壹、活動目標 Goal
1.理解為什麼有晝夜、太陽東升西落的現象
2.知道地球上紫外線的主要來源。
3.知道紫外光會造成「光致發光反應」讓物品產生螢光現象。
4.了解「光致發光反應」在生活上的應用。
大概念 Big Idea
能量有不同形式，彼此之間可以轉換。
核心問題(探究問題) Essential Question
1.紫外光的光致發光反應現象
2.光致發光反應的生活應用
教學對象
國中生 7~9年級
教學時間
45分鐘 （約1節課）
作者(服務單位)
陳鈐鈴、邱美靜、楊宸驊、張喻翔
通訊作者e-mail
無
貳、課程綱要對照 Course Outline
學習表現
tr-Ⅳ-1 能將所習得的知識正確的連結到所觀察到的自然現象及實驗數據，並推論出其中的關聯，進而運用習得的知識來解釋自己論點的正確性。
po-Ⅳ-1 能從學習活動、日常經驗及科技運用、自然環境、書刊及網路媒體中，進行各種有計畫的觀察，進而能察覺問題。
ah-Ⅳ-2 應用所學到的科學知識與科學探究方法，幫助自己做出最佳的決定。
學習內容
Ba-Ⅳ-1 能量有不同形式，例如：動能、熱能、光能、電能、化學能等，而且彼此之間可以轉換。孤立系統的總能量會維持定值。
Fb-Ⅳ-1 太陽系由太陽和行星組成，行星均繞太陽公轉。
Id-Ⅳ-1 夏季白天較長，冬季黑夜較長。
核心素養(領域綱要)
自-J-A1 能應用科學知
識、方法與態度於日常生活當中。
自-J-B3 透過欣賞山川大地、風雲雨露、河海大洋、日月星辰，體驗自然與生命之美。
自-J-C2 透過合作學習，發展與同儕溝通、共同參與、共同執行及共同發掘科學相關知識與問題解決的能力。
參、活動原理 Theory
照射到地面的太陽光，除了熟知的可見光以外，還包括了紅外光和紫外光。紫外線為波長在10nm至400nm之間的電磁波，波長比可見光短，但比X射線長。紫外線按能量由低至高，一般會再細分成UVA、UVB、UVC三個波段，波長越短，對照射物體產生的刺激就越高。
所謂的「螢光增白劑」是利用化學物質的螢光反應來改變物質的顏色觀感，例如洗衣精中的「螢光增白劑」是由紫外光照射後會放出藍光的物質，藍光跟黃光是互補色，會使衣服或紙張呈現潔白的視覺效果。
使用紫外光照射物體時，有些會產生光致發光反應（Photoluminescence,簡稱PL）。這是指物質吸收光子（或電磁波）後重新輻射出光子（或電磁波）的過程。從量子力學理論上，這一過程可以描述為物質吸收光子躍遷到較高能級的激發態後返回低能態，同時放出光子的過程。光致發光是多種形式的螢光（Fluorescence）中的一種。
並非所有以紫外線燈照射後會顯現螢光的物質都含有「螢光增白劑」，因為具有共軛雙鍵的化合物(ex.含苯環的芳香族與雜環化合物等)若以紫外光照射就容易產生螢光。譬如環氧樹酯、棉線（含有木質素這種芳香性高分子聚合物）、牙刷毛（有些是使用PET聚乙烯對苯二甲酸酯材質）、電風扇塑膠外殼（材質是PS聚苯乙烯）、衣服上標註尺碼的標籤（材質是PET聚酯纖維），因此有螢光反應不等於有螢光增白劑。
肆、活動材料 Material
發光體(燈泡)、地球儀（氣球型）、吸盤玩偶（可附著於地球儀）、紫外線手電筒、白紙、洗衣粉水溶液、水彩筆、會產生「光致發光反應」的物品、1000元紙鈔。
伍、活動步驟 Step
第一部分 準備活動
自我介紹。包含助教老師介紹。
今日挑戰：簡介要體驗、要完成的事項。
上課常規建立：配合今日挑戰，宣布規範，包括分組、加分機制等。
第二部分 主要活動
活動一：太陽升起的方向
老師提問：在地球上，白天和黑夜是怎麼形成的?(學生回答)
老師邀請一位學生拿著燈泡當太陽，另一位同學拿著地球，上面放置個吸盤玩偶。請拿地球的同學讓地球上的吸盤玩偶經歷白天和黑夜。請其他同學觀察，是否有達到目標。
老師訪問操作者，他為什麼是如此操作。
老師詢問，是否有其他的操作方式，也可以讓地球上的吸盤玩偶經歷白天和黑夜。
如果沒有其他操作方式，老師請兩位學生回到座位。
老師提問：在地球上，我們觀察一天的開始到結束，看到太陽是從哪個方位移動到哪個方位呢？(學生回答：太陽從東邊升起，西邊落下。)
老師提問：根據剛剛同學的操作。地球上吸盤玩偶要經歷白天和黑夜，是因為地球自轉的關係。那麼地球要以哪個方向的轉動，才能在地面上看到太陽從東邊升起，西邊落下?
老師將學生每4人分成一組，請其一人當太陽(到時候手拿燈泡)，一人當地球，以頭頂方向為北方。一人操作地球旋轉方向。一人負責解釋表演過程。
老師給予4分鐘的時間讓學生分工、練習。
老師依序讓小組學生上台表演，並且請其他同學評估，是否能達到「在地面上看到太陽從東邊升起，西邊落下」的結果。
老師給予完成的小組口頭獎勵。
活動二：紫外光的運用
老師說明：照射到地面的太陽光，除了有可見光，讓被照射處變成白天以外，還有人眼看不見的紅外光和紫外光。紅外光波長比較長，通常會造成溫度上昇。紫外光波長比較短，能量比較強，通常用來殺菌。
老師說明：紫外光雖然眼睛看不到，但是它照在某些物體上面，會因為「光致發光反應」而產生螢光現象。
老師拿出事先以螢光增白劑書寫文字的白紙，請同學觀看上面是否有文字?(同學回答：沒有)。
老師請同學將教室電燈關閉，拿出紫外光手電筒照射白紙，請同學念出紙上的文字。
老師再拿出五件會由紫外光產生「光致發光反應」的物品，使用紫外光手電筒照射展示。
老師請同學將教室燈光打開。
老師拿出含有螢光增白劑的水溶液(洗衣粉水)、水彩筆、白紙每人一張，請同學在紙上書寫自己的名字。
老師收回書寫用品，並且等候紙上水痕陰乾。
在陰乾的期間，老師介紹會產生「光致發光反應」的物品並非都是化學物品。天然的材料包括棉線（含有木質素這種芳香性高分子聚合物）、牙刷毛（有些是使用PET聚乙烯對苯二甲酸酯材質）、植物的葉綠素或蝦蟹的甲殼素，在紫外光照射下都會有「螢光反應」，這是「天然螢光反應」。
老師請同學將書寫的紙上互相交換，或放置在教室的某些角落。
老說說明紫外線手電筒的使用規範，不可以照射他人眼睛，不可以離皮膚過近或長時間照射同一人體區域，以免受傷後。每組發下一隻紫外線手電筒。
老師將教室燈光關閉，請各組跟著組長觀看別人書寫的內容，三分鐘後進行報告。
時間截止後，老師收回紫外線手電筒。並且請同學發表他印象深刻的書寫內容。
老師說明並展示1000元紙鈔上，也有運用相同原理的防偽設計。
第三部分 整理活動
整理回收教具，整理桌椅、環境。
獎勵時間：以口頭獎勵為原則。
鼓勵學生延伸閱讀。
教案學習單
（待調整）
無
實作注意事項
實驗安全事項
1.移動時，注意與同學間的距離，留意安全
2.使用吸盤玩偶時，請依據老師操作使用，避免丟擲及吞食
3.紫外線手電筒不可照射他人眼睛，不可離皮膚過近或長時間照射同一人體區域，以免受傷。
教學心得
1.本課程第一個活動希望讓學生藉由小組合作、肢體展示，將課本的知識以實作方式呈現出來，要鼓勵學生表演時動作要大方，讓其他人能夠容易辨識。
2.進行活動二時，如果教室遮光效果不佳，或不容易遮光，可以使用大型空紙箱挖洞觀察，這樣效果會比較明顯。
3.含有螢光增白劑的水溶液(洗衣粉水)除了書寫在紙上，也可以書寫在報紙、桌子上，以減少物品的消耗。
參考資料
闖關活動(十分鐘)
壹、準備活動
★教師準備：
1、準備器材及材料：螢光增白劑的水溶液(洗衣粉水)、水彩筆、白紙、會產生「光致發光反應」的物品、1000元紙鈔、紫外光手電筒。
2、準備學習單：無
3、學生動線安排及分組：3-4人一組，各組按組別坐好。
4、告知學生實驗的安全守則
5、確保學生實驗之安全
6、本實驗的科學原理：紫外光「光致發光」反應。
7、前置作業：事先完成活動二的物品準備。
★學生準備：
1、遵守實驗安全守則，注意實驗安全。
2、發揮團隊合作的精神。
3、由做中學，瞭解本實驗的科學原理。
貳、闖關之前
1、闖關負責關主及學生就位。關主負則解說指導，副關主負責指導與通過不通過判定。
2、集合參加學生，以小組隊伍排列。
3、說明關卡配置與發下小組闖關卡。
4、安全宣導，請學生注意安全，不可以在場地內本跑。
5、請學生注意禮貌，進入關卡和離開關卡都要跟關主問好。
參、進入關卡
1、學生向關主問好，教師說明規則及建立默契。
2、關主介紹活動內容、實驗方法及安全事項（使用ppt或海報）
3、關主事先完成活動二步驟 1 至6 ，協助學生由步驟 7開始操作至 11 。
4、關主指導學生填寫實驗單。
5、學生完成實驗後，關主請學生分享結果。
6、關主說明實驗反應機制及連結。
7、關主掌握時間，隨時指導與提醒闖關學生。
肆、闖關結束
1、收回闖關集點卡。
2、學生心得分享（包括成功與失敗的原因）與關卡的相關科學原理。
3、鼓勵學生尋找更多紫外光致光反應的例子。
4、關主視通關人數給予評分。
5、關主在闖關卡上簽名或蓋通過章。
每人次／每組的材料及預算（*以一組為單位）
1.燈泡組/1顆/250元
2.地球儀(氣球) / 1顆/150元
3.紫外光手電筒/6個/150元*6=800元
4.洗衣粉水/300ml/自備
5.白紙或報紙/學生數/自備
6.水彩筆/25根/20元*25=500元
7.「光致發光」反應物品/自備
總計/每人次（或每組3-5人）/1700元