「2022論壇/動手學科學/物質科學II」修訂間的差異

於 2022年12月29日 (四) 04:13 的最新修訂

我們的目標是：完成一份涵蓋中學生與國民科普的動手學科學課程拼圖：

首先從物質科學著手，希望能在兩年內完成一份涵蓋 80~100 個「物質科學原理」的清單。以下是第 0.1 版的大綱，還很不成熟，須要很多輪的討論，才會具有可行性。

一、原子與分子

原子
- 原子的概念
- 原子核與電子
- 陰極射線
- 油滴實驗
電子軌域
包立不相容原理
自由電子：
- 金屬有導電的特性
- 金屬有良好的熱傳性
- 金屬具有光澤
波粒二象性
週期表
常見元素
化學鍵
- 共價鍵
- 離子鍵
- 金屬鍵
- 氫鍵
- 凡得瓦力
- 分子組合方式、形狀
常見化學反應
- 氧化還原
- 酸鹼中和
- 肥皂皂化
常見分子
- 大分子
溶液
- 濃度
- 電解質溶液
混合物
基本物理量
密度：遙控的浮沉子；Density_密度(PhET)

二、物質的態

從微觀到巨觀認識物質的態
三相圖
透明
壓力
-----二-一、氣體-----
理想氣體方程式
- PV=nRT
白努力定律：紙飛機、巧奪天工
-----二-二、液體-----
浮力
非牛頓流體
超流體：無分子間的摩擦力
白努力定律
-----二-三、固體-----
結晶
彈性
虎克定律
拉伸模量(楊氏模量)
-----二-四、液晶-----
液晶
-----二-五、電漿-----
電漿

三、能量

能量轉換：能量變變變
動能、位能：八仙過海
能量守恆：能量變變變；牛頓擺；Energy Skate Park_能量滑板競技場(PhET)
-----三-一、熱力學-----
溫度：是粒子的平均動能
絕對零度
熱平衡：
- 比熱
反應速率與動態平衡
熵增原理：
熱機：如對空氣加熱後使空氣膨脹，帶動機械運轉

四、重力(萬有引力)

重力是什麼
- 質量對時空的扭曲
- 低速時：萬有引力定律 / 伽利略變換
- 高速時或極大重力場：廣義相對論 / 勞倫茲變換，須尋求更準確的描述
重力的應用：啄木鳥、憤怒鳥、射紙牌、放手百元鈔

五、力與運動

位移、速度、加速度
動量與力：引進力的定義(dP/dt=F)，應用如安全著陸
壓力
作用力與反作用力原理：八仙過海；飛行火箭
- 動量守恆
力矩
槓桿原理：倒與不倒；漂浮鐵鎚
省力機械與方便機械
重心：飛行火箭；倒與不倒、會排水的喝水鳥(分子間力)
角動量守恆：你儂我儂(無外力矩時)
自轉、進動、章動：你儂我儂(陀螺)
摩擦力：
- 靜摩擦力
- 動摩擦力
- 黏性液體
虎克定律：壓縮彈簧

汰除：

接觸力 / 超距力：(近代物理用場取代超距力)

六、電與電路

電荷
電壓
電池
電流
電阻
- 超導現象
- 光敏電阻
電功率
基本電路：Circuit Construction Kit: AC_電路組裝套件：交流電(PhET)；Circuit Construction Kit: AC - Virtual Lab_電路組裝套件：交流電 - 虛擬實驗室(PhET)
二極體
- 半導體
- 單向導電
- 發光
- CCD
電晶體
-----六-一、電磁-----
電荷運動與磁力線：倒與不倒
- 磁流體
冷次定律：磁煞作用
馬克士威爾方程式
1. 法拉第定律
2. 馬克士威-安培定律
3. 高斯定律
4. 高斯磁定律
電機
-----六-二、電磁波(光)-----
波：聲波(PhET)；Fourier: Making Waves_傅立葉：產生波形(PhET)
- 波長 / 頻率(週期倒數) / 波速 / 波形
- 都普勒效應
- 駐波
- 基音、泛音
電磁光譜
- 波長與顏色
- 雷射
干涉：光碟科學DIY；Wave Interference_波的干涉(PhET)；量子波干涉(PhET)
色光三原色
視覺暫留：倒與不倒
反射：隱形玻璃
折射：顯微放大鏡；幾何光學及混合光經稜鏡色散再複合；Bending Light_光的折射(PhET)
- 全反射與光纖
光學儀器：凸透鏡與凹透鏡：顯微放大鏡；Geometric Optics_幾何光學(PhET)

七、尺度、線性與非線性

適用尺度
- 單元/系統尺度，實現湧現(emergence)，平方-立方定律，名目、順序、區間、比例，測量尺度
迭代與初始值敏感性
碎形
- 非整數維度
費根鮑姆常數
混沌與結構
智群
- 人類城市
- 蟻群
- 蜂群
- 鳥群
- 魚群

八、量子力學

基本粒子標準模型
- 強力與弱力
雙狹縫實驗
波粒二象性
- 光電效應
- 互補原理
- 波函數塌縮
能階
- 波耳氫原子模型(光譜)
汞
不連續
- 黑體輻射
疊加原理：如量子態疊加原理
量子穿隧效應
量子纏結
量子去相干
不確定性原理
量子位元

九、相對論

等效原理
光速不變
勞倫茲變換
汞
質能轉換
- 質量守恆(v<<c)
質量造成時空彎曲
重力波

(播放離線影片)

專案簡介

(緣由介社，為什麼會想發起這個專案，一些背景資訊)
全民科學平台由遠哲科學教育基金會推動、信誼基金會贊助。丁志仁為本專案經理人，招集教師社群、編輯群，進行平台維護和活動上架。

引領科學教育新典範

全民科學平台未來將規劃一套完整的自然科學學習系統，短期內使用各區域科學教育館的資源，推廣、辦理實體公開課程；未來提供完整的自然科學探究與實作內容，提供老師授課時利用，並且得以視需求更改課程所需的內容。

動手學科學

動手學科學的四大理念

為避免目前同學學習科學時，腦中會自行建立「切換開關」的現象––進教室就採用上課模式，出教室就切換到生活模式，兩者涇渭分明的缺點，我們認為應該推動「動手學科學」的科學學習典範，並把握以下四個要領：

使用生活中的材料與現象來設計科普教學活動。
儘量讓學生動手做。
重視問題探究。
採用 CC 授權，允許使用者將教材改成現場需要的樣子。

並本於實體課程，開設的公開實體課程，以動手做科學、親子共學、生活體驗作為公開課核心精神。預計未來兩年，設計四組課程，共八十多個動手學科學活動上線，並將授課老師的教案上傳至全民科學平台維基頁，採用CC授權(姓名標示-相同方式分享)的方式釋出，以利未來授課老師取用教材且得更改課程所需的內容。

網站

http://science4everyone.net

物質科學I

2020年，第一次辦理全民科學平台動手學科學公開課【物質科學Ｉ】。

物質科學II

受到疫情影響，動手學科學【物質科學II】延後至2022年辦理。動手學科學【物質科學II】公開課共31位學員，涵蓋17個科學觀念，總計上架20個活動頁。

要解決的問題

找國內作科普的友人，一起去把中小學重要的科學原理整理出來
將「學習 / 認識」這些原理的動手學科學的活動全部「蒐集 / 設計」出來
導入學校教育，增加台灣科學教育「動手做」的比重，減少「應試教育」的比重
連結國內外的科普線上資源，共同營造一個動手學科學的友軍網絡

@@ 行 5： / 行 5： @@
 #原子
 #*原子的概念
-#*
+#*原子核與電子
+#*陰極射線
+#*油滴實驗
 #電子軌域
 #包立不相容原理
@@ 行 16： / 行 18： @@
 #常見元素
 #化學鍵
+#*共價鍵
+#*離子鍵
+#*金屬鍵
+#*氫鍵
+#*凡得瓦力
 #*分子組合方式、形狀
+#常見化學反應
+#*氧化還原
+#*酸鹼中和
+#*肥皂皂化
 #常見分子
 #*大分子
+#溶液
+#*濃度
+#*電解質溶液
+#混合物
+#基本物理量
 #密度：遙控的浮沉子；Density_密度(PhET)
 ===二、物質的態===
+<div style='float:right'><img src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/97/Phase_diagrams_with_liquid_crystal_and_plasma.svg' width=500 height=*/></div>
 #從微觀到巨觀認識物質的態
 #三相圖
 #透明
-#壓力
+#壓力<br/>-----二-一、氣體-----
-<img src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/97/Phase_diagrams_with_liquid_crystal_and_plasma.svg'/>
-===二-一、氣體===
 #理想氣體方程式
 #*PV=nRT
-#白努力定律<!--(會用到 PV=nRT//應該是 動能+位能+流體作工=定值 較好)-->：紙飛機、巧奪天工
+#白努力定律<!--(會用到 PV=nRT//應該是 動能+位能+流體作工=定值 較好)-->：紙飛機、巧奪天工<br/>-----二-二、液體-----
-===二-二、液體===
 #浮力
+#非牛頓流體
 #超流體：無分子間的摩擦力
-#白努力定律
+#白努力定律<br/>-----二-三、固體-----
-===二-三、固體===
 #結晶
 #彈性
 #虎克定律
-#拉伸模量(楊氏模量)
+#拉伸模量(楊氏模量)<br/>-----二-四、液晶-----
+#液晶<br/>-----二-五、電漿-----
-===二-四、液晶===
-#液晶
-===二-五、電漿===
 #電漿
@@ 行 53： / 行 60： @@
 #能量轉換：能量變變變
 #動能、位能：八仙過海
-#能量守恆：能量變變變；牛頓擺；Energy Skate Park_能量滑板競技場(PhET)
+#能量守恆：能量變變變；牛頓擺；Energy Skate Park_能量滑板競技場(PhET)<br/>-----三-一、熱力學-----
-===三-一、熱力學===
 #溫度：是粒子的平均動能
 #:絕對零度
 #熱平衡：
+#*比熱
+#反應速率與動態平衡
 #熵增原理：
 #熱機：如對空氣加熱後使空氣膨脹，帶動機械運轉
@@ 行 76： / 行 84： @@
 #力矩
 #:槓桿原理：倒與不倒；漂浮鐵鎚
-#省力機械 / 方便機械
+#省力機械與方便機械
 #重心：飛行火箭；倒與不倒、會排水的喝水鳥(分子間力)
 #角動量守恆：你儂我儂(無外力矩時)
@@ 行 83： / 行 91： @@
 #*靜摩擦力
 #*動摩擦力
-#*黏液液體
+#*黏性液體
 #虎克定律：壓縮彈簧
@@ 行 92： / 行 100： @@
 #電荷
 #電壓
+#電池
 #電流
 #電阻
+#*超導現象
+#*光敏電阻
 #電功率
 #基本電路：Circuit Construction Kit: AC_電路組裝套件：交流電(PhET)；Circuit Construction Kit: AC - Virtual Lab_電路組裝套件：交流電 - 虛擬實驗室(PhET)
 #二極體
-#電晶體
+#*半導體
+#*單向導電
-===六-一、電磁===
+#*發光
+#*CCD
+#電晶體<br/>-----六-一、電磁-----
 #電荷運動與磁力線：倒與不倒
+#*磁流體
 #冷次定律：磁煞作用
 #馬克士威爾方程式
@@ 行 107： / 行 121： @@
 ##高斯定律
 ##高斯磁定律
+#電機<br/>-----六-二、電磁波(光)-----
-===六-二、電磁波(光)===
 #波：聲波(PhET)；Fourier: Making Waves_傅立葉：產生波形(PhET)
 #*波長 / 頻率(週期倒數) / 波速 / 波形
+#*都普勒效應
+#*駐波
+#*基音、泛音
 #電磁光譜
 #*波長與顏色
+#*雷射
 #干涉：光碟科學DIY；Wave Interference_波的干涉(PhET)；量子波干涉(PhET)
 #色光三原色
@@ 行 118： / 行 135： @@
 #反射：隱形玻璃
 #折射：顯微放大鏡；幾何光學及混合光經稜鏡色散再複合；Bending Light_光的折射(PhET)
+#*全反射與光纖
 #光學儀器：凸透鏡與凹透鏡：顯微放大鏡；Geometric Optics_幾何光學(PhET)
-===七、非線性===
+===七、尺度、線性與非線性===
+#適用尺度
+#*單元/系統尺度，實現湧現(emergence)，平方-立方定律，名目、順序、區間、比例，測量尺度
 #迭代與初始值敏感性
 #碎形
@@ 行 135： / 行 155： @@
 ===八、量子力學===
 #基本粒子標準模型
+#*強力與弱力
 #雙狹縫實驗
-#波粒二象性 / 互補原理 / 波函數塌縮
+#波粒二象性
+#*光電效應
+#*互補原理
+#*波函數塌縮
 #能階
+#*波耳氫原子模型(光譜)
 #:汞
 #不連續
+#*黑體輻射
 #疊加原理：如量子態疊加原理
 #量子穿隧效應
@@ 行 152： / 行 178： @@
 #勞倫茲變換
 #:汞
+#質能轉換
+#*質量守恆(v<<c)
 #質量造成時空彎曲
 #重力波