讀書方法 – 離子鍵的What – How – Why

最近看到有人提到可以用What – How – Why三個層次去理解新學到的觀念;接下來幾篇都會用這個想法試試看。

  • What是客觀的方式描述這個概念。
  • How是描述這個概念怎麼運作,或是會進行什麼樣的動作。
  • Why則是回答這個概念怎麼發展,或是為什麼會有這些動作。

這次就是先來處理看看離子鍵吧!

What

高中範圍的基本判斷方式:化合物中如果出現金屬和非金屬,像是NaCl和CuSO4,這些化合物中就有離子鍵存在。同時這樣的化合物就被稱作離子化合物
特殊狀況:NH4+叫做銨根,也算是金屬離子,所以NH4Cl和(NH4)2SO4也算是離子化合物

How

有的原子喜歡失去電子,形成陽離子;有的原子喜歡獲得電子,形成陰離子
陰陽離子彼此利用庫侖靜電力吸在一起,形成離子化合物
其中金屬(陽離子代表)和非金屬(陰離子代表)結合在一起時會進一步強化這樣的行為。

Why

為什麼要學離子化合物呢?我們可以用離子鍵解釋一些離子化合物的性質,以下皆舉NaCl為例子:

形成晶體

Na+和Cl-交互出現,有規律地堆疊在一起,形成晶體。

熔點高

如果要破壞這樣的晶體,必須把所有的離子鍵打斷,導致這樣的物質要熔化的話,需要較多的能量。

常溫常壓下為固體

因為熔點高,所以平常看到的離子化合物大部分是固體。

延展性不好

需要以規律的排列來讓陰陽離子相吸;若受外力影響,容易失序而產生斥力,進而斷掉或是裂開。

你在罰寫之中獲得了什麼?又失去了什麼?

相信家中有國中生的家長們,對於罰寫這個制度應該不太陌生。在學校因為考試分數不到所以要罰抄,抄什麼呢?
抄答案或是抄整張考卷,可能三遍,或許五遍?總之可以達到老師教育(懲罰?)學生的效果。
或許學校老師沒有這麼多時間因材施教,才想出這樣省時的方式。
能不能幫助學生提升成績這件事我們先放一邊,但我很可以肯定這樣的方式,會傳達給孩子一個概念:
考試的時候,

寫了教科書內的正確答案
答對,得分。

寫了學生自己想像的答案
錯誤,扣分,還要罰抄所謂的正確答案。

對於正在探索興趣跟學科知識的中學生來說,正是扼殺他們剛要萌生的創造力最佳的方式。
對比現在教育部重視的新課綱素養教育,無疑是反其道而行。
再來從孩子成績的角度來看,罰寫後如果成績沒多大進步,我覺得也合理!
沒道理上課沒聽懂,抄一抄就懂了吧?

如果成績有進步,那才是我最擔心的問題。

不求理解而靠背誦的學習方式已經植入了這孩子的心中。

或許,最終真的用了這種方式考進了不錯的公立高中,但是隨著高中課程的加深,在學校段考或是大學入學考試上會逐漸適應不良,
又脫離不了以前的舒適圈(只靠背誦的讀書習慣),最後質問自己是不是不適合念書?
優競已經輔導過太多太多這樣的案例了!
優競讀書室之前遇過一個例子,一位七年級家長來求助。
說自己的孩子

  • 每天寫功課到半夜,成績還是吊車尾。
  • 仔細了解以後才發現,原來上課完全聽不懂
  • 考試滿江紅,要罰寫的量是其他同學的5倍。
  • 學校老師也沒有深入關心,考更差就罰更多。

所以導致

  1. 白天睡眠不足,上課又聽不懂,需要自己花很多時間複習跟理解。
  2. 考試都不會寫,所以要罰寫的量跟功課很多。
  3. 因為罰寫跟功課多,寫到半夜根本沒自己的時間複習,白天也沒精神。

而1到3恰好是一個非常完整的惡性循環。
我看到這同學的第一眼,就發現他極度沒有自信、覺得去學校好痛苦!
試問一個才七年級的孩子怎麼有辦法承受這些?
後來透過優競的老師們晚上幫他輔導,他才學會白天上課聽不懂的部分。
印象很深刻,在某一天他輔導完後,跑來跟我說:

老師,我第一次有在學習的感覺!

他成績漸漸地提升,罰寫變少了,晚上也可以早早就寢。
媽媽的焦慮終於解除。
但是,對我們來講,這只是表面問題剛解決而已。
接下來引導學生重新接受正確的學習方法,這才是大工程呢!

學習方法 – 易學難精的力學能守恆

高中物理的學習,重點不在於累積自己的解題量跟答對率,而是在於深入探討錯題的原因。

像是上週就有學生來問了這個問題:

兩木塊質量各為3kg5kg,懸於定滑輪兩側,如下圖所示,5kg的木塊起初是距離地面4m靜止,然後釋放,則質量3kg之木塊可達到的最大高度為何?

20200825

學生苦惱的點在於算出的答案跟解答不符,於是我問了他幾個問題:

我:「知道需要算出3kg木塊的末速嗎?」
學生:『知道,但是好像算的不對…』
我:「這題我們可以用系統減少的位能等於系統增加的動能來算,因為力學能守恆。」
我:「(m5-m3)gh=1/2 (m5+m3) v^2 這個式子有辦法理解嗎?」
學生:『好像可以,但為何要這樣做?』
我:「不然你寫一次你的算法給我看吧!」
學生:『(m5)gh=1/2 (m5) v^2 然後因為同繩子所以m5的末速跟m3一樣。』

我看到這個式子就立刻知道,這個學生雖然會列力學能守恆的算式。
但是對於力學能守恆的定義跟條件不嚴謹,於是我就回答他:

我:「力學能守恆必須滿足某一些條件才能用,你畫一下5kg木塊的力圖。」
我:「然後看一下木塊的上方有什麼。」

這個學生也很聰明,立刻就明白我在說什麼。
接下來就是對症下藥,我告訴他如果還要練習講義後面的題目,請全部都先做好力學能守恆的判斷再做題,這個盲點就能改善。
學生得到解決方案,很高興地回去練習了。

其實經由錯題找盲點這件事情,每個同學都能做;但是實際上找別人的問題很容易,找自己的問題最難!
尤其是透過冰冷的詳解或影片既費時又不精準,所以還是來找老師吧!

學習方法 – 日環食的西入東出(下)

好了這次來把上篇還沒有講完的部份補充完整吧!
學習方法 – 日環食的西入東出(上)

如果日食在正午

下一個階段,為了方便解釋,我們先假設日食發生在當天的中午十二點,下面是等一下說明會用到的圖,先給大家看一下總覽。

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請配合下圖閱讀,我們先進行一個方便起見的起始假設:假設這一天的中午十二點會產生日食;也就是在中午十二點的時候會產生「日月地連線」。

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 12:00,日蝕發生:左邊是在太空中的天球北極俯視地球來看「日月地連線」;右邊是地球上的人觀察月亮擋住太陽。

但是在時間軸往後推之前,先來處理一個問題:我們假設了中午十二點發生日食,那麼當天的早上六點到中午十二點,天空中的太陽和月亮,發生了什麼樣的移動呢?

日食前:早上六點到中午十二點

如果某一天的中午十二點會產生日食,那麼在早上六點太陽和月亮就會有個3度的夾角。如下圖所示

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左邊是在太空中從天球北極俯視地球時的日月地相對位置;右邊是待在地球上的人在早上六點觀察。

那麼為什麼一開始月亮就和地面有一個3度的夾角呢?那是因為到中午十二點的時候,為了日月地連線而產生的,如下圖描述:早上六點到中午十二點,太陽和月亮都因為周日運動,向西轉90度;而月亮則因為周月運動,多了一個向東3度,看起來就像是月亮從太陽西邊卡進來。

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早上六點到十二點的天體相對運動圖。

再來則是把時間軸往後推。

日食後:中午十二點到下午兩點

下圖則是模擬中午十二點到下午兩點,也就是過了兩小時的狀況:太陽和月亮因為周日運動,都向西轉30度,月亮因為周月運動而多了向東1度,看起來像是月亮從東邊離開。

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12:00-14:00時,地球上的人觀察月亮和太陽的相對運動。

講了那麼多話,又看了那麼多圖,來統整一下我們的結論吧!

如果我們假設中午十二時發生日食,

  • 日食前,月亮會看起來就像是從太陽西邊卡進來。
  • 日食後,月亮會看起來像是從東邊離開。

我們就以下面的影片證明吧!
從1小時26分開始看,還記得我們上篇一開始的問題嗎?影片的下方是西邊,上方是東邊喔
20200621 日環食現場直播(嘉義北香湖公園)Annular Solar Eclipse, live in Chiayi, Taiwan

學習方法 – 日環食的西入東出(上)

各位高三在暑假過後就要面臨第一次模擬考了,其中自然科當中的地球科學,有一個很麻煩的章節叫做「天文」,裡頭有許多題目需要立體觀念和做圖輔助才能釐清重點,找到正確答案,這次我們就來練習一個綜合性的題型,來做一個大整理吧!

今年,2020年6月21日在臺灣嘉義可以看見日環食,不知道大家有沒有參與這次百年難得一見的奇景呢?這次有幸躬逢其盛,看到許多爸爸媽媽帶著小朋友到草地戶外,帶著自製的觀測箱,甚至是焊接用的護目鏡,一起在下午三點尋找定點觀測,直到四點的食甚,現場的一陣陣驚呼和各種拍手叫好讓人為之動容,現在想起還是有些悸動。

首先,我們先來看這篇報導的第一張圖,
用 iPhone 拍攝的太陽軌跡!自然景觀攝影師這樣捕捉日環食
時間是下午四點,大家能分辨得出哪邊是東南西北嗎?

因為太陽此時準備西落,所以圖片下方是西方,上方是東方喔!

那麼,藉由國中高中所學的地球科學之中,我們能看出什麼更細緻、更深一層的運作原理嗎?
這次會以底下的三個階段帶大家複習和分析

  • 第一個階段:日食月食的成因
  • 第二個階段:三個常見星體運動的角度關係
  • 第三個階段:西邊入,東邊離開

 

第一個階段:日食月食的成因

月食是因為地球擋住太陽光,使得月球部分地區無法反射太陽光而失去月光;但是月全食的時候月球會帶著淡淡的古銅色喔!
這次的日食則是月球擋住太陽光。
日地月連線,也就是,才有機會產生月食;日月地連線,也就是,才有機會產生日食。
但是因為太陽運行的軌道(或稱黃道面),月亮運行的軌道(或稱白道面)並不會每次都重疊,所以不會每次就產生月食或日食。

國中基本上就學到這邊。

第二個階段:三個常見星體運動的角度關係

再來我們來處理一下三個時間週期:1天、1個月、1年

周日運動:地球自轉一圈

我們可以利用
地球自轉一圈需要1天
360度=1天=24小時
15度=1小時=60分鐘
最後得到
1度=4分鐘

周月運動:月球繞地球公轉一圈

我們可以利用
月球公轉一圈需要1個月
360度=1個月=30天
12度=1天=24小時
1/2度=1小時

周年運動:地球繞太陽公轉一圈

我們可以利用
地球公轉一圈需要1年
360度=1年=365天
1度大約=1天

再加上
上面三種週期都有一個共同點,就是當你從北極星往地球的方向看,周日周月周年運動都是逆時針旋轉

這會導致一個很特別,也很重要的結果,在這個視角下,東西方向的判斷跟平常我們在地圖上看到的右邊是東和左邊是西不一樣,像是下圖所示。
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第二個階段的總結

把這個東西方向和前面提到的角度組合,我們會得到:
因為周日運動,所以在地球上的人觀察太陽和月亮,每小時會由東向西移動 15度。
後面我們會以2小時為單位討論,所以會是

每經過兩小時,太陽和月亮,會由東向西移動30度。

因為周月運動,所以在地球上的人觀察月亮,每小時會由西向東移動1/2度。
後面我們會以2小時為單位,所以會是

每經過兩小時,月亮,會由西向東移動1度。

 

第三個階段:西邊入,東邊離開

這部份我們就先留到下一篇再一起討論吧!