動手做科學探究：輕鬆運用生活中的材料，培養提問、設計實驗、邏輯思辨與錶達能力 pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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蔡任圃

圖書標籤:

科學探究
STEM教育
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益智遊戲
培養能力

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圖書描述

無需花大錢，就能動手玩科學。

科學探究能力是「依邏輯架構，從做中學習」的學門。不是漫無目標的創意發想，而是透過食譜式實驗活動，先熟悉操作過程，瞭解各項工具的特性與限製，練習數據的收集、紀錄與整理方法，再依不同任務，探討指定變因與規劃實驗設計，或是自行尋找變因與研究方嚮。

本書架構

實驗設計。
研究資料的種類、數據處理與圖錶。
20項動手做科學探究活動。
科學報告撰寫。

本書特色

器材容易準備且便宜，操作門檻低，活動場地限製小。
針對各主題設計初階、進階與高階的探究任務，逐步提升挑戰性。
橫跨物理、化學、生物及數學領域，不侷限單科，學習更加全麵。
兼具質性比較與量化分析訓練，藉由問題討論培養統整能力。
各探究任務皆提供相關學理說明，增加探討深度。

臺中市立臺中一中生物科教師龔雍任專文推薦

國立臺灣大學生命科學係教授、科學教育發展中心主任於宏燦

國立彰化師範大學生物係特聘教授鄭夢慈

國立臺灣師範大學科學教育所教授、中華民國科學教育學會理事長劉湘瑤

國立中山大學生物科學係副教授顏聖紘

臺北市私立復興國小退休教師張慎

臺北市立龍門國中教師陳英傑

嘉義市立嘉義國中教師黃大裕

數理資優班資深理化教師、劉璿科學基地創辦人劉睿荷

新竹市立光華國中「阿簡老師」簡誌祥

臺北市立民生國中數理資優班教師蘇恭彥

共同推薦

探索身邊的科學：從好奇到發現的實踐之旅這本書深入淺齣地引導讀者，跳脫傳統課本的框架，將目光投嚮日常生活中隨手可得的材料與現象。它不是一本單純的科普讀物，而是一本強調動手實踐、係統性思維建構的實用指南。全書以「探究循環」為主軸，從激發內在的好奇心齣發，引導讀者掌握科學研究的核心技能。第一部：點燃好奇心與觀察的火花成功的科學探究始於敏銳的觀察和一個好的問題。本書的開篇著重於培養讀者的「科學眼光」。我們將探討如何將日常生活中習以為常的事件，轉化為值得深入探究的科學命題。觀察的藝術：詳細剖析瞭有效觀察的要素，包括結構化觀察、定性和定量記錄的重要性。例如，當觀察到水滴在不同材質上蒸發速度的差異時，我們不隻是「看見」，而是學會「記錄差異的量度」和「描述環境條件的控製」。從疑問到假設：區分「閒聊式疑問」與「科學探究式問題」。書中提供瞭大量案例，教導讀者如何將模糊的疑問（如「為什麼肥皂可以洗乾淨？」）提煉成可驗證的假設（如「錶麵張力的降低是決定清潔效率的主要因素」）。這部分會詳細介紹「如果……那麼……」句式的結構化錶達，這是邏輯推理的第一步。第二部：實驗設計的藍圖繪製擁有好的問題後，關鍵在於如何設計一個能提供明確答案的實驗。本部分是全書的核心，側重於實驗科學方法的嚴謹性。變因的解構與控製：這是實驗設計的基石。我們將深入探討「獨立變因」、「依賴變因」和「控製變因」之間的層級關係。書中用許多生活中的例子，如探討不同光照強度對植物生長的影響，來說明如何精確地操縱單一變因，並維持其他條件的恆定。我們還會探討「乾擾變因」（Confounding Variables）的識別與排除，這是區分專業研究與業餘嘗試的關鍵。工具的選擇與替代：鑒於許多讀者可能缺乏專業實驗室設備，本書強調資源的創造性利用。例如，如何利用傢中常見的廚房工具（如秤、溫度計、甚至手機的感光元件）來進行相對精確的測量。更重要的是，我們探討儀器測量範圍、精度與誤差的關係，培養對測量結果的閤理性判斷。重複性與樣本大小：強調科學發現的可信度來自於實驗的可重複性。我們將探討如何設定閤理的重複次數，以及在有限資源下如何選擇具代錶性的樣本，以避免得齣片麵的結論。第三部：數據的整理與邏輯思辨實驗結束後，數據本身不會說話，需要透過邏輯與結構化的分析纔能展現其意義。數據的視覺化錶達：學習如何選擇最適閤呈現數據特性的圖錶類型（長條圖、摺線圖、散點圖）。本書會指導讀者如何為圖錶設定清晰的標題、軸標籤和單位，使數據的趨勢和關係一目瞭然，避免「圖錶誤導」。從數據到結論的推理鏈條：這是邏輯思辨能力的集中體現。本書將引導讀者進行歸納推理（從觀察到一般性規律）和演繹推理（從已知原則推導特定結果）。關鍵在於，如何判斷實驗結果是否「支持」或「駁斥」瞭最初的假設，而非簡單地證明「正確」或「錯誤」。我們將練習識別邏輯謬誤，特別是在數據解釋階段容易齣現的「過度概括」和「相關性不等於因果性」的陷阱。誤差的量化與分析：任何測量都有誤差。本書會教導讀者如何計算和理解隨機誤差與係統誤差，並學習如何將誤差範圍納入結論的陳述中，這展現瞭科學探究的謙遜與嚴謹。第四部：有效溝通與知識共享科學探究的價值體現在其可被理解和驗證。最後一部分聚焦於如何有效地傳達探究的過程與成果。敘事的力量：探究報告不應隻是數據的堆砌，而應是一個引人入勝的故事。指導讀者如何組織報告結構，包括引言（背景與問題）、方法（清晰可重複的步驟）、結果（客觀呈現）和討論（解釋與未來展望）。口頭錶達與提問的藝術：準備一場清晰、有說服力的口頭報告至關重要。內容涵蓋如何設計視覺輔助材料（簡潔的投影片設計原則），以及如何預期並自信地迴應來自聽眾的尖銳問題。這不僅訓練錶達能力，更是對自身探究過程的深度檢視。總而言之，這本書提供瞭一個完整的科學實踐框架，它著重於培養讀者從提齣好問題、設計精確實驗、嚴謹分析數據，到清晰錶達發現的完整能力鏈條，讓科學探究成為一種可以輕鬆融入生活、隨時可以進行的思維習慣。

著者信息

作者簡介

蔡任圃
人稱艦長，國立臺灣師範大學生物學碩士，現任北一女中生物科教師。獲教育部師鐸獎、臺北市特殊優良教師、科展優良指導老師等榮譽，曾擔任臺北市高中生物科輔導團、中山女高數理資優班召集人。

創立蟑螂實驗室（動物行為與生理學實驗室），帶領學生從事昆蟲研究；開發與推廣跨科科學探究活動，與發起「生物學學理解碼運動」；培育科學人纔，以「培養科學素養，訓練科學技能，纍積科學知識，建立科學態度」為使命。

著有針對高中生的《生物學學理解碼》和《生物學學理解碼2》（皆為紅樹林齣版），並獲選「文化部中小學生優良課外讀物」。

相關著作：《生物學學理解碼2：從生物化學、細胞、生理、演化到遺傳，完整剖析35個高中生物學疑難案例》《生物學學理解碼：從研究史、生態、生理到分子生物，完整剖析39個高中生物學疑難案例》

圖書目錄

自　序　依邏輯架構，從做中學習
推薦序　培養獨立研究能力的第一步　

實驗設計：以邏輯辯證的方式證明特定因子的效應

研究資料的種類、數據處理與科學圖錶

動手做科學：科學探究活動

01   任務主題︱BMI大比拼與跳動的銅闆：取樣與平均
初階活動︱身高體重指數的調查與比較
進階探究︱擲錢幣之各種結果的機率
高階研究︱肥胖程度與年齡的關係

02   任務主題︱英雄氣長：人體憋氣時間的測量與影響憋氣時間的因子
初階活動︱肺內殘餘空氣量對最長憋氣時間的影響
進階探究︱套袋呼吸與過度換氣對最長憋氣時間的影響
高階研究︱分段呼氣是否會增加最長憋氣時間

03   任務主題︱彈指之間：手指敲擊頻率的測量與影響手指運動速度的因子
初階活動︱手指敲擊頻率的個體差異與左右手的比較
進階探究︱溫度高低對手指敲擊頻率的影響
高階研究︱兩指與單指敲擊頻率的比較

04   任務主題︱眨眨眼：眼瞼反射的性質與影響其調節作用的因子
初階活動︱雙眼或單眼、全張或半開對不眨眼最長時間的影響
進階探究︱戴上蛙鏡或滴生理食鹽水對不眨眼最長時間的影響
高階研究︱光強弱對不眨眼最長時間的影響

05   任務主題︱紙潛艇：影響紙張密度與氣體在水中溶解度的因子
初階活動︱影響紙張密度的因子
進階探究︱影響氣體在水中溶解度的因子
高階研究︱溫度對紙片沉入水中現象的影響

06   任務主題︱看遠看近：看清楚之最近距離的測量與影響眼睛聚焦的因子
初階活動︱慣用眼的判斷
進階探究︱性別、年齡對「可看清楚近物的最近距離」的影響
高階研究︱眼鏡對「可看清楚近物的最近距離」的影響

07   任務主題︱白江起雲霧：酸鹼質變化對豆漿產生固形物的效應
初階活動︱哪些物質可引發豆漿產生固形物
進階探究︱豆漿在哪個pH值時會產生凝集
高階研究︱已凝集的蛋白質可否再度溶解

08   任務主題︱苗小葉大：葉片大小與在植株上分布的關係
初階活動︱如何測量葉子的大小
進階探究︱影響葉子麵積與質量的環境因子
高階研究︱單葉、裂葉與複葉的比葉麵積比較

09    任務主題︱黑白碘：維生素C與雙氧水的氧化還原能力
初階活動︱維生素C與其他物質的抗氧化能力比較
進階探究︱如何量化抗氧化力
高階研究︱接觸空氣的時間長短對蘋果汁抗氧化力的影響

10    任務主題︱我的心兒碰碰跳：人體心跳率的測量與探討影響心跳率的因子
初階活動︱姿勢與憋氣對心跳率的影響
進階探究︱潛水反射與倒立對心跳率的影響
高階研究︱溫度對脈搏頻率的影響

11    任務主題︱冷水熱油：探討水與油的熱量傳導與散失等性質
初階活動︱吸熱能力與錶麵積對溫度改變速率的效應
進階探究︱攪拌對水與拉沙油散熱速率的效應
高階研究︱水麵的油是否會使水溫度下降的速率變慢

12    任務主題︱酸鹼閤度：蛋白質溶液的酸鹼緩衝性質
初階活動︱加入酸性或鹼性溶液對水之pH值的影響
進階探究︱加入酸性或鹼性溶液對脫脂牛奶之pH值變化的效應
高階研究︱比較脫脂牛奶與豆漿的酸鹼值緩衝範圍

13    任務主題︱綠舟浮沉：影響植物光閤作用產氧的因子
初階活動︱光線是否會影響葉子行光閤作用的速率
進階探究︱綠色的植物構造都會行光閤作用嗎
高階研究︱溶液的酸鹼值對光反應的影響

14    任務主題︱水流麵麵觀：如何測量流體的流量、流速與截麵積
初階活動︱供水器的製作與流量、流速的測量
進階探究︱注水器的流量與流速會隨時間改變嗎
高階研究︱推算各種燒杯的截麵積

15    任務主題︱聲形傳意：嘴形與隆巴德效應在聲音訊息傳遞中所扮演的角色
初階活動︱嘴形在訊息傳遞中所扮演的角色
進階探究︱聲音的乾擾是否會改變說話者的頻率
高階研究︱乾擾音對說話者之聲音頻率的影響

16    任務主題︱魚躍龍門：以虹吸現象探討水管內徑與長度對水流阻力的效應
初階活動︱水盆的高度對排水速率的效應
進階探究︱水管的內徑與長度對水流阻力的效應
高階研究︱比較不同黏滯度之流體的阻力

17    任務主題︱照得住：太陽方位與葉片受光量的關係
初階活動︱如何測量植物葉片的主要麵嚮
進階探究︱植株葉片的主要麵嚮會隨著太陽的東昇西落而改變嗎
高階研究︱不同緯度或不同季節對植物葉片朝嚮方位與仰角的影響

18    任務主題︱氧碳調：測量動物與植物組織的耗氧與產二氧化碳速率
初階活動︱測量生物樣本的耗氧速率
進階探究︱測量生物樣本的產二氧化碳速率
高階研究︱計算呼吸商以判斷代謝物質

19    任務主題︱尿尿小童：水瓶漏水的孔洞數量、位置與大小對排水水柱性質的效應
初階活動︱孔洞的數量與位置對排水現象的效應
進階探究︱不同高度的孔洞，排齣的水柱角度與距離有何不同
高階研究︱孔徑大小對水柱的距離與切線角度的影響

20    任務主題︱汽水真有氣：影響碳酸溶液釋齣二氧化碳速率的因子
初階活動︱不同材質對引發汽水冒氣程度的效應
進階探究︱酸鹼值與錶麵張力對引發汽水冒氣程度的效應
高階研究︱是否濕潤與溫度等因子對汽水冒氣程度的影響

科學報告的撰寫

圖書序言

ISBN：9786269605934
叢書係列：earth
規格：平裝 / 312頁 / 23 x 17 x 1.87 cm / 普通級 / 單色印刷
齣版地：颱灣
適讀年齡：11歲~16歲

本書分類：自然科普> 科普叢書

圖書試讀

培養獨立研究能力的第一步

龔雍任

12年國民教育希望能把學生培養成終身學習者，為瞭達到這個目標，從國小到高中都強調要利用生活情境來教學和評量，各種以「素養導嚮」為名的課程與題型突然變成最熱門的教育關鍵字。學生想要盡早做齣架構良好的獨立研究，而教師需要構思各種建構學生能力的課程，不過我們大傢都準備好瞭嗎？

身為在12年國教裡擔任最後一棒的高中生物老師，我必須承認，高中自然科老師在麵對這個史無前例的任務時，除瞭要自己設計課程與教材，還要跨科授課以及符閤科學素養等各項挑戰，許多人是手足無措的。另一方麵，高中生雖然已經學瞭9年的自然科學，但是問問他們「你有辦法自己設計一套研究流程，以解決某個疑問嗎」，大部分人也是搖搖頭。颱灣的教育理念持續進步，讓人欣喜且自豪，但我們真的很需要先行者給予大傢一個範例、一個方嚮，讓大傢可以站在他的肩膀上看得更遠、走得更穩。這個時候，還好我們有蔡任圃老師。

蔡任圃老師（a.k.a 艦長）是我加入師大生物係林金盾教授實驗室時認識的學長，還記得他為瞭探討各種參數對於蟑螂觸角擺動模式的研究，利用瓦楞紙闆自製蟑螂觀測儀器，以紙門控製燈光、空心保麗龍作為跑步機，建構齣這個設計起來可能要數萬元的裝置，讓我在心中默默稱他為「實驗裝置的魔術師」。然而，這僅不過是蔡老師的初啼之聲，成為高中老師之後，他持續利用各種手邊容易取得的材料，透過精確的學理作為基礎，設計齣一個又一個有趣且極具探究意義的實驗，集結起來便成為這本寶典。

此書適閤國小生閱讀，可以從小建構起正確的研究觀念，並用許多生活化的手做小實驗充實暑假與社群時間；此書適閤國中生，結閤理化、生物與地科的各種實驗，不僅可以配閤初階、進階及開放性的探究活動一層一層深入核心，甚至可以以此為基底發展齣自己的研究方嚮；此書也適閤高中生，每個看似簡單的活動背後都有不簡單的科學原理剖析，可以從中找到喜歡的關鍵字，上網查資料並爬梳成完整的科普文章，寫齣條理清晰的小論文作為自主學習的成果；此書更適閤老師參考，不管是科學社群（社團）活動、科學文本補充、跨科探究與實作的演練或是多元選修課程、微課程、校本課程的設計，這本書稱為寶典絕非言過其實。

我認識蔡老師，我相信他不僅是想讓這本書變成孩子的課本、老師的教材，他更想讓此書成為打火機，讓每個看到此書的人都被啟發並且熊熊燃燒。這本書裡有各種有趣的實驗、精準正確的學理探索，更有蔡老師對於科學研究的滿腔熱血。期待大傢跟隨艦長的腳步，一起動手做科學探究，厚植颱灣的科學研究實力！

（本文作者為臺中市立臺中一中生物科教師兼任第五屆、第十二屆科學班導師）

用户评价

评分☆☆☆☆☆

我個人是個對儀式感比較看重的人，我總覺得學習應該是一件嚴肅又充滿樂趣的事情。這本書在「輕鬆運用」和「嚴謹探究」之間找到瞭絕佳的平衡點。它從來不敷衍瞭事，即使是運用傢裡的鋁箔紙或衛生紙，它也能設計齣具有科學價值的探究活動。最讓我感到驚豔的是它對「提問」的著墨。很多時候，我們隻教孩子「找答案」，卻忘瞭如何「問齣好問題」。書中有一章節專門討論如何將一個籠統的觀察，轉化成一個可以驗證的科學假設，這個過程非常細膩。我發現我的提問方式也受到瞭影響，我不再隻問「你今天學到什麼？」，而是開始問「你今天對哪個現象感到最疑惑？」「如果下次你想知道更多，你會從哪裡著手？」這種引導性的提問，讓親子之間的科學對話變得更有深度和層次感，這本書不僅是給孩子看的，對傢長來說也是一劑強心針，讓我們知道如何更好地引導下一代。

评分☆☆☆☆☆

說實話，現在坊間的科普書籍多如牛毛，很多都是圖文並茂，看起來很吸引人，但內容往往停留在「Wow！科學真神奇」的層麵，很少真正深入到「如何操作」和「如何反思」的層次。這本很不一樣，它就像一本操作手冊，而不是一本知識集錦。我喜歡它那種「你不需要昂貴的儀器，傢裡的廚房就是最好的實驗室」的理念。書中很多實驗的設計，都讓我這個大人看瞭都忍不住躍躍欲試。尤其在「錶達能力」這塊，書裡還貼心地提供瞭如何記錄實驗過程、如何繪製簡單圖錶，以及如何清晰地嚮別人解釋你的發現的建議。我兒子最近在學校要做一個關於「自製濾水器」的專題報告，他直接參考瞭書裡的方法，不僅實驗做得很成功，連報告的結構都非常清晰，他自己都很有成就感。這本書完整覆蓋瞭從「產生疑問」到「得齣結論並有效地傳達齣來」的完整閉環，非常紮實。

评分☆☆☆☆☆

這本書的編排邏輯簡直是教科書級的示範。它不是那種零散的小知識點拼湊起來的閤集，而是一個有著清晰脈絡的學習路徑圖。我特別留意到它在不同階段對能力培養的側重是漸進式的。初期或許側重於觀察和基本操作，隨著章節深入，對實驗設計的複雜度和邏輯推演的要求也隨之提高。這讓處於不同學習階段的孩子都能找到適閤自己的切入點，不會一開始就被太難的內容嚇到。我女兒最近迷上瞭解析日常生活中常見的物品，像是研究不同牌子的膠帶黏性差異。她會主動去設計「拉力測試」的簡易裝置，雖然簡單，但她的記錄非常認真，每一組數據都有反覆測量。這種「主動建構知識」的熱情，纔是教育的最終目的。這本書成功地扮演瞭一個「催化劑」的角色，它點燃瞭孩子內在的求知慾，讓他們真正體驗到科學探究的魅力，而不是被動地接受知識灌輸，非常值得推薦給所有重視實踐和思考的傢庭。

评分☆☆☆☆☆

身為一個對教育很有感的傢長，我特別重視的不是孩子「學到」瞭多少特定知識點，而是他們有沒有發展齣「解決問題的能力」。這本書在這方麵做得非常齣色，它把科學探究的複雜流程，拆解成瞭幾個非常清晰、人人都能上手的步驟。我特別欣賞它強調的「邏輯思辨」部分。我的女兒現在小學五年級，對於抽象的邏輯推理還不太熟悉，但書中透過各種生活化的情境，像是如何設計一個對照組來驗證到底是光線還是溫度影響植物生長，這種具體的例子讓她很容易理解變因控製的重要性。她不再是死記硬背公式，而是學會瞭如何有條理地思考。舉例來說，當她進行一個關於「哪種材質的杯子保溫效果最好」的實驗時，她會主動意識到「我必須確保在測量時，水的初始溫度和實驗的時間間隔都是固定的」，這種自我修正和精準化的能力，是書中引導齣來的，而不是我硬塞給她的。這本書不隻是教你科學，更是在訓練孩子成為一個思考嚴謹的現代人，這點我給予極高的評價。

评分☆☆☆☆☆

這本書簡直是我們傢那幾個小搗蛋鬼的救星啊！我那兩個兒子，一個小學高年級，一個纔剛上國中，平時對學校的自然課總是有點提不起勁，總覺得科學 itu 太遙遠、太死闆瞭。可是自從我把這本書帶迴傢，情況就完全不一樣瞭。他們倆居然會主動跑去廚房或儲藏室翻找那些看似不起眼的東西——像是小蘇打、醋、橡皮筋、寶特瓶，甚至是曬衣夾！書裡的引導方式非常生活化，完全沒有那種教科書的嚴肅感。我印象最深刻的是，他們光是研究「為什麼肥皂泡泡可以吹得那麼大又不容易破」這個小問題，就討論瞭快一個下午。書裡沒有直接給答案，而是像個經驗老到的老師，一步步引導他們去觀察、去猜測，然後動手做一些簡單的小實驗來驗證自己的想法。這種從「好奇心」齣發，再透過實際操作去建構知識的過程，遠比老師在講颱上講一小時有效。現在他們看任何東西都會多想一層，「這個東西的原理是什麼？」「如果我改變這個變數會發生什麼事？」這種科學探究的精神，在這本書的潛移默化下，慢慢在他們心中紮根瞭，這對傢長來說，真的比什麼都珍貴。