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Fun科學的探究實作活動


文/ 謝甫宜
高雄市陽明國中教師

 
國際數學與科學教育成就趨勢調查(TIMSS)分析報告指出，臺灣學生在對科學的興趣、自信心、數學的實用性皆在各國排名後段。而臺灣科技部與教育部曾亦於2015年公布，我國學生在以素養導向命題的國際學生能力評量計畫(PISA)測驗的成績表現，在數學素養與科學素養皆第4名，但是，台灣成績表現最差的學生竟為前十名國家中比例最高。由此顯示，本國學生形成「高學習成就」以及「低學習動機」的嚴重雙峰傾向，這或許是「以考試領導教學」制度下所造成的現象。

自然科老師不僅可以是科學概念的傳授者，也能成為創意教材教法以活化教學的創造者。筆者邀請四位致力於科普實作活動的資深教師們，依其專業領域為本期專題「Fun科學的探究實作活動」撰稿，專題聚焦兼顧寓教於樂與增進概念理解而設計的生動有趣探究實作課程單元，以提供自然領域教師在教學現場中能兼顧學習成效與學習動機、促進科學的教與學變得更生意盎然、讓學生充滿好奇心與求知慾而理解重要的核心概念。作者們寫成可供參以進行探究實作之學習情境與教學設計的五篇文章概要如下：

一、指尖陀螺玩科學－從科學遊戲到探究歷程
2018年網路調查中最療癒的玩具中，名列第一即為「指尖陀螺」。作者者根據多年教材研製與實作活動的經驗發展一系列指尖陀螺科學實作活動，以提供教師運用學生所熟知的玩具進行探究實作活動教學。本文所設計探究實作活動包括指尖陀螺費納奇鏡與指尖陀螺電磁感應等兩項，其相關的核心概念分別為視覺暫留現象以及楞次定律與法拉第定律。
上述兩項運用指尖陀螺的轉動所設計的探究實作活動，不僅能提升學生的科學學習動機，也有利於七年級學生觀察視覺暫留現象，以及提供九年級學生體驗電磁感應的基本原理與變因，並可從改變如轉速或磁力強弱的變因，進一步探索磁剎車與其他電磁感應的生活應用。

二、橫波演示器
以物理的初學者而言，教師若僅以繪圖方式或教科書中靜態的圖片來解釋與探索動態的波動現象，常造成八年級學生對於波的性質與波的運動等核心概念感到困惑而難以理解。本文別出心裁地設計與製作演示橫波之教具，不僅能增進學生對波動概念的理解，進行有效教學之外，也可促進與師生之間的互動。
此外，作者所發展的「橫波演示器」具有成本低廉、易購得、介質不相連、波速較緩易觀察、輕便易操作等優點，故能活化原本枯燥、生硬的波動教學，轉換成活潑有趣、生活化、增進師生互動的學習情境。

三、長壽牌衛生紙
本文旨在針對衛生紙作為可燃物並延長其燃燒時間之議題，引導學生進行探究實作活動，探索不提供輔材或藥劑而調整衛生紙的形狀、點燃衛生紙的位置、衛生紙的緻密程度等變因，教學目標在於啟發學生發揮創意，以及培養其解決問題能力。
其次，本文標題新穎、教學目標明確、也能增進學生運用所習得的科學概念，採用以學習者為中心探索「延長衛生紙燃燒時間」之開放性問題作為專題。此專題亦屬於生活化與具有情境脈絡的科學現象解釋以及科學舉證，也有助於學生統整和運用燃燒三要素與反應的表面積效應等核心概念。

四、蛇類推廣與破解迷思教育
生態保育一直是全球性的重要議題。隨著人類因經濟作物的種植與開發林地而侵害生物的棲息地、或因食衣住行的需求與人擇的結果而濫捕、甚至只是不了解生物本身的習性產生恐懼而濫殺，導致生態失衡與各類物種快速滅絕時，我們便有責任教導學生與民眾護生與生態保育的概念！
本文作者不僅對於爬蟲類有深刻的認識與長期接觸，亦將生態保育的概念融入蛇類介紹、推廣和生物領域的教學。因此，作者提供學生能近距離辨識與觸摸這些無毒、無害、較為溫馴的蛇類，並進一步帶領孩子走入大自然以及接觸這些看似陌生的蛇類，以培養學生的觀察與辨識蛇類能力，也學習與蛇類互動的竅門。

五、簡易觀察太陽的方法
作者運用針孔成像與反射原理以簡易的素材以及操作方法，提供學生觀察太陽的位置與太陽移動的變化，對於非專業、缺乏適當設備的一般天文愛好者或學童，得以自製太陽觀察盒的方式，在不傷害眼睛的考量下，方便探索幾乎每天伴隨著我們作息的太陽。此外，本文也進一步提出，與太陽有關的金星凌日、水星凌日與日食等有趣的天文現象。
藉由本文，作者對於太陽觀察盒設計的巧思，可融入地球科學領域的天文單元進行探究實作活動的課程設計，八或九年級學生亦可運用理化科光學單元所習得「光的直進」、「針孔成像」和「光的反射原理」等核心概念加以統整與活化，進一步跨領域探索和觀察太陽位置與其變化。

以上五篇作者皆秉持著兼顧情意、技能與認知層面進行教學活動設計。在情意層面，以玩科學或實際體驗生態的遊戲形式，提升學生的科學學習動機與探索自然現象的好奇心；在技能層面，藉由探究實作活動或接觸動物以增進學生的操作技能與生活應用；而在認知層面，定錨於核心概念的學習，以活化學生的概念理解與分析統整。除了提供自然領域教師參考之外，也希冀獲得更多科學同好共襄盛舉，一起為臺灣科學教育的轉變來努力。