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帕斯卡科學原理的教學及應用

西屯區何厝國小陳綱建老師 05/06/2020 993 點閱

  本次教學活動緣起於組隊參加臺中市科學園遊會,這是個有意義的活動,學生可將平時學到的科學知識以具體的作品實踐出來。筆者選定應用的主要科學原理為:帕斯卡原理(Pascal's principle,也可稱作帕斯卡定律),它指密閉容器中靜止流體的某部分受力後,將傳遞至流體各部分,即施力於一個活塞後,藉由管線走向的設計讓力量轉向,以輸出便利的給力方向;藉由管徑截面積的不同,取得以小博大,四兩撥千金之效。此原理在生活上多有運用,如液壓起重機、液壓千斤頂、汽車油壓煞車系統等。實施步驟概述如下:

一、分組實作

  經過兩堂課教學後,老師找三個可行的作品:夾娃娃機、怪手、步行機械狗,供同學分三組施作。我們裁剪瓦楞紙製作主架構,以冰棒棍增加結構強度,在紙板鑽洞、穿過竹筷當作關節;以醫療注射軟管兩頭接上針筒作為動力組件,一針筒固定在關節處,另一針筒固定在操作檯上,再分別依據作品的屬性作出必要的設計,也使用電鑽、熱熔槍、老虎鉗等器具。

學生操作電鑽時專注的神情
學生操作電鑽時專注的神情

二、讓學生思考可以怎麼解決?

  為使創客精神融入其中,老師只給予基本概念、陽春設計理念,但成品要兼顧操作流暢性、美觀度、娛樂性,所以動手做之後才是挑戰的開始。學生得要思考、反覆修正、克服隨時出現的問題,甚至,可預期的皮肉受傷都是學習的重點,大大跳脫仿作模式。

  為了讓學生享受科學的樂趣,老師最常說的回應是:「你覺得可以怎麼解決?」接著就是靜靜聆聽,引導學生思考先行克服,適時才給建議。期間一直都有學生興奮地跑來分享新想法,想改良一些東西,想增加一些裝置……,這種種的一切,就是老師要達到的目的,依樣畫葫蘆是行不通的。孩子述說著天馬行空是個很美的畫面,創意發想更是一幕幕的驚奇,一次次錯誤後的修正,孩子也一階階地往上提升,天空中美好的人生逐漸地與孩子接軌中。

三、學而優則教

  本教學活動是由六年級三個班級各挑出幾位同學,他們除了要作出大作品,還要回班上教同學製作小作品。小老師得要跟同學討論問題、思考後解決。這樣內化而出的歷程,同學們操作機具的手熟練多了,創意巧思多了,靈活思考也多了,每分每秒的進步是那樣扎實而穩健。

四、教學成果展示

  科學園遊會一開始,我們的作品就吸引著眾人,其手工之精細且饒富科學原理,大家無不投以驚訝的眼光直問著:「這真的是你們做的嗎?」,對於科學原理的闡述、回應人群的發問,孩子總能不疾不徐,侃侃而談,眼神堅毅也保有謙虛的態度。

帕斯卡原理之應用--夾娃娃機
帕斯卡原理之應用--夾娃娃機
帕斯卡原理之應用--怪手
帕斯卡原理之應用--怪手

  有了想法,更得要親手操作器具,期間有高溫、有電鑽、有利刃,提醒著孩子自我實踐的路不是童話般的美好,得要先學會不被器具所傷之後,才能一步步實踐心中的想法。這次孩子做得很好,實業家精神在心中已然成形。

帕斯卡原理之應用--機械狗
帕斯卡原理之應用--機械狗
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