「發現螢光」學習活動設計與材料包

帶著大家認識礦物發出螢光的原理,並實際觀察螢光礦物的「發現螢光」活動,已經進行過好幾場。由於這個現象不只是地球科學的認識礦物而已,背後所牽涉到的科學原理,其實包含物理、化學與生物等自然領域學科。所以除了適用在地球科學的選修課程之外,自然領域相關的加深加廣選修、多元選修、或探就與實作課程,也同樣適合帶領學生來進行。

原本我辦理「發現螢光」這個活動都是針對老師的研習,但是在上學期永春國小和這學期大里高中的二次邀約,都是直接面對學生的學習活動。於是我完成一個給學生用的學習活動設計,再搭配把材料包留給邀請我的學校,讓學校老師未來還可以持續操作這個活動。活動內容包括二節課的科學原理講解、螢光礦物觀察實作、螢光礦物跑檯觀察、以及特殊螢光礦的的觀察與描述等等。

2024.06.22更新
回顧這一年的「發現螢光」研習活動
2024.03.25更新
目前112學年度第2學期行程已經幾乎排滿(已經排定的行程表),歡迎有興趣的學校或老師預約下學期的場次。

以下是大致的學習活動流程和材料包的內容與說明:

  1. 引起動機:將學生分成六組,每組發放一隻365nm長波紫外線手電筒*,以及一顆綠螢石*,請同學觀察螢石本來的顏色,以及用紫外線手電筒照射後所呈現的顏色,並說明這就是今天活動的主題。
  2. 科學原理:講解電磁波、人類視覺、與能階躍遷等相關科學原理。講解內容可以根據學生年級與學習背景精簡。
  3. 常見螢光礦物的個別發光原理與礦物標本實際觀察:搭配個別螢光礦物的發光原理,提供同學相對應的螢光礦物實際觀察。同學需要觀察並紀錄這些螢光礦物的特徵,以便進行下一階段螢光礦物跑檯大挑戰所需。
  4. 選用的礦物及特色:

    1. 綠螢石*:經典的螢光礦物,變色效應明顯,由微量元素引發螢光。

    2. 紅剛玉(六角柱狀)**:由相同元素構成外觀顏色並引發螢光。
    3. (含錳)方解石*:兩種微量元素的能階躍遷與共振所導致螢光,螢光顏色多樣。
    4. 沙漏石膏*:白色螢光,具有明顯磷光。
    5. 方鈉石*:與上述標本的螢光色不同,且由不同微量元素所引發。
    6. 玉滴石(玻璃蛋白石)*:與上述標本的螢光色不同,由不同微量元素所引發。
    7. 油膽水晶*:由有機物質所引發的螢光。
  5. 跑檯觀察螢光礦物大挑戰:準備數種螢光礦物,礦物的種類或螢光特性與前面觀察的礦物類似,但礦物外觀、顏色與實作時不大相同。每檯礦物的觀察時間2分鐘,可以自由拍照、攝影、或筆記。跑檯活動結束後才公布題目,作答時可以參考筆記或上網查詢均可。

    選用的礦物及特色:

    1. 方鈉石(與青金石共生)**:和上課時的標本外觀不同(共生礦物不同),但螢光顏色和上課時的標本相同。
    2. 紅剛玉(與綠簾石共生)**:和上課時的標本外觀不同(共生礦物不同),但螢光顏色和上課時的標本相同。
    3. 方解石(白色片狀)**:和上課時的標本外觀不同(晶形和顏色不同),但螢光顏色和上課時的標本相同。
    4. 新疆油膽螢石**:和上課時的標本外觀不同(外覆礦物不同),但螢光顏色和上課時的標本相同。
    5. 白螢石**:和上課時的標本外觀顏色不同,但螢光顏色和上課時的標本相同。
    6. 內蒙之眼螢石**:有螢石標準的藍色螢光,還有明顯的磷光。
    7. 方解石和螢石共生**:和上課時的標本外觀不同(晶形和顏色不同),而且同時有兩種螢光礦物,但螢光顏色和上課時的標本相同。

  6. 公布成績並觀摩各組觀察筆記:請學生分享觀察石的筆記與答題的判斷根據。
  7. 提供更多不同類型螢光礦物進行觀察:由學生自行觀察、紀錄,並蒐集資料判斷可能的礦物名稱。
  8. 預計提供的礦物種類(以下標本不會全部準備或提供):

    1. 日光螢石(馬達加斯加)***:螢光很強,無法在日光下就變色,但可以用來比較相同螢光礦物的螢光亮度明顯差異。
    2. 日光螢石(納米比亞)***:螢光很強, 可以在日光下就變色,同時也可以用來比較相同螢光礦物的螢光亮度明顯差異。

    3. 黑色螢石***:很少見的螢石顏色,而且螢光顏色為紅色的螢石同樣很少見。
    4. 綠螢石和蠟燭水晶共生***:很可愛的綠螢石,好像有一根白色的蠟燭水晶長在螢石裡面一樣,大約2到3公分大小。
    5. 天然結晶的八面體螢石***:和人工敲打而成的八面體顆粒螢石不同,這種標本的螢石可以看出天然結晶成八面體形狀的螢石。
    6. 透明綠螢石***:這個產地的綠螢石非常透徹,很像玻璃,螢光很明顯。
    7. 油膽螢石***:大顆的,和第二類標本提供那種小顆的視同一個產地(新疆),螢光很漂亮,超漂亮。可是價格很貴,超貴。
    8. 綠螢石和方解石共生***:與前面提供跑檯挑戰的標本類型相同,跑檯標本是小顆藍色螢石和片狀方解石,這個標本是大顆粒綠色螢石和塊狀方解石標本。
    9. 片狀方解石***:有幾種不同型態的白色片狀方解石可以選擇。
    10. 方解石與水晶共生***:和水晶共生的方解石很有造型,外觀很獨特。
    11. 柱狀方解石***:柱狀,接近透明的方解石,變色效果很明顯。
    12. (黃)方解石***:與(含錳)方解石螢光色不同,具有明顯磷光。
    13. 冰洲石(方解石)***:解理面相當發達的方解石,但螢光不明顯,礦物結晶透明,通常有明顯雙折射現象。
    14. 摩洛哥沙漠玫瑰石膏***:玫瑰狀的片狀石膏,有明顯的螢光和磷光效應。
    15. 內蒙沙漠玫瑰石膏***:玫瑰狀的片狀石膏,有明顯的螢光和磷光效應。
    16. 透石膏***:有螢光的透石膏很少見。
    17. 尖晶石***:紅色螢光和紅剛玉相當類似。
    18. 紅剛玉和方鈉石共生***:非常漂亮的紅色和金黃色螢光搭配。
    19. 瑪瑙***:螢光是少見的綠色。
    20. 閃鋅礦***:紅棕色的晶體,有明顯的綠色磷光。
    21. 鐵閃鋅礦***:在金屬礦的表面就有金黃色的螢光,是非常少見的標本類型。(目前沒有可以送的標本)
    22. 白鉛礦***:常與方鉛礦及重晶石共生,黃色的螢光很漂亮。
    23. 矽鋅礦***:常與方解石共生,呈現綠色螢光,在短波紫外線照射下的螢光會更漂亮。
    24. 其他****:水砷鋅礦、紫方鈉石、磷灰石等等。
  9. 講師費用與材料包
    • 如果承蒙學校邀請,扣除交通費用之後的講師費用,我可以用來提供材料包給學校。若是學校的經費不足,我還是可以無償提供部分的標本或器材給學校運用
    • 一般正常狀況下,如果是二節課的鐘點費用,每節1500元。我大致可以提供365nm長波紫外線手電筒和大部分原理講解時搭配的螢光礦物6套(下表的第一類標本,前文中礦物後方有*號標記)。
    • 如果學校能夠提供三節課的鐘點費用,每節1500元,我應該可以提供跑檯所需和額外的礦物標本各一顆(下表的第二類標本,前文中礦物後方有**號標記)。
    • 若學校提供的鐘點費用是每節2000元,二節鐘點費我盡量擠出以上兩類標本給學校,三節的話我就會從第三類標本中挑選,或由學校指定要哪一種類型的標本。

    目前邀請我到校演講的形態有:辦理校內教師研習、辦理示範教學、辦理說觀議課等等,這些型態的活動我都會依照以上方式提供螢光礦物材料包給學校。如果是辦理跨校教師的研習,則由主辦學校決定要留多少螢光礦物在學校,其他我會選擇不一樣的螢光礦物給每位參加老師。

    總而言之,歡迎大家一起來認識螢光礦物,認識這個自然界奇妙的現象。


以下是我根據目前(2024.03.10)手上的標本數量和價格,參考演講費用所估計的數量。如果未來庫存標本的情況有改變,或是邀請學校的演講費用比較多或比較不足,我都會再調整下列的內容。

*第一類標本:可以給全班同學分組(6組)觀察,每組各1顆的螢光礦物材料包(每一種類各6件)

  1. 365nm長波紫外線手電筒
  2. 綠螢石:經典的螢光礦物,變色效應明顯,由微量元素引發螢光。
  3. 紅剛玉(與綠簾石共生):由相同元素構成外觀顏色並引發螢光。
  4. (含錳)方解石:兩種微量元素共振所導致螢光,螢光顏色多樣。
  5. 方鈉石:與上述標本的螢光色不同,由不同微量元素所引發。
  6. 玉滴石(玻璃蛋白石):與上述標本的螢光色不同,由不同微量元素所引發。(目前小顆標本還夠每校6顆,若小顆用完,未來只能提供每校1顆大一點的標本)
  7. 油膽水晶:由有機物質所引發的螢光。
  8. 沙漏石膏:白色螢光,具有明顯磷光。

**第二類標本:可以用於跑檯觀察螢光礦物大挑戰(各1件)

  1. 方鈉石(與青金石共生):和上課時的標本外觀不同(共生礦物不同),但螢光顏色和上課時的標本相同。
  2. 紅剛玉(與綠簾石共生):和上課時的標本外觀不同(共生礦物不同),但螢光顏色和上課時的標本相同。
  3. 方解石(白色片狀):和上課時的標本外觀不同(晶形和顏色不同),但螢光顏色和上課時的標本相同。
  4. 新疆油膽螢石:和上課時的標本外觀不同(外覆礦物不同),但螢光顏色和上課時的標本相同。
  5. (白色、藍色或紫色)螢石:和上課時的標本外觀不同(晶形和顏色不同),但螢光顏色和上課時的標本相同。
  6. 內蒙之眼螢石:有螢石標準的藍色螢光,還有明顯的磷光。
  7. 方解石和螢石共生:和上課時的標本外觀不同(晶形和顏色不同),但螢光顏色和上課時的標本相同。

***第三類標本:其他可以提供的螢光礦物標本(各1件)

  1. 日光螢石(馬達加斯加):螢光很強,可以用來比較相同螢光礦物的螢光亮度明顯差異。
  2. 日光螢石(納米比亞):日光下就可以看見螢光。
  3. 黑色螢石:累計材料包提供的螢石顏色有綠色、紫色、白色、及現在的黑色,可以講解微量元素如何影響同一種礦物的外觀顏色。且黑色螢石的螢光顏色不同,可講解同一種礦物但所含微量元素不同石產生不同的螢光顏色。
  4. 綠螢石和蠟燭水晶共生:單純是個很可愛的綠螢石,大約2到3公分大小。
  5. 內蒙之眼螢石:螢石的結晶是類八面體的階梯狀,產地是蒙古,而且每個頂點的螢光看起來很像眼睛而得名。除了螢光之外,還有明顯的磷光。

  6. 天然結晶的八面體螢石:和人工敲打而成的八面體顆粒螢石不同,這種標本的螢石可以看出天然結晶成八面體形狀的螢石。
  7. 透明綠螢石:這個產地的綠螢石非常透徹,很像玻璃,螢光很明顯。
  8. 油膽螢石:大顆的,和第二類標本提供那種小顆的視同一個產地(新疆),螢光很漂亮,超漂亮。可是價格很貴,超貴。
  9. 綠螢石和方解石共生:與前面提供跑檯挑戰的標本類型相同,但礦物的顏色和產狀不同。
  10. 片狀方解石:與前面提供跑檯挑戰的標本類型相同,但礦物的顏色和產狀不同。
  11. 方解石與水晶共生:與前面提供跑檯挑戰的標本類型相同,但礦物的顏色和產狀不同(不一定有賓士紋路)。
  12. 柱狀方解石:與前面提供跑檯挑戰的標本類型相同,但礦物的顏色和產狀不同。
  13. (黃)方解石:與(含錳)方解石螢光色不同,具有明顯磷光。
  14. 冰洲石(方解石):與前面提供跑檯挑戰的標本類型相同,但礦物的顏色和產狀不同(螢光不明顯)。
  15. 透石膏:屬於前面觀察時沒有提供過的螢光礦物。
  16. 瑪瑙:屬於前面觀察時沒有提供過的螢光礦物。
  17. 尖晶石***:紅色螢光和紅剛玉相當類似。
  18. 紅剛玉和方鈉石共生***:非常漂亮的紅色和金黃色螢光搭配。
  19. 鐵閃鋅礦:屬於前面觀察時沒有提供過的螢光礦物。
  20. 白鉛礦:屬於前面觀察時沒有提供過的螢光礦物。
  21. 矽鋅礦:常與方解石共生,呈現綠色螢光,在短波紫外線照射下的螢光會更漂亮。

****僅展示,無法提供的螢光礦物標本

分享紀錄

  • 2023.04.28 竹市新竹高中 跨校教師共備社群*
  • 2023.06.08 中市台中一中 跨校教師共備社群*
  • 2023.11.28 台大地質科學系 職涯講座*
  • 2023.12.12 中市台中二中 輔導團教師共備社群*
  • 2023.12.20 中市永春國小 小三到小六學生*
  • 2024.03.06 中市大里高中 高三選修地科同學說觀議課*
  • 2024.03.26 北市萬芳高中 校內教師研習*
  • 2024.03.27 彰縣員林高中 校內教師研習*
  • 2024.04.13 中市優遊台中學(科博館)* 中市國高中學生(螢光礦物大禮包
  • 2024.04.16 南投中興高中 高一同學地科營隊*
  • 2024.04.22 化石先生員工訓練課程(國立自然科學博物館)*
  • 2024.04.27 高市新莊高中 跨校教師共備社群*
  • 2024.05.06 中市台中二中 高三同學選修地科*
  • 2024.05.07 竹縣六家高中 校內教師研習*
  • 2024.05.16 中市台中二中 校內教師研習*
  • 2024.05.31 北市陽明高中 校內教師及社團同學研習*
  • 2024.06.04 北市北一女中 跨校教師研習
  • 2024.06.11 北市成功高中 跨校教師研習*
  • 2024.06.18 北市中正高中 校內教師研習
  • 2024.06.20 竹縣香山高中 跨校教師研習

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