STEM×通識﹕真．實驗話劇 台上演繹科學原理
【明報專訊】將軍澳香島中學的中六學生蕭泉谷(Clayton)、許卓琳(Jessamine)和吳采蓓(Olivia)早前憑「環保咖啡渣防曬油」獲得「第二十屆香港青少年科技創新大賽」生物及健康(高中組)二等獎。在評審面前，他們對答如流，展現出科學探究的精神；在另一個舞台上，他們搖身一變成為活潑可愛的演員，為台下觀眾帶來結合科學與藝術元素的「STEM× Art」創意科學話劇，以獨特的方式展現STEM的學習成果。文：黎耀強 圖：曾憲宗
籌備話劇學習探究精神
將軍澳香島中學鍾堯基老師表示，STEM話劇是大膽的構思，最初他對此也沒有信心。後來鍾堯基老師跟幾名科學學會的學生講起構思，學生皆躍躍欲試，才落實籌備話劇。整齣話劇包含14個科學實驗，內容包括初中程度的科學原理。然而「台上一分鐘，台下十年功」，為確保在表演過程中實驗能順利完成，演員們經多次綵排及練習。單是實驗部分的綵排，他們已經花了半年時間準備。
示範片看似容易
親手做威力超預期
3名同學本來一臉靦腆，但當他們聊到表演話劇的經歷，頓時眉飛色舞，滔滔不絕地分享。Jessamine表示，曾在網上看過實驗示範影片，原以為很簡單，實際動手做時卻有很大落差，「當我將熱水加入液態氮時，突然產生出大量白色氣體，想不到它的威力如此龐大，頓時呆了站在原地，完全忘記要躲到台後」。Clayton指出：「為了讓觀眾更清楚看到實驗效果，話劇中的實驗規模大得多，有別於科學堂上的實驗，所以我們一定要做足安全措施，例如戴上安全眼鏡。」
鍾老師表示，話劇啟發學生對科學探究的興趣，體現STEM的精神，「STEM本身包括科學，關係千絲萬縷。從觀察事物、發現問題、蒐集資料、提出假設、進行實驗至得出結論。科學探究的過程體現在STEM學習之中。話劇完成不代表學習完結，反而是開始。因為學生已學會科學探究精神，對他們應用於其他學科的學習同樣有幫助」。鍾老師指學校已定下目標，希望將話劇的活動內容有系統地編成課程，讓更多學生受益。Jessamine亦指出，參加STEM活動可親自做實驗，學習科學知識時印象更深刻。Clayton和Olivia表示通過活動，學習到不少物理及化學知識，例如「伯努利定律」，希望將來可成為中醫及護士，朝理科方向發展。
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「STEM×Art」
創意科學話劇簡介
話劇講述校園流傳神秘小精靈的傳說，幾名學生在學校準備開放日的實驗項目時，不小心將小精靈從玻璃瓶內釋放。頑皮的小精靈究竟會協助他們，還是會在開放日搗亂呢？他們一邊演戲，一邊即席示範科學實驗，當中蘊含不少STEM原理。
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塗防曬油致敏感
萌生研咖啡豆防曬
3名同學憑「環保咖啡渣防曬油」專案項目，繼奪得香港青少年科技創新大賽生物及健康(高中組)二等獎後，2018年8月再接再厲，於重慶舉行的「第33屆全國青少年科技創新大賽」生物化學與分子生物學(高中組)獲得二等獎、中鳴科學獎及重慶理工大學專項獎。
專案的理念源於他們日常生活經驗。Olivia表示：「市面上的防曬油一般含有各種化合物，我用那些防曬油時皮膚會敏感，所以就想會不會有天然的防曬油可解決問題。」他們蒐集各種資料，包括上網搜尋學術論文及期刊，意外發現咖啡豆有防曬效果，便循此方向研究。
個人喜好啓發 咖啡渣作原材料
他們據網站上的教學，成功製造出咖啡豆防曬油。但是他們並不滿足於此，鍾情咖啡的Clayton留意到咖啡店每天都會棄置大量咖啡渣，啓發他思考利用咖啡渣作為原料。他說：「如果煮熟的咖啡豆可以，那麼咖啡渣又是否可以呢？」帶着好奇心，鍾堯基老師協助學生將用咖啡渣做的防曬油成品送往浸會大學進行測試，發現咖啡渣防曬油可阻擋大部分紫外線。「環保咖啡渣防曬油」效果顯著、成本低廉，並解決了咖啡渣廚餘問題，是優秀的STEM學習成果。
■實驗示範 (注意！實驗期間須由教師協助及陪同)
◆阿拉丁神燈
實驗材料：
1. 二氧化錳(MnO2)約0.5克 2. 雙氧水(過氧化氫，H2O2)約30毫升
3. 玻璃瓶
實驗過程：
(1)
先將約30毫升的雙氧水倒入玻璃瓶內
(2) 將二氧化錳以茶包裝好，懸在瓶口，以塞子按實。注意不要讓二氧化錳接觸到雙氧水。
(3) 將塞子拔走，茶包會跌到瓶底與雙氧水產生反應，瓶口冒出白色煙霧，猶如阿拉丁神燈一般。
原理解釋：
二氧化錳是催化劑，它將雙氧水迅速分解為氧氣與水，以及產生大量熱能，噴出的白色煙霧就是氧氣和水蒸氣。
◆霧之戀
實驗材料：
1. 膠樽一個
2. 打氣筒
3. 水
實驗過程：
(1) 將小量水(約3毫升) 倒入膠樽內，如果使用酒精效果會更明顯。
(2) 利用打氣筒注入空氣。注意打氣過程中要用力壓住樽口，防止漏氣。
(3) 大約打氣4至5次，膠樽發出「啵」的聲響。膠樽內出現雲霧。
原理解釋：
膠樽打氣後，內部空氣壓力大於外面，當鬆開被壓住的膠樽口，膠樽內部壓力瞬間降低。此時會有兩個現象同時發生：
(1)膠樽內溫度降低，因為氣體急速膨脹時，會吸收熱量。
(2)由於壓力急速降低，膠樽內的水會被蒸發，產生水蒸氣。產生的水蒸氣由於溫度降低，因此凝結成肉眼看得見的霧氣。
◆淘氣的乒乓球
實驗材料：
1. 風筒
2. 乒乓球
實驗過程：
(1) 打開風筒電源，將乒乓球輕輕放置於出風口。
(3) 乒乓球會飄浮在出風口而不會掉落。
原理解釋：
「康達效應」(Coanda Effect)又稱為「附壁作用」，是指流體(Fluid，如空氣)遇到障礙物(如乒乓球)，流體會沿着障礙物曲面流動的現象，並產生推往流體方向的作用力。由於氣流平均流經乒乓球的兩側，產生了大小一樣的向左與向右的作用力，因此能將乒乓球困在氣流中。
■相關概念
科學方法 (scientific method)
廢料循環 (waste recycling)
解決問題(解難)(problem solving)
■多層思考
生活中，我們如何以科學探究精神實現可持續發展？
[通通識 第540期]
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