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國小學生製作美麗的天氣瓶 李燕玲 國立臺北教育大學自然科學教育學系碩士在職專班新北市立新莊區光華國民小學sharon@apps.ghes.ntpc.edu.tw n  前言 自然與生活領域課程在國小階段的孩子對於化學相關的實驗學習實在不多,無意間發現了「天氣瓶」這個有趣又美麗的化學實驗,小學六年級上學期的自然課程正好有關於天氣的單元,以此為延伸學習課程,讓學生可以認識以前的天氣預報裝置,希望學生藉由天氣瓶的製作複習水溶液的相關概念並進行天氣瓶結晶的觀察與紀錄。 n  天氣瓶簡介 天氣瓶,又稱為風暴瓶(Storm Glass),是一種19世紀用來做天氣預測的工具(見圖一),知名天氣學家羅伯特·菲茨羅伊(Robert FitzRoy)在他的航海紀錄上,記錄了如何用天氣瓶來預測天氣。但是後來日本科學家長島和茂(Kazushige Nagashima)進一步研究證實影響天氣瓶中結晶型態的因素主要為環境溫度及溫度變化的速度,與氣壓、濕度、電場及磁場沒有關係,因此瓶內的結晶型態皆為隨機分布,並沒有天氣預測的功能,所以在進行教學時盡量不要強調天氣預測的功能,以免誤導學生。 圖一:天氣瓶 (圖片來源:作者製作) 天氣瓶內結晶的變化,主要是由於溶液內的樟腦、硝酸鉀、氯化銨在水與乙醇混和溶劑內的溶解度會隨著溫度變化。配方中的硝酸鉀、氯化銨及純水主要是促使樟腦晶核的形成,因此瓶中見到的是樟腦的結晶;當溫度變化的時候,三種物質的結晶析出、溶解速度有交互作用。而溫度的變化速率,則會影響結晶的成長大小與結構,當溫度下降的速度較快時(例如:放入冰箱冷藏室),因為有許多晶核形成,會有許多小的樟腦結晶,最後就像雪花一樣(樟腦晶體與冰一樣是六方晶系),而溫度下降的速度很慢時,沒有形成晶核,結晶會慢慢往四周成長,最後像葉子或樹枝狀。 n  天氣瓶參考配方和實驗器材 網路上可以找到的天氣瓶配方有兩種,一種於溫度較低的環境會有明顯結晶,一種則為適合夏季時製作的配方,本次因應教學進行的時間,筆者使用冬季配方,為讓學生觀察天然樟腦粉的含量是否影響結晶高度或形狀,因此將學生分為兩組製作天氣瓶,一組的天然樟腦粉設定為10 g,另一組則為8.5 g,其餘配方和實驗器材則相同。 此次實驗藥品在一般化工原料行都可以買到,價錢上也算平易近人,因此可就近找化工行詢價後購買,甚至有天氣瓶製作組合包(大約150元,只有硝酸鉀、氯化銨及天然樟腦粉,其他材料及器材必須自行準備,且成品約只有80~85 mL),若只是少量製作也可作為選擇;至於盛裝的容器則因藥品有輕微腐蝕性,所以盡量使用玻璃瓶,蓋子則須避免是金屬材質,可到一般五金生活百貨尋找適合的容器,筆者在台北後火車站附近看到不少賣瓶瓶罐罐的商家,玻璃瓶種類眾多、造型各異其趣、容量也有許多選擇,比較容易滿足需求,不妨到此尋寶。 一、冬季配方 硝酸鉀(Potassium Nitrate) 2.5 g(500 g大約170元)、氯化銨(Ammonium Chloride) 2.5 g(500 g大約80元)、天然樟腦粉(Camphor Powder) 10 g(250 g大約250元)、蒸餾水(純水) 33 mL (可以使用泰山純水)、藥用酒精(95% Ethyl Alcohol,Ethanol) 40 mL(500 mL大約75元,在藥局也可購得)(資料來源:城乙化工,http://www.meru.com.tw/index.php) 二、夏季配方 硝酸鉀(Potassium Nitrate) 2.3 g、氯化銨(Ammonium Chloride) 2.3 g、天然樟腦粉(Camphor Powder) 4.4 g、蒸餾水(純水) […]

探討國小學生對於雲與霧的迷思概念 / 陳貴琳

Wednesday , 2, March 2016 Comments Off on 探討國小學生對於雲與霧的迷思概念 / 陳貴琳

探討國小學生對於雲與霧的迷思概念 陳貴琳 國立臺北教育大學自然科學教育學系碩士在職專班新北市立頭湖國民小學catkueichen@gmail.com n  前言 筆者於103學年度上學期帶領六年級學生學習天氣變化之前,詢問學生關於雲與霧的形成,如圖一所示,幾乎所有學生皆認為雲與霧是水蒸氣、雲與霧是氣態的錯誤概念,讓筆者感到訝異,因為102學年度帶領三年級學生學習「百變的水」、「認識天氣」二單元時,三年級學生的先備知識對於雲與霧形成也是錯誤概念,因此在課堂上與三年級學生探討了雲與霧的形成,也特別強調正確概念,怎麼隔年的六年級學生又面臨同樣的問題? 依據課程安排,「雲與霧不是水蒸氣或氣態的水」應該是六年級多數學生已具有的先備知識,事實卻不然,原因除了迷思概念的影響之外,教材版本差異是否造成學習時程不同,使得六年級學生尚未進行相關課程學習? 迷思概念(Misconception)意指學生尚未進行課程學習之前,已經具有對一些自然現象或事物的解釋或觀點,卻與課程編輯者或教師認為的正確科學概念相左,因此教師認為學生已經具有的概念不符合正確科學概念是為錯誤的概念。當學生持有迷思概念再進行學習時,不易將迷思概念扭轉為正確概念,甚至學習後仍只持有迷思概念(張凱綸,2002)。張凱綸(2002)針對四~六年級學生進行「水的三態變化」紙筆測驗探討迷思概念,結果顯示約80%的學生認為「霧是氣態」,而且愈高年級的學生認為霧是氣態的比例愈高。 n  課程教材時程安排的差異? 根據自然與生活科技領域能力指標,於第二階段(三、四年級)相關規定有「2-2-3-2認識水的性質與重要性」、「2-2-4-1發現天氣會有變化,察覺水氣多寡在天氣變化裡扮演很重要的角色」。然而,光從字面無法明確知道學習內容,需從教材內容細目瞭解,關於水的三態與水在自然界的變化相關規定: 110-2a. 察覺並描述水受冷熱影響改變形態的情形。 121-2c. 觀察發現物質的形態會因溫度的不同而改變。 211-2b. 認識雲與霧。 211-2c. 察覺日常生活中,常受到水有蒸發與凝結的影響。 可知道雲與霧的學習已排入三、四年級學習課程中,並認為學生應該於此階段學習完畢後具備相關知識。另外,在第三階段(五、六年級)則有規定「2-3-4-3知道溫度高低不同,使水的存在形態改變,是形成霜、露、雲、雨、雪的原因。」、「110-3a.知道大氣中含有水蒸氣,若凝結成雲有時可降為雨。」、「121-3b.觀察知道氣溫下降時,水蒸氣凝結成露或霜(例如清晨的露、寒冬的霜)。」是為接續前一階段並做統整概念學習。 本校六年級學生使用教材版本為南一書局出版,該出版社將水的三態變化與雲與霧的學習安排在四年級下學期課程中,而六年級的課程著重在露和霜的實驗,探討與大自然水的循環變化學習,教材編輯是依據九年一貫課程綱要並無遺漏。因此,學生對於雲與霧的迷思概念,並非是尚未學習而未糾正迷思概念,應該是其他因素造成的。 n  四年級學生無正確概念? 從教材分析可知六年級學生已經在四年級時學習相關課程,卻在學習後幾乎沒有建立雲與霧的正確概念,原因為何?由於筆者非當時的授課教師,無從知道學生學習當下的狀況,不過引發筆者想要瞭解已學習經過約半年時間的現今為四年級學生是否也是如此? 在毫無預警之下,以紙筆測驗四年級學生(皆是筆者於上一學年度教授過的學生),此測驗題有四題,如下所示: l  題目1(填充題):「冰、霜、露、水蒸氣、雨、霧、雪」分別屬於水的固態、液態或氣態?請填入空格中。 l  題目2(是非題):水蒸發後會變成看不見的水蒸氣。 l  題目3(是非題):平時看到的雲、霧,其實就是水蒸氣。 l  題目4(是非題):天空中的雲是由小水滴或冰晶組合而成的。 學生總數有84人,題目1~4作答結果,分別如表1~4所示。 表1:學生作答題目1的百分比 項目 學生作答 百分比(%) 冰 氣態 0 液態 0 固態* 100 霜 氣態 6 液態 5 固態* 89 雪 氣態 4 […]

國小「酸鹼」主題教學模組設計 洪文東 美和科技大學護理系 x00000023@meiho.edu.tw 現今國小自然科教學非常鼓勵小朋友經由觀察及實驗活動來探究自然現象及周圍事物,透過實驗活動可以訓練小朋友經由觀察、測量、設計實驗…..等等科學過程,學得科學家之科學過程技能,從而激發其科學創造力表現,並促進其科學問題之解決能力,因此科學實驗活動在國小自然科教學有相當的重要性。 有鑑此於,本文乃以化學單元「酸鹼」為主題依「創造性問題解決」(creative problem solving)教學模式設計教學模組,期能從問題解決歷程中培養國小兒童之科學創造力。 國民中小學九年一貫課程最大的特色是課程保持彈性,由於課程的彈性,因而模組(Module)之教學設計應運而生。所謂「教學模組」係指以同一主題貫穿之一系列教學活動,每個活動皆與主題相關且獨立存在,教師依實際教學需要自行組合有關的教學活動(姚如芬,2001)。 從文獻上發現各種問題解決的過程中以創造性問題解決之模式較為符合科學問題解決的模式,因此根據主題教學流程之需要將CPS流程修正為「產生困惑」、「發現問題」、「產生想法」、「選擇想法以解決問題」、「評鑑結果」,稱之為創造性問題解決能力(revised creative problem solving, RCPS)。依RCPS模式設計「酸鹼」主題教學模組。 n  教學模組架構 茲將「酸鹼」為主題之課程設計的各項活動繪製成以下教學模組架構,如圖一所示: 圖一:「酸鹼」的教學模組架構 由圖一顯示,本單元課程以「酸鹼性質」、「天然指示劑」、「酸鹼中和」與「酸鹼反應的產物」等四項為主要科學概念,分別設計八項科趣的實作活動,進行創造性問題解決能力(RCPS)的教學,旨在提供學生從科學活動中學習酸、鹼與鹽的主要概念,並透過RCPS的課程設計從產生困惑而引起科學學習動機、發現問題、產生想法與透過實作而尋求解答、最後根據學生實驗所獲得的證據為本來評鑑其實驗的結果,除了可藉由科趣的實作活動獲得酸鹼鹽的科學概念外,也提升學生創造性問解決能力。 n  教學流程說明 活動一:神奇變色杯 相關資源:教具滴管十根、PE透明杯、廣用指示劑、檸檬汁、醋酸、氫氧化鈉、石灰水、及小蘇打 學習情境 教學過程 (RCPS) 學習活動 1.        示範與提問:這裡有一杯清澈的水(加有廣用指示劑),分別加入三杯也是清澈的水溶液(依次加入醋酸、氫氧化鈉與小蘇打),先讓學生預測會發生什麼現象呢?如下圖所示。 2.        學生產生困惑並寫下他們觀察的結果。 產生困惑 (引起動機) 1.       教師示範並引導學生注意觀察三杯水溶液的顏色變化。         2.       學生發現並猜想可能有哪些因素造成水溶液顏色的不同變化? 1.      三杯清澈的水各產生哪些不同的顏色變化呢? 2.      為什麼發生這種現象呢? 發現問題 1.       能說出三種不同的顏色變化情形,並且猜測可能的原因。 2.       能探索或理解可能產生了化學變化(或是杯子中加入某些化學物質)。 教師提問:從這個變色實驗中,你可以推測發生不同顏色變化可能的原因? 產生想法 學生能說出三個杯子各加入某些化學物質,才會發生不同的顏色變化。 提供4個杯子各裝有廣用指示劑、醋酸、氫氧化鈉與小蘇打等材料。 尋求解答 […]

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