Physics 高一多元選修 科學動手做
國立岡山高級中學 / 黃建彰 老師
設備組長 / 校內優質化、均質化子計畫承辦人 能源科技人才培育計畫承辦人
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議題剪影 一、前言
多元選修課程為本校高一同學自由選修之課 程，每週三有兩節課，共開設20門課程，其內 容涵蓋文學、外語、科學、科技等，透過選修課 程，希望同學在課本學科外能有更多的學習體 驗，探索自我。
「科學動手做」即是本校多元選修的其中一 門課，重點在於科學探索及體驗。本文分享一些 教學上的心得，希望物理前輩們能不吝指教。
二、規劃課程動機
對許多同學而言，物理、化學似乎就是一堆 計算、一堆複雜的公式、一堆抽象的概念。但科 學是那麼的枯燥乏味嗎？其實不是，從早上起床 到學校的過程中，應用到許多的科學原理，如起 床把手機鬧鈴關掉、下床打開浴室的燈盥洗、接 下來吃早餐、出門搭車或騎車到學校，這一切都 是過去科學家的心血結晶。科學，就在你我的生 活中。但許多同學到高中，漸漸失去好奇心，失 去觀察力，因此如何激發出同學的好奇心與觀察 力，使同學覺得所學的科學與日常生活中是相關 的，就是這門課的規劃動機！
三、規劃課程過程
身為物理老師，物理的課程時數經課綱調整 逐漸減少，但課程內容卻未等比例減少，因此 許多有趣的演示與科學實作的部分無法讓同學體 驗，加上本校同學學習狀況分布很廣，如何提升 同學的學習意願，找回小時候的「好奇心」與
「觀察力」，透過與同學腦力激盪，激發出不同 的想法，便是這課程規劃的重點。
本課程名稱為「科學動手做」，每次上課的 素材皆從日常生活中尋找，並讓同學能實際「感 覺科學」。
(一)教學流程：
實驗演示
科學理論介紹
動手實際操作
吸引同學目光，引發學習動機。
說明實驗演示背後的科學原理，同學 了解其原理後可應用在動手做上。
同學具備理論知識背景後，將其應用 在實作上。
Physics
(二)實驗演示：實驗演示題材儘量由日常生活中尋找，例如科學探究 MIT - 物理
秤仔、可樂瀑布、自製棉花糖、簡易投石器等，藉由實驗演示，讓同學可以感覺科學，體驗科 學，進而提升學習動機。
(三)理論簡介：
實驗演示後，說明實驗的科學原理。可以涵 蓋物理、化學、生物、生活科技等知識，這過程 重點為把學過的科學知識與第一階段的實驗演示 結合，使同學了解科學就在身邊。本課程介紹之 理論儘量以國中自然與生活科技課程內容為主，
加深同學學習印象，並減少對科學之恐懼。具備 理論背景後，將應用於下一階段：動手實作上。
(四)動手實際操作：
每次課程皆會有小組競賽活動，同學須利用 這階段學到的理論知識應用在動手實作上，改 進實作作品，取得較佳實作成果。另外設計學習 單，以循序漸進的開放式問題，刺激同學創新思 考及勇於嘗試，並採用小組合作方式，培養同學 團隊合作之能力。
四、課程教案分享
(一)秤仔DIY：
1.秤仔簡介（10分鐘）：
國文課本有篇賴和編寫的文章──《一桿稱 仔》，在沒有電子秤的年代，買賣交易時如 何決定質量的多寡？利用秤仔（圖一），就 可以量出質量。
2. 秤仔的原理（10分鐘）：
(1)槓桿（圖二）：
一種機械裝置。如果施力造成力矩與抗力 造成的力矩相同，則呈現轉動平衡狀態。
(2)力矩：
造成物體旋轉的能力。力矩=力x力臂，如 圖三所示。圖中F 的力可造成順時針方向 的力矩，呈順時針方向旋轉。
(3)想一想：
圖一中的支點、待測物、施力點、力臂，
分別為何？有什麼數學上的關係呢？
3. 動手實作時未知物測量（60分鐘）：
(1)器材：
品名 數量 備註
小紙杯 1∼2個/組 飲料試喝用紙杯，
用於放置待測物。
線 1條/組 棉線或釣魚線皆 可。
竹筷 1雙/組
一元硬幣 10個/組
用膠帶綁起來，當 秤錘使用。可用電 子秤秤出質量。
一元硬幣 10∼15個/組 當待測物，用於測 定秤錘刻度。
剪刀 1把/組 奇異筆 1枝/組
電子天平 1臺/班 全班共用即可。
圖一
圖二
圖三
抗力 ( 物重 ) 施力 ( 人施力 ) 支點 ( 小石頭 )
F R
支點
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(2)製作、調整時間：
製作（20分鐘）及調整（30分鐘），同學 製作時間不長，但要找出秤錘位置與待測 物質量之間的關係（圖四），需要較多時 間來調整。
(3)未知待測物PK大戰：
各組調整後，來領取未知物（可用螺帽、
黏土等）。各組有10分鐘測量出未知物的 質量（圖五）。
4.學習單（10～15分鐘）：
同 學 填 寫 學 習 單 ， 反 思 本 次 上 課 內 容（ 圖 六）。
(二)可樂噴泉：
1.如何產生噴泉（30分鐘）：
曼陀珠加Zero可樂即會噴發，為什麼一般可 樂效果沒那麼好？流言終結者有一集即是探 討 此 現 象 ， 透 過 科 學 的 實 驗 方 法 ， 找 出 產 生 可 樂 噴 泉 的 原 因 ， 透 過 流 言 終 結 者 的 介 紹 ， 同 學 可 以 了 解 造 成 可 樂 噴 泉 的 原 因 。
（YouTube可搜尋相關影片）
2.動手實作：
(1)器材：
活動時2∼3人為一組，可以互相協助。
品名 數量
Zero可樂(2200ml) 1罐/組
曼陀珠 2條/組
A4紙 1張/組
(4)測量出質量後，與利用電子秤測量之結果 算出誤差。這時打開電腦，利用EXCEL表 格，當場算出平均值及誤差。同學可利用 此機會學習基本EXCEL運算及實驗分析。
圖四 圖六
圖五
Physics
科學探究 MIT - 物理
(2)學習單思考時間（10∼20分）：
如何在短時間內將一條以上曼陀珠倒入可 樂罐內，並填寫學習單。思考重點：利用 A4紙捲成條狀，將曼陀珠放入。紙捲太緊 曼陀珠會卡在紙上，捲太鬆曼陀珠一次掉 兩顆，會卡在瓶口，要如何將曼陀珠快速 放入將是這階段思考的重點（圖七）。
(3)第一次發射（15分鐘）：
現場實際體驗曼陀珠加汽水噴發的威力！
（圖八）
(4)第二次發射（15分鐘）：
經過第一次發射後，同學根據第一次發射 的結果調整，並思考如何噴得更高更好。
(5)場地復原及學習單（圖九）填寫（20分 鐘）：
活動後場地遍布曼陀珠及包裝紙，須請同 學將場地稍作整理。本課程可樂噴發場地 為操場，活動後並無草皮枯黃之情況，可 放心於草地上噴發。
五、面對107課綱探究與實作的準備
「科學動手做」這門選修課已邁入第二年，
許多人會問：這些題材要從哪裡找？要如何準備 及規劃一學期（或一學年）的課程？因此在這分 享一些題材及靈感的來源：
(一)網路資源：
臺中教育大學的「科學遊戲實驗室」裡有許 多簡易實驗，可從這裡尋找適合之題材，先動 手做試試看，再思考如何精進成適合高中生之教 材。高中除了定性的體驗，也可加入定量的測 量，並由學習單引導同學去嘗試、思考，最後完 成課程所需的實作。
圖九
圖八：可樂噴泉噴發之威力。
圖七：同學思考如何快速將曼陀珠投入。
Physics
(二)看電視學科學：
有許多電視節目可以啟發靈感，「流言終結 者」、「留言追追追」甚至一些旅遊節目也可以 提供相關資料。如某節目介紹臺灣古早零食「椪 糖」的製作方式，就可準備相關材料，並將其科 學原理整理後與同學分享，最後大家一起來椪糖 DIY。
這門課已經邁入第二年，第一年因第一次開 設，結束後反思發現課程設計較無主軸，內容 較無系統，第二年把第一年遇到的問題修正，設 計更好的教學流程，相信同學會有更佳的學習效 果。因此，要如何開設選修課？如何設計「探究 與實作」？個人認為，做就對了，可以先設計簡 單的探究活動，去了解同學的學習狀況及接受程 度，並透過學習單、課堂師生互動修正教學內容 及教學節奏，也許一開始會有點混亂，但這都是 必經過程，一定會遭遇問題，但問題也總是能解 決。
在開課初期，也會擔心：會不會課程太簡 單？會不會學不到東西？後來發現，這些顧慮都 是多餘的，同學完成的學習單未必能盡善盡美，
簡易數據分析也是很淒慘，不過，至少同學有提 起勇氣去嘗試，對一些科學的現象眼睛有「亮」
一下，點燃心中的好奇心，不再死氣沉沉，也能 培養問題解決的能力，對數據分析有初步概念，
上課的收穫也許紙筆測驗測不出來，但是同學學 到的能力卻是終身受用的。
此外，107課綱自然科必修學分降低，並新 增校定必修學分，結合自然科共同開設課程也是 一趨勢。「科學動手做」除了物理老師外，也將 與生物老師合作，生物老師帶領同學認識校園植 物，並建立校園植物地圖。透過跨科合作，利用 均質化、優質化經費，逐漸改善設備，期許能研 發出特色課程，並提升同學的科學興趣及科學素 養！
六、結語
「科學動手做」這門課主要為降低同學課本 知識與生活體驗之距離，透過簡易實驗來驗證所 學的科學原理，因此課程設計上沒有許多計算，
沒有很深奧的學問，只希望喚醒同學心中的好奇 心、觀察力。也許同學寫出來的學習單、實驗結 果分析並非盡善盡美，也還有很大的成長空間，
但透過本課程，同學可以培養：
(一)解決問題的能力：
在動手實作時，會遭遇許多沒想到的問題，
同學必須要勇於嘗試，考量本校同學的學習狀 況，老師擔任指導提示的角色，會給予一些建 議，但最後解決問題的關鍵還是要靠同學本身，
要去多思考、多嘗試。
(二)團隊合作的能力：
實作過程與同組同學討論，當意見不同時須 協調出結果。此外，實作時兩人以上分工合作，
如可樂噴泉實作，很多組為一人拿曼陀珠，一人 拿紙板，合作得好即能有很好的噴發效果。
(三)資訊搜尋與分辨的能力：
實作時開放使用手機上網搜尋資料，網路上 有許多相關資訊，但如何分辨資訊真實性，及分 辨資訊是否有幫助？這將是未來很重要的能力。
本課程同學常常會參考網路上別人的作法，但實 際操作後發現效果並不好，因此很少會依樣畫葫 蘆，通常會再加上組員的想法並修改，以達成最 佳的效果。
圖片來源
圖一：shutterstock 圖四∼圖九：作者提供
