壹、活動目標 Goal
希望能藉由磁力彈跳青蛙的科學手做玩具,讓學生開心玩科學,並能從而知曉磁鐵具有磁力,且具有"同極相斥、異極相吸"的特性;進而能測試與探究三顆磁鐵進行不同的互斥組合時,所彈跳的距離會有所不同。
大概念 Big Idea
磁力
同極相斥、異極相吸特性
核心問題(探究問題) Essential Question
※如何讓磁力彈跳青蛙得以成功的彈跳起來?
教學對象
國小生 3-4年級
教學時間
40分鐘 (約 1 節課)
作者(服務單位)
蔡正立
(蔡正立科學實驗室主持人)
陳金葉
(豐裡國小)
通訊作者e-mail
陳金葉
follenleaf4780@gmail.com
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】
INe-II-7
磁鐵具有兩極,同極相斥,異極相吸;磁鐵會吸引含鐵的物體。磁力強弱可由吸起含鐵物質數量多寡得知。
【自然科-學習表現】
ti-II-1
能在指導下觀察日常生活現象的規律性,並運用想像力與好奇心,了解及描述自然環境的現象。
ai-II-2
透過探討自然與物質世界的規律性,感受發現的樂趣。
ai-II-3
透過動手實作,享受以成品來表現自己構想的樂趣。
參、活動原理 Theory
磁鐵是一種天然礦物,能吸引鐵鈷鎳等金屬。現代工藝能製作人工磁鐵,一般常見的有:條形磁鐵、U形磁鐵、圓形磁鐵、O形磁鐵,強力磁鐵等;磁鐵吸引的金屬只有很少一部分,比如:鐵、鎳。
當兩塊磁鐵互相靠近時,相同的磁極會互相排斥推開,不相同的磁極會互相吸引黏住(如下面左圖圖示);彈跳青蛙正是運用磁鐵「同極相斥,異極相吸」的原理。當我們用手將竹筷上方磁鐵下壓靠近下方磁鐵時,因為同極相斥,上方的磁鐵就會帶動青蛙圖卡彈跳起來(如下面右圖圖示)。
肆、活動材料 Material
橡皮擦1個、40CM長竹籤1支、環形磁鐵3顆、雙面膠、美工刀、剪刀、動物圖卡、色筆、尺
伍、活動步驟 Step
第一部分
1.教師詢問學生:自然界中有哪些會跳的動物?
A:青蛙、兔子、袋鼠、跳蚤、蚱蜢、蟋蟀...等。
2.教師揭示與示範今天要做的仿生科學玩具"彈跳青蛙"的玩法。
第二部分
(一)教師介紹及發下實驗器材:
橡皮擦、40CM長竹籤1支、環形磁鐵3顆、雙面膠、美工刀、切割墊、剪刀、動物圖卡、色筆、尺
(二)教師指導學生依下列步驟完成彈跳青蛙(兔子或袋鼠)模具及練習:
第一步:
(1)剪下彈跳動物圖卡,於兩處十字處用美工刀割開。
(可準備一個小切割墊,同組輪流使用)
(2)用鉛筆將十字處戳洞,讓洞可以"輕鬆"穿過竹籤。
第二步:將彈跳動物圖卡沿線凹折組合,並取一小段雙面膠黏合。
第三步:將竹籤尖端插入橡皮擦中。
備註:
(1)竹籤和橡皮擦僅為簡易型立座;提醒插入時,勿過於用力且勿穿透,否則橡皮擦容易斷裂。
(2)亦能使用細塑膠棍、黏土等替代。
(3)竹籤細長且尖銳,請學生務必小心使用
第四步:發給每人2顆磁鐵,使其變成如右圖的"漂浮磁鐵",並將磁鐵懸浮套入竹筷中。
(孩子們測試時會發現2顆磁鐵有時會相吸、有時會相斥;此時可引導討論與說明:磁鐵具有「同極相斥,異極相吸」的特性,而這裡的懸浮現象則是利用磁鐵具有「同極相斥」的特性。)
第五步:用手指將上方磁鐵往下壓,然後放開,測試2顆磁鐵的彈跳高度。
(按壓手勢如右圖一,看每個人習慣的手勢;亦可測試哪種手勢彈跳得較高。)
比比看:誰的磁鐵彈跳得比較高?
第六步:最後將做好的彈跳動物模型套入漂浮磁鐵上方,即可完成彈跳青蛙(如右圖二),按壓青蛙就可讓青蛙不停地跳跳跳囉!
(三)實驗與探究-彈跳高度實驗:
1.試試看:如果只用3顆磁鐵,可以有哪些不同的組合?磁鐵的彈跳高度又會有甚麼不同呢?怎麼樣可以讓磁鐵彈跳得最高?讓我們一起來測試看看吧!
2.限定每人只能運用3顆磁鐵進行磁鐵同極互斥彈跳實驗,觀察磁鐵彈跳的高度有何不同。(可於漂浮磁鐵立座背後放公分刻度尺,或是用色筆在竹籤上劃記後用尺測量高度)
第三部分 實驗與探究
(一)歸納與統整:
1.當兩塊磁鐵互相靠近時,相同的磁極會互相排斥推開,不相同的磁極會互相吸引黏住。彈跳青蛙正是運用磁鐵「同極相斥,異極相吸」的原理,當我們用手將竹筷上方磁鐵下壓靠近下方磁鐵時,因為同極相斥,上方的磁鐵就會帶動青蛙圖卡彈跳起來。
2.磁鐵具有"同極相斥、異極相吸"的特性,而且當磁鐵數量愈多,同極相斥的磁力越強,彈跳的高度也會越大。
3.在3顆漂浮磁鐵實驗中,以上1中1下1的磁鐵彈跳高度最高,因為具有雙重的同極相斥磁力,所以造成的彈跳高度最高;上1下2的磁鐵彈跳高度次之;上2下1的磁鐵彈跳高度最低,因上方兩顆磁鐵的重力抵銷了部分磁力,所以彈跳的高度最低。
(二)延伸實驗:
可再測試看看4顆漂浮磁鐵是否可彈跳得更高?
(4顆磁鐵的擺放位置就有更多種不同的排列組合方式唷!)
備註:磁鐵疊加的磁力有其限度,所以當磁鐵互斥的數量增多,其彈跳的高度結果並非是呈累加或等比級數增長唷!
圖一
圖二
教案學習單
(待調整)
彈跳青蛙所產生的彈跳現象,是利用磁鐵的甚麼特性?(A)異極相吸 (B)同極相斥
參考答案:(B)
實作注意事項
實驗安全事項
在使用美工刀、剪刀及竹籤等器具時,要小心注意安全。
實驗廢棄物處理
彈跳青蛙底座和立柱可儘量使用身邊隨手可得之物,如橡皮擦、竹籤等;玩完後,橡皮擦則可供學生繼續使用。
教學心得
"彈跳青蛙"可利用身邊隨手可得之物製作科學玩具,既環保又好玩!還可激發孩子多利用身邊之物進行科學手做與探究。而且這個科學玩具造型十分可愛又有趣,孩子透過不斷按壓彈跳及看到磁鐵會漂浮的過程,既可充分感受磁力的神奇魔力,並可實際觀察體驗磁力具有"同極相斥、異極相吸"的特性。
並可激發孩子對漂浮磁鐵的好奇心與興趣,日後還可自行進一步延伸探究4顆以上磁鐵排列的彈跳高度唷!
參考資料
闖關活動(十分鐘)
壹、準備活動
★教師準備:
闖關地點預先放置長桌。
準備材料:橡皮擦、40CM長竹籤1支、環形磁鐵3顆、雙面膠、美工刀、切割墊、剪刀、動物圖卡。
張貼操作說明海報。
印製闖關卡及準備過關印章。
★學生準備:異質分組,每次闖關約4人 。
貳、闖關之前
關主及學生就位,關主負責解說闖關步驟、說明器材,副關主則指導學生進行操作。
宣導學生勿在場內奔跑,闖關時需站立於長桌外側面向關主。
参、進入關卡
關主請小組列隊,小組向關主問好。
關主介紹關名「彈跳青蛙」,示範及利用海報說明操作過程。
副關主指導闖關學生組裝實驗器材。
測試如何能讓青蛙ㄉㄨㄞ~ㄉㄨㄞ~ㄉㄨㄞ~地彈跳。
比比看:每人3顆磁鐵,看誰的彈跳青蛙跳得最高;且彈跳高度需超過竹籤30CM劃記處方可過關。
關主掌握時間及隨時給予指導。
肆、闖關結束
指導闖關學生口頭回答提問;闖關結束,小組離開前往下一關。
每人次/每組的材料及預算(*以一組為單位)
(可用厚紙板或磅數較高之雷射相片紙列印)