天灯的制作.docVIP

教学活动设计－天灯的制作 作者：台东师范学院--施能木 老师 壹、前言 贰、科技的部份－天灯的制作与注意事项 参、科学的部份－天灯升空的原理 肆、社会的部份－天灯的演进与其社会的影响 伍、参考书目 ? ? 壹、前言 科技应是人们运用既得的知识，妥善的评估所使用的材料、机具、资源及创意，决定出最佳的方案以解决所面临的实务问题。本文将以「天灯的制作」为教学活动的主体，并以科技为教学的主轴，配合科学、社会学的探究活动，引介STS课程的合科式教学，以让教师熟悉及具备统整、合科教学的能力，同时也让学童学得整合性的知识与技能。李隆盛(民82)认为科技的定义应为：「人们利用知识、资源和创意，以有效解决实际问题，调适人和环境关系的意图和努力」。综合上述对科技定义的看法，笔者认为科技是「善用各种材料、机具、资源、知识和创意等，以有效解决人类实务问题，改善人与环境间的关系」的学门。 贰、科技的部份－天灯的制作与注意事项 一、天灯造形选定的评估 因热空气而升空的天灯，其上升时除受风力因素之影响外，天灯本身的造形亦是能否平稳升空的重要条件。因此，我们可进行灯体造形的评估测试，以决定天灯升空的最佳造形为何？其实施的步骤如后： 1.将学生区分为五组或六组，并且分给四张半的全开单光纸（或薄宣纸）为材料； 2.要求各组制作出不同造纸的天灯灯体（例如：正方体、梯形体等）； 3.于无风的状况下，将瓦斯喷灯置于灯体的正下方，然后点燃喷灯以产生热空气； 3.当灯体内热空气达饱和状况时，即松手并且观察灯体是否平稳且垂直的升空？还是左右摇晃且倾斜而无法升空？； 4.请解释灯体无法平衡升空的原因，并重复找出解决方案及作测试，一直到解决问题为止； 5.请将解决问题的历程纪录成书面数据，同时针对所得结果作分析。 经由上述灯体造形的测试过程，我们可发现：灯体是上宽下窄的造形且下端置有均衡重物者，其较容易升空。其结果的分析可藉由观察天灯、热气球的造形而得知，通常它们的最宽部份皆在其顶端且呈现球体形状，这是为使其上端能够有较多体积，来容纳热空气以增加浮力；而其下端均放置具有重量的人或物（例如：加热工具），加热工具置于最下端的作用，除了使灯体内的空气完全加热之外，还有一个很重要的因素，就是借着加热工具的重量来保持天灯垂直上升时的平衡度，让它不致于像放松的气球一样在空中翻滚。为何要使天灯保持平稳呢？主要有以下两个考虑因素： 1.使天灯内的热空气不致散失。 2.安全因素的考虑。 二、天灯材料选用的评估 1.纸质材料选用的评估 我们都知道天灯的灯体其主要材料是「纸」，然而用何种纸质可使天灯顺利升空？这必须作纸质材料的评估试测工作，其实施的步骤如后： A.将学生区分为五组或六组，并指定各组选用绵纸、薄宣纸、麻将纸、牛皮纸、单光纸或其它纸质等材质中的一种为材料，以四张半的全开纸张来制作类似钻石形的灯体（如图二所示）； B.经全体同学充分讨论以决定所要评估的项目，并作为选用何种纸质优先级的参考； C.再将瓦斯喷灯置于灯体正下方，然后点燃喷灯以产生热空气； D.请观察该灯体是否有升空的现象？何种纸质的灯体其升空情形较明显？ E.经过上述A.、B.、C.、D.的步骤后，请将所得结果以表列法（如下表）分析之，并说明其优缺处，以作为选择纸质的参考依据。 材 料 评 估 标 准 评 估 结 果 1. 灯体重量 2.升空情形 3.空气散失 1.暂时保留 2.修 改 3.放 弃 4.决定采用 5.其 他 绵纸 ? ? ? ? ? ? ? ? 薄萱纸 ? ? ? ? ? ? ? ? 单光纸 ? ? ? ? ? ? ? ? 牛皮纸 ? ? ? ? ? ? ? ? （评定优缺可以◎、○、△、╳等表示之） ? 经由上述灯体材料的测试过程，我们可发现：要使天灯符合「升空之机能要求」，天灯的重量是一个重要的考虑因素，制作时必须使其天灯重量（即其所受重力）小于其所受的浮力，因此材料的选择必须以「质量轻」为考虑因素，因此棉纸、薄宣纸、单光纸皆是合适的材料来源；但再考虑空气的散失情形，棉纸、薄萱纸因纸质较粗糙且薄，在制作的过程中易产破洞而使空气散失严重，因此，单光纸便成为最佳的材料来源。当然，除了纸质的材料之外，我们仍可思索其它不同的材料，然而其评估的方法亦可与上述的方法相同。 2.其它材料选用的评估 为使天灯能够平稳的升空，其底端开口的设计便是相当重要，因此在选择材料时必须同时考虑到「质轻」、「易施工」的特性。然而，竹材在削薄之后，仍具有相当的韧性与弹性，且在其加热及施力加压后，易使其弯曲为半圆形而具备有「易施工」的特性，同时其也符合「质重轻」的要求。当竹材与其它材料作比较，更易突显其较优的特性，因此天灯开口的设计便以竹材为主。为固定该竹篾成为圆形，便