 1.在中年級的長條型磁鐵磁力強弱以及磁鐵相吸和相斥實驗操作部分，除了教科書設 計的實驗活動之外，可以在長條形磁鐵上方鋪上白紙並均句地撒上鐵粉，讓學生觀 察鐵粉的分布狀態，透過實際的觀察來理解長條型磁鐵磁力何處較強?觀察兩長條形 磁鐵相吸以及相斥時的鐵粉排列情況，也可以順便提到所謂「磁力線」的名詞概念。

2

在高年級操作通電導線與指北針偏轉的實驗設計之後，可以輔助操作奧斯特的動畫 模擬軟體，讓學生透過指北針位置的變化或是電力強弱變他，來觀察指針偏轉角度 大小或方向的改變為何?觀察離導線越遠，其磁力強弱又是如何?等。透過此動畫輔 助軟體的操作，協助學生觀察並歸納其發現。當然，在這裡也可以引出科學家的發 現，用故事的方式簡單帶出安培。在生活中的電磁鐵應用舉例說明部份，一樣運用 電鈴以及傳統電話的動畫模擬軟體操作，簡單解釋電磁鐵在這些工具上的運作原 理，加深學生對電磁鐵應用的相關概念。 3. 完成相關教材內容的補充學習活動之後，可以適當融人電與磁科學史發展的介紹， 讓學生對電與磁的發展歷程有一定程度的了解。 筆者將上述銜接學習活動以線形概念圖中藍色箭頭呈現，如下: 力...電與磁力 _中年級 高年級

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磁力強弱相吸 中目斥 指向南北的指 北針與地磁

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電路連接 及爭並聯 通電導緣與 指北針偏轉

科學教育月刊 第 387 期 中華民國 105 年 4 月 (二)浮力 關於浮力部份在國小較少提及，除了某版本在三年級稍微提到物體的沉浮現象以及 應用之外，其他版本都沒有加以介紹，因此有關浮力這個主題的相關內容留到國中 再加以介紹即可。 (三)摩擦力 國小高年級課程中介紹接觸面性質不同與摩擦力大小的關餘，並提到生活中運用摩 擦力的例子，例如煞車塊、鞋底凹圓面設計等。由此可知，國小課程著重在現象觀 察，並沒有提到相關專有名詞，例如最大靜摩擦力或是動摩擦力。國中課程有介紹 接觸面性質和物重與摩擦力大小的關你，因此，在國小高年級關於接觸面性質不同 與摩擦力大小的關條的實驗設計中，可以加入另一個變因設計，在接觸面性質不變 的情況下，改變物體重量時觀察紀錄拉動物體時的拉力大小，比較物重與摩擦力大 小的關條，以此作為銜接延伸學習的活動。過程中，甚至可以讓學生注意物體在開 始移動的瞬間，彈簧秤上顯示的拉力大小變化，若是學生有發現其中的變他，則可 以加入專有名詞:靜摩擦力、最大靜摩擦力與動摩擦力的介紹。 筆者將上述銜接學習活動安排如線形概念圍中藍色箭頭呈現，如下: 接觸面性質和摩擦力關條

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力...摩擦力 高年級

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生活中的應用 (四)槓桿 國小與國中沒有很大的銜接落差，因為國小高年級提到槓桿的省力與費力的概念， 在國中有再次提及並做詳細的分類介紹，因此在國小高年級課程部份，可以做較深 人的科技發展史方面的延伸學習，例如中國古代機械工真槓桿的應用以及腳踏車演 進史的介紹，筆者將之呈現如下的線形概念園中藍色部分。

函中心、自然與生活科技領域「力、光與動植物」主題課程統整與延伸學習之發展研究 力...~真才旱 _高年?'&.

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參、「光」主題課程統整與延伸學習研究

一、統整

以下簡單列出各階段與「光」主題相關的單元內容﹒國小中年級課程主題單元有彩虹、 水人錢出、池水深淺(光的直進、反射、折射) ;國小高年級之前某一版本有關於遠鏡的介 紹(戴眼鏡可以矯正視力) ，但是現今已刪除;國中課程主題單元有光的傳播與色光。 (一)國小課程 三年級介紹光的基本性質，透過賞驗操作知道光有直進、反射與折射的現象，四年 級則以彩虹為例，引進光有色散的現象觀察，以線形概念圖呈現如下. 高年級 中年級

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美麗的彩虹及光的色散 光的性質:直進、反射 與折射

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科學教育月刊 第 387 期 中華民因 105 年 4 月 (二)國中課程 光主題課程出現在二年級上學期的一個章節，介紹光的直進與針孔成像實驗操作、 光的反射與各種面鏡成像現象觀察、光的折射與各種遠鏡成像觀察、光學儀器介紹 以及色光與顏色的關聯，如下線形概念圖示:

-光的直線進行 與針孔成像

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曲面鏡成像:凸面鏡

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光的反射與平面鏡成像 II 曲面鏡成像:凹面鏡

三稜鏡組合與遠鏡成像

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園中 光 二、延伸學習研究 (一)國小中年級 以觀察光的性質為主，有直線進行時產生影子的現象觀察、生活中和光的反射有關 的物品介紹，以及因為光的折射所產生的筷子斷 7 的現象觀察等。因此，在課程延 伸學習部分: 卜多舉例介紹運用光反射性質所設計出的日常物品，用以貼近學生生活經驗，也可以 加人凹、凸面鏡成像的各種現象介紹。 2. 課程中有實驗製作人造彩虹的活動，這是一種光的色散現象的應用。因此，在延伸 學習部份，可以嘗試較為深人的彩虹形成原理的簡單圖示說明，用以解釋為什麼彩 虹的顏色是紅色在上、紫色在下;或是設計實驗操作，在國心處釘上綁有固定長度 棉祿的圖釘，從圓心分別扭出不同仰角，並在棉線的末端拿筆畫線，用以解釋為什 麼彩虹是圓弧形的理由。

圈中心、自然與生活科技領域「力、光與動植物」主題課程統整與延伸學習之發展研究 (二)國小高年級 只有一個版本的教科書有這個單元，利用教真觀察平行光通過凹、凸遠鏡後產生的 光的行進變他，並介紹眼球簡單構造與成像。透過質驗設計讓學生瞭解眼鏡與矯正 視力的關條，進一步知道當焦點落在視網膜上時就會看得清楚。本單元活動與國中 課程有相當程度的交集，因此在延伸學習部分，可以運用電腦輔助動畫的操作學習， 使學生透過軟體操作，更加理解正常眼、近視眼與老花眼的成像焦點落點的不同， 因為知道光經過凹凸遠鏡分別會有散光和東光作用，因此為何選擇不同遠鏡來矯正 近視以及老花眼的理由。 筆者將上述銜接學習活動以線形概念圖中藍色箭頭呈現: 光的性質: 直進.反射與折射

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中年級

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美麗的彩虹及 光的色散 高年級

肆、「動植物」主題課程統整與延伸學習研究

一、統整 以下簡單列出各階段與「動植物」主題相關的單元內容.國小中年級課程單元有水中 生物、昆蟲世界、植物的身體;國小高年級有植物世界、動物生活;國中課程單元有生 命的起源組成、生物體的營養和能量、運輸作用、協調作用、體內的恆定性、遺傳和生 殖、生命的演變、動植物界的生物及生態系。 (一)國小課程 在中年級部分，介紹動物和昆蟲身體構造與運動方式，認識昆蟲與環境的關條;認 識植物的根、莖、葉、花、果實和種子，植物與生活之間的關聯;介紹水中生物生 長環境與構造等。在高年級部分介紹植物的構造、功能、繁殖方式以及分類方法，

科學教育月刊 第 387 期 中華民函 105 年 4 月 環境對植物生活的影響;動物的運動、社會行為、繁殖與分類等，如下線形概念圖 河言:

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昆蟲世界 動植物 中年級 高年級

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植物的身體及用途 植物構造觀察、分 類及傳播 (二)國中課程 與國小課程內容有顯著差異，不再只是日常生活中較常見的現象觀察與認知，而是 進入微觀的觀察，例如認識生物體的構造、動植物如何獲得養分、生物的運輸與協 調作用、生物的恆定性、遺傳行為、生殖方式、演化現象以及地球上的生物命名與 分類，如下線形概念圖示﹒

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動植物 國中

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D-動植物如何 生物的協調作用: 生殖

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' 獲得義分 植物對環境成應. 動物行為 二、延伸學習研究 (一)國小中年級 在植物部分，主要著重在觀察植物根、莖、黨、花、果實和種子的構造、植物在日 常生活上的應用以及學習實際種植蔬菜的操作;在動物部分，主要是要知道昆蟲的 定義並會飼養昆蟲及學習觀察、記錄其成長變化、介紹水中動植物生活環境及形態 等。因此，中年級的延伸學習內容，可以依據教師或是學生的不同興趣來設計，以 下就筆者的興趣設計延伸學習的課程，並輔以線形概念圍中藍色箭頭呈現: 1.主題網站學習嘎嘎昆蟲網圖鑑欣賞、蟲蟲總動員、台灣大蚊、 YouTube 蝴蝶與蟬的

圈中心、自然與生活科技領域「力、光與動植物」主題課程統登與延伸學習之發展研究 羽化、竹興野花園、奈米新世界、台灣魚類學習資料庫。以上主題網站的學習活動， 可以有不同的教學方式.教師透過網站內容，逐一介紹認識各種動植物;以組別為單 位，透過組員的自我學習、討論，設定某一主題以口頭、簡報或是海報呈現該組的 報告等。 2. 補充簡報介紹﹒認識螢火蟲的一生、蝸牛的祕密檔案。 昆蟲世界

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動物 中年級 植物

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植物的身體及用途 7j立中生 物介紹

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中年級

科學教育月刊 第 387 期 中華民國 105 年 4 月 (二)國小高年級 在植物部分，主要內容也有觀察植物根、莖、葉、花、果實和種子的構造，並增加 植物傳播方式介紹，學習簡單分類的方法;在動物部分，主要是能察覺動物構造與 其覓食、體溫維持、避敵、求偶等行為的關連性，認識卵生、胎生的生殖方式，以 及學習二分法。由於國中一年級的生物科課程內容，一開始就介紹細胞的構造，這 樣的內容和國小階段的學習是有較大的落差，而在國小階段也沒有任何可以適當切 人學習的時機。因此，在國小高年級的延伸學習內容上，可以做本課程內容的深人 學習就好，例如在認識植物構造部分，可以詳細介紹植物的各變態器官構造及功能， 或是引導學生進行有關動植物主題網站的線上學習等。以下就筆者的興趣設計延伸 學習課程，並輔以線形概念園中藍色箭頭呈現: 1.主題網站:楊懿如的青蛙學堂、蛙蛙世界學習綱、國立自然科學博物館植物博覽以 及花的前世今生。 2. 補充簡報介紹:介紹台灣五種蛙類、台灣蜻蜓介紹、動物受精卵發育方式介紹、認 識植物變態器官及花。

動植物

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(動物生活:運動、覓食)

高年級 (植物構造、分類及傳播)

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園中心、自然與生活科技領域「力、光與動植物」主題課程統整與延伸學習之發展研究 伍、結語 透過上述主題課程的統整以及延伸學習內容的介紹，筆者期待能幫助國小教師，快 速理解學生在國中階段相同主題的學習內容，而國中教師亦能很快掌握學生在小學階段 的學習內容。國小的自然科教師在教學時間與空間允許的情況下，或是進行差異他教學 時，針對不同學習能力的學生，在合適的課程中，進行相關主題課程的延伸學習，作為 學生加深、加廣的學習內涵，期使未來進人國中階段的學生，對相關主題課程的學習有 些熟悉獻。上述相關延伸學習活動內容，筆者有製作或整理成教學簡報，將逐步上傳到 台南市學習資源網 (http: //I 63.26.1.53/content/) ，歡迎有興趣的老師下載運用。

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