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、邏輯思辨與表達能力

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、數據處理與科學圖表

動手做科學：科學探究活動

01   任務主題︱BMI大比拼與跳動的銅板：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︱影響葉子面積與質量的環境因子
       高階研究︱單葉、裂葉與複葉的比葉面積比較

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︱吸熱能力與表面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︱水面的油是否會使水溫度下降的速率變慢

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

14    任務主題︱水流面面觀：如何測量流體的流量、流速與截面積
        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︱推算各種燒杯的截面積

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︱聲音的干擾是否會改變說話者的頻率
        高階研究︱干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面向
        進階探究︱植株葉片的主要面向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向方位與仰角的影響

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，排出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：影響碳酸溶液釋出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︱酸鹼值與表面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

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，為了達到這個目標，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「素養導向」為名的課程與題型突然變成最熱門的教育關鍵字。學生想要盡早做出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，不過我們大家都準備好了嗎？

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，高中自然科老師在面對這個史無前例的任務時，除了要自己設計課程與教材，還要跨科授課以及符合科學素養等各項挑戰，許多人是手足無措的。另一方面，高中生雖然已經學了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。台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家一個範例、一個方向，讓大家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）是我加入師大生物系林金盾教授實驗室時認識的學長，還記得他為了探討各種參數對於蟑螂觸角擺動模式的研究，利用瓦楞紙板自製蟑螂觀測儀器，以紙門控制燈光、空心保麗龍作為跑步機，建構出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，設計出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。

此書適合國小生閱讀，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；此書適合國中生，結合理化、生物與地科的各種實驗，不僅可以配合初階、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出自己的研究方向；此書也適合高中生，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，寫出條理清晰的小論文作為自主學習的成果；此書更適合老師參考，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。期待大家跟隨艦長的腳步，一起動手做科學探究，厚植台灣的科學研究實力！

（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）