科學(xué)魔法擂臺(tái)

背景與目標(biāo)

本人任教的學(xué)校中，學(xué)生普遍對(duì)科學(xué)及技術(shù)有濃厚的興趣和好奇心。為了讓學(xué)生在課余時(shí)間參與有趣的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，從而提升他們對(duì)學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣，本人于數(shù)年前已開始在學(xué)校內(nèi)舉辦“科學(xué)實(shí)驗(yàn)工作坊”，并由科研特工隊(duì)負(fù)責(zé)協(xié)助示范及帶領(lǐng)活動(dòng)。經(jīng)過本人與科研特工隊(duì)約2個(gè)月的商討，我們的探索終于有了成果。我們把4個(gè)能施展“魔法”的科學(xué)實(shí)驗(yàn)做了創(chuàng)新及改良，并設(shè)計(jì)了一個(gè)活動(dòng)方案。我們希望能通過此活動(dòng)，讓全校學(xué)生體會(huì)科學(xué)的奧妙，并于校園內(nèi)凝聚研習(xí)科學(xué)的氣氛。于是，我向校長提交計(jì)劃書，建議沖出傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室，走到校園的操場進(jìn)行實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，并與校長詳述活動(dòng)的理念和可行性，結(jié)果成功取得校長的批準(zhǔn)和無限量支持。

活動(dòng)內(nèi)容與過程

概況

活動(dòng)對(duì)象為全校中一級(jí)至中六級(jí)學(xué)生，所涉及的人數(shù)約為1000人。活動(dòng)日期為2011年5月26日至5月27日；活動(dòng)地點(diǎn)是學(xué)校風(fēng)雨操場；形式是在操場內(nèi)設(shè)置攤位，展示4個(gè)能施展“魔法”的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，并由科研特工隊(duì)帶領(lǐng)全校學(xué)生參與活動(dòng)。4個(gè)能施展“魔法”的科學(xué)實(shí)驗(yàn)為隱形墨水、牙簽水上漂、反斗沙桶和水柱識(shí)轉(zhuǎn)彎。

有關(guān)科學(xué)原理

隱形墨水。“隱形墨水”其實(shí)是酚酞溶液。由于酚酞溶液是無色的，所以我們不能看到用酚酞溶液所寫在紙上的字或符號(hào)。但是只要用蘸有氫氧化鈉溶液的毛筆在紙上輕輕一掃，酚酞溶液會(huì)由無色轉(zhuǎn)為粉紅色，隱藏的信息就會(huì)忽然現(xiàn)形，效果如同魔法一樣。

牙簽水上漂。肥皂或洗潔精的成分含有表面活性劑，可以使水的表面張力減弱。所以牙簽沾了肥皂或洗潔精的那一端，附近水面的表面張力比較弱，另一端水面的表面張力相對(duì)比較強(qiáng)，因此牙簽就被張力較強(qiáng)的那方牽引而自動(dòng)前進(jìn)了，效果非常震撼。

反斗沙桶。固體的沙子也會(huì)產(chǎn)生浮力，但沙子的流動(dòng)性不像液體那么好，因此需要敲打沙桶的邊緣，幫助固體的沙子流動(dòng)。由于乒乓球的密度低于沙子，因此在敲打沙桶期間，原本埋藏在沙堆的乒乓球會(huì)忽然浮出到沙堆的表面，讓觀眾吃驚。

水柱識(shí)轉(zhuǎn)彎。由儀器滴定管流出的水柱本是垂直向下的，但只要利用1根帶電荷的棒靠近水柱，水柱便會(huì)被帶電荷的棒所吸引。這是因?yàn)樗且环N極性溶劑，水分子會(huì)按其極性而被吸引，讓水柱出現(xiàn)“識(shí)轉(zhuǎn)彎”的嚇人場面。

以上4個(gè)“科學(xué)魔法”均有一個(gè)共同點(diǎn)，就是在進(jìn)行期間會(huì)出現(xiàn)讓觀眾感到有震撼性的場面，從而刺激其好奇心，在不知不覺間很想探索相關(guān)的科學(xué)原理。另外，就是這4個(gè)“魔法”的背后均同時(shí)涵蓋初中與高中的課程知識(shí)。

活動(dòng)預(yù)期效果

基于以上提及的設(shè)計(jì)及選材理念，可預(yù)期的效果是，無論就讀初中或高中的學(xué)生在看見“魔法”后，都會(huì)不期然感到共鳴，聯(lián)想起相關(guān)的科學(xué)知識(shí)，達(dá)到不同層次的反思及探索。再者，通過不同班級(jí)的學(xué)生一同欣賞“魔法”表演，可以預(yù)期這種形式能促進(jìn)同班同學(xué)問、甚至是跨越級(jí)別的朋輩間的討論。經(jīng)驗(yàn)告訴我，這種朋輩之間互相討論和學(xué)習(xí)往往勝過傳統(tǒng)的老師單向式教學(xué)。

活動(dòng)所需的資源

“隱形墨水”需要酚酞溶液、氫氧化鈉溶液、過濾紙、燒杯、毛筆。演示“隱形墨水”不受場地條件限制。

“牙簽水上漂”需要牙簽、肥皂（或洗潔精）、盛水的器皿、自來水。盛水器皿須具一定的大小，否則牙簽在水上漂移的空間會(huì)有所限制。由于在每次表演后，自來水必須更換才能成功重新施展“魔法”，所以表演場地附近最好有充足的水源，例如靠近水龍頭或是洗手間。

“反斗沙桶”需要裝沙子的桶、沙子、乒乓球。沙子分量不能太少，否則乒乓球基于敲打時(shí)的震蕩也會(huì)冒出來，違反了“魔法”背后的精神。演示“反斗沙桶”不受任何場地限制。

“水柱識(shí)轉(zhuǎn)彎”需要滴定管、自來水、發(fā)泡膠杯（或塑料尺子）、燒杯（用于補(bǔ)充自來水）。使用滴定管的好處是可隨時(shí)控制水柱的流動(dòng)，這樣可節(jié)省用水量。演示“水柱識(shí)轉(zhuǎn)彎”不受場地限制，雖然涉及用水，但只要表演前用燒杯裝夠自來水，便可不斷補(bǔ)充，連番施展“魔法”。

4個(gè)“科學(xué)魔法”所需的大部分物資均是生活中容易找到并且廉價(jià)的，而所能施展的“魔法”卻有出人意外的震撼力。因此，“科學(xué)魔法擂臺(tái)”活動(dòng)可謂“要求低、效果大”。

場地安排方面，由于“牙簽水上漂”涉及使用較多的自來水以及必須頻繁更換自來水，所以表演場地附近最好有充足的水源。其余的3個(gè)“科學(xué)魔法”則不受任何場地限制，對(duì)表演者實(shí)在非常便利。

活動(dòng)方案的創(chuàng)新點(diǎn)及重點(diǎn)

“科學(xué)魔法擂臺(tái)”活動(dòng)方案有以下的創(chuàng)新點(diǎn)及重點(diǎn)。

科學(xué)知識(shí)的包裝。活動(dòng)中的“魔法”所涉及的科學(xué)知識(shí)并非復(fù)雜及難以理解的，有些更是傳統(tǒng)課程建議在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行的課堂活動(dòng)。然而，只要加上適當(dāng)?shù)陌b，這些實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的吸引力便會(huì)大增，感覺上會(huì)更加生活化。

走出實(shí)驗(yàn)室。構(gòu)思活動(dòng)方案時(shí)，我銳意突破常規(guī)，走出傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室，在校園公開場所進(jìn)行帶有“魔法”的科學(xué)實(shí)驗(yàn)。一方面，不用學(xué)生專門去實(shí)驗(yàn)室；另一方面，這種活動(dòng)形式能一次惠及更多學(xué)生。沖破實(shí)驗(yàn)室在空間上的限制，也有助于灌輸“科學(xué)無所不在”的理念。

朋輩互相學(xué)習(xí)。活動(dòng)由科研特工隊(duì)向全校學(xué)生演示“科學(xué)魔法”，而老師則刻意退居幕后。通過這種“朋輩間互相學(xué)習(xí)”的模式，學(xué)生會(huì)產(chǎn)生“他能做到，我也能做到”的想法，有助于提升學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力及自信心。

老少成宜。舉辦一般科學(xué)活動(dòng)時(shí)往往因?yàn)橄嚓P(guān)的科學(xué)知識(shí)要求或其難度，導(dǎo)致活動(dòng)對(duì)象有所限制。然而，“科學(xué)魔法擂臺(tái)”活動(dòng)的設(shè)計(jì)理念涵蓋初中與高中的課程知識(shí)，能達(dá)到老少成宜、甚至老少一同討論科學(xué)的效果。再者，透過不同班級(jí)的學(xué)生一同欣賞“魔法”表現(xiàn)，可以預(yù)期這種形式能促進(jìn)同班同學(xué)間、甚至是跨越年級(jí)的朋輩討論。這種朋輩之間互相討論和學(xué)習(xí)往往勝過傳統(tǒng)的老師單向式教學(xué)。

活動(dòng)的效果

“科學(xué)魔法擂臺(tái)”活動(dòng)一共舉辦2天，活動(dòng)期間師生反應(yīng)均非常熱烈，活動(dòng)氣氛及效果良好。活動(dòng)期間更有學(xué)生向科研特工隊(duì)查問為何只有這4個(gè)“科學(xué)魔法”實(shí)驗(yàn)和為何只舉辦2天，可見這類型的活動(dòng)的確頗受歡迎。我在現(xiàn)場也觀察到，學(xué)生在欣賞“魔法”之余，也不斷與身旁的同學(xué)互相討論有關(guān)原理，達(dá)到朋輩間互相學(xué)習(xí)及研習(xí)科學(xué)的目標(biāo)。

活動(dòng)可能出現(xiàn)的問題及解決方案

“科學(xué)魔法擂臺(tái)”活動(dòng)可能出現(xiàn)的問題及解決方案如下。

隱形墨水。假如表演者一時(shí)緊張混淆了酚酞溶液和氫氧化鈉溶液（兩者均為無色），“魔法”的效果便會(huì)頓時(shí)失色。由于表演“魔法”所使用的物品不宜用標(biāo)簽標(biāo)示，所以應(yīng)該使用兩種不同大小的燒杯分別裝兩種溶液，并且分開左右放好，以免造成混亂。經(jīng)過多次隱形墨水“魔法”表演之后，原本無色的溶液可能因?yàn)槎啻问褂妹P的“交叉感染”，而自動(dòng)變成了粉紅色，如果繼續(xù)使用變了色的“隱形墨水”，根本就沒有“魔法”可言了。建議使用兩種不同款式的毛筆，以資識(shí)別。同一種款式的毛筆只用于某種指定的溶液，這樣可減慢“交叉感染”情況。一旦發(fā)現(xiàn)任何一種溶液已變成了粉紅色，應(yīng)該及時(shí)更換。

牙簽水上漂。表演者必須清楚牙簽的哪一端沾了肥皂，否則當(dāng)牙簽放在水面時(shí)，因?yàn)榉崔D(zhuǎn)了方向，牙簽便會(huì)很快撞向器皿。表演者應(yīng)把牙簽沾了肥皂的那一端處于下方，這樣也可方便表演者利用手來遮掩肥皂。放牙簽時(shí)，切記要把沾了肥皂的那一端貼近器皿的邊緣，這樣便能成功發(fā)揮“牙簽水上漂”的威力了。假如表演者在完成演示后忘了換水，由于器皿中水的表面張力已被影響，表演者將不能繼續(xù)施展“魔法”。因此表演者應(yīng)至少預(yù)備2個(gè)盛水的器皿交替使用。當(dāng)觀眾注意其中一個(gè)器皿時(shí)，在旁的工作人員可悄悄地更換另一器皿中的自來水。

反斗沙桶。演示時(shí)，桶內(nèi)的沙子分量不能太少，否則乒乓球由于敲打時(shí)的震蕩也會(huì)冒出來，露出馬腳之余，也違反了“魔法”背后的精神。沙子分量也不宜太多，因?yàn)樘嗌硶?huì)導(dǎo)致敲打時(shí)間增長，導(dǎo)致表演變得沉悶。表演者應(yīng)在正式表演前進(jìn)行足夠的測試，記錄敲打時(shí)的力度、頻率和完成“魔法”所需的時(shí)間，看看表演時(shí)間是否合適和判斷是否需要改變沙的分量。表演者一旦找出最適當(dāng)?shù)纳匙臃至亢螅銘?yīng)在沙桶上劃上記號(hào)。為了精益求精，表演者在每次演示前都應(yīng)檢查沙的分量是否合適。

水柱識(shí)轉(zhuǎn)彎。當(dāng)?shù)味ü苤兴枯^少時(shí)，水柱會(huì)變得不穩(wěn)定和不流暢，影響演示效果。因此表演者應(yīng)注意及時(shí)補(bǔ)充水，或者至少預(yù)備2個(gè)滴定管交替使用。發(fā)泡膠杯經(jīng)過多次使用后，即使強(qiáng)烈的摩擦，其帶電荷的能力也會(huì)逐漸減弱，所以應(yīng)適時(shí)更換膠杯，以延續(xù)其施展“魔法”的能力。

除了以上的注意事項(xiàng)外，由于以上4個(gè)“科學(xué)魔法”的其中3個(gè)均涉及使用水或溶液，故此每個(gè)“魔法”的現(xiàn)場應(yīng)備有足夠數(shù)量的毛巾，以便隨時(shí)清理表演區(qū)域。此外，“魔法”表演場地附近（建議在洗手間內(nèi)）應(yīng)備有拖把，以備不時(shí)之需。

活動(dòng)的改善方向及延續(xù)性

我認(rèn)為如果再次籌辦“科學(xué)魔法擂臺(tái)”活動(dòng)，可從以下的方向作出改善和探索其延續(xù)性。

問卷調(diào)查量度活動(dòng)成效。這次活動(dòng)完成后，我并未向全校學(xué)生發(fā)出問卷調(diào)查活動(dòng)的成效。如果再次籌辦“科學(xué)魔法擂臺(tái)”活動(dòng)，我會(huì)設(shè)計(jì)一份問卷，務(wù)求以量化的形式量度活動(dòng)成效，從而加強(qiáng)活動(dòng)成效的客觀性。

這次活動(dòng)完成后，我并未運(yùn)用明確的工具跟進(jìn)學(xué)生通過活動(dòng)所學(xué)到的科學(xué)知識(shí)。如果再次籌辦這個(gè)活動(dòng)，我會(huì)針對(duì)不同級(jí)別的學(xué)生設(shè)計(jì)一系列的工作表，從而評(píng)價(jià)學(xué)生能否通過活動(dòng)增進(jìn)對(duì)相關(guān)科學(xué)知識(shí)的理解，這也可以作為具體反映活動(dòng)成效的一項(xiàng)工具。

經(jīng)過這次活動(dòng)后，相信學(xué)生更能掌握如何設(shè)計(jì)出具吸引力的“科學(xué)魔法”。故此，我計(jì)劃日后定期向科研特工隊(duì)、甚至向全校學(xué)生征求有趣實(shí)驗(yàn)，讓有興趣的學(xué)生自行研發(fā)出自己的“科學(xué)魔法”。再進(jìn)一步說，甚至可將這個(gè)模式設(shè)計(jì)成個(gè)人或班際比賽，變成人人有機(jī)會(huì)表演，以真正達(dá)到“擂臺(tái)”的效果，以此推進(jìn)朋輩互相學(xué)習(xí)及學(xué)生主導(dǎo)學(xué)習(xí)。

該項(xiàng)目獲得第27屆全國青少年科技創(chuàng)新大賽科技輔導(dǎo)員創(chuàng)新成果科技教育方案類一等獎(jiǎng)。

專家評(píng)語

該方案教育目標(biāo)明確，所傳播的相關(guān)科學(xué)知識(shí)、方法、技能和思想來源可靠，符合科技教育活動(dòng)的基本規(guī)律，很好地體現(xiàn)了“三自”原則。該方案設(shè)計(jì)的活動(dòng)內(nèi)容和形式都比較新穎，同時(shí)體現(xiàn)出完整性和可行性，實(shí)施后可產(chǎn)生較好的示范效應(yīng)。