每次上到天平都很想跳過直接用電子秤，但今年帶學生做密度實驗，卻是破天荒地用了二節的時間操作上皿天平。前一堂課主要是水的密度，並學習量取體積與上皿天平的操作(請見理化實驗課側記(上)~上皿天平的操作)。這堂則是測量金屬密度，並將排水法測體積的操作引入。
第二堂實驗課剛開始，先用10分鐘帶學生將水的數據表轉換成圖形，並說明質量與體積關係圖的曲線與意義。這類圖表相當重要，未來會轉換成各種縱座標與橫坐標，陪伴渡過國中二年的理化，例如溫度對時間，彈簧伸長量對外力，位置對時間、速度對時間，以及電壓對電流等關係圖。
接下來的時間則是測量金屬密度。做這實驗之前，我們還沒學到密度，甚至有些班連質量也沒教到，我打算透過實驗與討論，把未來要上的觀念與重點先拉進來。課本原是要利用金屬螺栓畫出未知金屬的MV圖，我找來鋁棒、銅棒與白鐵螺帽，並請學生準備一元硬幣，改成測量四個未知物的密度，並新增了幾個問題討論：
1.為什麼在測一元硬幣密度時，要用10個硬幣，而不是用1個就好呢？
2.請對照課本22頁，找出甲金屬與乙金屬分別是什麼材質？
3.乙金屬棒與螺帽都是銀白色，二種是相同材質製成的嗎？
學生在進行實驗，我則由觀察他們的操作過程，注意到一些概念迷思。例如，鋁棒質量該怎麼量測？不是就將它放在秤盤上嗎？但是呀，我發現每個班約有二組左右的學生會將把鋁棒放入盛水的量筒中，一起放置在天平上秤質量(如圖左)。
就算是要量金屬棒質量，也只要把金屬棒放在秤盤上直接量測(如圖右)，不是嗎？
『老師不是說要用排水法嗎？』
『如果是排水法要測量體積，我們只要看量筒刻度變化就好，不需要在放到天平上呀。』
和其他老師討論，他們也同樣發現這種情形。為什麼學生會有這樣的動作？是想要一次測二種？還是因為老師沒教好？我的推想是因為前一個水的實驗就是整組將水放在量筒中測質量與體積，所以學生們也以為，鋁棒也要放在量筒中一起測質量吧！
鋁棒要怎麼放在秤盤上呢？課本說要置於中央，怎麼才能置於中央呢？因為比秤盤長，多半只能斜放。也有一些學生是這麼做...透過空量筒來測量，便能將待測物放置在中央，之後再扣除空量筒質量。(附註，後來經秋雲老師分享天平的構造，才知道上皿天平其實是傻瓜天平，待測物是否在秤盤正中央”居然”無妨！我也再去觀察上皿天平構造，才恍然大悟。)
但最厲害的是這組，還居然真的將金屬棒”立起來”，放置在秤盤中央呢！
接著是量體積，狀況來了。『螺帽因為體積小，加了一顆進入水中，體積變化有限，怎麼辦？』這是我隱藏的狀況題，刻意各組只發一顆螺帽。我們的量筒最小刻度為2毫升，螺帽的體積連1毫升都不到，在全部都是估計的情況下，質量不準、體積也有很大誤差，密度的差異性就很大了。
稍微提示：『想想，剛剛的一元硬幣為什麼要請大家測量十個，而不是只測一個？』也真的有學生就這麼乖乖地量測”一個”螺帽。還好，有幾組有注意到這個問題，雖然只發一個比較靈活的學生能以此類推，想到去和別組借螺帽，透過多數測量才能使誤差降低。另外一個測量體積的狀況來自測金屬棒體積。『金屬棒體積不小，測量沒什麼誤差問題呀！』
這回不是誤差，而是失誤！
儘管已經提醒同學要將金屬棒小心斜放，但還是造成量筒損失。
…我從實驗中學到很多，不只是課本中要給我們的知識，課本裡頭沒說砝碼會那麼難夾，課本沒教到要團隊合作才會快，課本沒有教到，原來量金屬棒的體積，還可能會打破量筒！(沛揚)
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第三堂在班上進行實驗結果討論、總結與收尾，以便下一節能很快地切入我們的教學內容。：
(1)一元硬幣體積小，直接測量一個誤差大，請學生操作十個測量質量與體積，這一題他們做得不錯。一元硬幣是合金，主要是含銅92％、鎳6％、鋁2％。課本上有常見物質的密度，我帶學生由得出的結果去查表，得到合金的密度會介於原金屬密度間的關係，但並不涉及比例計算。
(2)金屬棒是第六章的實驗器材，這二根金屬棒的體積相同，但質量明顯不一樣。請學生推測出金屬棒的材質是何種金屬。『已知金屬棒為純物質，請對照密度表，找出甲金屬棒與乙金屬棒分別是什麼材質？』學生做出甲金屬棒密度為2.8，『老師~它是用地殼做的嗎？』傻眼@@。
『你覺得這根金屬棒會是用地殼做的嗎？』
考量一下可能的誤差，再比對一下，學生總算回復正常：『是鋁吧？』^^甲金屬棒是鋁棒。
(3)至於另一根金屬棒的密度計算出來是8.2，學生覺得以測結果來說是鐵棒。藉這個機會也告訴大家，密度值不是絕對，還需配合外觀與其他特性，才能判斷物質種類，銅的顏色帶有黃紅色，明顯與鐵不同，乙金屬棒是銅棒(純銅的密度8.9比較大)。我自己則是認為，學校的銅棒未必是純銅，說不定是鋅銅合金呢！
(4)最後一個則是螺帽，以外觀來說，和甲金屬棒色澤都是偏銀白色，究竟二種是否為相同材質製成？螺帽密度為@@，密度比鋁大多了，由密度值來看，可能是鍍鋅的鐵。
有了前回的”慢板操作”經驗，這回學生的動作果然加快，回收學生的實驗心得發現，看來在測量密度之外，他們也學到了……
…原本我認為這個實驗的操作沒什麼難的，但做完實驗卻發現事實並非如此，想要做得好又快，就需要互助合作。也因為第一節動作太慢的教訓，我們這回更加懂得如何分配工作！(柏慶)
...這次的實驗過程中，我們每個人都會互助合作，不管是誰都有自己的工作，而不會是某些人在做，其他人只是抄…(健哲)
為了讓視訊上課的婉坪能方便參與實驗觀察，組員們也充分展現友愛與團隊精神！
…這個密度的測量實驗看似簡單，卻蘊涵了專注用心耐心團隊合作的重要。要專注，才能準確的測量出結果；要用心，才不會忘了小細節；要耐心，才不會因為太急使實驗失敗，要有團隊合作，才能快速而精確的完成實驗。也就是因為有親自操作過，才更有印象！(譚雅)
專注、用心、耐心，以及團隊合作，都是實驗順利的重要因素！
國二的第一堂理化實驗課側記(上)~上皿天平的操作
國二第一堂理化實驗課側記(中)~未知物密度的測量
國二第一堂理化實驗課側記(下)~設計一個天平！
分類：教學現場與課堂側記 2012/10/05 06:27