Reference Materials

活動目的探究元素設計原則測試模型評估方法建議活動流程

Motor Boat Model-making

電動模型船設計

活動目的

運用科學過程技巧,思考和比較能量轉換的過程和效率。

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探究元素

涵蓋的科學概念
不同形式的能量、能量轉換、影響船隻移動的因素

模型設計的考慮因素

電動模型船的移動速度和距離受著能源的提供和能量轉換的效率影響。此活動是探討能量轉換時須考慮的因素,主要有以下三項:

  • 因為電動機沒有連接螺旋槳,所以要考慮螺旋槳這一個變因,如螺旋槳的大小、槳葉的數目、螺旋槳的形狀
  • 產生推動力的方法並不只一種,要選取最有效的方法。常見的方法如下:
    i. 電動機放在水中轉動,推動模型船
    ii. 電動機放在空氣中轉動,推動模型船
    iii. 電動機放在空氣中轉動,產生風,運用帆船的原理,推動模型船
  • 產生推動力的方法(例如:螺旋槳在水中轉動、螺旋槳在空氣中轉動)
  • 船身的設計,如流線型設計

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設計原則

進行探究時須運用科學過程技巧和實驗技巧,因此學生要在此活動前學習相關技巧(可參考活動一至八)。本活動主要分為兩部分,第一部分是設計及測試,讓學生運用科學過程技巧和實驗技巧;第二部分是比賽,讓他們展示研習的成果,目的是增加他們的投入感。因此,活動的第二部分是附加環節,教師可因應實際需要,決定是否進行比賽。

教師可因應學生的能力,訂下設計要求,簡化問題。例如:

  • 船的推動力主要受著其產生過程影響。如果固定船動力的來源(規定學生只可選用一個3V電動機),便可讓學生探討一個最有效令船移動的方法,其他材料則沒有限制

  • 測試的準則是選取在指定時間內(如10秒)能前進最遠的設計

  • 提交最少三個設計,各設計涉及不同的能量轉化過程,以比較各設計的效能

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測試模型

確保所有測試在相同的實驗條件下進行,例如:同一日進行、同一條水道上測試等等。

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評估方法

科學探究技能的評估(對應LOFKS3一欄)
 
Common Competencies

評估準則例子

Predict
  • make further predictions based on available experimental evidence.
 
  • 如果模型(最後版本)的測試結果不是最好,學生會否探討當中的原因?能力稍遜的學生不會發現這個問題;能力一般的學生會解釋原因,根據已有的實驗結果,提出論證支持,而能力較強的學生還會進行實驗,驗證自己的解釋。
Plan
  • propose hypotheses for investigation;
  • plan and carry out scientific investigations consistent with scientific processes; e.g. the concept of a "fair" test;
  • select appropriate apparatus and justify choice;
  • suggest experimental procedures and methods that are appropriate to the questions being explored;
  • understand what empirical evidence will support or refute claims.
 
  • 提出假說,並清楚指出操縱和應變變因。
  • 除確保不保變因不變外,還要確保所有測試在相同的實驗條件下進行,例如:同一日進行、同一地點測試等等。
  • 選用容易找到的材料和儀器,並要考慮實驗安全的問題。
  • 清楚列出各實驗步驟,並建議提高實驗準確性的方法。
Define variable
  • devise experiments with control variables where appropriate;
  • define operationally physical quantities and qualities.
 
  • 能力較強的學生懂得控制不變變因及解釋保持不變的原因。
  • 清楚界定和控制變因。
Information gathering - Observe
  • observe objects and/or events systematically;
  • understand factors that might influence the quality of their observations.
 
  • 細心觀察測試時的情況,注意影響實驗結果的環境因素,建議改善的方法。
Information gathering - Measure
  • make measurements accurately using a variety of instruments;
 
  • 運用合適的儀器,並懂得進行重複測試,增加數據的準確性。
Classify
  • classify according to external features and observed chemical and physical properties
 
  • 動力來源是受著槳葉的大小、槳葉的數目、電源三方面影響,而船的重量和船身是直接影響移動的因素。不論是哪一種能量轉換過程,上述兩個問題都是存在的。因此,首先解決該兩個問題,才能比較不同的能量轉換過程。
Record data
  • make systematic and accurate notes and drawings of observations;
  • compile and display data in a variety of formats; e.g. tables and bar graphs.
 
  • 記錄測試時的情況,可用文字和圖畫描述。
  • 能力強的學生會運用圖表,找出變因的影響,以及變因之間的關係。
Interpret
  • identify similarities, differences, patterns or relationships in a variety of forms of data;
  • suggest explanations for observations that are consistent with the evidence.
 
  • 根據測試結果,清楚指出各變因的變化。另外,還懂得作出預測,找出最理想的參考值。
  • 例如改變帆布的面積,會改變船的重量。能力較強的學生不單解釋問題的因果關係,還會找出最好的配對。
Conclude
  • combine findings of different investigations in drawing conclusions.
 
  • 能力較強的學生除歸納各實驗結果外,還會指出變因之間的關係。

為了清楚了解學生的測試過程,教師可要求學生提交所有有關實驗的資料,例如:測試項目及實驗結果、設計修改的部分及原因等,以便全面評估學生的學習過程和成果。提交的模式可選用書面報告及學習日誌。書面報告詳細記錄從實驗所得資料,以及當中所考慮的因素;而學習日誌則記錄進行的過程,每階段工作的情況,例如:遇到的困難及解決辦法。教師可根據這些工具評核科學探究的過程。有關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

流程圖一為科學探究活動的一般程序,列出在各階段常用的科學技能。電動模型船設計活動流程圖則以流程圖一為範本,詳細介紹此活動各個階段的程序。在設計階段,學生須提交三個設計,各設計須涉及不同的能量轉化過程。另一方面,還須考慮模型各部分對能量轉化過程的影響。因此,這兩個問題須要獨立考慮。進行設計期間,要界定當中的所有變因及提出假說,然後擬定實驗步驟及選用合適的材料,驗證假說的真確性。實驗設計一定要符合公平測試的原則。在測試時,要注意一些影響觀察的因素,例如風向會否影響觀察的結果;此外,將觀察結果有系統地記錄下來,如須量度數據,要選用適當的儀器準確地量度,並把有關數據展示在數據記錄表或圖表中。在分析實驗結果階段,找出各相關變因的影響和變因之間的關係,並根據各項數據變化形式的異同,解釋觀察結果。綜合各實驗的結果,作出總結。根據實驗總結,評估及修正實驗設計的效能及設計所涉及的假說,如有需要,應再作進一步的驗證。在製作最後版本的電動模型船之前,評量各部分對能量轉化過程的影響,找出最合適的設計。

以下的教學程序可供參考:

引入階段:

  • 介紹不同類型的能量
  • 討論能量轉換的例子
  • 討論工作紙一,從中分析不同種類的船的能量轉換過程;此外,就算有著相同能量轉換過程,但設計取向都可以是不同的
  • 討論工作紙二,分析影響船移動的因素

設計及製作階段:

  • 引入電動模型船設計比賽,介紹設計要求,派發活動詳情,作出詳細的解釋
  • 討論學生指引一,讓學生知道繪畫設計圖的要求
  • 在班上討論測試模型設計所需經歷的過程,如有需要,可透過活動一至八幫助學生了解測試時所需的技巧和要求
  • 介紹實驗探究的過程;此外,透過學生指引二,要求學生訂定工作進度,有系統地安排自我檢核工作
  • 進行測試

評估階段:

  • 進行比賽
  • 提交書面報告、學習日誌和模型

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