STEM大冒險-超驚奇的工程魔法 ：配合108課綱科技領域，培養創意設計與實作能力

工程就是研究和規劃怎麼創造出更優良的產品和系統。

說到「工程」，你會想到什麼？或許你會想到力、機器和建築工地。這本書裡會介紹很多力跟機器，也會介紹人—工程師，他們使用科學和數學來測量力跟檢驗材料，才能創造出奇妙的新產品和系統。

每個人都需要工程。我們需要結實的建築物，需要泵浦和水管來澆灌食物以及讓房屋變暖。我們有汽車和火車帶我們去上學和工作。我們有能潛入水裡的機器來探索海洋，有火箭帶我們進入太空。細小微生物做成的藥物可以拯救我們的性命。

因為各個領域的工程，我們的生活也變好了。你對哪一種類型的工程最有興趣？看完這本書的介紹，有一天，你也會變成這些驚人進展的大師或解決問題的人！

胸懷大志！祝你好運！

質量很重要

工程師們，能感覺到力的存在嗎？力跟提供動力的能量影響本書的所有工程專案—現在，力也對你的身體起作用。就拿重力來舉例吧⋯⋯

重點是什麼？

重力

重力這種力會讓有質量的物體彼此拉扯。質量是構成某個東西的所有物質。質量很大的物體—例如地球—重力就很強，超過質量比較小的物體。重力讓所有的物體落在地球上，也讓地球繞行太陽。

在家做實驗

重力速度測試

我們所謂的「重量」其實是拉著物體質量的重力。因此，如果重力拉著比較重的物體，掉落的速度就會比較快—對嗎？來實驗一下吧！

1.你要同時把大球跟小球從同樣的高度落下。在開始前，先預測哪一顆球會先掉到地上。

2.放開球，看你的預測對不對。

3.同時讓一顆球跟一張紙一起落下呢？紙跟球，哪一個會先碰到地面？

4.讓球跟紙落下，找出答案。

原理是什麼？

會同時掉下來！這是因為重力讓所有落下的物體用同樣的速率加速。重力對比較重的東西確實拉力比較強，但是會抵銷，因為跟輕的東西比起來，重的東西更會抵擋動作。如果你讓輕的東西往下落，比方說紙張，會發生什麼事？落下的時間比較長，因為空氣讓它的速度變慢了。

在家做實驗

橡皮筋能量比賽

除了駕馭力，工程師也需要駕馭能量。能量提供動力。來看看吧！

1.把橡皮筋拉成原來的三倍長，然後放開。

2.現在把橡皮筋拉成六倍長，然後放開。

原理是什麼？

把橡皮筋拉長的時候，橡皮筋會得到勢能—儲存在橡皮筋裡的能量。放開時，勢能變成動能。拉得愈長，儲存的能量愈多，橡皮筋也會飛得更遠。第32頁會繼續解釋勢能。

工程師介紹：伽利略

義大利科學家伽利略（Galileo Galilei,1564-1642）發現不同重量的物體會用同樣的

速度落下。他也發現單擺背後的科學—他發現單擺搖動時，勢能轉成動能，因為重力會強迫單擺往下。一再往下移動，就是左右擺動。

動起來

除了重力和能量外，還有其他的力推拉物體，影響東西移動的方式。工程師們，來看看

吧。該動起來了！

在家做實驗

停止和啟動

首先，來做個實驗，了解東西怎麼動—或了解東西為什麼不會動！

1.剪出四到五塊紙板，至少12×25公分大小，然後黏在一起。等膠水乾。

量2.出紙板的中點，用鉛筆做記號。然後在中點兩邊離1.5公分的地方各做一個記號。中線兩邊應該各有6.5公分的長度。在這兩點上，用剪刀插出兩個比定位稍小一點的洞。

3.把兩根定位銷插進洞裡。用橡皮筋套住定位銷。如果定位銷有點晃動，再加幾層紙板。

4.把尺平放在定位銷中間，把車子放在橡皮筋前面。

5.找一塊平面，有空間給1∼1.5公尺的軌道。把皮尺放在軌道的旁邊。接下來，來做軌道！

6.剪三塊25×90公分的紙板。

7.一張紙板保持原狀，第二張鋪上鋁箔紙，第三張鋪上保鮮膜。

8.現在來測試軌道。把車子在橡皮筋上往後拉，然後放開。每個軌道測試三次，每次往後拉的長度都不一樣。

9.記錄車子前進的距離。你能不能算出在每種平面上三個距離的平均值？哪一種平面

有最高和最低的平均值？在哪一種平面行進需要更強的力？

10.現在在軌道上噴水，再做一次實驗。把結果寫下來。

原理是什麼？

還沒開始實驗前， 玩具車哪兒都不去—除非施加力，不然物體會保持靜止。這個原則叫作慣性。把車子往前推，就施加力。力會讓車子加速。最後，車子因為摩擦力而停下來—車輪與地面之間摩擦的力量。用鋁箔紙或保鮮膜蓋住軌道，以及噴水以後，結果是

否有明顯的差異？在什麼樣的平面上，車子行進的距離最遠？你覺得原因是什麼？

工程師介紹：牛頓

英國物理學家牛頓（Isaac Newton, 1643-1727）發現了運動定律。牛頓的第一運動定律解釋，物體被施加力之後才會移動， 而且會直線移動。物體的質量愈大，慣性愈強，也愈難移動。

在家做實驗

轉一轉

從汽車到電腦，很多機器都需要旋轉或轉動。會用到什麼樣的力？

原理是什麼？

球會往外面飛。你的手在筆上產生叫作扭力的旋轉力。球的慣性會抵抗這股力，球也應該要直線移動。但物體繞圈時，另一種叫作向心力的力會一直把物體往中間拉，不讓它們直線飛出去。這股向心力來自繩子的張力。

工程就是研究和規劃怎麼創造出更優良的產品和系統。

說到「工程」，你會想到什麼？或許你會想到力、機器和建築工地。這本書裡會介紹很多力跟機器，也會介紹人—工程師，他們使用科學和數學來測量力跟檢驗材料，才能創造出奇妙的新產品和系統。

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