動手做科學探究:輕鬆運用生活中的材料,培養提問、設計實驗、邏輯思辨與錶達能力

動手做科學探究:輕鬆運用生活中的材料,培養提問、設計實驗、邏輯思辨與錶達能力 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

蔡任圃
圖書標籤:
  • 科學探究
  • STEM教育
  • 動手實踐
  • 親子教育
  • 邏輯思維
  • 實驗設計
  • 生活科學
  • 兒童科普
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  • 培養能力
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具體描述

無需花大錢,就能動手玩科學。

 

科學探究能力是「依邏輯架構,從做中學習」的學門。不是漫無目標的創意發想,而是透過食譜式實驗活動,先熟悉操作過程,瞭解各項工具的特性與限製,練習數據的收集、紀錄與整理方法,再依不同任務,探討指定變因與規劃實驗設計,或是自行尋找變因與研究方嚮。

 

本書架構

  • 實驗設計。
  • 研究資料的種類、數據處理與圖錶。
  • 20項動手做科學探究活動。
  • 科學報告撰寫。

 

本書特色

  • 器材容易準備且便宜,操作門檻低,活動場地限製小。
  • 針對各主題設計初階、進階與高階的探究任務,逐步提升挑戰性。
  • 橫跨物理、化學、生物及數學領域,不侷限單科,學習更加全麵。
  • 兼具質性比較與量化分析訓練,藉由問題討論培養統整能力。
  • 各探究任務皆提供相關學理說明,增加探討深度。

 

臺中市立臺中一中生物科教師  龔雍任 專文推薦

 

國立臺灣大學生命科學係教授、科學教育發展中心主任 於宏燦

國立彰化師範大學生物係特聘教授 鄭夢慈

國立臺灣師範大學科學教育所教授、中華民國科學教育學會理事長 劉湘瑤

國立中山大學生物科學係副教授 顏聖紘

臺北市私立復興國小退休教師  張慎

臺北市立龍門國中教師  陳英傑

嘉義市立嘉義國中教師 黃大裕

數理資優班資深理化教師、劉璿科學基地創辦人 劉睿荷

新竹市立光華國中「阿簡老師」 簡誌祥

臺北市立民生國中數理資優班教師 蘇恭彥

共同推薦

 

探索身邊的科學:從好奇到發現的實踐之旅 這本書深入淺齣地引導讀者,跳脫傳統課本的框架,將目光投嚮日常生活中隨手可得的材料與現象。它不是一本單純的科普讀物,而是一本強調動手實踐、係統性思維建構的實用指南。全書以「探究循環」為主軸,從激發內在的好奇心齣發,引導讀者掌握科學研究的核心技能。 第一部:點燃好奇心與觀察的火花 成功的科學探究始於敏銳的觀察和一個好的問題。本書的開篇著重於培養讀者的「科學眼光」。我們將探討如何將日常生活中習以為常的事件,轉化為值得深入探究的科學命題。 觀察的藝術: 詳細剖析瞭有效觀察的要素,包括結構化觀察、定性和定量記錄的重要性。例如,當觀察到水滴在不同材質上蒸發速度的差異時,我們不隻是「看見」,而是學會「記錄差異的量度」和「描述環境條件的控製」。 從疑問到假設: 區分「閒聊式疑問」與「科學探究式問題」。書中提供瞭大量案例,教導讀者如何將模糊的疑問(如「為什麼肥皂可以洗乾淨?」)提煉成可驗證的假設(如「錶麵張力的降低是決定清潔效率的主要因素」)。這部分會詳細介紹「如果……那麼……」句式的結構化錶達,這是邏輯推理的第一步。 第二部:實驗設計的藍圖繪製 擁有好的問題後,關鍵在於如何設計一個能提供明確答案的實驗。本部分是全書的核心,側重於實驗科學方法的嚴謹性。 變因的解構與控製: 這是實驗設計的基石。我們將深入探討「獨立變因」、「依賴變因」和「控製變因」之間的層級關係。書中用許多生活中的例子,如探討不同光照強度對植物生長的影響,來說明如何精確地操縱單一變因,並維持其他條件的恆定。我們還會探討「乾擾變因」(Confounding Variables)的識別與排除,這是區分專業研究與業餘嘗試的關鍵。 工具的選擇與替代: 鑒於許多讀者可能缺乏專業實驗室設備,本書強調資源的創造性利用。例如,如何利用傢中常見的廚房工具(如秤、溫度計、甚至手機的感光元件)來進行相對精確的測量。更重要的是,我們探討儀器測量範圍、精度與誤差的關係,培養對測量結果的閤理性判斷。 重複性與樣本大小: 強調科學發現的可信度來自於實驗的可重複性。我們將探討如何設定閤理的重複次數,以及在有限資源下如何選擇具代錶性的樣本,以避免得齣片麵的結論。 第三部:數據的整理與邏輯思辨 實驗結束後,數據本身不會說話,需要透過邏輯與結構化的分析纔能展現其意義。 數據的視覺化錶達: 學習如何選擇最適閤呈現數據特性的圖錶類型(長條圖、摺線圖、散點圖)。本書會指導讀者如何為圖錶設定清晰的標題、軸標籤和單位,使數據的趨勢和關係一目瞭然,避免「圖錶誤導」。 從數據到結論的推理鏈條: 這是邏輯思辨能力的集中體現。本書將引導讀者進行歸納推理(從觀察到一般性規律)和演繹推理(從已知原則推導特定結果)。關鍵在於,如何判斷實驗結果是否「支持」或「駁斥」瞭最初的假設,而非簡單地證明「正確」或「錯誤」。我們將練習識別邏輯謬誤,特別是在數據解釋階段容易齣現的「過度概括」和「相關性不等於因果性」的陷阱。 誤差的量化與分析: 任何測量都有誤差。本書會教導讀者如何計算和理解隨機誤差與係統誤差,並學習如何將誤差範圍納入結論的陳述中,這展現瞭科學探究的謙遜與嚴謹。 第四部:有效溝通與知識共享 科學探究的價值體現在其可被理解和驗證。最後一部分聚焦於如何有效地傳達探究的過程與成果。 敘事的力量: 探究報告不應隻是數據的堆砌,而應是一個引人入勝的故事。指導讀者如何組織報告結構,包括引言(背景與問題)、方法(清晰可重複的步驟)、結果(客觀呈現)和討論(解釋與未來展望)。 口頭錶達與提問的藝術: 準備一場清晰、有說服力的口頭報告至關重要。內容涵蓋如何設計視覺輔助材料(簡潔的投影片設計原則),以及如何預期並自信地迴應來自聽眾的尖銳問題。這不僅訓練錶達能力,更是對自身探究過程的深度檢視。 總而言之,這本書提供瞭一個完整的科學實踐框架,它著重於培養讀者從提齣好問題、設計精確實驗、嚴謹分析數據,到清晰錶達發現的完整能力鏈條,讓科學探究成為一種可以輕鬆融入生活、隨時可以進行的思維習慣。

著者信息

作者簡介

蔡任圃
人稱艦長,國立臺灣師範大學生物學碩士,現任北一女中生物科教師。獲教育部師鐸獎、臺北市特殊優良教師、科展優良指導老師等榮譽,曾擔任臺北市高中生物科輔導團、中山女高數理資優班召集人。

創立蟑螂實驗室(動物行為與生理學實驗室),帶領學生從事昆蟲研究;開發與推廣跨科科學探究活動,與發起「生物學學理解碼運動」;培育科學人纔,以「培養科學素養,訓練科學技能,纍積科學知識,建立科學態度」為使命。

著有針對高中生的《生物學學理解碼》和《生物學學理解碼2》(皆為紅樹林齣版),並獲選「文化部中小學生優良課外讀物」。


相關著作:《生物學學理解碼2:從生物化學、細胞、生理、演化到遺傳,完整剖析35個高中生物學疑難案例》《生物學學理解碼:從研究史、生態、生理到分子生物,完整剖析39個高中生物學疑難案例》

圖書目錄

自 序 依邏輯架構,從做中學習
推薦序 培養獨立研究能力的第一步 

實驗設計:以邏輯辯證的方式證明特定因子的效應

研究資料的種類、數據處理與科學圖錶

動手做科學:科學探究活動

01   任務主題︱BMI大比拼與跳動的銅闆:取樣與平均
       初階活動︱身高體重指數的調查與比較 
       進階探究︱擲錢幣之各種結果的機率      
       高階研究︱肥胖程度與年齡的關係

02   任務主題︱英雄氣長:人體憋氣時間的測量與影響憋氣時間的因子
       初階活動︱肺內殘餘空氣量對最長憋氣時間的影響   
       進階探究︱套袋呼吸與過度換氣對最長憋氣時間的影響      
       高階研究︱分段呼氣是否會增加最長憋氣時間

03   任務主題︱彈指之間:手指敲擊頻率的測量與影響手指運動速度的因子
       初階活動︱手指敲擊頻率的個體差異與左右手的比較          
       進階探究︱溫度高低對手指敲擊頻率的影響    
       高階研究︱兩指與單指敲擊頻率的比較

04   任務主題︱眨眨眼:眼瞼反射的性質與影響其調節作用的因子 
       初階活動︱雙眼或單眼、全張或半開對不眨眼最長時間的影響    
       進階探究︱戴上蛙鏡或滴生理食鹽水對不眨眼最長時間的影響
       高階研究︱光強弱對不眨眼最長時間的影響

05   任務主題︱紙潛艇:影響紙張密度與氣體在水中溶解度的因子
       初階活動︱影響紙張密度的因子
       進階探究︱影響氣體在水中溶解度的因子
       高階研究︱溫度對紙片沉入水中現象的影響

06   任務主題︱看遠看近:看清楚之最近距離的測量與影響眼睛聚焦的因子
       初階活動︱慣用眼的判斷
       進階探究︱性別、年齡對「可看清楚近物的最近距離」的影響
       高階研究︱眼鏡對「可看清楚近物的最近距離」的影響

07   任務主題︱白江起雲霧:酸鹼質變化對豆漿產生固形物的效應
       初階活動︱哪些物質可引發豆漿產生固形物
       進階探究︱豆漿在哪個pH值時會產生凝集
       高階研究︱已凝集的蛋白質可否再度溶解

08   任務主題︱苗小葉大:葉片大小與在植株上分布的關係
       初階活動︱如何測量葉子的大小
       進階探究︱影響葉子麵積與質量的環境因子
       高階研究︱單葉、裂葉與複葉的比葉麵積比較

09    任務主題︱黑白碘:維生素C與雙氧水的氧化還原能力
        初階活動︱維生素C與其他物質的抗氧化能力比較
        進階探究︱如何量化抗氧化力
        高階研究︱接觸空氣的時間長短對蘋果汁抗氧化力的影響

10    任務主題︱我的心兒碰碰跳:人體心跳率的測量與探討影響心跳率的因子
        初階活動︱姿勢與憋氣對心跳率的影響
        進階探究︱潛水反射與倒立對心跳率的影響
        高階研究︱溫度對脈搏頻率的影響

11    任務主題︱冷水熱油:探討水與油的熱量傳導與散失等性質
        初階活動︱吸熱能力與錶麵積對溫度改變速率的效應
        進階探究︱攪拌對水與拉沙油散熱速率的效應
        高階研究︱水麵的油是否會使水溫度下降的速率變慢

12    任務主題︱酸鹼閤度:蛋白質溶液的酸鹼緩衝性質
        初階活動︱加入酸性或鹼性溶液對水之pH值的影響
        進階探究︱加入酸性或鹼性溶液對脫脂牛奶之pH值變化的效應
        高階研究︱比較脫脂牛奶與豆漿的酸鹼值緩衝範圍

13    任務主題︱綠舟浮沉:影響植物光閤作用產氧的因子
        初階活動︱光線是否會影響葉子行光閤作用的速率
        進階探究︱綠色的植物構造都會行光閤作用嗎
        高階研究︱溶液的酸鹼值對光反應的影響

14    任務主題︱水流麵麵觀:如何測量流體的流量、流速與截麵積
        初階活動︱供水器的製作與流量、流速的測量
        進階探究︱注水器的流量與流速會隨時間改變嗎
        高階研究︱推算各種燒杯的截麵積

15    任務主題︱聲形傳意:嘴形與隆巴德效應在聲音訊息傳遞中所扮演的角色
        初階活動︱嘴形在訊息傳遞中所扮演的角色
        進階探究︱聲音的乾擾是否會改變說話者的頻率
        高階研究︱乾擾音對說話者之聲音頻率的影響

16    任務主題︱魚躍龍門:以虹吸現象探討水管內徑與長度對水流阻力的效應
        初階活動︱水盆的高度對排水速率的效應
        進階探究︱水管的內徑與長度對水流阻力的效應
        高階研究︱比較不同黏滯度之流體的阻力

17    任務主題︱照得住:太陽方位與葉片受光量的關係
        初階活動︱如何測量植物葉片的主要麵嚮
        進階探究︱植株葉片的主要麵嚮會隨著太陽的東昇西落而改變嗎
        高階研究︱不同緯度或不同季節對植物葉片朝嚮方位與仰角的影響

18    任務主題︱氧碳調:測量動物與植物組織的耗氧與產二氧化碳速率
        初階活動︱測量生物樣本的耗氧速率
        進階探究︱測量生物樣本的產二氧化碳速率
        高階研究︱計算呼吸商以判斷代謝物質

19    任務主題︱尿尿小童:水瓶漏水的孔洞數量、位置與大小對排水水柱性質的效應
        初階活動︱孔洞的數量與位置對排水現象的效應
        進階探究︱不同高度的孔洞,排齣的水柱角度與距離有何不同
        高階研究︱孔徑大小對水柱的距離與切線角度的影響

20    任務主題︱汽水真有氣:影響碳酸溶液釋齣二氧化碳速率的因子
        初階活動︱不同材質對引發汽水冒氣程度的效應
        進階探究︱酸鹼值與錶麵張力對引發汽水冒氣程度的效應
        高階研究︱是否濕潤與溫度等因子對汽水冒氣程度的影響

科學報告的撰寫

圖書序言

  • ISBN:9786269605934
  • 叢書係列:earth
  • 規格:平裝 / 312頁 / 23 x 17 x 1.87 cm / 普通級 / 單色印刷
  • 齣版地:颱灣
  • 適讀年齡:11歲~16歲

圖書試讀

培養獨立研究能力的第一步

龔雍任

12年國民教育希望能把學生培養成終身學習者,為瞭達到這個目標,從國小到高中都強調要利用生活情境來教學和評量,各種以「素養導嚮」為名的課程與題型突然變成最熱門的教育關鍵字。學生想要盡早做齣架構良好的獨立研究,而教師需要構思各種建構學生能力的課程,不過我們大傢都準備好瞭嗎?

身為在12年國教裡擔任最後一棒的高中生物老師,我必須承認,高中自然科老師在麵對這個史無前例的任務時,除瞭要自己設計課程與教材,還要跨科授課以及符閤科學素養等各項挑戰,許多人是手足無措的。另一方麵,高中生雖然已經學瞭9年的自然科學,但是問問他們「你有辦法自己設計一套研究流程,以解決某個疑問嗎」,大部分人也是搖搖頭。颱灣的教育理念持續進步,讓人欣喜且自豪,但我們真的很需要先行者給予大傢一個範例、一個方嚮,讓大傢可以站在他的肩膀上看得更遠、走得更穩。這個時候,還好我們有蔡任圃老師。

蔡任圃老師(a.k.a 艦長)是我加入師大生物係林金盾教授實驗室時認識的學長,還記得他為瞭探討各種參數對於蟑螂觸角擺動模式的研究,利用瓦楞紙闆自製蟑螂觀測儀器,以紙門控製燈光、空心保麗龍作為跑步機,建構齣這個設計起來可能要數萬元的裝置,讓我在心中默默稱他為「實驗裝置的魔術師」。然而,這僅不過是蔡老師的初啼之聲,成為高中老師之後,他持續利用各種手邊容易取得的材料,透過精確的學理作為基礎,設計齣一個又一個有趣且極具探究意義的實驗,集結起來便成為這本寶典。

此書適閤國小生閱讀,可以從小建構起正確的研究觀念,並用許多生活化的手做小實驗充實暑假與社群時間;此書適閤國中生,結閤理化、生物與地科的各種實驗,不僅可以配閤初階、進階及開放性的探究活動一層一層深入核心,甚至可以以此為基底發展齣自己的研究方嚮;此書也適閤高中生,每個看似簡單的活動背後都有不簡單的科學原理剖析,可以從中找到喜歡的關鍵字,上網查資料並爬梳成完整的科普文章,寫齣條理清晰的小論文作為自主學習的成果;此書更適閤老師參考,不管是科學社群(社團)活動、科學文本補充、跨科探究與實作的演練或是多元選修課程、微課程、校本課程的設計,這本書稱為寶典絕非言過其實。

我認識蔡老師,我相信他不僅是想讓這本書變成孩子的課本、老師的教材,他更想讓此書成為打火機,讓每個看到此書的人都被啟發並且熊熊燃燒。這本書裡有各種有趣的實驗、精準正確的學理探索,更有蔡老師對於科學研究的滿腔熱血。期待大傢跟隨艦長的腳步,一起動手做科學探究,厚植颱灣的科學研究實力!

(本文作者為臺中市立臺中一中生物科教師兼任第五屆、第十二屆科學班導師)

 

用戶評價

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