國立臺灣科學教育館 電流探險王 打開「電」的神秘黑盒子

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文 陳映慈 圖 國立臺灣科學教育館、楊越涵、陳映慈

博物館不只是一個靜態的展示場地,更是動態的教育推廣中心,藉著舉辦各種活動、營隊、工作坊提升社會大眾知識涵養,促進公共參與及社會關懷,當中的科學類博物館儼然成為科學教育的重要推手,為不同年齡層的受眾搭起親近科學的橋樑,開啟對科學領域的探索及興趣。

位於臺北市士林區的國立臺灣科學教育館,設立之初的首要任務就是輔助學校科學教育的推動,因此除了提供主題展覽外,更在平日周末及寒暑假期間針對學齡前及國中小學生規劃豐富多元的科學課程。

科教館研究助理陳虹樺表示,科教館設置許多專門的實驗室,推出基礎科學(如物理、化學、生物、地科等)及生活領域相關的科學課程(如程式設計、機器人等),很多課程搭配學校教學,畢竟學校實作機會不多,學習的深度與廣度有限,學生在科教館則可充分體驗動手實作的樂趣,「很多孩子第一次走進科教館的實驗室都相當興奮,因為專業的環境營造的氛圍,讓孩子覺得自己就是小小科學家!」

小學生學電力 不了解才會怕

「電與磁」是科教館每年都會開設的應用科學課程,今年寒假針對國小高年級生推出為期五個半天的科學營「電流探險王」。為什麼小學生需要了解「電」呢?陳虹樺說,今日便利的生活,從交通運輸到使用家電用品、上網等,幾乎任何事都需要電,「沒有電,就萬萬不能」,因此針對國小生規劃電力課程,讓孩子從生活及實驗任務切入,認識與探索什麼是電、電流、電磁。

負責課程設計的講師沈敬華發現,很多學生操作實驗遇到「電」就會怕,「其實電不可怕,不夠了解才會害怕,了解後就知道哪些是安全的、哪些不安全,因為害怕而不敢嘗試是很可惜的!」

孩子可以學習到電與磁同時存在但性質不同、電力如何產生等,因為電是抽象的,需要轉為具體形式讓孩子直接觀察,因此安排許多動手實作課程,讓孩子製作喇叭、人體導電、自走車等,以建立電路概念、學習電子聲響與發光元件原理、動力機械應用與能源轉換的初階概念。

自走車變暴走怪 自己設計實驗變因

在實作課程中,最受學生喜愛的是「自走車」。自走車利用電能轉換的原理,透過電池讓馬達轉動,帶動車體震動,進而移動。一開始希望學生做出的車子能走直線,但六、七位學生中只有一位學生的車子成功達標,其他都不受控,跌跌撞撞、轉圈圈,被學生叫做「暴走怪」,而暴走怪的「性能」取決於製作者底盤設計與纏繞線圈是否平整,若接觸不良或鬆脫,馬達就會暫停或停止。

相較於學校實驗步驟都已事先確定,沈敬華更希望孩子體驗自己設計實驗及變因的過程,雖然成品需要來回維修及調整,但孩子在過程中可以多觀察及嘗試,訓練解決問題的能力,這個過程才是真正重要的。不過大多數孩子遇到問題通常會直接舉手說「老師,我不會!」、「老師,你幫我!」沈敬華會鼓勵孩子再觀察或給點小提示讓孩子再想想、再試試,因為實作課程最重要的就是這個過程。

自製喇叭很酷 練習發表比想像中重要

為讓學生了解電磁感應,課程安排學生用杯子自製喇叭,這是所有實作中難度最高,操作較為複雜的,運用聲音訊號即為一種電流的原理,手機連接音源線,將音訊輸入線圈裡,通電後產生磁場變化,帶動強力磁鐵震動,震動接到外面的杯子,杯子震動產生的就是我們聽到的音樂。

營隊最後一天特別安排作品發表會,讓學生拿著自己的作品上台分享,一位五年級的男生覺得自己會做喇叭很酷,困難的部分是將八隻腳的IC連接在麵包板時會不小心插錯,電路不通就沒辦法放音樂,該名學生說:「自製喇叭的聲音跟買的喇叭不一樣,會有雜音,但自己做的有成就感啊!」

沈敬華認為,讓孩子練習發表非常重要,目的在於幫助他們說出遇到的困難,透過跟別人討論,可能會產生新想法,逐漸解決難題,並且在聆聽別人發表過程中也能修正自己的想法,這都是科學研究需要的能力。

科學研究本質 黑箱摸索

令沈敬華印象深刻的是,當課程上到運用電磁感應的渦輪發電機,討論臺灣常見的渦輪發電機的形式時,所有學生竟然都以為臺灣發電大宗是核能,直到她拿出在台電網站上的資料才讓學生相信火力發電是目前主力,也趁機讓孩子了解科學必須要求證、追根究底。

為讓孩子認識科學研究的本質,營隊一開課就玩了一個「黑箱探索」遊戲,黑箱子裡面放置切開的香蕉、皮剝一半的橘子及非牛頓流體(玉米粉加水調配,若無施力是液體,若施力則變固體),讓學生伸手進黑箱摸索,手若慢慢伸入,則可進入,若用力搥打則進不去,讓學生觀察手沾到的東西及味道,猜測黑箱裡面的物品。

「這主要是讓孩子體會:目前我們所知道的科學是所有人類以能觀測的東西進行猜測,它不一定是真的,科學就是一個不斷被建構、被推翻、再被建構的過程,在黑箱打開之前,沒人知道裡面是什麼。」沈敬華說。

[課程規劃小撇步] 受訪人:「電流探險王」共同講師 劉几華

畢業於交通大學電子物理所的劉几華回想自己的求學歷程,跟大多數人一樣沒有充足的實作機會及經驗,即便唸到研究所,動手實作的能力仍相當有限,被各種「眉角」卡關,相當痛苦,但慢慢克服問題後,那種成就感及快樂不可言喻。

因此她規劃科學營隊時,不只融入實作機會,讓孩子玩得開心,同時更重視孩子是否從中學到東西,「知識及快樂的比例需要平衡」,對於國小生的科學學習,需要在實作與活動中穿插知識講解,且知識講解時間控制在10分鐘內,否則學生的精神就會開始渙散。

劉几華以台電的設備為例,認為科教課程可先從現場出發。「我當學生時曾參觀電廠,那時才知道渦輪機運轉速度快得超乎想像,帶給我『眼見為憑』的震撼。」台電擁有許多電磁應用的設備、環境、訊息,非常適合舉辦相關科學營,參訪電廠同時搭配解說與學習單,讓參觀與知識結合,不只看熱鬧,也能學門道。

另外,也可延伸涉獵國內現階段發電方式的研發更新、國外發電方式新科技等,拓展下一代的電磁科學視野;動手實作部分,可交付孩子一個任務,不指定實作步驟,給孩子舞臺發揮創意,連結他們的所知所學,學以致用,收穫會更深刻長久。

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