重走科學家的發現之旅,從真實觀察到探究道理

重走科學家的發現之旅,從真實觀察到探究道理

科學專題研究,研究你喜歡的事情

學次方的自學課程中,有一個向度屬於探究向度,在這個向度裡有「基礎科學探究」、「藝術時光」及「世界公民高峰會」。孩子可以根據自己的興趣選擇不同領域的課程,不過這些課程共同的核心都是探究的精神。在這些課堂中,我們期望孩子找回對世界的好奇心、從生活中發現問題、並試著提出假設與實際驗證。「基礎科學探究」這堂課強調的是科學領域的精神與展現,與自然、化學、物理或者科技相關的研究都可以在這堂課被實現,我們也會引導孩子挖掘更深一層的科學領域及研究方法。

用已知的方法,去探索未知

孩子在過去已有科學課的經驗,於是學期的第一個月,我們先用「眼睛為什麼看得見」及「爆米花的科學」這兩個實驗來複習實驗探究的過程。

期初的複習著重在「假設、驗證、形成結論」的過程,我們尚未讓孩子馬上從無開始到研究最後,而是以現有的實驗來做練習。而孩子也在這兩個實驗中不斷修正自己的假設,經過討論與提問,得以將越來越多觀察到的現象納入自己的想法中,一步一步修正,最終得到了一個不完美但完整的結果。

孩子做的爆米花實驗記錄,將觀察到的訊息一一記錄下來,並且進行推論

從興趣出發,探索自己喜歡的事情

十月的一開始我們花了一節課看各類科學書籍,原本就對電類玩具感興趣的孩子也因此選定自己感興趣的主題──「轉不停的陀螺」。

確定主題後,我們一起拆解了這個主題中所需要的元素和配件,並且重新訂定為成三個小題目,如同自由研究訂下研究時程與里程碑一般,我們決定了三個里程碑:自製陀螺、電磁鐵及成品組裝。(延伸閱讀:研究也會失敗,我們需要「放棄,再來!」的勇氣

孩子將實驗結果做成海報

【主題一】自製陀螺

自製一顆陀螺聽起來不難,早已習慣動手做的孩子很快就準備好需要的材料,在學次方早以養成找到材料後就開始製作的習慣。

不過真正的難關在實驗開始後才真正浮現,光要讓陀螺得以維持正轉一段時間,就需要考慮摩擦力、重心位置及平衡等問題。於是孩子冷靜下來想了一下,決定一個一個問題解決。

首先,他選擇了在平坦的桌面上測試,而非有凹槽的地面;再來,他用在數感課裡學過的找重心方法來推算出乒乓球重心的位置;最後,黏貼軸心時還需要小心控制黏膠的使用才能讓整顆陀螺維持平衡。

努力了好幾堂課的時間,孩子最後終於順利做出平衡的陀螺,還把玩了好多天呢。

努力製作陀螺中,每一個點都要小心控制

【主題二】電磁鐵

在自製陀螺時的問題幾乎都是孩子自己解決的,不過電磁鐵就可是孩子從來沒碰過的領域!於是我們花了一些時間複習極度有限的電與磁的概念,事實上孩子會的並不多,電學的部分只會串聯和簡單的並聯、磁學的部分也只知道同性相斥及異性相吸。

不過因為電生磁是一個發現並非發明,所以這樣的先備知識也足夠孩子把電磁鐵做出來囉!我們就像當年的厄斯特,用指北針和金屬小物去證明我們繞出來的線圈迴路具有磁鐵的性質。

有意思的是,因為是在書上看到的科學玩具,孩子深深相信電磁鐵的製作非常簡單,但探究的過程是不可能會這麼順利的(尤其老師基本上不會馬上出手幫忙做玩),孩子很快就發現事情沒有想像中簡單,沒想到好不容易繞完的線圈電磁鐵,竟然連一個迴紋針都吸不起來!

孩子用自己的知識回頭檢視每個環節,確定電路沒有短路後,我們停下來思考與討論還有沒有其他原因,過程中彼此互相丟出想法以及彼此延伸,最終一起將整個裝置中可以被替換的元素列出來,發現漆包線的粗細、圈數與電池的種類等,這些都可能是造成電磁鐵能力差異的原因。

整個過程我們又花了一個月來做各種假設與修正,最後電磁鐵成功把一整堆兩腳釘吸起來的時候,孩子真的是興奮到歡呼!

電磁鐵成功!研究的成就感就是科學探究最美好的禮物!

【主題三】組合成轉不停的陀螺

完成了陀螺和電磁鐵,再加上磁簧管後就能組裝轉不停的陀螺。

有了前面的經驗,這次的陀螺組裝相當順利,可惜自製的陀螺很難貼上強力磁鐵,最後只得先妥協使用市售的塑膠陀螺來代替,其他每一個環節孩子都順利地解決問題,並能夠用自己的話解釋其中的科學原理喔!

用LED燈測試迴路中,連檢查的方法都不能忽視

【成果發表】三峽科學日

這門課除了孩子的自主探究外,我們也為孩子找了一個舞台發表自己的研究過程。

我們在三峽科學日中要了一個攤位,一樣和其他學校的國高中生們進行擺攤,攤位中不是單純地帶大家玩科學玩具,而是發表自己的研究成果,並且現場帶著其他參加者進行探究,讓參加者做做看也想想看:不同的線圈圈數會對磁力有什麼影響?

因為是自己扎扎實實做了三個多月的研究,發表當天孩子自信的模樣與清晰的表達邏輯,都得到體驗民眾大大地讚許喔!

科學日教學中,可以選擇三種不同的線圈圈數來繞,在研究看看有什麼差別

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【基礎班】星期一 10:30~12:00

【進階班】星期一 10:30~12:00

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