小學老師的經驗分享
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如何將物件分類為導電體和絕緣體? (主要探究技能:觀察和分類。
) 課本是以電池、導線和燈泡來示範閉合電路,然後在導線和燈泡 ...
亞太科學教育論壇,
第一期,第一冊,專題版二
(二千年七月)
主編:
李揚津
小學科學教育通訊(網上版)
小學老師的經驗分享
--籌備四年級"電與生活"的探究活動
中華基督教會基慧小學下午校曹潔芬老師
大部份常識科老師都可能有這樣的經驗,就是
當學生有機會進行實驗時,即使只是觀看老師示範,他們也會表現得特別興奮和投入。
因此我預備在下學期教授四年級「電與生活」這單元時,在「閉合電路」和「電的效應」這兩課題裏增加一些科學探究活動,特別是可讓學生親自動手做的小組實驗。
但在籌備活動過程中,有兩種截然不同的經驗。
其一是當我正在煩惱找不到課本所建議的器材時,卻發現身邊原來有一些有趣的代用品。
另外當我準備一些表面看似簡單的實驗時,在選取器材方面卻產生很多意料不到的問題,而實驗結果亦往往不是「預期」的結果。
閉合電路
探究問題(一):
觀察一些以電池推動的小物件,並解釋它們的開關的操作原理。
探究問題(二):
如何將物件分類為導電體和絕緣體?
(主要探究技能:觀察和分類。
)
課本是以電池、導線和燈泡來示範閉合電路,然後在導線和燈泡之間連接不同的物件來測試導電體和絕緣體。
我首先遇到的困難是學校的燈泡和插座不是接線斷了就是燈泡壞了。
另外課本裏的圖片顯示導線是焊接在電池的兩極上。
請教他人後,得知對於沒有焊接經驗的老師,整個過程是有一定困難。
例如需要在焊接的地方加些松香,電烙鐵的功率亦不能太小,焊接的時間要適中,太短會使焊接不牢固,太長會破壞電池。
當我正被這些技術問題困擾時,突然想起以前在教育學院舉辦的工作坊裏曾介紹過的透明電筒(圖1),它的好處是可讓學生看見開關之間的空隙在閉合和打開時的變化,而且因為它是透明,更可利用高影機投射在螢幕上。
另外只要把測試的物件同時接觸空隙兩側的銅片,便可知道它是否導電體。
這個裝置啟發我在家裏找一些以電池推動的小物件,結果發現音樂賀咭和中秋節的燈籠很適合做這課題的活動。
(圖1)以開關的銅片和之間的空隙來示範閉合電路和測試導電體和絕緣體
所有音樂賀咭都有一塊小電路板(圖2)來產生聲音,開關是以一小膠片在兩金屬片中的移動來控制。
我想學生在小心觀察後,應有能力解釋它的原理。
此外亦可小心將小膠片兩側的金屬片分開,然後連接兩條導線(圖3),將它變為一個測試導電體/絕緣體的器材。
這一課題剛好在聖誕節後教授,老師可向學生和同事收集一些音樂聖誕咭來進行這個活動。
(圖2)小膠片上有一小孔,它左右移動使金屬片和電路皮接觸或隔離
(圖3)改裝後成為一個導電體/絕緣體測試器
圖4是近年中秋節很流行以小燈泡燃亮的燈籠,燈座和電池座中間的接線是以一些金屬小配件夾在一起,很容易就可把它們分開(這亦是這些燈籠很容易壞的原因)。
我們只需把其中一條接線在中間剪斷,便可做成一導電體/絕緣體的測試器。
不過為了不想給學生一個印像可隨意剪斷電線,我把從學生收集到的燈籠,其中一條接線和金屬配件分開,然後以另一條導線和小配件夾在一起(圖5裏的綠色電線)。
(圖4)以小燈泡燃亮的燈籠
(圖5)改裝後成為一個導電體/絕緣體測試器
電的效應
探究問題(一):如何增加電磁鐵的磁力?
探究問題(二):如何改變發熱線的熱力?
(主要探究技能:假設和設計實驗)
試做實驗前的想法是覺得這兩個探究問題不太困難,例如對於探究問題(一),可以想像學生可能提出以下假設:
1.增加線圈的數目
2.用更多的電池
3.用較多的鐵釘
4.用較粗的漆皮線
5.用較長的鐵釘
6.將電池倒轉
?......等
以上假設有些是可明顯增加磁力(如1至3),有些不明顯(如4),有些不能增加磁力(如5和6),讓學生測試正面和負面的假設應是很好的活動。
但在預備時,發現器材並不易找,而一些實驗結果亦不是「預期」的結果。
首先在選擇器材方面,在學校附近的五金店都沒有漆皮線賣。
在寄給學校的儀器社目錄裏,只找到一間儀器社供應漆皮線,但只有一種直徑,所以測試假設4的活動不能進行。
此外,若測試假設1、3、5等,需要買百多元漆皮線,而且預備頗費時。
比較簡單看似是測試假設2,只需增加電池的數目就可以,但實際上卻遇上電池被短路所引致的問題。
在這實驗裏,漆皮線裏的銅線會將電池短路,所以不能用可輸出較大電流的鹼性電池,因短路所引致的強大電流會產生高溫。
所以做電磁鐵實驗應用內阻較大的碳性電池,以它的內阻來限制電流不致過大。
但由於在外界短路的情況下,它的內阻比銅線電阻大很多。
增加電池數目,雖然能倍數地增加電流的推動力,但亦同一倍數地增加內阻值,所以流經電磁鐵的電流沒有增加,做不到預期的「增加電池的數目會增加磁力」的結果。
(圖6)切割發泡膠的發熱線
(圖7)發熱線慢慢把一枝蠟燭割開
課本示範熱效應的實驗是以鐵線連接電池,然後熔化薄的塑膠物件,如飲管、保鮮紙等。
第一次試做時忽略了電池內阻的因素,以鹼性電池作為電源,鐵線短路所做成的強大電流,不消數秒鐘就把電池座熱至扭曲。
後來改用炭性電池,效果亦不好,始終是電池比鐵線熱,而且電池的電力也很快被耗盡。
後來無意中在美勞教具供應商的目錄裏,找到割發泡膠的發熱線(圖6),每條十元,可用一枚炭性電池就可慢慢把一枝蠟燭割開(圖7)。
基於安全理由,這實驗只可由老師示範,然後引導學生對探究問題(二)作出假設,並要求他們講出可如何進行有關實驗。
以下是一些可以測試的假設
假設
實驗
備註
增加電力
用兩枚電池
小心熱度,不可用手,應用電線夾
用較粗的發熱線
把兩條發熱線「扭」在一起(並聯)
同上
用較長的熱線
用螺絲和絲帽,把兩條發熱線連在一起(串聯)
熱效應會減弱
結語
總括來說,整個籌備過程很費時和經常遇到意想不到的問題,主要原因是資源和支援不足。
可以想像在下學期真正讓學生進行活動時會有更多問題出現,如學生人數太多,老師未能照顧所有組別而導致的秩序問題,或因課程緊迫而要放棄部份活動。
現在還未決定是否讓學生自行做電磁鐵,可能讓他們回家做會是一個解決的方法。
雖然籌備工作所用的時間實在太長,但回想起來,整個過程需要老師不斷嘗試各種方法來解決困難,亦即是不斷地進行探究活動。
這亦是支持讓學生進行探究活動的主因,他們在過程中學到的探究和解難技巧,以及得到結果時的滿足感,正是幫助學生發展解難能力很好的經歷,希望教署以至教育學院能對學校和老師作出更多的支援,以便日後在這方面有更好的發展。
Copyright(C)2000HKIEdAPFSLT.
Volume1,
Issue1,SpecialSectionII(July,
2000)
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