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「用紙造橋」這個實驗的靈感是來自我大妹從圖書館借到的一本科學實驗活動書,這是一個只要家中有紙就可以做的活動,書扉(國小二年級)說她在學校已經做過這個活動,雖然活動簡單,但原理很不簡單(牽涉到平衡力及慣性矩),不過美國的學校比較希望孩子學習觀察及問問題,不太擔心孩子懂不懂原理,所以國小低年級就會做各式各樣的科學實驗。我很好奇五歲的喬治對「用紙造橋」這個實驗的反應,而且反正也不需要任何準備,所以就做了這個實驗。我使用空的小置物盒當橋的兩端橋墩,然後用A4的紙當橋面。這個實驗我們做了三次,每一次喬治的反應都不一樣,而且每一次我們學到的內容也不同。

第一次「用紙造橋」 (喬治不願意參與)

喬治對很多事情的第一個反應都是「不要」,他對於我說要做「用紙造橋」這個實驗的反應也是「不要」。做實驗時,最理想的情況是孩子願意一起思考和解決問題,不過,如果每次都要等喬治準備好再做活動,大概什麼活動都做不成,所以我快速將紙放在橋墩上,再將一塊積木放到紙上,然後很戲劇性地說:「糟了!用紙做的橋塌了。我們來問爸爸有沒有辦法用紙做出堅固的橋。」,這讓喬治停止哇哇叫,然後,波爸把紙摺成好幾摺,用膠帶固定起來,做成一座窄窄的橋,再將積木放在摺疊過後的紙上,這一次,波爸做的窄橋紙果然撐住積木。然後,我快速用紙摺好幾摺,讓它成為三角形波浪狀,將這張紙放到橋墩上,讓喬治看到這張三角形波浪狀紙做成的橋也可以撐住積木。

第二次「用紙造橋」(發現瓦楞紙是利用同樣的設計)

在第二次做「用紙造橋」這個實驗前,我試著找資料,想知道有沒有方式可以跟喬治解釋為什麼同樣的紙改變形狀後可以撐住重物。這時,我突然想到大部分紙箱的紙板的中間層,不也是三角形波浪狀嗎?我決定將這個發現帶入第二次「用紙造橋」實驗。這一次喬治不抗拒了,一方面可能是因為他正在吃午餐,看媽媽做實驗就當作看一場秀。給喬治看完三角形波浪狀紙做成的橋後,我拿紙箱給喬治看,然後讓他將紙箱紙板的表層撕下來,他撕得很開心。第二次實驗時 ,喬治的參與度變高 ,而且我們將這個實驗連結到日常生活中可見的物品。不過,媽媽還是沒有(辦法)跟喬治做任何原理解釋 。

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第三次「用紙造橋」 (喬治想要自己動手 + 看有趣影片) 

做完兩次實驗,媽媽還是不太知道如何解釋原理,所以繼續在網路上找資料,結果發現一些很有趣的影片,其中最適合喬治看的是台灣政府網站「科技大觀園」裡放的一段公視的影片,這是「流言真與假」這個節目中的一段影片,叫做「 隨手就能撕破的紙能拿來做家具、造橋、甚至蓋房子 你覺得是真?還是假? 」,我放這段影片給喬治看,他很感興趣,因為很短,而且有趣,因為有一台重型機車騎過一座用紙做的橋(他其實更想看另一段有氣球爆破的影片)。然後,我們再做一次用紙造橋的實驗,這一次,他想學爸爸做窄橋,雖然他還不太會將膠帶纏在紙上,我很高興他願意動手參與。在影片中,旁白者提到了「慣性矩」,我也趁機重述網站寫的內容:「 當我們把一張紙折成波浪狀時,會讓紙的厚度增加,增加它的慣性矩,紙就比較不容易形變,可以承受比較大的重量。 」,所以喬治聽到了幾次「慣性矩」這個專有名詞。我試著了解「慣性矩」這個概念,發現我看不太懂,當下覺得很佩服唸理工科的人。喬治將來如果想唸理工科的話,只能自求多福了,媽媽只懂皮毛。如果想看小學等級的造橋原理,文章最後還有一段喔!

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給小學生看的造橋原理

至於橋為什麼可以支撐很大的重量,大妹借的英文實驗書有簡單的解釋:「Birdges support their own weight as well as the things that go across them. They do this by spreading the force of the weight through the bridges. The bridge structure "push" against the force and the weight is supported. These are called balanced forces.」(翻譯:橋的結構將橋的重量以及橋上東西的重量產生的力平均分散到橋的各個角落,而且橋的結構也幫助產生相反於橋重量的力,因此形成了平衡力),至於對於為何一張平放的A4紙無法支撐物體的解釋,書上是這麼寫:「The bridge is only supported at the sides, so the weight pushed down in the middle.」(翻譯:因為只有橋的兩端得到支撐 ,所以橋中間的重物所產生的力就會往中間下壓),關於為什麼三角形波浪狀紙可以支撐重物,書中的解釋為:「The triangular shapes in the zigzag section spread the force of the weight across the bridge.」(翻譯:三角波浪形狀將重物產生的力分散到橋的各處) 。下列兩個網站對於「balanced force (平衡力)」有不錯的介紹:「DKfindout!」和「eSchoolToday」。

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