教學研究與課程發展

摘要

108課綱實施以來，學生學習歷程檔案一直是大家關注的議題，目的是希望學生可以一步一腳印，累積學習歷程紀錄，歷程檔案將完整記錄學生在高級中等教育階段時的學習表現。除了考試成果之外，透過學生學習歷程檔案，能更真實呈現學生的學習軌跡、個人特質、能力發展等，補強考試之外無法呈現的學習成果。

學習歷程檔案當中的課程學習成果，則是教學現場的老師們比較關注的部分，尤其是同學們在繁重的課業壓力中，還要投注心力準備學習成果，可能造成同學們的額外負擔。

近年來筆者藉由特色課程與多元選修課程嘗試了許多傳統板書教學之外的課程設計，讓同學們在課堂上進行實作與探究，除了可以讓同學們對科學現象與理論有更深一層的認知與體會，也可培養更全面、多元的能力。近期藉由一些教師共備以及研習工作坊，和教師伙伴們討論了各種可行的方案，將一些實作與探究的課程設計融入物理教學，除了培養學生具備更完整的能力迎接未來大考素養導向試題的挑戰，同時可讓同學在課堂上產出各種多元的學習成果，這些都很適合提供做為大學端選材時可參考的學習歷程檔案。

摘要

Maxwell於西元1856年發表了第一篇有關電磁場論的論文「論法拉第力線」，論文中利用了熱傳導機制和超距吸引力的類比，將靜電與靜磁力傳導過程的電場和磁場完美的數學化。之後，Maxwell又於西元1861年發表了另一篇論文「論物理力線」，此篇論文中，Maxwell根據各種電磁現象的探討，創建了可以比擬這些現象的「分子渦旋理論」，同時Maxwell在此篇論文的第三部分「用於靜電的分子渦旋理論」中提出電介質會因為極化作用而產生電的位移，而當電動力改變時，電位移也跟著改變，相當於一電流，此一電流促使Maxwell在安培定律中增加了一個有關於位移電流的項，稱為「Maxwell修正項」，Maxwell更在此部分的命題XVI推斷:「光是由引起電現象和磁現象的相同媒質中的橫波組成的。」最後，Maxwell於西元1864年發表了第三篇關於電磁學的論文「電磁場的動力學理論」，在這篇論文中，Maxwell提出了他的電磁場理論，並且將其整理為當時稱之為Maxwell方程組的二十個方程式，同時，Maxwell也於文章中明確地闡明能量儲存於電磁場內，從而在歷史上首先建立了場論的基礎概念。更重要的是論文中，Maxwell應用了「論物理力線」裏對安培環路定理的修正，將位移電流與其它已成立的電磁方程式合併，因而得到了描述電磁波的波動方程式，而最令人振奮的是方程式所描述的波動的波速和菲佐實驗所測得的光速相等，Maxwell據此論述:「兩個結果的一致似乎證明了，光和磁都是同一物質的特性，並且根據電磁定律，在場中傳播的光是一種電磁擾動。」

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在疫情嚴峻提升警戒下，全國學生面臨停課不停學，教師也被迫在極短時間內提升遠距教學能力因應。此時不難發現，現行的教科書都是以教師教學為中心設計，而不是以學生學習為中心來規劃，教學配套也僅有教師手冊，而沒有學生學習指引。因此在沒有全面規劃下，將實體教學的教材轉換成遠距教學素材，在監督不易下，其成效令人擔憂。學生若跟不上進度也無法自學補救。在此列舉一些符合課綱精神的教科書編輯要素，以國外的教科書為例，提供書商及擬自編教材的教師參考，以便日後再次面臨疫情時，能將素材快速轉換成遠距教學使用，面臨停課的學生也能自主學習。最後提出對國編館教科書審查的幾點建議，讓學生擁有一本學習時符合需要的教科書。

關鍵詞：教科書、以學生學習為中心、自主學習、教科書審查

摘要

本研究的目的在探討在台灣地區新冠疫情三級警戒期間，如何繼續提供科學志工服務以及有效地實施線上物理教學。本研究以研究者所主持的科技部科學志工計畫為研究範圍，並採取行動研究法進行。

研究實施期間為2021年5月15日起至6月30 日止，接受服務的學校為花東地區的十所國中、小學，參與的學生人數共計278人，提供線上志工服務的教師為美塔魔法學校志工教師群共四人，共計實施四種不同類型的創意生活科學動手做線上課程，本研究的線上教學設計研究與課程發展理論，均依據李偉俊（2006、2012、2020）所提出的美塔學（Metalogy）理論2.0版的三面九項內涵為基礎。

本行動研究歷經計畫、行動、觀察與省思兩個研究循環，參與的學生均於下線前填畢線上東區科學志工課程滿意度的調查問卷，問卷採李克特式五點量表進行。整體課程滿意度平均分數為4.32分，其中對於「反泡泡的科學探究活動」最感興趣和課程滿意度最高，平均分數為4.68分。本研究的結論與建議如下：在疫情期間，因應停課不停學政策，採用同步線上即時視訊物理教學活動時，應以教師親自示範為主，再輔以相關影音素材或解說影片並讓學生能現場動手做，並增加師生鏡頭前的即時互動機會，如此將不失為另類提供科學志工服務的創新教學活動方式。

關鍵詞：美塔學、線上物理教學、行動研究

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學術社群的運作正好是科學課堂可以套用的情境劇本，尤其適合科學師資培育。課堂中學生輪流擔任主持人，扮演期刊編輯，幫忙同學主持討論，並且進行團隊討論發散與聚焦，各組同學代表世界各地的科學同行，努力進行科學探究，，每一個實驗步驟都提出觀點與假設與同儕討論，主持人負責公開記錄呈現給所有同學，一起進行同儕審閱，分析每個有效證據與提出的論點。教師在課堂中也扮演科學同儕，提供專家觀點用以鋪陳學習鷹架並引導學生思考，幫忙維持討論方向的多元性或收斂性（學生想法太過單一或一致性的時候，鼓勵學生從更多元角度思考，學生想法太過發散，沒有辦法釐清問題並聚焦的時候，從邏輯引導學生，並不全然專門負責解答，而是引導鼓勵學生一起來提出詮釋。

摘要

　　為了解決成功大學工業設計系必修課「普通物理學」，學生對課程認同度與學習意願低落，以及學生之間數理基礎差異過大等教學上的問題。我們以前幾年所開發的、具有探究與實作內涵的物理通識課程「應用物理與實驗」為基礎，擴展成為結合講授、展演示範與主題實驗三種上課方式的多元學習課程，在109學期度第二學期(2021年2~6月)，為工業設計系客製化型式的三學分的單學期必修普通物理課程。內容除了涵蓋必備的物理學知識與能力之外，也強調示範展演與主題實驗的設計巧思，以提升工業設計系學生對課程的認同。在學期末更對學生進行問卷調查，以了解新課程的教學成效。

　　在18周的課程中，我們規劃了內容涵蓋，運動學、動力學、轉動、熱學、電磁學、光學與近代物理的15個實驗主題，並以15次的實驗報告、6次小考與1次期末專題報告，進行學習評量。其中期末專題報告是以Project Base Learning的模式，讓學生以所學的物理知識與技能與該系的設計專業結合，進行自製戰鬥陀螺的設計、實作與測試。然而，到課程後期因COVID-19疫情，從第13周起變成線上課程，將評量縮減為14個實驗、4次小考，並將期末專題報告中需要實作與測試的部分刪除。每周的課程是以連續三小時的時間來進行，上課的模式是(1)先進行展演示範實驗，引起動機並帶出當天課程的主題，(2)接著介紹主當周課程中主題實驗的基礎物理概念與實驗設計巧思，(3)再帶領學生進行主題實驗，(4)最後，就主題實驗的結果進行討論，並再度強調主題實驗的物理內涵與普通物理教課書中的相關章節的關係。

　　從學期末的心得與建議問卷中，得知在17位該科系的高年級學生中，全部認同現行的課程優於先前的純講授課程，並偏好現行結合講授、展演示範與主題實驗的教學模式以及多元的評量。另外，在44位填寫問卷的應屆大一學生中，有37位(佔84%)喜歡現在的教學模式，但有7位(佔16%)的學生偏好單純的講授課再加期中期末考的紙筆評量課程，主要的原因是目前課程的實驗報告太多。在此次經驗分享裡，除了報告以上的執行情形與成效之外，也將進行反思，並提出可能的改進計畫。

摘要

　　為強化通識課程中，物理類課程的學習興趣、知識深度、實際應用與永續學習能力。報告人嘗試以不同的方式，將運算思維與程式寫作的能力，融入這類課程中。

　　融入的主題包含：用運算思維的技巧（拆解問題、模式識別、抽象化、建立演算法）來學習實驗室標準作業程序的建立，用 excel 學習以歸納法從數據中統計出規律，用 python 學習以演繹法由基本模型與假設推演出結果。

　　我們以數種不同的主要上課方式 （純線上課、實體課加上線上課程輔助教學，及單純實體實作課），配合幾種教學技巧（例如 ：翻轉教室、手機行動學習、使用課堂互動工具、網路社群平台等）實施。

　　在本次會議中我們將報告，以上方式在數個物理類通識課程中（包含：通識物理學、物理學與創意思考、物理科學的演進與發展、基礎科學概論）的實施成果與心得。

　　Keywords: 通識物理, 物理教學, 運算思維教學, Python, Excel

摘要

受新冠肺炎(COVID-19)疫情影響，台灣各級學校在2021年 5月19日至7月底之間的教學幾乎都改以線上教學為主。對於需要器材設備的實作實驗課程，如何透過線上教學使學生進行操作與學習已成為新的挑戰。本報告將以國立東華大學物理學系的普通物理實驗，以及科技部科普活動計畫-自造實驗基地的數位探究實作科學營活動為例，說明我們如何調整課程教材教案設計，如何透過線上會議的優點讓學生進行實驗及教學成果報告。除了分享學生學習心得及實作前測後測的成長變化，也分享教師的線上操作方式與教學心得。

我們將普通物理實驗改以學生在住處自行操作簡易器材，完成實驗操作及報告，學生普遍反應佳。認為在沒有他人從旁協助下，自己設法理解實驗講義說明並完成實驗操作是不小的挑戰，但也從中學習到更多經驗。在遠距的數位探究實作科學營方面，有超過9成的報名者全程參與兩天的線上課程，其中大約2/3可以在時限內完成作品發表。相關教材、程式及教學錄影在網路上公開分享，可供師生與大眾學習之參考。

摘要

自由落體運動是學生在學習物理時所遇到的第一個關於牛頓運動定律的主題，這個主題的學習經驗對於學生對物理課和物理學習的印象影響很大。然而，現今的高中物理教學在教自由落體的實驗時，還是使用打點計時器或光電計時器這種老舊、昂貴、複雜的儀器，由於這些儀器的架設和準備材料的工作頗為煩複，很多老師就略過這個實驗不做，以致於學生對於物理課和物理實驗沒有良好的印象，大幅降低了學習的興趣。另一方面，即使學生有做這些實驗的機會，也會對物理實驗有一個不好的印象：物理實驗的器材都很複雜、容易弄壞，實驗進行困難，離開了實驗室就沒辦法做物理實驗了。因此，物理實驗就只是實驗室裡面的事情，學習物理就只是課堂裡面的事情，甚至於學物理就是為了在課堂考試。

我們的團隊長期致力於研發新的實驗方法，鼓勵學生運用生活中的器材自己動手、自己在家做實驗，藉以幫助學生學習物理。我們企圖讓學生了解：物理就在生活中，生活就是一個物理教室、物理實驗室，生活中的器材都可以拿來做物理實驗、學習物理。而且，物理是實驗的科學，經由實際的實驗去了解物理，才是最好的學習方法。在這個研究工作中，我們研究三種做自由落體實驗的方法，並且深入的討論其中發現的問題。這三種方法都是利用智慧型手機和簡單的材料去做實驗，讓每一個學生自己在家裡就可以做出很有趣、很精確的實驗，確實的讓每一個學生都可以經由生活中的實驗學習物理。

第一個方法是利用智慧型手機的Phyphox App量測自由落體落下的時間和高度的關係，從而得出兩者間的數學關係。第二個方法是利用手機錄製自由落體落下過程的影片，將影片輸出到Tracker軟體去分析自由落體運動的位置、速度、加速度之間的關係。Tracker是一個利用影片分析物體運動的軟體，我們的研究重點在於：當手機的攝影速度越來越快時、也就是錄影的幀數（或稱影格率FPS：Frame Per Second）越來越快時，對Tracker的分析會有什麼影響。第三個研究是利用手機的慢動作錄影分析自由落體運動的瞬時速度和時間的關係，在這個研究中我們發現：手機計時碼表App的精確度、手機慢動作錄影的幀數、以及手機螢幕的更新率之間會互相影響。研究結果都成功的顯示：生活中的智慧型手機就是一個非常精確的實驗儀器，每一個人都可以用自己的手機做出精彩的實驗。讓學生確實體驗到物理就在生活中。