2021年11月10日 星期三

探究與實作融入日常教學之1測量密度、2針孔成像

這其實是一系列企圖想要將科學方法融入日常教學的歷程
一開始從實驗的結果來回應一個待答問題
包含實驗步驟如何安排,操縱變因、控制變因、應變變因的意義與選擇

甚至自己要設計一個表格來記錄你的實驗結果
這樣的實驗結果你會如何下結論讓別人更容易理解?
通常應變變因有數字的量測或質性的觀察
這是兩種不同的分析模式
有數字的紀錄比較客觀,甚至我們希望多位學生去操作
但質性的觀察通常有階段性的、階級性的描述(越來越暗、越來越大等)
所以反而希望讓單一個學生操作(觀察)整個實驗來記錄
這樣反而相對是比較適合的方法

有數字的量測通常都會進入物理量的分析
所以實驗的次數(紀錄)至少要有5組以上

分析的方法很多,大部分都會畫成平面座標圖來看趨勢
因此趨勢圖的意義就必須在這個時候特別說明





不然許多學生只會將所有點連接起來,反而呈現出一個莫名其妙的圖形
還有XY座標分別放哪個變因,都會影響別人對你的實驗結果的解讀

但如果紀錄的是質性觀察
時間若不夠,勉強3組也可以接受
表格的設計就比較不會那麼堅持直式或橫式了


甚至可以更開放成整體描述的方法紀錄(雖然我不喜歡這樣的記錄方式)


因此紀錄表格的設計就會影響判斷的習慣
通常有數字的紀錄我們會希望同一個物理量以橫式的方法紀錄
這樣未來用電腦分析時比較容易抓數據
但也不是不能用直式,這就讓學生自己去體會了



最後實驗結論的撰寫是很多學生沒有的經驗
因此先給一個通用的句型
如果屬於數字型的量測,重點可能會在圖形的趨勢分析,甚至進一步看出數學關係
藉由改變...(某樣東西)的...(物理量A),我觀察到...(物理量B)也會跟著變化,但...(物理量C)不會跟著改變,進一步再從圖形分析,我發現...(某物理量)和...(某物理量)有著...的數學關係。因此我推論(某樣東西)的...(物理量A),(會或不會)影響...(物理量B或C)



但如果是質性描述的結論,就會比較單純去判斷是否有因果即可
藉由改變...(某樣東西)的(物理量A),我觀察到...(物理量B)也會跟著變化,但...(物理量C)不會跟著改變,因此我推論(某樣東西)的...(物理量A),(會或不會)影響...(物理量B或C),(會改變的那兩個物理量)兩者有著...的關係。



實驗結論一開始一定就是客觀描述實驗過程和結果
再經由圖形(數字量測)或變化趨勢(質性觀察)來推論因果

這個推論必須站在實驗結果的立場來下,而不是純理論
因此有可能操縱變因和應變變因有相關,但最後你的推論卻是沒有因果
此時就需要介入理論支持你最後的推論
通常在國中一開始我們不會搞到這麼複雜
但如果進入高中的獨立研究就很可能會出現這樣的實驗結論了

這些科學訓練的歷程很緩慢,成效也不容易立即呈現
更不可能抓除一個獨立的時間來教導學生
所以融入原本就要上的課程中就會是一個比較可行的折衷方法

批改這樣的實驗報告很痛苦,需要來來回回數次
但苦甜苦甜的滋味大概也只有老師能體會了~~


2021年11月2日 星期二

維修拉鍊頭

這是同事小朋友最喜歡的衣服
拉鍊頭整個脫落

硬塞一定會破壞到拉鍊頭或鍊條
所以只能切除拉鍊底部原本的擋板
這樣就能重新裝入拉鍊頭




底部的擋板原本應該要有一個可以插入拉鍊的地方


但已經拉壞了,剩餘的部分也被我切除
所以必須重建一個
在學校根本沒有合適的工具和材料(我自己的工具和零件還比學校多...)
只能利用滴管切成合適的擋板
再將拉鍊底部剪出一個缺口可以插入新的擋板中
塑膠擋板再縫在原本的拉鍊上

這樣就勉強修復完成了
只能先這樣了
希望可以讓小女生繼續穿他最喜歡的外套~~

2021年10月28日 星期四

製作示波器10倍探測線

這台簡易的示波器最高只能承受50V
意思就是我不能直接量110V的市電
這樣就不好玩了

市面上有賣所謂的10倍探測線
我想~~應該就是將電壓分壓輸入示波器的裝置而已
驅動電子伏特計的電流不用太大,個位數的毫安綽綽有餘
因此應該可以自己打造

手邊只有91K和10K的電阻可以配
將兩個串聯,再取10K兩端的電壓輸入示波器
就可以將電壓降到只有原本的1/10
通過的電流只有1.14mA左右
91K的電阻有0.18W的功耗,應該是沒問題的
再用3P兩段的開關串接就可以變成1X和10X兩用的探測線
做好像這樣



結果實測出來似乎不是預期的1/10
應該是連接處、電線等地方的誤差
乾脆將10K的電阻換成20K的VR
這樣就可以微調了
成品變這樣



試試看量市電
rms值呈現11.48(需X10)
電表量出來約116
這樣就搞定我的10倍線了



DIY就是有這種爽度
我都佩服自己了~~

開源硬體示波器

這十幾年開始流行開源硬體
簡單的來說就是廠商開發的單晶片(MCU)允許開發者自行燒錄程式進去
也就是說你自己可以設計所需要的硬體
最有名的就是arduino和樹莓派
但這幾年開始有商家直接將開源硬體做成商品販售
少了MCU的專利權,價錢當然也便宜了很多
像這三台就是
電容電感測量器

電晶體分辨器

示波器

還有很多萬用表也都是

其中這台示波器最神奇
不到1千的價格在以前根本不可能買得到示波器(即使是最陽春的)
現在卻能簡單入手
基本上示波器其實就是一台能快速讀取電壓的伏特計
然後及時將數據繪成時間和電壓的座標圖
以這台來說,最快讀取的速度為10微秒
最慢可以延伸到500秒
基本上已經非常夠用
必要時也可以將數據輸出到電腦(需修改韌體)

可以同時顯示的電壓有
最大值(max)、最小值(min)、平均值(avr)、差值(pp)、均方根植(rms)
還有頻率(freq)、週期(cycl)、脈衝寬度(pw)、佔空比(duty)等
以下面這個交流電來說就可以同時讀出許多訊息

也可以知道電壓穩不穩定(看讀數和圖形的變化情況)
極大值6.84,均方根植4.22,平均值0
max和rms的比值約1.62,並非標準正弦波的根號2(1.414)倍
若讀數正確,那就表示此時的電壓有雜訊,並非完美的正弦波
脈衝寬度(極大值到極小值的時間)8毫秒,時間是很漂亮的

若加上橋式整流


再將示波器調整到DC測量
波形馬上改變為單一象限

頻率變為120Hz,脈衝寬度也減半為4毫秒,平均值3.62
其他數值原則上都不變
此時若加上電容濾波

波形立刻被拉平,加上因為電容吸收了峰值電壓

所以極大值掉了下來,約6.04
rms和avr也幾乎相同,完全符合直流電的數據
其實這樣並非就是完美的直流電
但這台示波器已經到極限了

能從真實數據來對應理論
真的也蠻有趣的~~
(迷之音:只有我們這種工具控才會覺得有趣)

2021年10月23日 星期六

遙控汽車改裝線控

我已經很努力了...
但遇到無線需要對頻的東東真的是沒辦法
那就改裝成線控吧~~
這台堆高機和一般的遙控車不一樣

一般遙控車通常就是控制轉向輪(左右方向)和驅動輪(前後方向)
但這台堆高機沒有轉向輪
那要怎麼轉向呢?
答案就是速度差
這個東東之前就花了兩個月打造出自走車(可載重100公斤)

所以我只要做出三組可以控制電流方向的開關就可以了
三段6P的滑動開關就可以搞定
電路圖已經說過很多次,就不要再汙辱大家的智商
看圖說故事









做好像這樣

暫時先測試接法,其他的細節就留到玩具醫生10再給小朋友完成吧~~


對我們來說這些小把戲或許很簡單
但能真正把課本的理論實踐在玩具醫生的感覺就是不一樣!!
測試影片如下