思源科學創意大賽:臺東高中師生最美的學習體驗(上)/ 謝耀隆、田弘康、張哲倫、黃冠學、趙汝穎、蔡弘毅、譚承恩

星期二 , 10, 三月 2015 Leave a comment

思源科學創意大賽:
臺東高中師生最美的學習體驗(上)

謝耀隆1, 2, *、田弘康1、張哲倫1、黃冠學1、趙汝穎1、蔡弘毅1、譚承恩1

1國立臺東高級中學
2教育部高中化學學科中心
*hyl0108@gm.pttsh.ttct.edu.tw

n  成軍緣起

2005年我(通訊作者)擔任臺東高中第一屆「數理專長班」導師,一直在思考著:要怎樣帶給學生不一樣的學習體驗呢?鼓勵學生參加競賽活動,在競賽中應用所學,應該是不錯的方式。於是在網路搜尋了跟化學相關的各種競賽活動,得知「思源科技教育基金會」每年辦理的「思源科學創意大賽」,其活動的宗旨與競賽的方式,正是我想帶給學生的不一樣的學習體驗。

為了使學生瞭解比賽規則與競賽方式,特別安排了一節課,詳細介紹「思源科學創意大賽」。讓學生知道,有這麼一個能自行設計、發揮創意、串聯骨牌與科學實驗的競賽活動。學生看了之前競賽影片的介紹,都覺得非常有趣,於是鼓勵學生可以試著組隊參賽。之後,有幾位學生表示有意願參賽,於是「我要代替月亮懲罰你」就正式成軍了。

n  初次參賽 積累經驗

由於臺東高中並沒有學生參與過類似的比賽,初次參賽可說是在邊做邊摸索的狀態中進行。整個參賽的過程,對學生而言無非是累積經驗的最好機會。透過參加競賽,讓學生發揮創意、相互討論,經過不斷的試驗與改良,將構想的關卡製做成實際的成品。這樣的學習經驗與課堂的學習是截然不同的,學生必須要能進一步將所學化為實際的運用。

第一次參賽,雖有晉級到複賽,但終究未能順利進入決賽。有這樣的成果,對高一學生而言已相當不易。在比賽結束,邊收拾整理器材時,引導學生對整個競賽過程所遭遇到的各種狀況,進行討論、省思與分享。發現學生已被這樣的競賽活動深深吸引了,表示下次參賽一定會有更好的表現,於是大家誓言要再次挑戰。

n  捲土重來 勢如破竹

2007年的某天,發現「思源科學創意大賽」競賽辦法已公告在網路上,開始接受報名。學生獲得這個訊息後,再度燃起了潛藏已久的雄心壯志。這次學生們除了自己組隊外,還大力邀請學弟另組一隊參賽。

有了上次參賽的經驗,經過了二年的學習與歷練,學生在思考上更為成熟了。於是讓學生主導整個參賽內容的規劃與設計,老師扮演提供諮詢與支援的角色。學生提出所遇到的問題與困難,教師提供建議並適時關心、瞭解執行進度。這次,學生不僅能依每個人的專長規劃分工,掌握每個階段應完成的進度。遇到問題與困難無法解決時,能主動找老師討論,尋求解決方案。還能指導學弟製作關卡,並提供具體可行的建議。

從報名到整個比賽結束,整整約三個月的時間,大家不斷的在發現問題、解決問題中度過。過程雖然十分艱辛,但大家遇難不退,完全沉浸在突破瓶頸、解決問題時的喜悅之中。就在這樣的氛圍下,一步步的向目標前進。複賽時拿下一等獎及最佳展示板獎(見圖1),決賽時更一舉拿下了金牌獎、最佳創意化學關卡獎及最佳創意應用科學關卡獎(見圖2)。

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1:「我要代替月亮懲罰你」參賽海報

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2:獲得2007年「思源科學創意大賽」金牌獎與評審合影

n  刻劃最美的學習體驗

在整個參賽活動的準備過程中,發現學生的想法非常有創意,透過學生間的互動討論激盪出來的作品,處處令人驚艷。實做的過程中,陪著學生一起討論、解決問題,內心是非常歡喜的,這樣的經驗是課堂上無法感受到的。參加這樣的競賽,能將課內的學習延伸到課外的實做與應用,讓學生同儕及師生間有更多的互動討論與學習的機會。

學生的積極努力與用心,獲得評審一致的肯定,一路晉級過關斬將,從初賽進入複賽一直到決賽,大家難掩心中的喜悅。但參賽所需的經費,舉凡製作關卡的材料,特別是複賽要將所有器材從臺東運到高雄科工館,決賽要從臺東到臺中逢甲大學,交通與住宿更是一筆不小的開銷。若僅以金錢來衡量,參賽拿到的獎金和參賽所有的花費總金額是差不多的,顯然不符合成本效益。然而,以活動參與的過程帶給學生與老師的學習體驗而言,我認為收穫則是遠遠大於競賽所提供的獎金。

學生獲得2007年「思源科學創意大賽」金牌獎之後,競賽評審施建輝老師經常以臺東高中參賽的作品來介紹、推廣「思源科學創意大賽」(見圖3)。聽到這樣的消息,大家都非常的開心,感謝「思源科技教育基金會」辦理「思源科學創意大賽」,因為參加「思源科學創意大賽」的歷程,在我們師生心中刻劃了最美的學習體驗。

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3:施建輝老師201410月在上海分享介紹「思源科學創意大賽」

n  四個關卡設計和說明

當年競賽的主題為「節慶」,大家決定以「春夏秋冬」各具代表性的節日來呈現四個關卡。以下是2007年參賽的作品「我要代替月亮懲罰你」的四個關卡的詳細描述,其關卡設計圖和影片,如圖4~7所示

第一關卡:愛與動感的大震撼(物理關)

A.      主題說明

第一關呈現的是春天「元宵節」的熱鬧氣氛。在安靜無聲的環境下,以沖天炮(水火箭)的發射及鞭炮(養樂多罐)的爆炸聲響劃破寧靜,將節慶氣氛帶到最高點,接著以華麗的電子花車遊行來結束這熱鬧的元宵節。

B.       關卡操作

對著麥克風說話,震倒擺放在喇叭上的骨牌,推倒開始的黃色骨牌。之後,骨牌分為兩路前進,分別啟動點火裝置及大滑輪。點火裝置燃燒引線,點燃養樂多瓶內的氫氣發出爆炸聲;大滑輪拉動斜向軌道上載有小鐵球的水火箭,軌道的末端設置障礙物擋住水火箭,慣性作用使小鐵球飛入漏斗中並接通電路,驅動電子花車向前行駛。電子花車因磁鐵吸引拉開後節車廂,質量變小後使得前節電子花車速度加快,撞倒結束的骨牌。

C.      補充說明

點火裝置是以滴管填裝乙醇後固定於骨牌上,骨牌倒下時滴管內的乙醇與置於其下方的過錳酸鉀及硫酸接觸,放熱燃燒起來。其化學反應如[1]所示。

5C2H5OH(aq) + 12MnO4(aq) + 36H+(aq) 12Mn2+(aq) + 10CO2(g) + 33H2O(l)    [1]

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4:「我要代替月亮懲罰你」第一關卡設計圖和影片

(第一關卡影片:愛與動感的大震撼,YouTubehttps://www.youtube.com/watch?v=bDU345WucnE。)

第二關卡:無聲莊重的驚奇(化學關)

A.        主題說明

第二關呈現的是夏天「端午節」的傳統習俗。透由寶特瓶內的液體變為藍色代表人們追悼屈原的哀傷心情。為了不讓屈原被魚啃食,將粽子(內含電解質)扔入水中,接著驅動壯麗的龍舟,向前奪下插在水中的錦旗。

B.       關卡操作

高處的骨牌推倒重物壓下針筒,將針筒內的雙氧水注入含有二氧化錳的玻璃瓶中產生氧氣。氧氣導入寶特瓶(內含亞甲藍、氫氧化鈉及葡萄糖的溶液),把亞甲藍氧化成藍色的產物,溶液向上推擠寶特瓶上方的針筒,使針筒上的小球上升到管口,隨即下滑把粽子(內含食鹽)撞入水中接通電路,啟動裝飾成龍舟的動力船。龍舟的前端嵌入的磁鐵將終點旗吸起,並拉倒結束的骨牌。

C.      補充說明

以二氧化錳催化雙氧水分解產生氧氣,如[2]所示。

2 H2O2(aq)  O2(g) + 2 H2O(l)    [2]

以藍瓶實驗產生象徵憂鬱的藍色:雙氧水分解產生的氧氣,導入水中將還原態的亞甲藍(無色)氧化為氧化態的亞甲藍(藍色),其反應如[3]所示。

image [3]

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5:「我要代替月亮懲罰你」第二關卡設計圖和影片

(第二關卡影片:無聲莊重的驚奇,YouTubehttps://www.youtube.com/watch?v=p3RLTxAV8iA。)

第三關卡:螺旋月光 冥想光束(物理關)

A.        主題說明

第三關呈現的是秋天「中秋節」的美麗傳說。骨牌啟動燈源照射凸透鏡聚光(象徵對中秋傳說的嚮往及渴望),射入那開啟傳說之門的光敏電阻,啟動電磁鐵吸引永久磁鐵,旋轉砍倒機關(吳剛伐桂)。隨著彈珠向前滑動,一隻隻玉兔推著這顆彈珠向前(玉兔搗藥),最後經由代表月亮的滑輪,將嫦娥拉起向上飛奔(嫦娥奔月),關閉傳說的紅色骨牌也同時倒下。

B.       關卡操作

開始的骨牌啟動燈源,經由凸透鏡聚光後照射到光敏電阻,使電路板上的電磁鐵啟動,永久磁鐵被電磁鐵吸引而迴轉砍倒桂樹,進而推倒骨牌啟動點火裝置,燒斷固定迴力鏢發射器的棉線,射出迴力鏢。迴力鏢準確的打到骨牌,骨牌再向前打動彈珠,軌道上設有三個釘住中心的鐵鎚,經彈珠觸動會依序將彈珠向前打。彈珠接著推動骨牌,骨牌由此分為兩路,一路推倒重物,重物經滑輪拉動嫦娥,嫦娥向上奔向月亮;一路撞倒結束骨牌後啟動換球機關接至下一關。

C.      補充說明

點火裝置同第一關卡。

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6:「我要代替月亮懲罰你」第三關卡設計圖和影片

(第三關卡影片:螺旋月光 冥想光束,YouTubehttps://www.youtube.com/watch?v=DGJHlmfgm5Y。)

 

〔續〈臺東高中師生最美的學習體驗(下)〉

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