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冷凍汽水為什麼會變重了

太平區東汴國小許彩梁老師 11/27/2016 1018 點閱

       現行國小六年級自然領域各版本有關〈天氣的變化〉單元,都有一實驗設計是在燒杯裡面加入冰水,之後,燒杯外壁有小水滴生成,教科書中多討論「杯壁外側的物質是什麼型態?它是怎麼形成的?」。制式的答案是:杯壁的物質是液態;它是空氣中的水蒸氣遇冷凝結成小水滴,附著在杯壁。

       這樣子的問與答,看似沒有特別的疑問。但,您可知道,有很多孩子心中認為杯壁的小水滴,是燒杯內冰冷的水跑出來的結果。筆者小時候,也有這樣子的迷思概念,當時根本無法想像空氣中的水蒸氣會凝結成小水滴這件事情。現在成為老師,為了讓孩子很清楚的了解「杯壁的小水滴不是容器裡面跑出來的,而是外面附著上去」的概念,我設計了一個簡單的實驗。

       首先,把汽水放在冷凍庫冷凍,然後,將冷凍後的汽水放在盤子上,和盤子一起放在電子秤上,實驗前,先秤盤子和汽水的總重量,10分鐘後、20分鐘後,再秤一次重量,結果發現:

 

0分鐘

10分鐘

20分鐘

汽水+盤子

273.0 g

281.3 g

284.1 g

      小朋友觀察現象並分組討論「為什麼汽水會變重?」結果有以下四種主要的想法:

一、汽水原本是冰塊,融化了以後會變重

二、老師拿出來的時候有搖了一下產生氣泡,久了以後,氣泡變回液態,所以變重

三、熱脹冷縮的關係,因為汽水溫度升高,所以變重了

四、空氣中的濕氣跑到汽水壁,讓汽水變重

       令我驚訝的事情是,孩子似乎不是關注在瓶壁上的水滴,而是關注在看不到的地方。(我想,和我喜歡在課堂上變魔術有關),我讚嘆孩子的想法竟然這麼多樣,而且「很會」把以前所學的,「應用」在這次的觀察與推論上頭。當然,我的教學不會那麼快否定或肯定學生的想法,因此,我又想了另一個實驗。

       這一次,我把汽水放入冰箱前先秤了一次,結果重量是257.8g,之後,放進冰箱冷凍後,在上課前取出,並進行測量,結果冷凍後的汽水重258.0g(差距0.2可視為實驗誤差,實則為汽水壁上凝結的水重)。學生看了結果,討論發現,上述的一到三的想法似乎比較沒有道理,因為冷凍前後,整瓶汽水的重量並沒有改變。所以,前一個實驗中汽水重量的來源,應該是外部,而且是「空氣中看不見的水氣,凝結在瓶壁成為小水滴的重量」。

       後面這一個實驗,雖然沒有告訴孩子「質量守恆定律」,但是透過實地的數據,把先前他們對密閉容器中重量改變的迷思概念給導正過來。並且確認了汽水變重是因為空氣中的水氣(還不用「水蒸氣」的字眼)變成小水滴的緣故。如此,我們才能繼續談「溫度」是造成水的三態變化的主要因素,也能回到雲、雨、霧、霜、雪等大自然中的水循環的奧祕。

       這是一個透過小實驗訓練思考智能與問題解決的過程,符合十二年課綱中,從觀察、測量、分析、歸納與解釋,進行論證與作結論等的科學學習方法。在此分享給所有的教學者和關心教育的夥伴們。

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