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以問題解決為導向的趣味科學競賽

雙十國中邱懿歆老師 04/26/2024 1111 點閱

  自然科學領域課程綱要中的學習重點,主要包含兩個部分,一是學習內容,就是教科書中的內容,另一個則是學習表現,學習表現包含思考智能與問題解決及科學的態度與本質。

  大部分的教師都能在傳統教學中完整的教授學習內容,但學習表現則須由教師們額外花費心力、時間,設計出有別於傳統三板教學的活動,才有機會透過這些教學活動觀察與評量出來。

  因此雙十國中自然領域每年都會規劃一些活動,讓學生藉由解決活動中的問題,來體驗科學家解決問題、獲得新知識的歷程。

【競賽前】

  本年度是以五金百貨商店就能買到的小蘇打粉與檸檬酸粉為主題,先設計八年級的寒假作業學習單,讓學生自行觀察兩者混合後產生的現象,並藉由產生的二氧化碳讓氣球膨脹。

  開學後,自然老師再利用一節課的時間帶領班上同學一起製作二氧化碳氣球,比較各組間的差異,藉此導入化學反應、化學計量、平衡係數等這階段學生較難理解的抽象概念,接著從班上找出有意願再深入挑戰的同學來參加自然領域辦理的趣味科學競賽。

【競賽中】

  本次競賽依據不同的學習表現,我們規劃出三種獎項,分別是:

  一、氣球達人獎:學生利用小蘇打粉與檸檬酸粉混合的反應製造出氣球後,由評審老師測量氣球的周長,將(氣球的周長*2)-(小蘇打粉重+檸檬酸粉重)=得分。

  藉由得分方式的設計,希望學生能運用反應平衡係數、化學計量等概念,去思考如何在最少的藥粉劑量下,製作出最大體積的氣球。

學生自行決定稱取多少藥品重量(圖片1)
學生自行決定稱取多少藥品重量
評審測量學生製作的氣球周長(圖片2)
評審測量學生製作的氣球周長

  二、火箭達人獎:此題目比賽當天才公布,學生一起觀看製作酸鹼火箭的影片,然後在規定時間內製作並測試,火箭發射的距離即為學生的得分。

  藉由一個看起來簡單的酸鹼火箭製作(過程中,學生可不斷於平板重複觀看製作流程),讓學生體驗到實作過程中可能遇到許多難關,學習如何有系統地規劃、分析出原因並解決它。

學生查找資料與嘗試製作火箭(圖片3)
學生查找資料與嘗試製作火箭
酸鹼火箭發射中(圖片4)
酸鹼火箭發射中

  三、紀錄達人獎:科學研究的歷程中,往往「失敗」才是正常的現象,然而,科學家如何從不斷失敗中累積出一次成功?實驗紀錄的方式與內容是非常重要的一環。因此在製作火箭的過程中(無論成敗),學生如何以符合科學精神的方式紀錄實驗的過程與數據,是本獎項的評分重點。

學生的實驗紀錄單(圖片5)
學生的實驗紀錄單

【競賽後】

  在氣球達人的競爭中,結果很有趣:氣球周長最大可達68公分,但68公分這組卻未進入前三名,反而周長只有62與61公分的組別獲得第二、三名。

  至於火箭達人的競爭,則狠狠地讓學生們體驗到什麼才是科學歷程的常態。本獎項預計錄取六名,然而32組參賽隊伍最後只有4組有發射成功,並且發射距離分別為7公分、23公分、187公分、505公分,落差相當的大。

  絕大部分的組別問題都卡在小小不起眼的火箭噴頭問題,雖然這部分評審已經不斷提示噴頭的材料不限定,但真能嘗試有規劃系統性地解決問題的組別並不多,以致於最後本獎項只能頒予四組。

  有趣的是在紀錄達人錄取的前三名中,有兩名都是在酸鹼火箭發射中失敗的組別,但他們都能在每ㄧ次的失敗中分析失敗因素,並設定下ㄧ次要改變的因素,繼續進行嘗試。而對自然領域教師來說,這三個獎項中我們最希望看到學生能獲獎的就是這一項,因為這代表了學生已經開始能像一個科學家以科學精神走在研究的歷程上。

  每年設計如此一系列的科學競賽活動,對老師而言是非常耗費時間與精力的,至少都要經過三次以上的會議討論才能定案。但老師們也發現每年都能從活動中看到平常沒特別注意到的學生身上不同的亮點,因此在這樣的價值信念下,這個競賽活動成為雙十國中十幾年來的傳統,期望這個科學競賽活動未來能不斷進化與延續下去。

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