許我一個彩色的光!
看見極光VS祈願光筒
壹、活動目標 Goal
1.認識光的三原色:紅藍綠。
2.透過實作認識光的反射作用(漫射、單向反射及無限反射)。
3.透過有趣的科學遊戲,從而萌發學童對於光學的好奇與興趣,而能從事進一步探究。
大概念 Big Idea
光的行進方式有以下三種方式:
一、光的直線行進
二、光的反射
(一)漫射(多重反射)
(二)單向反射
(三)無限反射
三、光的折射
核心問題(探究問題) Essential Question
1.在漆黑的屋內,將LED燈(RGB)以不同的遠近和角度照在牆上,光會呈現甚麼樣的變化?
2光可以透過哪些物品進行"(單向)反射"?
3.在祈願光筒的上下方,放置不同材質物品,會產生怎麼樣的成像?
教學對象
國小生 4年級
教學時間
40分鐘 (約1節課)
作者(服務單位)
蔡正立講師(蔡正立科學實驗室)
陳金葉主任(花蓮縣立豐裡國小)
通訊作者e-mail
follenleaf4780@gmail.com
貳、課程綱要對照 Course Outline
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。
學習內容
INe-Ⅱ-6 光線以直線前進,反射時有一定的方向。
INf-Ⅱ-3 自然的規律與變化對人類生活應用與美感的啟發。
核心素養(領域綱要)
自-E-A3具備透過實地操作探究活動探索科學問題的能力,並能初步根據問題特性、資源的有無等因素,規劃簡單步驟,操作適合學習階段的器材儀器、科技設備及資源,進行自然科學實驗。
自-E-B3 透過五官知覺觀察周遭環境的動植物與自然現象,知道如何欣賞美的事物。
參、活動原理 Theory
1.光的行進方式有以下三種方式:直線前進、反射和折射。
2.光的直線前進:當光線在均勻介質中,會沿著直線前進。
3.光的"漫射"(多重反射):當一束平行的入射光線射到粗糙的表面時,表面會把光線向著四面八方反射。(如圖一)
【圖一】
【圖二】
【圖三】
肆、活動材料 Material
一、看見極光
電池座1組、3號電池2顆、發光二極體(light-emitting diode,LED)三顆一組、膠帶、剪刀。
【圖四】
二、祈願光筒
30cm*6cm 透明塑膠片1片(或以帶有厚度的卡紙替代)、電池座1組、3號電池2顆、發光二極體(LED)6顆、極細電線絲2條、膠帶適量、剪刀1把、回收再利用光碟片2片、10cm*10cm透明塑膠片1片、10cm*10cm塑膠鏡片1片。
【圖五】、【圖六】
【圖四】
【圖五】
【圖六】
伍、活動步驟 Step
【圖十四】請組員將導光光纖拉開成一直線。
活動一、看見極光
(一)極光在哪裡?【圖七】
1.極光圖片(或影片)分享:小朋友,你們知道甚麼是極光嗎?極光是地球上極為美麗的一種自然現象,許多人窮極一生要遠赴南北極去看極光,路途遙遠,不僅要搭機、且要花費數十萬,所費不貲,還可遇而不可求,不一定能看得到。到底甚麼是極光呢?極光有多美呢?
2.簡單介紹南北極極光現象:是一種電漿體現象,主要是由於來自磁層的帶電高能粒子與高層大氣中的原子碰撞造成的發光現象。
補充影片:《國家地理雜誌》於youtube發布之「美到捨不得眨眼!」從國際太空站看極光影片,該影片為美國太空總署(NASA) 的太空人傑克.費雪(Jack Fisher)與我們分享了這段美麗的縮時影片。極光現象主要發生在地球的磁極附近(南極或北極)。當太陽風中的帶電粒子與大氣中的原子或分子碰撞時就會發光。
3.讓我們一起來試做看看吧!
(二)自製極光
1.教師示範操作
(1)關掉教室內的燈光,教師示範操作將LED燈(RGB光)光源照在牆壁上,牆上就會呈現出類似"極光"的現象。
(2)教師解說光的三原色(RGB綠藍紅)。【圖八】
(3)教師解說自製極光活動中光的行進方向(先直線前進->再漫射) 【圖九】
2.學生分組實作
(1)輕輕拔除電池座電線兩端的外皮。(小心!不要把裏頭的電線也給扯斷了唷!^0^) 【圖十】、【圖十一】
(2) 將電池放入電池座中,再將發光二極體放置於電線末端上頭,測試怎樣擺放燈泡才會發亮。
A.考驗小朋友知不知道要如何放置,以及電池座運用的是電池串聯還是電池並聯的原理,而這三個發光二極體運用的又是燈泡串聯還是並聯的原理呢?(A:電池串聯、燈泡並聯)
B.發光二極體兩端電流的正負極不同,接對了燈泡才會發亮喔!
【圖十二】、【圖十三】
(3)將發光二極體和電池座的電線纏繞相接好,再用膠帶包覆固定。
(提醒不可將膠帶黏貼到電池,以免影響電池的更換。)
【圖十四】、【圖十五】
(三)極光之美~發現與討論
完成後,就可以關掉教室內的電燈,一起來玩極光囉!
1.讓學生嘗試將LED燈(RGB)以不同的遠近和角度打在牆上,觀察光在牆上的呈現會有何不同。
2.討論如何才可以呈現出較佳的極光效果。
活動二、祈願光筒
(一)讓我們一起來許願!【圖十六】
教師變出一項神奇法寶-祈願光筒,傳說只要它燈亮的時候,許的願望就能實現;並邀請學生一同許願。(可以為疫情、世界和平、家人安康許願,或是慶生用等。)
(二)自製祈願光筒
教師一邊示範操作,學生一邊跟著分組實作:
1.【圖十七】將六顆發光二極體一一套入長方形透明片中的六個小孔中。(注意:六顆發光二極體的長短腳方向要一致!例如:全部都是長腳在上、短腳在下。)
2.【圖十八】將長方形透明片彎曲成圓筒狀,交疊約0.5CM,以膠帶黏合。
3.【圖十九】將2條極細電線分別纏繞於六顆發光二極體的長短腳,圍繞成一個圓。
A.因為電線非常的細,所以請小心,勿過用力拉扯,以免拉斷。
B.纏繞時,要繞緊,勿過鬆,以免接觸不良而導致電線斷路和失敗。
4.【圖二十】取適量膠帶繞一圈,黏貼固定光筒上的兩條極細電線。
5.【圖二十一】將電池座兩條電線末端接於其中一個發光二極體的長短腳,測試正負極要如何接,燈泡才會發亮。最後再取一段膠帶黏貼固定。
(溫故知新~本活動LED燈運用的是燈泡並聯的方法,即使有燈泡故障不亮,其他燈泡仍會發亮。)
(三)發現與討論
完成後,就可以關掉教室內的電燈,一起來測試囉!
1.【圖二十二】、【圖二十三】啟動電池座開關,請小朋友觀察與分享看到的LED燈發光情形。
(只有看到LED燈實像閃爍七彩燈光)
2.【圖二十四】、【圖二十五】在祈願光筒下方放置一張回收光碟片,亮面朝上,請小朋友觀察與分享看到的LED燈發光情形,並詢問可看到幾層LED光圈?(因LED燈光源照射到光碟片鏡面產生光反射,所以應可看到兩層的LED燈光圈。)
3.承上,接著在祈願光筒上方放置一張透明塑膠片,請小朋友觀察與分享看到的LED燈發光情形,並詢問可看到幾層LED光圈?
(因LED燈光源照射到光碟片鏡面產生光反射,反射光又照到透明片再產生反射,反覆循環,所以約莫可看到五、六層左右的LED燈光圈。)
4.接下來可請小朋友嘗試更換祈願光筒上下方物品:光碟片、透明片、塑膠鏡片等,請小朋友觀察與分享看到的LED燈發光情形,及可看到幾層LED光圈。
【圖七】
【圖八】
【圖九】
【圖十】
【圖十一】
【圖十二】
【圖十三】
【圖十四】
【圖十五】
【圖十六】
【圖十七】
【圖十八】
【圖十九】
【圖二十】
【圖二十一】
【圖二十二】
【圖二十三】
【圖二十四】
【圖二十五】
教案學習單
(待調整)
1.在地球的哪些地方能看見極光?(A:南北極)
2.光的三原色是哪三種顏色?(A:紅藍綠RGB)
3.光遇到甚麼樣的物體會產生(單向)反射?(A:光滑明亮的物體,例如:鏡子、玻璃...等)
4.觀察與紀錄祈願光筒上下方運用不同反射材質介面所產生的LED光圈成像。
實作注意事項
實驗安全事項:
發光二極體凸出的兩隻腳略為銳利,使用時要小心,或是以膠帶包覆,以免受傷。
實驗廢棄物處理:
電池座使用完畢後,請將電池取出,以免久放造成電池液外漏,危害環境。電池用罄沒電時,也必須要丟置於廢電池回收處喔!
教學心得:
1.無論是美麗的極光或是祈願光筒的色光都十分地絢麗,皆能成功吸引學童的注意,引發其高度的興趣。
2.孩子們都非常這類有趣好玩的科學實作遊戲!透過實作,讓孩子自己手做,完成的成品又非常地好玩,孩子不僅從中獲得很大的成就感;且拿著成品,皆會迫不及待地進行各項嘗試,萌發主動學習之心,很棒唷!
參考資料
Gomdori Co.(2009)。科學實驗王3:光的折射與反射。台北:三采。
安娜‧克雷邦(2022)。STEM 73個神奇的科學酷魔術:史上最棒的科學遊戲實驗書。和平。
NTCU科學遊戲Lab:魔鏡魔鏡 http://scigame.ntcu.edu.tw/light/light-025.html
反射(物理學)https://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E5%8F%8D%E5%B0%84_(%E7%89%A9%E7%90%86%E5%AD%A6)
闖關活動(十分鐘) --看見極光
壹、準備活動
★教師準備:
1.闖關地點預先放置長桌。
2.準備材料:
3.張貼操作說明海報。
4.印製闖關卡及準備過關印章。
★學生準備:異質分組,2人一組,每次闖關6人。
貳、闖關之前
1.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。
2.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
1.(1分鐘)關主請小組列隊,小組向關主問好。
2.(2分鐘)關主介紹關名「看見極光」,利用海報說明原理及操作過程。
3.(4分鐘)副關主指導闖關學生組裝LED燈座。
5.(1分鐘)關燈進行測試,能於牆壁上成功製造出極光效果即可過關。
6.關主掌握時間及隨時給予指導。
肆、闖關結束
(2分鐘)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。
預算表--看見極光
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)
- 電池座/1組/$7
- 3號電池/2顆/$8
- 發光二極體/三顆一組/$6
- 膠帶/適量(學校自備)/$0
- 剪刀/1把(學校自備)/$0
總計 /每組(2人一組)/$21
闖關活動(十分鐘) --祈願光筒
壹、準備活動
★教師準備:
1.闖關地點預先放置長桌。
2.準備材料:
3.張貼操作說明海報。
4.印製闖關卡及準備過關印章。
★學生準備:異質分組,2人一組,每次闖關6人。
貳、闖關之前
1.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。
2.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
1.(1分鐘)關主請小組列隊,小組向關主問好。
2.(1分鐘)關主介紹關名「祈願光筒」,利用海報說明操作過程。
3.(4分鐘)副關主指導闖關學生組裝祈願光筒。
4.(2分鐘)關燈進行測試,能成功運用祈願光筒進行光反射作用即可過關。
5.關主掌握時間及隨時給予指導。
肆、闖關結束
(2分鐘)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。
預算表--祈願光筒
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)
長方形透明塑膠片/1片(或可以紙卡替代)/$7
電池座/1組/$7
3號電池/2顆/$8
發光二極體(RGB LED)/6顆/$12
極細電線絲/2條/$2
膠帶/適量(學校自備)/$0
7. 剪刀/1把(學校自備)/$0
8. 不要的光碟片/2片/$0
9. 透明塑膠片/1片/$3
10. 塑膠鏡片/1片/$9
總計 /每組(2人一組)/$48