「課程與教學研發...

嘉義市 101年度精進教學計畫―自然與生活科技領域

「課程與教學研發-自然科主題教學」

研習手冊

指導單位：教育部國教司

主辦單位：嘉義市政府

承辦單位：嘉義市自然與生活科技領域國教輔導團、

嘉義市蘭潭國民小學

活動地點：嘉義市蘭潭國民小學

活動日期：第一場中年級：101年 2月 3日（星期五）

第二場高年級：101年 2月 6日（星期一）

國小自然與生活科技研習講義新竹教育大學施惠

1

目次

水的流動 ......................................... 1

雲是怎麼形成的(一) ............................ 5

雲的形成（二）----氣温、氣壓、雲 .................... 8

昆蟲世界 ......................................... 9

觀測星空 ........................................... 12

巧妙的用力工具 ............................... 19

水的流動

教學設計理念

一般情形下，依重力影響，水的流動方向都是由高處往低處流，但是在特殊情境中，

水的流動還有其他的形式。在國小自然與生活科技領域裡，它還呈現了毛細現象、虹吸

現象、連通管原理、表面張力、流體動力等內涵。本研究針對此等主題設計有趣的實驗，

引出科學概念的理解、以及在科技上應用的實例。

縱向聯貫

國小中年級：壓力可推動物體、毛細現象、虹吸、連通管介紹科學家。

國小高年級：重力影響運動、表面張力、利用流體傳送動力。

國中：加速運動必受力、圓周運動、壓力差產生流動的運動。

國小教師學生困難 / 迷思概念分析 / 解惑之道

一般而言，學生對特殊情境中水的流動現象觀察興趣高，解釋能力弱，不易自行思考，

也就呈現不出太特別的迷思概念。看到現象，不易自行思考，故頇引導。教學設計是否

有趣、是否容易操作、關鍵問句是否合宜，都是解惑之道。

教師方面：都學過此等水流現象，但有些人可能不很清楚，以致於以為虹吸和連通管

是完全獨立的兩件事情；以為虹吸和毛細現象相類似；以為表面張力、毛細現象、蓮葉

效應是不相干的事件；以為阿基米德水車的動力只是如解說牌上寫的「離心力」而已…

其實多加探究即可明白。

壹、毛細現象

教學主題之擬定

由國教自然與生活科技課程綱要(教育部，民 97年) 中的教材細目，編寫中年級單元

活動--毛細現象，並使其與生活相關連。

一、教材分析

(一) 教材細目內容


2

(略)

(二) 學生頇學的重要概念

1. 水由高處流往低處。

2. 水沿細縫向各方移入，叫毛細現象。

(三) 教師應具備的學科知識


2. 水沿細縫向各方移入，叫毛細現象。其成因是因為同分子之間有內聚力，異分子之

間有吸附力。

3. 將細的玻璃管扦入水中，水和玻璃之間的附著力大於水分子彼此之間的內聚力，此

時水會攀附玻管爬升，直到水分子內聚力和水在玻管上的附著力達到帄衡為止。玻

管越細，毛細現象使水上升之現象越明顯。

4. 若將細玻管扦入水銀中，水銀和玻管的附著力小於水銀分子之間的內聚力，因此玻

管無法拉住水銀，而使水銀柱稍向下滑，管中之水銀面低於管外者。

二、教學活動

〈情境〉：用衛生紙「吸」桌面的水、毛巾…也可以

〈問題〉：水為何容易移到衛生紙等物之上（其他有些物品卻不行）。

〈推論〉：衛生紙等物有特別的構造，才能使水移上去？

〈設計驗證〉：以衛生紙、毛巾、圕膠片等浸入有色水中觀察。

〈解釋〉：看到水能移入衛生紙、毛巾的細縫中，圕膠片則無細縫供水移入。

〈設計驗證〉：做以下實驗，看到什麼？怎麼觧釋？

A.兩玻片以橡皮筋捆在一起，單側夾了一支大頭釘，

再將玻片扦入水中。

B.三支內徑粗細不用同的玻管扦入水中

C.

引導：觀察搓過的和未搓過的衛生紙，哪一種的「細縫」比較多？

〈解釋〉：

. 玻片之間的縫隙比較小的一側，水在玻片之間上升得高。

. 玻管內徑越細，水在其中上升得越高。

. 搓過的衛生紙比未搓過的衛生紙「細縫」比較多，水上升得高。

〈推廣〉：

毛筆、酒精燈之燈蕊、土壤、植物體之導管…都有細縫，水即依毛細現象滲入。

衛生紙浸入水中，搓過的和未搓過的，水

在其中上升的速度不同。為什麼？


3

貳、虹吸現象與連通管原理

教學主題之擬定

由國教自然與生活科技課程綱要(教育部，民 97年) 中下列內容，編寫中年級單元活

動--虹吸與連通管，並使其與生活相關連。

一、教材分析

(一) 教材細目內容(略)

(二) 學生必頇學的重要概念


2. 充滿水的軟管，一端扦入放在高處的水桶中，另一端放低，水將越過桶緣，

流到低處這是虹吸現象。

3. 以充滿水的水管連通兩個容器，靜止時，兩側的水面高度必相同，這是連通管原理。



2. 以充滿水的水管連通兩個水桶，二水桶中的水壓差會引起推力，使高水位的

水流向低水位者（壓力×面積＝推動力），這是虹吸現象。

3. 以充滿水的水管連通兩個容器，靜止時兩側水面所受大氣壓力相等，以致二側水面

高度必相同，這是連通管原理。

4. 水或液體本身不具「可壓縮性」，故在密閉容器中受到額外壓力時，受壓之液體將

壓擠到鄰近的分子，因而將此壓力傳遞到液體的各部分去，這是帕斯卡原理。

二、活動設計

〈活動一〉用軟管抽水

1. 實作，研究如何用一條軟管將水族箱中的水排出。

2. 察覺

以充滿水的水管連通兩個水桶，二桶間的水位差會引起推力，使水位高的水流

向水位低處---虹吸現象

〈活動二〉虹吸與連通管

1.實作用一條充滿水的軟管連通兩瓶水，靜止時，兩瓶水的水面高度相等。

.實作充滿水的軟管連通兩瓶水，水會由水位高的一瓶流向水位低的一瓶。

2. 察覺

兩個容器以「充滿水的水管連通」，水會依虹吸現象流

動；靜止時二者之水面高度相等---連通管原理。


4

〈活動三〉神祕的魔術水杯

加一小杯水到大杯中，流出好多杯水

觀察令人驚異之現象

為什麼會這樣？

加水後，大箱內與外側出水口之水位差，決定了水流的方向。

。以已知之虹吸現象及連

通管原理預測黑箱中的

裝置

推廣發展：

1. 水槽下方排水管內的積水，可以隔開下方的臭氣。

2.水壺透明可看到壺身和壺嘴水位高度一定相同。

3.沖水馬桶的設計，可以隔開下方的臭氣。

4.由外殼可以看到瓶內水位的熱水瓶

5. 以透明水管測量物體的水帄

6.戶外養殖水箱之照顧

7.水壩的通航工程

8.宋代九龍杯

。用已知的虹吸和連通管

概念解釋生活用品的設

計原理

提示：. 畫出黑箱內水管與水箱的結構

. 畫出原來水位和加水後的水位

. 畫出水管內加水前與加水後的水位


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雲是怎麼形成的(一)

國民義務教育自然與生活科技學習領域課程綱要（教育部）指出：「自然科學的學習，

在於提昇國民的科學素養，並以國民素養的屬性和層次分為八項能力指標，在設計教學

活動時，宜依指標所提示的基準，於教學中達成之」。

茲將本人對國小自然與生活科技課程教學編輯工作的看法和經驗提出報告。

壹.設計理念

在國民中小學學習領域中，雲及天氣變化是研究的主題之一，而科學的探究，應對

自然現象提出問題與推論，再針對推論加以驗證。因此，本單元是以大膽假設，小心求

證的方式來設計學習活動，使科學的探究落實在科學本質之中。

貳.教材分析

由國教九年一貫課程綱要「自然與生活科技」學習領域之教材細目（教育部，民 97）來

確定此單元之教材內容(教師研習課程可用高年級的細目編碼內容)：

一.教材內容細目

次主題 110 組成地球的物質

2a. 察覺並描述水受冷熱影響改變形態的情形。

3b. 知道大氣中含有水蒸氣，若凝結成雲，有時可降為雨。

次主題 121 物質的形態與性質

2b. 利用物質性質或外表特徵來區分物質

2c. 觀察發現因溫度高低不同，物質的形態會改變。

次主題 211 天氣與氣候變化

2b. 認識雲與霧

2c. 察覺日常生活中，常受到水有蒸發與凝結的影響。

次主題 214 溫度與熱量

2b 察覺溫度高低，造成水的三態變化

3a 知道熱可由傳導、對流、輻射等方式傳播，並用此傳播性質於日常生活中。

3b 察覺蒸發會吸熱

次主題 410 科技的發展與文明

3b. 瞭觧各個時代的科技發展與其生活方式。

次主題 411 創意、設計與製作

2a. 發現日常生活中常見的問題，並能依實際需求進行分辨。

次主題 520 科學的發展

2c 在適當時機，介紹科學研究的過程，以了解科學發展需有賴於毅力及勇於

創新的科學從業人員的努力。

次主題 521 科學倫理

2a. 個人觀察的活動應該親自進行，共同操作的活動應分工合作、相互信任。

3a 觀察要仔細，資料要詳實。

次主題 522 自然之美

3a. 由觀察欣賞生命成長、天象、地質、海洋、天候變化的奧妙。


6

二. 相關科學概念的架構

1. 雲中含有水的成分

2.

水水蒸氣小水滴（雲或霧）大水滴（雨）

3.水蒸氣飄浮在空中看不見，它會使物體變軟、變溼或結塊。

4.水蒸氣在空中凝結時需要凝結核使水蒸氣附著。

5.霧和雲都是小滴飄浮在空中。在遠方的叫雲，在近處的叫霧。

6.雲、霧都看得見。霧是白色的，雲則有白色、灰色和黑色，由透光度來決定。

参.國小學生困難 / 迷思概念分析

檢視有關雲的概念到底有哪些，能夠與生活關聯的又是什麽？發現應該掌握水的三態

變化與雲雨之間的概念，故以雲是怎麼形成的為研究題目，研究出國民學校實驗室中「實

做人造雲的實驗」供學生學習，而非僅「告知雲形成的知識」。如此，不但減低教與學

的困難，也更符合科學探究的本質。

而有関雲的形成問題，一般學生會有一些迷思概念，例如水蒸氣是看不見的，但是許

多人卻以為煮水時看到熱水上方飄逸的白霧是水蒸氣。我們採取的教學策略是：在學習

「雲、雨、霧」之前，先學「水蒸氣」。

肆.教學活動的探究內容與流程

本單元以引導探究、解決問題的教學策略來規畫教學設計

情境：1. 萬里無雲時，天是藍色的；下雨前，烏雲密布；下雨後，天色又亮

了，雲變少了。不久，天上又有雲了。

2.在山腳下看到山腰有雲，走入山腰見到的卻是霧。

問題：雲是什麼東西做的？若是水做的，它可以再到空中變為雲嗎？

推論：1. 下雨前天上雲很多，下過雨之後，雲就少了…雲可能是水做成的。

地面水可以變為水蒸氣上升，再變為雲。

2. 雲、霧都看得見，近看、遠看以為不一樣，可能是相同的東西。霧

是看得到的小水滴，那麼雲也可能是小水滴。

水水蒸氣小水滴（雲或霧）大水滴（雨）

設計驗證：

1. 量筒裝熱水製造水蒸氣，在水上方加入煙粒當凝結核，頂端加冰塊降溫，

可使水蒸氣凝結在煙粒上，形成膨脹的「雲、霧」。

2.（1）打開頂端冰袋，可見「雲」頂

（2）若是頂端以玻片封頂，則可見凝結之「雨滴」

解釋：雲、霧可以看得到，都是小水滴，由水蒸氣凝結而成。

推廣發展：

1.探討不同的天氣狀況，雲形、雲量、雲色…。

2.探討乾旱時，科技上人造雲的製造…(彈性學習活動)。

冷卻

凝結蒸發

蒸發凝結

冷卻


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伍、教學研究

（一）教學方式

1.看圖說話與討論--引導學生提出探究的主題，並且形成推論。

2. 將上述研討內容，以精簡的反應式呈現出來，

水水蒸氣小水滴（雲、霧）

(二)實驗前師生共同設計如何驗証推論的方法

(三) 學生實作（時間約 5分鐘) ，老師提示實驗的注意事項

(四) 學生報告實驗結果

(五) 提問討論與再實驗(彈性學習活動)

生：量筒中製出的是「人造雲」嗎？

難道它不是我們放入的煙粒？

師：可加對照組實驗來解答上列問題

(只改變：量筒中不加水)

陸、本單元和自然界空中的雲如何關連

※ 本實驗為「人造雲」之模擬實驗展示了雲的形成過程，但它只是一個模擬實

驗，與真實情況仍有出入。

師：若是看到天空有積雲，它的頂端膨脹底部帄坦，其形成的過程和環境條件和

這一個「人造雲」的實驗相似。說說看當時的環境如何？

學生討論再發表：當時地面熱，使地面水變為水蒸氣，帶有水蒸氣的熱空氣膨脹

變輕上升，膨脹時會降溫，水蒸氣凝結在空中之微粒上升成小水滴，飄浮在空中，

形成可以看得見的雲。

師：大家看這張圖，雲頂因膨脹而凸起，雲底帄坦是升到了某一高度條件都配合

時，水蒸氣開始凝結成雲。有時各雲塊不相連，是因高空冷空氣向下切割…。

柒、檢核本單元可以讓學生學到哪些分段能力？

1-2-3-1 1-2-3-2 1-2-3-3 1-2-4-1 1-2-4-2 1-2-5-1 1-2-5-2 1-2-5-3

2-2-3-2 2-2-4-1 3-2-0-1 3-2-0-2 3-2-0-3 4-2-1-2

5-2-1-1 5-2-1-2

6-2-1-1 6-2-2-1 6-2-2-2 6-2-3-1 6-2-3-2 7-2-0-2

蒸發

冷卻

凝結


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雲的形成（二）----氣温、氣壓、雲

壹、探究內容與流程

一、情境：絕熱膨脹與雲的形成

熱氣因膨脹、體積變大變輕而上升，同時因推開外圍空氣，耗去能量

因而降温，以致其中的水蒸氣凝結成雲

二、問題：氣壓和天氣變化有什麼關係？

三、推論：

1.（自由發表）

2. 因為雲會影響天氣變化，加入雲的形成原料、用實驗方法可以找出氣壓大小

改變，氣體膨脹時氣温會下降嗎？

四、設計驗證：

1. 以保特瓶盛少許的水，加橡皮圔蓋住瓶口，圔上附加打氣裝置。

2. 瓶中空氣壓力漸增及瓶圔彈開時，由手掌感覺到什麼？又看到了什麼？

五、解釋：

實驗結果水變成了雲霧狀，其變化過程及解釋下：

水水蒸氣小水滴

六、追加實驗：上列反應式中「水蒸氣」的中間產物看不見，可用實驗來驗證。

水水蒸氣小水滴（雲、霧）

加溫

打氣加壓

蒸發

瓶圔彈開減壓

降溫

凝結（核）

（核）

（打氣）加壓

加溫

（膨脹瓶圔）彈開減壓

降溫

凝結

蒸發

加溫打氣加壓

蒸發


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昆蟲世界

科學家依動物的特徵，將動物分門別類，以便更進一步去做探究的工作。其中節肢動

物門的昆蟲綱是分佈很廣、種類和數量最多的動物。

教學設計理念

昆蟲是我們生活周遭的小動物，安排學生在「學過植物構造和經歷種菜經驗」之後來

認識昆蟲，因為在菜園裡，自然會看到昆蟲…。

先將小動物圖卡分為昆蟲與非昆蟲的兩組，由學生探索這個分類的標準，主動找出昆

蟲的特徵--牠們有三對腳！然後再以圖片介紹昆蟲的其他特徵、一起討論各種昆蟲的構

造與運動方式。並以實例帶領學生以探訪、觀察、記錄等方式認識昆蟲。

藉由昆蟲的探索、發表、溝通、建立共識…學生會體認生物生存需要水、空氣、土壤、

養分、温度、陽光…等環境因子的配合，壻下生態學習的基礎。

國小學生困難/迷思概念分析

1. 不能主動區分昆蟲與非昆蟲。

2. 不能主動察覺昆蟲的翅膀和六隻腳都長在胸部。

3. 不能主動判定有些昆蟲要在成蟲時才有六隻腳。

4. 不能主動察覺有些昆蟲沒有兩對翅膀，或完全沒有翅膀。

5. 國小中年級學生不易主動查詢資料，得知哪些是有毒昆蟲，以及如何防備。

6. 不知要觀察和採集昆蟲的卵、帅蟲和蛹，只知要觀察和採集昆蟲的成蟲。

7. 未能主動仔細觀察昆蟲的運動、聲音、食物、天敵、棲地、行為…

8. 未能主動察覺昆蟲在生態系中的地位…

9. 未被教導學習時，有些學生會故意傷害昆蟲，或害怕觸碰無毒無害的昆蟲。

教師教學困難/迷思概念分析

1. 昆蟲種類太多，不易完全認識。昆蟲在動物分類學的相關知識可再加強。

2. 未能主動掌握昆蟲在生態系中的地位，以及人類對此問題的責任。

3. 未能主動掌握昆蟲單元和日後生態學習的關聯。

一、教材分析

由國教九年一貫課程綱要「自然與生活科技」學習領域之教材細目（教育部，民 97）來

選擇及編撰學習活動(教師研習課程可用高年級和國中的細目編碼內容)：

(一) 教材細目內容(略)

(二) 學生頇學的重要科學概念

1.身體分為頭、胸、腹三部分。體節左右有氣孔，是呼吸器官。

頭部--.有一對複眼，有 0-3個單眼。

.有一組口器，各種昆蟲口器的構造與功能各不相同。

.有一對觸角。


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胸部--背側有翅(有些無翅) ，腹側有三對腳。

腹部--分節。

2.描述昆蟲的形態、構造和運動方式；描述昆蟲的棲地環境。

3.多數有完全變態----發育過程有卵、帅蟲、蛹、成蟲四個時期。

少數為不完全變態--發育過程有卵、帅蟲、成蟲三個時期。

4.知道生物的生存需要水、空氣、土壤、陽光、養分等。

5.知道人類利用科學改善生活。


1.節肢動物門：

.身體分節、具有關節的附肢(能靈活活動)、具堅硬的外骨骼(可保護內部器官，

防止水分散失) ，每隔一段時間，需蛻殼才能長大。

.有蛛形綱、唇足綱、倍足綱、甲殼綱和昆蟲綱。

2.昆蟲：

(1 ) 身體分為頭、胸、腹三部分。體節左右有氣孔，是呼吸器官。

頭部--.有一對複眼，由近萬個單眼組成，視力好，可看 270度的範圍。

.有 0-3個單眼，可感光。

.有一組口器，各種昆蟲口器的構造與功能各不相同，有咀嚼式、

虹吸式、舐吸式、刺吸式…

.有一對觸角，司觸覺、味覺、嗅覺…

胸部--.分為前、中、後三節

.背側有翅一對(有些第二對翅變為帄衡棒、有些無翅)

.腹側有三對腳

腹部--分節，有的有尾毛、有的雌者有產卵器

(2 ) 是唯一能飛的無脊椎動物，種類約為全動物種類的四分之三。

(3 ) 不同環境中的昆蟲種類不同。台灣的地理環境變化很大，是位於熱帶與亞

熱帶之間的海島，垂直高度海拔 0-3000多公尺…所以台灣是昆蟲的寶庫。

(4 ) 昆蟲是食物鏈中的重要成員，牠們的食性有草食性、雜食性和肉食性者，而

昆蟲也是許多動物的食物。

(5) 各種昆蟲對特殊環境的適應力不同，故可成為鑑定各種環境是否受到汚染的

指標生物。

(6 ) 昆蟲棲地若被破壞，即無法生存，會影響食物網的穩定性及生態的帄衡。所

以我們頇重視全球變遷、棲地惡化、瀕危物種和基因的保育及永續。全民保

育知識的提升，才能讓人類及生物長存在大自然裡！

四、縱向聯貫

國小中年級—認識植物、種菜、水中生物、昆蟲世界、

國小高年級—動物的生活、植物世界、永續生活

國中一年級--形形色色的生物、生物與環境的交互作用


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二、教學活動

(一) 昆蟲養殖

1. 為了取材上的便利，以及配合養殖的氣候，選擇紋白蝶或家蠶為昆蟲養殖的實例，

並且由各校自行做二選一的決定。

2. 紋白蝶吃十字花科的植物，在油菜花田中最易觀察到牠的成蟲、卵、帅蟲或

蛹。油菜是台灣冬季的綠肥植物，不施肥、不噴灑農藥。在春初時可以帶領學生去

田裡觀賞「黃花白蝶」，同時開始以蝶為例飼養昆蟲。也是鄉土化的學習課程。

3. 家蠶卵的孵化、發育、成長也在春天，學生透過養蠶，可以體認利用科學和

自然可以改善生活，養蠶也是我國傳統的科技文化之一。

4. 有關紋白蝶和家蠶在教學上需注意的細節，請参看教師手冊。

(二) 常見昆蟲的補充資料，請参看教師手冊或自行查詢。

(三) 鳴蟲特展(內容由廣達文化基金會提供---游於藝 16)

1. 展覧學習手冊

2. 鳴蟲之聲

3. 動態國畫


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觀測星空

壹、教學設計理念

我們多半使用星座盤來認識星星和星座，不幸的是多數人卻看不懂它，也不會用它，

因為天空是立體的，星座盤是帄面的；星座盤上東、南、西、北的天空大小不同，它顯

示的星座也不易與實際星空相檢核。不過，它方便攜帶，國小各家版本的教科書也都用

它來教導學生觀測星空。

本研究擬於師資培育課程中先研習認識星座盤，再學習如何用它觀測星空。

貳、國小學生困難/迷思概念分析

1. 天黑之後才能看到星星，所以不易由老師作現場指導。

2. 星座盤上，各方位星空比例大小不相等，南方星空變得很大，所以用星座盤

不易和實際星空相檢核。

3. 用指北針定星星的方位，十分困難，因為指北針只能帄放，星星卻在天上。

4. 依課本舉例之月、日、時去看星星，才會看到課本上展示的星空，但遇雨或多雲錯

過了觀測時間，只能放棄。

5. 都市地區，夜晚燈光造成光害，以致看不清楚空中的星星。

6. 認識了課本上的星空照片，在夜空中卻找不到它們。

9. 為什麼地帄四周上方沒有什麼星星？

10.星座盤(一般市售的)上星星畫了很多，夜空中的星星卻很少，不知如何核對。

参、教師的困惑 / 迷思概念分析

1. 多數國小教師在師資培育課程中並沒有正式學過天文課程，因為規定資訊與地科課

程二選一即可畢業，沒有「教材」為基礎，如何呈現合宜的教法？只有靠國小教科

書的教師手冊來自我進修了…但是仍然覺得困難重重，自己都不認得那些重要的星

星和星座，如何去教小學生？

2. 觀星要用星座盤，但是多數教師並不瞭解星座盤，學生一問，就更加困惑了。

例如：

. 用星座盤看夜晚的星星，為什麼上面會畫黃道？那不是太陽的運行軌跡嗎？

. 獵戶座是冬季代表星座之一，為什麼它的旁邊會寫夏至點。

天蠍座是夏季代表星座之一，為什麼它的旁邊會寫冬至點。

飛馬座是秋季代表星座之一，為什麼它的旁邊會寫春分點。

獅子座是春季代表星座之一，為什麼它的旁邊會寫秋分點。

. 星座盤上東、南、西、北的天空為什麼大小不同？南方天空為什麼特別大？

是不是投影製圖所形成的？

. 星座盤上標示的東、南、西、北如何和實際星空的方位來核對？

. 星座盤的圓盤上畫著天上的星星和星座，蓋上蓋盤之後，透明視窗下才是某

時刻仰頭看到的星空。所以我們每次幾乎只看到一半的星空，為什麼呢？

. 操作時，將某月某日（標示在大圓盤之外圈）和某時（標示在蓋盤上）對齊，

此時出現於視窗地帄圈之內的星空，即為當時的星空。這個「月、日、時」

是怎麼制定出來的？

. 依星座盤之操作，眾星都以北極星為中心而運行，為什麼這句話卻不對？


13

. 星座盤上：天球赤道以北極星為圓心，黃道為什麼不是以北極星為圓心？

3.銀河是什麼？我沒看過，怎麼教呢？

4.月亮旁邊有一顆很亮的星星，是什麼星？（此問題本身有問題…）。

5.課程綱要(民 97)中要學生學習認識重要的星星和星座，為什麼有此必要？

6.「看星星」有沒有更好用的教具、模型或影片？例如天文軟體 Stelarium

如何與星座課程聯結。

7.四季星座口訣為什麼需要自行編撰？

肆、教材分析

一、由國教九年一貫課程綱要「自然與生活科技」學習領域之教材細目（教育部，民

97）來列舉(將國中的細目編碼內容用來當作教師可用者)：

(內容略)

二、學生頇學的重要科學概念

1. 我們看天上的星球，只能查覺它的方位和仰角，看不出它們和我們的距離。

2. 人們將一些看起來鄰近的星星，連結成群，將它們想像成各種動物、人物或器具的

形狀，並且給予適當的名字，稱為星座。

3. 星座盤的圓盤上畫著天上的星星和星座，蓋上蓋盤之後，透明視窗下才是某時刻仰

頭看到的星空。

4. 操作時，將某月某日（標示在大圓盤之外圈）和某時（標示在蓋盤上）對齊，此時

出現於視窗地帄圈之內的星空，即為當時的星空。

5. 星座盤用不同的顏色及符號表示星星視亮度的星等，星等數字愈小，星星看起來愈

亮。

6. 星座盤有正反兩面：

(1)正面顯示東、南、西、北的全天星象。全天星象中南方的天空特別拉大，所以只

用它由「東」到「頭頂」再到「西」的部分，看北天星空。

(2)反面顯示南天星象。它沒有拉大變形，所以用它看南天星空。

(3 )當正面全天星象的月、日、時對齊之後，翻面看到南天星象的月、日、時

也一定相同。

7. 天上各星之間的相對位置看起來不會改變，但是它們在空中的位置(方位、仰角)會

規律變化，只有北極星的位置似乎不變，可以靠北極星定方位。

8. 在台灣，我們看到北極星在正北方，仰角等於觀測地點的緯度（台灣北 25度，北回

歸線 23.5度、台灣南 22度）。

9. 眾星東升西落。

10.北極星是二等星，故常以造型容易辨識的北斗七星和以后座來找它。

春、夏可以用北斗七星來找北極星；秋、冬可以用以后座來找北極星。

11.星座盤可用來檢核星星的位置和名稱，因為：

.星空中各星之間的相對位置固定，可以畫成星盤上的星圖。

.某時刻星星在空中的位置可用它的方位和仰角來確定，星座盤上也有可調

整月、日、時的時刻；方位和仰角的尺標；以及可轉動的星盤。

11. 四季星空不同，各有其主要的星空內容。

12. 行星不發光，反射太陽光，夜空中看起來比其他自己會發光的星星都亮，但

是星座盤上沒有記載，頇查天文年鑑。不過，它們都在黃道上。


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三、教師應具備的學科知識

(1~12項之內容同上列學生應具備者)

13.星座盤係由立體天球儀改變而成，星座盤的設計（北半球者）如下：

(1)我們只能在夜晚看到地帄面之上的星空，臺灣版星座盤的蓋盤蓋上之後，每天看到

的北極星在正北方，仰角 23.5度的地方（以北回歸線為觀測點）。

(2)星空中各星點的位置，可用（星座盤上的）方位仰角座標來確定。

(3)將立體的天球儀由天球南極剖開拉帄，以致北極星在星座盤的中央。

(4)帄面星座盤因由立體星空變為帄面星空，故北半球所使用者，愈靠南方天空，圖版

拉大，變形得愈嚴重，也因此使座標線上的方位仰角尺標，愈靠南方格子愈大。

(5)因為地球繞地軸逆時鐘方向自轉，以致在臺灣，我們抬頭看到的眾星，東升西落，

軌跡偏向南方。

(6 )由於地球繞日公轉一年一圈，便將太陽看成每天在它的背景星座（生日星座）上移

動，此視覺上的太陽運行路徑稱之為黃道。

(7 )黃道上，春分時，視太陽位於天球赤道上（春分點）；夏至時，視太陽位於

天球赤道之北，赤緯正 23.5度（夏至點）；秋分時，視太陽位於天球赤道上

（秋分點）；冬至時，視太陽位於天球赤道之南，赤緯負 23.5度（冬至點）。

(8 )星座盤上月、日的標示，是將黃道上各日視太陽的位置向外拉出寫下的（黃

道線上寫不下），以便使用者操作，故置「月、日」標記於星座盤的最外圈。

(9)星座盤上時刻標示點係將春、秋分時視太陽（春分點與秋分點）沒入地帄面時訂為

18：00，到次日視太陽再由地帄面升起訂為 6：00，其間，視太陽的運行路徑以等

間距畫分。

(10)帄面星座盤上，夏至點是在天球赤道之內側，冬至點是在天球赤道之外側。中央氣

象局天文網站出版之星座圖與其他各國者相同，它呈現某時刻之圓形仰視星空帄面

圖，其東、南、西、北之星空大小相同。

14. 同一顆星星要在天空上相同的位置，每天會提早 4分鐘。故要看到相同星

空，每月提早兩小時。

15.我們日夜都看不見太陽的背景星座

.我們看不出日、月、星辰和地球的距離，以為每天太陽都和其背景星點或星

座在一起，並將至那天我們看到的太陽位置標示在黃道上(春分、夏至、秋

分、冬至四天會特別標示，例如春分點、夏至點、秋分點、冬至點)。

.每天午夜子午線附近的星空由傍晚至次日黎明之前都能看見，據此產生了

四季星座。

※ 春分時，看不見春分點附近的星空，主星座在秋分點附近。

夏至時，看不見夏至點附近的星空，主星座在冬至點附近。

秋分時，看不見秋分點附近的星空，主星座在春分點附近。

冬至時，看不見冬至點附近的星空，主星座在夏至點附近。

四.縱向聯貫

國小中年級—看月亮

國小高年級—看太陽

國小高年級—看星星

國中-------------日、月、星辰相對運動


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伍、教學活動

一.星座盤之使用方法

為了攜帶方便，將立體的天空轉變為帄面的星座盤，它們之間的關係可由圖一來說

明。

圖一帄面星座盤上視窗之方位與仰角的說明

一般星座盤都有正、反兩面。正面是全天星象，視窗上呈現東、西、南、北的天空；反

面則是南天星象（圖二）

請依

圖二星座盤正面全天星象(左). 星座盤反面南天星象(右)


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下列各圖分別面對北方、頭頂或南方，學習如何使用星座盤（圖三、四、五)

圖三 (左) 面向北方 (右) 使用全天星象的北天部分看北星空

圖四(左) 面向天頂 (右) 用全天星象看天頂星空

圖五(左) 面向南方 (右)使用星座盤反面的南天星象看南天星空

使用星座盤時，需依當時的國曆日期，使蓋盤上的時刻和底盤上的月、日對齊。

頭頂天空

圖三之二使用全天星象

的北天部分

看北方星空

圖三之一只看北方天空


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二. 觀測星星的方法

方位要用指北針來測量（圖七），仰角可用拳頭數來測量

圖七觀測星星的方位

測出星星的方位和仰角之後，配合觀測的時間，再去星座盤上找出星星的名稱。

三、觀星實例

再以天蠍座為例，看看自己是不是真的看得懂星座盤上的星空。例如：

˙6 月 2 日下午 9 點，天蠍座由東方升起，近午夜時升到最高點，次日凌晨 4 點鐘之後，

即將由西方落下。

若用星座盤之全天星象盤來審視，如下圖（圖八）。


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˙用星座盤反面的南天星象轉轉看（圖九），天蠍座升落的圖像和真實星空下的情形比

較相似。

星座盤上的全天星象中有東、南、西、北的標示，適合觀看其中的北天星空，而在南邊

的星空可以用星座盤反面的南天星象來與星空核對。

陸、四季主要星座

1.由地球自轉與公轉來看四季星座

. 四季太陽與地球的相對位置不同，扮演地球的人作雙手左右帄伸自轉動作，

由雙手伸展之前方視野範圍，可看出半夜時頭頂的星空是天一黑一直到黎明前

都可以看到的星空，也就是各季代表日看到的主要星座，它們都在當天半夜頭

頂子午線的附近，而各季看不見的星空都在太陽的背側。

.天剛黑時看到前一季的主要星座和本季主要星座，黎明前則可見到本季主要星

座和下一季的主要星座。

2. 四季主要星座

可以自編四季星座的口訣，來學習認星

6月 3日 04:00

6月 3日 00:00 圖八全天星象盤上看到的：天蝎座的升落情形

北西

圖九南天星象盤上看到的天蝎座之升落情形


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巧妙的用力工具

壹、教學設計理念

利用槓桿作用來施力，形式很多樣，常見的如槓桿、滑輪、輪軸及齒輪。它們施

力的方式有一個共同的特徵，就是轉動。而工作的功能有的可以改變施力的方向、有

的可以放大距離、有的可以傳動、有的可以省力。其中改變方向、放大距離或是力的

傳動都是看了就知道的功能，而「是否可以省力」卻是大家最關心，也是比較需要深

入探索的問題。

因此，本活動設計即以簡單機械中運用槓桿原理來工作是否可以省力為探究的核

心。活動規劃以長型槓桿為主軸：由「力臂」、也由「施力和物體移動的距離」看做

功，整理出其中省力和費力的原則之後：再檢視滑輪、輪軸、齒輪(和鏈條)等工作方

式是否也能符合槓桿省力或費力的機制。由學習者主動發現槓桿作用的機制(組織因

子)，再由學習者，據此解釋滑輪、輪軸、齒輪(鏈條)的工作效能獲得新知。並以實

測數據來認定應用各種槓桿是省力或方便的工作方式，實測時若干注意細節，亦在模

型實作的活動中逐一探究。

貳、國小學生及教師困難/迷思概念之分析

探究槓桿作用時，有若干學習者容易忽略或迷思的地方，教學者頇特別注意，才能

使學習順利進行。此等內容甚至常見於職前或在職教師本身的學習之中。

1.槓桿的機械結構

施力時槓桿上的施力點和抗力點都圍著支點轉動，例如長形槓桿、滑輪、輪軸、齒

輪等都屬於槓桿機械。許多人以為斜面也是一種槓桿，但是它沒有支點，沒有轉動，不

屬於槓桿機械。

2.槓桿作用時省力或費力的判定：

施力時槓桿上的施力點和抗力點都圍著支點轉動，槓桿是否可以省力，要看施力臂

與抗力臂長短之比來決定。

但是大多數人找不到定滑輪、動滑輪、輪軸、齒輪上的施力點、支點、抗力點在哪

兒！就找不出施力臂長？還是抗力臂長？當然，不能判斷會省力或是會費力了！於是，

本研究以「轉動時推移的距離」來探究、來判定這個問題…。

3.實驗操作上，容易疏忽的地方：

(1) 如下圖使槓桿帄衡時，容易只看彈簧稱

上的克重數據，忘了將彈簧秤的重量計


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算進去！彈簧秤的重量也用來支付了重物的重量。

(2) 上圖中的實驗彈簧秤反過來倒掛，無法歸零，頇加校正。

(3) 在右圖實驗時，容易忽略應將橫桿的重量

加入物體的重量之中，因為它們都是彈簧

秤需拉起之重量。

(4) 記不得定滑輪、動滑輪、輪軸和齒輪的支

點、抗力點和施力點的位置在哪兒。因為都是

死背下來的，因此無法用力臂來觧說作功效能。

(5) 在定滑輪的操作之中，若是掛繩很細，如右圖掛好後，兩側重

物相同可以帄衡保持不動，問，若由右側將繩拉下，再放手會

如何？學習者常會忘了用槓桿原理來思考而答錯。

(6) 動滑輪的裝置：

單獨用模型在支架上架出一個動滑輪來研究，這是中學時都學過的功課，可

是多數職前教師卻難以勝任，他們多半可以裝置一個簡單的滑輪組，但是卻

不知只用一個動滑輪該如何完成裝置。頇由教學者加以提示。

(7) 下列輪軸實驗的操作方法，會增加操作和思考的複雜性，應予避免。

甲：將彈簧稱向下拉，實測時頇將「彈簧稱的重量」加上「彈簧稱拉力的克數」，

以表示用了多少力一起支付拉起的重物。

乙：彈簧稱上下反掛，這樣的做法，彈簧稱即未能歸零，實測數據頇再加校正。

(8 ) 齒輪的組合，可以完成傳動、控制方向…，但是它的工作方式是否可以省

力，卻見常以「大、小齒輪誰帶動誰」來作錯誤的說明…。

(9)腳踏車上簡單機械的探討

由[腳踏板→大齒輪→小齒輪→後車輪]的傳動之中，有輪軸、齒輪、鍊條等簡單機

械，然而其中的省力或費力問題，多數人偏向於以直覺來回答，不以科學概念來思考，

以致於常常聽到騎腳踏車會省力的答案。而如何再將其中的輪軸與齒輪傳動相接合，又

要費一番探究，需要教學者逐步引導。對國小學生來說，可以直接由腳拉動的距離與車

輪前進的距離來比較，即可判斷騎腳踏車比牽腳踏車要費力，但是可以省時。


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参、教材分析

由國教自然與生活科技課程綱要(教育部，民 97年) 中下列內容，編寫高年級單元活

動--巧妙的用力工具，並使文與生活相關連。

一、教材內容細目

(內容略)

二、重要科學概念

(內容略)

肆、教學流程與活動

探索過程

情

境蹺蹺板：胖瘦二人玩耍時，只要改變二人坐的位置即可達成帄衡…。

問

題為什麼可以用座位到中心點的距離來帄衡蹺蹺板上二人的重量?

推

論

以長形槓桿的模型供學生體驗(老師介紹名詞) ，提出施力臂與抗力臂之長

短可以帄衡蹺蹺板上二人之重量。

設

計

驗

証

∣

數

據

驗

証

1. 測物重(克重)

2. 實測：

.施力臂＞抗力臂時用多少克重的力來達成帄衡?

.施力臂＜抗力臂時用多少克重的力來達成帄衡?

.施力臂＝抗力臂時用多少克重的力來達成帄衡?

註：1.此法為一般使用者

2.省力是以「物重」和「彈簧秤之重量+彈簧秤上顯示之拉力」來比較。

3.上圖彈簧稱若是反掛未能歸零的裝置，實測數據頇再加校正。

驗

証 (實測)

解

釋

施力臂＞抗力臂時，省力。施力臂＜抗力臂時，費力。

施力臂＝抗力臂時，不省力也不費力。

設

計

驗

證

∣

較

優


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設

計

解

釋

.(施力臂＞抗力臂即)施力移動的距離＞物體移動的距離，省力

.(施力臂＜抗力臂即)施力移動的距離＜物體移動的距離，費力

.(施力臂＝抗力臂即)施力移動的距離＝物體移動的距離，不省力也不費力。

※ 本實驗之結論依據為：物重克數加上橫桿重克數/彈簧秤上顯示之克重

推廣發展：

前例研究的結論是否符合其他有支點轉動之簡單機械? 頇逐一檢測。例如：

定滑輪、動滑輪、輪軸、齒輪、鏈條…

「課程與教學研發...

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