0

0
0

文字

分享

0
0
0

粉塵爆炸,老師講過有沒有在聽?

活躍星系核_96
・2015/07/04 ・4956字 ・閱讀時間約 10 分鐘

文/葉宏仁(國立東華大學課程系科學教育碩博班碩士生)

民國104年6月27日,適逢金曲獎第26屆頒獎典禮。暫時放下手邊「死線(deadline)」在即的論文(老師對不起),跑到朋友家與好友們一同觀賞現場直播。當典禮進行到一半時,瞥見社群網站上,突然出現一則與金曲獎不同的訊息-八仙樂園驚傳爆炸意外。點開新聞連結後迅速瀏覽內文,發現可能是粉塵爆炸惹禍。

由於日前曾於教學現場教授過相關課程內容,初見此訊息,只是熟練的將其分享至自己的科學教育分享社團,與幾位好友隨意討論一下,便不以為意。隨著時間過去,愈來愈多現場影片在網路上披露,且聽聞鄰近分院即時啟動333大量傷病患機制,才驚覺這爆炸所造成的傷害非同小可。隨著典禮結束之後,大家的焦點開始轉到此一事件,更多的資訊在網路上瘋傳,人們才發現這是一樁需要啟動雙北市EOC(緊急醫療應變中心),並且讓國軍一同加入救災的大型公共安全災害。究竟粉塵爆炸是什麼樣的情形?看似不起眼的玉米粉,為何能瞬間造成如此重大的傷亡?

Dust explosion. source:Wiki
Dust explosion. source:Wiki

什麼是塵爆?

爆炸,是物質迅速的反應時,能量集中釋放的現象;常伴高熱、強光與噪音。甚至會造成周圍空氣,或反應本身所生的氣體因熱而急速膨脹,形成極大的壓力,擠壓周圍環境空氣而傷人。當物質濃度在其爆炸極限(Explosive limit)時,就有爆炸的可能。

爆炸極限有所謂的爆炸下限LEL(Lower Explosive Limit)和爆炸上限UEL(Upper Explosive Limit),通常是以可燃性物質在空氣中所佔百分比表示。低於下限或高於上限均不易引發爆炸:氣體濃度太低,燃料不足以維持爆炸;而氣體濃度太高時,則是沒有足夠的氧氣供應燃燒。反之則可能引起爆炸。而爆炸範圍,就是能夠引起爆炸的區域大小,可以概括的想像成爆炸本身會造成殺傷的範圍大小。

粉塵爆炸,或稱「塵爆」,粉末狀的可燃性「固體」與空氣形成易燃混合物,當供給熱能時則起爆炸。消防單位至各級學校進行火災宣導時,都會再三強調「燃燒三要素[註1]」-可燃物、助燃物、熱。其實,木屑、澱粉(玉米粉是即是玉米澱粉)、加油站的油氣、甚至是鋁粉(金屬粉末,不要懷疑)等都是非常危險的可燃物。

當不易揮發的液體如重油等,霧化後與空氣混合,一樣能形成與粉塵相同的易爆狀態。此時空氣中的易燃物狀態,已經和瓦斯外洩時,那些瀰漫在空氣中的瓦斯無異。與油氣或瓦斯不同的是,人們常對這類固體物質掉以輕心。認為它們雖然燒得起來,但應該不致於迅速燃燒,甚至造成爆炸的結果。

但其實粉塵爆炸與氣體混合物爆炸相比,前者甚至更加危險。因為粉塵爆炸的過程中,爆炸所造成的壓力上升速度雖然較遲緩,也就是爆炸產生時的火球擴散的速度較慢,但可達到的最大壓力卻不輸給瓦斯氣爆,甚至有超越的可能;倘若粉塵中含有金屬或合金粒子時,一旦爆炸後其發熱量更高,造成的危害更大。

而空氣中雖然氮氣佔了近八成,氧氣已經被稀釋到只剩下兩成,但當粉塵與空氣的混合比率達到其爆炸上下限之間時,不需要很大的火,只需要夠高的「溫度」-諸如火柴、煙蒂、甚至是靜電,就會引發爆炸發生;甚至造成燃燒物質飛散附著於周圍可燃物,引發另一場火災。

在美國就曾發生過,存放玉米或小麥的穀倉,無故發生大爆炸。麵粉工廠、肥料工廠等會利用管線輸送粉末的工業,其輸送過程都必須做好防靜電措施;煤礦礦坑,加油站,木材或金屬加工廠,甚或是國內高職的金屬工廠等,之所以要「嚴禁煙火」,都是這些道理(筆者大學時代在加油站打工時,曾遇過叼著香菸騎車進來加油的顧客,當下狂抖)。

但看現在,「安全」的重要性,似乎比不上「潮流」。只要夠潮,一切煩惱均能拋在腦後。於是,主辦單位「宣稱」不同於國外「化學染劑(看到這個就有氣,好像任何物品跟化學掛勾就都有害似的)」所製造的色粉,是屬於食用級的安全色粉,被大量的噴灑在空氣中。不論是本次在水上樂園主辦的「Color Play Asia」-參加者身著泳衣,暴露在高度易燃風險的環境中;或是風靡全球,在臺灣也造成大跟風的路跑活動「Color Run」-跑者們邊咳嗽邊路跑,掩住口鼻的毛巾沾滿了七彩的粉末,臉上的墨鏡滿是厚厚的粉塵;善後的過程總是讓人詬病。

關於塵爆,學校真的教過嗎?

此次的意外,緊急送醫者超過百人,二到三級灼傷者眾多,其中不乏許多吸入性灼傷患者。而活動總監卻只是說「疑似是風太大而起火」,完全沒有預料到活動過程中具備的危險性,也就不難想像現場根本不會有任何預防措施,如滅火器或防火毯等消防設備。看著網路上流傳活動會場中火舌蔓延的影片,除了痛心疾首之外,也再次慚愧地反省,自己在教學現場中所教的東西,到底有多少孩子聽了進去?還是他們只當我上課的內容是一場「秀」而已?

九年一貫自然與生活領域課綱中,課程目標有提到:「學習科學與技術的探究方法和基本知能,並能應用所學於當前和未來的生活」,有關學習領域要點中亦說明「……(前略)自然與生活科技學習領域主要內涵包含物質與能……等科學與技術認知學習,並著重科學與科學研究知能及態度……,同時應能將此能力轉化、實踐於日常生活中,終身學習……(後略)」。在這樣的想法下,國中化學反應次主題中提到,有關反應速率的教學內容:「知道能影響化學反應快慢的因素,及催化劑(或觸媒)改變化學反應速率的功能」。

所以,在國中自然與生活科技,八年級下學期第二次段考內容,「反應速率與平衡」的章節中提到「反應速率與接觸面積」的關係,並舉例如同質量灰石,粉末狀較塊狀反應劇烈;肉塊較肉絲不易熟,火媒棒的製作等。過去課本教材內容雖未直接說明粉塵爆炸,但現今版本略已修正,粉塵爆炸的名詞已出現在若干版本課本中。

IMG_1123 (1)

普通高級中學必修科目「基礎化學」課程綱要中,應修內容及其說明,亦明確寫出「影響反應速率的因素,為濃度、壓力、接觸面積、溫度與催化劑」等字樣。過往國立編譯館版本中提到「非勻相反應中,反應速率和反應物間接觸面積有很大的關係。將同樣大的木塊,一塊刨成木屑,則與空氣接觸面積增加,燃燒速率加快」。而小學高年級的自然科教材內容,也有提到燃燒三要素,以及火災發生時的處理方法、應變措施及常見滅火原理。

IMG_1119

真的是老師在教,學生沒在聽嗎?

在提倡多媒體融入教學的現在,很多自然科老師早已開始大量使用各類影片,做為教學示範輔助。更別提 Youtube 上隨手可得國內外網路謠言澄清類節目,以及消防弟兄的宣導影片,均對此一議題做過探究。可是不少社群網站上,很多人還是不知道「粉塵爆炸」的危險性;媒體甚至以「閃燃」來報導本次事件,殊不知這兩者完全不同啊。或許重點不是「老師在說有沒有在聽」,而是聽了以後有沒有了解和意識到與自身的關係。

國內科學教育學者認為,臺灣社會普遍充斥迷信而不理性的行為,不利於國民科學素養的提升;尤其是國內媒體對不理性事物總是大加渲染,但符合科學理性的內容卻不做報導。且我國通識教育雖然提供包羅萬象的知識,卻沒有機會讓學生思考知識的本質及其如何產生。臺灣學校教育普遍為升學考試而準備,以致學習多為片段知識,缺乏過程技能及情意目標之養成,致使知識與日常生活脫節。一如以下這些例子:

  • 一公克的物質可轉換出1014J數量級的能量,而粉塵爆炸約需10-2~10-3J的能量[註2]
  • 職棒球員用的木棒平均重約850-950公克之間,而一顆以每秒41.7公尺行進的速球,只需要0.44秒就會從投手手中直達本壘板[註3]
  • 當地震發生時,會同時放出P波與S波,在地殼中傳遞[註4]

看完這些內容,你感受到了什麼?你會覺得他和自身有什麼關聯嗎?

source:wikimedia
source:wikimedia

筆者在國中理化與高中化學科教學現場,以課本教材內容搭配自編教材,以及自以為「精彩」的說學逗唱,載浮載沉也近十年。最深刻的感受,莫過於每屆總有可愛的學生,拿著考了八、九十分的理化段考考卷問我:「老師,這些東西到底要幹嘛?我每一題都會算,可是我對它沒有感覺!我算它做什麼啊?」。班上成績相對較優秀的同學都無法體會老師自編教材的內涵。那其他同學呢?雖說考試成績與科學素養不一定呈現正相關,但是我想這樣的疑慮,應該很多自然科老師心有戚戚焉。

於是,總是被學生們用這種問題考倒的我,下定決心要做個「天橋底下說書人」。用「說故事」的方式,將知識內容包裝在生活現象中,希望讓他們體會,當課本內容到了現實生活,會是什麼樣子。我天真的以為,學完國中自然與生活科技的內容,生活中絕大部分自然現象,人們均能了然於胸;甚至可以提出「雖不中,但亦不遠已」的解釋,但事實好像事與願違。上完課之後,學生只當它是一場「秀」,甚至常聽學生說「老師你唬爛,況且哪有那麼衰的啦?」是啊,不出事的時候就是唬爛,一出事就是大事。

我們的學生很勤勞,但勤於讀書疏於動手操作;長於理論,卻不善於設計。2006年臺灣參加PISA成果報告中提到,臺灣學生在受測的OECD國家中科學素養平均表現高居第四名,僅次於芬蘭、香港與加拿大;而我們的孩子對環境議題覺知的百分比,更是世界第一[註5]。當年的受測學生,如今正是25歲左右的年齡層。但他們現在依然有當時那樣驚人的表現嗎?

一直以來,培養學生對科學的興趣是很多教育現場的自然科老師最在意的事情。我們很害怕加強了攸關計算的知識內容時,學生都會跑光光,大家不再喜歡自然科:這是很可惜的一件事情。我們真的很期望,學生能透過我們的引導,看到自然的「美」,進而學會謙卑,學會尊敬自然,尊敬彼此,尊重不同人文精神與價值觀。期望未來,畢業多年的學生回來找我聊天時,能夠告訴我說「老師,我能瞭解你的明白」。

最後,願傷者能得到最好的照顧,願悲者能平安走出傷痛。

~記於104年,盛夏之夜~

備註:

  • 註1:近來燃燒三要素的概念,漸由「火三角」轉變成「火四面體」。前者即人們熟悉的燃料、氧氣與熱量;後者則多了「鏈式反應(chain reaction,與核反應不同)」觀念。有興趣者請自行上網參閱。
  •  註2:這是E=mc2的內容。
  • 註3:此例其實是時速150公里的速球,從投手丘到本壘板的速度。打者在看到球之後到決定如何揮棒,只剩下0.25秒揮棒擊中球的反應時間;必須要揮動一根近1公斤重,頭重腳輕的木棒,以棒頭下方15公分的圓形木棒中心,準確的擊中球心。
  • 註4:地震時會有「先上下再左右」,或「先左右再上下」的感受,就是P波與S波在地殼中的傳遞。P波較快,S波較慢,也就是物理學的縱波與橫波。
  • 註5:2006年PISA的科學環境議題是「濫伐森林、酸雨、全球暖化、核廢料、基因改造生物之使用(GMO)」。
  • 註6:衛福部健保署表示,八仙塵爆傷者病情時常變化,就醫有495人,病危人數有184人、非病危287人,死亡已有2人,目前傷者在全國41家醫院中,有241人住在加護病房或燒燙傷病房。請民眾目前如無急症需求盡量無前往台北、新北、桃園、基隆等縣市之大醫院求診,以俾利醫院醫護人員集中能量處置傷患。
  • 註7:臺灣從來沒有「同時」有這麼多的燒燙傷病患,就算是上次的高雄氣爆也不曾經歷到。而臺灣健保有登記的燒燙傷病床,僅不到90床。

特別感謝花蓮縣宜昌國中,自然科全體教師群;以及陳必榮老師、林建毅老師、黃克理學長,還有催生這篇文章的朋友們,感謝各位。

參考資料及文獻:

  1. 粉塵爆炸:國立臺灣師範大學化學系 粉塵爆炸介紹網頁
  2. 爆炸(Explosion):科學online-科技部高瞻自然科學教學資源平台
  3. 火三角與火四面體-燃燒三要素:維基百科
  4. Color Play官方聲明-粉塵爆炸之可能性:西子灣彩色節音樂派對Color Play Party 臉書官方粉絲頁
  5. 靳知勤(2007)。科學教育應如何提升學生的科學素養-台灣學術菁英的看法。科學教育學刊,2007,第十五卷第六期,627-646
  6. 國民中小學九年一貫自然與生活科技課程綱要,教育部,2008
  7. 國民中小學九年一貫健康與體育課程綱要,教育部,2008
  8. 普通高級中學必修科目「基礎化學」課程綱要,教育部,2010
  9. 普通高級中學必修科目「健康與護理」課程綱要,教育部,2010
  10. 高中物理課本,第一冊,龍騰版,2010

文章難易度
活躍星系核_96
759 篇文章 ・ 70 位粉絲
活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia

0

4
0

文字

分享

0
4
0

「數」養生活就從今天開始!談談數學教育的跨領域思維 ft. 數感實驗室賴以威老師【科科聊聊 EP.58】

PanSci_96
・2021/09/24 ・2816字 ・閱讀時間約 5 分鐘

賴以威老師近年來不餘遺力的推廣數學教育,他與數感實驗室的團隊前進校園,設計好玩好學的國小實驗課、以身作則的舉辦教師研習、還配合國中課業需求推出必修課與題本,業務早已超過數感實驗室剛成立時的規模。一路走來雖然秉持一貫的教育理念,但在教育現場實現了多少?改變了什麼?本集泛泛泛科學邀請賴以威老師談談數學教育的探究、實作與跨領域思維!

不餘遺力地推廣數學教育的賴以威老師。圖/賴以威 提供
  • 02:03 數感實驗室的數學教育

數感實驗室」一開始是賴以威老師與太太 Stacy 於 2016 年成立的粉專,主要刊登數學文章,不過後來發現都是大人在看,粉專並沒有適合小朋友的數學教育,夫妻倆便著手開發好用、好學、好玩的數學課程,從知識切入,跨領域整合數學、科學、歷史、人文、藝術等領域。

延伸閱讀:數學風箏│巨大化,正四面體風箏!在家防疫DIY【數學實驗課】國小數學實驗課 秋季視訊班

開發好玩又好學的數學課程。圖/賴以威 提供
  • 05:50 以威老師如何做到跨域整合?

以威老師表示最原始的動力當然是興趣使然,除此之外還跟他在博士班培養出來的能力有關:研究方法、定義問題、找資料、實現概念,這些能力不僅限於研究,更一路演變成他後來從事科普的技能。下關鍵字、判別可信度、延伸搜尋、產生內容…這些都需要經驗累積。「只講科學不講故事很可惜」,他認為科普內容都要帶出科學背後的意義,所有科學事件都是一個故事,可以多面向探討,自然而然的做到跨領域。

  • 11:20 108 課綱期望學生達到的素養是否太強人所難?

以威老師坦承 108 課綱講求的探究活用精神是他到研究所才掌握的能力,這樣要求國高中生似乎其困難。但是以前的教學觀念不一定要蕭規曹隨,小孩能否學會什麼都是可以討論的,「探究活用」是看待知識的態度,的確有可能在國高中階段就學會。

延伸閱讀:數感盃

  • 16:12 我們該以什麼態度看待新課綱?

如果我們把新課綱定義為培養好奇心,為了滿足好奇心,學生必須主動探究知識,而不是被動學習。好奇心就是這個時代學習的重要因素。當課堂不再是知識的唯一管道,老師不一定得擔任教學角色,當老師必須做的事變少了,引導學生、培養好奇心、探究實作與活用顯得更重要。

老師不一定得擔任教學角色,引導學生、培養好奇心、探究實作與活用顯得更重要。圖/賴以威 提供
  • 18:21 實務上有這麼理想嗎?

在數感實驗室舉辦的教師研習中,團隊遇過非常積極的老師、也遇過只習慣過去教法而否定新教法的老師,賴以威覺得這都在所難免,數感只能做更多研習,讓更多老師認同教學理念,並提供材料幫助老師無痛轉換。而家長與孩童方面,偶而也會有人反應都沒算到數學題目,對新教法不甚理解,這些都需要慢慢溝通。參與新課綱的人很多:老師、家長、學生、政府、大學、民間團體…我們都需要勾勒出共同的理想。

  • 23:55 何謂「數感」?

團隊認為數感分成「察覺關聯」與「應用數學分析決策」兩個層次。對不熟悉的人來說還是要輔以大量舉例才有機會了解,對孩童來說得花更多時間領會。所以團隊鼓勵大家來參加數感實驗室的活動,從機器人輸入輸出的參數體會函數概念、蓋紙房子學習錐體柱體與建蔽率、還有這次的四面體風箏與曲線刺繡都是數感的一種!

追蹤:數感活動

孩童正製作的四面體風箏也是數感的一種!圖/賴以威 提供
  • 28:10 人人有數感

Uber 饗食方案划算嗎?集點卡可以省多少錢?股票會賺嗎?人們平日的決策過程都是數感的表現,但是很多人卻把自己會的數學當作常識,自己不會的數學當做數學。其實,只要有算就是數學,意識到更多生活方面都可以應用數學還可以幫助我們過更好的生活。當你不排斥其他領域,就能夠處理更多知識、解決更多問題。

  • 31:57 教學理念與升學表現的平衡

一昧在教學中強調好奇心又太過理想化,尤其國中生有升學壓力必須顧及學業表現。數感團隊也在拿捏,從強調好奇心的數學課向升學的方向靠攏。像是數感的國中課程就有許多建立數學情境的素養題目:講求平均值的區間測速、二十進位的瑪雅數字、正負數計算高鐵票價,這樣同時培養了探究實作的素養也搭配學校課程幫助課業表現。

延伸閱讀:不需要測速照相機就能抓超速?區間測速原理大解析- PanSci 泛科學

  • 38:13 數感實驗室的課程設計

數感實驗室目前堆出的課程有國小與國中兩種,國小數學實驗課以引發好奇心為主,國中必修課與生活情境連結幫助課業提升。

其中九年級非選實戰題考驗著把文字轉換為數學問題的能力,是學生最缺乏也最難教的,甚至很多高中生都還再學習。從這點來看,有老師認為七年級題本也可以給高中生做。當然數感也希望盡快開發出對應完整學程的課程讓所有學生直接使用。

另外題本也可視為科普文章,大人也可以寫喔。y 編回憶起學生時代的題目才發現都沒搞懂,因為以前的教學沒有連續的思維養成,希望現在的題本可以整合以前學習的片段知識。

  • 43:12 更多關於數感的資訊

追蹤數感實驗室官網,獲取精選文章、影片、課程與活動資訊、題本、還有賴以威老師親簽書籍喔!

節目的最後,以威老師也分享疫情期間的線上課程其實比較辛苦,但有些功能如軟體模擬、分組、Jamboard、延伸閱讀等等也是實體課程做不到的。另外線上課程不限地點皆可參加,連家人都可旁聽,這些特性都必須好好把握的。


泛泛泛科學 Podcast 這裡聽:


PanSci_96
207 篇文章 ・ 1122 位粉絲
PanSci的編輯部帳號,會發自產內容跟各種消息喔。
網站更新隱私權聲明
本網站使用 cookie 及其他相關技術分析以確保使用者獲得最佳體驗,通過我們的網站,您確認並同意本網站的隱私權政策更新,了解最新隱私權政策