STEM X 校園：動手做實驗學原理
【明報專訊】保良局陸慶濤小學沒有常識科，但設有科學科及通識科，科學科主任潘淑晶(圖)解釋：「科學科及通識科已包含常識科的元素，更可加強探究學習，例如二年級的學生已懂得用溫度計、彈簧秤做實驗。」六年級上學期的主題為motion and machine(運動及機械)，包括數個簡單機械的單元。看看他們部分的實驗，你也可試試動手做！
■知多點
斜面、槓桿、滑輪、滾輪、楔子、螺旋是常見的6種簡單機械，大部分機械都是由它們組合而成。
■做實驗學原理
◆摩擦力
學習簡單機械前，同學需先學習地心吸力、摩擦力等知識。潘淑晶表示，學生曾研究不同物質的表面，對回力玩具車移動的影響，從而認識摩擦力。做實驗前，學生先要思考量度方法、要量度的數據等。「他們把回力車放在不同物料上，量度車子向前走了多遠，距離愈短，即物料的摩擦力愈大。」
◆斜面
要搬運物件，拿起來是最直接的方法，但若物件很重，有何省力方法？「試過預備了一疊書本，學生使用彈簧秤量度直接提起所需的力量。再把書籍放在斜板上拉起並量度，他們便知道斜面有助省力(圖一A)。」
再深入一點，斜面的長短又會否影響所需的力量呢？「如果高度固定了，即把書拉往同一位置，較長的斜面與地板造成的角度較小(圖一B)，會較省力」。
◆滑輪
潘淑晶說，滑輪分為動滑輪及定滑輪兩種，動滑輪可省力，定滑輪則可改變移動的方向。「他們要設法組裝兩個滑輪，再用彈簧秤量度，看看是否比一個滑輪更省力。」
透過實驗，同學發現兩個動滑輪的組合更省力，動滑輪加上定滑輪則便於把重物拉起，「因動滑輪的繩索需往上拉，定滑輪則向下拉，若只有動滑輪，需在高處把重物拉起，並不方便(圖二)；加上定滑輪可轉換方向，可從較低位置、省力地把物件拉起」。
槓桿
同學先學習不同類型的槓桿，即力點、支點、重點分佈在棒子的不同位置，以及是否可同樣省力。「這兩個槓桿設定，支點均在力點和重點之間，其中一個支點與力點的距離較長(圖三上)，另一個則較短(圖三下)，學生發現要升起相同重量的書本，前者所需的力量較小。」
日常常見的槓桿，有剪刀(支點在力點和重點之間)、胡桃鉗子(重點在支點和力點之間，必可省力)、麵包夾(力點在支點和重點之間，不會省力，但可方便使用)等。
■遊戲設計
該校科學科校本課程以實驗為主，各年級每學期各有主題，透過做實驗學習，潘淑晶說：「着重如何做及實驗的過程、準確性、預測結果等，培養學生的科學素養、探究精神、解難能力等。」
遊戲設計則是配合小六聚焦科學科的專題研習，屬非常規課程，「上學期有4日讓他們做專題研習，由構思、畫草圖、找材料製作，到最後匯報」。以下是部分作品，看看當中運用的科學知識吧！
◆玩法：將波子放在斜面(圖四A)向下滑，同時拉動繩子(圖四B)令轉盤轉動，務求令波子落入轉盤上較高分的區域(圖四C)，限時內盡量多取分數。
科學知識：繩子繞住兩個紙筒，令拉繩時其中一個紙筒上的轉盤轉動，這運用了滑輪原理。
◆玩法：按下黃色的槓桿裝置，令紅色裝置上的玩具車沿斜面滑落(圖五A)，撞走原本壓着繩頭的物件(圖五B)，繩子因而向上捲(圖五C)，繩的另一端則向下墜(圖五D)。玩家有3次機會，調節繩子令連繫的網子捕獲下方的玩偶。
科學知識：運用槓桿原理製成令玩具車移動的裝置。斜面的斜度經試驗及考慮，若太斜會令玩具車跌下，太平則未能移動。
◆玩法：先抽取寫有選擇題的問題卡。繩子兩端各有一個小盒，一個內有數顆波子，另一個放入小球。只有一個小球的盒子較輕，因而升起，小球滑落旁邊的斜板，再跌進選擇A、B、C或D的範圍。玩家要因應對問題卡的選擇，嘗試令小球跌落所選的答案。(圖六)
科學知識：學生發現連接盒子的繩子，因摩擦力太大，在滑輪上滑動得不順暢，故改用表面較平滑的繩子。
■關鍵詞
簡單機械 simple machine
斜面 inclined plane
槓桿 lever
滑輪 pulley
■想一想
1. 生活中有什麼簡單機械的例子？
2. 你有做過實驗嗎？試分享經驗。
文、圖：曾嘉敏
