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

星期二 , 4, 九月 2018 Leave a comment

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

Jamin.chiou@gmail.com

 

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。

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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

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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。

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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

 

                                                                                         

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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。

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圖七        看誰跑得快

 

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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)2.紙沒剪好,水不會往上跑(4)3.點畫太下面,顏色不會往上升(4)4.顏色混在一起(8)

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

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

(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)2.因為黑色點顏色深  (4)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)2.彩色筆裡的顏色是很多顏色所形成(8)3.水把顏色往上推(16)4.點點長腳跑了(2)5.彩色筆的色彩討厭水  (2)

 

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2016112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?

 

 

 

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