第陆章 岩石矿物教材园设置探讨.DOC

第陸章 岩石礦物教材園設置探討 國小自然科學教材中與岩石﹑礦物有關之單元有「玩石頭」﹑「泥沙」﹑ 「美麗的山川」﹑「礦物」﹑「地層」等。地層觀察以野外觀察較佳，校內不 易佈置，只能做模型或拍攝幻燈片。至於岩石﹑礦物各單元及地形形成的教材 均可佈置觀察園或沙盤作業場。 第一節 觀察園設計方式 各校校園面積與形狀各不相同，必須依校園特性做整體性規畫，俾能長期 使用。通常有方格池式﹑開闊式及沙盤作業場等。 一﹑方格池式 可利用圍牆底下或牆旁砌出約 1㎡大，20cm～30cm高的方格池，底部注意 排水良好，池數至少三個以上，便於學生觀察及分類操作。這種方式，適用於 玩石頭﹑泥沙及礦物的觀察；此式優點為可做有系統的操作。 二﹑開闊式 這種方式不加任何人為建築，只將各種岩石﹑礦物標本堆在一起，利用校 園中空地，提供學生觀察﹑分類等操作，並可兼做沙盤作業場，為其優點。但 可能較浪費時間，且若教師指導不當時，學生可能不知所措；但指導得當，可 激發學生的思考與想像力，各有利弊。 三﹑綜合式 將上述二式組合在一起，可兼有二者優點，但並不一定能去除二者缺點， 關鍵在於教師指導。 四﹑沙盤作業場 地形的形成，必須經過長時間的沖積﹑侵蝕作用，我們不可能實際看到它 形成的漫長史，但可藉沙盤推演的方式來推理；因此，每個學校最好都能規畫 沙盤作業場。沙盤作業場最好與岩石礦物觀察園鄰近，可以相得益彰，佈置沙 盤也較省時。 沙盤作業場可採下列兩種方式設計 1.平臺式 長1m﹑寬60cm﹑高30cm之實心混凝土建平臺數座，每五人一組為原則，以 便每一位學生都有機會操作。操作時，讓學生親自佈置岩石﹑沙土等物於平臺 ，再進行各種山嶺﹑高原等假想佈置後，澆水操作，以觀察搬運﹑沖積﹑侵蝕 等各種地形的形成，並做各種推理。因此，每一平臺之間，需考慮適當距離和 間隔，以利操作，通常間隔﹑距離以1m為原則。 2.滑梯式 本式與前式類似，只是將平台改成滑梯，此式利於排水，觀察各種河流的 搬運、沖積將非常理想。 3.臨時式 不做固定平臺時，可在上課前於空地鋪上塑膠布，再請學生佈置及操作。 前二式省時，本式經濟，各有優劣臨時式不佔太多空間，如果校地小的 學校不妨用之，但師生課前準備須多花一番力氣。校地大的，可採平臺式或滑 梯式設計，上起課來較有充裕的時間推理。 第二節 佈置原則 岩石礦物教材的佈置較其他教材容易，也較易於經營管理，但仍有一些應 注意的佈置原則，分述如下 一﹑方便觀察 觀察園設置目的為幫助教學，因此，觀察園應靠近自然科學教室。其次， 周圍不要夾雜其他的體育設施。但為求美觀，可在周圍種些小型園藝植物，使 其剛柔並濟，而於佈置沙盤時欲插上花﹑草即隨手可得。 二﹑安全原則 觀察園旁千萬不要有體育設施，如鞦韆﹑浪船等，以免四周危機四伏。貴 重的金屬﹑礦物以及稀有的化石，製成標本，妥善保管為宜。 三﹑啟發思考 自然科的教學，以啟發學生思考﹑培養創造力為首要，並藉以培養求真的 科學態度及養成科學方法與技能，科學教育才能踏實。因此，在佈置觀察園時 ，便須考慮啟發性；不但環境本身須有啟發性，連「標示牌」上的指導語，也 不要給予填鴨式的灌輸，應多鼓勵學生思考與創造。例如沙盤作業場的指導語 可寫上 1.您能利用附近的物質佈置高原嗎 2.您能用什麼方法推想地形的成因呢 第三節 岩石﹑礦物來源與常見的岩石﹑礦物種類 岩石﹑礦物之多，恐怕不是數字所能描述；欲取得岩石或礦物，除了貴重 及稀有之外，其餘可說垂手可得。只要有心收集，不須多少時日便有一大堆。 岩石與礦物的採集，最好師生共同參與，以收提高學習動機之效，對觀察園維 護也有幫助因為學生參與能產生成就感，榮辱與共。 一﹑岩石的種類 岩石rock是礦物的集合體，成大塊產出而構成地殼。可區分為火成岩 Igneous rock﹑沉積岩Sedimentary stone﹑變質岩Metamorphie rock三 大類。 1.火成岩由岩漿Magma冷卻固結而成的岩石稱為火成岩Igneous rock ；有花崗岩Granite﹑閃綠石Diorite ﹑安山岩Andesite等。 2.沉積岩是已成岩石的碎屑或火山噴出的灰屑﹑生物的遺體，在水底沉 積及風成沉積而造成，層次分明，且常發現化石。有砂岩Sand stone﹑頁岩 Shale﹑石灰岩Lime stone等。 3.變質岩是火成岩﹑沉積岩受高熱與壓力的作用，經過變質而成的，能 作薄片剝離，常為結晶而不含化石。重要的有片麻岩Gneiss﹑片岩Schist ﹑蛇紋岩Serpentine﹑大理岩Marble等。 二﹑礦物的種類 礦物的種類很多，如雲母﹑石墨﹑水晶﹑磁鐵礦﹑金礦﹑黃鐵礦﹑硫磺﹑ 方解石﹑長石﹑滑石等。其中構成岩石成分的礦物叫做造岩礦物Rocking mineral，數量並不多，主要有石英﹑長石﹑雲母﹑輝石﹑角閃石﹑橄欖石等 ，分述如下 1.主要的造岩礦物 1 石英Quartz是地球表面上最常見的礦物，主要存於花崗岩及其他岩 石之內。河海沿岸所看到的白沙就是石英的碎粒。常見的石英有水晶 Rock crystal ，無色透明﹑紫水晶Amethyst，因內含氧化錳而呈紫色﹑黃水晶 Citring ，內含氧化鐵而呈黃色﹑紅水晶Rubasse ，內含氧化鈦而呈紅色 ﹑貓眼石Catseye，石英之呈綠色而含有石絨者﹑虎眼石Tigers eye ， 通常呈褐色或青色，含有多數平行的石絨纖維，磨過之後即放出虎眼狀的光彩 ﹑瑪瑙Agate 和碧玉Jasper，後兩者可做裝飾品。 2 長石Felspar 也是分佈極廣的礦物，為火成岩的主要成份，有正長 石Orthoclase及斜長石Plagioclass 兩種。正長石為單斜晶系，成短柱結 晶，兩劈開面成正直角相交，呈白色﹑淡紅色或灰白色而不透明。成分除矽酸 鎂外，尚有鈉或鈣。 3 雲母Mica為花崗岩及其他岩石的成分，常和石英碎粒存於河床及海 濱的砂礫之中。常見的有白雲母Muscovite及黑雲母Bio -tite兩種。白雲 母屬單斜晶系，作六角狀結晶，無色透明而含有真珠或銀的光澤。黑雲母形狀 相同，但它呈黑色或黑褐色。 4 輝石Pyrox為八角柱完全結晶，兩面劈開略作直角相交 約87 ，劈開面的光澤較鈍。翡翠Jade便是輝石的變成物，呈青綠色，質硬而色強 。 5 角閃石Amphibole 與輝石極為相似，為六角柱結晶，兩面劈開斜交 114劈開面的光澤強烈。白玉即由角閃石變成的，色淡而成半透明。 6橄欖石 Olivine 屬於斜方晶系，以肉眼看為淡黃色至橄欖綠色，顯 微鏡下為無色透明，折射率甚大。橄欖石與透輝石甚為類似，但後者比前者節 理發達，成斜消光、複哲射率稍低等可做區別。 2.副成分造岩礦物 重要的副成分造岩礦物有柘榴石﹑電氣石﹑磷灰石及磁鐵礦等。由於它們 的存在，岩石的成分和狀態經常因此產生變化。 1 柘榴石Camet 是岩石的副成分之一，含有鎂﹑鈣﹑鐵等的矽酸鹽類 ，結晶為斜方十二面體，多呈紅﹑褐綠等色，透明和不透明的都有，但都有玻 璃光澤。 2 電氣石Tourmaline是一種複雜的矽酸鹽，含有硼﹑鐵﹑鎂﹑鋁等成 分，通常作六角或三角柱狀結晶，現出漆黑色，並有美麗的玻璃光澤。 3 磷灰石Apatite 主要是由磷酸鈣合成，常作六角柱或板狀結晶。純 者無色透明而有玻璃或樹脂光澤。 第四節 岩石﹑礦物分類及鑑定概述 一﹑岩石鑑定方法 1.到野外實地調察岩石的產生狀態。 2.觀察岩石的色彩﹑光澤﹑硬度﹑比重﹑化石的有無﹑岩石的破裂面及其 片狀的有無等。 3.把岩石放在鋼板上磨，製成薄片，在偏光顯微鏡Polariscope 之下， 做細微構造觀察。 4.定性分析。 二﹑礦物鑑定方法 最精確的鑑定法為定性﹑定量分析，但這兩分析法手續繁雜，因此常用吹 管分析法，比較簡便。這種方法是利用吹管Blowpipe把火焰吹到要檢驗的礦 物上，產生燃燒反應，來鑑定礦物。 吹管分析法必須具備的儀器有1.吹管2.酒精燈或本生燈或氫氧吹管3.木炭4.玻璃管5.白金線。 吹管分析法簡要介紹四種檢定方法 1.焰色反應 以鑷子夾取礦物小片，或以鉑線浸入鹽酸後黏起礦物粉末，移到酒精燈或 本生燈的「外焰」上燃燒，除了礦物的熔點不同之外，火焰的顏色可現出礦物 所特有的顏色，如鈉----深黃色﹑鉀----淡紫色﹑銅----深綠色﹑鉛----藍色 ﹑鈣--橙黃色﹑磷----綠色﹑硼----鮮綠色﹑砷----淡紫色並發煙。不過，焰 色反應法並不容易，除了操作技巧必須純熟之外，對礦物的基本特性也須具備 相當程度的素養，且須豐富的經驗，否則很難實施。 2.玻璃管中礦物加熱試驗法 這種方法又分為開管和閉管兩種方式 1 開管中加熱試驗將礦物粉末倒入開管的彎曲部位後，在火焰上加熱 ，其中容易揮發的元素即成氧化物而放散，或成昇華物而著於管內。如輝安礦 加熱後便放出濃厚的白煙，並在管的上部形成昇華。 2 閉管中加熱試驗將小片礦物放入一端封閉的玻璃管內，在酒精燈上 加熱，若有揮發成分，則在管的上方凝結起昇華或變成氣體而逸散。如砒鈷礦 在閉管中發生黑色昇華，同時放出蒜味。 3.木炭上的試驗法 此法在木炭上鑿一小孔，將礦物粉末倒入孔內，以火焰燒之，可以檢查三 種反應1 礦物熔點的高低。2 金屬小球的形成如銀﹑鉛﹑錫等在「還 原焰」上可形成金屬小球。3 礦衣的有無礦物質昇華在木炭上結成的薄衣 叫做礦衣，礦衣有種種顏色，如鋅----熱時黃色，冷卻後白色。錫----熱時淡 黃色，冷卻時白色。鋁----熱時黃色，冷卻時淡黃色。 4.硼砂球試驗 以白金線彎成小圈，套取硼砂粉末，以強熱燃燒使成硼砂小球Borax bead，再以此球黏取欲檢驗的礦物粉末，以吸管加熱；此時礦物熔化而在球上 現出特有的顏色。反應的色彩因焰火及礦物種類而不同如銅----在氧化焰中 呈現綠色﹑青色，在還原焰中呈現無色﹑赤褐色。錳----在氧化焰中呈現紫色 ﹑青紫色，在還原焰中呈現無色。鈷----在氧化焰中呈現青色，在還原焰中呈 現無色﹑赤褐色。金-- 在氧化焰中呈現紅色，在還原焰中接近白色。鐵----在 氧化焰中呈現黃褐色﹑黃色，在還原焰中為灰綠色﹑無色。鎳----在氧化焰中 呈現紫色﹑赤褐色，在還原焰中呈現無色。 除了吹管反應法之外，化學反應法也簡略介紹如下 此法將欲檢驗的礦物粉末，用鹽酸﹑硝酸﹑硫酸﹑王水等強酸或鹼液來溶 解再注入其他試藥鑑別。例如 1.方解石﹑菱鐵礦等碳酸鹽類，注入酸類即成二氧化碳而溶解。 2.鐵礦粉末以硝酸煮之，再加入黃血鹽溶液亞鐵氰化鉀 K4Fe CN6 即 現出青色。 3.銅礦粉末溶於硝酸，再加氨水便呈現美麗之青色。 4.石炭加入苛性鉀溶液，熱之，如炭化程度越低，越呈黑色，無煙炭類， 因炭化程度很高，所以無色。 5.石英不受酸類浸蝕，唯有王水才能溶解。 第五節 結語 各種觀察園均應依教材特性妥善規畫，並於規畫之初考慮整個生態系的完 整概念，生物與非生物之間的奧妙關係。而礦物與地質方面的教材，尤需提供 教學之方便，發揮媒體的功效，才能夠提高教學效率，增強學習效果。但目前 國內這方面的人才亟需培養，誠望大家共同努力