2022論壇/動手學科學/物質科學II
跳至導覽
跳至搜尋
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
- 法拉第定律
- 馬克士威-安培定律
- 高斯定律
- 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
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
