玩玩具，學科學：玩具背後的科學原理

得獎紀錄：2014好書大家讀第67梯次知識性讀物組得獎

單元1 化學與生活
1.可擦拭螢光筆－擦得掉嗎？

世界充滿了規律，物理即為萬物運行的道理，生活離不開化學，因為化學就是一門變化的學問。各式各樣的變化隨時隨地就發生在身邊，不管你願不願意，你的體內就像一個變化的大熔爐，一直在產生各式各樣的化學反應以維持身體機能正常運作，所以能平心靜氣的活著，需要感謝每一個環節沒有出現銜接上的問題。
而生活中的物品更脫離不了這些變化，變化有分為物理變化以及化學變化兩大類。如果你是大人，也許會用到去汙的清潔劑、消毒殺菌的藥品、烹煮的食材之類的物質；若是學生，筆袋裡更有可能用到五花八門的文具來幫助你書寫、劃記重點，以及修正錯誤。也就是你隨時在進行一些實驗，只是這些過程太過於理所當然，所以往往會忽略了它的存在。
不進實驗室也能進行實驗？當然可以，而且材料就在你的文具中。以市面上販售常見的可擦拭螢光筆為例，可以分為粉紅、橘、黃、綠、粉藍、紫這六種顏色，不過如果把它當成六種獨立的素材，那就等於是將歸納這門功夫棄而不用，現在一起來試試看如何分類。
用六種不同顏色的可擦拭螢光筆在紙上畫出六條橫線，接著再使用另外一端的消失筆分別畫出六條直線，也就是會畫出縱橫交錯的棋盤格。為了避免弄混測試結果，建議加上編號或代號，依變色結果將可擦拭螢光筆作簡單的分類。
消失筆的筆頭是白色的，裡面所含的液體卻是透明的，同時也可以發現即使同樣是被消失筆畫過，有些線條的顏色是很配合的被抹除，有些卻是文風不動，原則上依顏色的存在與否作為分類依據的話，可以分成「粉紅、綠、黃」與「橘、粉藍、紫」兩類。
那究竟是什麼原因讓顏色消失，是酸鹼值的升降抑或是氧化還原的變化？其實只要拿廣用試紙先測試看看，就能明白可擦拭螢光筆所玩的化學魔術。將粉紅色、綠色及黃色三種顏色的消失筆點觸在廣用試紙上，可以看到試紙呈現淡紅色，也就是消失筆內含酸性液體；如果把橘色、粉藍色及紫色三種顏色的消失筆暈染在廣用試紙上，可以看到試紙呈現淡藍色，消失筆筆芯上則是布滿鹼性液體。
去購買的時候要慎選比較，免得買回來的可擦拭螢光筆僅有螢光筆功能卻沒有消失筆的功能，而且只會發生在橘色、粉藍色及紫色這三種，尤其是擺放時間比較久的，即使消失筆的液體並未乾涸，擦拭功能也都不再出現。筆者曾經在選購時跟文具店的老闆和店員解釋過其中的科學原理，店家明白之後，也都馬上將這些功能喪失的筆從架上撤收。
奧妙之處就在於變色的機制。鹼性消失筆會因為長時間暴露在空氣中，筆芯內的溶液吸收了過量的二氧化碳而形成碳酸，使得pH值逐漸下降，但只是呈弱鹼性而不是成為酸性，待pH值降至一定範圍以下，消失的就不再是字跡顏色，而是消失筆的功能！如果是筆者自行處理，則會將消失筆的筆頭浸泡在強鹼性溶液裡，讓pH值上升後就可以恢復功能。這樣就解釋了酸性消失筆的功能為何可以長期保有，而且其他牌子的可擦拭螢光筆製造商也只有推出酸性的消失筆。
但是酸鹼值的改變只是讓顏色消失，並不代表滲進紙張纖維的化學物質同時被移除，它們還是在紙張上，只不過環境中的光線強度強到讓我們忽略了它的存在，所以眼睛才無法觀察到。別忘了，螢光筆內的螢光物質是可以用來顯色增亮的，但讓它吸收強度稍高的紫外光後，就能釋放出夠強的螢光，如果手邊有驗鈔筆的話，就讓紫外光照著原本看不到筆跡的紙張，就像CSI鑑識小組讓微跡、殘留物在科學工具的幫助下無所遁形，也印證了「凡走過必留下痕跡」。

2.妖火魔炎－科學的怒火

金屬在燃燒時，有其特殊的火焰顏色，在化學上稱為焰色反應，且透過分析火焰的光譜，就能明確分析可燃物裡面所含的成分，這在科學上是很重要的檢驗方法，以前也透過煉金術士的不斷嘗試，靠著後來化學家將試驗的結果歸納出來，我們現在才能得知不同火焰的顏色與不同的金屬之間的配對關係。
也就是因為前人所累積的經驗，成就了現代煙火設計師設計高空煙火的構思，在表達各種意象的前提下，在黑夜的畫布上，揮灑出一陣陣炫麗的花火，也透過不同的焰色搭配，表達各式各樣的想法與理念，在每個特定的紀念日與節慶中扮演著使人仰望驚嘆的角色。
2011年時，看到一則有關本篇所要介紹的新聞報導，讓這個科學玩具從此買不到。不過，仔細一看報導內容，還真是讓人啼笑皆非。據報高雄有位廖姓婦人反映孫子到39元日系商品店買回兩種需要點火且有貼警語的玩具，不過並沒有說清楚要在哪裡使用。這就是記者沒有善盡查證的義務了，因為說明卡上有明顯的紅底白字－「屋外用」竟然就被這樣忽視掉。既然標示這麼清楚，怎麼還會寫出室內花火呢？
它是一種像釣竿的科學玩具，於使用前將內附的液體澆淋在前端的棉花上，點火之後就會出現異於黃色火焰的火球，在黑暗中的火焰發出詭異的色光，其實這只是應用化學常識的小把戲。
因此，報導中只提到令這位廖姓婦人感到驚恐的一面，不過卻也刻意忽略說明卡上業已善盡告知的義務。記者所描述的瓶裝藥品也不是很正確，因為把染成紅色的氯化鍶水溶液描述成粉紅色的酒精膏液體，就是沒有實際操作過的證明。另外一直刻意誤導讀者說外包裝有標示是室內使用，其實並沒有這樣描述的字眼，只是為了讓自己的報導更有說服力而加油添醋，這也是現在有關科學的新聞中一直為人詬病之處。
說明書中用紅底白字強調這是「屋外用」的，因此像煙火一樣，在空曠處使用打火機或火柴點燃，只要握緊握把，不要讓火焰引燃其他容易燃燒的物體，都是很安全的。因此漏洞會出現在不遵守規則的使用者，而且家長也要盡到現場監督的責任，因為小孩子在家就能輕易拿到可以點火的東西，這樣的安全維護基本上就不怎麼能讓人安心。
不同的金屬鹽類水溶液燃燒時，裡面的金屬離子決定了火焰的顏色，像含有鉀的藥品燒起來會呈現紫色，含有鎂的成分燒起來則會呈現耀眼的白光，含有鋇的話就會出現綠色火光，至於含有鈉時則有黃色的焰色。基本上這些鹽類溶於水時都是透明無色的，為了讓消費者明白燃燒時的焰色，才會添加染色劑。
在日本的百貨公司或手創館裡，還有設置專櫃供小朋友選購實驗器材的，只要對於科學有興趣，都可以在專櫃裡找到需要的實驗器材、玻璃器皿、加熱工具等等，讓小朋友隨時都能玩科學，而且是大人可以陪著小朋友一起玩。但是業者早已做出統一下架這項玩具的決定，所以現在已經買不到了。這種玩具其實一點爭議都沒有，一切合法，問題全出在「人」。

單元1 化學與生活
1.可擦拭螢光筆－擦得掉嗎？

世界充滿了規律，物理即為萬物運行的道理，生活離不開化學，因為化學就是一門變化的學問。各式各樣的變化隨時隨地就發生在身邊，不管你願不願意，你的體內就像一個變化的大熔爐，一直在產生各式各樣的化學反應以維持身體機能正常運作，所以能平心靜氣的活著，需要感謝每一個環節沒有出現銜接上的問題。
而生活中的物品更脫離不了這些變化，變化有分為物理變化以及化學變化兩大類。如果你是大人，也許會用到去汙的清潔劑、消毒殺菌的藥品、烹煮的食材之類的物質；若是學生，筆袋裡更有...

有別於一般的科學書籍將生冷的科學名詞硬嵌入在文句之中，本書讓讀者在閱讀時覺得僵硬難以入口，作者以和讀者討論、對話的方式來撰寫科學玩具的特質與功能，摒除拗口的艱深名詞與數學公式，從事件發生中的現象找立論證據，因此即使是沒有接觸過該玩具的小朋友、覺得理化是很艱深難懂的在學學生或已經遺忘科學美麗面貌的大人，都可以在裡面找到適合自己閱讀與共同討論的空間。

並不是每個人都會走上跟科學相關的路途，但是都可以透過本書來領會科學的真、善與美。「真」的意涵在於本書在文字以外，輔以圖片說明，也就是除了完整的質性介紹之外，還利用照片來說話，增加證據的真實性。「善」的面向在於使用平易近人的文字，將科學素養融入在娓娓道來之間，由於脫離不了生活，每個人的視野與生活經驗決定了怎麼解釋這個世界。「美」則是一種力量，科學並不是高高在上，或者研究只跟科學家有關，每一篇文章都從生活中取材，每一位讀者都可以參與其中，摻入自己的想法後，將改變自己的力量發揮出來。

基於這樣的理念，本書與條列分明的食譜式科學遊戲書大異其趣，也與純文字的科普文本不同，讀者可以跟著文字的排列找出適合自己閱讀的方向，從不同的角度切入來解釋同一個現象。即使曾經被冰冷科學打擊過信心的人，也能在字裡行間找到溫暖、善意的分享。

有別於一般的科學書籍將生冷的科學名詞硬嵌入在文句之中，本書讓讀者在閱讀時覺得僵硬難以入口，作者以和讀者討論、對話的方式來撰寫科學玩具的特質與功能，摒除拗口的艱深名詞與數學公式，從事件發生中的現象找立論證據，因此即使是沒有接觸過該玩具的小朋友、覺得理化是很艱深難懂的在學學生或已經遺忘科學美麗面貌的大人，都可以在裡面找到適合自己閱讀與共同討論的空間。

並不是每個人都會走上跟科學相關的路途，但是都可以透過本書來領會科學的真、善與美。「真」的意涵在於本書在文字以外，輔以圖片說明，也就是除了完整的質性介...

單元一、化學與生活
1.可擦拭螢光筆－擦得掉嗎？
2.妖火魔炎－科學的怒火
3.消失的墨水－眼不見為淨？
4.保利多黏土－斷絲不連
5.酸鹼空氣砲－養生之外的選擇
6.隱形筆－隱形與再現

單元二、聲音與光
7.幻覺陀螺－挑戰你的視覺極限
8.水鳥笛－給它水喝，讓它唱給你聽
9.玄機杯－水中乾坤
10.立體變換卡－因人而異,變變變
11.竹蟬－別讓它成為寒蟬
12.泡泡－吹出彩虹
13.指上投影燈－愈暗愈美麗
14.玻璃響笛－吹彈可破
15.偏振陀螺－非黑即白之外還有什麼？
16.球塔－只聞樓梯響？
17.潛望鏡－滿足你的想像
18.糖果喇叭－整個城市都是我的音箱
19.聲音果汁機－看見聲音在跳舞
20.轉頭恐龍－畫龍點睛的奧妙

單元三、熱與溫度
21.走馬燈－戲看人生
22.抽氣罐－爭一口氣
23.蒸汽船－噗噗向前行
24.變色馬克杯－杯具的浮現

單元四、壓力與浮力
25.吹線象－真的不是吹牛
26.泡泡龍－一張嘴就令人驚喜
27.空杯來水－杯中之水天上來？
28.爆炸聲火箭－怦然心動的感覺

單元五、力與運動
29.下樓梯－擋不住的衝動
30.水中沙漏－阿基米德與牛頓之間的拔河
31.出氣球－紓壓小幫手
32.可愛動物拋接球－向上提升向下沉淪
33.平衡鳥－命懸一線間
34.平衡檯－球往哪裡滾？
35.奈米蟲－軟Q又帶勁
36.捲尺－能屈能伸
37.達摩不倒翁－旁敲側擊別猶豫
38.蝸牛球－超乎想像的慢動作
39.黏球玩偶－愈爬愈低的蜘蛛人
40.魔術環－輕挑一下又何妨？

單元六、電與磁
41.手壓發電手電筒－無中生有的磁動生電
42.用吹的蠟燭－呼之即來，吹之即去
43.飛天魔法棒－啊～就是好棒棒
44.電流急急棒－別在終點前爆炸
45.電漿球－與高壓電的親密接觸
46.磁力抽籤組－科學的選擇
47.磁珠平衡臺－一顆老鼠屎，壞了一鍋粥
48.磁轉小花－磁來運轉的秘密
49.機器昆蟲－噓！別讓它嚇一跳

單元七、機械與能量(古早味童玩)
50.太空軌道－一切都要上軌道
51.竹單槓－高手高手高高手
52.發條玩具－能量機械總動員
53.跳豆－滾落凡間的精靈
54.翻板－神龍擺尾

附錄、科學探究課程設計
教案－光碟氣墊船
學習單－暢行無阻－光碟氣墊船

單元一、化學與生活
1.可擦拭螢光筆－擦得掉嗎？
2.妖火魔炎－科學的怒火
3.消失的墨水－眼不見為淨？
4.保利多黏土－斷絲不連
5.酸鹼空氣砲－養生之外的選擇
6.隱形筆－隱形與再現

單元二、聲音與光
7.幻覺陀螺－挑戰你的視覺極限
8.水鳥笛－給它水喝，讓它唱給你聽
9.玄機杯－水中乾坤
10.立體變換卡－因人而異,變變變
11.竹蟬－別讓它成為寒蟬
12.泡泡－吹出彩虹
13.指上投影燈－愈暗愈美麗
14.玻璃響笛－吹彈可破
15.偏振陀螺－非黑即白之外還有什麼？
16.球塔－只聞樓梯響？
17.潛望鏡－滿足你的想像
18.糖果喇...