2018 全國自然領域探究與實作研討會暨教學工作坊 探究鐵釘電池的電化學和電學
楊水平 Shui-Ping Yang 國立彰化師範大學化學系副教授
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摘要
鐵釘電池是由不同金屬表面的鐵釘和檸檬酸溶液放置在塑膠杯中，使用導線 連接不同金屬表面的鐵釘，組合而成的電化學電池。此教學活動設計是使用 Schwab/Herron 對實驗開放程度為 2 級的引導探究（guided inquiry）。透過 5E 學習 環（5E learning cycle），學生在教室中探究各項變因對鐵釘電池產生電壓、電流及 電功率的影響，進而學習科學探究方法和過程技能以及電化學和電學的內容知識。
透過 5E 學習環，此教學活動進行各階段簡述如下：（一）參與（Engagement）
階段：教師創造歧異事件或認知失調，示範串聯鐵釘電池使時鐘運轉並測量電壓 和電流，激發學生學習的興趣，藉由特殊現象的觀察，提出探究的問題。（二）探 索（Exploration）階段：探究問題分為兩類：學生起始的問題：學生分組提出問題，
教師統整問題並分派各組探究問題。教師起始的問題：(1)假如改變檸檬酸溶液的 濃度，那麼產生的電壓和電流會改變嗎？(2)其他操縱變因有：檸檬酸溶液改為酸 鹼鹽水溶液、檸檬酸溶液改為各種果汁、改為其他種類鐵釘、改變鐵釘的距離、
改變鐵釘的數量、改變檸檬酸溶液的溫度等。(3)假如串聯 1-5 個鐵釘電池，那麼 產生的電壓、電流及電功率分別為多少？能使小型鬧鐘運轉嗎？(4)假如串聯改為 並聯，其結果會改變嗎？這階段發給〈學生講義〉作為科學探究的重要過程（確 認變因、設計實驗、進行實驗、收集數據、數據處理、結果與討論、以及結論）
的指引，並作為撰寫探究實驗報告的範本。（三）解釋（Explanation）階段：各組 學生製作 ppt 並上台發表，師生互動討論，教師引導學生針對實驗結果的規律性進 行解釋，發展學生的科學概念。這階段發給學生「分組報告心得和感想、同儕評 分」，鼓勵學生參與討論。（四）精緻或延伸（Elaboration or Extension）階段：教 師提出開放性的動手做挑戰題，發給學生「挑戰試題和報告撰寫單」，學生運用在 上述階段所學到的探究方法和過程技能以及科學原理和概念進行挑戰，使學習更 精緻。（五）評量（Evaluation）階段：此階段並非學習環的最後階段，評量可在各 階段進行。本工作坊的探究學習評量有四份：「學生講義」、「分組報告心得和感想、
同儕評分」和「挑戰試題和報告撰寫單」；以及「筆試測驗試題」。 關鍵字：鐵釘電池、電化學、電學、5E 學習環、科學探究、過程技能
