2020年7月15日 星期三

觀課紀錄:小p老師的壓力課(3)

(約7分鐘)這是壓力課程的第三節,本次主題是大氣壓力,但在正式進入大氣壓力之前,還是要複習一下之前學到的液體壓力,這邊先以泳池壓力讓學生對水壓有比較具體的經驗,假設泳池水深150公分,池底的水壓以公式計算出來約為150克重/平方公分,也就是在每平方公分的皮膚上放150gw的砝碼,所以讓學生類推10公尺深水池等同於每平方公分的皮膚上有一公斤重的力存在。


接著,拿流言終結者的實驗影片來看海底的壓力有多大,此處老師有說明潛水服裝置的情境,幫助學生看影片時能理解死豬在沒有維持壓力恆定的深海中,會因為深海壓力而造成的變化。
然後也提供自由潛水紀錄,讓學生具體想像一下,在深海中可能會每平方公分皮膚上都有超過10公斤重的重量存在,來了解深海水壓的存在。




(約7分鐘)接著進入大氣壓力的主題中,將空氣與液體視為相同的性質,類比為人類就是處於空氣海的海底中,以利用壓力=深度×密度的公式,來計算大氣壓力的大小。
然後使用馬德堡半球來理解大氣壓力的運作模式。
這段主要在運用液體壓力為基礎,把概念與公式應用到大氣壓力中。
不過學生在討論時還是會出錯,對於流體壓力的性質還沒有很明確的釐清。

(約9分鐘)但重點會先進入如何測量大氣壓力,說明托理切利實驗的原理,使用長試管放在抽氣桶中,可以看到試管水面比較高的現象,讓學生猜測,試管上端沒有水的空間中,是否有有東西?水面為何不會掉下來?
然後說明托理切利真空的意義,接著是大大氣壓力的單位轉換,介紹76cmHg和1033.6克重/平方公分等,但此處對於「帕」只有稍做說明。

(約7分鐘)釐清「大氣壓力哪裡來的?」
說明大氣壓力背後的基本相關因素,接續托理切利真空,用倒置試管中的不同水位高度,詢問學生試管中是否真空?(示範動作中讓一部分空氣進入試管,學生可以猜出並非真空)
試管內外哪裡壓力比較大?(針對水出不去試管的停滯高度,結合上一節課程中提到的連通管原理。)
然後請學生預測,一旦使用抽氣裝備,將罐子中空氣抽出後,試管會怎麼變化? (學生一開始就回答會爆,老師追問:是怎麼爆?)
學生說出猜測後,老師進行抽氣動作,讓學生觀察試管水位變化,經過學生提供的答案彙整,學生最後能夠說出試管內的水面下降,是因為抽氣後罐子內壓力變小。
最後再詢問學生:如果把空氣放回抽氣罐中,會發生什麼事?讓學生很快使用前面活動來順利預測。
這段使用預測(predict)→觀察(observe)→解釋(explain)的技巧,讓學生參與投入氣壓變化的測定實驗。

然後舉實際例子:拔罐與人體內壓力的關係、課本圖片中在高山上餅乾變大包的現象,來進一步證明大氣壓力的性質。


(約8分鐘)接著使用上節課就提過的Algodoo來模擬大氣壓力的微觀現象,分成氣體分子數量、體積大小、溫度變化等這些變因來討論,也是採用POE模式,讓學生預測可能發展、然後觀察模擬結果,再進行解釋的步驟,不過因為趕課,這段時間節奏比較快,如果有充分時間應該可以更有系統地將變因概念做結合。

但是在此引入微觀粒子說明,可以猜得到是為了將來學生可能會碰上的理想氣體概念做鋪路,所以這段微觀模型建立到具體現象解釋的歷程,也跟小P老師討論了一下,能確定的是這群學生大概在二上物質三態就有接觸過粒子概念,後續在溫度與熱、反應速率等也都會應用這些微觀概念,所以在二下最後的氣壓,再次複習這樣的微觀粒子層次也是一種很不錯的複習。

這邊學生的回答中,讓我覺得有點驚訝的是提及空氣壓縮機,大概是冷氣廣告很多,所以這樣的的名詞對學生反而挺熟悉,這段落如果有足夠時間延伸,應該可以整合到物質變化,加上更多日常應用科技原理吧,不過時間不夠真是太可惜了。

(約5分鐘)最後擠出來幾分鐘延續到下課的活動,則是用Arduino製作的氣壓觀測計來真的測定氣壓,讓學生看同一個針筒內的空氣經過壓縮後的數字偵測變化。

然後也可以直接比較教室內不同高度的氣壓是不是有差異。
接著是小p老師用iphone代言時間進行教室不同高度氣壓測定,好一點的手機裡面往往有壓力偵測功能,搭配適當的手機app(我用過phyphox跟physics toolbox都可以,忘了跟小p確認他用什麼了),就能很簡單的看到氣壓數字在不同高度的變化。


這三節課看下來,其實學到很多,大概歸納成以下幾點:

1.在趕課時,老師很多活動段落安排都不會超過10分鐘,但是每個活動都是有意義存在,會累積成為學生思考與推論的基礎。

2.量化可以說是我們自然科的重點,但是如何讓學生對數量真的有感,將課程範例中的數字具體化、直觀化,這點是我在這三節課中學到最多的,像是第一節課的面積簡單估算、第三節課用每平方公分的肌膚感受到多大力量的類比,連我觀課者對於數字的感覺都多了一些切身體會,而不再就只是個數字舉例,然後運算,接著得到答案的形式化步驟。
怎麼讓學生在面對量化數據有感覺,這點也是我以後如果進行相關課程時可以多做努力的部份。

3.模擬軟體的善用與輔助,這點可能要看場地,畢竟能順利切換電腦與實體演示,還是需要教室有適當的安排。

4.用Algodoo協助學生將粒子觀模型運用到氣壓變化與現象解釋,挑戰微觀粒子概念的結合,確實能讓整個氣體壓力的理論有更多延伸性。

5.自然課程中無處不在的探究,可以藉由老師不要急著直接說答案,讓學生先嘗試去預測、推論、說明而達成。
老師主要在於協助學生把字詞更加精確化,就能慢慢達成很多科學思考歷程的要素,當然此次觀察的班級主要是資優班,對我這種在普通班任教的老師來說,可能在這些歷程中,會更加耗費時間幫學生完成這個過程,但是與其直接說明,可能讓學生自己想出來會更有意義一些。
當然如果有時間,像第一節課那樣放入操作變因、應變變因等討論,讓學生熟悉科學方法的用語,養成使用這樣思考的習慣,其實就能符合十二年國教新課綱的精神了。

6.時間不夠好可怕啊:P

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