2008年8月23日

2008物理教學及示範研討會(上)


週四週五的時候去參加了一場堪稱物理老師大拜拜的活動,全名為「2008物理教學及示範研討會」。從新竹坐高鐵轉乘公車到彰師大,只要一小時就到了,有高鐵真好,不然我可能要花上兩三個小時。

一進門就看見有個顆球在原地漂浮著,底下有三個大型「吹風機」



這個「吹風機」本來的用途是什麼呢?


早上的議程是工作坊,有三場自由選擇的工作坊。我參加的是清華大學物理系戴明鳳教授的「太陽電池DIY工作坊暨再生能源產品展示觀摩」,畢竟跟生物多少有點關係。

一開始戴教授就送了個小禮物-玻璃變色珠,照射紫外線時,就會變成紫色或是黃色。聽說是台灣製,外銷美國,但是台灣買不到。

沒照太陽光時是白色的


照了太陽光就變成黃色的,有另外一種會變紫色,這個可以拿來當簡易的紫外線偵測器。



這裡要做的太陽電池是利用色素來當材料,我第一次知道到這個東西是在讀「大人の科学」這本雜誌的時候,裡頭有個專欄叫作「實驗村」,其中的第四集就是介紹製作這種太陽電池,在他們的官方網站上也能找到完整的內容。在此 http://otonanokagaku.net/issue/lab/vol4/index.html


大會網站上有製作的詳細資料 ,原理不算太難,首先是色素吸光,電子會跳躍到高能階,因為二氧化鈦很會搶電子,所以電子就被搶走了。但是因為旁邊有導電玻璃,裡頭參雜了金屬,因此電子開始流動,經過透過電線到負極的地方形成通路。負極的地方同樣是用導電玻璃,但是用碳塗佈,然後在裡頭又加了電解液,因此整個電路可以導通。

材料有這些



為了找出導電玻璃的導電面,可以使用三用電表。戴老師還帶來了一種測是否導通的小玩意。
乒乓球的大小,外頭有兩個金屬片,如果形成通路,乒乓球會發光還會叫




奈米二氧化鈦加稀醋酸和介面活性劑研磨






把二氧化鈦塗在導電玻璃的導電面




變成這個樣子,塗好之後,送進烤箱加熱




加熱完之後,放在色素溶液中。一般的作法可以用植物的色素,以紫色系、藍色系為佳,因為這類的色素可以吸收紅光。



另外一片則是在燭火上面燻烤,讓碳在上面塗佈



然後把兩片疊在一起,中間滴入碘液後,這個電池就會開始工作了



這是他們開發的示範教學組



在生物方面的聯想-->

要說利用太陽能最多的,當然非光合作用莫屬。

用透明玻璃是為了讓光能夠通過,這和葉子透明的上下表皮有相同的道理。但並非都是所有植物的上下表皮都是透明的,像吊竹草或秋海棠的葉背就不是透明的。它的表皮細胞內有有色素,在生物實驗中,很常拿來做質壁分離的觀察。

下表皮之所以會是深紫色,應該也和所處的環境有關係。因為它們通常都在林底層,大多數的光都被上層的植物用掉了,有色的葉背,大概能將穿透葉片的光線再度反射回葉肉細胞,使它們能有效利用剩餘的光能。


中午休息的時候,逛逛附近的廠商展示區,看見一個好東西。這個是資料紀錄器,有很多種sensor ,有測光強度的、氧氣濃度的、酸鹼值的,甚至有心電圖和心跳的。只要有這個主機,配合上不同的sensor,就可以有不同的組合應用,在生物、物理、化學上都可以利用



也可以和電腦連接,在上面做紀錄、產生圖表



看起來是在很夢幻,很想弄一台來玩,但是最大的缺點是太貴了。光是可應用在生物的感測器,那些買下來,大概也要好幾萬。


下午大會開場的時候,先由一位美術系的同學表演光劍








這個研討會是在1998年的時候,由逢甲大學的林泰生老師開始舉行,從原本的27人,到第11屆的今天,已經超過400人了。參加的人,從國小到大學的老師通通都有,連我這個生物老師都來參一腳。

會議中,大概是林泰生老師吧(不是很確定),談到了學習金字塔(learning pyramid),這應該是這個研討會的理論基礎吧。從被動的學習到主動的學習應用,學習的平均保存度從10%躍升到90%。對老師而言,光是說是不夠的,如果能加上示範展示,效果更能提昇到30%。配合上小組的討論、實作,甚至學生立即應用、轉教別人,學生的知識保存度就能提高非常多。

對我來說,找資料、實作、寫blog也是提昇我知識的保存度。


周建和和林泰生教授聯手示範了用尼龍繩斷衣架、斷牙刷




甚至連PVC管也能斷



原理是利用尼龍繩的溶點比較高,所以摩擦時,先斷的是溶點低的塑膠。


同樣用線來切物體的,還包括用綿線切蛋,不過這比較應該和壓力有關係。印象中,在生物上似乎有用線來切細胞或胚胎的應用?



演講完畢後,是壁報的呈現和教學演示。






台中一中的張老師帶來許多物理上的演示教具,這些資料在物理學科中心通通都有。

這是利用長尺同時讓兩小球做出自由落體和平拋運動,可以用聽聲音來知道兩小球是否同時落地,詳細資料




這個是講慣性。敲擊圓環之後,硬幣會落入瓶中





桌面上各式各樣的教具,在學科中心的網站裡也都有詳細介紹和作法






這個是由彰化師範大學物理系演示的「隱形大力士─水壓暨大氣壓力概念教學演示


水壓和水柱高、密度有關係。管子底部加上o-ring和保險套,裡頭裝水,把管子拿起來後,水柱越高,下方的薄膜越凸出,同樣這也可以替換成相同水柱高度,但不同密度的液體,同樣也可以看出不同的效果。





用o-ring加上保險套做成水壓感測器。




放入水中,可以看到薄膜凹下,演示水壓。





或是用大小不同的真空罐,演示大氣壓力。



另外還有林宣安老師的創意教具DIY



林老師利用資訊組報廢的電腦喇叭,拆下擴大機,將兩個擴大機串聯成新的擴大機,可以用來放大電流。



利用壓電喇叭製作的通訊器。雙股電線兩端接上壓電喇叭,就可以變成半雙工的有線通訊器。



光學的教具



水銀開關製成的警報器



利用數個雷射筆改裝成能發出數條平行光線的裝置,配合凸透鏡模擬水晶體,加上眼球,就能夠真實演示進入眼球的光線路徑。



這個高中生物會用到,改天學林老師做一個來玩玩。




戴老師的教具展示




這些都是戴老師在國外買回的物理教具,吸引了一堆人圍觀



最前面的是伽利略溫度計





太陽能發電的用品



照光就會動的腳踏車騎士


照光就會轉的飛機









把硬幣從上面的凹槽滑下去,硬幣就會順勢在底下像喇叭的地方,一直轉轉轉



這個是駐波產生器





看壁報的時候,看見這個雙翼反轉竹蜻蜓













以前看過一種可以夾在書本裡頭,打開來以後就會啪啦啪啦飛出來的紙蝴蝶,原理應該就跟這個一樣吧


自助餐式的晚宴結束後,是東吳大學物理系的陳秋民教授的演講


不同物理老師有不同的特性,有的很會收集教具,像戴老師,有的很會做教具,像林老師。有的很會從生活中找物理,像陳秋民老師。



用拇指、食指和中指可以夾出一個小洞,近視眼不戴眼鏡,透過小孔就可以讓看清楚。


  • 怎麼弄出玻璃瓶中的橡膠塞,可以用塑膠袋塞進去卡住塞子,用力抽出即可。或者讓塑膠袋口開花狀,塞進去,抓住塞子拉出也可以。這樣的作法在商業上的運用就是電線穿線器
  • 從水壓檢測的道具,可以應用在洗衣機測水位的裝置,其實是個管子插入洗衣機的外筒,當水上升的時候,就會產生壓力,這樣就可以透過壓力的變化來得知水位。
  • 報廢儀器拆解學物理,從工具的使用到拆解一台雷射印表機,各種零件都有不同的運用。
  • 為什麼921地震倒的都是12樓,除了共振的因素外,也要考慮消防建築法規,建築超過12樓和不到12樓有不同規定,因此12樓是個界線。
  • 公道杯利用虹吸的原理,在杯中有個枴杖形吸管,在水位未超過時,水可以不斷加入杯中,但當水位超過枴杖時,會因大氣壓力而將水都漏光。
  • 從公道杯的應用包括抽水馬桶,而第一個抽水馬桶來自一千多年前的販賣機,那是用來販賣聖水的。
  • 我們也可以利用公道杯的方式來製作「孵豆芽機」。在孵豆芽的過程中,每天都要換水,否則水會發臭。綠豆放在大型的公道杯,把它放在水龍頭底下,慢慢滴水,當水超過某個水位時,就會把水漏光光。
  • 利用兩枚硬幣可以切斷吸管,這和用兩隻尺互夾,當作剪刀來使用原理相同。
  • 演示都卜勒效應時,可以將蜂鳴器接在線上。在頭上甩動作圓周運動,就可以產生頻率忽高忽低的效果。
  • 風箏也能夠發聲,在風箏的木條上加上塑膠片或藤片,就可以發聲。沒有風箏的情況,也可以用橡皮筋加上木條變成一個弓,一端加上線,同樣在頭上甩動,也有發聲的效果。
  • 演示拍頻最簡單的方式就是利用口琴,口琴的單音是兩個簧片共同產生。這兩個簧片若是同個頻率,音色就會難聽。口琴的好聽在於兩個簧片的頻率有些微不同,因此在演奏時,就會有種忽大忽小的效果。只要吹單音,自然就會有拍頻出現。
  • 磨鋁棒可以在鋁棒中產生駐波,不斷摩擦會加強能量,最後鋁棒就可以產生極高頻的聲音。
題外話,活動進行時,有架攝影機拍攝講師,把講師的畫面又投影在講師背後的螢幕。結果攝影機左下角的時間沒關,因此在螢幕上出現畫面中的畫面,每個都有秒數,而這些秒數有漸變的效果。
以下圖為例,三個畫面中,最外面的是第一個畫面,第一個畫面變成02秒時,第三個畫面卻還停留在01秒。我一直在想,兩張畫面間隔的時間差代表什麼意思?和傳輸速度有關係嗎?

另外,其實這裡頭也可以玩出「碎形」,平常時我們可以利用數位相機將訊號接到電視播放,然後相機再拍電視,如此一來,在電視裡就會出現一堆畫面構成的碎形。

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