Hands On, Minds On 手到心也到

在科學教室中，「動手做(hands-on)」實驗應該是最受學生歡迎的活動，運用得當的話，可以提高上課興趣，將抽象理論具象化，促進理解，幫助學生進行有意義的學習，也可培養思考及探究的能力。但是動手做也常讓教室秩序一團亂，時間也不容易控制，有時還得不到預期的結果，常常下課鐘響時草草結束，雖然Hands on卻沒有Minds on，似乎浪費了一堂課。

現在來看一場科學魔術表演，並請大家想一想怎樣利用它來教學？請按文末的「意見」來提供你的想法 。

如何在動手做實驗教學中，老師能像魔術師一樣(老師還真不好當，竟然還要會變魔術！)，掌控全場？又如何在讓學生動手時仍能朝教學目標前進，在一定時間學到要學的內容？

◎課前準備：
第一步：挑選材料簡單、效果有趣、操作容易上手的實驗，如果是示範實驗要注意視覺效果，最好誇張、清楚易視、有戲劇效果！
第二步：好好練習實驗操作到純熟的程度，弄清楚訣竅在哪裡，知道操作的困難點在哪裡！知道如何克服！
第三步：設計上課流程，決定是示範實驗或小組合作實驗？以引導式探究來規劃學習單，以學習單掌控課程進行以及要學習的概念。

◎實驗進行：
這是Hands On。
第一步：要求注意觀察實驗結果，並提醒操作時間限制，幾分鐘後各組提出觀察報告。注意時間要充分，學生第一次操作不可能熟練，所以需要嘗試的時間。老師要走入學生群中，關心學生的操作，並解決學生遭遇的問題。
第二步：引導學生提出結果報告或將結果呈現於黑板。有些實驗可以全班分組進行，例如

「單擺實驗」：

＊事前準備：

細繩10條(分10組進行)，螺帽30個。若要節省時間老師可以將細繩與螺帽綁好，並把擺長也確定。
＊課程進行：
1.老師講伽利略在教堂看吊燈擺動，頓悟單擺的等時性。

2.然後問學生：影響單擺擺動週期(引介週期的定義，並舉例練習，確定學生會量週期)的變因有哪些？
2.讓學生(每組不同擺長)測量週期，要求重複三次求平均。
3.老師在黑板上畫出週期對擺長的大座標圖，要求各組把實驗結果標在座標圖上。
4.問擺錘質量改變(增加螺帽數，如何方便增加螺帽數？利用迴紋針當掛勾是一個方法，提醒注意不要改變擺長)會不會改變週期，讓各組學生重複實驗。
5.請學生上台做成關係圖，討論關係圖的意義。如果是高中學生，就同時在黑板上做週期--擺長及週期平方--擺長兩種關係圖，導出經驗關係式，接著再由理論導出單擺週期公式。

◎實驗結束：
這是Minds On。
第一步：歸納整理實驗的發現。
第二步：討論並解釋實驗發現。
第三步：應用及練習剛剛學到的概念，可能的話用來解釋或預測日常生活的現象。

下面是老師們的經驗分享，歡迎大家提出更多經驗來討論！

□苙媜老師:
製作簡易電動機：配合課本電動機的範圍
器材：漆包線、迴紋針兩個、電池一個、強力磁鐵一個
製作過程：
1.將漆包線繞著原子筆轉數十圈，一端刮除漆包線的一半面，另一端刮除漆包線的全部
2.迴紋針彎成架子狀，置於電池兩極
3.將強力磁鐵吸附在電池中央（線圈下方）即可繞轉
發問問題：
1.漆包線該如何纏繞轉動效果最好？
2.為什麼要「一端刮除漆包線的一半面，另一端刮除漆包線的全部」？
3.為什麼漆包線會轉動？說明原理。

□文宗老師:
學校裡我常跟學生說：「生活即科學，科學即生活」。科學實驗中的每一個科學實驗都好像是「遊戲」，但每一個科學遊戲背後都蘊涵一些科學知識，盡量用簡單的方式解說科學原理，使用日常生活中隨手可得的簡單材料，希望學生在家裡可邀請大人陪同一起動動手，動動腦作實驗。由這些趣味科學實驗（浮沉玩偶），激發科學思考，希望學生不要只為了考試學習科學。要藉由科學實驗，培育創造性思考。其實在我的觀察中每一位學生都有創造的潛力，讓他們動手操作實驗，可引起更多的創造力與自信心。愈頻於從事創造性活動，就愈有創造力。反過來說，創造力沒得表現，創造的潛力就會萎縮。
但是由於學校課程的關係，無法常常做實驗，畢竟高中是以升學為導向，一星期只有三節課外加一節輔導課（高二），高一更可憐，一星期一節課（上下學期各一學分），這使我必須另找時間來做這些實驗（寒假輔導課）。
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浮沉玩偶
前言
水棲動物遨遊水中，浮沉自如，多令人羨慕。其實任何物體在水中的浮或沉，完全受制於其與周圍的水的比重。
物體的比重大於水的比重，物體就會沉下去
物體的比重小於水的比重，物體就會浮上來
本篇以操控浮沉子的沉浮，體會浮力原理並設法改變物體的比重，以了解潛水艇的沉浮。

浮沉子的製法
浮沉子的製作，其材料有多種，本篇所用器材均係用在身邊容易找得到的，而其製作的方法先介紹三種。
1.使用筆套
(1)要選用筆套的頂端完全封閉的，沒有小氣孔，如同一(A)。
(2)用油黏土塞住筆套口，但要留一個小孔以便水的進出，調節浮沉子的重量，如圖一(B)。
(3)調節浮沉子的重量（增減油黏土的量，或增減筆套內的水量），使其只浮出杯內的水面一點點，如圖一(C)。

2.使用吸管與髮夾或迴紋針
(1)取一段喝飲料用的吸管，約6公分，將其對折，如圖一(A)後，用一支髮夾或迴紋針將已對折的吸管的兩股，從管口將其夾住，如圖二(B)或(C)。
(2)用手指壓住吸管的兩股後，將其移入一杯清水內，然後在水中放開手指，即見水被吸入吸管內。
(3)調節吸管內的水量，使彎了後的吸管頂端只露出水面一點點即可，如圖二(D)。

3.用熱封住吸管
(1)剪一段吸管4~5公分長，用打火機、酒精燈或蠟燭的火焰底部的外焰溫熱，使吸管稍微熔化後用打火機或剪刀等的邊緣或用箝子夾住，將其在瓶蓋上壓住密封管口，如圖三(A)與(B)
(2)在吸管內放入2~4支（視吸管的粗細與長短而定）銅釘（不易生銹）後，又封住管口，然後在兩端均封了口的吸管的上端寫號碼，另一端用另一支銅釘扎一小孔，如圖三(C)。
(3)同樣用手指壓扁吸管的中腹部，置於水中後放開手指，以便吸入水，然後放在杯內試試浮沉子的比重，使其只浮出水面一點點即可，如圖三(D)。

浮沉子的操作
1.調整好的服浮沉子放入寶特瓶（瓶內裝水9.5分滿），蓋緊瓶蓋後，輕壓瓶子，浮沉子是否會浮上來？若不是，就必須取出浮沉子，重新在杯子調整比重，看看其浮沉情況適當後放入瓶內再試。
2.若一個浮沉子成功了，能夠浮沉自如，就再放另一個浮沉子試試看。
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□順雄老師:
做法：
(1) 結合九年一貫理念，採多元連結，可以與藝術、人文、社會及其他領域作橫向連結。
(2) 以「趣味科學」為課程設計主軸，提供多樣化的創意教學設計經驗分享。
(3) 探索生活中多樣貌的科學，強調動手做與體驗式學習，培養創造力。
(4) 創造同儕合作的學習情境，培養學生觀察思考的能力及互助學習的習慣。

遭遇的問題、困難：
(1) 與課本教材的結合。如純屬課外補充會佔據部分教學時間，影響教學進度。
(2) 學生課業壓力重，在家多無法配合交代事項。
(3) 跨領域教師的配合意願(如水火箭可請藝術與人文課上製作)。
(4) 教材必須要令學生感到有趣。

解決方法：
(1) 慎選教材。
(2) 尋求行政支援。
(3) 詢求願意配合的他領域教師。
(4) 舉辦科學營。
(5) 舉辦科學趣味競賽。

□鵬雄老師:
以水火箭製作學習牛頓運動定律和拋體運動單元時，雖然水火箭本體製作所需之材料相當容易取得但是實際實施發射時發射效果常因供氣方法的限制而使得效果大打折扣…飛不高、不遠…沒有明顯拋物線軌跡…比較不容易做水量、氣壓和飛行距離關係觀察。…
上面問題如何解決？
使用輕型空氣壓縮機，利用壓縮機本身之氣壓作動電源開關改變供氣氣壓…並因壓縮機儲氣桶設備可以提供快速充氣所以可以輕易讓水火箭達到最佳發射效果…

再提醒一遍應用動手做實驗於教學中，千萬不要只有手沒有腦，要手動腦也動！
周建和教授的網站「物理教學藝術與教具研究室」有許多動手做實驗可供老師選用，歡迎大家提出應用心得！