國立自然科學博物館 風力發電機 小小頭腦順風轉動

680期

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文 吳芝妍 圖 國立自然科學博物館、吳芝妍

位於臺中市北區的國立自然科學博物館,占地89,000平方公尺,面積廣大,是一個包含六個場館(空間IMAX劇院、科學中心、生命科學館、人類文化廳、全球環境廳和植物園)的綜合展場。除了各館場不定期策劃內容充實的科學展覽與劇場外,同時也規劃許多學習推廣課程,包括演講活動、科學演示,以及十分受歡迎的動手做課程,結合各種生活科學,協助中小學生運用簡單的材料,從動手做中體驗科學原理。

風能電能雙向啟發 了解馬達原理

「風力發電機」正是動手做教案中受到熱烈迴響的主題之一,每梯次至多35人,時間以二小時為限。前半段為原理解說,後半段是實作。不但小朋友喜歡,家長也給予非常正向的支持,甚至有家長遠從新竹、彰化、嘉義等地帶孩子前來參加。

說到課程規劃的緣起,解說員許明倩表示:「我們想要運用馬達,讓小朋友知道它的雙向原理。」一般科學實驗都是提供電源利用馬達產生作用,相反地若是不提供電力,該如何讓孩童了解馬達的原理?因此許明倩與活動組的同仁便規劃了風力發電機,透過風吹動扇葉轉動,進而帶動馬達運作產生電力,安裝上一顆小小的LED燈泡,便可以讓燈泡發亮,展現風力發電的元素、原理和功率。

同時教育孩童風力發電雖然不需要消耗燃料,是環保的發電方式,但是也有可能造成候鳥棲息地減少等環境影響。不僅發電是雙向原理,發電機的優缺點也是一體兩面,盡可能讓孩童了解相關的知識內容,促進思考。「當然,讓LED燈亮是一種最簡單的方式,一點點的能量就可以讓小朋友做完之後很有成就感。」常常課程結束後還能看到小朋友興奮地向父母親分享課程成果,讓老師們也非常有成就感。

簡單實驗 實際手作不簡單

風力發電機教材分為兩大類。一種是「模組」類,以簡單的組裝模組讓學生體驗風力產生電能的科學體驗,提供給手部施作能力尚未熟練的小學三年級左右學生。然而,並非每個小朋友對科學都非常有熱忱,「通常我們會先找一位想示範的小朋友,鼓勵他完成,當其他小朋友看到燈泡會亮、風扇會轉,就會願意也去試試看。」藉由實作示範,能夠吸引沒有熱忱的小朋友跨出第一步,比課程前半部原理解說、施作流程講解都來得更有效果。

另一種是「手作設計」類,通常會鼓勵國中學生自己設計扇葉,在卡紙上畫出設計的形狀並裁切,黏貼固定至竹籤上,完成整個風力發電機的製作。「我會讓學生自行思考一下,希望國中的孩子可以自己完成,在過程中對馬達的構造有更多認識。」學生們必須思考是否越大的扇葉就轉動得越快?或是每個扇葉的安裝角度是否影響受風力?看似簡單其實有些難度,只能不斷嘗試,透過自己手作嘗試面積大與面積小的扇葉差異。這也是學生們自行思考及動手調整實驗後才能獲得的經驗累積。

獨立思考與創造力 是與生俱來的天賦

「印象最深刻的是,有一個孩子的扇葉是『閃電』形狀,雖然不是轉得最快、效果最好的,但這個造型是最具創造力與想像力的。」很多孩子常常單方面地接受老師的教導、接收課本上的資訊,卻沒有進行思考並解決問題的步驟,這門課程希望孩子可以加深自己對事物的理解和認知,並從動手做的過程中,經過獨立思考,發現更多可能性,及更多未知的有趣之處,甚至可以歸納出心得,「最希望的就是看到他們給我不一樣的答案」,許明倩笑著說。

雖然參加課程的學生年紀都不大,但動手做教案的基本意義在於:小朋友能夠勇敢離開父母的保護走入科博館,親自去完成一樣作品,儘管對發電原理懵懵懂懂,或許走出教室,最後什麼都忘光光也沒有關係,這對學習階段的他們而言是一個很棒的經驗,「小朋友能親自動手去做,我覺得就是最好的收穫。」

偏鄉到校服務教學 讓教案與生活連結

動手做風力發電機教案,也是到校服務的熱門項目之一,尤其是海線偏鄉學校,學生們的生活環境本就會接觸風力發電機,透過動手做課程能將風力發電的原理與日常印象相互連結,藉由互動式教學,對風力發電機能有更深刻的認識,因此學校對此活動的報名非常踴躍。

「他們每天都看得到風力發電機,可是只知道風力發電機會發電,不了解原來其中的原理是扇葉帶動馬達轉動才能有電。」許明倩發現,偏鄉孩童DIY的機會相對較少,可能是第一次接觸馬達,也可能是第一次接受課本以外的教材,因此在操作能力上進度也比較緩慢。「山區是大家印象中的偏鄉,因此針對山區學校的資源補助不少,而海線的偏鄉學校相較之下就沒有這麼多,所以動手做的到校服務非常有意義,除了讓小朋友完成風力發電機,獲得難得的體驗,也打開他們探索更多事物的視野。」

課程規劃小撇步

「風力發電機」活動組解說員 許明倩

臺中國立科學博物館活動組的解說員許明倩已經服務將近二十年,以同理心思考並調適自己的教學心態,保持正向熱情的態度為參加課程的學生解說,並從不同對象的回饋中獲得樂趣與成就感。策劃教案多年的她,希望與讀者分享幾項課程規劃上的小秘訣。

一、課程內容與實驗過程需要與生活連結在一起,讓學童能夠輕易理解、思考與想像,才不會流於抽象。

二、配合學校課綱也是一個課程規劃的要領,跟學校課程連結,在實作實驗中孩子可以加深印象並且融會貫通,讓科學變得更有趣。

三、設計課程的過程中,盡量挑選互動性高的項目。例如有興趣做模型的學童較少,但若是做賽車,通常大部分的學童都會有動手的意願。

四、獲得「第一名」這個稱號,對孩子有非常大的吸引力,並能提升參與課程製作的動力,策劃教案的流程最後若加上競賽橋段,小朋友會更加投入,認真研究如何動手做到最好。

五、教材的設計必須具備彈性。例如,同一樣教材可以運用在不同的教案上,藉此降低成本,規劃教案時要以整體性為出發點,而非單一教案應用。此外,教材包當中必須要可以因應各種對象而變通,例如:遇到特教兒童就必須挑選簡單且具有良好啟發性的實驗片段來進行授課。

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