2007年12月30日

謝迺岳老師的魔術科學

上周五又是愉悅的一天,因為早上有個研習,是謝迺岳老師的魔術科學研習。

我是第五次參加謝老師的研習了(這樣可以發會員卡嗎?),上次的主題是風車家族,每次都是聽到不同的主題。他說他們已經有一個二十人的教師團隊,針對各項主題做研發,所以大大小小的主題有數十種,每個主題都可以帶個三小時到六小時,太了不起了!

退休並沒有讓他退出科學教育的舞台,反而讓他有更多的時間和空間在全台做推廣。甚至去年已經在原住民電視台開節目:科學小原子,能夠參加他的課程真是幸福啊!2008年還會在客家電視台開節目耶。

謝老師的課程特色:道具多,滿桌都是,而且都是很普通的道具。紙杯、橡皮筋...。越是普通的道具,越能玩出科學的樂趣。
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謝老師說他在準備道具的時候,務求多彩多姿。所以連蠟燭也要找各種顏色的。這個蠟燭不僅提供科學活動所需,還可以講解燃燒三要素。只要減少一個要素就可以滅火。
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例如用杯子蓋起來滅火,那扣掉哪種?
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用手指沾溼滅火,扣哪個要素?
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那衛生紙快速蓋下滅火呢?
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拿剪刀靠近滅火(不是剪芯喔),是哪種?
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有火有杯子,再順便拿個吸油面紙蓋在杯口當紙屏,玩玩針孔成像。
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試試看,刺一個洞、刺五個洞、刺一百個洞。影像會變模糊一團還是一個像,或是多個像。只有自己親身實驗才能體會。在這個活動前,老師要我們先猜猜看,再實際做。猜測是一種學習方法,如果猜對了,那符合舊經驗,增強了學習效果。猜錯了,重建學習,也是學習。

比如說這個刺一百個洞的,到底成像會怎樣,雖然我猜錯了,不過實驗結果卻讓我印象深刻,一輩子不忘記。
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其實這就是操作的好處。前一陣子,意外得知有學校老師居然都不讓學生操作實驗,而都是用黑板說說而已,這實在讓我很驚訝。雖然黑板實驗或操作實驗。學生都能寫考卷答題目,但是哪個才能真正學到知識,大家都知道。

另外謝老師也很強調一人一套實驗器材。在課本裡的實驗操作都是一組一套,說穿了其實是實驗器材貴、不足,以至於沒辦法讓大家一人一套。不過這些可以透過重新設計實驗去著手,用更簡單方便的器材來操作,科學不是一定要在實驗室器材裡才能活出來。

在新竹高中,謝老師還籌設了兩間科學探索館,利用舊教室改裝,配合上簡單的實驗器材,展示光學和文化特色以及原住民的科學。這樣的教室不需要太多經費,謝老師說只要一間只要十萬元就可以達成。他的未來目標是在民國一百年前在全台籌設一百間科學探索館。


回到剛才的活動內容,剛剛拿來當紙屏的吸油面紙還有用途,把它捲成圓筒之後,立在撲克牌上,由上到下點火,燒到最後,會因為熱對流而使得灰燼向上飛。在一開始的這個活動設計是利用茶包,不過改用了吸油面紙效果一樣好,而且老師還推薦用屈臣氏的自有品牌,因為價美物廉價廉物美。

今天的主題是「魔術科學」,其實魔術也是科學原理的運用,當然還有一些障眼法。
比如說這個遊戲,套在食指中指的橡皮筋
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只要張開手之後就會移到後兩指
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其實秘密就在橡皮筋套的位置。
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在這些活動裡除了用橡皮筋玩,還包括用膠帶紙捲、綿繩等材料。像這個就是在對方手上套一個綿繩圈,圈上穿了一個膠帶圈。綿繩圈不離開對方的手,卻可以把膠帶圈取出。
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如何讓兩杯裝滿水的杯子互相疊在一起?
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水杯先裝滿
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在其中一杯蓋上撲克牌,然後倒立。因為大氣壓力的關係,所以撲克牌不會掉落。將這杯放到另外一杯上面,然後把撲克牌抽走就可以了。
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類似的好玩活動太多了,讓我都來不及拍照。只好用文字的方式記下:
  • 寶特瓶裝半瓶水,如何用一條綿繩,讓水像摩西過紅海一樣,被分成兩邊?利用綿繩繫在瓶口和瓶底,利用綿繩把水平寶特瓶提起旋轉即可。
  • 氣球裡頭裝了一枚硬幣,可以當毽子踢,但是為何一碰到地面就會爆破?因為硬幣撞擊地面使橡膠分子快速運動,提高溫度,所以氣球其實是被燒破的。類似的方式還有利用橡皮筋層層包裹硬幣變成一個球,從高樓丟下,這個球著地後會炸開。
  • 把硬幣放在左手中,右手蓋在左手背上,為何將手左三圈右三圈繞圈之後,硬幣會移到左手手背?因為利用圓周運動讓硬幣從虎口空隙逃出到右手,再從右手滑到左手手背。
  • 將硬幣高高丟起,再以雙手交叉接住硬幣,為何會無法看出實際硬幣落入哪隻手?因為距離遠,我們無法正確判斷距離,因此容易錯誤判斷。這個遊戲利用到了雙眼視覺,難得會聽到和生物有關的,所以我應該努力練習這招。後來我去找謝老師討論其他的視差法遊戲,謝老師還分享一個:A伸手做出杯子的樣子,B閉單眼,用手指去插A的手指杯。以前我是用原子筆去插筆蓋,不過這個比我之前的好用,學起來!
  • 綿繩兩端打結,繞成繩圈,把繩圈掛在左手食指中指懸垂,膠帶圈由下而上套入,一放開,居然會自動打結卡在繩圈上?關鍵在於讓膠帶圈在上端偷偷轉圈,可以利用膠帶偷敲擊左手中指,或是持於右手邊緣,只要膠帶掉落時有轉圈就可以了。
  • 手上一疊撲克牌,如何看出對手實際抽的是哪張牌?關鍵在於選擇有不對稱花樣的撲克牌做材料。
  • 將潮溼的寶特瓶瓶蓋緊閉,用力壓縮瓶身之後再放開,快速打開瓶蓋,瓶口會冒出白煙,那些是凝結的小水滴,這就是造雲
  • 造雲還可以添加凝結核,協助水滴凝結,只要用燃燒的香在瓶中繞一下,照上面的步驟做,白煙會冒更多。甚至在未開瓶蓋前,壓縮放鬆瓶身,也能看見白煙在瓶中出現消失。這些造雲活動,利用了絕熱膨脹和凝結核的原理。

其實參加研習,還是很想能從其中找到運用在生物上的例子。在活動中有一個做空氣炮的例子,寶特瓶底部開口後,套上氣球膜,只要拉動氣球膜就會變成空氣炮。生物老師對這個活動不陌生,因為只要在瓶口內套進一個氣球,就可以變成肺臟模型。而空氣炮也可以用來說明咳嗽或是打嗝。

在做這個空氣炮或呼吸模型時,我們和學生都有一個困擾,那就是一般寶特瓶都是軟的,不容易套上底部氣球膜,不過後來我們改用剪開的塑膠袋套住,然後用橡皮筋圈著,雖然不比氣球膜有彈性,但是依舊能拿來玩空氣炮,

當然,拿來做呼吸模型也綽綽有餘,不過在我的測試當中,拿來當肺臟的氣球小一點,效果比較明顯。這就是我一直想做的改良課本實驗。
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大家快樂的用空氣炮打滅蠟燭,或是拿香在裡頭灌煙,輕拍塑膠袋讓瓶口吐出煙圈,而我拿著切開底部的寶特瓶發呆,在想還有沒有什麼可以玩的,於是我直接拿寶特瓶套在嘴上吹氣,這樣吹氣的方式,挺像吹生日蛋糕蠟燭的方式。我們會把嘴縮成小洞吹氣,卻不會張開大口吹蠟燭,這是帕斯卡原理嗎?

會後我也跑去和謝老師分享我想到的幾個活動,不過忘記問這個是不是帕斯卡原理了。好心有好報,因為我告訴謝老師,我們生物課會用這個裝置做呼吸模型,所以謝老師又告訴我一個同樣用寶特瓶和氣球做的活動。

拿一個完整沒切開的寶特瓶,瓶口打開,先略壓迫瓶身,然後在瓶口套入氣球,手放開瓶身不再壓迫。對著瓶口氣球吹氣,氣球會脹起,卻不會萎縮,明明氣球是開口的,為什麼不會變小,關鍵在於「負壓」。

我還是想用這來說「呼吸」。我們利用胸腔體積的變化,使胸腔壓力低於大氣壓力,進行負壓式的呼吸。咱們哺乳類和鳥類都是這種負壓式呼吸,但是兩棲類的青蛙就不同了,他們是「正壓式」的呼吸。

青蛙沒有橫膈膜,牠利用口腔下部的肌肉運動來進行呼吸運動。肌肉向下使空氣從鼻孔吸入口腔,肌肉向上運動再把空氣壓進肺臟。所以牠們的呼吸方式屬於正壓式的呼吸。那我們有沒有機會變成正壓式的呼吸呢?有的,被人工呼吸的時候,或是被插氣管內管的時候,都是不太舒服的機會。所以我們還是安份地負壓呼吸吧。

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