4 | 8 | 1 | . |
光與色的世界
看過彩虹嗎？是否曾被那美麗的色彩所深深吸引著呢？小時候玩過踩「影子」、追「影子」的遊戲嗎？你知道彩虹和影子是如何形成的嗎？如果沒有「光」會不會再有「彩虹」？會不會再有「影子」呢？「光」是什麼？它是怎麼傳播的呢？在日常生活中我們還應用了哪些光的特性呢？光與顏色又有什麼關係？讓我們透過以下的系列活動，一起來探究這有趣的「光與色世界」。
設計者：陳宗慶 高雄市立前鎮國民中學 接受日期：2004/11/16
★內容：
一、模組結構及使用說明
（一）模組之教學概要圖
（二）教學模組活動一覽表
（三）主題探討活動
（四）各活動有助於科學智能培養之一覽表
（五）模組之學習成就評量
二、模組內各項學習活動之教學示例
（一）光會轉彎嗎？（閱讀、實作、討論、分享與評量）
（二）針孔成像（實作、分享、討論與評量）
（三）面鏡面面觀（實作、觀察與討論）
（四）透鏡的成像觀察與應用（閱讀、實作、觀察、討論與評量）
（五）常見的光學儀器（實作、觀察、討論與評量）
（六）雷射光（閱讀、討論與評量）
（七）光與顏色的關係（實作、觀察、討論與評量）
三、學習手冊（待開發）
使用說明：
本模組是由針孔成像與影子的形成現象來探討『光』的性質與應用原理，藉『光與色的世界』主題的探討，可以瞭解光是如何傳播以及光與色之間的關係，並經由如何設計或製作各種簡單的光學儀器與其應用原理的探討，使學生能更深入理解『光與色』的奧秘。教師可依教學的需要去增添、刪減活動項目，亦可更改或增加活動的內容。在運用此模組資料時，教師可依教學情境來決定是由學生自行設計呢，或是引導學生設計或提供已設計好的方法讓學生依樣去執行。
E-mail：[email protected]網址：
一、模組結構及使用說明
（一）模組之教學概要圖光與色的世界
光是什麼？它是怎麼傳播的呢？日常生活中我們還應用了哪些光的特性呢？ ◎
學生可能還會想到（提出）以下的問題： 「光」是怎樣傳播的呢？有多快？光會轉彎嗎？我們一定可以看得到「光」嗎？有什麼光是我們看不到的呢？ 光傳播時，如果遇到障礙物會如何？ ‧什麼是光的反射現象？日常生活中有哪些應用了光的反射？ 人眼可以看得到物體的存在，「看得到」代表什麼意思？ 什麼是「光學儀器」？其對我們的生活有什麼影響呢？我們又應用了那些「光學儀器」在我們的生活中呢？….
觀察情境 察覺問題
○光的直進傳播與反射 「光」是怎樣傳播的呢？光速有多快？光會轉彎嗎？ 光會產生反射嗎？光反射會遵守什麼規則呢？
‧ 面鏡的種類有哪些？如何成像？成像的性質如何？ ○ 光的折射與透鏡 光為何會產生折射？光折射會遵守什麼規則呢？ 透鏡的種類有哪些？如何成像？成像的性質如何？ ○ 光學儀器的原理與應用 放大鏡、照相機與顯微鏡的成像性質和原理如何？ 眼睛與眼鏡？ 光與顏色的關係 ．光與顏色有什麼關係？
引導討論 確定問題
分工合作 進行探究 上述活動中，教師可以先由「影子的成因」、「針孔成像」或「萬花筒」開始，引導學生由活動中體會光的直進性質，使其對「光」有初步瞭解；再透過「面鏡面面觀」等之系列活動，進行有關「光與色」的性質與應用之探究。 教學示例詳見「聲音的世界」教學模組活動項目一覽表
創意藝術家：自製有趣的「針孔成像」機，展示、表演與 成像原理之說明。 經驗分享活動：各組發表成果、回答其他組的問題與「學 習單」的問題。 教師講評及統整結果，提出綜合性的科學概念。
分享經驗 整合成果
與「光與色」相關的待答問題尚有：
‧光的傳播是一種波動嗎？ ‧光會有繞射與干涉現象嗎? ‧光纖是什麼？ ‧什麼是脈衝光波？…. 學習成就評量 綜合評鑑 推廣應用
教學成效評鑑
（二）「光與色的世界」教學模組活動項目一覽表
項目﹙活動方式﹚ | 器材與資源 | 活動內容 | |||
光會轉彎嗎？ （光的直進實作篇） | ★硬紙板（20cm× 20cm一塊） ★軟塑膠水管﹙長約100cm一根﹚ ★美工刀（一把） ★小手電筒（一支） |
| |||
認識光（閱讀） | ★短文及討論題綱 ★評量單 |
| |||
創意藝術家 | ★自製簡單的「針孔成像機」 |
| |||
面鏡面面觀（實作、觀察與討論） | ★平面鏡（兩面） ★凸面鏡（兩面） ★凹面鏡（兩面） ★哈哈鏡（兩面） ★學習（評量）單 |
的成像原理與性質。
論，了解平面鏡、凹面鏡及凸面鏡的成像原理與應用。
| |||
透鏡的成像觀察與應用 | ★透鏡組（一盒） ★凸透鏡、凹透鏡含座（各一組） ★蠟燭（一支） ★（硬）白紙（一張） ★直尺（約30～60cm一支） ★學習（評量）單 |
論，知道透鏡的折射成像性質及其必要遵守的規則（定律）。
| |||
常見的光學儀器 | ★複式顯微鏡（一座） ★放大鏡（一支） ★近視眼鏡（一支） ★老花眼鏡（一支） ★短文及討論題綱 ★學習（評量）單 |
器的性質與其在生活上的應用。（含經驗分享與評量）
作及經驗分享，探討各種「光學儀器」的成像性質及其在生活上的應用。 | |||
雷射光（閱讀） | ★短文及討論題綱 ★學習（評量）單 |
| |||
光與顏色的關係（實作、觀察、討論與評量） | ★暗箱（一個） ★檯燈（一盞） ★透明玻璃紙或壓克力板（紅、綠、藍色各一張） ★色紙（白、黑、紅、綠、藍色各一張） ★短文及討論題綱 ★學習（評量）單 |
論，知道光與顏色的關係。 | |||
（三）主題探討活動 | |
「光與色的世界」教學活動流程 | 說明 |
【觀察情境察覺問題】 要導引到「光與色的世界」這個主題的方法很多，可以由日常生活中學生常接觸到光的各種不同經驗作為探究起點，如照鏡子、看到彩虹、影子的形成、光經三稜鏡色散現象等開始，或從教學現場中的常見的光學儀器談起，也可以利用影片的播放（教師預先錄製好或請學生自行錄製『夜景』）來討論，藉由上述各式情境，導引學生到這個主題。 （以下有幾個示例詳見附錄□） 以下是一個示例： 「光與顏色」與人們生活息息相關，日常生活中，不管你願不願意，每天都會看到各種不同的光與顏色，例如太陽光、紅綠燈、爭奇鬥艷的花朵、五花八門的衣服等等，我們是否可以說明光與顏色間有什麼關係？常看到的有哪些是光與顏色的相關應用呢？在我們的生活週遭哪些看起來很舒服，哪些看起來會令人刺眼的呢？它們有哪些共同的性質呢？ 要了解光與顏色的共同的性質，得先認識「光」是什麼?光是如何傳播的？然後再探討光與顏色有什麼關係?「光」對我們的生活又會有哪些影響呢？藉由活動的設計與完成，以培養學生的科學認知與過程技能，達成教學目標。 另一個示例： 也可以利用一些學生在生活經驗中常接觸到光直進的各種不同現象，例如人影與手影的變化，（帶學生到室外有陽光處）讓學生分別操作他們所呈現的手影或人影並說出那些手影或人影像什麼？引導學生發表他們是如何辦到的？這些手影或人影是如何產生的？如果沒有陽光照射，是不是還會呈現手影或人影呢？…目的在於引起學生的學習動機，使學生能以「光」為中心，察覺如何由各種角度去思考問題，並引發其對「主題」的關切與研究熱忱，藉由活動的設計與完成，以培養學生的科學認知與過程技能，達成教學目標。 | ⊙教師在心中已經想好一些教學目標，以日常生活中常遭遇的情境來引出「光與色的世界」之議題。學生有了自己關切的「議題」，又察覺到若要去瞭解此議題，尚需把相關的因素研究清楚才行，於是探討的工作就有了方向。 ⊙學生對「議題」常常有很多的經驗，可是一般都是處於零星的存在，缺少概念化的結構和理解。也可能包含許多偏於局部的、或不正確的見解。教師在此階段的教學重點在於「引發及匯聚學生提出相關此議題的經驗」、「開拓出議題的研討空間」（例如相關子問題的提出），並激勵學生探索與求知的熱忱。 ⊙「動機」是行動前之一種有目的、有方向、有企圖的心理準備。以上的活動，在於使學生以「議題」為中心，察覺如何由各種角度去思考問題，並引發其熱忱，將這些疑問認定為自己所正要去探討的問題。 |
「光與色的世界」教學活動流程 | 說明 | |
【引導討論確定問題】
我們可以師生一起思考或引導學生提出和光與色有密切相關的「子問題」：如 ○光的直進傳播與反射
光會轉彎嗎？
如何？ ○ 光的折射與透鏡
○ 光學儀器的原理與應用
．光與顏色有什麼關係？ ．什麼是雷射光？…等，並先弄清楚以上這些「子問題」的意義和性質是什麼？其可以研討的範圍有哪些？準備如何與學生做進一步的探究？ | ⊙引導學生對議題之各面相做探討，分析各種與議題密切相關的「命題」、「變項」。然後，將這些「命題」和「變項與議題之因果關係」當成「問題」來做科學性的探討。 ⊙對「議題」所牽涉的相關問題，不是只用泛泛的常識判斷給一個答案來了結，而是以一種科學性的求證態度來處理，因而產生了各個研究的「問題」。 ⊙對某一「議題」做深入的探討：此一討論工作固然是由教師在引導，可是探討影響議題的相關因素時依據教學目標及時間來裁決探討的重點與範圍、規劃工程及分派工作，這些師生活動均有助於學生解決問題能力的增進，可導引學生做批判思考及提供提出創造性主意的機會。 | |
【分工合作進行探究】 ※ 本階段的教學重點是使（各小組的）學生瞭解自己肩負的工作，主動進行規劃和設計工作，教師協助其完成。 以下是一個示例： 例如某教師考量整個教學時間，認定本模組只要教三週的時間（12節課）。且評估該（任教）班的學生程度及人數，可能決定做了以下的安排或選擇，建議可以採小組合作學習分組教學。 （※若時間許可，本模組亦可安排16至20節課之教學） 1.「光會轉彎嗎？」等系列活動，可採示範操作方式或分組實作後小組討論，引發學生對光的傳播方式產生關切，進而能協助其解決自製簡易「針孔成像機」的相關問題。 2. 「創意藝術家」：全班每個人均回家自行設計製作完成一件簡易的「針孔成像機」，並攜帶至課堂上表演及說明。加以討論並與同學分享。同時以學習（評量）單方式，測知同學是否了解光的直線傳播性質。 3.每個同學除了需各自完成一件簡易的「針孔成像機」作品外，也都要回應各子問題的探討活動所附之「學習（評量）單」。 4.「認識光」讓全班閱讀後進行討論，教師亦能藉此項活動將光的傳播方式與性質等相關科學概念重新作整理與總結。 5. 將學生每四至六人分成一小組，進行「光會轉彎嗎？」、「面鏡面面觀」、「透鏡的成像觀察與應用」、「光與顏色的關係」等實驗活動，由各組學生分工合作設計活動，進行實作、觀察與討論並撰寫報告及課堂上發表成果。 6. 每小組要提出研究報告，報告中應包括相關於該問題的資料、實作情形及結果。 7.分組進行「認識光」、「常見的光學儀器」、「雷射光」的有關閱讀與討論，了解光的性質與其在生活上的應用及影響，蒐集相關資料並能提出小組心得或經驗分享，以及回應各子問題的探討活動所附之「學習（評量）單」。 | ⊙本階段的教學活動可以培養學生依因果關係做分析、權衡裁決事務的能力，以及創意的提出解決問題的方法，並規劃工作流程，分工合作進行探究。 ⊙安排活動進行的方式： 若教學時間充裕，或有些子題的研究特別具有意義時，則可挑出來全班一起探究(雖然還是分組進行)，其他的子題再由各小組分別負責一項進行之。若教學時間不足，則可由各小組分別各擔任一個子題的研究，同時進行之。 ⊙提供「自主性的探究活動」。各小組在進行探究活動時，其方法未必和模組裡所設計的一樣，教師儘可能讓學生自行決定工作方式、目的及進程。這樣才能提供學生創造思考、獨立作業的空間 ⊙學生分工合作進行活動 教師分別指導各組同學，如何分工合作、如何規劃實驗、如何進行資料蒐集、協助解決探究活動中遭遇的困難，指導學生如何整理資料及提出研究報告。 | |
8. 活動結束後應有教師講評及統整結果，提出綜合性的科學概念，以加深學習效果。 ※上述活動中，教師可以先由「光會轉彎嗎？」或「創意藝術家」開始，引導學生由活動中體會光的基本性質，使其對「光」有初步瞭解；再透過「面鏡面面觀」、「透鏡的成像觀察與應用」、「光與顏色的關係」等之系列活動，進行有關「光與顏色」的性質與應用之探究。 ※各子問題的教學活動可參閱「模組內各項活動之教學示例」 | ⊙在此階段，學生可由活動中養成處理問題的能 力、由實作中成長科學過程技能，及體認到科學知識「真」與「實」的本質。 | |
「光與色的世界」教學活動流程 | 說明 | |
【分享經驗整合成果】 ※在此階段教師宜引導學生，觀摩別人（組）的工作成果，評鑑自己的工作、統整彼此的經驗並提出報告或作品。 以下是一個示例： 1.可以辦一個研究成果發表會：教師可在發表會的過程中作適度的引導、觀念澄清與概念之總結，亦可再引發學生對其他相關問題的聯想。 2.可將各小組收集的資料彙整或讓學生把各種的製作方法結合起來，成立一個研發小組，提出該班的「成果報告」。亦可將個人或小組的成果與大家分享作比較，並發表於各班的網頁上。 3.回應每個活動的「評量表」：學生可以在「分組成果發表會」上提出問題或私下參訪各小組成員，討論評量單上的題目。當然，也不必局限於評量表的限制，可就各相關問題相互討論，以瞭解整個主題。 4.引導學生對探討工作之檢討，例如：
‧ 你認為自製的簡易「針孔成像機」，在製作的技術上或方法上可以再怎麼改變或改進？… | ⊙教師把在本「議題」中預期學生達成的「學習成就」列成評量表。由學生在發表會上、觀摩別組的成品、學生間相互討論、詢問教師等的活動中去回應評量表上的問題，也因此獲得應有的學習。 ⊙本階段活動在於：鑑賞別人的工作成果、獲得科學概念的認知、習得相關運作技術、提出建設性的批判和建議、激發嶄新的觀點與改進的方法。 | |
「光與色的世界」教學活動流程 | 說明 |
【評鑑與展望】 ※檢討議題處理的得失及提出進一步處理的展望意見。 以下是一個示例： 1.學生之學習成就檢核 科學與技術認知的學習 ‧可將本議題探討的內容中與課程綱要相關的科學概念列舉出來，配合各小組的探究活動，設計成試題或學習評量單，由學生填答、口頭回答或進行紙筆測試。
「過程技能」、「思考智能」與「科學應用」之考核。 ‧可由學生在實驗或搜集資料時表現之觀察、比較與分類、組織與關連、歸納與推斷等能力來評量。 ‧可由學生搜集資料、撰寫報告、討論的能力來評量。 ‧可由學生在處理問題時對情境之批評、提出策略之創意及安排工作流程，整合整體工作之能力來評量。 「科學態度」、「科學本質之體認」之考核 ‧可由學生熱衷參與及細心切實的工作態度、求真求實的精神來評量。 2.對相關問題之聯想 ‧光是不是一種能量？ ‧光的傳播是一種波動嗎? ‧光會有繞射與干涉現象嗎？ ‧光纖是什麼？ ‧什麼是脈衝光波？ ‧光在生活上的應用及影響還有哪些（未討論）？ 3. 結語: 自我省思與展望。 4.教學成效評鑑（詳見附錄：「教學成效自評表」） | ⊙教學目標在於提升學生的「科學素養」，其內涵包括「科學探討過程之技能」、「思考智能」、「科學應用能力」以及「科學概念之認知」、「科學態度」、「科學本質之體認」、「科技的發展」、「設計與製作技能」等，其目標多元，故評量內容也要相應的多元。為了有效的評量，其方式也勢必多樣。例如可由實際執行狀況調查、口頭問答、報告、成品展示、測驗、筆試等方式去評量。 ⊙評量工作可依需要穿插在學習活動中或結束之時。 ⊙研究一個「議題」，當然會對此議題有進一步的瞭解，不過也因此聯想到一些更深刻的問題。因此，結束此議題的探討工作時，希望開拓出更廣闊的視野，結束在一種「興趣盎然」、「因時間不足，尚有很多有待改進及研究的問題…」這種狀態。 |
（四）各活動有助於科學智能培養之一覽表
科學智能評量細目表
| 評量指標 | 學習活動項目 | |
過程技能 | 觀察 | 1-4-1-1能由不同的角度或方法做觀察 1-4-1-2能依某一屬性(或規則性)去做有計畫的觀察 1-4-1-3能針對變量的性質，採取合適的度量策略 | □□□□□□□ □□□□□□□ □□□□□□□ |
比較與 分類 | 1-4-2-1若相同的研究得到不同的結果，研判此不同是否具有關鍵性 1-4-2-2知道由本量與誤差量的比較，瞭解估計的意義 1-4-2-3能在執行實驗時操控變因，並評估「不變量」假設成立的範圍 | □□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□ | |
組織與 關連 | 1-4-3-1統計分析資料，獲得有意義的資訊 1-4-3-2依資料推測其屬性及因果關係 | □□□□□□□ □□□□□□□ | |
歸納 研判 與 推斷 | 1-4-4-1藉由資料、情境傳來的訊息，形成可試驗的假設 1-4-4-2由實驗的結果，獲得研判的論點 1-4-4-3由資料的變化趨勢，看出其蘊含的意義及形成概念 1-4-4-4能執行實驗，依結果去批判或瞭解概念、理論、模型的適用性 | □□□□□□□ □□□□□□□ □□□□□□□ □□□□□□□ | |
傳達 | 1-4-5-1能選用適當的方式登錄及表達資料 1-4-5-2由圖表、報告中解讀資料，瞭解資料具有的內涵性質 1-4-5-3將研究的內容作有條理的、科學性的陳述 1-4-5-4正確運用科學名詞、符號及常用的表達方式 1-4-5-5傾聽別人的報告，並能提出意見或建議 1-4-5-6善用網路資源與人分享資訊 | □□□□□□□ □□□□□□□ □□□□□□□ □□□□□□□ □□□□□□□ □□□□□□□ | |
科學本質 | 3-4-0-1體會「科學」是經由探究、驗證獲得的知識 3-4-0-2能判別什麼是觀察的現象，什麼是科學理論 3-4-0-3察覺有些理論彼此之間邏輯上不相關連，甚至相互矛盾，表示尚不完備。好的理論應是有邏輯的、協調一致、且經過考驗的知識體系 3-4-0-4察覺科學的產生過程雖然嚴謹，但是卻可能因為新的現象被發現或新的觀察角度改變而有不同的詮釋 3-4-0-5察覺依據科學理論作推測，常可獲得證實 3-4-0-6相信宇宙的演變，有一共同的運作規律 3-4-0-7察覺科學探究的活動並不一定要遵循固定的程序，但其中通常包括蒐集相關證據、邏輯推論、及運用想像來構思假說和解釋數據。 3-4-0-8認識作精確信實的紀錄、開放的心胸、與可重做實驗來證實等，是維持「科學知識」可信賴性的基礎。 | □□□□□□□ □□□□□□□ □□□□□□□ □□ □□□□□□□ □□□□□□□ □□□□□□□ □□□□□□□ □□□□□□□ | |
科學態度 | 求真求實 | 5-4-1-1知道細心的觀察以及嚴謹的思辨，才能獲得可信的知識 5-4-1-2養成求真求實的處事態度，不偏頗採證，持平審視爭議 5-4-1-3瞭解科學探索，就是一種心智開發的活動 | □□□□□□□ □□□□□□□ □□□□□□□ |
思考智能 | 綜合思考 | 6-4-1-1在同類事件，但由不同來源的資料中，彙整出一通性(例如認定若溫度很高，物質都會氣化) | □□□□□□□ |
推論思考 | 6-4-2-1依現有的理論，運用類比、轉換等推廣方式，推測可能發生的事 6-4-2-2依現有理論，運用演繹推理，推斷應發生的事 | □□□□□□□ □□□□□□□ | |
批判思考 | 6-4-3-1檢核論據的可信度、因果的關連性、理論間的邏輯一致性或推論過程的嚴密性，並提出質疑 | □□□□□□□ | |
創造思考 | 6-4-4-1養成遇到問題，先行主動且自主的思考，謀求解決策略的習慣 6-4-4-2在不違背科學原理的最低限制下，考量任何可能達成目的的途徑 | □□□□□□□ □□□□□□□ | |
解決問題 | 6-4-5-1能設計實驗來驗證假設 6-4-5-2處理問題時，能分工執掌，做流程規畫，有計畫的進行操作 | □□□□□□□ □□□□□□□ | |
科學應用 | 7-4-0-1察覺每日生活活動中運用到許多相關的科學概念 7-4-0-2在處理個人生活問題(如健康、食、衣、住、行)時，依科學知識來做決定 7-4-0-3運用科學方法去解決日常生活的問題 7-4-0-4接受一個理論或說法時，用科學知識和方法去分析判斷 7-4-0-5對於科學相關的社會議題，作科學性的理解與研判 7-4-0-6在處理問題時，能分工執掌、操控變因，做流程規畫，有計畫的進行操作 .. | □□□□□□□ □□□□□□□ □□□□□□□ □□□□□□□ □□□□□□□ □□□□□□□ | |
科技的發展 | 科技的 本質 | 4-4-1-1了解科學、技術與數學的關係………………………………………. 4-4-1-2了解技術與科學的關係………………………………………………… 4-4-1-3了解科學、技術與工程的關係……………………………………… | □□□□□□□ □□□□□□□ □□□□□□□ |
科技的 演進 | 4-4-2-1從日常產品中了解台灣的科技發展………………………………. 4-4-2-2認識科技發展的趨勢……………………………………………… 4-4-2-3對科技發展的趨勢提出自己的看法…………………………………. | □□□□□□□ □□□□□□□ □□□□□□□ | |
科技與 社會 | 4-4-3-1認識和科技有關的職業…………………………………………… 4-4-3-2認識和科技有關的教育訓練管道……………………………………… 4-4-3-3認識個人生涯發展和科技的關係…………………………………… 4-4-3-4認識各種科技產業………………………………………………………… 4-4-3-5認識產業發展與科技的互動關係……………………………………… | □□□□□□□ □□□□□□□ □□□□□□□ □□□□□□□ □□□□□□□ | |
設計與製作 | 8-4-0-1閱讀組合圖及產品說明書………………………………………………. 8-4-0-2利用口語、影像(如攝影、錄影)、文字與圖案、繪圖或實物表達創意與構想…………………………………………………………….. 8-4-0-3了解設計的可用資源與分析工作……………………………………… 8-4-0-4設計解決問題的步驟……………………………………………………… 8-4-0-5模擬大量生產過程………………………………………………………… 8-4-0-6執行製作過程中及完成後的機能測試與調整…………………… | □□□□□□□ □□□□□□□ □□□□□□□ □□□□□□□ □□□□□□□ □□□□□□□ | |
（五）模組之學習成就評量（待發展亦可由使用者自行開發）
1. 紙筆測驗（可用問答、選擇、填充…等方式行之）。 （列出學生在做完「光與色的世界」各項活動之後教師期望他學到的「科學與技術認知」方面的知識）。 2. 學習單、報告、成品評鑑及演示說明。 3. 經驗分享情形、小組報告、報告撰寫內容。 4. 觀察學生的學習活動過程及與同學互動的情形。 5. 其他各種適當的方式…. ※ 詳見各【教學示例】。 |
二、模組內各項學習活動之教學示例
（一）【光會轉彎嗎？】
教學要點、教學資源、教學示例。
附錄：閱讀資料、相關資料、活動記錄、評量單。
（二）【創意藝術家】
教學要點、教學資源、教學示例。
附錄：活動記錄、學習單。
（三）【面鏡面面觀】
教學重點、教學資源、教學示例。
附錄：相關資料、活動記錄、學習單。
（四）【透鏡的成像觀察與應用】
教學重點、教學資源、教學示例。
附錄：閱讀資料、相關資料、活動記錄、評量單。
（五）【光與顏色的關係】
教學重點、教學資源、教學示例。
附錄：閱讀資料、相關資料、活動記錄、評量單。
（六）【常見的光學儀器】
附錄：閱讀資料、相關資料、評量單。
（七）【雷射光】
附錄：閱讀資料、相關資料、評量單。
（一）【光會轉彎嗎？】活動指導
【教學重點】
本活動重點有二：
☆ 藉蒐集與閱讀有關「認識光」的相關資料，瞭解「光」的基本性質。
☆ 藉由活動設計與實作，體驗如何由活動中找出光的傳播方式，分組討論並找出光的重要基本性質。
【教學資源】
☆ 器材：硬紙板（20cm×20cm一塊）、軟塑膠水管﹙長約100cm一根﹚、美工刀（一把）、小手電筒（一支）。
☆ 時間：含文章的閱讀與實作，可用二節課或數節課不等，視採行的教學策略而定。
☆ 資料：相關圖書、網站資料及專家訪談。
【使用說明】
本活動有四個附錄
☆ 附錄1.1「閱讀資料」
提供給全班閱讀，並包括讀後的評量「認識光」討論題綱。
☆ 附錄1.2「相關資料」
教師持有，並可藉由每次教學不斷地充實。當學生在探究此「子問題」蒐集資料發生困難時，可據此加以支助。
☆ 附錄1.3「光會轉彎嗎？」活動記錄（可選a或b＆c或d）
選a（研討式的活動記錄）或b（指導式的活動記錄）。
書寫式報告則可選c（教師自設）或d（空白）。
☆ 附錄1.4「評量單」
提供給全班（或各組）填寫。
【教學示例】
「光會轉彎嗎？」的教學活動流程 | 說明 |
【協助學生確定問題】 以下是一個示例（提供參考）： 本組負責操作（水管拉直、水管彎曲、以手電筒的光照入水管內等），除了設計不同的操作方式外，並且要在發表會上說明為什麼要這樣設計，並報告得到的結果與心得。經過討論後我們各選擇了不同的方式進行活動，我們也提出以下的問題： ◆為什麼要這樣設計？是否一定要這樣設計？有什麼用意？ ◆光為什麼只有水管拉直才能看得見來光呢？「看得見」到底是什麼意思？ ◆光在水中能進行嗎？也是直進傳播嗎？「光速」與介質有什麼關係呢？ ◆由光的直進傳播可以了解「針孔成像」的原因和性質？ ◆還有哪些現象是可以證明光直線傳播的性質呢？ ◆如果要自製一個「針孔成像機」，我們需要注意到哪些呢？ 【協助學生獲取資料】 1.閱讀資料（附錄1.1） 2.進行資料蒐集： 我們由坊間書籍、圖書館、專家、行家、網站去蒐集相關資料， 例如： 資料一：可參閱台灣師大物理系所設立之網站 （http://www.phy.nutu.edu.tw/demolab/index.html） 物理學中，「光」是一種能量，也是一種波動現象。 資料二：可參閱科學與藝術的對話之網站 http：//pei.cjjh.tc.edu.tw/nature/nature.htm（2004/11/16） ※提供相關資料（其餘資料參閱附錄1.2） 3.協助學生規劃工作： 以下以其中的一種方法為例（參閱附錄1.3a或b）： （1）決定設計的原理與操作的方法 ‧我們知道「光」的傳播方式是直線進行的，因此，我們稱之為「光線」，光也是「能量」的一種形式等。而光的傳播與障礙物有關；當光遇到不透明體時便無法繼續前進；而當光遇到透明物體時有部份光會被吸收，也有部份光是選擇直接穿透（產生透射或折射）。 ‧知道影子的形成是「光」的直線傳播的結果，只要選擇光源與障礙物體的種類（透明與否）即可。 ‧若要知道影子的形狀，只要選擇障礙物體的種類（透明與否）和形狀即可。 （2）「光會轉彎嗎？」的活動設計 ‧為了了解「光」的直線傳播性質，我們打算分別以軟塑膠水管、小手電筒、硬紙板及美工刀等器材設計活動進行操作與觀察。 4.進行活動觀察與操作 （1）進行操作 我們選擇了軟塑膠水管、小手電筒、硬紙板及美工刀等器材分別進行了以下的活動，並請學生紀錄他們所觀察到的現象。（為了避免用去太多時間，本活動亦可以徵詢分組表演方式進行。） 【步驟一】：由各組的兩位同學負責操作，以手電筒照射彎成蛇形的軟塑膠水管開口，由水管的另一端觀看，是否能看見手電筒的光源？ 【步驟二】：將軟塑膠水管拉直，重複步驟 一，觀察者是否能看見手電筒的光 源？ 【步驟三】：由各組同學輪流負責操作，拿一塊 硬紙板，放在陽光下，觀察紙板在 陽光下所呈現的影子形狀，是否和紙板的形狀相同？ 【步驟四】：將硬紙板中間部份鏤空數個不同的 圖案或字形，再置於陽光下，觀察 紙板在陽光下所顯現的圖形，是否 和紙板中間部份鏤空的形狀相同？ 為什麼？ （2）觀察與紀錄 仔細觀察步驟一的操作結果，並記錄個人看 到的事實。 仔細觀察步驟二的操作結果，並記錄個人看 到的事實，並與步驟一的觀察結果做比較。 仔細觀察步驟三的操作結果，並記錄個人看 到的事實。 仔細觀察步驟四的操作結果，並記錄個人看到的事實，並試著解釋自己所看到的現象。 5.資料分析與研判 （1）由步驟一發現：無法由彎成蛇形的軟塑膠水管的開口端，觀看到另一端手電筒的光源。 （2）由步驟二發現：將軟塑膠水管拉直後，便可以觀看到另一端手電筒的光源。 （3）由步驟三發現：影像的形狀，和紙板的形狀相同。 （4）由步驟四發現：影像的形狀，和硬紙板中 間部份鏤空的圖案或字形相同，這是因為光是 以直線前進的方式傳播，光線在傳播過程中， 若遇到不透明的障礙物時，則不能繼續前進而 形成陰影。 【鼓勵學生提出想法】 結論與心得： ‧光是以直線前進的方式傳播。 ‧影子的形狀和大小與障礙物的形狀、大小有關；影子的形狀和大小與光源入射的角度有關；影子的形狀和大小與障礙物、屏幕（投影處）間的距離有關。 ‧這次的工作，有些經驗值得記述，如…… 【激勵學生推廣應用】 檢討與改進： 1.手電筒的燈頭大小最好能與水管的口徑大小相仿，操作較為方便和準確。 2.水管彎曲時，我們發現在水管中間還需要一位同學的幫忙較為適合。 ※適當時機進行評量 本活動之評量採以下幾種方式進行： 1.經驗分享情形： 根據發言情形進行評量：聽取別組的報告，提出問題，記載別組獲得的資料和結果，回答別組對本組工作的問題。 2.小組報告： 根據報告內容進行評量。 3.報告撰寫： 根據撰寫內容與「記錄單」進行評量。 | 【協助學生確定問題】 ⊙若只是丟一個「認識光」或「探討光的傳播方式」這樣的題目給學生，學生除了會利用教師提供的器材依步驟或要求操作外，可能不會想到為什麼要做這些事。因此需要教師的引導（教師得與他們討論問題的性質及可探討的內容），將「可探索的空間」開拓出來。 ⊙其實「光」的傳播方式只有「直線」…。我們知道光是直線傳播的，從影子的形成、針孔成像、日月食現象…，等都可以證明光直線傳播的性質。可是，要真正去分辨這些現象的形成原因，學生可能不知如何去探討與歸納，本活動主要的目的就是要引發出這些問題，並引導學生思考探究。 ⊙經過這一段的活動，學生應可知道「要探討什麼？」、「怎麼去進行探討？」。 【協助學生獲取資料】 ⊙有時候，我們可以看看行家們怎麼做，也可能引發一些想法。 ⊙教師可引導學生去思考、要求學生在操作前，對整個要做的工作應有一全盤的瞭解、並預想可能的情形。 ⊙學生想出來的方法，未必和本模組預先所想的辦法相同（獲取資料的方式可以很多，如閱讀、實驗、上網、參觀科學博物館等等），教師若能對學生的獨創性加以尊重，依著學生的想法去協助他們實現，則將更能鼓舞其學習的熱忱。 ⊙〔協助學生規劃工作〕： 活動規劃可由學生自行提出，但所找出的方法要以有效且簡便為佳。「a式活動單」具有引導學生思考的作用，但不限制學生採用什麼策略，是屬比較有創造空間的教學方式。有時，教師把附錄1.3的「b式活動單」印給學生，要學生完全照著那個過程去做，則活動會進行得很快。不過，這樣一來，學生的自主性與創意空間也都將隨之而降低了，所以並不鼓勵這樣做。該「b式活動單」僅是提供給教師在指導學生時「參考」用。若是活動由學生自己來規劃，可能做法會不同，這也是我們應該鼓勵的。 ⊙設計一個可以分別探討「光」的直線傳播性質的活動，分組討論並找出光的基本特性。 ⊙體會只有確實細心的觀察、不偏頗的採證，才能獲得可信的資料。也只有依據可信的資料來推論，所得的結論才不會謬誤，這些實作活動對「科學態度」的養成、「科學本質的體認」會有很大的助益。 ⊙[協助學生整理分析資料] ‧這階段的活動主要在於分析及歸納資料。 ‧由紛雜的數據中，理出一條條的規則或變化趨勢來，發現出特異的表現。 【鼓勵學生提出想法】 ⊙本階段工作在於提出成品或建構理論，依據歸納出來的一些特徵、性質、規則性，給於一個詮釋或理論、看法。並且對於依此理論所偏離的、不符合的各項資料做了解釋。 【激發學生推廣應用】 ⊙對所做的事，做一種檢討，檢討的論點要依據切確的事實，不要說些不著邊際、漫無著落的話。並且能由這些的工作經驗發現出新的問題。 【評量】 ⊙教師可為各小組的工作設計「記錄單」，供聽講的同學記錄，並以記錄單上的問題來設計試卷。（參閱附錄1.4） ⊙教師評分時，可依據：「報告撰寫之完備」、「研究方法之創新」、「資料的處理及分析能力」、「分工合作情形」等來評分 ⊙評量內容應涵蓋整個科學素養所包含的各項能力。 |
【附錄】
☆ 附錄1.1 ：閱讀資料（認識光）
認識光
日常生活中，不管你喜不喜歡，每天都會看到各種不同的色光，光為世界帶來光明，有了光，植物得以進行光合作用而生長，萬物才能生存。有了光，我們才能看到物體，花兒才能展現其美麗的色彩，我們的生活也因而由「黑白」變成「彩色」。最早人類只能利用太陽為光源，現在已有許多各種光源可供我們利用，例如雷射光、X光、紅外光、紫外光…等等。光是什麼？它是怎麼傳播的呢？日常生活中我們還應用了哪些光的特性呢？光與顏色有什麼關係？讓我們一起來探究這有趣的「光與色世界」。
光是怎樣傳播的？
我們在聲音的單元裡，曾經提到聲音在真空中是不能傳播的，所以當圖
一所示瓶內的空氣被抽出後，我們就聽不到鈴聲，但是我們依然可以看到瓶內的物體。天氣晴朗時，白天可以享受溫暖的陽光，夜晚可以欣賞皎潔的明月，
圖一
波以耳實驗
如圖一，波以耳將鈴放入一個大的玻璃罩中，用小鎚敲鈴時，可以聽到罩中鈴所發出的聲音。當他開始用抽氣機將罩內空氣抽出時，就漸漸聽不到鈴所發出的聲音了。
由這個實驗亦可證實了聲音在真空中是無法傳播的，而光則可以傳播。
而太陽、月亮與地球之間大部份的空間並無物質存在而成真空狀態，因此我們
知道光可以穿過真空，不經介質而傳播到地球上來。
光不僅可以穿越真空，光也可以在空氣、水及玻璃等物質中傳播，傳播速率亦不同，在真空中，光的傳播速率最快。（表一）為光在一般常見介質中的傳播速率。 然而光是以何種方式傳播的呢？我們從影子的形成、針孔成像、月相的變化、張口無法看見胃…等實例中，我們可以發現光在空氣（均勻的介質）中，是以直線前進的方式傳播，所以稱為「光線」。當光線在傳播過程中，若遇到不透明的障礙物時，則不能繼續前進而形成陰影。民俗技藝中的皮影戲，如圖二，就是利用光的直線傳播性質，將皮偶的影子投射在螢幕上，來表現人物的肢體動作，以達到戲劇演出的效果。
表一
光在幾種不同介質中的傳播速率 | |
物質 | 傳播速率 (公里/秒) |
真空中 | 300000 |
空氣 | 300000 |
水 | 225000 |
玻璃 | 200000 |
圖二 皮影戲
古時候有一種計時的工具日晷，如圖三，則是利用一天中太陽光照射日晷時，日晷所形成陰影的位置與大小，會隨著太陽的東昇西沉而變化，因此可以用來計時。
圖三 日晷
針孔成像
古代墨子一書記載「光之人，煦若射。下者之人也高，高者之人也下。」意思是說「光像人照過去，猶如箭射，通過針孔所成的像，人的下部在高處，人的上部在低處。」，由古書記載，可以知道：光通過針孔後，所形成的人像，上、下顛倒。為什麼會有這種現象呢？如圖四所示，一空心的長方形盒子，盒子左邊中心有一個很小的針孔，右邊則貼有半透明紙的光屏，若在小孔前放置一物體，則從A、B、C、D（反）射出來的光線，經過小孔後，會分別射到光屏上的A'、B'、C'、D'位置，因而在光屏上可以看見一大小和原物成比例，但是上下顛倒、左右相反的像，顯示出光有直線前進的性質，針孔所成的像是光線實際到達光屏而形成的，這種由實際光線聚集成的像稱為實像。
在自然界中可以看到類似針孔成像的例子，例如陽光很強的時候，在樹葉茂密的樹蔭下，長可以發現樹蔭裡有許多亮亮的小圓點，這些都是太陽經過樹葉的間隙所造成的針孔成像。但如果樹葉很稀疏，葉子間的空隙太大，就看不出圓形的小亮點，而是許許多多的不規則亮區了。
圖四 來自物體的光線射入小孔後，在光屏形成一清晰的倒立影像
光速快還是聲速快？光速有多快？
元宵節、中秋節或十月慶典時，當你在遠處觀賞施放的煙火時，你會先看到煙火在高空中散射開來，形成美麗的圖案，然後才會聽到陣陣的煙火爆炸聲；雷雨交加的天氣時，我們常會先看到閃電，之後才會聽到隆隆的雷聲隨著閃電傳來。這些現象顯示光在空氣中的傳播速率比聲音在空氣中的傳播速率要快很多。到底光的傳播速率有多快呢？現代科學實驗的先驅伽利略（Galileo Galilei，1564-1642年）曾經設計了一個實驗，想要測量光速，其方法是兩組人各攜帶一個覆蓋著的燈籠，分別站在兩個相距約一公里的山頭上，當第一組人在某個時刻掀開燈籠時同時計時，第二組人看見燈籠發出的燈光後，立刻掀開自己的燈籠，第一組人再記下所看到對方燈光的時刻。理論上，由兩個時刻差與山頭間的距離，便可以計算出光的傳播速率了，但是這個實驗結果並沒有得到任何有意義的實驗數據，不過至少知道光的傳播速率極快，光再這兩個山頭間來回所費的時間比人類的視覺反應時間還要短得多。後來經過多人的實驗及改進，終於測出了光在空氣中的傳播速率，約為每秒30萬公里。若以如此快的行進速率，1秒鐘就可以繞地球7圈半，難怪當時伽利略的實驗無法得到任何有意義的結果了。
伽利略測量光速的實驗構想，在理論上是可行的，只是光速極快，以在地面上普通長度的距離來測量，那是行不通的！若改用天文距離，則有成功的機會。1675年丹麥天文學家隆美耳（Olaf Romer,1644-1710）把伽利略的想法應用到木星衛星週期的觀測上，並成功地測出光速的為227000000m/s，約為現今光速公認準確值的四分之三！
光源與視覺
我們在討論光的任何特性或現象前，應先對視覺產生的先決條件做簡單的了解，即光須進入人眼，才能引起視覺。一道光束在真空中前進時，除非光束正對著人眼而來，否則人眼是不會看到此道光的，整個真空中是漆黑一片。一道光束在空氣中前進時，不管它的前進方向為何，通常人眼都能看到它，這是因為光被空氣分子或塵埃散射，使一部份的光改變方向，進入人眼而引起視覺，白天的天空所以明亮，就是這個緣故。室內外的被照體所以能為人眼所見，是因為它們能使來自光源的光線反射（漫射）、散射或透射，使之進入人眼；如果不是光被散射或反射，則人眼是看不出光前進的路線的。
「認識光」討論題綱 讀完『認識光』這篇資料之後，讓我們來討論以下的問題： （以下答案是參考用的，教師可依當時情況來研判什麼答案最合理） 1.我們每天都可以看到不同的物體，可以「看到」的意義是如何呢？ 答：我們可以看到不同的物體，表示物體有光線進入我們的眼睛並產生了視覺。 2. 光可以穿越真空嗎？為什麼？ 答：光是可以穿越真空的，因為太陽、月亮與地球之間大部份的空間並無物質存在而成真空狀態，而太陽光、月光依然能照射到地球上來。 3.從（表一）中我們可以看出光在不同介質中傳播速率不同，其和聲音在介質中的傳播情形有何異同，為什麼？ 答：從（表一）中我們可以看出光在真空中與空氣中傳播速率最快，水中次之，在玻璃中最慢；而聲音的傳播速率卻是在玻璃中＞水中＞空氣中，聲音在真空中是無法傳遞的，這是因為聲音的傳遞需要靠介質，而光不需要靠介質也能傳播。 4. 在十月慶典時，當你在遠處觀賞施放的煙火時，你會先看到煙火在高空中散射開來，還是會先聽到陣陣的煙火爆炸聲呢？為什麼？ 答：我們在遠處觀賞煙火施放時，會先看到煙火在高空中散射開來，再聽到陣陣的煙火爆炸聲，這是因為光速比聲速快很多。 5. 如果有一天，月球爆炸了，在地球上的我們，可以觀察到它的爆炸情形與聽到它的爆炸聲嗎？為什麼？ 答：如果有一天，月球爆炸了，在地球上的我們，只可以觀察到它的爆炸情形，而聽不到它的爆炸聲，因為光可以穿越真空而聲音無法再真空中傳遞。 6. 白天中太陽光並未直接射入室內，但是我們在室內不需要開燈也可以看到室內的物體，為什麼？ 答：白天中太陽光雖未直接射入室內，但是我們在室內不需要開燈仍可以看到室內的物體，這時由於室外的物體（建築物、樹木、塵埃…）反射（漫射）陽光進入室內而使我們看得見物體。 7. 針孔成像的結果與原物相比較，其情形如何？這個結果可以說明什麼？ 答：針孔成像的結果與原物相比較，上下顛倒左右相反，可以證明光的直進性質。 8. 將針孔成像的針孔改成開一個大洞，則紙屏上的成像為何？ 答：紙屏上形成的像不是一個點，而是一個小範圍且影像模糊的像。 |
☆ 附錄1.2 ：「認識光」之相關資料 ※相關資料可以不斷的蒐集，成為手頭現成的補充資料。 資料一：可參閱台灣師大物理系所設立之網站 （http://www.phy.nutu.edu.tw/demolab/index.html） 資料二：可參閱科學與藝術的對話之網站 http：//pei.cjjh.tc.edu.tw/nature/nature.htm（2004/11/16） 資料三：可參閱91年版國民中學理化第一冊教師手冊（國立編譯館主編） ※教師補充資料： 「太陽光」 太陽輻射之電磁波，其波長範圍大約3200至11000埃。可見光的波長範圍大約為3800（紫光）至7700埃（紅光）。太陽輻射強度分布之最大值在波長4500~5000埃左右（及藍、綠光區域），紅光區最弱。 「聲波與光波的異同」： 反射與折射為波動的共通現象，光的反射、折射現象與法則，均與聲波類似，但光在沒有介質的真空中也可傳播，聲波則不能。此外，光通常以橫波傳播，而聲波則以縱波傳播。光波因為是電磁場向量的變化，尚有偏振的現象。 「光的吸收」： 光在表面，除了發生反射之外，同時還會有透射（方向若有改變則特稱為折射）與吸收。光在真空中，不會產生反射或折射，也不會有吸收。在均勻介質中，光雖不會被反射，但多少會有一部分被介質吸收。光的反射、折射與吸收，其實不是只有在兩介質的介面才會發生，即使在同一介質中，當波速因介質不均勻或其他因素而改變時，也會隨之發生。 「深水的顏色」：光與顏色的關係 光通過水時，有一部分會被吸收，倍吸收的比例以藍色光最少，紅色光最多，故通過深水後之光多為藍色光。若由水底看時，深水會呈藍色。由水面向上看時，水的顏色來自兩方面：其一為水面所反射的來自天空的光，另一為天空的光進入水中後，在水中被反射再射出水面的光，因此其顏色需視兩者的相對比例而定。水愈深、愈清澈而透明時，後者所占的比例愈高，其顏色就愈會呈現藍色。 「彩色電視」：光與顏色的關係 電視的彩色畫面，通常都是利用橘紅色、黃綠色、藍色來合成。這些顏色是以電子槍射出高速度的電子，打擊滿佈在顯示幕後的螢光劑所產生的。由於紅色與藍色螢光劑發出的光，通常強度不足，為顧及亮度，電視機的彩色通常多不是用紅、綠、藍三原色合成，而是由橘紅色、黃綠色、藍色混合生成。 「色覺的三種屬性(attribute)」：光與顏色的關係 光進入人眼後引起的視覺，具有三種屬性，分別為「色彩（hue）」、「飽和度（saturation）」及「亮度（brightness）」。色彩與飽和度又合稱為「色品」或「色度（chromaticity）」。現今電腦螢幕或彩色印表機輸出的彩色圖片，其所用軟體都包含有可以調整色彩、飽和度及亮度的功能，可利用之以了解此三種屬性的意義。 「色彩」就是通常所稱之「顏色」。 「飽和度」有時亦稱「純度（purity）」指的是顏色偏離灰色，接近纯光譜色（指太陽光譜中所包含的七種顏色）的程度。黑、白、灰色都沒有辦法判定與何種光譜色較接近，其飽和度均為0％。纯光譜色的飽和度都是100％。 「亮度（brighness）」亦稱為「發光度」，指的是光所產生的亮暗感覺。就白、黑、灰色而言，白色最亮，黑色最不亮，灰色則居中。 |
☆ 附錄1.3 ：「光會轉彎嗎？」之活動記錄
附錄1.3a.【研討式的活動記錄】 光會轉彎嗎？ ★【研究目的】探討光的傳播性質，並瞭解其意義。
.‧為什麼會有影子的形成呢？它與光又有什麼關係呢？ ‧為什麼有的影子很明顯，而有的影子卻沒有那麼明顯呢？ ‧光在空氣中能傳播，在真空中和其他的介質中也能傳播嗎？ ‧光是怎樣傳播的呢？它會轉彎嗎？ ‧我們打算用什麼方法來證明光的傳播方式呢？為什麼要這樣做？ ‧假如我們小組負責操作及報告心得，我們要怎麼去做？ .
.‧查詢圖書、與相關網站找出「光」的相關資料，分配整理分析內容。 ‧查詢物理學上「光」的基本性質，並瞭解其意義。 ‧活動該怎麼設計？怎麼進行？怎麼記錄？誰來準備器材及操作？ ‧「光的傳播方式」怎麼測？用什麼器材測？設計好記錄的表格了嗎？
水管或硬紙板等），連續操作幾次，看看前後有何差別？
形狀和障礙物形狀有關；而影子的大小與光源和障礙物間的距離有關。
‧不同的障礙物和它的影子形狀有什麼關係？為什麼？ ‧光的傳播方式一定是直線嗎？光會轉彎嗎？有什麼方法可以來證明？ ‧由實際的活動操作記錄來看，有什麼因素會影響到光的傳播呢？ ‧假如我們要設計一個「針孔成像機」，至少要注意到什麼條件？
‧對於我們此次的操作與研究，我們有以下的檢討：…… ‧假如下次要再做相同的研究，我們採用的操作方法，可能做一些什麼改變？因為……
‧這次的工作，有些經驗值得記述，如…… |
附錄1.3b.【指導式的活動記錄】 【原理】：「光」具有直線傳播的性質。影子的產生和光的直進性質有關；針孔成像與光的直進性質有關。 【器材】：軟塑膠水管（一支）、小手電筒﹙一支﹚、美工刀（一把）、硬紙板。 【工作規劃】：為了了解：「光」具有直線傳播的性質、障礙物對影子的形成所產生的影響，我們分別以軟塑膠水管、小手電筒、硬紙板、美工刀等器材設計活動進行操作與觀察。 （1）決定設計的原理與操作的方法：以四至六人為一組，採小組合作方式進行。 （2）「光會轉彎嗎？」的活動設計：小組輪流表演的方式進行。 【進行活動觀察與操作】： （1）進行操作 我們選擇了軟塑膠水管、小手電筒、硬紙板等器材設計活動進行操作與觀察等器材分別進行了以下的活動，並請學生記錄他們所觀察與聆聽到的現象。為了避免用去太多時間，本活動以徵詢分組表演方式進行。 【活動一】：由第一組同學負責操作軟塑膠水管、小手電筒。 兩位同學負責操作，以手電筒照射彎成蛇形的軟塑膠水管開口，由水管的另一端觀看，是否能看見手電筒的光源？ 請仔細觀察並聆聽操作者的報告，水管彎曲時其產生的結果如何？是否能看見手電筒的光源？ 聆聽後並記錄結果於表一之活動記錄表中。 【活動二】：由第二組同學負責操作。 將軟塑膠水管拉直，重複【活動一】，觀察者是否能看見手電筒的光源？ 請仔細觀察並聆聽操作者的報告，水管拉直時其產生的結果如何？能看見手電筒的光源？ 聆聽後並記錄結果於表一之活動記錄表中。。 【活動三】：由第三組同學負責操作或由各組同學輪流負責操作。 拿一塊硬紙板，放在陽光下，觀察紙板在陽光下所呈現的影子形狀，是否和紙板的形狀相同？ 請仔細觀察後並記錄結果於表二之活動記錄表中。 反覆改變硬紙板與入射光線的角度，並寫下個人所看到的結果。 【活動四】：由各組同學輪流負責操作。 將硬紙板中間部份鏤空數個不同的圖案或字形，再置於陽光下，觀察紙板在陽光下所顯現的圖形，是否和紙板中間部份鏤空的形狀相同？為什麼？ 請仔細觀察後並記錄結果於表二之活動記錄表中。 觀摩別組操作的情形，相互比較並將結果填於表二之活動記錄表中。 （2）觀察與紀錄 水管彎曲時其產生的結果如何？是否能看見手電筒的光源？ 水管彎曲時其產生的結果如何？是否能看見手電筒的光源？ 表一：活動一記錄表
拿一塊硬紙板，放在陽光下，觀察紙板在陽光下所呈現的影子形狀，是否和紙板的形狀相同？ 將硬紙板中間部份鏤空數個不同的圖案或字形，再置於陽光下，觀察紙板在陽光下所顯現的圖形，是否和紙板中間部份鏤空的形狀相同？為什麼？ 表二：活動二記錄表
【資料分析與研判】： （1）由活動一發現：水管彎曲時不能看見另一側手電筒射出的光源。 （2）由活動二發現：水管拉直時能看見另一側手電筒所射出的光源。 （3）由活動三發現：紙板在陽光下所呈現的影子形狀，和紙板的形狀相同？ （4）由活動四發現：中間部份鏤空的硬紙板，置於陽光下，觀察紙板在陽光下所顯現的圖形，和紙板中間部份鏤空的形狀相同。 【結論】：
‧光的傳播方式是以直線進行的，光不會轉彎，遇到障礙物會被阻擋。 ‧影子的形狀和障礙物形狀有關；而影子的大小與光源和障礙物間的距離有關。 ‧這次的工作，有些經驗值得記述，如……
‧如果可以在暗室的環境下操作效果應該比較顯著。 ‧光源若改用雷射筆應該也可以增加實驗的效果。 |
附錄1.3c： 『光會轉彎嗎？』小組工作札記 我的座號：組別：姓名：
‧光是如何傳播的？ ‧光傳播遇到障礙物時會如何？
五、關於這次『光會轉彎嗎？』工作，我感到最高興的事，是我做了一些事： 六、我知道其他的小組同時在進行別的操作與研究 第組做： 第組做： 第組做： 第組做： 第組做： |
☆ 附錄1.4：「認識光」之評量單
「認識光」評量單 班級： 座號： 姓名： 1.（ ）影子的形成與光的哪一種性質有關?(A)折射(B)直進(C)反射(D)色散。 2.（ ）下列哪一項和光的直線傳播沒有關係？ (A)藝人表演皮影戲 (B)古代人利用日晷計時 (C)游泳池看起來的深度比實際的深度淺 (D)針孔成像。 3.（ ）所謂的「立竿見影」，是因為光的何種特性所造成的？ (A)直線進行 (B)曲線進行 (C)反射 (D)折射。 4.（ ）平常上課時看黑板，有時候會「反光」，這種現象其實是光的何種現象？ (A)折射 (B)散射 (C反射 (D)干涉。 5.（ ）有一U型燈管，經由針孔成像後，會在屏幕上呈現何種字型的像？ (A)
∩ (B)
∪ (C) 6. 試比較光在(甲)真空；(乙)水；(丙)玻璃；(丁)空氣等介質中的傳播速度快 慢？ 。 7.右圖是在暗室中，以蠟燭和手在牆壁上做影子的遊戲，試問： (1)手不動，將燭火移近手，影子大小變化如何？
(2)接著將手至牆壁的距離固定不變，而將 蠟燭改換一較亮的小燈泡，仍放在蠟燭 原來的位置上，則此時牆上的影子大小 變化如何？(A)變大(B)變小(C)不變。 (3)手會在牆壁上產生影子，這是因為光有哪一種性質造成的？ (A)光速極快(B)光沿直線傳播(C)光的反射(D)光的折射。 8.手掌在離地面一段距離處，受燈光照射投射到地面的影子，其光完全照不到 的全黑區域稱為；部分光線可照到，產生灰暗區域稱為。 9 請問各點落於哪一點上？ A: B: C: D: 10.上題實驗中可以驗證光的何種性質呢？ (A)折射(B)直進(C)反射(D)色散。 |
.（二）【創意藝術家】活動指導
【教學重點】
本活動重點有四：
☆藉蒐集與閱讀有關「針孔成像機」的相關資料，瞭解「光直進」的基本性質與原理並能應用其原理於「針孔成像機」的製作。
☆能利用課餘時間自行尋找器材，製作簡易的「針孔成像機」或「針孔成像機」模型，並於上課中演示與說明。
☆利用「針孔成像機」的演示與其成像原理說明，藉由活動的經驗分享中了解與體會『像』的產生原理與應用。
☆作品展示與觀摩（可做作品評量）。
【教學資源】
☆器材：由學生自行準備。
☆時間：含文章的閱讀與自製簡易的「針孔成像機」或「針孔成像機」模型的個別演示與其成像原理說明，可用三節課或數節課不等，視採行的教學策略（可採個人表演或小組表演）而定。
☆資料：相關圖書、網站資料及專家訪談。
【使用說明】
本活動有四個附錄
☆ 附錄2.1「閱讀資料」
提供給全班閱讀，並包括讀後的評量「創意藝術家」討論題綱。
☆ 附錄2.2「相關資料」
教師持有，並可藉由每次教學不斷地充實。當學生在探究此「子問題」蒐集資料發生困難時，可據此加以支助。
☆ 附錄2.3「創意藝術家」活動記錄（可選a或b＆c或d）
選a（研討式的活動記錄）或b（指導式的活動記錄）。
書寫式報告則可選c（教師自設）或d（空白）。
☆ 附錄2.4「學習單」
提供給全班（或各組）填寫。
【教學示例】
「創意藝術家」的教學活動流程 | 說明 |
【協助學生確定問題】 以下是一個示例（提供參考）： 本組負責操作「針孔成像機」（或模型），除了設計不同材料和製作方式外，並且要在發表會上說明為什麼要這樣設計，並報告得到的結果與心得。經過討論後我們各選擇了不同的方式進行演示，我們也提出以下的問題： ◆為什麼要這樣設計或製作？是否一定要這樣設計或製作？是否還有其他的設計與製作方式？ ◆「針孔成像機」所成的像和原物相比較下如何呢？其成像的原理為何呢？ ◆什麼因素決定了「針孔成像」的性質？ ◆如果要自製「針孔成像機」時，我們需要注意到哪些呢？ ◆如果將「針孔成像機」的針孔多開二至三個時，其成像的情形又會如何呢？ ◆除了自製「針孔成像機」外，還有哪些方法可以改善其成像結果呢？ 【協助學生獲取資料】 1.閱讀資料（全班，附錄2.1） 2.進行資料蒐集： 我們由坊間書籍、圖書館、專家、行家、網站去蒐集相關資料， 例如： 資料一：可參閱台灣師大物理系所設立之網站 （http://www.phy.ntnu.edu.tw/java/）及 東華大學（http://134.208.23.90/consultant/） 此兩網站內有許多的科學動畫資料可供參考。 資料二：（參閱附錄2.2） ※提供相關資料（其餘資料參閱附錄2.2） 3.協助學生規劃工作： 以下以其中的一種方法為例（參閱附錄2.3a或b）： （1）決定設計或製作的原理與操作的方法 ‧我們知道其實「針孔成像」是光直進所造成的一種現象，利用「針孔成像」亦可驗證光的直進性質。 ‧「針孔成像」像的大小或清晰度（是否看得清楚），與什麼因素有關是我們要注意的。 ‧選擇什麼材質較容易取得？（如面紙盒等）「針孔」要多大？，要用什麼做光屏？ ‧「針孔成像機」的暗箱是否要能伸縮？如何增進暗箱的效果？我們該怎麼做？ （2）「創意藝術家」的活動設計 ‧為了了解「光的直進性質」，我們打算分別以自製的簡易「針孔成像機」，設計活動進行操作演示與原理解說。 4.進行活動觀察與操作 （1）進行操作 我們選擇了由個人（或小組）負責操作演示自製的簡單「針孔成像機」，除了演示外，並且要在發表會上說明為什麼要這樣設計及其成像的原理，分享個人（或小組）得到的成果與心得。也請每人記錄他們所觀察到的現象亦可提出相關的問題。為了避免用去太多時間，本活動可以事先徵詢或規定表演的時間長短。 （2）觀察與紀錄（可參閱附錄2.3） （或可由使用者視實際情形自行設計） 5. 資料分析與研判 由活動發現： （1）針孔的大小會影響到像的清晰度。 （2）「針孔成像機」的暗箱要能伸縮，方能調整想看到的物體使之在屏幕上出現。 【鼓勵學生提出想法】 結論與心得： 1. 選擇大小不同但相近的面紙盒做暗箱，其操作時較容易自由拉動且可以保有暗箱的效果。 2.這次的工作，有些經驗值得記述，如…… 3. 針孔的大小要適中，過大或太小都會影響成像。 【激勵學生推廣應用】 檢討與改進： 1. 發現有部分同學的自製「針孔成像機」會選擇深色不透光的布蓋在兩個面紙盒外，可以增加暗箱的效果。 2. 你認為自製的簡易「針孔成像機」，在製作的技術上或方法上可以再怎麼改變或改進？ ※適當時機進行評量 本活動之評量採以下幾種方式進行： 1.經驗分享情形： 聽取別組的報告，提出問題，記載別組獲得的資料和結果，回答別組對本組工作的問題。 2.小組報告： 3.作品展示與評量： | 【協助學生確定問題】 ⊙若只是丟一個「如何自製「針孔成像機」」或「像是怎樣產生的？」這樣的題目給學生是不夠的，還得引導學生除了把兩者間的問題想清楚外，也會利用其生活經驗或收集的相關資訊，尋找所需的器材依步驟或要求製作。有時教師得與他們討論問題的性質及可探討的內容，並協助學生將紛雜的意見中整理或開拓出幾個可探索的方向和方法來。 ⊙其實「針孔成像」是光直進所造成的一種現象，利用「針孔成像」亦可驗證光的直進性質。可是，要真正去感受到這兩者間的關聯性，學生可能不知如何去探討與歸納，本活動主要的目的就是要引發出這些問題，並引導學生思考探究。 ⊙經過這一段的活動，學生應可知道「要如何設計或製作簡易的針孔成像機？」、「怎麼去進行探討？」。 【協助學生獲取資料】 ⊙全班進行「創意藝術家」的資料閱讀並分組討論。或由全班收集並自動提供相關資料，在分組「閱讀」即讀後討論。 ⊙教師可引導學生去思考、要求學生在製作前，對整個要做的工作應有一全盤的瞭解、並預想可能的情形。 ⊙〔協助學生規劃工作〕： 活動規劃可由學生自行提出，但所找出的方法要以有效且簡便為佳。若是活動由學生自己來規劃，可能做法會不同，這也是我們應該鼓勵的。 ⊙體會只有切實細心的觀測、不偏頗的採證，才能獲得可信的資料。也只有依據可信的資料來推論，所得的結論才不會謬誤，這些實作活動對「科學態度」的養成、「科學本質的體認」會有很大的助益。 ⊙[協助學生整理分析資料] ‧這階段的活動主要在於分析及歸納資料。 ‧由紛雜的數據中，理出一條條的規則或變化趨勢來，發現出特異的表現。 【鼓勵學生提出想法】 ⊙本階段工作在於提出成品或建構理論，依據歸納出來的一些特徵、性質、規則性，給於一個詮釋或理論、看法。並且對於依此理論所偏離的、不符合的各項資料做了解釋。 【激發學生推廣應用】 ⊙對所做的事，做一種檢討，檢討的論點要依據切確的事實，不要說些不著邊際、漫無著落的話。並且能由這些的工作經驗發現出新的問題。 【評量】 ⊙教師可為各小組的工作設計「記錄單」，供聽講的同學記錄，並以記錄單上的問題來設計試卷。（參閱附錄2.4） ⊙教師評分時，可依據：「報告撰寫之完備」、「研究方法之創新」、「資料的處理及分析能力」、「分工合作情形」等來評分 ⊙評量內容應涵蓋整個科學素養所包含的各項能力。 |
【附錄】
☆ 附錄2.1 ：閱讀資料（創意藝術家）
※本閱讀資料由學生各組負責蒐集整理並做心得分享。教師可於事 前說明並於心得分享時間予與各組實施評量。 |
☆ 附錄2.2 ：「創意藝術家」之相關資料
☆ 附錄2.2
：「創意藝術家」之相關資料
※相關資料可以不斷的蒐集，成為手頭現成的補充資料。 資料一：可參閱台灣師大物理系所設立之網站 （http://www.phy.ntnu.edu.tw/java/）及 東華大學（http://134.208.23.90/consultant/） 資料二：針孔相機－－可參閱（www.bud.org.tw/Hu/essay43.htm）
針孔照相機與針孔成像 針孔照相機是一種古老的成像工具，它不需要鏡頭、反光鏡或其他光學部件，而是讓光線穿過一個小孔，在暗箱形成外部景物的倒像。它最早起源于19世紀達-芬奇和其他畫家用來繪畫的“暗箱”，也是現代照相機的前身。
針孔成像的原理是光線以物體上的每一點發出，沿著直線方向向前傳送，穿過暗箱小孔會聚予影板上，構成與物體上下左右相反的影像。針孔成像是不必對焦點的，因為無論遠近都能結成較為清晰的影像。小孔成像的景深範圍特別大，視角也很大，可達到125度，調整像距能改變視角，無像差畸變現象。但其成像的清晰度不太好，以幾何學的觀點來講，可以用縮小針孔的直徑來增強成像的清晰度；但是不能縮得過小，過小會引起光的衍射，也會影響影像的清晰度。 動手做活動教案 可參閱（http://cslin.auto.fcu.edu.tw/scoe/cd/content/appendix/1-1.htm） 一、活動名稱：奇妙又易學的光電實驗(二) 二、活動主題：針孔相機 三、主講人與活動所需人力： 2人 四、活動目標：
五、適合參加對象：十到十六歲 六、活動所需時間：四十 分鐘 七、參加人數：三十 人 九、場地需求：暗房或一般教室（關燈後環境全暗），如果在家裡找不到暗房，一般利用廁所（關燈後全暗）也挺合適。同時也需要天氣晴朗的戶外場所。 十、設備材料與經費：
十、活動內容及時間分配
十一.參考書目： （一）胡錦標、林宸生、謝宏榮等（民７９）精密光電技術。台北：高立書局
（二）林宸生（民82）光電精密量測。台北：全欣資訊書局 |
☆ 附錄2.3 ：「創意藝術家」之活動記錄
附錄2.3a.【研討式的活動記錄】 「創意藝術家」 ★【研究目的】能利用自製簡易的「針孔成像機」或「針孔成像機」模型，並於上課中演示與說明，探討「光的直進」性質與應用，並瞭解其意義。
‧針孔成像是怎麼產生的？ ‧「針孔」的大小是要多大？該怎麼產生呢？ ‧「針孔」的數目與成像的關係如何？我們可以怎麼做？ ‧如何才能讓遠近不同的物體能成像在光屏上？我們該怎麼去完成？ ‧我們打算製作什麼樣式的「針孔成像機」呢？需要什麼材料？ ‧為了要完成作品及心得報告，我們要怎麼去做？ .
.‧查詢圖書、與相關網站找出「針孔成像」、「針孔照相」的資料，分配整理分析內容。 ‧查詢想要完成的簡易「針孔成像機」的組成要素，並瞭解其意義。 ‧活動該怎麼設計？怎麼進行？怎麼記錄？誰來準備器材？如何製作及 操作？ ‧「針孔的大小」與「暗箱的長短」怎麼控制？用什麼器材？設計好記錄的表格了嗎？
次，看看前後有何差別？
清楚地成像在光屏上，為什麼？
什麼？ ‧由實際的活動操作記錄來看，有什麼因素會影響到成像的性質呢？ ‧假如我們要使「針孔成像機」，產生較明顯清晰的像，至少要注意到哪些條件？
‧對於我們此次的操作與研究，我們有以下的檢討：…… ‧假如下次要再做另一個簡易「針孔成像機」時，我們採用的方法，可能做一些什麼改變？因為……
‧這次的工作，有些經驗值得記述，如…… |
附錄2.3b.【指導式的活動記錄】 創意藝術家 ※可由教學者自行完成或選擇一個簡易「針孔成像機」的成品供學生參考製作，並設計指導式的活動過程。（可參考附錄1.3b） |
附錄2.3c.： 『創意藝術家』小組工作札記 我的座號：組別：姓名：
一、我們的作品名稱： ‧我們的製作過程是 ‧本組的作品能清楚成像，主要的要素有 二、這次學習活動中我學到了…. 三、這次活動中，我最主要的貢獻有 四、這次活動有那些可以再改進？ 五、這次各組所演示的作品中，我最喜歡的成品是？ 因為： 六、關於這次『創意藝術家』工作，我感到最高興的事，是我做了一些事： 七、我知道其他的小組同時在進行別的操作與研究 第組做： 第組做： 第組做： 第組做： 第組做： |
☆ 附錄2.4 ：『創意藝術家』之學習單
『創意藝術家』之學習單 班級：_____座號：____姓名：___________ 1. 根據「光的直進」性質，簡要說明本組作品是如何產生成像的？ 我認為： 小組討論結果： 2. 在本組作品上加蓋深色不透光的布，比較與原來未加蓋深色不透光的布前的成像情形有何差異？為什麼？ 我認為： 小組討論結果： 3.比較各種不同針孔（如：用不同的筆尖札成不同的孔洞等）作成的作品，所產生的成像情形各有何差異？（以自己的作品為主） 我認為： 小組討論結果： 4. 綜合以上，想想看還有哪些方法可產生更清晰的像？或更方便操作？ 我認為： 小組討論結果： |
（三）【面鏡面面觀】活動指導
【教學重點】
本活動重點有四：
☆ 藉由實驗設計與操作了解各種面鏡的成像原理與性質。
☆藉蒐集與閱讀有關「各種面鏡的成像原理與性質」的相關資料，瞭解「光的反射原理」。
☆藉由活動設計與實作、觀察與討論，了解平面鏡、凹面鏡及凸面鏡的成像原理與應用。
☆經驗分享、評量。
【教學資源】
☆器材：平面鏡（兩面）、凸面鏡（兩面）、凹面鏡（兩面）、哈哈鏡（兩面）、
A4白紙（一張）、筆（一支）、學習（評量）單。
☆時間：含文章的閱讀與討論，實驗操作、經驗分享及評量，可用三節課或數節課不等，得視教學策略而定。
☆資料：相關圖書、網站資料及專家訪談。
【使用說明】
本活動有四個附錄
☆ 附錄3.1「閱讀資料」
提供給全班閱讀，並包括讀後的評量「面鏡面面觀」討論題綱。
☆ 附錄3.2「相關資料」
教師持有，並可藉由每次教學不斷地充實。當學生在探究此「子問題」蒐集資料發生困難時，可據此加以支助。
☆ 附錄3.3「面鏡面面觀」活動記錄（可選a或b＆c或d）
選a（研討式的活動記錄）或b（指導式的活動記錄）。
書寫式報告則可選c（教師自設）或d（空白）。
☆ 附錄3.4「學習單」
提供給全班（或各組）填寫。
【教學示例】
「面鏡面面觀」的教學活動流程 | 說明 |
【協助學生確定問題】 以下是一個示例（提供參考）： 本組負責探究「面鏡面面觀」，並且要在研討會上說明「光」的反射原理與各種面鏡的成像性質間有什麼關係？經過本組的討論之後，我們打算釐清以下的問題： ◆「光的反射定律」有哪些？ ◆「平面鏡成像」的性質有哪些？它與「光的反射定律」有何關係？ ◆「凹面鏡成像」的性質有哪些？它與「光的反射定律」有何關係？ ◆「凸面鏡成像」的性質有哪些？它與「光的反射定律」有何關係？ ◎我們打算先蒐集及研讀一些資料後，再來思考如何設計一些實驗來探討「面鏡面面觀」的相關問題。 【協助學生獲取資料】 1.閱讀資料（附錄3.1） 2.進行資料蒐集： 因為我們想知道平面鏡成像有哪些性質？它與「光的反射定律」有何關係？我們決定由坊間書籍、圖書館、教科書、網站去蒐集相關資料，例如： 資料一：由google搜尋「面鏡成像的性質doc」 或搜尋「光的反射定律. doc」 資料二：可參閱台灣師大物理系所設立之網站 （http://www.phy.nutu.edu.tw/demolab/index.html） ※提供相關資料（其餘資料參閱附錄3.2） 3.協助學生規劃工作： 以下以其中的一種方法為例（參閱附錄3.3a或b）： ※ 規劃「面鏡面面觀」的實驗活動 ‧為了探討各種面鏡的成像各具有哪些性質？並了解它們與「光的反射定律」有何關係？我們打算以「實驗」活動進行操作、觀察與探討。 4.進行活動觀察與操作 （1）進行操作 我們選擇了平面鏡（兩面）、凸面鏡（兩面） 、凹面鏡（兩面）、哈哈鏡（兩面）、A4白紙 （一張）、筆（一支）、學習（評量）單等器 材分別進行了以下的活動，並請學生記錄他 們所觀察到的現象。為了避免用去太多時， 本活動以徵詢分組表演方式進行。 （2）觀察與紀錄 5.資料分析與研判 （1）由實驗活動中發現…. （2）由實驗活動結果，我們可以…… 【鼓勵學生提出想法】 結論與心得：
【激勵學生推廣應用】 ※凹面鏡的成像，一定是虛像嗎？可能成實像嗎？如果可能，那會是哪一種面鏡呢？ ※是否能歸內出各種面鏡在日常生活中的應用呢？ ※適當時機進行評量 本活動之評量採以下幾種方式進行： 1.經驗分享情形： ※聽取別組的報告，提出問題，記載別組獲得的資料和結果，回答別組對本組工作的問題。 2.小組報告： ※分享本組實驗探討所得到的結果與心得。 | 【協助學生確定問題】 ⊙老師把「什麼是光的反射定律？」或「平面鏡成像有哪些性質？」這樣的問題交給學生，學生可能還是不知如何去探討與歸納，因此需要教師的引導（教師得與他們共同研討論），怎樣去看待這個「問題」，等到思考過此問題「可探索的內容」之後，學生就知道怎麼去進行探究的工作了。 ⊙其實「問題」要怎樣探討？探討些什麼？知道怎麼去問，本身就是一種能力（思考智能）。本階段主要的目的就是要引導學生思考探究，培養其思考智能。 【協助學生獲取資料】 ⊙「閱讀」及讀後討論是全班都要做的事。而對於「進行資料蒐集」的工作有時可交由某一組的學生負責，或發動全班自動提供相關的資料再統合整理。 ⊙教師可引導學生去思考、要求學生在操作前，對整個要做的工作應有一全盤的瞭解、並預想可能的情形。 ⊙〔協助學生規劃工作〕： 「a式活動單」具有引導學生思考的作用，但不限制學生採用什麼策略，是屬比較有創造空間的教學方式。有時，教師把附錄3.3的「b式活動單」印給學生，要學生完全照著那個過程去做，則活動會進行得很快。不過，並不鼓勵這樣做。該「b式活動單」僅是提供給教師在指導學生時「參考」用。若是活動由學生自己來規劃，可能做法會不同，這也是我們應該鼓勵的。 ⊙[協助學生整理分析資料] ‧這階段的活動主要在於分析及歸納資料。 ‧由紛雜的數據中，理出一條條的規則或變化趨勢來，發現出特異的表現。 【鼓勵學生提出想法】 ⊙依據呈現出來的現象，歸納出來的一些特徵、性質、規則性，給於一個詮釋或理論、看法。 【激發學生推廣應用】 ⊙激勵學生把歸納獲得的概念作延伸的、聯想的思考，一則培養推理、綜合、創造的思考智能，二則也穩固新學到的知識與技能。 【評量】 ⊙教師可為各小組的工作設計「記錄單」，供聽講的同學記錄，並以記錄單上的問題來設計試卷。（參閱附錄3.4） ⊙教師評分時，可依據：「報告撰寫之完備」、「研究方法之創新」、「資料的處理及分析能力」、「分工合作情形」等來評分 ⊙評量內容應涵蓋整個科學素養所包含的各項能力。 |
【附錄】
☆ 附錄3.1 ：閱讀資料（「面鏡面面觀」）
面鏡成像
在沒有光線的房間裡，我們看不見房間內的任何物體。但把電燈打開後，我們能看到電燈也可以看見室內的物體，我們能看到電燈，是因為電燈發出的光線進入我們的眼睛；然而房間內大部份的物體並不會發出光線，我們為什麼仍然可以看到它們呢？原來這些不發光的物體表面，在燈光的照耀下會反射光線到我們的眼睛內，所以我們能清楚地知道它們的形狀、大小及顏色。
光在均勻介質中是沿著直線前進，遇到不同的介質時，會在兩介質界面上發生反射現象，並遵守反射定律。如圖五所示，若將入射光源的行進方向以箭矢表示，稱為入射線；反射光的前進方向也以箭矢表示，稱為反射線；當入射光垂直鏡面射向平面鏡時，反射光會沿原路徑反射回來，我們把和鏡面垂直的線稱為法線。若入射光不沿法線方向，而與法線成某一角度射向鏡面時，則平面鏡會將入射光在法線的另一側反射出來，此時入射線與法線的夾角稱為入射角，反射線與法線的夾角稱為反射角。對於任何表面，光線的反射遵守下列的反射定律：
1.光反射時，入射線與反射線分別在法線的兩側，且此三線在同一平面上。
2.入射角等於反射角。
圖五光的反射
物體表面愈光滑，愈容易反射光線，如古人使用的銅鏡、現在使用的平面鏡反射光線的效果都很好。由於光線經過它們的表面反射後，行進方向很規則，因此當我們站在鏡前，就可以清楚看到鏡前的物體在鏡中所成的像，像這種平行光線入射至光滑平面後，依據反射定律，其反射光線也是互相平行，稱為單向反射；若平行光射至粗糙不平的表面，其反射光線不再互相平行，稱為漫射。不論是單向反射或是漫射都會遵守反射定律。
我們能從平面鏡中看到鏡前物體的像，原因是鏡前物體發出（或反射）的光線，經過面鏡反射後進入我們的眼睛。由於我們認為光線是直線前進的，因此我們會以為又有一個物體在鏡子的後面，其實那是物體的像。而在平面鏡中所成物體的像只能經由我們的眼睛看到，並不能投射在螢幕（或白紙）上，也就是說，這個像並非由實際光線所會聚而成的，所以稱為虛像。在平面鏡成像的活動中，可以觀察到物體在平面鏡中所成的像，與物體的大小相同，兩者（物體與像）與鏡面的距離相等，且左右相反。
在日常生活中，除了平面鏡外，尚有其他形式的面鏡提供我們不同的用途。如圖六所示，在迴旋的山路邊或轉彎的路口所架設的凸面鏡，能增加反射鏡前物體的成像範圍，如此可以幫助駕駛員看到彎道處的對向來車。手電筒的燈頭、汽車的車前燈使用凹面鏡，可以將光源的光線反射後平行射出，以增加照射光線的強度，達到加強照明的目的；太陽能集熱器則是利用「平行主軸的太陽光，經凹面鏡反射後聚於焦點（平行主軸射入凹面鏡的光線，反射後可以在鏡前聚集於一點，稱為焦點）」的原理，達到收集熱能的目的。另外在某些遊樂場所中有由凹、凸面鏡組合成的「哈哈鏡」，在哈哈鏡前，身材會產生戲劇性的變化，如圖七所示。你也可以拿一隻光亮的不鏽鋼湯匙（圖八），用湯匙的凹、凸部份來玩個變臉遊戲吧！
圖六凸面鏡的應用圖七 哈哈鏡的成像圖八 不鏽鋼湯匙的成像
「面鏡面面觀」討論題綱 讀完『面鏡面面觀』這篇資料之後，讓我們來討論以下的問題： （以下答案是參考用的，教師可依當時情況來研判什麼答案最合理） 1.在平面鏡成像的活動中，可以觀察到物體在平面鏡中所成的像與物體相比較，是如何呢？ 答：我們可以觀察到物體在平面鏡中所成的像，與物體的大小相同，兩者（物體與像）與鏡面的距離相等，且左右相反。 2. 何謂「光的反射定律」？ 答：光的反射定律： 1.光反射時，入射線與反射線分別在法線的兩側，且此三線在同一平面上。 2.入射角等於反射角。 3.何謂「虛像」？何謂「實像」？有何異同？ 答：像並非由實際光線所會聚而成的稱為「虛像」，而由實際光線所會聚而成的稱為「實像」，「實像」可以成像在紙屏上，而「虛像」則無法成像在紙屏上。 4. 在黑暗的房間內照鏡子，要看到自己的臉，應將手電筒照向平面鏡或自己的臉呢？為什麼？ 答：應將手電筒照向自己的臉。要看到自己的臉，要讓臉有光反射到平面鏡後，才能由平面鏡中看到自己的臉。 5. 平面鏡成像時要遵守光的反射定律，其他如凹面鏡、凸面鏡甚至哈哈鏡等它們的成像會遵守光的反射定律嗎？為什麼？ 答：凹面鏡、凸面鏡甚至哈哈鏡等它們的成像也會遵守光的反射定律，因為不論是單向反射或是漫射都會遵守反射定律。 6. 請分別舉例說明凹面鏡、凸面鏡等它們在日常生活中提供我們哪些不同的用途？ 答：在迴旋的山路邊或轉彎的路口所架設的凸面鏡，能增加反射鏡前物體的成像範圍，如此可以幫助駕駛員看到彎道處的對向來車。手電筒的燈頭、汽車的車前燈使用凹面鏡，可以將光源的光線反射後平行射出，以增加照射光線的強度，達到加強照明的目的；太陽能集熱器則是利用「平行主軸的太陽光，經凹面鏡反射後聚於焦點的原理，達到收集熱能的目的。 7. 萬花筒的色彩與形狀，變化多端美不勝收，請說明其成像的原理？ 答：萬花筒的成像原理是根據平面鏡連續反射的原理，形成色彩與形狀千變萬化美不勝收。 |
☆ 附錄3.2 ：「面鏡面面觀」之相關資料
面鏡成像的性質
在討論實物經過面鏡反射的成像時，最好能以點光源為例，說明為何人的視覺會將進入眼睛的光線，看成是由鏡後的像所發出：點光源發出光線，各個方向都有，經由平面鏡反射部份光線，進入人眼後，人眼的視覺會把它們當作是由鏡後一點光源所發出，因而會有像的存在，這是人眼視覺的本質使然，單慿人眼視覺並不能判定實際是否有一物體在鏡後發光的。了解點光源的成像，實物的成像就可以視為是眾多點光源的成像。
曲面鏡（凹面鏡、凸面鏡）的成像可以將曲面視為是許多的小平面，而以平面鏡的成像法則來加以理解，但基本上只要能粗略地指出凸面鏡為何能使視野更寬廣與所成之像為何會變形即可，進而引進其特性在日常生活中的應用。
萬花筒的色彩與形狀，變化多端美不勝收，娛樂性極高，應頗能吸引學生的興趣，不失為介紹鏡面反射成像的好活動。若教學時間允許的話，可以安排學生眼睛看著鏡內的迷宮圖，用筆在迷宮圖內畫線，從起點到終點，讓學生親身體驗平面鏡的成像是左右相反，必能使學生在學習的過程中印象深刻。
面鏡成像重點摘要
1.光在均勻介質中是沿著直線前進，遇到不同的介質時，會在兩介質界面上發生反射的現象，並遵守反射定律。
2.平面鏡成像：當入射光垂直鏡面射向平面鏡時，反射光會沿原路徑反射回來。我們透過平面鏡所看到物體的成像，不是實際光線會聚而成，而是眼睛沿著反射線，向鏡後延伸交會所看到的像，稱為虛像。因為往後延伸的光線不是真實光線，所以不能在白紙上成像。平面鏡所形成的虛像與物體比較，具有大小相等、左右相反的性質。
3.光的可逆性：光線平行主軸射入凹面鏡，反射後可以在鏡前聚集於一點，稱為焦點；反過來，從焦點發出的光線，經凹面鏡反射後會平行主軸（與凹面鏡中心點垂直的線）射出，這種現象稱為光的可逆性。
4.凹面鏡成像：物體位於焦點與鏡面之間，則在鏡的另一側可以得到放大正立虛像。
5.凸面鏡成像：在鏡子的不同側得到縮小的正立虛像，因為凸面鏡會將反射線向外散開，使得可以看到的區域比較大，所以公路轉彎處常應用凸面鏡，以增加駕駛人的視線範圍。
◎ 我國古代的光學
摘自呂應鐘（原載於1979 年6 月30 日《民族晚報》）
一般人認為我國古代沒有光學，但《淮南子》〈天文訓〉曾說過『陽燧見日則燃而為火』。有人認為陽燧是凸透鏡，也不對，因《古今注》有云『陽燧以銅為之，形如鏡，向日則火生以艾承之，則得火也。』可見陽燧是凹面鏡，就是目前風行世界的太陽能收集盤，它能在集點上聚光而點火。
我國古人已知鑄銅（或鑄金）可做陽燧，但一直沒有人做有系統的研究，直到戰國魯人墨翟，才對光學開始深入研討，可惜其學不傳，我們只能在《墨經上下》得知一二，而後人如南海鄒伯奇，因《夢溪筆談》鳥影西逝的理論而著有『格術補』；湘陰殷家 替這本書箋註，引用墨子學說之處很多，可見墨子是我國古代研究光學的始祖。
墨子當時已經知道光是直行的因為他說過：『景光之人煦若射，下者之入也高，高者之入也下。』若射者，意指如射箭一般，是直行的。光線經過一個小孔，影像會顛倒，高的會變成在下方，低的會變成在上方，這是現代光學裏最基本的現象，讀過國中理化的都能瞭解。
墨子也知道光的基本現象，說過『光至影亡』，也說過『木椸景短大，木正景長小』。前者指光所照之處，影子就消失，後者描地上立根木條所產生的現象，椸者斜也，木斜測影子短而寬，木正則影子長而細。
墨子知道光在透鏡或面鏡之前會聚焦。他說過：『在遠近有端與於光，故景瘴內也。』景就是影，指物體的影像；瘴當作庫，內就是納，也就是聚集在一點的意思。墨經裏常稱焦點為『正』或『內』，所以我們知道墨子已研究出光線聚集原理。
墨子也知道凸面鏡生虛像。他說：『景之臭無數，而必過正，故同處其體俱然。』意指物體影子依物之遠近而定，任何一處都可成影，所以說影無數，但這些影子必通過焦點，即過正。我們知道所有能成像的物體中，以太陽為最遠，所以它成像在焦點上。而物體離鏡面愈近，成像的位置愈遠；如果物體和太陽一樣遠，則影像也在焦點上，故曰『同處，其體俱然』。
墨子已知凹面鏡成像的現象，他說：『臨鏡而立，景到。』意指物體經凹面鏡的反射，所成的影像是倒的，到者倒也。（物體在凹面鏡焦點外，形成倒立實像，但在焦點內，則成正立虛像，這一點墨子並未提到。）他又說：『足敝下光，故成景於上；首敝上光，故成景於下。』
墨子也知曉凹面鏡影像大小及正倒的關係，因他說過：『鑒者近中，則所鑒大，景亦大。遠中，則所鑒小，景亦小。鑑立，景一小而易，一大而正。』換言之，是指光源告近凹面鏡焦點或在焦點內，其照射度強，影像增大，句中的『中』字亦即焦點。若光源遠離焦點（遠中），則照射度小，影像也小。在這些現象中，遠離焦點之物體的小影像是倒的（易），而在焦點內之物體其影像大而正的。
我們由《墨經》可以看出墨子對光的性質以及凹凸面鏡成像現象相當瞭解，不難推測墨子必擁有凹面鏡及凸面鏡，而且他必做了相當多次的實驗，才寫得出上述的句子。很可惜，在我國浩瀚古籍裏，對光學做有條理的敘述，除『墨子』一書外，再也找不到了。
除了凹凸面鏡，我國古人也有可能已知製造透鏡，甚至於望遠鏡，但其年代已不可考。在明朝李時珍所著的『本草綱目』上有云：『本作頗黎，頗黎國名也，其瑩如水，其堅如玉，故名水玉。』又說：『出南番，有酒色、紫色、白色，瑩澈與水精相似。』陳藏器曰：『玻 ，西國之寶也，玉石之類，生土中。』可見古時候所謂頗黎、水玉、玻 其實都是玻璃，古人不知其為人工製造的，以為是玉石之類的礦石。可是在明朝以前應該就有玻璃的存在，有些玻璃曾被遠古之人拿來做成望遠鏡，利用它來記錄太陽黑子，因為太陽黑子不用望遠鏡是看不到的（當然，前面必須加薰墨玻片，否則會燒壞眼睛），古書記載『日中有烏』的說法，也許是指黑子，並非後世訛認為烏是金烏，即烏鵲，認為太陽就是一種金色的鵲鳥。『日中有烏』的正確解釋應為『太陽裏面有黑點』，和現代天文學完全相同。
☆ 附錄3.3 ：「面鏡面面觀」之活動記錄
附錄3.3a.【研討式的活動記錄】
附錄3.3b.【指導式的活動記錄】
附錄3.3c.【書寫式的活動記錄】
※註：1. 為了培養學生解決問題的能力，因此，本「模組」的精神是要設計一些問題給學生去解決。
2. 教師可依本「模組」的精神，繼續研發與充實。
教學成效自評表
自我評量 | 評量指標 | 1 2 3 4 5 |
1. 你的教學目標是否涵蓋科學素養整個的提昇？還是只在知識的講授？ 2. 你的教學是否能使全體學生受惠？還是只能使少數學生受益？ 3. 你覺得在進行探討本議題的活動之初，提供了足夠的理由，描繪了相當廣闊的學習空間，使學生樂於投入本議題的研究嗎？ 4. 在各小組進行探討活動時，都能對正進行的活動懷有濃烈的好奇心及清楚知道正要去解決的問題嗎？ 5. 每一個小組進行探討活動的過程中，你有藉著評量、諮商、進行實值有效的指引、支持他們，使他們得以持續的、積極的進行下去嗎？ 6. 你的評量方式是否能促進小組合作、培養共同解決問題的袍澤感情？還是反而引起相互排擠、猜忌的情勢？ 7. 你的教學活動是否以學生為主體？是否完全利用各中教學資源？ 8. 你的教學活動的設計是否能促進學生「過程技能」及「思考智能」的增進？ 9. 你的教學學生否能使學生在面臨問題時，持以一種好奇探究與改進的心意，並願意以科學的方式，切實著手進行探究？ 10. 你的教學方式是否能使學生增廣見聞、閱讀及瞭解更多的事務，達到相關科學概念的認知學習？ 11. 你的教學使否能使學生感受到心智成長的喜悅？比以前更具信心，更為熱愛探討、理解事務？ 12. 你的評量方式是否具有彈性不拘一定的規格？評量的內容是否針對教學目標，不限於單一學習項目？ | □ □□□□ □ □□□□ □ □□□□ □ □□□□ □ □□□□ □ □□□□ □ □□□□ □ □□□□ □ □□□□ □ □□□□ □ □□□□ □ □□□□ | |
教學評量 | 13. 學生很投注他們的工作嗎？ 14. 學生也注意到別組的工作嗎？ 15. 學生搜集資料、選擇資料的能力如何？ 16. 學生能夠撰寫一份完整的報告或做一次明白的簡報嗎？ 17. 學生在「經驗分享」時，有沒有認真的紀錄別組的報告內容？ | □□□□□□□□□□ □□□□□ □□□□□ □□□□□ |
本主題之教學成效自評表
※註：5表示完全符合；4表大部分符合；3表尚符合；2表大部份未符合；1表完全未符合