科學探究活動 科展作品研究方式舉隅

1. 科學探究活動科展作品研究方式舉隅 周進洋 高雄師大 科教所 2008, Oct. 3

2. 報告綱要 科學展覽就是探究活動 科學方法的特質 科學想法 科學探究的一般過程 尋找科展主題 基本態度 經驗談

3. 科學方法的特質 科學方法雖然在其精細的形式上顯得頗為複雜，在本質上卻相當簡單。它就是觀察事實，使觀察者能夠發現那些支配著所要研究的事實的普遍規律。先觀察，後做規律的推斷。

4. 達爾文的科學方法 參考自己或古人已有的成績，決定研究的範圍。 廣泛的認清這範圍內的事實，越多越好。 運用歸納法從上述的事實中誘導出一個暫時性的 假說。 細心的經營這假說，並且收集更多的相關資料， 使用歸納法進一步修正或捨棄這假說。這些的資 料來自於有系統的觀察自然界或謹慎處理的實驗 。

5. 科學想法 • 當科學家不同意另一位科學家的時候 • 科學家常說他們的工作就是在處理一些事實。如果真的如此，為什麼他們會不同意另一位科學家？ • 科學家所說的事實有何意義？ • 為什麼要做實驗 • 在實驗中，科學家做了什麼工作？ • 好的與壞的想法 • 實驗數據與原先想法有什麼關係？ • 數據的意義

6. 科學探究的一般過程 確定科學問題：不尋常的現象 建立科學假說 科學論證：儘可能地準確、完整分析、解釋數 據以支持原先的假說

7. 假說A 這種植物的葉子含有棕尾毛蟲喜歡攝取的化學成份 假說B 別種植物含有棕尾毛蟲不喜歡的成份 不尋常的現象：棕尾毛毛蟲偏好吃某種 植物的葉子

8. 尋找科展主題的基本態度 • 科展的舉辦原則 • 科展的本質 • 科展評審基準之我見

9. 科展的舉辦原則 • 強調原創性 • 把握教育性 • 重視科學性 • 力求持續性 • 注意真實性

10. 科展的本質(一些教師的看法) • 科展的本質在於啟發學生去觀察、學會提出假設、設計實驗步驟、驗證與修正。 • 學生對科學或生活周遭現象的好奇，進而設法了解問題/現象、過程技能與科學知識的成長、培養學生的創造力及思考能力。 • 學習由實驗的成果來歸納、推理、作結論， 培養敏銳的觀察力及豐富的想像力。 • 培養正確的科學方法、重視觀察紀錄、分析資料，大膽假設、實驗分析與結果討論，以及培養重視自然環境與關心環境的態度。

11. 科展評審基準之我見 • 原創性。 • 良好的科學步驟。 • 清楚明確的問題 • 明確假說 • 完整的方法 • 有足夠的量化數據來回答所提出的問題 • 小心地紀錄、分析數據 • 確認各項變因與控制變因 • 合理的結論 • 科展作品與活動過程對學生有良好的價值。 • 器材簡單不複雜，有創造性。

12. 尋找科展主題的經驗談 科展作品目錄 經驗 時事 商品廣告

13. 從科展作品的評語發現科展的重點 • 簡易測定法拉第常數及氧化數之方法及自製教具之研究 (21-1) • 應用自製的微量天平來改進銅銀電鍍實驗的定量工作，以簡化實驗過程，精密實驗結果。 • 學生能夠就物理與化學所習得的知識加以統整應用，研究設計電鍍陰極板重量變化的稱量裝置，並利用此實驗裝置，求出法拉第常數及氧化數，其構想、推理及實驗過程均甚為良好，並對於實驗教學地有幫助。

14. 利用蔬菜水果製作電池的研究 (21-2) • 利用各種蔬菜水果的含酸性溶液來製作果菜電池，以達到就地取材、學以致用，提高同學對化學研究的興趣，增進學習效果。 • 利用果菜製作電池的研究已相當普遍。本研究探討果菜電池產生的電流強度與果菜的種類、果菜汁濃度、電極面積、兩極距離、電極種類、溫度等等關係，本實驗數據齊全，表達頗為生動(發生的電流用於運轉電鐘，對教學甚有價值)。

15. 蠟燭燃燒的探討 (21-3.1) • 課本蠟燭燃燒的實驗是讓薊頭漏斗下的蠟燭直接在空氣中燃燒，結果發現由於薊頭漏斗下的氧氣量不足，以致蠟燭燃燒不完全而有黑色的碳粒殘留在薊頭漏斗上造成誤差。嘗試改進實驗，以供給充分氧氣、收集燃燒產物，來減少實驗誤差。 • 分析課本實驗上造成的誤差原因，改進實驗裝置，減少實驗誤差，效果良好，可供實驗教學的改進。

16. 鎂帶在坩堝中燃燒只產生氧化鎂嗎？－談氧化鎂化學式求法的校正 (22-2) • 探討氧化鎂化學式實驗誤差的主要原因。 • 鎂帶在坩堝中燃燒後產物的探討及分析。 • 改進氧化鎂化學式的實驗方法。 4. 先以實驗證明教科書中操作欠周密，結果欠正確，暨討論實驗技巧之改進並研討Mg3N2生成之影響及改進方法，所建議之改進方法，均合理亦實用，可供修定教科書之參考。

17. 洗衣學問一籮筐；激「濁」揚「清」知多少？ (32-1) • 以自製模擬洗衣槽與脫水槽，以及家用洗衣機，來控制變因、操縱變因，實際進行洗衣工作，探索各種不同的洗衣方式，如何的激「濁」揚「清」？ 5. 本研究非常有系統將洗衣時所須用的洗衣粉濃度、洗衣時間長短、流水的強弱及水量溫度影響洗衣做一完整的研究，可見小小的「洗衣」這件事學問還蠻大的，研究成果豐碩，研究精神值得獎勵。

18. 能量間的轉換 (32-2) • 以鋅和硫酸銅溶液化學變化的放熱反應來引發想法，以探究此化學反應是否能同時產生不同形式的能量，並進一步探討化學變化是否也能產生電能。 6. 本研究旨在利用簡單Cu/Zn電池說明電能如何變為溫度，同時研究硫酸銅溶液濃度、溫度、時間及反應面積對此能量轉換影嚮。此研究成果豐碩具有教學上應用性。

19. 銅與硫酸銅晶體的探討 (32-3) • 設計一系列實驗來探究電解硫酸銅溶液實驗中負極所析出的黑色物質，以及形成銅樹的條件。 7. 本研究研究成果豐碩，對銅樹的形成做相當深人的探討，包括電極材料、溶液濃度、磁力電壓對銅樹生長影響。

20. 蟹殼與環保－差動水質監測器 (35-2) • 希望從蟹殼中提取幾丁質，並避免製造過程中的二次污染。 • 以所製備的幾丁質來測試實驗室中常見的金屬鹽與水體中鈣、鎂等離子的吸附與過濾的效能。 • 利用研究結果發展一套符合排放標準的水質監測器。 8. 本研究從蟹殼中萃取幾丁質並用幾丁質吸附廢水中的金屬離子，並發展一套符合環保署排放水標準之水質監測器，本研究不只能從環境廢棄物(蟹殼)得到有用物質(幾丁質)並用此物質來做廢水中金屬離子吸附及分析，非常有效的應用環境廢棄物，值得獎勵。

21. 注射針筒在理化實驗上的應用 (35-3.1) • 利用塑膠針筒設計簡易的實驗裝置來從事不同氣體的製造、收集、溶解度、酸鹼性、擴散速率、波以耳定律的探討，並使用塑膠針筒來改進電解水的實驗裝置。 9.本研究用非常普通的塑膠針筒可做很多的化學實驗(如氣體收集、氣體溶解度、氣體擴散速率及電解等等)非常難能可貴，惟過去國中化學實驗亦使用注射筒，如能參考其優劣並能改進使實驗精確度更大那會更好。

22. 從科展作品的研究動機、目的與問題發現科展的重點從科展作品的研究動機、目的與問題發現科展的重點 • 能量間的轉換 (32-2)研究動機：國中理化教科書用鋅＋硫酸銅溶液→銅＋硫酸鋅溶液＋熱量(固體) (固體) (無色)化學變化來說明放熱反應的想法。這個反應式，是否能同時產生幾種不同形式之能量？

23. 研究目的： (1)外加電路與未接電路對銅析出的影響。 (2)找出外接電路上電流大小與析出銅的重量之 關係。 (3)找出影響電流及銅析出的各項變因：如濃度 、溫度、時間、反應面積等。

24. 2.碘液的顏色消失了？(續) (28-2) 研究動機： 和學長們討論去年參加全國科展的內容─關於第一部份碘液和葡萄糖的氧化還原，顏色消失已充分明瞭。但是有關第二部分─澱粉藍色複合物受熱顏色消失，冷卻可恢復的問題，大家仍然有許多疑問，評審教授也認為她們用來討論顏色消失的論述有誤。

25. 研究目的： 1.取材不同澱粉來源，比較和碘液作用後的呈色反應 ？ 2.仔細觀察碘－澱粉藍色複合物受熱顏色消失現象？ 3.改進並收集加熱後所產生的蒸氣，以定量方法研究 ？ 4.利用光電比色計補助，計算碘溶質的莫耳濃度？ 5.利用碘－澱粉的呈色反應作為酸鹼指示劑？ 6.確定實用化學課本實驗4-1「漿糊的稀薄溶液加碘顯 出藍色，此藍色熱則消失，冷則復現，這是一種很 靈敏的反應」，這句話的真正含義？是否有誤？

26. 3.固體中擴散現象的研究 (34-2) 研究動機： 在日常生活中，因運動而產生的腫傷，我們在皮膚上塗抹藥物，讓藥物進入到皮膚內而產生藥效，應該也是一種擴散。固體的染料和布同時放入水中，染料溶解後，進入布的纖維內，使纖維產生著色的染色現象，應該也是一種固體中的擴散現象。本校在去年科展中，曾探討膠體中的擴散現象，並獲獎。本年度延續去年的研究，探討固體中的擴散現象。

27. 4.鹵素活性大小比較的設計與廢液處理 (34-1) 研究動機： 在國中理化課本學到了一些重要元素的性質及反應，尤其有關鹵素的示範實驗，覺得又好奇又喜歡，它係利用四氯化碳溶劑使反應物產生各種顏色的變化來比較活性的大小。雖然動作簡單但總覺得不順手。而溴碘等之製備並無介紹，以及實驗完後混合液及餘氣應如何處理或回收並無加以指示，因此為配合政府環保政策就在老師的指導下以此作為研究的主題並加強環保之工作。

28. 試試看 1.對有何影響？ 2.對的影響程度如何？

29. Many Thanks Man errs as long as he strives. Max Planck – Nobel Lecture, June 2, 1920 29