从座中学到做中学－谈简单试验对教学的启发-物理学科中心.DOCVIP

從座中學到做中學－談簡單實驗對教學的啟發 邱韻如 （長庚大學通識教育中心物理科，台灣 桃園 333，yjchiu@mail.cgu.edu.tw） 摘要：單擺實驗及斜面實驗通常都被認為是很簡單的實驗簡單到很少老師會讓學生親自動手做，即使做了實驗，也很少老師知道學生在進行實驗時會發生哪些困難。我在任教大一理工科系學生的普物實驗時，學生不僅量長度、量角度、計時等基本實驗技術會出錯對於實驗的精密度實驗應幾次才適當毫無概念。：單擺、斜面、實驗、 前言在台灣的中學裡，物理實驗課的實施，並不是一個全面普遍的現象。在考試掛帥的升學壓力下，許多老師認為實驗課浪費時間影響進度，或是怕學生秩序吵鬧無法控制，因此用黑板講解代替實驗，他們認為黑板講解遠比讓學生親自動手有效率。另外，許多學校在場地、器材的限制下，以一組6～8人來實施，這樣情況下實驗很多高中不做實驗、很少做實驗或每組人數過多而無法讓學生確實做實驗之外，實驗講義上按部就班的步驟及制式的表格，也讓學生在基本訓練上打了很多折扣。因此，剛入學的大一新生，實驗的經驗、觀念、技術等幾乎付諸闕如。在我任教的學校，每小時配置助教一名，通常是碩士班或博士班的研究生。2人一組單擺實驗及斜面實驗簡單的實驗的普物實驗課程中嗎？本文將敘述這二個特別為大一新生所設計的實驗。 教學典範的轉移－從『教師中心』到『學生中心』[1] [4] 在傳統的教學觀念中，老師是教學的主角，以『我說你聽』的單向灌輸方式，清晰有條理的解釋或傳遞教科書的知識，學生則是以『有耳無嘴』的方式，努力將老師所傳授的知識消化吸收。現代的教學理論則強調以學生為主體，老師不是知識的灌輸者，學生也不再是被動的知識接受者。教師應由『知識的傳授者』轉變為『能力的引發者』，在課程中扮演能力培養與學習引導的角色。因此，理想的教學活動，應該是互動式的，師生彼此間要有一個對話、分享的機會和空間，才能讓學生發展自己的批判思考能力，由『被動學習』轉為『主動學習』，以達到『以學生為主體』的教育目標。 目前，不管是高中還是大學，大多數物理實驗所使用的講義都還是以『食譜式』為主，先呈現完整敘述的原理，列出所需要的儀器、詳細的實驗步驟及注意事項，以及事先設計好的數據表格供學生填寫，講義所附的問題也大多以探討誤差來源為主。實驗課程活動的情況通常是老師詳細的講解原理及步驟之後，學生照著實驗講義所描述的步驟按部就班的做測量及記錄的工作，將數據填入講義所附的表格內，然後計算這些測量的數據，『印證』課本的公式或理論。當實驗結果與理論不符時，通常都被歸咎於空氣阻力、摩擦力、儀器誤差或人為誤差。這樣的實驗進行方式，其實並沒有脫離『灌輸式』的學習，而且和科學家探究問題的方式是大相逕庭的。 簡單實驗.1單擺簡單嗎？ [] [2] 單擺的『單』是simple，當然簡單囉？！我原本設計這個實驗的目的是藉此實際讓學生熟習數據的處理分析，並訓練學生撰寫實驗報告的能力實施之後，發現單擺實驗除了原本的目的之外，不僅可以訓練學生基本實驗能力，還可以用來激發學生提問、思考、熱烈的討論及解決問題等等能力，對大一剛入學的新生的學習有很大的幫助。單擺實驗有多重的意義，對這些大一新生來說，這是進大學之後的第一個實驗，而伽利略當年研究擺的性質時也正是大一的學生。 實驗分為ABC三部分：A部分是固定擺長與擺角，測量單擺來回擺動一次所需的時間，重複做100次；B部分是固定擺角，做擺長和週期的關係；C部分是固定擺長，改變擺角，做擺角和週期的關係。實驗分二週進行，第一週是A部分，第二週是B和C。在此僅介紹實驗A。 如果實驗過程草率馬虎，不夠嚴謹，這樣做出來的數據就沒有分析與討論的價值，因此我要求學生『實驗的每一個過程都要儘可能精確，盡量避免誤差，不可以故意製造誤差』，實驗過程中擺錘、擺長與擺角均要固定，但擺長及擺角的大小由各組學生自由決定。學生不准使用量角器，但可以設法善用實驗室裡的東西(如尺、膠帶、課本、繩子、空箱子等等)來固定擺角。 面對老師賦予他們的自由，學生們一開始還真是不知所措。例如擺長要量到哪兒？沒有量角器要怎麼量擺角？擺角不在5度之內可以嗎？5度實在很小？光電計時器的次數要按幾？我們看到有些學生繩子綁不好，以致擺動的情況不理想；很多學生要花很多時間才能想出固定擺角的方法或測量擺角的方式；他們雖然都有工程用計算機但卻不會馬上想到用三角函數來算角度，不少學生堅持擺長和擺角要取整數，目的只是為了好計算。在整個實驗過程中，我除了到處找他們的問題之外，對於學生的這些疑問，我所採取的態度是不直接告訴學生答案，而是給他們一些提示或再丟幾個問題給他們，引導他們去討論，而不是『問題的解答者』。 以計時器的次數來說，我雖然不告訴他們光電計時器的次數要按幾，但是已告訴他們計時器的原理，並將說明印在講義上，他們可以實際試驗，也可以和其他組