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「海水電池」的探討及教學實例

2007/04/05 經濟部能源局 點閱人次: 456

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■撰文╱攝影:余秀琴、邱瑞蓉、王桂英

巨大浩瀚的海洋占地球表面的70.8%,它的資源相當豐富,且台灣是一座海島,四面環海,全島共擁有1,488公里的海岸線,「海洋能」蘊藏量極為豐富,是一項可觀的海洋資源。而在能源短缺,溫室效應氣候極速變遷之下,科學家正積極的在尋找替代能源以因應能源危機。在人類尋求無污染且永續的天然能源之際,海洋已成為能源研究的重要對象。

秀朗國小的幾位自然科教師依周遭實際環境所需,進而設計良好適用的課程計畫與教學活動,以擴散性思考方式從知變、應變中解決問題,幫助學生在不同的問題上,找到不同的答案和不同的解決方式,建立關懷萬物生命共同體的價值觀。

故在第1階段「隨、變、問、聽」中,隨著新體驗,彈性的變化,學生的好奇提問下,傾聽接納肯定,進而引導學生從小建立「海島國」環境與能源教育的研究;第2階段則做長期的觀察與維護,設計研究問題與實驗的方法,期待有朝一日,新的「瓦特」和「狄塞爾」能夠帶來能源科技的創新。第3階段進而創新環保產品應用於生活中,以便開啟人類迎向新時代。

將「化學能」轉換成「電能」

從「海洋牧場」的主題教學中,啟發學生確定研究題目「節能潔能海水電池的探討」,利用「海水」當「電解質」和環保可再利用的導電體鋁及備長炭,自製「手提海水電池」將「化學能」轉換成「電能」的生活應用裝置,學生發現海水竟然能起動馬達讓風扇快速的轉動,並能讓發光二極體(LED)的燈亮起來。在有趣實用的獨立研究學習中完成作品,並參與科學展覽,提升至高層次的學習機會,成果豐碩且備受肯定,亦達到環保宣導的效果。

提供學生探究式科學活動

要學生對主題「海洋牧場」引起研究的動機與興趣,除了配合課堂上「自然與生活科技」(例如牛頓第3冊的第3單元「鹽到那裡去?」、第4單元「燈泡亮了!」、第5冊第3單元「奇妙的水溶液」)從小範圍的探索中,發現問題,同學分組互相討論,如省能潔能的必要性及解釋能源與生態的因果關係,共同發揮創意並設計解決問題的方式,教師應藉著「親子校外教學活動」使學生有機會從事各種不同層次的發現與探索,以激發日後進行獨立研究的興趣,再由興趣的探索,於學習過程中發掘學生潛能,盡力培養其主動研究的態度。

探究式專題研究的構想是以學生自己的經驗為主的研究,並透過主題研究達到「理解的學習」,注重知識、價值、技能、行動等層面反省性學習,能從研究過程中學會統整的能力,可提升個人或小組的創造力,藉由集體的溝通分享,達到合作學習的目地。

自製「手提海水電池」

為了進行「海洋牧場」的探討,親、師、生共同策劃選擇幾個定點做為科學探究導引,擇日由家長及老師分別開車前往最靠海邊的東北角瀧洞灣,在安全的防護下觀察海水顏色或海浪的威力與高度,每人採集1公升的海水樣本帶回學校實驗室備用。並用比重計測試海水與淡水比重之差別,學生測得海水比重大約為1.022,淡水為1,另為了要研究出替代的能源,學生從舊經驗「奇妙的水溶液」實驗中延伸問題,提出9個須要探討的問題,如:哪一種水溶液的PH值與電流最強?海水的導電是否較強?海水溶液的溫度會影響電流的強弱與持續的時間嗎?哪一種炭產生的導電最強?何種金屬礦物產生的導電電流最佳?海水加入各種鹽類是否能使電流增強呢?使用過的備長炭是否會影響電流量?加入酸鹼度於海水中是否增加電量與持續性?如何製作各種海水電池提供海洋牧場的使用?

學生探究目的就是想要瞭解海水電池和一般電池的構造與功能,並從各種水溶液中發現海水導電性的強弱;更想知道各種水溶液的電流量和酸鹼度的關係。例如:海水濃度、比重、容量、溫度、酸鹼與電流的比較,各種炭類在海水中導電的強弱。瞭解各種導電物質如礦石的導電情形,最後希望自製海水電池可以提供製作有趣好玩又環保的各式各樣玩具之電力,並於生活中應用的可行性。

學生認為自製「手提海水電池」可以釋放電能又最省能,而海水與回收之鋁罐容易取得,攜帶方便成本又低,特別適用於移動式的裝置,提供工作的範圍寬廣,電壓、電流、容量及電池外形尺寸均可在較大範圍內做適當的參考,對環境適應性強,能量轉換效率高,工作時沒有噪音,海水不同於一般電池的電解液沒有污染又無毒,鋁罐亦可利用資源回收,可減少對地球環境的污染。

資源回收廢物利用

經過探索觀察與專書研讀後,為了長期研究海水電池,積極搜集材料並根據研究問題依序分類,最好能資源回收廢物再利用,如:鋁箔紙、鋁罐、省能馬達、各式葉扇、發光二極體1.7V燈,以節省開支。小組討論並作思考,利用各種實驗工具如:電流計、電壓計、熱熔槍、焊槍,瞭解其使用方法與安全避免燙傷,尤其是化學酸鹼液如醋酸、清潔劑與酒精的操作順序更應細心。從實驗過程的認知中,可以學習協調溝通及經驗分享等人際關係的互動表現。

師生討論實驗問題時,逐題尋找資料共商對策,在不傷害人與製造污染的情況下,操作可行的實驗步驟與方法。在實驗過程當中引導學生,尊重大家意見,不可推托於某人身上,造成一個人的過重壓力與負擔。實驗工具的製作應分工合作,完成一個實驗之後,負責收藏起來,以備下次使用。記錄上的數據與統計圖及分析,需裝訂成冊,以養成統整歸檔的能力與習慣。

帶動家長投入環保產業

準備就續之後,學生依設計的方法進行實驗,教師應陪同參與以隨機引導正確的方法,並鼓勵務必精確不可馬虎,若是試驗多次不能成功也應安撫學生的情緒,因挫折是爬起來的原動力,帶領學生重新思考策略,參考專書以驗證結果。而學生從多次的經驗中總會獲得成就感,且實驗技巧也會更加熟稔;另外,也看到學生從科學實驗中發揮創意與關懷環境的道德表現,甚至學生轉述說他們的研究,影響了在製造工業用電池的家長,產生轉型為環保產業的決心,希望造福大地萬物。由此可見,能源教育融入獨立研究科學展覽,能夠讓學生與家長對節能及潔能概念不斷的成長與改變,著實令人欣慰。(作者為秀朗國小老師)


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