課程設計:
課程時間為45分鐘,區分為三個小實驗 1.用彈簧秤,改變砝碼數量讀取彈簧秤上數據,分別測量 0~6個砝碼的數據。
2.用彈簧,改變砝碼數量讀取彈簧的長度,分別測量 0~6個砝碼的數據。
3.用橡皮筋,改變砝碼數量讀取橡皮筋的長度,分別測量 0~6個砝碼的數據。
1.用彈簧秤,改變砝碼數量讀取彈簧秤上數據,分別測量 0~6個砝碼的數據。
2.用彈簧,改變砝碼數量讀取彈簧的長度,分別測量 0~6個砝碼的數據。
3.用橡皮筋,改變砝碼數量讀取橡皮筋的長度,分別測量 0~6個砝碼的數據。
三個小孩,趁我帶導班學生去三國露營時,請老師們協助報名這比賽,一校限定一隊報名,限定前20隊能報名參加。 報導一/報導二
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諾貝爾物理學獎得主的觀點[1],強調科學研究中系統尺度的獨特性。每個探究系統都需要特定的物理概念,無法簡單地從一個尺度推論到另一個尺度。這一觀點賦予了學生們專業的自信,因為「全宇宙當中最了解這個系統的沒有專家可以替代」,學生應對自己的研究抱持充分的自信。
在學生們亮眼表現的背後,是中學老師們日復一日的默默付出。「他們在各位身上花的心血在大家面前留下是那麼多的擬合曲線,那麼多的方程式,那麼多的數據點...」講者特別強調了教師們從早到晚的奉獻精神,指出這些努力最終轉化為學生們的科學探究能力。這種師生間的傳承與共同成長,正是科學教育最動人的一面。
建議:
有效數字與估計值:數據呈現需注意有效數字和估計值的前後一致性[2]。
假說與假設的區別:科學研究中,假說(hypothesis)是對現象的可能解釋,而假設(assumption)則是推論的前提條件,二者概念有明確差異[3]。
數據轉換的重要性:許多看似無規律的數據,經過適當轉換後可能呈現出明顯的科學規律,如時間與深度的相互轉換可能揭示未被察覺的關係[4]。
誤差處理的謹慎態度:在刪除「誤差較大」的數據前,應思考判斷標準與其合理性。科學史上,許多重大發現正是源於「異常數據」的重視而非忽略[5]。
圖表選擇的適切性:呈現數據對應關係時,XY散佈圖通常比柱狀圖更能展現變數間的關係[6]。
在科學探究遇到瓶頸時,AI工具能提供寶貴協助。「在遇到瓶頸的時候,為什麼不問一下AI呢?」現代AI系統在數據處理、圖表繪製與分析方面具有強大能力^[7]^,能幫助學生從不同角度思考問題,尤其在「數據只要再經過一次轉換,或者換另外一個觀點來看待」的關鍵時刻。
參考資料
[1] Phillip W. Anderson,諾貝爾物理學獎得主,著名的「更多就是不同」(More is Different)理論提出者,強調不同尺度的物理系統需要不同的理論框架。參見Anderson, P.W. (1972). "More is Different". Science, 177(4047), 393-396.
[2] Taylor, J.R. (2018). "An Introduction to Error Analysis: The Study of Uncertainties in Physical Measurements". 這本經典教科書詳細討論了科學測量中的有效數字和誤差估計問題。
[3] Carey, S.S. (2011). "A Beginner's Guide to Scientific Method". 科學方法中假說(hypothesis)作為可檢驗的科學猜想,與假設(assumption)作為推論前提的區別。
[4] Box, G.E.P. & Cox, D.R. (1964). "An analysis of transformations". 數據轉換是科學研究中常用的技術,適當的轉換可以揭示數據中隱藏的模式。
[5] Kuhn, T.S. (1962). "The Structure of Scientific Revolutions". 科學史上,許多重大發現源於對異常數據的重視,而非簡單地將其視為「誤差」刪除。
[6] Few, S. (2012). "Show Me the Numbers: Designing Tables and Graphs to Enlighten". 不同類型圖表的選擇對於有效傳達數據關係至關重要。
[7] Khurana, U., et al. (2023). "AI-assisted data analysis: Current trends and future directions". 人工智能在科學數據分析中的應用與前景。
[8] Popper, K. (1959). "The Logic of Scientific Discovery". 科學理論的預測能力是其價值的重要指標,超越了簡單的描述功能。
最大的收穫-遇見熟悉的夥伴 |
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國中自然2年級 質量守恆實驗教學設計
實驗主題:質量守恆定律的驗證
實驗目的:
- 透過簡單易懂的實驗,讓學生親身體驗質量守恆的概念。
- 培養學生觀察、記錄、分析數據的能力。
- 理解化學反應前後質量不變的原理。
實驗器材:
- 精確天平
- 燒杯
- 玻璃棒
- 小蘇打粉
- 醋
- 橡皮塞
- 打孔器
實驗步驟:
準備:
- 將燒杯洗淨擦乾,並用天平測量空燒杯的質量。
- 取適量的小蘇打粉,用天平測量其質量。
- 將測量好的小蘇打粉倒入燒杯中。
- 用天平測量醋的質量。
- 將測量好的醋倒入燒杯中。
- 用橡皮塞將燒杯口塞緊。
反應:
- 輕輕搖晃燒杯,使小蘇打粉與醋充分混合反應。
- 觀察反應現象,記錄產生的氣體。
測量:
- 待反應完全後,再次用天平測量燒杯和反應後混合物的總質量。
分析:
- 比較反應前和反應後的總質量,觀察是否相等。
- 討論反應過程中質量的變化,並解釋原因。
實驗結果與討論:
- 學生應發現反應前後的總質量幾乎相等,即質量守恆。
- 討論產生的氣體為何質量不減少,並引入質量守恆的概念解釋。
- 說明化學反應中,原子只是重新排列組合,不會消失或產生,因此總質量不變。
教學活動:
- 預備活動:
- 複習原子、分子的概念。
- 介紹質量守恆定律的意義。
- 實驗前討論:
- 讓學生預測實驗結果,並說明理由。
- 實驗過程指導:
- 協助學生正確使用天平,並注意測量的精確度。
- 實驗後討論:
- 引導學生分析實驗數據,得出結論。
- 鼓勵學生提出疑問,並共同討論。
- 延伸活動:
- 設計其他類型的質量守恆實驗,如鎂帶燃燒、鐵釘生鏽等。
- 讓學生閱讀相關科學家的故事,了解科學發現的過程。
練習題:
- 在一個密閉容器中進行化學反應,反應前後的質量會如何變化?為什麼?
- 為什麼在燃燒實驗中,燃燒物似乎變輕了?
- 請舉例說明生活中哪些現象可以驗證質量守恆定律。
- 如果在實驗中發現反應前後質量有明顯差異,可能的原因有哪些?
注意事項:
- 實驗過程中,應注意安全,避免酸液濺到皮膚或衣物。
- 鼓勵學生仔細觀察實驗現象,並記錄實驗數據。
- 透過實驗,讓學生體會到科學探究的樂趣,培養科學素養。
備註:
- 本實驗設計可依據學生程度和教學時間進行調整。
- 除了小蘇打粉和醋,也可以選擇其他容易取得的物質進行實驗。
延伸學習:
- 核反應: 介紹核反應中質量與能量的轉換關係,讓學生了解質量守恆定律的侷限性。
- 質能方程式: 簡單介紹愛因斯坦的質能方程式,讓學生對質量與能量的關係有更深入的認識。
透過以上的教學設計,學生可以更深入地理解質量守恆的概念,並將其應用於日常生活中。
我問:若要做簡易的實驗讓學生觀察到質量守恆,可以有哪些選擇?
1. 蠟燭燃燒實驗
- 器材: 蠟燭、打火機或火柴、天平、玻璃罩(或廣口瓶)
- 步驟:
- 測量蠟燭的初始質量。
- 將蠟燭點燃,放入玻璃罩內。
- 待蠟燭燃燒一段時間後,將其熄滅。
- 再次測量蠟燭的質量。
- 變化: 燃燒後的蠟燭質量會減少。
- 討論: 減少的質量轉化為二氧化碳和水蒸氣等氣體,這些氣體逸散到空氣中,因此我們無法直接測量到。如果我們在一個完全密閉的容器中進行實驗,燃燒前後的總質量(蠟燭 + 容器 + 氧氣)應該保持不變。
2. 小蘇打粉與醋的反應
- 器材: 小蘇打粉、醋、天平、燒杯、氣球
- 步驟:
- 測量燒杯和小蘇打粉的總質量。
- 在燒杯中加入醋。
- 將氣球套在燒杯口上,防止氣體逸出。
- 觀察到小蘇打粉與醋反應產生氣體,氣球膨脹。
- 待反應完成後,再次測量燒杯、氣球和內容物的總質量。
- 變化: 反應前後的總質量應該幾乎相等。
- 討論: 這個實驗展示了即使產生氣體,質量仍然守恆。氣體並沒有消失,只是改變了存在形式。
3. 鐵絲棉燃燒實驗
- 器材: 鐵絲棉、打火機或火柴、天平、石棉網(或耐熱墊)
- 步驟:
- 測量鐵絲棉的初始質量。
- 將鐵絲棉放在石棉網上,用打火機點燃。
- 觀察鐵絲棉燃燒的現象。
- 待燃燒完成後,冷卻至室溫。
- 再次測量燃燒後鐵絲棉的質量。
- 變化: 燃燒後的鐵絲棉質量會增加。
- 討論: 鐵絲棉與空氣中的氧氣反應,生成了新的氧化鐵,因此質量增加。這個實驗說明了質量守恆也適用於有氣體參與的反應。
提醒
- 在進行這些實驗時,務必注意安全,特別是使用火源和化學藥品時。
- 鼓勵學生積極參與實驗,並引導他們觀察、記錄、分析實驗現象和數據。
- 透過這些簡單的實驗,學生可以更直觀地理解質量守恆定律,並培養科學探究的精神。
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放一張晚餐照,比較舒服 |
科學老師希望學生「講人話」,不要只會回答 ABCD、Yes、No、I don't know。老師希望學生能回答一個完整的句子、簡答題、問答題、完整的論證,一直到寫個完整的報告、甚至是個專討研究短論文。
但是學生何嘗不希望老師「說人話」? 我們的教科書充斥著科學術語、科學家的行話。因為科學人總希望用最簡潔的話來總結描述複雜的現象,最好是用個數學公式可以總結,那就太漂亮了! 問題是在教學現場面對中小學生時,科學老師們不再是追求最簡捷,反而是要把去頭去尾、沒有脈絡的科學現象、原理、或公式,用學生聽得懂的大白話來詳盡地解釋清楚,直到他們聽懂。 (莞如老師)
在教學的時候,「專用詞彙」什麼時候要出現?怎麼出現? 認識專用詞彙的定義,在科學課程的學習上,是重要且必要的。
有人說,盡量不要用專用詞彙啊,那個是你們科學領域才會用到的,大部分人又聽不懂,應該要用日常生活詞彙來表示這些就好。其實一個專用詞彙,裡面包含的內涵和意義很多,大家對詞彙的定義也有一般的共識,所以在溝通的時候,會很快速方便精準,大部分的情況不用再確認詞彙的定義。學生在學習某個單元時,如果可以正確的使用這些詞彙來表達,或是能聽懂看懂用這些詞彙描述的現象時,很高的機率也代表他有把某個觀念學好。更何況,日常生活用語相對而言,意義常常是更雜亂混淆的,用這些詞彙來學習,可能也會造成混亂。所以我們不應該在科學課程中,避開所有的科學專用詞彙,全部使用日常生活用語來代替。但是,大家都應該同意,所有學習的起點就是學習者自己,學習者最熟悉的,當然就是自己生活經驗。所以學習的起點,當然會從學習者最熟悉理解的生活經驗與用語開始。
以「密度」為例,如果在課程開始的第一步,就介紹D=M/V,密度=質量除以體積那當然就會造成學習的困難,但如果給學生兩個體積相同的金屬塊,一個重一個輕,讓學生去想像這代表兩種金屬塊內部物質排列的緊密程度一定不一樣,在同樣的空間裡面要塞更多東西的話,一定比較擠。「多擠?」當問出這樣的問題的時候,就是在問如果我們想要表達一個量值的時候,該怎麼設計這個量值的指標?當兩位同學跑步的快慢有差別的時候,我們可以用距離/時間來表達「平均每一段固定的時間,跑了多遠」,時間固定下,跑的越遠就是越快。最後還會幫「平均每一段固定的時間,跑了多遠」這件事情,取個名字叫做「速率」或「速度」(一般狀態溝通時,這兩個詞彙可通用不會造成困擾)那如果要表達物體內部物質排列的緊密程度,也可用同一套邏輯:「切下一樣大的體積,看看裡面的物質有多少,如果越多,就越擠」物質有多少,就是質量,最後就會變成用質量除以體積來表達物體內部物質排列的緊密程度,這個量值。然後上面那段話實在是太囉嗦了,所以來幫這個量值取個好名字,讓大家一聽就懂吧。既然有多快,叫做速度,有多熱,叫做溫度,有多高,叫做高度,有多爽,叫做爽度(x),那有多密,就叫做密度好了。
安捏大給供厚姆厚啊~~厚~大家了解、同意這個詞彙以及定義之後,就可以好好拿去用了。所以以教學來說,並不是在最開始就把這個詞彙的公式、定義先都講清楚,這是蠻艱難的學習路徑。其實在學習的過程中,不可能連概念都沒有,就要談專用詞彙和公式。所有的學習都是從概念開始,先能定性描述清楚了,概念建立清楚了,再來幫一些現象、量值做嚴格定義,並且取個好名字讓溝通更容易方便。最後讓學生用專用詞彙、數學詞彙來描述或閱讀。總之專用詞彙或公式,不會在學習新主題的最開始就出現,應該會在中間甚至中後段才出現,在學生概念清楚後,產生對專用詞彙以及定義(包含用數學方式來定義)的需求後,再引入這些內容是比較好的課程設計流程。(小P老師)
要強調的是:如何引導學生把科學家的行話變成學生日常生活的白話。 科學專有名詞、公式的出現有其必要,老師要共備的就是在出現的時機搭好橋、而不要直接丟出來叫學生背下來。所以我的有感而發,就是我之前在台南場聽小P老師蠻成功示範後的感想,他在鋪陳「密度」的出現前「先請學生做圖」,學生自己建構、連接圖與名詞的關聯,這就是個比較友善讓術語出現的方式之一。 在生物學上,更是有太多專有名詞,所以後來我在共備時,會請老師們不要一下子就問「要學生以科學術語回答的問題」,而是先以「白話」、「行話」並陳的方是重複出現,讓學生先真實理解這些名詞公式的意思,也看習慣、聽習慣這些行話、「然後」才利用這些術語來寫學習單或回答老師的提問。 多給學生聽說讀寫的機會,這些術語公式就會變成他們「習慣的白話」。就像我家小孩小時候在上兒童美語課時,外師先邊跳邊說 jump,再說中文「跳」。幾次後他說 jump,小孩就知道是「跳」的意思,再更習慣些,老師說 jump,學生就會跳起來,那個單字已經是他們習慣的字彙。 聽說讀寫不只是學外語需要的歷程、學科學術語也需要這樣,千萬不要直接跳過,就說:「翻開課本第XX頁,密度的定義就是 bla bla bla,公式就是 bla bla bla ...」。 (莞如老師)
接連兩天看到"說話"、"說人話"的對話,再加上之前看到彥文放上的CER學習單,心想跨科單元-能源應該可以來試試看。
K版課本 |
再詢問詢問"請列出反對核能的論證觀點",點選繪製心智圖。
幾個星期前,收到宇青老師的邀請來參加這個盛大的宴會-自然而然學思達年會.
由於前面的時間還有任務,只能從11點加入,填下表單的那一刻
我猶豫了
下午的咖啡,該喝哪一杯?
最後的選擇是 B耕碩老師 ->A 子惠老師,其他夥伴的分享在藉由臉書慢慢地偷學吧
早上的部分,宇青老師分享主題是 “未來掌握”,心想今天要好好感受會場氣氛宇青老師在演講中分享了他在學思達社群的經驗,以及他如何將自學思維應用於教學和生活中。
自學是掌握未來的關鍵,並鼓勵大家透過不斷嘗試和從失敗中學習來找到成功之路徑。
強調「pattern」的概念,即從經驗中找到規律,並將其應用於解決問題和學習新事物。
以「迴紋針」圖案為例,說明「pattern」就像一個圖像,讓人一看就知道它代表什麼。
提出了「promoter, action, select」三個關鍵要素,認為只要具備這三個要素,就能在社群中找到自己的位置並發揮影響力。
認為失敗是學習過程中不可或缺的一部分。他指出,人們通常害怕失敗,但越害怕失敗,就越難找到成功的方法。因此,他鼓勵大家勇於嘗試,並從失敗中汲取教訓。
分享了以下觀點:
「越快失敗,越快成功」: 他認為,快速經歷失敗可以更快找到成功之路徑,因為可以更快地了解失敗的原因。
從失敗中找到原因,在成功中模仿方法: 他強調,應該分析失敗的原因,並從成功的經驗中學習方法,進而改進自己的策略。
將失敗經驗融入學習: 他舉例說明,在科展指導過程中,他會鼓勵學生預設自己會獲獎,並從容面對評審提問,將失敗視為學習的機會
學思達社群的特色在於鼓勵自學、思考和表達,並提供一個互相支持和學習的平台。
建議大家要積極參與社群活動,與其他成員建立連結,並善用科技工具來促進學習和交流。
讓notebookLM秀一下從課堂到會考的教學實踐:課堂經驗分享與反思
講題目錄:
一、 有效碰撞:從化學反應到課堂教學
- 以化學反應中的“有效碰撞”概念引入,強調教師教學和學生學習的有效性。
二、 會考趨勢分析:掌握命題方向,提升教學策略
- 提及教學目標設定的重要性,並建議以學生的發展和學習成效為中心。
- 分析近年會考自然科題型及考點分布,指出跨科單元和探究能力的重要性。
- 以圖表數據展示會考題目數量、字數、圖表比例等,並分析不同難度題目中學習表現的占比。
三、 學思達與探究教學的融合:打造高效課堂
- 強調科學資料分析和探究實作能力的培養。
- 探討如何在學思達教學法中融入探究教學,建議將探究內容編入講義並設計情境引導學生思考。
- 強調探究教學的多樣性,可以包含實驗、思考、討論、分析等不同形式。
四、 跨科教學與彈性課程設計:拓展學習視野,深化學習體驗
- 建議運用數位工具記錄學習歷程,便於反思和調整教學策略。
- 分享自然科跨科教學的實踐經驗,建議結合不同學科知識,例如將生物、化學、物理等知識融合。
- 介紹學校開設彈性課程的經驗,以SDGs為主題設計跨領域課程,例如結合生態環保、海洋生態、水資源等議題。
五、 閱讀策略與科學素養培養:提升學生理解和分析能力
- 強調結合校外教學和課堂學習,讓學生在真實情境中應用知識,例如以動物園參觀為例,設計動物保育主題課程。
- 強調閱讀策略的重要性,建議教師引導學生進行有效的閱讀和分析,提升科學素養。
- 以跨科題目為例,分析題目目標、命題依據、學習表現等,建議教師利用會考數據和資料進行教學反思和策略調整。
六、 互動交流:分享經驗,共同提升
- 引用名言強調教師應以學生為中心,精心設計每一堂課,讓學生在有效的學習過程中獲得喜悅和成長。
- 預留五分鐘時間,鼓勵與會者進行交流,分享經驗和想法,共同探討教學實踐中的問題和解決方案。
幾種將課堂教學與會考準備有效結合的方法:
關於跨科單元設計的建議: