電子報 第 43 期 > 驗證白磷的著火點比紅磷低的實驗設計

驗證白磷的著火點比紅磷低的實驗設計

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【文 / 課程及教學研究中心副研究員 葉家棟】

實驗教學可促進學生的認知以及對科學的瞭解,學生經由設計良好的科學實驗活動,瞭解科學探究的方法,從中學習科學過程技能、分析推理、相互溝通的能力,並能將科學的現象經由具體的操作而概念化,並且提供學生建構知識的途徑(Tobin, 1990;鐘建坪, 2009)。但是,由於科學實驗活動設計的原理的相關著作相當少見,這使得教師自行設計實驗活動的工作,面臨極嚴酷的挑戰。基本上,科學實驗活動設計的原理包括假說–演繹法(hypothetico–deductive method)、假言推理(hypothetical syllogism)、檢驗假說的方法及對照實驗(contrastive experiment),科學實驗活動的設計是一個高層次的思考技能。例如:

問題:請設計一個合理實驗步驟,驗證白磷的著火點比紅磷低,並提出可能的實驗結果和相應的實驗結論。

設計思路分析:

一、確定實驗目的及邏輯學原理。

實驗目的是為了證明「白磷的著火點比紅磷低」,為了證明這一個假設只需直接證明即可,也就是用酒精燈直接加熱白磷和紅磷,觀察白磷是否比紅磷易著火燃燒即可證明。從邏輯學原理來看,證明「AB的充分條件」,即「白磷的著火點比紅磷低(A)」是「白磷比紅磷易著火燃燒(B)」的充分條件,所以只要直接證明「由AB」即可。

二、建立推理規則及對照實驗組。

大前題:如果白磷的著火點比紅磷低,那麼白磷比紅磷易著火燃燒。

小前提:通過檢驗後件的真假。

結論:

若否定後件,則否定前件。

若肯定後件,則前件可能成立。

運用比較思維法,把實驗對照組置於除實驗變量外其餘條件完全相同的情況下,所得的實驗結果不同,可歸因為實驗變量的作用。


三、設計實驗步驟

1.         用鐵架台上的試管夾固定著一個薄銅片。

2.         用藥匙取紅磷一匙放於薄銅片一邊;用鑷子再取白磷一小塊,用濾紙吸去白磷表面的水後,將其放在薄銅片的另一邊。

3.         在鐵架台上放上酒精燈,調整好酒精燈高度及位置,使酒精燈置於紅磷的正下方。

4.         點然酒精燈。觀察白磷與紅磷著火燃燒現象,並記錄燃燒現象發生的時間。

           

四、推論可能的實驗結果和相應的實驗結論

1.         白磷與紅磷同時發生著火燃燒(或差異不顯著),則「白磷的著火點比紅磷低」的假設不成立。

2.         白磷比紅磷先發生著火燃燒(或差異顯著),則「白磷的著火點比紅磷低」的假設成立;該實驗結果說明:白磷的著火點可能比紅磷低。

3.         白磷比紅磷晚發生著火燃燒(或差異顯著),則「白磷的著火點比紅磷低」的假設不成立。