亞太科學教育論壇, 第四期, 第二冊, 文章六(二零零三年十二月) 陳正治、徐國文 影視科學-以獵殺U-571為例
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四、實例說明

本獵殺U-571一片是在描述第二次世界大戰時，美軍為奪取一艘受創之德軍U型潛艦上的密碼機，派遣一艘美製S型潛艦前往完成任務的海戰動作片。欣賞獵殺U-571電影後，老師利用暫停播放DVD機制，控制影片播放速度，適時提問下列問題：

1. 潛望鏡的結構？
2. 如何測量兩物間的水平距離？
3. 如何測量觀測物高度？
4. 為何深水炸彈爆炸時，潛艇會發生激烈震動？
5. 當潛艇發生激烈震動，潛艇內部人員要採取怎樣的防護自保措施?
6. 當船艦使用聲納設備時，為何要靜音？
7. 魚雷的密度與海水密度的關係
8. 擊發魚雷時，魚雷的運動方式是怎樣前進的？
9. 航海時船速的計量單位為什麼使用「節(Nautical mile per hour)」作為單位，換算成一般道路行車速度(Kilometer per hour)有何不同？
10. 潛艇外殼為何總是類似拱型結構？與一般雞蛋外形有何相似之處？
11. 控制潛艇沉與浮的機制是什麼？
12. 何謂摩斯密碼(Morse code)？你能自製一臺密碼機嗎？
13. 為何潛艦沉入海底越深，潛艦內部管線會有漏水現象？

透過上述題目的提問當作研究教學之動機導入，緊接著教師表演幾項會引起現場驚呼的科學遊戲，例如利用自來水裝入寶特瓶內產生類似開香檳現象的「噴水香檳」；利用燈光進行密語通訊；利用連發竹槍擊落飄浮球；利用旋動氣球火箭進行「在半空攔截」等科學遊戲。隨後分多次單元指導學生科學動手做並完成幾件作品，例如：浮沉偶、連發竹槍、密碼機、螺旋飛魚、旋動汽球火箭及簡易經緯儀，作為學員可攜帶返家的作品。教師並隨後講解各件作品所應用的科學原理或可傳達的科學現象，並藉由科工館相關展示廳之參觀，增強其學習的深度與效果。將各本教學研究中學員自製的科學玩具名稱、電影情節應用、所欲闡述之科學意涵及科工館相關之展示廳表列如下表一：

表一､科學玩具與延伸教育關聯表

科學玩具名稱	電影情節內容	應用原理	延伸展示廳與展品
浮沉偶	深水炸彈爆炸時，為何潛水艇會產生激烈的震動及控制潛水艇浮與沉的機制是什麼？	帕司卡原理解釋水壓的傳遞現象 阿基米得原理探討影響物體在水中沉或浮的變因	交通與文明展示廳—海上運具
射擊飄浮球:連發竹槍	衝鋒槍槍身為何要有托把及連動機械？ 船體後方渦流產生現象	槍枝的幾何構圖及重力場中拋物體運動的路徑。 流體動力學	動力與機械展示廳—簡單機械之槓桿與斜面
密碼機	什麼是摩斯密碼及其傳訊的技巧？如何自製一台有線密碼機？	電路的串聯與並聯應用 摩斯密碼內容	電子世界展示廳—電路 電腦與通訊展示廳—摩斯密碼 交通與文明展示廳-船上通訊
旋動汽球火箭	魚雷擊發後如何能穩定前進？動力源是什麼？	牛頓第三運動定律(作用力與反作用力) 簡單機械之螺旋應用	航空與太空展示廳--火箭介紹 動力與機械展示廳--螺旋結構
簡易經緯儀	砲艇擊發砲彈時落彈點位置與仰角之測量	三角函數應用及測量	交通與文明展示廳—水平測量儀及經緯儀
水中蛟龍	潛艇沉與浮的控制機制	阿基米得原理應用	交通與文明展示廳-我找到了(EUREKA)
水壓的測量	潛艇沉入水中越深，艇身承受的水壓力越大，艇身內部管線漏水	液體壓力=液體密度*深度	交通與文明展示廳-潛艦結構
陀螺儀	潛艦或飛行航空器在爬升或下降時，依賴之導航設備之一	轉動力學應用	交通與文明展示廳-潛艦與飛行航空器
潛望鏡	潛艦人員觀測水面上物體的儀器	光的反射應用	交通與文明展示廳-潛艦、汽車後視鏡

學員利用自製之科學玩具完成後，即可獲得相關知識的應用，並可以利用小組討論時間或課餘時間尋找相關資訊，以精進其科學玩具之準確度與精密度，用以激發其發現不同知識應用或擴展其視野。為激勵學員創作或創新的意願，本教學研究特別規劃一些以組為單位之競賽活動，提升本項教學研究之趣味性，相關之競賽活動方式簡介如下：

1､射擊飄浮球(如圖三)：學員每人各自製一把連發竹槍，比賽時以小組為單位，一組負責控制飄浮球，並觀察球體在空氣噴流束外運動的情行，另一組負責持連發竹槍將飄浮球擊落。活動目的在於觀察流體通過圓柱型障礙物後的運動情形，並進而觀察飄浮球成因與應用。

圖三：射擊飄浮球

2､在半空欄截(如圖四)：學員每人各自製一枚旋動汽球火箭，比賽時以小組為單位，一組負責發射旋動汽球火箭，並觀察火箭運動的方式，另一組負責持連發竹槍將火箭擊落。藉本活動觀察不同汽球火箭尾翼形狀與黏貼方式所產生之運動情形及穩定度，同時進而認識牛頓第三運動定律、彈力位能與動能之互換關係。

圖四：在半空欄截

3､終極密碼戰(如圖五)：學員每人各自製作一架密碼機，並利用電路串聯與並聯的結構，以觀察對方的燈號是否正常運作(電路串聯應用)，並共用一組電源節省電力(電路並聯應用)，比賽時以小組為單位，一人負責將他人所提供的簡易資訊轉化成摩斯密碼(Morse code)，再利用密碼機上的微動開關按扭，傳送至另一端並由該端負責解碼並回傳確認有無疏漏。

圖五：終極密碼戰

4､測量員報告(Surveyor reporting)如圖六)：學員以組為單位，在戶外擇定一建物，先目測一建物高度，再利用簡易經緯儀測量其高度，最後再利用捲尺實際測量建物高度，再進行誤差值之計算。

圖六：測量員報告

5、水壓測量(如圖七)：液面下物體承受液體壓力與液體密度及深度成正比，電影中的潛水艇沉入水中越深，艇身所受到的水壓力越大，潛水艇內管線承受不了壓力，產生漏水現象。同時，潛水艇為了有效抵抗強大的水壓，艇身外表大都採橢圓體(如同雞蛋蛋殼)拱形結構。

圖七：水壓測量

(附註：此作法引用2002年11月26日南區中學示範實驗研習會中發表作品)

6、水中蛟龍與浮沉偶(如圖八)：控制潛水艇浮與沉是依賴潛水艇內浮力艙的控制機制，當艇身內部水往外排，艇身變輕，只要艇身整體密度比水小時，即往上浮；反之，往下沉；艇身整體密度與水相等時，潛水艇即可在水面下隨處飄浮，此時潛水艇所受重力(Gravity)與水浮力(Buoyancy)相等，潛水艇處於失重或無重量(Weightless)狀態，此即是阿基米得原理應用。同時，利用浮沉偶教具，可以發現液體內部壓力產生變化時，壓力的改變也會向四面八方傳播，使部份水擠入浮沉偶內，當浮沉偶整體密度比水大，即下沉；反之上浮。

圖八：水中蛟龍與浮沉偶

7、陀螺儀(如圖九)：轉動的陀螺儀(Gyroscope)可觀察到轉動慣量、角動量守恆等應用，可以觀察到陀螺儀在導航設施上的應用。特別是電影中潛艦的兩具螺旋槳，轉動方向相反；又如直升機配置兩具螺旋槳之目地，均可藉由陀螺儀運動加以解釋。

圖九：陀螺儀

8、潛望鏡(如圖十)：利用光的二度反射即可隱身暗處並觀察到另一處物體，並利用街目鏡與接物鏡相對位置不同，觀察像的變化。

圖十：潛望鏡

9、參觀展示廳(如圖十一)：當進行完上述一些科教活動後，再帶領學員進入工博館

(http://www.nstm.gov.tw)相關展示廳內參觀，以獲取積極、即時且有效的學習效果，並提供學員自由參觀與探索的開放式學習機會。

圖十一：參觀交通與文明展示廳