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Water Rocket Model-making
水火箭模型設計 |
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活動目的 |
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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。 |
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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模型：
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；但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。注水的份量也不是愈多愈好，因為瓶內的壓力受到限制，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。另一方面，發射的角度亦會影響射程，哪一個角度才最好呢？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，教師應訂定比賽規則。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
如果教師訂定較多的規則，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：
- 活動是射程測試，因此需要較大的空間及大量人手協助維持秩序；
- 為了減少人力資源的調配，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；
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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LOF表KS3一欄所列的一些技能。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所用的技能，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，透過了解學生安排工作的情況、遇到的困難、活動感想等，亦有助教師分析他們的學習表現。教師可要求他們以學習日誌形式記錄這些資料，也可鼓勵能力較強的學生提出建議，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
- 訂立學習目標
- 設定科學探究範圍
- 根據學生的能力和資源的配合，設定探究範圍
- 編排教學程序
- 安排測試及比賽
- 評估探究過程及學習成果
學生
- 學習相關的知識
- 設計及製作過程
- 影響水火箭效能的因素
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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
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測試階段：驗證設計中的假設，有系統地收集有關的數據，並加以分析
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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
- 進行比賽
- 討論和分析作品
- 提交書面報告
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