臺灣化學教育

猜一猜有什麼顏色跑出來–帶國小學生進行濾紙層析趣味實驗

邱進坤

國立臺北教育大學自然科學教育學系碩士在職專班

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n  簡介

也許大家都有同樣的經驗，常看見小朋友下課時，隨手一張小紙張，小朋友們就可以獨自沉浸在自已的無限想像世界。突然發想，除了單純的彩色筆的色彩，小朋友應該可以有更寬廣的漸層世界。如果能運用學童畫畫的相關器具為材料，加上小孩無限的想像空間，透過色彩的激發，可以帶來更多聯想。

常思索怎樣的教學方式，可以讓國小學童，更喜愛學校裏的課程，尤其是國小三年級的學童，剛接觸到自然學科還不到一個學期，可否利用簡單的化學原理，以及生活中常用的事物，觸動學童們的學習之門，在不用探究深奧學理的方式下，以遊戲的方式，體會科學的樂趣，同時引起學童科學的探究之旅？因此，本文設計相關課程，以新北市某國小三年級30位學童為授課對象，陳述整個授課過程。

n  實驗目的

（一）        觀察濾紙上彩色筆標記的點，濾紙沾溼後，顏色會有什麼變化？

（二）        觀察不同顏色的彩色筆在濾紙上標記，散開的顏色是否相同？那一種顏色較快？

（三）        觀察不同顏色的彩色筆在濾紙上標記，最後在濾紙上分離的顏色種類是否相同？

n  原理和概念

（一）     本實驗是利用色層分析的原理，因為混合物中的成分在固定相和流動相裏，對溶劑的親和力的不同，而呈現不同移動距離，與流動相親合力大的物質，會跟著流動相移動到較遠的距離，與固定相親和力大的物質，較移動的較小。

（二）     在本實驗中，我們利用水來當溶劑，水就是流動相，而濾紙中的纖維就是固定相，因為彩色筆裏的筆液是由多種物質所組成，所以當濾紙在裁剪每種色彩的色筆，其所含的物質也不相同。

 

n  實驗設備器材

不同色彩色筆30枝、90mm圓形濾紙、透明塑膠杯、水、剪刀、小尺、小量杯、手錶

n  實驗步驟與過程

本實驗是利用濾紙懸掛的方式，在濾紙下方接觸到約5mm公厘的水，詳細的實驗步驟如下：

1.      先將90mm圓形濾紙，對折再對折找出圓心位置(學生於3上數學已學過圓心概念)。

2.      用直尺在其中直徑的二端，各量2cm距離，先用鉛筆各畫二條垂直至圓周，上方一樣各留2cm距離。

3.      利用剪刀將圖二的黑線剪開，將濾紙剪成有二個翅膀狀的紙片(如圖三)。

4.      濾紙底部需剪平(如圖三)，以確保接觸水的部分是水平。

圖一 剪濾紙步驟一	圖二剪濾紙步驟二	圖三剪濾紙步驟三	圖四剪濾紙步驟四

 

                                                                                         

圖四 準備實驗用的水	圖五 放入點上色筆的紙	圖六等待色素展開

 

                               

5.      在塑膠水杯中倒入約1cm高度的水(圖四)。

6.      利用色筆在離水平部上方約5mm處點上一點(如圖五)，點的大小不可以太大，約2mm，注意不要點太低。

7.      將濾紙二邊趐膀張開，掛在裝有水的水杯上(如圖六)，濾紙底部水平的部分必需接觸到水，此時開始觀察並記錄色彩的變化。

8.      重覆1-4步驟，分別用3種色筆在離水平部上方約5mm處，點上一點(要注意不要點太低)。

9.      將濾紙掛在水杯上，濾紙底部水平的部分必需接觸到水，此時開始觀察並記錄色彩的變化，同時記錄看看那個顏色跑得最快(如圖七)。

10.  重覆1-4步驟，分別用2種色筆在離水平部上方約5mm處，點上一點(要注意不要點太低)。

11.  將濾紙掛在水杯上，濾紙底部水平的部分必需接觸到水，此時開始觀察並記錄色彩的變化，看看原來色彩筆的顏色有什麼變化(如圖八)。

 

n  學生實驗結果

學生進行操作後，可以看到色素在濾紙上展開的樣貌如下圖所示。

圖七        看誰跑得快

 

圖八        顏色的分離

學生的學習單整理如下：

（一）     這個實驗好不好玩，喜不喜歡這個實驗？：喜歡27人、不喜歡1人與沒意見1人。

（二）     這個實驗裏，你有遇到或發現什麼問題？1.原來只有一種顏色變出不同顏色(4人)、2.紙沒剪好，水不會往上跑(4人)、3.點畫太下面，顏色不會往上升(4人)、4.顏色混在一起(8人)。

（三）     有什麼新發現(複選)：1.顏色會跑(30人)、2.顏色會變淡(12人)、3.顏色會變4.有多種顏色(22人)、5.顏色會混色(8人)、6.顏色會像彩虹(1人)。

（四）     那個顏色跑得快？1.橘色最快(8人)、2.藍色最快(8人)、3.綠色最快(10人)、4.黑色最快(4人)。

（五）     想想看為什麼某個顏色跑得快？1.因為橘色被放在下面(8人)、2.因為黑色點顏色深  (4人)、3.不知道18人。

（六）     你那組負責的顏色為什麼有變化？1.深色往淺色跑(1人)、2.彩色筆裡的顏色是很多顏色所形成(8人)、3.水把顏色往上推(16人)、4.點點長腳跑了(2人)、5.彩色筆的色彩討厭水  (2人)。

 

n  實驗注意事項

1.      三年級學童，使用剪刀時，施力大小還不太能掌控，操作時要小心。

2.      水杯中的水量，不可以太高，如果高於色筆點的位置，色彩會先往下跑，結果會弄髒水。

3.      濾紙在裁剪時，每次裁剪的長度要一致，避免因為然無法精準的比較顏色誰跑得快。

4.      彩色筆標示的位置二點間的距離，不可太靠近，靠太近的話二個色層可能會混在一起。

n  教學中遇到的困難與解決方法

(一)         學童操作剪刀時，力道的控制不是很好，造成很多紙張的浪費，先由老師幫各組剪好，每組同學再依老師的樣本去裁剪。

(二)         這是個非常簡單的實驗，可是還是有些步驟學童必須小心，否則可能無法達到預期的效果，例如許多組，一開始顏色不會往上跑，因為濾紙根本沒有沾到水。

(三)         因為三年級只有簡單溶液的概念，所以在實驗原理講述時，要特別以學童能理解的事物來類比。

 

n  教學省思

這個實驗對於國小三年級的學生而言，其實很難用原理來說明為什麼，同學們雖然不明白其中的原理，但大家玩得很開心，也確實達到預期設定的「引起學習科學動機」目的，還有很多省思，可做為下次教學參考。

1.      實驗原理的教法：

雖然無法直接用原理來解說，但是在學童做完實驗後，我先讓學童去思考，如何解釋所觀察到的現象。部份學童雖然無法正確表達顏色分離的原理，但是卻可以清楚地理解彩色筆的顏色中，應該含有不同的東西，也有學童可以想到彩色筆的這些東西會討厭水，所以往上跑了。

在說明這個現象時，以先以類比的方式來說明彩色筆液是由混合物所組成，因為彩色筆的顏色是由很多種東西所組成的，就好像我們喝的酸辣湯，除了有水之外，還有高湯、醬油、醋、辣醬…。

接著以膠水和一般水來類比二種同樣都是液體狀的物質，手沾到水時，用衛生紙或是手帕可以很快的擦乾，可是手沾到膠水，可能要擦很久，甚至於要去用水洗，才洗得乾淨。這是因為水和手的喜歡程度沒有像手和膠水來得大，就好像彩色筆液裏面的每種東西，和水的喜歡程度都不一樣，和水比較喜歡的(親和力大)的就會被水帶到比較遠，和水較不喜歡的就會被帶到比較近的地方。

對於這個實驗原理，雖然用類比法不見得是最正確的教學方法，但是學童已會使用「喜歡」這樣的語詞來傳達觀察的結果。

2.      實驗設計：這個實驗，當初的主要的目的，只想進行一個有趣的化學實驗，所以原本只設定一節課的時間，也應該要在一節課內完成；結果因為其中還包括自已動手裁剪濾紙，所以最後是用了二節課時間。趣味的實驗，對沒有經驗的學童，一節課的時間最能引起學童的學習動機，如果時間太長，新鮮度變低了，進行到後面「觀察顏色賽跑，誰跑得快？」的部分，有部分同學已經沒那麼專注，甚至於覺得有點無聊。

省思：老師應該思考器材的部分，也許用大一點的濾紙或是用咖啡濾紙，或許在操作上可以省掉不少時間。

3.      課程設計：原先只想利用遊戲引起學童的興趣，所以只用單純的水當溶劑，讓小朋友觀察到濾紙上用彩色筆作記號的點的顏色，會產生漸層的變化，而且各種顏色剛開始顏色散開的快慢不同，最後呈現出來的顏色也不同，好像有點單調。

省思：其實可以將內容更深的延伸，加上不同的變數，例如使用不同溫度的水，或是用不同的溶劑，或是不同種類的筆，或改變不同材質的紙，讓他們可以更近一步的探究–不同溶劑下顏色賽跑的情形會怎樣。

4.      器材及材料的選擇：當初只想到有趣的化學實驗，並沒有慎選彩色筆的種類。

省思：所以很多顏色是漸層色，所以在第三部分在進行顏色分離的部分，學童對於顏色的陳述會有些問題；另外塑杯的部分，如果將來要延伸，可能需要考量其他材質的杯子。

 

n  結語

雖然整個課程中，並沒有用到化學概念來解釋「色層分析」的原理，但是透過實驗的實際操作，我們仍然可以發現，學童其實對於有興趣事物是可以直接去探究的，如同前言所言，三年級的學童並不了解什麼叫化學，什麼叫做混合物，什麼是分子；但是在學童的理解裏，早已了解彩色筆裏有好玩的東西，例如：點點長腳跑了、色彩討厭水，彩色筆裡的顏色是很多顏色所形成的，色素的關係等。

所以有時我們在思考，某些課程會不會太深，小孩會不會聽不懂，會不會負擔太重；其實多半是以我們大人的觀點來看待學童的學習；透過簡單有趣生活事物，誘發學童的思考，讓學童從小就喜愛從生活中接觸科學，這樣才可以讓學童更熱愛學習自然。

 

n   參考文獻

1.     學研科學SOFT開發部：林政德譯。39元創意科學實驗。臺北市：遠見天下文化。2010.11

2.    Zfangの科學小玩意，2016年1月12日，取自http://zfang.tc.edu.tw/514.html

 

附件：學習單

有趣的化學實驗學習單

1.     這個實驗好不好玩，喜不喜歡這個實驗？為什麼？

2.     這個實驗裏，你有遇到或發現什麼問題？

3.     有什麼新發現呢？實驗結果為什麼會這樣？

4.     你們那一組中，總共有那幾色彩色筆？那種顏色在濾紙上跑得最快？

5.     想想看，可能是什麼原因，讓它跑得最快？

6.     你們這一組的顏色，最後變成什麼顏色？為什麼呢？