高低压电路【荐】.pdf

美國麻省理工學院 MIT TEAL PHYSICS 教材系列 序 中正大學物理系獲得美國麻省理工學院 (MIT) TEAL/Studio Physics Classroom 授權，使用 該系發展出的大一普物 3D 現代影音動態與桌上型實驗教學軟體與教材。目前正籌畫在其校 內設置一個和 MIT 類似的教學教室，同時將教材翻譯並經過適當的修定，並且加入一些新的 實驗後，期能適合我國大一普物及高中數理資優生物理專題教學使用。使學生享用目前美國 最先進的物理教材與教學理念。 教材系列由國立中正大學物理系湯兆崙、廖先彬及許佳振三位教授自美國引進，並且和 嘉義縣協同高級中學合作將此教材作調整。本工作是教育部顧問室『基礎科學教育改進計畫』 的其中一項，在經費上得到教育部、國立中正 大學及協同高級中學的支持。實驗系列內容與 特色簡介如下： A. 特色： MIT TEAL的教材設計中，學生需利用電子零件和焊錫一個個組合出自己實驗內容中所需 的儀器，例如安培計、伏特計、低壓及高壓直流電源供應器、高壓放電設備、電磁波發射 裝置以及電磁波接收器等等，使學生從源頭到結果對實驗的過程有深刻的了解，與一般普 通物理實驗方式中只是對實驗結果的分析與報告的形式不同，教學設計中使學生參予儀器 本身的製作過程，對養成動手操作能力的培養有很大的幫助。這也是目前我們物理實驗課 程所追求的目標。 B. 廣度夠： 整個課程幾乎涵蓋了整個電磁學主要概念，許多電磁交互作用的現象，在學生完成一系列 實驗後便會心神領會。 C. 精心設計： 每個實驗都建立在前面實驗基礎上，完成前面儀器製作才能接著下一個實驗，例如高壓電 源供應器的電源來自前一單元中的低壓電源供應器，不完成前面的實驗難以進行下一個實 驗，學習過程有如挑戰過關遊戲般的興奮，令人鬥志高昂。 D. 便宜的器材，高級的實驗： 整個系列每組實驗所需成本可控制在一萬元以下，對傳統電磁學實驗中經常超過萬元儀器 設備相比便宜許多。例如一般市售電磁波發射與接受實驗裝置，非萬元以上才能完成，而 MIT的教授們卻以電容、曬衣夾及彎曲電線的簡易裝置，設計出可測得電磁波長的實驗， 內容與創意使人折服。 E. 安全： 電磁學實驗中用電安全是重要的課題，在本套實驗中，用到的電源設計為 1V～15V的直 流電壓，人體並無感覺，而100～1000V的高壓電，則透過以漆包線圈纏繞電感的變壓設 計，做出高電壓及低電流的電源供應器，即使學生接觸到亦只有指尖微弱的觸電感受，不 影響人體也無任何危險，使教師在實驗室安全管理上減少許多壓力，此套教材真是為初學 者量身訂作的實驗系列。 國立中正大學 CCU 協同高級中學CMS P.1 美國麻省理工學院 MIT TEAL PHYSICS 教材系列 F. 配合 3D 立體動畫教學： 在 TEAL發展的電磁實驗中，除了在書本中對理解實驗內容所需用到的電磁概念詳細介紹 外，並且對實驗中看不見的電場，磁場及電磁波皆配合 3D 立體動畫的形式，將與實驗設 備相同 3D圖形展示出來。同學在觀測本身所完成的實驗設施的同時，亦可藉由電腦上的 3D動畫和手中的實驗作比較，明白到實驗背後所看不見電磁場交互作用的行為，在腦中 建立完成的電磁圖像。這是我國目前較少見的教學設計，值得借鏡參考。 以上略述MIT TEAL實驗系列一些特點，還有許多未能盡述的特色，只有待學生實際動手 參與才能實際受惠。這裡要感謝MIT 物理系的John Belcher 教授完整的授權及TEAL 教學中 心提供完整資訊，使得這套教材有機會在我國出現，國內大一及高中資優生得以享受到更為 精緻且不同風格的物理學習。 中正大學物理系 湯兆崙 協同中學 張世欣 謹誌 2004/6/25