亞太科學教育論壇, 第一期, 第一冊, 專題版二 (二千年七月)
主編: 李揚津
小學科學教育通訊(網上版)

 

 

 

小學老師的經驗分享

--籌備四年級"電與生活"的探究活動

　
中華基督教會基慧小學下午校曹潔芬老師
    大部份常識科老師都可能有這樣的經驗，就是 當學生有機會進行實驗時，即使只是觀看老師示範，他們也會表現得特別興奮和投入。因此我預備在下學期教授四年級「電與生活」這單元時，在「閉合電路」和「電的效應」這兩課題裏增加一些科學探究活動，特別是可讓學生親自動手做的小組實驗。但在籌備活動過程中，有兩種截然不同的經驗。其一是當我正在煩惱找不到課本所建議的器材時，卻發現身邊原來有一些有趣的代用品。另外當我準備一些表面看似簡單的實驗時，在選取器材方面卻產生很多意料不到的問題，而實驗結果亦往往不是「預期」的結果。

 

閉合電路
 
探究問題（一）：
觀察一些以電池推動的小物件，並解釋它們的開關的操作原理。

探究問題（二）：
如何將物件分類為導電體和絕緣體？

(主要探究技能：觀察和分類。)

       課本是以電池、導線和燈泡來示範閉合電路，然後在導線和燈泡之間連接不同的物件來測試導電體和絕緣體。我首先遇到的困難是學校的燈泡和插座不是接線斷了就是燈泡壞了。另外課本裏的圖片顯示導線是焊接在電池的兩極上。請教他人後，得知對於沒有焊接經驗的老師，整個過程是有一定困難。例如需要在焊接的地方加些松香，電烙鐵的功率亦不能太小，焊接的時間要適中，太短會使焊接不牢固，太長會破壞電池。 　
      當我正被這些技術問題困擾時，突然想起以前在教育學院舉辦的工作坊裏曾介紹過的透明電筒（圖1），它的好處是可讓學生看見開關之間的空隙在閉合和打開時的變化，而且因為它是透明，更可利用高影機投射在螢幕上。另外只要把測試的物件同時接觸空隙兩側的銅片，便可知道它是否導電體。這個裝置啟發我在家裏找一些以電池推動的小物件，結果發現音樂賀咭和中秋節的燈籠很適合做這課題的活動。
(圖1)以開關的銅片和之間的空隙來示範閉合電路和測試導電體和絕緣體

 
       所有音樂賀咭都有一塊小電路板（圖2）來產生聲音，開關是以一小膠片在兩金屬片中的移動來控制。我想學生在小心觀察後，應有能力解釋它的原理。此外亦可小心將小膠片兩側的金屬片分開，然後連接兩條導線（圖3），將它變為一個測試導電體/絕緣體的器材。這一課題剛好在聖誕節後教授，老師可向學生和同事收集一些音樂聖誕咭來進行這個活動。
(圖2)小膠片上有一小孔,它左右 移動使金屬片和電路皮接觸或隔離
(圖3)改裝後成為一個導電體/絕緣體測試器

 
      圖4是近年中秋節很流行以小燈泡燃亮的燈籠，燈座和電池座中間的接線是以一些金屬小配件夾在一起，很容易就可把它們分開（這亦是這些燈籠很容易壞的原因）。我們只需把其中一條接線在中間剪斷，便可做成一導電體/絕緣體的測試器。不過為了不想給學生一個印像可隨意剪斷電線，我把從學生收集到的燈籠，其中一條接線和金屬配件分開，然後以另一條導線和小配件夾在一起（圖5裏的綠色電線)。
(圖4)以小燈泡燃亮的燈籠
　 
(圖5)改裝後成為一個導電體/絕緣體測試器
　

 

電的效應
 
探究問題（一）：如何增加電磁鐵的磁力？
探究問題（二）：如何改變發熱線的熱力？

(主要探究技能：假設和設計實驗)

    試做實驗前的想法是覺得這兩個探究問題不太困難，例如對於探究問題（一），可以想像學生可能提出以下假設：
1. 增加線圈的數目
2. 用更多的電池
3. 用較多的鐵釘
4. 用較粗的漆皮線
5. 用較長的鐵釘
6. 將電池倒轉 ?...... 等

       以上假設有些是可明顯增加磁力（如1至3），有些不明顯（如4），有些不能增加磁力（如5和6），讓學生測試正面和負面的假設應是很好的活動。但在預備時，發現器材並不易找，而一些實驗結果亦不是「預期」的結果。首先在選擇器材方面，在學校附近的五金店都沒有漆皮線賣。在寄給學校的儀器社目錄裏，只找到一間儀器社供應漆皮線，但只有一種直徑，所以測試假設4的活動不能進行。此外，若測試假設1、3、5等，需要買百多元漆皮線，而且預備頗費時。比較簡單看似是測試假設2，只需增加電池的數目就可以，但實際上卻遇上電池被短路所引致的問題。在這實驗裏，漆皮線裏的銅線會將電池短路，所以不能用可輸出較大電流的鹼性電池，因短路所引致的強大電流會產生高溫。所以做電磁鐵實驗應用內阻較大的碳性電池，以它的內阻來限制電流不致過大。但由於在外界短路的情況下，它的內阻比銅線電阻大很多。增加電池數目，雖然能倍數地增加電流的推動力，但亦同一倍數地增加內阻值，所以流經電磁鐵的電流沒有增加，做不到預期的「增加電池的數目會增加磁力」的結果。
(圖6) 切割發泡膠的發熱線

(圖7) 發熱線慢慢把一枝蠟燭割開
       課本示範熱效應的實驗是以鐵線連接電池，然後熔化薄的塑膠物件，如飲管、保鮮紙等。第一次試做時忽略了電池內阻的因素，以鹼性電池作為電源，鐵線短路所做成的強大電流，不消數秒鐘就把電池座熱至扭曲。後來改用炭性電池，效果亦不好，始終是電池比鐵線熱，而且電池的電力也很快被耗盡。後來無意中在美勞教具供應商的目錄裏，找到割發泡膠的發熱線（圖6），每條十元，可用一枚炭性電池就可慢慢把一枝蠟燭割開（圖7）。基於安全理由，這實驗只可由老師示範，然後引導學生對探究問題（二）作出假設，並要求他們講出可如何進行有關實驗。

 

以下是一些可以測試的假設
假設
實驗
備註
增加電力 用兩枚電池 小心熱度，不可用手，應用電線夾
用較粗的發熱線 把兩條發熱線「扭」在一起(並聯) 同上
用較長的熱線 用螺絲和絲帽，把兩條發熱線連在一起(串聯) 熱效應會減弱

 

結語
 
    總括來說，整個籌備過程很費時和經常遇到意想不到的問題，主要原因是資源和支援不足。可以想像在下學期真正讓學生進行活動時會有更多問題出現，如學生人數太多，老師未能照顧所有組別而導致的秩序問題，或因課程緊迫而要放棄部份活動。現在還未決定是否讓學生自行做電磁鐵，可能讓他們回家做會是一個解決的方法。

    雖然籌備工作所用的時間實在太長，但回想起來，整個過程需要老師不斷嘗試各種方法來解決困難，亦即是不斷地進行探究活動。這亦是支持讓學生進行探究活動的主因，他們在過程中學到的探究和解難技巧，以及得到結果時的滿足感，正是幫助學生發展解難能力很好的經歷，希望教署以至教育學院能對學校和老師作出更多的支援，以便日後在這方面有更好的發展。

　

Copyright (C) 2000 HKIEd APFSLT. Volume 1, Issue 1, Special Section II (July, 2000)