2017-11-10

電池串聯燈泡更亮,學生:「電壓上升,與電流何干?」

上電流單元時,我遇到一個很大的問題是,電池串聯下,燈泡變得更亮,學生認為是電壓上升,他們不能理解電流也跟著變大,影響其功率,一則是歐姆定律還沒上、以及電功率。

問了
  • J 同事,她偏好這是一個實驗結果,以我們觀察到安培計接上時有注意到安培計變化、當然並聯伏特計時也會觀察到這變化,就是這樣的變化讓燈泡有不同的呈現。
  • Y 同事則建議利用類比的方式來進行,如車子從銀行載錢出去花費,載越多的錢可以換得更多物質(或稱能量消耗),車子回來銀行再載錢時,就相當於電池供電補充電位能的意涵,串的電池多、載的錢也多,所以電流也跟著變大。但沒有歐姆定律,有點難講。
  • L 同事回歸到水流來比擬,提昇的水多、流出來的也比較大、同時這些水的位能也比較高。

這篇文章記錄經歷是:
  1. 給學生實作電壓檢測。
  2. 電流檢測實作我來示範,遇上電流這個問題,接著我為了解決這問題,有學生問說那就趕快講電阻歐姆定律。
  3. 兩個小活動以連結電阻概念。
  4. 電阻值檢測。再回來講這個問題。

問題發生後,我以電子花車鋼管女郎的說法來類比:

電子花車上的鋼管女郎表演可以讓民眾很瘋狂,
類比為電池提高電位後的電流可以讓燈泡發亮,
群眾會因為一台緊接著一台的電子花車而愈加興奮(這是電池串聯),
興奮的不只是花車、還有上面的女郎們(這是電流總輸出)。

若車子並行前進,同一側的民眾只能看到一台而已(這是電池並聯),
因而並得越多台、裡面的女郎就越可以輪流出來,如此的表演就不會那麼累、可以表演得久一點(電池並聯可以延長作功時間),

若學生問電器並聯呢?
大概就是講成群眾分好幾群並排,想當然要讓那麼多群的人都看到,就必須派出更多的鋼管女郎(以此說明並聯電器耗電加快),
若群眾排成一長路,這一長路綿延10公里,那鋼管女郎當然沒力持續下去,群眾就很不high了(電阻大、電流小、電阻平均功率低)。

實作

爛電錶
在上電流前,因為實驗室實施補強工程,為一組一份、方便攜帶到班上實作,之前買的便宜小電錶(便宜到品質爛到一種極致)要來實作電壓的部份,但測試線不斷損壞,我把外殼挖洞、麵包線卡進去裡面,讓學生將測試線插在麵包板上來進行,小燈泡使用的是額定到6.2V(直流變壓器切到12V是也沒燒掉啦,只是給學生看電壓升高對燈泡亮度影響,時間不要太久就沒事),因為實驗室的鱷魚夾大多都硬化了,為了取代鱷魚夾,燈泡鎖到燈座後把銅片焊上針腳,以固定在麵包板上。
如何接電路得多講幾次,然後每次都有人問為什麼叫做麵包板
在上電壓的時候,增加電池燈泡可以更亮,我給學生用鎢絲燈泡、為了講解多個電器並聯串聯,方便搭配麵包板時,給了LED燈泡。電源的部份提供了三號、還有186505V行動電源,其中要充足說明安全使用方法如短路、不同形式電池最好不同時使用等。
把材料放進去回收飲料杯
電流實作跟電阻量測很像,我就乾脆跟下一個電阻的實作並在一起。

兩個小活動

南版 p.143 , book5
課本有個附註表格,呈現不同電流值通過人體的感受,實際用了低週波產生器讓學生感受肌肉不自主抽搐是什麼感受,利用加大的電流以及改變貼片間的距離,問受試者感受差異,如一開始為上臂,再來為上臂到下臂之間、再來是脖子後方到下臂,也將貼片貼在不同人身上,讓他們互握手或接觸不同部位,請受試者比較,這是當做下一個單元電阻的鋪路。
這位勇士放兩腿之間啊
比較跟表中不同的是,隨著電流變大,同學都是肌肉先抽搐、不自主、才會刺痛,不是像表格裡說的先刺痛才有後續,當然這麼寫是因沒考慮到電壓的部份,若是高壓低電流,當然也會刺痛。

然後跳到了第六冊的電流熱效應,說明若將剛剛的電流持續不斷增加會怎樣呢?

坤龍大師歡樂的七彩大熱狗上場啦!
操作時必得有安全考量上可切的開關,讓學生判斷叉子如何插效果才好?
實際觀察熱狗過程中哪部位有顏色變化、為什麼會沒熟?
接下來插LED燈泡,根據腳位走向與間隔距離猜對哪個會亮、為什麼有此差異?答對的可吃熱狗!
也可改變熱狗大小、或並聯串聯熱狗,問操作方法導致成為熟食的速度差異,整體下來會玩到一節課....

電阻檢測

要學生會用一個電錶,不斷地轉不同刻度、並切換並聯或串聯來量電壓電流、根據轉的刻度讀出不同的數值,有障礙。分組操作以來,大多是組內一個大家公認比較在狀況內的人動手,其他人依據他指示給予協助、看量測數據、記錄繪圖等,但還是會有下圖的狀況發生,學生會說:「老師爆表了唷,讀不出來唷」。
串聯兩顆,記錄電流
呃...轉盤指著 500 DCmA ,請串聯吧
嗯,我比較想爆他的頭。
到底是像課本那樣,給兩個錶比較好,對不對?而且考試的時候,電路圖就是要會配置,用課本的伏特計和安培計分開定比較符合考試目的,但真實狀況沒有人這樣做了唷....學生還是不會怎麼辦,教啊,反正電錶相對便宜....這樣嗎?

至於原本的問題解決了沒,或許吧,小考才知道,該說有歐姆定律真好嗎?

2017-06-08

浮力第一節課,先回到壓力

壓力上完後,今天要上浮力,
黑板上複習一下壓力的公式 p = F/A = hD,
然後大家回憶一下舉起豆子這件事,
學生知道壓力的差異後,我拿出了布丁,
說小時候吃布丁都直接攪爛用吸的(就示範吃了一個),
並且好奇電視廣告上焦糖在上方晃來晃去的布丁怎麼弄出來的?

又拿了一個,顛倒過來給學生看,「為什麼他不會掉下來?」
前一節課,倒立了一個附矽膠蓋的滿水杯,放在學生頭上,當然沒有濕,
但是這活潑的學生為了抵抗大氣壓力自己用力的拉了杯蓋下來弄溼了自己,
今天我拿著打開的布丁,他說來來來,放他頭上,然後嘴巴是張開的。

「為什麼不會掉呢?」
馬上有學生說是壓力的關係,只要底部打個洞就好。
「是的!」

以前布丁盒底部有一根塑膠棒,現在不知是脫模成本較高是不是?
沒有了這根塑膠棒,我拿了大頭釘往底部一扎,布丁馬上掉了下來,
在黑板畫上內外氣壓一樣,但布丁杯壁撐不住本身重力,所以掉了下來(我又吃了一個),
真是很有學問的布丁啊。

接下來放了跟在地球比起來真是可憐無法吃美麗布丁的太空人吃布丁的影片
影片中他只能擠出布丁來吃,因為沒有重力,所以會亂飄,跟學生說他們上廁所也會遇到許多困難,
沒有重力的幫忙只能使用壓力差來協助吸取。

然後利用祁明輝老師有效教學時提供的浮力講義提到的問題,我修改了一下:


  • 手持籃球,放開會怎樣?
  • 手持的時候,力圖怎麼畫?
  • 準備一個大水桶,裝水,球放在水裡,籃球有中線,請學生猜測是中線上方、下方或是中線剛好?
  • 如何讓水切齊中線?
  • 若全部到水面下要怎麼做?
  • 若到中線叫做F1、全部到水下叫做F2,兩者大小關係為何?
  • 若到水面下不夠,要在壓到容器底部,叫做F3好了,跟前面的比較又為何?
  • 若上升的力量分別是B1、B2、B3,那三者比較大小又為何?

請問浮力哪裡來?學生回答壓力的關係!!!
我指著剛剛黑板上 p = hD,說不同深度提供不同壓力,
來說明「上下壓力差導致的浮力」這件我覺得很難的事情。

再來發雞蛋、裝一半水的飲料杯、鹽,
過去根據雞蛋在水中沉浮狀態可以判斷新鮮與否,今天提供的雞蛋全都下沉,
請學生慢慢加鹽巴,讓雞蛋位置發生改變,
學生會發現鹽巴加太多就沉不下去了,他們就在去加水,調整到在正中央的就可以吃剛剛的布丁。

最後結論籃球和雞蛋,浮力和體積、液體密度有關!而浮力來自於壓力差!

用棍子舉起裝滿豆子的瓶子

有個活動標在摩擦力單元當做課程開始前的暖身,
把罐子裡裝滿豆子,使用一根筷子插入後,可以舉起來,
我把它改在摩擦力單元結束後,上壓力單元時,
翻回去單元起始頁時,問學生課本上說的真的做得出來嗎?

剛開始做時用了一支木頭鉛筆、小飲料杯,以及一大包黃豆,
結果失敗了,學生說我沒有按照步驟,先裝八分滿壓緊,再倒滿再壓緊。
我請這位同學來協助緊壓後,還是失敗了。

學生說用鉛筆不行,太滑了。
「好,那我們用這一位同學的防滑自動鉛筆,應該可以提供比較強的附著力吧?」
還是失敗。

學生又說黃豆不行,要用綠豆或米,因為課本這樣寫。
「那你們覺得這樣比較可行嗎?」
對阿,這樣接觸面比較多。這裡可以作為壓力單元開始的伏筆。
「真不好意思,我手邊剩下的豆子只有紅豆跟花豆,好像沒有更小的了耶。」這些是捉放法豆子,上面一堆標記。
「不然就用這黃豆看能否成功吧,若怎樣做都不行,我再去生米出來。」

學生說可能飲料杯太矮了,要高一點,
於是我們換了大杯 700 c.c. 飲料杯,還是失敗。

學生又說,開口必須要跟課本一樣是個瓶子,杯子上面要縮起來的口,
於是我們花了一分鐘倒光一位同學的寶特瓶,甩乾之後避免這些豆子發黴後就開始重複上面的事情。

這次夠深、但是筆實在太短了,沒辦法埋到底,再拉出來,我們需要一個可以搭配得上寶特瓶的棍子,
有學生拿出上次家政課勾圍巾用的木棍,我問他們這跟那麼細,若根據同學說的要接觸面積大的話是不要要粗一點?

但是沒人有更粗的長棍子,其實我有,只是沒拿出來。
這時候,同一位同學拿了三根出來,
「噢,太好了,那請問各位要集中還是分開比較容易成功呢?」
兩種回答都有人選,
「請問集中的表面積總和比較大還是分散呢?」我問。
大多同意分散,那我們就先作分散的好了,

再請最激動的同學出來幫忙,這位男同學一直幫忙出了很多意見,
但是還是失敗了。

換到我示範,一邊講話回應同學說這跟人品有關的玩笑言論時,
偷偷將三根棍子用力往下插,然後提起來就成功了,
換回原本的同學時又抽了出來,
主因是他沒有用力往下插,所以又失敗一次,
又換我來時只留一根,複述同學說的這可能跟人品有關,也成功了,
後來跟同學說必須要用力一下,當然,後來這位同學也成功了。

說明帕斯卡原理以及舉兩三個例之後,學生還是不易感受「水深壓力大」這件事,
就拿來跟那個把豆子罐舉起來的活動來類比,
豆子越深、越不容易插進去,較深的豆子承受較大壓力,且壓力會傳達到每個方向,就是帕斯卡原理,
不易插進去外,提供的正向力也比較大,因而摩擦力大,可以把罐子提起來。

2017-04-26

手繞喇叭

2013年去日本參訪時,上到電磁感應的演示老師利用喇叭製作給學生探討電磁感應,
給每組學生實作不方便的點在於各組需有功率放大器喇叭效果才出得來,
沒放大需再加個麥克風給學生聽,不然就像耳機一樣小小聲而已。
要多組放大器時比較花時間金錢的,這件事情就一直在腦海裡。

後來發現些微動手處理一下,即可製作出多組放大器供學生使用,
而開了一個手作喇叭的研習給老師們來進行製作。

目標原設定在提供不同線徑、不同材質杯子、不同線圈數、不同強度釹鐵至少四種變因來討論喇叭發聲效果,試著帶老師作一輪的結果發現作一個單體就要兩個小時多了,要探究這幾個變因只適合自己先完成16個直接給大家作討論。

製作過程簡單,只要把線圈繞好,固定於紙杯底部,基本上就完成的單體本身,
我把所有東西都放進咖啡杯,上課要演示時只要帶著這個咖啡杯就好,
製作單體時要注意的小地方有:
完成總成圖

  • 纏繞的線圈直徑要大於磁鐵直徑,在這裡我使用3號電池來纏繞,纏得很緊會使得線圈出不來,為了好拿出來也可以先貼一圈紙、再反貼膠帶上去,紙和紙之間摩擦力會小一點
  • 選用的紙膠帶是6mm,將紙膠帶反黏於電池,有黏性的朝外,留紙杯直徑長度出來繞,纏的時候線圈不能超過膠帶寬度,多出來部分要反折一些回去,用來上膠以黏在紙杯底部用
  • 線圈可能是兩三層,最後上完後要上一點膠,可以固定住不會跑掉,保險起見最外面再上一層膠帶。


其他只是晶片與線材連結而已,線材連接幾樣要特別說明,是花較多時間的地方。
紅點為鬚焊接的點

  • 晶片周圍焊接上排針公頭
  • 音源線,有左聲道、右聲道和接地線,把他們三頭分出後接進杜邦母座裡,事實上這裡左右聲道不分也沒關係,重點是挑出接地線是哪條


  • 電源供應我使用行動電源,把USB兩側各接條麵包線出來就好,記得用電錶判斷一下哪邊是正極。我也做了鱷魚夾版本,用在電解、電鍍、以及判斷電解質時都有用到
    100Ω + 紫光LED 檢測電解質用

  • 喇叭輸出端其實只要兩端都母的麵包線即可,因為單體的部份我也把漆包線焊上排針,而原本作鱷魚夾的目的是也可以夾現成的喇叭單體用

開發過程當中遇到的困難有:

  1. 要如何固定磁鐵與線圈?
  2. 磁力線如何分布效果最好?
  3. 線徑使用多少?線圈要繞多少?阻抗如何計算?

我發現:

  1. 圈動式與磁動式喇叭對紙杯喇叭來說沒那麼的絕對,我利用了鐵絲來協助固定釹磁鐵,若沒了鐵絲,其聲音大小有顯著差異,所以其實圈動和磁動同時發聲對教學現場效果較好,但這不是一般喇叭的設計。
  2. 拿一般的永久磁鐵,都比線圈產生的磁力要強得很多,所以喇叭製作時,重點不是線圈要多圈,應該是磁力要夠強的磁鐵,本來想以電磁鐵來提供磁場,但這樣磁場也太小了,故要得到大聲的喇叭,要想辦法讓圈動式與震動體連結緊密。許多單體的設計是山形磁鐵,線圈繞於山字的中央,此時磁力線可垂直穿過線圈,而我所製作的版本只是釹鐵置於線圈一側,磁力線發散穿過線圈而出,對於繞「較高」的線圈來說,效果有限,或許也可以嘗試繞同心圓較多來取代「較高」才能比較得出來?可以的話,下次想嘗試使用環形釹鐵來製作看看。
  3. 後來參加了虎尾高中辦理的高瞻計畫研習,製作彈跳鋁環教具時知道了串連電容可以減小阻抗、效果可以更好之後才明白有些功率放大板的電容效果目的為何。

2017-04-05

用積木演示演化篩選歷程


故事是亂編的,主要呈現篩選過程發生:

很久很久以前,這世界上有許多不同形狀和顏色的積木,
但是好景不常,積木們歷經好幾次的災難,
首先罹難的是黃色星星形狀的積木,他塞不進去紅色的圓形、正方形、三角形門,沒辦法生存下去跳海了,
陸續罹難的包含所有黃色的積木,
紅色災難結束後,剩下的積木又陸續遭遇到綠色、黃色、以及橘色劫難,
從此以後只留下一種形狀的積木,他就是五邊形積木。

往後當五邊形發展出自己的族群和高科技後,
他們不斷地挖掘出過往的積木們,
並且永遠猜不透到底是發生了什麼事情才導致那些長得像現代積木的傢伙們全部滅絕了。

演化拉霸機

利用演化骰訓練學生述說兩種演化模式,
骰子做起來花時間,改成拉霸機修改增加項目就快速許多,
我做了兩個版本,一個是四個變數、一個是部位和變化互相搭配的版本,

平常上課沒使用電腦與投影片,是以電視播放隨身碟內的圖片和影片,
所以就利用螢幕錄製試算表的隨機變化,如下兩個影片:


不過其實改成三變數的話,就用拉霸機就可以了。

人特別愛找原因,好似找到原因問題就解決了,
經過這樣的練習之後最怕學生以為找到原因就找到了答案,
尤其學生認為的答案通常是唯一答案,
演化是複雜的交互作用結果,
須提醒學生即使重頭再來一次也不一定會有一樣結果。

2017-02-18

莫耳數的繼續

承續第一次提過的莫耳概念,對學生來說莫耳、粒子數量、原子量和分子量都是新概念,
從質量到莫耳、莫耳到分子數量,要學生計算兩次是不容易的,舉例讓學生來類比較好想像,
學生活動兩個
1.請他們從生活中舉例,藉由學生的舉例,引導入莫耳概念
2.練習莫耳和粒子數、質量間計算。

舉的例子如下:
說明跟福利社阿姨買礦泉水的時候,
可以說要一瓶水,也可以說要600c.c.的水,阿姨都會跟你說這10元,
那要兩瓶或者1200c.c.時,阿姨都會說這20元。

我請學生照樣造句,句子裡要有三個單位,
而且說出 A單位 B單位都可以相對相對應的C







消化過同學天馬行空的例子後,我寫下:
一莫耳的碳原子有12克,共有 6 × 1023 個。

事實上,我們去福利社買水不會說要1200 c.c
因為單位要換兩次,阿姨會說你來亂的喔!
所以多用了一個常用單位夾在兩者中間,像這樣:

600 c.c.  一瓶水 10
1200 c.c. 兩瓶水 20

同學例子
也可改寫成這樣:
5    1  間單人房 1
10   2 間單人房 2
通常房客訂房時我們不會說要10坪,會說要兩間房。

還有像是






30kg 1 箱茶葉   12
如果改成衛生紙
3kg   1 箱衛生紙 12
你換不同的東西,雖然中間和右邊的數值及單位都一樣,
但左邊會因為他的本質而改變基本的物理性質。

也是同學舉的例子:
100g 1 包餅乾   6
我若改了餅乾為其他食物
60g  1 包口香糖 6

你看這組的例子







800 g 1 袋蘋果 8
若改買葡萄
100 g 1 袋葡萄 8
如果一起買,就是
900 g 1 袋蘋果和1 袋葡萄 8

所以我寫的這句,一莫耳的碳原子有12克,共有 6 × 1023 個,可以寫成這樣:
12 g 1 莫耳的碳   6 × 1023

綜合以上,有三件事情:
1.有些單位在某狀況下不好用,我們不會說要買3kg衛生紙或者是60g口香糖,所以要增加一個好用的:莫耳
2.中間那個物品改變,左邊跟著會變:不同物質有不同質量
3.而且可以加在一起唷!:分子量從原子量來

如果我改變這個中間的莫耳數, 
12 g 1 莫耳的碳   6 × 1023
改成 2 莫耳,左邊要填什麼?右邊要填什麼呢?
?  g 2 莫耳的碳   ? 
如果有 6 × 1024個碳原子,中間要填什麼?左邊要填什麼呢?
? g ? 莫耳的碳   6 × 1024
如果有 60g 的碳,中間要填什麼?右邊要填什麼呢?
60 g ? 莫耳的碳   ? 

再來,我們換中間的碳,改為氧原子,又該填什麼呢?
如果是碳和氧化和在一起的一氧化碳,若有 1 mole ,是幾克呢?

我們學過原子構造後,知道了元素符號、知道週期表上的常用化合物中元素帶電量後就能寫出化合物,
就能計算出分子量,因為前面講過化學反應表示以及平衡方法,今天學的是莫耳數和質量、分子數轉換,
最終目標就是能把一個中文的化學反應,寫成化學反應式,然後給予某一個物質,希望你能藉由算出係數關係算出反應物有幾公克,
這是製造物質過程相當核心的概念,也是各種工業的基本,希望你們可以理解為什麼要學這些東西。

下個單元,我們就是做這樣的連貫!

2017-02-15

莫耳數的開始

第一節課:剛開學,利用導師時間空檔進行莫耳觀念鋪陳

以英文課的可數名詞和不可數名詞帶入單位觀念,單位讓許多交易得以方便進行,像是吃飯時的米粒、蓋房子時的沙子等,讓學生陳述空氣應該使用的單位是什麼呢?
有學生回答:「空氣不可數而且不用錢,所以不需要單位。」
「那是因為在這平時的狀況不用錢,在極端環境就不是這樣了,像是潛水的時候、在外太空的時候,舉潛水的為例,單位就是氣瓶有幾隻,一支都要200元唷,可是用錢來衡量也有麻煩的地方,像是多拉A夢漫畫當中有一集大雄爺爺小時候,聽學校老師說彗星來時會掃光所有的空氣,所以他想了一個辦法,打算買下內胎來儲存空氣來撐過彗星掃過的那段時間,無奈他的計畫被小夫和胖虎的爺爺知道了,小夫的爺爺也很有錢、胖虎的爺爺也很鴨霸,他們買光了當地所有腳踏車的內胎,可憐大雄的爺爺因而放聲大哭,故事的結局是多拉A夢跟大雄坐時光機送了個救生圈給他,結果彗星來時沒事情,爺爺把救生圈埋在院子底下,希望下次來時可以幫助到子孫。」

假如彗星來時真的掃光了所有的空氣,你是賣腳踏車內胎的奸商,你知道小夫爺爺的計畫,內胎的空氣你要灌滿一點還是鬆一點?
如果你是大雄的爺爺,你懂得空氣很珍貴,那救生圈裡面的氣體要灌飽一點還是鬆一點?

所以不能用容器來看待,那容器大小可以用什麼方式來描述呢?也就是體積。
光是體積是不夠的,要在加上什麼因素呢?是的,壓力。

所以一袋空氣、一瓶空氣、一大氣壓的空氣,這些都不是合適的描述,所以要介紹一個東西,莫耳。
而一莫耳這個單位包括了 6 × 10 的 23 個次方那麼多個分子,那是多少呢?

學生跟著黑板上的 0 唸到京、十京、百京、千京了之後卡住,而課本上寫的是六千億兆,也就是 6 乘上一千、一億、一兆,而後面那幾個分別是 10 的 3 , 8 , 12 次方,考試不會考你怎麼念,願意的話也可以念成零點六兆兆,但這是理化課,不是數學課,然而有些考試會考這些六的幾次方的換算,你不要被嚇死了,這只是要確認你會不會,事實上複雜的計算不應該阻礙你,我們簡稱這沱數字,就叫它做一莫耳好了!

至於為什麼是這個數字呢?請各位同學回家查一下資料,為什麼不能是五乘上後面那堆次方、或是12、3.14159之類的去乘呢?我們就明天再來討論。
剛剛有提到分子,你還記得上學期我們提過分子是誰提出的嗎?對,亞佛加厥。事實上 6 × 10 的 23 次方這個數字我們也可以稱為亞佛加厥常數,但那麼古早,怎麼有辦法知道這個數字呢?是把一包空氣慢慢擠出來,請每一個空氣分子排好隊之後,一個出來按一個計數器來計算出來的嗎?

不是亞佛加厥提出這數字的,這是為了紀念他而如此命名的,也不是亞佛加厥那個年代量出來的這數值的,還早的很,啊,各位也可以查一下這些東西的相關訊息,不一定只查 6 × 10 的 23 次方為什麼不能是其他數字,一樣明天一起討論。

第二節課:目標去除6 × 10 的 23 次方疏離感

請學生查資料作發表,教師若來不及先看,
就寫最少的先發表,越長的最後發表

我請學生大致上把他們查的東西念出來,我則在黑板上快速的抄下值得說明更多的點。
有五組學生查了資料,第三組分享了「當氫有1克重時,它就會有個 6 × 10 的 23 次方那麼多個分子,而且這不是一個準確值,是個不確定的數字。」說的學生也表達的其實他看不懂是什麼意思。
謝謝第三組(雖然應該是氫兩克時才有那麼多個「分子」)提供給我們一個重要訊息,這是一個近似值,不是一個準確值。所以老師說的是錯的唷!

第二組發表的是:「是6.022 × 10 的 23 那麼多,而且定義上是氧如果有16克,那他就是一莫耳,後來改為碳若有12克那就是一莫耳,那代表會有6.022 × 10 的 23 次方那麼多個」
謝謝第二組仔細的補充,同學看一下這之中的差異,雖然只是 0.022 ,但後面有10 的 23 次方那麼多啊!而且定義一開始是氧作為標準,後來才改為碳的,不是像課本那樣一句話碳12作為標準,有12g就是一莫耳這麼簡單就過去了,這是一個不斷修正的過程與結果,當然未來還有可能再改變。

第四組學生說:「在攝氏零度、一大氣壓下、22.4公升的氧有 6 × 10 的 23 次方那麼多個,那就是一莫耳。所以氫在這樣的條件底下若有兩公斤,他就跟氧32g的狀況下有一樣的分子數量」
太棒了,第四組講了更多的東西,他提到了我們昨天說的氣體壓力,的確在相同體積下,你把輪胎打更多的氣體進去,他壓力提高,真的會有更多的氣體顆粒進去的。再來,第四組還提到了這跟溫度有關,我們在過去講到密度時,也提過溫度會影響體積,進而影響密度,所以溫度跟體積質量密度息息相關,要討論什麼是一莫耳要兼顧這麼多因素,所以莫耳真的太好用了,在沒辦法算空氣要幾顆的狀況下,不需要跟老闆說我要在幾度C、多少的壓力底下、買多少公升的空氣來吸,我只要說要幾莫耳就好了!但是剛剛提到的氫兩公斤可能要修正一下唷,因為氫氣太輕了,兩公斤應該真的很多,可能會有不一樣的分子數量。不過沒關係,你們提示了大家還要注意溫度、壓力、體積。

剛才第二組同學在說氧有16克時我就覺得可能大家還是對分子和原子不是這麼了解差異,其實十九世紀初對於分子和原子不是那麼的清楚明白,在道耳頓原子說提出後幾年,亞佛加厥就跟著提出分子概念了,這兩者中間還有一位給呂薩克,那時道耳頓原子說的反應前後原子總數不變,跟我們寒假所做的質量守恆實驗是相同的事情。給呂薩克提出同溫同壓同體積會有相同原子數,這點導致道耳頓和他吵架,吵架過程引起了亞佛加厥的注意,而修正了說法,因而正式提出分子概念。提出之後,都沒有什麼人給予重視,直到過了五十幾年分子觀點才逐漸被科學界接受。

第七組講的是:
「這個數值是經過密立根油滴實驗而來的。」
「那是啥啊?」我問
「阿就查到這樣阿。」
「好吧,那你說說看,說慢一點,我要寫一下」後來我寫了密立根、電子電量、1.592 × 10-19 等關鍵字
「還有湯姆遜,他測荷質比,就是電荷和質量的比例」
「那又是誰?嗯?是你們上學期提到的湯姆熊嗎?」他們上冊課本的寫的是湯姆森,記憶的方式是湯姆熊電子遊樂場、哥哥的兒子(姪子)在拉屎代表拉塞福發現質子、查兌克是用中指插隊(發現中子)。
「好像是耶...還有一個法拉第,他做了一些跟電有關的實驗...」

謝謝第七組給我們那麼多的訊息,你們會發現我們談的東西,本來都是要講莫耳數、分子、原子,現在第七組談的東西竟然都扯到了電子,當然是因為電子數量跟原子數量息息相關,然後分子又跟原子有些特別的比例關係,所以好像測量跟電子有關的東西也可以知道分子數量的相關事宜唷。

第六組臉色很難看的說他們都講光了,我說沒關係,講一兩個跟前面不一樣的也行,
「阿,還有一個就是電鍍的方法,要得到一公克的銅,必須要給OOXX庫侖的電,然後銅的原子量是....,帶電量.....」

的確,這些東西跟第七組提到的一樣,都跟電的檢測有關,這都是20世紀才有辦法做到的事情,即便是你提出了看法,要等到人接受都要五十年,然後各種證實的方式出現又等了五十年,這個 6 × 10 的 23 次方,即便是科技進步的今天準確測量下,仍是有好幾兆個的誤差在,為了紀念亞佛加厥的先知先覺,後人就把這數字定為亞佛加厥常數。

學生看起來頭昏昏。好了,講了那麼多,這些都不會考。
「那講那麼多多做什麼?」
「噢,這些如果都不知道,今天有很多事情都不能做,沒有分子比例概念我們沒辦法有效率製造物質、沒有剛剛提到的那些麻煩的電量實驗我們沒辦法用先進的核磁共振、甚至常看到的SGS報告當中的有毒物質檢驗就都不能作了。」


接下來來看一下到底化學反應進行時有哪些常用的符號、以及分子反應前後有什麼數量上的變化。

2016-10-28

用 Magic Cube 來呈現有次序性的概念

看到岐阜物理松田老師的分享,
有一個玩具,是由八個小方塊所組成,
可呈現六組圖,只能有順序地往前或往後,
想到其方塊分開的過程和可於減數分裂,所以就做了一個。
做的過程可以參照這裡的或是這個影片
起始想要做成一個檔案,直接列印出來,只要黏膠帶就好,
但圖形沒成品有點複雜,結果就用用紙折了8個小方塊再黏起來,
可是黏的時候,忘記編號了,導致就算圖畫完,拆開後應該還是一團亂...

2016-10-27

針孔成像

先給學生看了之前自己做的針孔相機,以及拍攝出來的底片長什麼樣子,
講了一些關於攝影、帶之前學生做這種相機、正片負片等的事情,
放了一些別人做的針孔相機,還有針孔立可拍明信片的影片(他的設計是兩個針孔,可以拍兩張),當做動機的引入。

用品客洋芋片搭配鋁罐,size上很ok,
只是長度需要買大罐一點 500ml 那種鋁罐才能伸縮進去多點。
鋁罐需要底部挖掉,因為要拿去磨凹面鏡,所以挖掉還可以用,
屏幕使用不要的白色半透明浴簾,
上面開口的部份是眼睛可看的、拉環不去掉可以拉。

品客的罐子底部挖大洞,
把鋁片用大型打孔器打成一樣大小3.5平方公分的正方形,
邊緣圓滑處理後比較不割手,在於上面鑽不一樣大小的圓洞、兩個洞、三角形、方形,甚至星形,
用來問是否影響成像用的,也可以直接塞入強力手電筒來看成像,
事先給學生看LED燈貼片的正方形,再讓他們猜成像也是一樣的。

燈源就用行動電源接LED燈,外罩為鋁片切割的箭頭鏤空圖案搭配上面講到的孔洞讓學生猜測並親自看來驗證。

用銅油磨鋁罐凹面鏡

之前坤龍老師教過可以用銅油磨鏡,今年帶理化時就也跟學生這麼做,
整體說來要磨凹面鏡比較容易一點,大約20分鐘以內都可以磨出來,
凸面看磨出來面積大小,鐵定超過20分鐘,
銅油每沾一次大概就是磨一面鏡的時間就會乾掉,
100 ml給一個班級磨一面會剩一點。

所以今天早自修請學生邊磨邊聽國文的三國演義,
磨到第一節開始上課時已經有好幾個凹面都磨好了,
請他們往自己臉移動時,大多能回答像的變化,
我說這跟平面鏡很像,但是方向呢?
移動到焦點內時有幾個學生發現有不同變化,
再開始講焦點,並請同學嘗試匯聚日光看看。

最後畫物體 2f 外、f ~ 2f、f 內的成像圖。
前面兩個圖,平行主軸入射會經過焦點、通過焦點反射後會平行主軸射出,
就可以決定像大小,學生多能接受,
但是第三個圖需要其他線(通過鏡心反射、虛像)的時候學生就不行了。

光合作用組模型需和其他類比方式分開進行

光合作用每年都用了四節課,前大半是去年寫下的紀錄,因為第四節課做成教專,所以第四節內容較多,也改了一些教專的格式,方便參與的老師撰寫以及瞭解課堂前操作過的內容。

  • 葉的構造:製作模型。
  • 光反應:利用針筒和打孔器將葉子打成葉錠,分光照組和黑暗組來看葉子沉浮數量。
  • 碳反應:課本上碳反應活動,只是為了方便起見,葉子也用打孔器打,煮的時候用電磁爐、學生隔水加熱是將葉錠放在試管內隔水加熱,這樣的過程很省酒精,結束碘液-澱粉測試後直接請學生把葉錠貼在筆記本上。
  • 光反應和碳反應的分子流動給學生操作,用的是一般的積木。帶的流程是利用小新的光合作用綠色國度的繪本PPT版,之前書商有發過,沒有使用裡頭的學習單是因為去年(2014年)在三個班做了三個不同處理,分別是發學習單寫類比物、做成小書、16張圖直接在一張A4上,請學生直接將類比物寫在 16 張圖上的角色或場景,發現直接一張A4來得直覺,小書翻折方向若製作有誤反而要花時間協助修正,而學習單字好多,改得眼花撩亂。課程開始時先請學生將光反應和碳反應的結果拿出,請他們就實驗結果作簡單總結(光照組有產生氣體黑暗組無氣體、有澱粉產生),並問如何驗證氣體,學生表示國小就有作過使用線香的活動,所以我不用再做一次,事實上每組也不易收到那麼多氣體可以測試,不過Spell老師用大量蒐集的方式可以做出來。那氣體怎產生的呢?接著看繪本陳述的內容。並同時動手將繪本裡的類比物改成用積木方式拼湊出來。

操作時發現最大的問題就是要求學生熟悉繪本內容、把類比物轉化為目標物、還要把目標物轉成分子模型,步驟實在太多了。所以來年應該要分開一下,繪本當切入,邊講邊猜,然後再讓積木來分子模擬,積木拼到最後會利用大的葡萄糖分子和氣體分子與前面教授的擴散作用是否需要蛋白孔道來相呼應做結尾。

今年的流程:
  1. 以刷葉脈書籤切入,利用消失的部份做提問,問學生留下的是什麼、消失的是什麼來講解葉片構造。留下的學生有回答細胞壁、角質層、消失的有人回答細胞膜以內的構造、細胞、營養器官等,許多答案都可聽得出來學生有在想,但是都有點怪怪的,這些答案是用來澄清迷思概念很棒的地方,明年應該會繼續問這問題。畫完基本構造後,讓學生分別猜名稱、功能,我最後統整講解,回家功課是做葉模型。
  2. 今年也做光反應的葉錠實驗,花了一些時間引導為什麼葉錠會下沉的這件事情,跟上一節課提到鬆散的葉肉構造是相關的,這些鬆散的構造功能是什麼?儲存什麼樣的物質?為什麼要儲存這些氣體?多的氣體去哪裡?實際操作時,還會問氣體從哪裡出來,引回去上表皮還是下表皮氣孔比較多?怎麼從光澤顏色看上下表皮差異?並請學生做預測。
  3. 用綠色國度繪本帶光合作用流程,揭曉前一節課光反應結果。
  4. 煮光反應和碳反應的葉錠,做澱粉-碘液呈色結果,同時以積木拼湊綠色國度裡的每種不同角色,最後做統整包含物質進出、光碳反應比較等。

因為去年把一些活動課堂上做,所以時間被壓縮,今年得以看到每一組都有充足時間組模型,我想來年應該還是會把組模型跟繪本分開進行是比較妥適的。只是在想可不可以三節課內完成呢?四節真的有點拖。

最後附上將來不會再出現的教專,2015年我修的簡化版本,內容包含2015年時其他老師給的簡單回饋。

2016-09-09

鯨爆之謎文本上科學方法

炒冷飯開始。

之前的鯨爆之謎,描述的過程類似辦案,
需要一層一層把疑問解決的歷程,就是科學方法。

針對內容做一些編排,可讓學生練習科學方法的流程,
每一個小問題可以串連起來到最後一起解決一個大問題。

學習單的樣子,分成四段,


有部分不是完整的科學方法,帶學生判斷看看。
第三頁當做參考答案。
有兩小段影片可以參照,
建議拿國家地理那一個當開頭即可,聳動的新聞眼那個當備課。

2016-09-01

衣夾顯微鏡

原本阿簡老師的紙片單式顯微鏡製作就簡單又效果好,
發現用膠珠固定玻璃珠後,想試膠珠還可用在哪。
使用衣夾的好處在於可以固定玻片,以及鏡頭的伸縮可以控制物距,
使玻片很靠近鏡頭,卻不碰到鏡頭。

材料工具


  • 玻璃珠:為物鏡,越小放大倍率越高,本作品使用的直徑約 2 mm,需洗淨再使用
  • 黑色膠珠:利用高溫融化的方式將玻璃珠包覆,黑色是為了減少其他色光的反射,使用外徑 5 mm
  • 木頭衣夾,與塑膠衣夾不同方在有厚度、又好鑽
  • 電鑽、5mm 鑽尾、美工刀、砂紙、熨斗、鋁罐

製作及使用

  1. 加熱膠珠,使膠珠融化包覆住玻璃珠,可使用酒精燈加三腳架、陶瓷纖維網進行加熱,為了方便,使用了不需加水的傳統電熨斗,放在碗公裡面倒置。裁剪後鋁罐底面的凹槽會方便此動作進行,原本使用有點光滑的紙張,但風吹容易亂跑以外、玻璃珠也較不能在膠珠正中央。 
  2. 加熱的時間因熱源而異,舉上述電熨斗為例約在一分鐘左右,使膠珠融化到呈現小香菇形狀,玻璃珠會露出一點點,冷卻後,讓小香菇脫離鋁片,完成後需戳戳看玻璃珠是否掉出,若會,須重製。此步驟學生約進行一兩次即可達熟練。
    左:歪掉、中:上方保留太短、右:恰好
  3. 將木頭衣夾固定好,於衣架閉合端的正中央外側作記號。
  4. 以5mm鑽尾垂直鑽穿。
  5. 用砂紙把碎邊磨平。
  6. 把小香菇邊緣以美工刀切除。
  7. 將小香菇由塞入衣夾孔洞即完成。
  8. 調整小香菇深淺來對焦,夾住玻片,由小香菇末端、透過玻片、光線即可觀察影像。