思源科學創意大賽Plus從頭說起 /陳金楓、施建輝

星期六 , 14, 三月 2015 Leave a comment

思源科學創意大賽Plus從頭說起

陳金楓1、施建輝1, 2, *

1國立新竹科學園區實驗高級中學
2教育部高中化學學科中心
*schemistry0120@gmail.com

n  設計理念

站在教學的崗位上,長久以來,覺得我們的學子能言善道、滿腹經綸,然而真正面對問題時,卻又是手足無措、眼高手低。拜當今有線電視的無遠弗屆、無所不播,一次偶然的墮落中,欣賞「回到未來」的片首,「博士」設計輕巧的連動裝置,趣味橫生,極具教學價值;頓時引發靈感,如果讓我們的學生,也去設計一些簡單的連動裝置,將過去所學過的一大堆理論、一長串反應式,化為實際的行動,不但能「做中學」,也能「學中做」;於是將這種新的嘗試,放入我們合開的課程「理化統合」當中,並取名為「理化統合之虎膽妙算」。

此課程設計的理念是鼓勵學生動手、動腦做自主性學習與反芻,將過去灌輸的「知識」與囫圇吞棗的「資料」消化並融入活動設計裡,以趣味性的方法來引發學習的興趣。活動展開後,情況出乎意料;從開始製作的巧思、專注到成品的展示,我們看到了學生不可侷限的潛力;互動式的學習,也讓老師們深刻體認,教育不是單向性的灌輸,教學可以有更大的彈性,把時間還給學生做自主性的學習、留下空間給學生更多的機會,或許對某些主動學習的學生會有更大的收穫。

這項活動的進行,受到學生與同仁們的肯定與支持。2002年「思源科技教育基金會」,極力推廣科技教育與創意活動,巧逢其時,藉由施建輝老師的引介,以「虎膽妙算」當作雛形,集合許多高中老師討論,決議推廣為全國性的創意競賽,在眾人集思廣益之下,修改部分辦法,並加入一些新的活力元素,發展成最早的「思源科技創意大賽」用骨牌連接八個科學關卡,物理和化學各四個關卡。

n  學生手稿「虎膽妙算」

「虎膽妙算」的關卡內容需至少出現課程名稱「理化統合」或「金輝凍蒜」,學生設計的手稿如圖1所示。此一課程於1999年實施,適逢年底舉辦總統大選,因此有「金輝凍蒜」課程名稱。

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1「理化統合之虎膽妙算」的學生設計手稿

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n  關卡設計與說明

關卡

原理屬性

           

啟動

於軌道上端放置一顆鋼珠,開始展示時,鋼珠沿軌道向下滑動。

1

物理

鋼珠撞到懸吊在竹筷上複擺的第一顆鋼珠,複擺上的鋼珠開始擺動,並藉著竹筷將能量傳遞至複擺的第二顆鋼珠,當第二顆鋼珠的振幅夠大時,將撞倒放在前面的骨牌,呈現第3關的設計。

2

化學

啟動前,電池屬於短路狀況,下方電解槽尚未通電,啟動後,滾下的鋼珠撞開交叉的迴紋針,上方變成斷路,下方則成為通路。由於以銅片做為陽極的電極,開始進行電解後,陽極的電解槽將生成銅離子,使原本無色的氯化鈉溶液呈綠色,出現課程名稱之一:「」字。

3

骨牌設計

複擺的第二顆鋼珠撞倒骨牌後,倒下的骨牌出現課程名稱之一:「」字。此關使用的骨牌全部放在課桌上,當課桌上四個角落的骨牌掉出課桌後,將啟動5678等四個關卡。

4

物理

啟動用的鋼珠沿軌道繼續向下滾,於中段紙盒中撞到另一鋼珠,原有一顆鋼珠前進到第4關,另一顆鋼珠進入第9關。第4關原有通電,其電磁鐵具有磁性而吸住鋼珠,鋼珠撞開鱷魚夾後變成斷路,電磁鐵失去磁性,鋼珠掉下,進入第10關。

5

化學

來自關卡3的骨牌掉下課桌時,拉動加熱板的加熱開關,加熱板開始加熱,置於其上以稀硫酸繪製的圖案,因硫酸受熱導致紙張脫水,出現黑色的黑桃ACE(撲克牌)。

6

化學

來自關卡3的骨牌掉下課桌時,拉動滴定管的活拴使滴定管內裝有的氫氧化鈉溶液流出,置於其下以酚酞指示劑繪製的圖案,因遇到鹼性溶液而變色,出現紅色的紅桃ACE(撲克牌)。

7

化學

來自關卡3的骨牌掉下課桌時,拉動滴定管的活拴使滴定管內裝有的鹽酸流出,置於其下的燒杯裝有紫色高麗菜汁,並以黑紙剪成紅鑽ACE(撲克牌)圖案貼在燒杯外側底部,杯內紫色高麗菜汁因遇到酸性溶液由紫色變成紅色,經燈光照射,燒杯下方的紙張出現紅色的紅鑽ACE

8

化學

來自關卡3的骨牌掉下課桌時,拉動滴定管的活拴使滴定管內裝有的碘液流出,置於其下以澱粉液繪製的圖案,因遇到碘液而變色,出現黑色的黑梅ACE(撲克牌)。

特別說明

這組學生特別迷戀撲克牌,下課10分鐘不忘打牌過過癮。

9

骨牌設計

來自紙盒中的鋼珠撞倒「骨牌」,竟然出現全是「筒」的麻將牌,出現課程名稱之一:「」字。
註:諧音。你有打牌嗎?麻將粒有一筒、二筒、、九筒。

10

物理

4關因電磁鐵失去磁性而掉下的鋼珠,掉進第10關的塑膠盒,啟動簡單力學:滑輪組與槓桿。跨接在定滑輪的塑膠盒向下,拉起右側的動滑輪。動滑輪向上動,順勢拉起第11關的左端槓桿。第11關左端的槓桿被拉高,右端即向下。槓桿右端上方塑膠瓶鑽一個洞並裝有水,此洞以紙黏土黏住避免水外漏,但當槓桿右端向下動,將拉掉封住洞口的紙黏土,塑膠瓶內的水流出,並啟動水車。

11

應用科學

11關的塑膠瓶內的水流出,將轉動水車,隨後流入下方塑膠盆。下方塑膠盆原有一堆鹽巴壟起,水流入後溶解鹽巴,出現下方以簽字筆書寫的字,亦即課程名稱最後一個字:「」。

註:完成指定內容「理化統合」四個字。

水車轉動時,拉動綁在其上的細線,啟動最後一關,第12關。

12

應用科學

軌道上的鋼珠以卡筍卡住,當卡筍被細繩拉走後,鋼珠往下掉進定滑輪左側的塑膠盆,塑膠盆下降,拉起右側的氣球,當氣球到達頂端,會被頂端放置的針刺破,掉下繽紛絢爛的亮片,氣球內事先藏有的紙條也跟著展開,出現另一項指定內容「金輝凍蒜」四個字。

n  參賽學生關卡設計舉隅

2008思源科學創意大賽」台南黎明中學組成之「火柴人」隊之物理關卡,名稱「飛行夢想」,呈現運輸工具由熱氣球蛻變成飛機,其設計圖如圖2(左)所示。「火柴人」隊獲得「2008思源科技創意大賽」全國決賽金牌獎。「2003思源科技創意大賽」竹科實中組成之「C.P.M.」隊之化學關卡,名稱為「薪火相傳」,呈現的是各種金屬鹽類的焰色反應,其設計圖如圖2(右)所示。「C.P.M.」獲得「2003思源科技創意大賽」全國決賽金牌獎。競賽名稱於2008年由「思源科技創意大賽」改為「思源科學創意大賽」。

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2:「火柴人」隊之物理關卡(左)和「火柴人」隊之物理關卡之化學關卡(右)

竹科實中化學關卡說明:在還沒禁用濃硫酸的時期,此一關卡設計是將物體A推入裝有濃硫酸的容器中,擠出少量濃硫酸進入蒸發皿後,進行一系列的反應,如式[1]~[3]所示:

1.    濃硫酸與蒸發皿中的葡萄糖進行脫水反應,生成黑色的碳並放出熱,其化學反應如式[1]所示:

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2.    反應式[1]所放出的熱使得氯酸鉀分解,生成大量的氧氣,其化學反應如式[2]所示:

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3.    反應式[1][2]生成的碳與氧氣在高溫下燃燒起來,放出更大量的熱,其化學反應如式[3]所示:         

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利用一系列的反應所生成的熱,計畫能引發各種不同金屬鹽類的「焰色反應」,例如鍶鹽的鮮紅色火焰、鉀鹽的紫色火焰、鋇鹽的黃綠色火焰、鋰鹽的深紅色火焰與銅鹽的綠色火焰。然而,如何讓火焰能順利地從第一個蒸發皿傳遞到最後一個而不中斷,達成「薪火相傳」的目的?就是這個關卡的另一個亮點,也是對設計者一項大考驗!這個隊伍的成員是我們的學生,我們親眼看到他們努力嘗試一個星期才解決問題,原先使用沾酒精的衛生紙、沾酒精的棉線、沾酒精膏的衛生紙、沾酒精膏的棉線全都失敗,最後的解方是「仙女棒」!仙女棒只要一點著就會持續燃燒,將火焰傳到下一個蒸發皿,順利完成「薪傳」的任務。這個活動確實能培養學生解決問題的能力,令人感動。

此活動發展到今天,雖然競賽形式有所修改,但是鼓勵學生們動腦思考、動手操作、學習團隊合作、盡情發揮創意的初衷與核心目標一直不變。很高興看到參與活動的學生一年比一年多,也歡迎同學們熱情參與、共襄盛舉!

n  本期專欄介紹

2002的「思源科學創意大賽」到2014「思源科學創意大賽Plus」,每年的創意大賽都是一個大型且需要長時間努力的競賽活動,參賽隊伍除了在科學、人文、藝術與工藝等方面發揮創意,同時在過程中可以學習溝通的能力、解決問題的能力與團隊合作的精神,堪稱是一項全方位的競賽,頗受高中職教師和學生們喜愛。

臺灣化學教育電子期刊「本期專題」製作「思源科學創意大賽Plus」專題報導,內容包括:思源科學創意大賽Plus從頭說起,即本文內容所載;思源科學創意大賽:過去與傳承,說明競賽主辦活動為何從「思源科技教育基金會」移轉到「交大思源基金會」;思源科學創意大賽:評審經驗談,邀請資深評審楊樹基老師從評審的角度看這項競賽活動;另邀請歷年參賽學校指導老師和參賽學生撰寫參賽心得,計有思源科學創意大賽:臺東高中師生最美的學習體驗思源科學創意大賽Plus:興國中學的翻轉學習思源科學創意大賽Plus:嘉義女中讓學生自我實現思源科學創意大賽Plus:北一女中「化學探究及創意設計」特色課程之一〉、思源科學創意大Plus:新竹女中教師評審經驗與學生參與心得以及思源科學創意大賽Plus:曉明女中給學生學習的挑戰機會等文章,指導老師與參賽學生對於參賽過程都有深入的敘述,可供讀者參考。

藉著專題報導的機會,筆者要在此呼籲:未來的世界是需要具備有創意、有想像力、有解決問題的能力、有承受失敗挫折的能力並能與他人合作的人,而非只會讀書、考試的人。長久以來,臺灣的教育太過於注重「讀書」而忽視「實際去做」的重要性,本競賽活動,從初賽的企劃書,以至於複賽實現企劃書的想法,實際完成關卡並呈現實作成果,到晉級決賽隊伍表現精采的創意構想、流暢的關卡連結,是一個培養多元能力的優良競賽活動,期望經由此專題報導,有更多的學校、教師與學生們參加此一非常有教育意義的競賽活動。

 

 

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