國小高年級科技教學活動　

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國小高年級科技教學活動－以電流急擊棒製作為例

顏祺倫國立高雄師範大學工業科技教育所研究生壹、前言在日本的綜藝節目上，常常可以看到許多觀眾參加電視台所精心策劃的各種闖關活動。其中以電流急擊棒最受觀眾歡迎，它結合了聲、光效果，讓參賽者必須在限定的時間內到達所指定的位置。而這項闖關活動結合了耐力，技術和手眼協調的能力，如果專注力不夠，手上的金屬器碰到導體就會使關卡產生通路讓警鈴大響、燈炮亮起。常常使很多參賽者失敗在設計者精心規劃的關卡中。而生活科技課程也可以運用電學的相關知識及配合電子元件，讓學生做出簡單的電流急擊棒。藉由活潑、生動的生活科技課程，讓學生透過動手做參與設計與製作，使學生在動手動腦的創意思考中得到知識，培養科學精神及解決問題的態度。貳、教學目標一、了解電學通路觀念。二、能對問題做多方思考，提出可行方案，以獲得合理有效解決。三、在製作過程中能選用合適的材料來設計成品。四、能將所學知識應用於生活中，以解決問題。五、培養測試、評鑑以及改進能力。參、教學對象國小六年級學生肆、活動節數 7節課（一節 40 分鐘）

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伍、材料與機具表本活動所使用的工具及材料表如表1及表2所示。表1 材料表名稱規格數量單位備註 *保麗龍板厚度 3cm 1 片底座 *電池座適用 3AA 1 個裝電池使用 *電池 1.5V 2 個供應電源 *蜂鳴器 3V 1 個通路時產生聲音 *電燈泡座 1 個固定燈泡 *電燈泡 3V 1 個通路時燈泡亮起 *蕊線 2mm 1 捆鐵絲與電源的連接 *小馬達直流 3V 1 個通路時產生旋轉 *鐵絲 1mm 1 捆挑戰者的握把 *鐵絲 2mm 1 捆過關的路徑 *絕緣膠帶 18mm 1 個封黏裸露電線長尾夾 12mm 1 個使馬達旋轉較為醒目註：1.打*者為統一購買材料 2.表1為建議清單，可視教學需求、教室設備、時間限制等參酌增減表 2 機具及手工具表名稱規格數量單位備註保麗龍切割器器 1.5V 2 支/組切割保麗龍美工刀刃寬 10mm，長 125mm 1 支/人剝線使用尖嘴鉗長 165mm 絕緣手把 2 支/組夾持、調整鐵絲電工鉗長 205mm 2 支/組剪斷、夾持、調整鐵絲註：1.分成6組每組4人，1組完成四個作品 2.表2為建議清單，可視教學需求、教室設備、時間限制等參酌增減

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陸、MST 重要概念本活動包含數學、科學、科技的概念如表3所示。表3 本活動的MST重要概念數學科學科技 M1 彎曲角度 S1 通路觀念 T1 問題解決能力 M2 距離 S2 電能 T2 創意思考能力 M3 接合長度 S3 光能 T3 造型 M4 長度、寬度、高度 S4 聲能 T4 動作技能-切割、膠合 S5 時間 T5 正確操作機具 S6 速度 T6 選用材料 T7 識圖 T8 測試、調整、修正柒、作品材料及說明本作品材料如圖 1 所示。圖 1 電流急擊棒製作材料一、在教學活動中發給學生每人一塊大約長寬各 30 公分的保麗龍板、蕊線兩捆、電池盒一個、兩顆 1.5 號電池、粗鐵絲和細鐵絲各 100 公分、長尾夾、燈泡座、蜂鳴器、燈泡、馬達各一個，這些基本的材料不能任易改裝，例如增加電池數，以免造成燈泡、蜂鳴器或馬達因為電壓過大而

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燒毀。二、材料最好由老師購買，以免發生規格不符合，而造成馬達或蜂鳴器無法動作。三、保麗龍板的厚度最好超過 3cm 以上，才能讓粗鐵絲插入保麗龍板後不會搖晃。捌、線路圖及製作步驟線路圖如圖 2 所示。圖 2 製作線路圖一、將切割好的保麗龍平放，蜂鳴器紅色的蕊線（正極）與電池盒紅色蕊線（正極）以絕緣膠帶相連接（參考圖 4）。二、以絕緣膠帶將電池盒固定。三、將其中一捆蕊線用電工鉗剪成約 30cm 長，將其中一端以美工刀剝線後與電池盒黑色蕊線（負極）以絕緣膠帶相連接。四、將細鐵絲用電工鉗剪成約 45cm，細鐵絲其中一端與蕊線以絕緣膠帶相

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連，另一端用尖嘴鉗夾成如圖 2 細鐵絲的形狀（細鐵絲部份為急擊棒）。五、將粗鐵絲以電工鉗剪成 75cm 長，並且用尖嘴鉗夾成各種造型（此為關卡），粗鐵絲兩端，一端跟蜂鳴器黑色蕊線（負極）以絕緣膠帶相連接，另一端插進急擊棒前端造型中如圖二，最後兩端粗鐵絲同時插入保麗龍中，並以絕緣膠帶固定，以免晃動（參考圖 5-圖 9）。六、學生可以將蜂鳴器改為燈泡或馬達，連接方式與蜂鳴器相同（參考圖 12-圖 15）。玖、教學活動內容節數教師活動學生活動使用材料備註 1 一、引起動機 1.教師播放日本綜藝節目有關電流急擊棒闖關 VCD。 2.教師將事先做好的作品，讓學生上台輪流闖關，以引起學生興趣。 2 二、發展活動 1.了解電池的正極、負極。 2.介紹各種由電能轉變成各種能量（聲能、光能、動能）。 3.認識通路觀念（1）分別將電池和燈泡透過電線相連接（導通），燈泡會發亮、電線離開燈泡接觸點會熄滅（斷路）。（2）分別將電池和蜂鳴器透過電線相連接（導通），蜂鳴器會發出聲響、電線離開蜂鳴器接觸點會停止聲響（斷路）。（3）分別將電池和馬達 1.能了解電池的種類及使用的方式。 2.能充份了解通路的觀念。 3.能了解電動馬達的種類及使用的時機。 4.能知道蜂鳴器的種類和使用地方。 5.能知道電能透過轉換可以成為各種能量。電池蜂鳴器燈泡小馬達

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透過電線相連接（導通），馬達會轉動、電線離開馬達接觸點會停止轉動（斷路）。節數教師活動學生活動使用材料備註 2 4.教師說明電流急擊棒製作的原理及操作方式。 5.進行分組：共分成 6 組，每組 4 人。 6.發給每一組，每人一份材料，和整組一份工具。 7.講解基本結構及作法底座：保麗龍電池：3V 為主關卡：鐵絲長度 75cm （彎曲程度自訂，但以自己可以通過為標準）急擊棒：鐵絲長度 45cm ，（前端闖關形狀自訂，但以自己可以通過為標準） 8.示範如何剝開蕊線外圍絕緣體，並且使兩條蕊線相交，最後用絕緣膠帶予以黏合。 9.示範急擊棒前端如何使用電工鉗彎曲，並且予以扭轉。 10.闖關失敗，產生的效果由學生自行決定使用（燈泡、馬達或蜂鳴器）。 11.使用馬達旋轉醒目的零件，除了長尾夾外，學生可以自行思考添加何種材料，使 1. 能進行分組。 2.能了解作品的功能要求。 3. 能初步了解作品各結構的名稱、材料數量、製作方法。 4.能了解各項操作的安全事項。 5.能妥善安全操作各種機具。教師發給馬達應告知學生不要把玩，以免正負極銅片斷裂。教師應請學生將切割墊於桌面，以免美工刀不小心劃到桌面。剝線時應將蕊線置於切割墊上，並且由內向外剝，避免學生手持蕊線懸空剝線以免割傷手。如圖 3 所示

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節數教師活動學生活動使用材料備註 1 旋轉效果更為醒目。 12.自行測試由學生握著電線另一端的急擊棒，沿著彎曲的鐵絲前進，當急擊棒碰觸到關卡（鐵絲）時，就會形成通路，蜂鳴器、電燈或馬達就會產生動作，表示操作失敗。 13.進行作品評分（1）關卡創意程度（2）造型（3）結構 14.各組選出最佳作品進行比賽，找出關卡設計最具挑戰性作品。 6.能完成自我作品測試。 1 三、綜合活動 1.老師講評作品 2.單元總結 3.完成本活動總評拾、相關知識電流急擊棒，會使馬達或蜂鳴器產生動作的原理，是使用電流通路的概念，當闖過者所持的急擊棒（細鐵絲）沒有碰到關卡（粗鐵絲），代表電池電流方向沒有形成通路（也就斷路），使馬達、蜂鳴器及燈泡沒有電源，無法產生動作。一旦闖關者急擊棒碰觸到鐵絲即形成導通狀態，就會使馬達、蜂鳴器及燈泡產生動作（鄒紀萬，1995）。

馬達依供電的方式不同，可區分為直流馬達（direct current, DC motor）和交流馬達（alternating current, AC motor）（林振雄、魏明堂，2007）。本活動中使用直流3V馬達，當電壓接反時，其長尾夾旋轉的方向就會相反，如果要使旋轉的幅度更大，要使用電壓較大的直流馬達，電池的個數也必須增加。蜂鳴器屬單一鳴聲的喇叭用在門鈴.汽機車.警報器.警示燈.防空演習.防盜利用電磁性共振產生鳴聲。種類可分為為電磁式及壓電式兩種，電磁式由電流驅動，聲音較大但較為耗電，壓電式由半導體電壓轉換陶磁片振動，由電壓驅動（陶磁片），較省電但聲音較小（張建亨，2007）。本活動中使用3V為電磁式蜂鳴器，

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有正負極之分，如果學生電源輸入錯誤無法使其動作，如果要加大其聲音，必須使用電壓較大的蜂鳴器，就可達到其效果。燈泡依供電方式不同，可分為交流燈泡與直流燈泡兩種（林振雄、魏明堂， 2007）。交流燈泡的種類例如家用的小夜燈或省電燈泡等等。而直流燈泡的種類例如車用燈泡與手電筒的內燈泡均屬於直流燈泡，不管是交流燈泡或是直流燈泡都沒有正負極之分，也就是正負極接反燈泡一樣會亮起，本活動使用為3V直流燈泡，如果要使亮度增加就必須使用電壓較大的燈泡，相對的電池數也必須增加，即可達到效果。拾壹、教學評量一、本單元兼重形成性與總結性量。二、活動評分要項如表4所示。表4 教師評鑑表單元名稱電流急擊棒班級： _{姓名：} 座號：評鑑項目得分 1. 是否專心聆聽及積極參與討論 5﹪ 2. 是否瞭解通路的原理 20﹪ 3. 是否瞭解電流急擊棒之原理 20﹪ 4. 是否瞭解馬達、蜂鳴器及燈泡的原理 20﹪ 5. 是否正確且安全的使用工具 10﹪ 6. 是否能專心且細心修改電流急擊棒 10﹪ 7. 是否能解決，使馬達、蜂鳴器或燈泡無法動作的原因 15﹪ 總分 100﹪ 拾貳、教學建議事項一、學生對於馬達較為好奇，會一直把玩馬達，使連接蕊線的銅片脫落，教師應予以注意並且告知學生。二、馬達電壓輸入相反會使其反轉，但學生為了使馬達轉動更快，會輸入超過額度的電壓使馬達燒燬，應予以注意。

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三、蜂鳴器有正負之分，如果輸入電壓方向相反，無法使其動作，而學生為了使聲音更為響亮，會私自輸入超過額度電壓，導致燒燬，教師應注意。四、小燈泡，無正負之分，但額定電壓為3V，需要求學生輸入電壓的大小，以免內部燈絲燒掉。五、蕊線跟蕊線連接時，須告知學生兩裸線互相旋轉，再用絕緣膠帶黏合，以確保兩蕊線有互相接合（陳炳陽，2006）。六、急擊棒前方用電工鉗彎成封閉式形狀，需注意鐵絲旋轉的方式，避免突出鐵絲刺傷學生手指，最好能以絕緣膠帶黏合以防被刺傷。七、關卡鐵絲長度固定75cm，鐵絲彎曲程度由學生自行決定，但設計者本身需自我測試，通過測試才可以給其他同學挑戰。八、學生使用美工刀剝線，須小心美工刀剝線的使用方法，以免被割傷。而學生最好準備切割墊以免美工刀劃傷桌面。九、裸線地方都需要用絕緣膠帶黏合，以免造成正負極碰觸造成短路。拾參、製作過程及作品展示學生作品及其製作、測試情形如圖3-圖16 所示。圖3 學生剝線情形圖4 將蜂鳴器紅色蕊線(正極)與電電池盒紅色蕊線用絕緣膠帶黏合

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圖5 將蕊線一端連接電池負極，一端與急擊棒連接圖6 學生將關卡加以造型，並且利用彎曲增加闖關難度圖7 將蜂鳴器黑色蕊線(負極)與粗鐵絲一端用絕緣膠帶黏合圖8 將粗鐵絲(關卡)插進入急擊棒前端造型圖9 將兩端粗鐵絲同時插入保麗龍中圖10 作品完成

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圖11 學生自行測試所做的作品圖12 將蜂鳴器改為小燈泡圖13 將蜂鳴器改為馬達圖14 馬達端加上長尾夾增加轉動效果圖15 馬達旋轉情形圖16 分組闖關情形參考書目林振雄、魏明堂（2007）。電工機械Ⅰ。台北市：全華。張建亨（2007）。電子學Ⅰ。台北市：科友。陳炳陽（2006）。新編基礎電子實習Ⅰ。台北市：科友。鄒紀萬（1995）。簡易的電動勞作。台北市：美勞教育。