「2022論壇/動手學科學/物質科學II」修訂間的差異

於 2022年12月13日 (二) 04:33 的修訂

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、非線性

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

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