物理探究與實作 – 『物理,搞什麼飛機』示範教案

  • 2019.11.28
  • 作者:授課橘物理小編
  • 物理
授課橘物理小編
追蹤人數 : 5
  • 一年級, 二年級
  • 探究與實作
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  • 每周 1 節
  • 課程時數 : 16小時
學習領域/科目別 物理
核心素養
A 自主行動 / A2系統思考與解決問題 A3規劃執行與創新應變
B 溝通互動 / B1符號運用與溝通表達 B2科技資訊與媒體素養
C 社會參與 / C2人際關係與團隊合作
19項議題融入 科技, 資訊
課程規劃緣由
隨著新課綱頒佈,探究與實作課程需納入正式學分之中,本課程設計強調語文閱讀訓練、邏輯思考能力與跨科統整思維,並說明為什麼要學習此項主題,希望學生習得探究與實作的精神與操作方式。
教學方法或策略
國外的實驗科學Lab Science 課程,到了臺灣新課綱變成探究與實作課程,如何實踐動手實驗的精神,對於所有科學老師都是個巨大挑戰。物理探究趣這個全新的單元,規劃八個範例供老師作為實作的參考。本單元具備下列兩項特色:

一、科學論文格式
讓同學熟悉科學論文格式,如引言Introduction、材料與方法Materials &Methods、結果Results 與討論Discussion。藉由科學論文訓練可以簡介特點解說緣由、找到方法進行實驗、提出證據歸納結果、未來展望推廣應用。這訓練對於同學日後從事科學、工程、商業、法律等相關工作有相當大的助益。

二 、模擬、製作與實驗
對於已經瞭解的物理定律,例如:模擬衛星環繞地球,或者是不方便進行實驗的議題,例如製作汽車越野驅動等議題,可以進行模擬實驗,本書採用Algodoo 軟體進行物理模擬,Algodoo App 可以在 Windows、Mac、與iPad 下各平台中執行,並且有支援繁體中文等優點,除了介面操作簡便外,還能呈現物理量變化繪製成函數圖表。力、熱、光、電磁各實驗裝置皆不相同。除實驗分析能力以外,具備工藝製作能力才有可能開發不同實驗裝置,本單元也會製作科學玩具,例如:橡筋動力直升機可以說明橡皮筋帶動旋翼時的作用力與同時產生反作用力;以及噗噗蒸汽船鍋爐反覆加熱膨脹噴射前進,收縮吸水冷卻等現象。
學習目標
本書主軸有:『瞄準!發射砲彈』、『汽車大百科』、『搞什麼飛機』、『船舶面面觀』作為四個大主題。以『瞄準!發射砲彈』主題為例,指出戰爭不僅帶來破壞更是社會與科技進步的推手,隨時代演進開始由弓與弦提供由彈力位能射出箭,發展到火藥化學爆炸發射彈藥等。這部分內容就可以進行探究與小論文活動,例如針對文藝復興時代達文西的各型武器繪本進行討論。此外探究與實作課程內容期望能跨科進行統整,以『瞄準!發射砲彈』主題為例,要擊中目標需要瞄準與測距,就必須具備數學三角測量的基礎知識,當然這技術也可以運用在天文觀測,量測月球與地球的距離。
規劃內容 授課計畫表下載
第一節
單元主題 :
湯匙擲球器 與Video Physics
內容綱要/教學重點 :
投球器製作、介紹斜向拋射、Video Physics 軟體教學
教材附件下載
第二節
單元主題 :
湯匙擲球器 與Video Physics
內容綱要/教學重點 :
投球實驗、錄影分析與實驗報告(若有三週課程增加Algodoo 模擬斜拋)
第三節
單元主題 :
傾角App 與三角測距
內容綱要/教學重點 :
三角測量法、介紹弧度與反三角函數,手機傾斜等App 使用
第四節
單元主題 :
傾角App 與三角測距
內容綱要/教學重點 :
架設手機與量測實驗、計算與實驗報告
第五節
單元主題 :
彈珠滾落與轉動動能
內容綱要/教學重點 :
斜面加速與力學能守恆、轉動慣量與轉動動能
第六節
單元主題 :
彈珠滾落與轉動動能
內容綱要/教學重點 :
記錄彈珠下滑時間,分析彈珠純移動、彈珠移動加轉動理論值與實驗
第七節
單元主題 :
模擬汽車驅動前進
內容綱要/教學重點 :
摩擦力與力矩教學、Algodoo 模擬軟體教學
第八節
單元主題 :
模擬汽車驅動前進
內容綱要/教學重點 :
建立前輪、後輪、四輪驅動車在Algodoo 軟體,模擬數據與實驗報告
第九節
單元主題 :
橡筋動力直升機
內容綱要/教學重點 :
製作橡筋動力直升機(手工技巧要求度高,授課時間不足可省略此單元)
第十節
單元主題 :
橡筋動力直升機
內容綱要/教學重點 :
改變橡筋串、並聯與旋翼變化。測量飛行與撰寫報告。
第十一節
單元主題 :
模擬衛星環繞地球
內容綱要/教學重點 :
萬有引力與向心力、刻卜勒行星運動三大定律、Algodoo 模擬軟體教學
第十二節
單元主題 :
模擬衛星環繞地球
內容綱要/教學重點 :
模擬月球繞地球運轉,模擬數據與實驗報告
第十三節
單元主題 :
噗噗蒸汽船
內容綱要/教學重點 :
製作蒸汽船(需準備水槽,手工技巧要求度高,授課時間不足可省略此單元)
第十四節
單元主題 :
噗噗蒸汽船
內容綱要/教學重點 :
比較鍋爐內工作流體為空氣或水的前進速度差異,撰寫實驗報告並加以討論
第十五節
單元主題 :
聲波干涉
內容綱要/教學重點 :
手機作為訊號產生器透過耳機左、右聲道發出同調聲波作干涉實驗。
第十六節
單元主題 :
聲波干涉
內容綱要/教學重點 :
波程差與相消、相長干涉進行比較。
教案內容

            

「物理,搞什麼飛機」教材適用於「探究與實作」與「多元選修」課程,以「瞄準!發射砲彈」「汽車大百科」、「搞什麼飛機」、「船舶面面觀」為四大核心主題,各主題下包含「前言」、「生活大哉問」「物理探究趣」三大子題。

課程內容的呈現以科學論文的格式來設計,在探究各核心主題之前,先帶領學生分點介紹科學論文格式與研究方法,再藉由生活化的實驗議題與活潑有趣的圖文解說,讓複雜的物理概念更易於學生理解;對於不方便或難以進行實驗的議題,則以App軟體進行模擬,部分單元也嘗試製作科學玩具,讓學習不僅是書本上的知識,還能是自己動手實作的體驗。

當學生熟悉各項實驗原理與變因後,以「完成符合科學論文格式的報告」為目標,教材將引導學生報告的撰寫方向,也提供線上教學影片,從如何製作、實驗量測、數據填寫到模擬分析逐步講解,讓學生在完備的先決知識下,自行發揮創意設計出一場科學實驗,並學習對實驗結果進行驗證、分析、討論與發表,建構出獨立與完整的思維模式,進而實踐自我探究與實作的願景。



 
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在進入正式的課程單元前,本書先以科學論文格式的介紹來引導學習,藉由科學論文必須被檢視與反覆驗證的特質,與需要列出詳實材料和方法的要求,希望能幫助閱讀者建構獨立與完整的思維模式,進而實踐自我探究與動手實作的願景。

  

   
說明為什麼要學習此項主題,強調語文閱讀訓練、邏輯思考能力與跨科統整思維。以「瞄準!發射砲彈」為例,指出戰爭不僅帶來破壞,也是社會與科技進步的推手,隨時代演進武器發展日新月異,這類型內容可以進行探究與小論文活動。此外,運用數學三角測量的基礎知識計算目標瞄準與測距、量測月球與地球的距離等,也充分體現學習不再只是單科進行,而是跨領域的綜合呈現。

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以問題導向手法,藉由生活化的提問,透過活潑有趣的圖解,讓複雜的原理更容易瞭解。佐以中英文關鍵字和相關物理定律與公式,方便自行搜尋相關知識,深入且多面向學習。

  

國外的實驗科學Lab Science 課程,在臺灣轉化成探究與實作課程,本子題由3個面向切入解說與引導思考,希望能幫助讀者發現研究動機與實踐自己動手實驗的精神。

★掃描QRcode,可觀賞實驗教學影片:
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1.科學論文格式:
以科學論文格式編寫,希望藉由層層引導,熟悉且能運用科學論文格式,訓練與建構有條理的思維模式。

2.模擬、製作與實驗:
對於已經瞭解的物理定律或是不方便進行實驗的議題,以Algodoo App軟體進行物理模擬實驗,讓學習不僅是書本上的知識,還能是自己動手實作的體驗。

3.實驗教學與製作影片:
提供線上教學影片,從如何製作、實驗量測、數據填寫到模擬分析逐步講解,讓學習零障礙。

 
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本書共分4大單元,每單元包含2個物理探究趣,每則物理探究趣的前2頁,為實驗介紹與示範,後2頁為實作練習。使用方法是閱讀與理解前2頁介紹的內容與動手實驗後,參考實作練習的「提示」,依據「科學論文與研究方法」裡介紹的6項格式,嘗試撰寫一份新的研究報告。

本實作練習採引導式填寫法,在每項論文格式(主題、關鍵字、前言、材料與方法、結果、討論)下,先列出訊息提示,引導協助「改寫」出屬於自己的研究報告。

 

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