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壹、活動目標 Goal
顆粒是甚麼?日常生活中接近球體的物體(例如：廚房調味罐中的糖、鹽、胡椒，運動場上的籃球、網球，建築工地的水泥，海邊的石礫等)，在地心引力的作用下，整堆的顆粒會產生靜態結構的改變以及流動現象。
本實驗以混合豆實驗來觀察與驗證「巴西豆效應」，思考哪些參數能夠分離不同大小的顆粒，並延伸至當顆粒的質量不同時，如何應用震動裝置進行分流?
大概念 Big Idea
在震盪的條件下，底層的大體積物體會逐漸的向上移動
核心問題(探究問題) Essential Question
如何記錄大顆粒物體的移動軌跡?
在農業上如何應用巴西豆效應進行顆粒篩選?
教學對象
國小生 6年級 、國中生 1年級
教學時間
50分鐘 （約 1 節課）
作者(服務單位)
簡汎佐博士
(花蓮縣私立海星高級中學資訊媒體組組長)
通訊作者e-mail
ftchien@smhs.hlc.edu.tw
貳、課程綱要對照 Course Outline
※以十二年國教素養導向綱要呈現
【自然科-學習內容】
教師先用物理動態模擬系統製作震動平台，並且展示不同顆粒大小的豆子在震動的過程當中的運動軌跡，並以圖形繪製不同顆粒在震動過程當中的移動情形，使學生認識巴西豆效應。
【自然科-學習表現】
1. 學生能製作手動震動裝置。
2. 學生能將大顆粒豆類至於底部，其後以小顆粒填充製指定高度。
3. 學生能藉由操作上下震動移動大顆粒。
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。
參、活動原理 Theory
顆粒是甚麼? 印象中只要是接近球體的物體在日常生活中隨處可見。從廚房調味罐中的糖、鹽、胡椒，運動場上的籃球、網球，建築工地的水泥，甚至是海邊的石礫。這些顆粒單獨來看是一個個近似球體的物體，若是它們整堆存在並在地心引力的作用下，會產生靜態結構的改變以及流動現象，這個特性是非常有趣的科學。對於中學端的自然科學教育來說，也是一個適合討論的題材。因為單一顆粒可被視為單一球體，整個顆粒群可視為多球體的運動，而球體運動又可以被簡化中學物理課程各式運動方程式可以描述的質點。
教師首先以「巴西豆效應」引導學生思考在日常生活中，為什麼在倒早餐麥片，若在倒出前加以震盪後，大型的穀粒或果粒何者先被倒出?學生經過一連串顆粒流的探究之後，對於顆粒流的物理有基礎的認識。接者，我們將導入農業中顆粒分流的概念，讓學生進行實驗設計前，先思考以什麼樣的參數能夠分離不同大小的顆粒，進一步思考如果顆粒的質量不同該如何應用震動裝置進行分流。最後，學生以混合豆(花豆、黃豆、綠豆以及西谷米)放置於透明塑膠杯中，上下搖晃讓學生進行顆粒分流的實驗。學生可以參照在模擬系統裡的實驗結果，實地驗證不同大小顆粒在震動過程中的位移。同時思考如何進一步設計具有連桿裝置的震動實體裝置，並且使用實體的馬達並配合木工技術，製作豆類篩選機械。
肆、活動材料 Material
器材:透明塑膠杯、錫箔紙、橡皮筋
藥品:西谷米、紅豆、綠豆、黃豆、花豆
伍、活動步驟 Step
第一部分 使用Algodoo物理動態模擬系統解釋巴西豆現象
用物理動態模擬系統製作震動平台，探討不同顆粒大小的豆子在震動的過程當中的運動軌跡，並以圖形繪製不同顆粒在震動過程當中的移動情形。由於模擬的尺度較大，所以學生必須以比例的概念，反映現實當中顆粒的大小。
圖例:Algodoo動態物理模擬震動平台與顆粒分流
圖例:Algodoo動態物理模擬紀錄大顆粒移動軌跡
第二部分
取一透明塑膠杯。
放入十顆黃豆，其後以西谷米倒入，高度為杯子的一半。
以錫箔紙封口，並用橡皮筋圈住錫箔紙。
上下均勻搖晃1-2分鐘，觀察黃豆是否到頂層?
計算頂層黃豆數目。
第三部分 實驗與探究
取一透明塑膠杯。
放入花豆，高度為杯子的一半。
在花豆頂端放上10顆黃豆。
以錫箔紙封口，並用橡皮筋圈住錫箔紙。
上下均勻搖晃1-2分鐘，觀察黃豆是否到底層?
計算底層黃豆數目。
教案學習單
（待調整）
下列何項參數對豆類分離有顯著影響?
例如：顆粒大小、上下震盪幅度、上下頻率、顆粒形狀、顆粒顏色、顆粒表面粗糙度
參考答案
顆粒大小、上下震盪幅度、上下頻率、顆粒形狀、顆粒表面粗糙度皆有影響。
實作注意事項
實驗安全事項
避免誤食豆類
實驗廢棄物處理
塑膠杯、錫箔紙、橡皮筋、實驗所需豆類教可再利用。
教學心得
學生可結合物理動態模擬與實驗操作，同時自行設計實驗驗證豆類移動方式。
參考資料
第四十五屆中小學科學展覽會: 扶搖直上~固態粒子的流體化現象
闖關活動(十分鐘)
壹、準備活動
★教師準備：
塑膠杯、顆黃豆，西谷米、綠豆、錫箔紙，橡皮筋
★學生準備：
裝置一
取一透明塑膠杯。
放入十顆黃豆，其後以西谷米倒入，高度為杯子的一半。
以錫箔紙封口，並用橡皮筋圈住錫箔紙。
裝置二
取一透明塑膠杯。
放入花豆，高度為杯子的一半。
再花豆頂端放上10顆黃豆。
以錫箔紙封口，並用橡皮筋圈住錫箔紙。
貳、闖關之前
在裝置一中計算底層黃豆數目。
在裝置二中計算頂層黃豆數目。
参、進入關卡
上下均勻搖晃1-2分鐘。
觀察裝置一中頂層黃豆數目、觀察裝置二中底層黃豆數目。
觀察到6顆以上為通過。
肆、闖關結束
預算表
預算表
每人次／每組的材料及預算（*以一組為單位）
項目.材料 / 數量/金額 (元)
項目.材料 / 數量/金額 (元)
1.塑膠杯數個(依組數調整)
1.塑膠杯數個(依組數調整)
2.西谷米、黃豆、花豆
2.西谷米、黃豆、花豆
3.錫箔紙、橡皮筋
3.錫箔紙、橡皮筋
總計 /每組約$80元以內
總計 /每組約$80元以內
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