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設計降落傘模型

活動目的

科學探究是科學範疇中一個重要的學習過程。透過設計降落傘模型，一方面可讓學生了解和體驗科學探究過程的重要性，另一方面可引發學生更主動投入學習。

探究元素

涵蓋的科學概念
地球的重力、空氣阻力、降落傘的設計

涵蓋的探究技能
i. 科學過程技能：界定變因、控制變因、觀察、提出假說、記錄數據、分析數據、作出結論
ii. 實驗技巧：儀器操作、選擇合適的儀器、實驗誤差、減低誤差的方法

降落傘的設計要求
1.下墜時要穩定（內在因素）
2. 著地所需的時間愈長愈好（內在因素）
3. 著地地點要準確（外在因素 + 內在因素）影響降落傘效能的內在因素
降落傘的面積、降落傘的形狀、降落傘所用的材料、降落傘所需要的繩索數目、繩索的長度、降落傘頂孔的大小、降落傘頂孔的形狀、降落傘內支撐桿的排列、降落傘內支撐桿的材料、懸墜物的位置。

影響降落傘效能的外在因素
環境因素（例如：風力的大小、風向）、人為因素（例如：放降落傘的技巧）。

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設計原則

比賽目的是讓學生更投入學習，但活動重點在於科學探究過程。雖然大多數教師都希望以較開放、獨立的模式，讓學生自主地進行，但是科學探究是一個很複雜的過程，所以適當的支援是十分重要的。在科學的範疇上，科學探究過程是評核重點，強調問題的“因果”關係，所以每項設計都要有理據支持。

在探究的過程中，由於影響降落傘效能的因素很多，每個因素各有不同程度的影響，學生要懂得判斷它們的差別，因為一個設計並不能同時滿足所有條件，要根據各因素的影響力而作出取捨（見下圖）。

進行探究時須運用科學過程技能和實驗技巧，因此學生要在此活動前學習相關技能（可參考活動一至八）。本活動包括兩個部分，第一部分是設計和測試，讓學生運用科學過程技能和實驗技巧；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，收窄研究範圍。例如：

§         限制測試變因的數目，如：只須探究最重要的三個因素

§         量度降落傘從指定高度釋放後，著地所需的時間，最慢著地的降落傘為優勝者

§         為提高數據可靠性，各參賽設計最少進行兩次測試，剔除與大部分數據相差較大的「異常數據」後，再取平均值

§         在禮堂內進行比賽，以減低風對測試造成的影響

在推行時，教師應注意以下事項：

§         何時讓學生學習與降落傘相關的概念和設計？

§         學生如何辨別影響降落傘效能的因素？

§         學生根據什麼理據作為設計準則？

§         學生的能力是否可以應付活動的要求？

§         以是哪種形式進行比賽（班際、組別、個人）？是否能配合時間和資源的安排？

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測試模型

選擇進行測試的地點十分重要。首要的條件是有足夠的高度，否則，結果便不會有明顯的差異，令分析的難度增加。影響降落傘效能的因素包括內在和外在兩種。如要測試內在因素，就要減低外在因素的影響。最常見的問題是降落傘打不開，因此，放降落傘的技巧十分重要。若不能確保降落傘每次都以相同方式打開，會影響探究內在因素的準確性。

其次，風力亦會影響降落傘打開的過程。雖然這兩個因素都是問題中的變因，但是因為研究的著眼點是內在因素，所以它們往往會被忽略。教師宜先與學生討論這兩個因素的重要性，讓他們更有系統地進行探究。

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評估方法

教師可根據以下範疇評估學生在本活動的表現：

科學理據

設計及測試模型的原理
測試各因素的影響；根據測試結果修訂設計

科學探究技能（對應學習成果架構表第三階段一欄）

科學探究技能	評估準則例子
預測以既有實驗證據為基礎作進一步預測。	如果最終設計的模型的測試結果仍不理想，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，而能力較高的學生還會進行實驗，驗證自己的解釋。
計劃為探究提出假說；計劃和進行與科學過程相符的科學探究，例如：公平測試；有理據地選擇合適的儀器；為探究的問題建議合適的實驗步驟及方法；明白怎樣的驗證過程可支持或駁斥某些觀點。	提出假說，並清楚指出操縱和應變變因。除確保不變變因不變外，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。
界定變因設計實驗並適當地控制變因；為量性和質性的變因作定義。	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。
資料蒐集－觀察有系統地觀察物件及∕或事件；認識一些影響觀察質素的因素。	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。
資料蒐集－量度利用不同儀器作準確量度。	運用合適的儀器，並懂得進行重複測試，增加數據的準確性。
分類根據物件的外觀、化學性質和物理性質進行分類。	分辨內在和外在的影響因素。
記錄數據為觀察所得的數據製作有系統和準確的筆記及圖表；以不同方式整理和顯示數據，例如列表及棒形圖。	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。
闡釋識別在不同形式數據中的異同、模式或關係；建議與證據一致的解釋。	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。
總結結合不同探究方式的結果作出結論。	能力較高的學生除歸納各實驗結果外，還會指出變因之間的關係。

模型效能

例如：穩定、著地時間最長等

模型外觀

外形美觀、製作精美等

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。

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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。現就降落傘設計活動作詳細的描述（參考設計降落傘活動流程圖）。

設計階段：

考慮模型各部分對其效能的影響
界定所有變因及提出假說
擬定實驗步驟並選用合適的材料，驗證假說
實驗設計必須要合符公平測試的原則

測試階段：

在測試時，要注意一些影響觀察的因素，例如：風向
將觀察結果有系統地記錄下來，如須量度，應以適當的儀器準確地量度，並把數據展示在數據記錄表或圖表中

分析階段：

在分析實驗結果時，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，評估及修訂實驗設計的效能和有關的假說，如有需要，應再作進一步的驗證
根據實驗總結，找出最合適的設計，製作最後修訂的降落傘，並進行測試；若測試結果仍未符理想，應提出合理的解釋。

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