參考資料

設計水火箭
活動目的
透過模型設計比賽,引入科學探究元素,以培養學生的科學思維和九種共通能力。

探究元素
在設計模型前,學生必須知道一些相關的基本知識。教師可先以一般火箭的操作原理入手,利用以下問題引導學生思考如何設計最理想的水火箭:

問:你認為怎樣的火箭設計才算成功?
參考答案:射程遠、準確度高、速度快、穩定性高等。

問:火箭的哪些部分會影響設計是否成功?
參考答案:火箭的重量、長度;定風翼的位置、形狀、大小、數量;火箭頭的形狀、重量;火箭的燃燒裝置等。

問:你認為可怎樣測試火箭的功能?
參考答案:飛行的準確性、飛行距離、飛行高度、飛行時間等。

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設計原則
設計水火箭時須考慮很多不同的變因,設計者一定要清楚知道各變因的影響,才能構思出最理想的設計。水火箭設計主要涉及兩方面的考慮,首先是射程,其次是穩定性與準確性。

射程
影響水火箭射程的因素包括水和空氣的比例、水火箭的重量、發射角度。水火箭的動力來自水火箭內的壓力,把水火箭內的水擠出,產生反作用力,推動水火箭。用來製作水火箭主體的水樽不能抵受過大的壓力,否則會爆裂。

其實,單靠空氣的壓力同樣可推動火箭升空,只是射程會較短;不過,可避免弄濕地方或衣服,減低測試時出現混亂或產生危險的機會。

注水的份量亦非愈多愈好,由於水樽可承受的壓力有一定限制,所以水和空氣的比例十分重要,是一個很好的探究問題。另外,水火箭的大小和總重量會直接影響其射程範圍,這也是須要考慮的因素。

同時,發射的角度亦會影響射程,哪個角度才可達到最遠的射程呢?這要從測試中找出來。

穩定性與準確性
水火箭的穩定性並不受推力大小影響,而是受水火箭設計影響。只要水火箭有動力飛行,便可探究這因素。

為了簡化設計的複雜性,教師應制訂比賽規則。以飛行距離比賽為例,設計者須考慮下列因素與飛行距離的關係:

  • 載水量
  • 空氣壓縮量
  • 發射角度
  • 外形設計
  • 水火箭重心
如果教師制定的規則較多,就可把考慮的問題收窄,例如:規定空氣壓縮量,設計者就不用測試這個變因。因此,教師可根據學生的能力,設計適合他們的探究範圍。

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測試模型
測試模型是很重要的一環,設計者一方面可驗證自己的假設,另一方面可清楚找出變因之間的關係。由於水火箭測試受到場地及器材限制,所以安排測試時要注意以下事項:
  • 在測試射程時,需要較大的空間及大量人手協助維持秩序;
  • 為了節省人力資源的調配,應預備充足的發射台,讓各組學生同時進行測試;
  • 活動帶有一定的危險性,教師要在場監督;
  • 水火箭的耐用性是十分重要的條件,設計的模型應可作多次測試,提醒學生選用材料時要考慮周詳。

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評估方法
在設計和製作的過程中,學生須運用學習成果架構表第三階段一欄所列的一些技能。科學學習不但重視研習成果(模型和比賽結果),還十分著重探究的過程。如要評估探究的過程以及學生的技巧,教師可要求學生記錄探究過程,最常見的模式是設計圖和書面報告。此外,透過了解學生如何安排工作、遇到的困難、活動感想等,教師可分析他們的學習表現。教師可要求學生以學習日誌形式記錄這些資料,也可鼓勵能力較高的學生提出建議,修訂活動流程。 詳細的建議評分項目,請參考科學模型設計活動評分準則示例

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建議活動流程
教師
  1. 訂立學習目標
  • 所需的科學概念和技能
  1. 設定科學探究的範圍
  • 根據學生的能力和資源的配合,設定探究的範圍
  • 編排教學程序
  1. 安排測試及比賽
  1. 評估探究過程及學習成果

學生

  1. 學習相關的知識
  • 影響水火箭效能的因素
  • 水火箭的結構及各部分的功用
  1. 設計及製作水火箭
  • 影響水火箭效能的因素
  • 設計階段:根據活動要求,將探究問題中的變因分類,界定影響設計的變因,預測這些變因如何影響模型的表現
  • 測試階段:驗證就有關設計提出的假說,有系統地收集有關的數據,並加以分析
  • 結論階段:根據分析結果,作出結論,歸納出最好的設計
  • 修改設計和製作最後作品
  1. 進行比賽
  2. 討論和分析作品
  3. 提交書面報告

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