科學

學生們和家長們角力的日子是無間斷的，父母不停催促子女溫習，因為每年都有大大限小小各中、小學的考試月，同學們是要為應付學期終考試而努力，父母和子女都是多麼辛苦呀！ 大家在讀書溫習的時候，都會利用紅色原子筆或不同顏色的螢光筆在課業上或筆記上把重點畫上記號，以提示自己在重溫的時候要特別留意，但有時候又會不適當地使用結果令課業或筆記變得眼花撩亂，影響溫習效能。故此，同學應該要先學懂如何把重點文字或段落進行標記才能有助提高溫習的效能。 暗記螢光筆的設計 暗記螢光筆可能會成為同學溫習用的好工具，暗記螢光筆是一支擁有兩個筆頭的螢光筆，一個筆頭是有輕鬆標記重點的綠色螢光筆頭，而另一個筆頭是幫助記憶的橙色筆頭。 另外，有很多時螢光筆所用的墨水都會容易沾到下一頁，又會把書本弄得很骯髒，但暗記螢光筆的綠色筆頭墨水經特殊設計，不會輕易印染讓墨水滲到下一頁，而且配有專用的退色筆，方便使用者消除綠色螢光標記之用。 紅色隱形墊板的設計 暗記螢光筆隨筆附上紅色隱形墊板，其實只是一塊普通的紅色透光膠片，只要用暗記螢光筆寫下必考重點後，再蓋上紅色透光膠片便能輕鬆隱藏字跡，幫助學生輕鬆複習考試重點。 紅色隱形墊板加入了簡單的梯形三邊開口位，造出一個防掉落固定夾設計，方便同學把紅色隱形墊板夾在書上，又可作書籤用途。 暗記螢光筆就是利用了顔色組合及光學原理來替學生在溫習的時候增加趣味性，同時又能協助使用者提高記憶力。 暗記螢光筆使用方法 暗記螢光筆能夠把文字隱藏起來，使用方式有兩種，第一種就是利用綠色螢光筆部分在課業內所印製的重點文字進行間畫標記，被間畫標記的文字仍然可見，但利用紅色透光膠片把課業內容覆蓋，在紅色透光膠片上可以見到文字內容，但被綠色螢光筆間畫的部分就會被遮蓋，見不到重點文字。 第二種使文字消失的方法就是利用橙色螢光筆填寫問題的答案後，再利用紅色透光膠片把問題覆蓋，在紅色透光膠片上能夠見到間題，但利用橙色螢光筆所填寫的答案在紅色透光膠片上沒有顯示出來。 究竟為何文字會消失呢？ 第一種被綠色螢光筆標記的文字之所以消失是因為文字本身是黑色，被綠色螢光筆間畫後的文字會被綠色包圍，根據顏料顔色混合法，當紅色顔色和綠色顔色混合起來就會變成黑色，與文字的顔色相同，故此在紅色透光膠片上就看似文字被完全遮閉而消失。 而第二種令所填寫的文字消失的原因是橙色顔色與紅色的色系太近似，在紅色透光膠片下所有紅色色系的反射光都會被過濾視為與紅色透光膠片相同的顔色，所以橙色文字就看似消失了。 使用螢光筆的小心得 有系統的學習能讓學習變得更有效和更有趣味，利用螢光筆的不同顏色作出不同分類，以顏色來區分不同用途，與自己訂下使用顏色的規則，例如用「粉紅色」螢光筆來代表是「重要」或「必讀」，用「黄色」螢光筆代表「需要背的部分」，又用「綠色」螢光筆來代表「考試前速望」等，之後在溫習時便可以更有系統來，當場訂立了規則後就必要遵守所訂下的規則，待習慣了溫習規則就能事半功倍。 學懂以上的顏料顔色混合法，你還可以試用不同的半透顏色資料夾來製作自己獨特的暗記螢光筆溫習法。 內容提供︰STEM Sir 刊載於︰GRWTH app

人類的眼睛之所以能夠看到物體的形狀、顏色和影像，是因為光線照射到物體反射後或光源所發出的光線進入眼睛，進入眼中的光線經過透光的角膜、虹膜、水晶體、和液態的玻璃體的折射成為影像落在視網膜上，再經過視神經把訊號傳送到腦海中。 水晶體與凸透鏡 眼睛中的水晶體的原理與凸透鏡的原理很相似，凸透鏡邊緣薄、中間厚，會有一個球面表面或兩面表面。凸透鏡主要對光起會聚作用，以折射成像，所成的像可以是倒立、縮小的實像； ▲倒立、等大的實像；倒立、放大的實像； ▲正立、放大的虛像。像出現的位置隨物體至凸透鏡的距離而變。 放大鏡的原理 根據凸透鏡光的折射原理，物體放在凸透鏡的一倍焦點距離內的位置，就能夠產生一個正立和放大的虛像，所以放大鏡就是一個短焦距的凸透鏡，在相同物距的情況下，短焦距的凸透鏡放大倍數高，所以當我們把放大鏡靠近物體時，就能夠透過鏡中看到被放大的影像。 顯微鏡的結構 放大鏡能夠把物體的影像放大，如果再把另一把放大鏡放在被放大的虛像上，能否把被放大的虛像再次放大？ 顯微鏡的運作結構就是利用兩組凸透鏡組成，分別是靠近眼鏡的稱為「目鏡」，而靠近被觀察的物體的稱為「物鏡」。 顯微鏡樣本片會放置在載物台上，然後把物鏡對着樣本片，當光源照射樣本片，樣本片物體的光會通過物鏡，形成一個放大及倒立的實像，而目鏡就相當於放大鏡的功用，把由物鏡所形成的放實像再次放大，形成一個放大及正立的虛像。 顯微鏡的光源亮度對顯微鏡是會產生影響的，而大部分新款的顯微鏡都設有LED頂燈及底燈，讓使用者可自行調較光暗，能夠觀看透明或非透明的標本，加上顯微鏡台内置更設有濾光鏡，營造色差對比，讓標本一目了然。 而微調手輪而能讓觀察者微調載物台的高度，以便調整物鏡與的標本的距離，使影像更清晰。 顯微鏡中的數學 顯微鏡能夠把微小不可見或難見物品之影像放大，是能夠讓我們利用眼睛觀察極微小的物件的光學儀器，顯微鏡的放大倍率和清晰度對顯微鏡是非常重要，在目鏡和物鏡身上都會刻有一些數值，例如：4x、10x、12x或120x，這又是什麼來的？ 顯微鏡的調整倍率，又叫放大倍率，就是相等於：目鏡倍率 x 物鏡倍率，假如目鏡倍率是 10x，而物鏡倍率是 120x，顯微鏡的放大倍率就是 10 x 120 = 1200 倍。 目鏡的鏡頭愈長、倍率愈低；目鏡的鏡頭愈短、倍率愈高。而物鏡的鏡頭愈長、倍率愈高；物鏡的鏡頭愈短、倍率愈高。顯微鏡就是利用目鏡和物鏡的倍率組合來改變顯微鏡的放大倍率。 顯微鏡與智能手機的配合 新型設計的顯微鏡更可以接駁智慧型電話轉接器，可以在目鏡位置放置智慧型電話，可以進行攝影機拍照或錄影，更方者觀察者把標本影像以作分享或傳送之用，更可以利用智慧型電話的放大功能，有助增加影像的放大率。 顯微鏡在STEM學習中依然扮演着一個很重要的角色，就是要培育學生的觀察能力，視藝老師更可以利用顯微鏡配合視覺藝術的課堂中，以觀察微小世界的美進行藝術創作，成為科學中的藝術。 內容提供︰STEM Sir 刊載於︰GRWTH app

夏天到了，又甜、多肉、多汁的水果是很受大眾歡迎，而菠蘿就是其中一種，可是在家要打開一個新鮮菠蘿就不是一件容易的事，用刀削皮和「起釘」就花不少氣力。因此大家會想到超市甚至食品加工廠的菠蘿削皮機。不過這款機械，其實蘊含不少STEM元素在內。 認識菠蘿的結構︰難以削皮起釘之謎 菠蘿頂部長有菠蘿葉，外層有凹凸不平的硬厚皮包著菠蘿的果肉，果肉富有豐富的膳食纖維和汁液，而菠蘿果肉的中央是肉質纖維較密、較硬和堅韌度高的果芯，難以用牙齒咬爛，所以最常被食用的部分就只是多汁的果肉。 傳統取出菠蘿肉的方法 要替菠蘿進行削皮，最好的方法就是先把原個菠蘿的頂部和底部切除，形成一個圓柱體的狀態，然後利用刀沿着圓柱菠蘿的曲面外皮逐一削走，再把菠蘿切件和切走較硬的果芯才能把菠蘿肉取出。 手動菠蘿削皮器 結構簡單卻實用 手動菠蘿削皮器工具的出現，有助大家在家中簡單地把菠蘿起肉，手動菠蘿削皮器的外型設計極之簡單，只是一個手柄連接著一個不鏽鋼中空圓柱筒，圓柱筒的底部設有鋸齒，外圍有一片中空不鏽鋼的開邊圓形面，開邊位置以一高一低的形式接駁，形成一個螺旋斜面，外圈高低部分亦有垂直的三角形面，三角形的斜邊亦設有鋸齒。 在使用手動菠蘿削皮器前同樣要先把菠蘿頂部打橫切除，然後把手動菠蘿削皮器垂直放在菠蘿頂部，位置要較接近中央圓心，稍向下用力把圓柱筒刀體以順時針方向旋轉鑽入菠蘿內，一直削至底部。 把工具往上提起就能夠把整個菠蘿肉抽出與果皮分離，按下手柄下的兩個黑色按鈕便可以把手柄和刀體分拆，這樣就能夠完整地取下菠蘿果肉。 在旋轉螺旋斜面的過程中，原來經已把菠蘿肉切的厚度一致的菠蘿片，同時菠蘿芯也被中空圓柱筒切出，極為方便。 自動菠蘿削皮機 系統化運作 近日在各大型超市有巡迴的方式放置了一台自動菠蘿削皮機，只要放入完整的菠蘿，再按下按鈕，短短三四秒就把菠蘿削皮、起肉及入盒，是個極速取菠蘿肉神器。 自動菠蘿削皮機的削皮程序極為簡單，只有三個步驟，分別是： 步驟一：放入菠蘿 步驟二：放入盒子 步驟三：按開始按鈕 當按下開始按鈕後的菠蘿會沿半圓路軌送至後方，路程中裝有上下平行的刀把，當菠蘿路經時就能同時把菠蘿的頂部及底部切除，然後被送入後方的削皮台上固定位置。 第二個步驟是削皮台上裝有一把圓柱筒刀，圓柱筒刀內的刀有固定造型，圓柱筒刀垂直向下切入果肉，把菠蘿皮和菠蘿芯削走，同時把菠蘿肉切成八件並推入收集筒內。 第三個步驟就是把盛載有菠蘿肉的收集箱轉至出口已放置空置的食物盒位置，然後打開底部，菠蘿肉就會跌落食物盒內。 任何一種自動機器的設計理念都是建基於一些特定恆常的工作順序，再簡化步驟及優化工序，把機器活動空間減至最小，就有助研發出既方便又受大眾歡迎的產品。 內容提供︰STEM Sir 刊載於︰GRWTH app

為什麼把智能迷宮機械人放進迷宮內，它能夠在迷宮內不停走動並找出離開迷宮路徑呢？為什麼智能迷宮機械人能夠避開一些障礙物呢？為什麼機械人又能跟隨物件移動呢？ 智能迷宮機械人的構造 迷宮機械人的辦事方式和電腦的運作很相似，智能迷宮機械人內部設有輸入、處理、輸出及儲存的裝置，機械人的輸入裝置是紅外線感應器、處理裝置是內置的中央處理器、中央處理器包含了儲存裝置負責儲存要執行的程式，而輸出裝置就是摩打令機械人活動。 紅外線感應的感用 這款迷宮機械人可算是紅外線感測智能互動的六足機械人，已具有「跟隨」與「探索」二種互動模式。 機械人的頭部的左右兩邊各自裝有一組紅外線感應器，每組紅外線感應器配置了一個發射器和一個接收器，當發射器發出的紅外線遇到障礙物時會被反射，接收器就會接收到被反射的信號，即接收器就可以按照是否收到信號來判斷前方是否有物體存在。 在「跟隨」模式下，智能迷宮機械人會按照左右兩組的接收器同時收到信號，來判斷前方有物體存在，以後便會向前進的摩打發出指令，控制機械腳向前行，這樣智能寶比就會成為一個忠心跟隨的小跟班，緊緊跟隨著小主人的行走方向移動； 當轉換為「探索」模式後，智能迷宮機械人會按照左右兩組接收器所收到信號而行動，若果在沒有收到信號的情況下會控制機械腳不斷向前行； 當左邊的接收器收到信號時，便會向前進的摩打發出指令來停止機械人前進，然後會向轉向摩打發出指令，控制機械人的身體向右轉直至左邊的接收器接收不到信號才停止轉動，再繼續前行動作； 當右邊的接收器收到信號時，便會停止機械人前進，然後指示轉向摩打控制機械人向左轉直至右邊的接收器接收不到信號才停止轉動，再重覆前行動作；因此智能寶比便可以偵測到障礙物而避開，開闢自己的行走路徑。 機械中的動力來源 機械人內安裝了兩個摩打，連接著兩組不同的齒輪組來傳遞動力，一組摩打與齒輪組負責控制機械人的六足向前進，而另一摩打與齒輪組負責控制機械人向左或向右旋轉。 機械人之能夠利用六足向前走動是模仿了拐杖移動的方式，再配合槓桿原理和與地面之間的摩擦力所產生的作用力和反作用力而成。 前進摩打的齒輪組帶動連桿以逆時針方向移動，令一組以等邊三角形排列方式的三隻腳一下的接觸地面，另一組的三隻腳會升起離開地面。當連桿繼續轉動時，原來接觸地面的腳會提起，而另一組會與地面接觸，就是這樣運用六足一下一下的向前走。 如果在智能迷宮機械人上加安裝辨識用的鏡頭，再連接人工智能的數據庫，就可以把機械人改裝成人工智能迷宮機械人，只要讓機械人進行學習記錄，就能計算出最快捷破解迷宮的路徑。 內容提供︰STEM Sir 刊載於︰GRWTH app

現今每個家庭總會備有一台吸塵機，協助清潔家居，儼然成為必需品，近年更出現智能吸塵機械人，懂得繞路避開障礙物。不過大家又是否如道，原來這件家庭電器在百多年前已經面世，而當中的科學原理仍然應用至今？更有趣的是發明第一部吸塵機的人，懷著STEM的求知求真精神、用自己的口吸塵？！ ▲今時今日，吸塵機是常見的家居電器，但它在百多年前發明的一刻，與近年STEM教育有關。 觀摩產品展示獲得靈感 回家用口吸塵 1901年在倫敦的聖潘克拉斯車站，進行一種新產品「列車車廂清潔機」的操作表演，它能夠吹起灰塵，但結果鼓起的滾滾灰塵，把乘客和圍觀者嚇跑了，令清潔機產品失敗。 就在吹塵器這種產品發明失敗的時候，有一位旁觀者，名叫休伯特．布思（Hubert Cecil Booth），他從表演中得到啟發，他連忙跑回家裡，趴在地板上，用手帕蒙住嘴巴，就向著地面使勁地吸著。 這時候，他的家人還以為他精神失常，正要把他拉起來送去醫院時，他卻喜出望外地宣布：「大功告成！」 ▲旁人以為是失常的舉動，卻催生了吸塵機這種發明。 原來布思發現了一個最關鍵的問題，就是比空氣輕的灰塵，只能用「吸」的而不能用「吹」的方式。與此同時，要達致吸塵效果就要使用一塊濾布，阻隔已經吸進機器內部的灰塵，又能使空氣通過，繼續操作來吸更多灰塵。 觀察能力成就新發明的關鍵 然而，布思發明的第一台吸塵機，這個新發明的體積很大，而且在運作時又會產生很大的噪音，所以又被稱為「吵死人的怪物」。布思在1905年，又發明了一種用電動泵產生吸力的真空吸塵機，並且開始製造及投入市場，世界上的第一台吸塵器就此誕生。 由吸塵機誕生的故事中，可見發明家運用了觀察能力，懂得從人家失敗的經驗學習，當中又利用了逆向思維由吹塵換成吸塵的角度思考，再不斷實驗測試改良從失敗中學習，他的研發精神，正正是今時今日學生透過STEM教育中所學習的技能。 吸塵機結構簡單 扇葉轉動方向決定吸塵或吹塵 吸塵機的基本結構是由電動馬達、扇葉、收集瓶、過濾網四個主要部分所組成。馬達與扇葉接駁，再連接電源形成閉合電路，驅使扇葉轉動。 ▲不論外觀設計如何，吸塵機離不開電動馬達、扇葉、收集瓶、過濾網四個基本結構。 ▲由於結構不算複雜，所以容易在STEM課堂裡製作。 扇葉轉動的方向不同會造出「吹風」和「抽風」的兩個不同的效果，好像一台風扇向前吹就是吹風，而倒轉風扇用就變成能抽氣扇。 怎樣控制扇葉的轉動方向？因為改變進入馬達的電子流動方向，扇葉的轉動方向隨即改變，所以把連接馬達上的正負極電線位置改變，或電池箱的電池正負極方向改變便可。 百年前的吸塵原理始終如一 現代的吸塵機的五花八門，甚至有吸塵機械人，然而吸塵的原理和百年前的大致相同，一樣是透過氣流由高氣壓區域流動到低氣壓區域，從而產生的空氣流動原理，形成吸塵效果。 吸塵機內的風扇將機內的空氣抽出，使機內的氣壓下降。由於瓶口外的壓力較大，外部空氣受壓吸入機內，灰塵和垃圾便隨空氣進入吸塵機。 三個影響吸塵機吸力的重要因素 吸塵機有多強吸力，取決於三個因素︰馬達功率、扇葉面積和收集瓶。 增加馬達的馬力和轉速能夠令抽入空氣的速度增加，加大扇葉的面積亦能增強吸塵機抽入空氣的力度。 收集瓶的空間大小亦是影響吸力的因素，空間大雖然能夠收集更多的灰塵，但就需要利用馬力較大的馬達才能配合運作。 ▲馬達功率、扇葉面積和收集瓶之間能互相影響，決定吸塵機吸力。 現代的吸塵機種類 時至今日，常見的吸塵機是按操作原理及構造來分類，分別是「直立式」、「吸力式」及「手提式」三種。 直立式吸塵機： 直立式吸塵機利用吸力及吸咀內一具由馬達推動的旋轉震動刷進行清潔。吸塵刷的旋轉震動力能把地氈的絨毛撥開，令深藏在內的塵屑污垢鬆脫出來，把它吸起，是清理地氈的上好選擇。配備其他工具，還可作其他清潔用途。 ▲▼直立式設計便於收藏，比較慳地方。 吸力式吸塵機： 吸力式吸塵機馬達馬力較直立式大，單純靠強勁的吸力吸塵，有多種款式，如罐筒型、圓柱型、手攜型、壺型等，都附有一管長喉接駁一系列特別配件，以應付不同工作環境的需要。對於清理地板、傢具、簾帷輕軟細薄的織物墊套，效果較佳。 ▲▼吸力式算是最常見的類型，售價亦普遍較便宜。 手提式吸塵機： 手提式吸塵機的設計就是能夠無線使用，仍能方便使用者可以帶到其他地方使用，例如汽車。一般手提式吸塵機內附充電池，完成充電後便可使用，所以收集器的容易較小，整體重量亦較輕，多以塑膠製造為主。 ▲手提式吸塵機內置充電池，因此能夠無線使用，適合細小房間以及車廂環境。 生活中常見到的吸塵機，原來已蘊藏了很多STEM元素，只要多觀察、多分析及分思考就能學習當中的STEM原理，可見STEM早已與生活共存。 內容提供︰STEM Sir 刊載於 GRWTH app

在STEM教學裏面，經常強調學生要懂得認識及運用可再生能源，不過學校又不是大型發電廠，怎樣令學生能夠學習及應用得到？其實有一種可再生能源就是「遠在天邊，近在眼前」︰太陽能，大家每天一早起床都會出現在你面前。今次就分享透過製作太陽能大眼蟲，實際運用這種可再生能源。 太陽能電池的發電原理 由身邊的一切事物開始進行探索，就是STEM學習中培養學生建立觀察和自主學習的能力，由學習太陽能這種可再生能源就是一個好的開始。大家都知道太陽會給人們光和熱，能夠替人類照明和給予溫暖，因此只要懂得運用太陽能，就能夠替環境保護出一分力。 接著就是了解太陽能電池。它是一種經由太陽光照射後，把光能轉換成電能，這種現象稱為光伏效應。它是利用太陽光直接發電的光電半導體薄片，在半導體的材料加入硼可形成 P 型半導體，加入磷可形成 N 型半導體。 P和N兩型半導體結合後，當太陽光射入光電半導體薄片時，就會令半導體中的電子流動而產生電流。 太陽能大眼蟲的齒輪運用 明白了太陽能電池的製造和運作原理後，就可以著手製作太陽能大眼蟲，並用太陽能推動它。 太陽能電池的正極及負極分別與小型摩打連接，而摩打上裝有一個小型的8齒齒輪，與一個與8齒齒輪垂直的較大圓錐齒輪連接。當馬達轉動時，細齒輪推動大齒輪轉動，這樣不僅增加扭力，同時能夠改變力的運動方向。 大圓錐齒輪的身上的細齒輪與另一大齒輪連接，而另一大齒輪身上的細齒輪，又與其他的大齒輪連接，組成一連串的齒輪組，這樣組合的齒輪組能夠使馬達的扭動力和轉速提升，增加了小型馬達的效能。 利用旋轉小腳協助前進 太陽能大眼蟲由五個齒輪連接，當中一個齒輪向順時針方向轉動時，連接著的另一個齒輪會以相反方向轉動，而大眼蟲小腳分別安裝在第一、第三及第五個齒輪的中軸上，就是要確保大眼蟲的腳是向同一方向轉移。 每個齒輪上的每組腳會有三隻小腳，而腳上套了小鞋，形成一個旋轉對稱圖形，在每組腳旋轉一周就會有三隻小腳上的鞋與地面接觸。當鞋與地面接觸時會產生摩擦力，令大眼蟲向前移動。 燈光對大眼蟲的影響 太陽能電池很受光線強弱的影響，陰天的光線，不足以令光電半導體薄片產生電子，在沒有電流產生的情況下，小型馬達轉動亦不能轉動。 在室內的環境下，可以利用鎢絲燈泡的電筒照射太陽能電池，光電半導體薄片產生足夠的電子電流，並推動小型馬達。 當然在陽光充足的情況下，太陽光照射太陽能電池令光電半導體薄片能夠產生更多的電子，電流足以令小型摩打轉動更快。 我們可以利用光照射手掌產生的影子來判斷陽光是否充足，如果能夠清楚看到手掌影子的邊緣線條就代表陽光充足，假若手掌影子的邊緣線條模糊就表示陽光不足，太陽能大眼蟲可能移動緩慢或不能移動。 玩具不單只是小朋友玩樂的工具，而且也可以是學習的工具，從玩樂中進行學習有助小朋友增強聯想及應用知識的能力。 文章來源：STEM Sir 刊載於 GRWTH app