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紐西蘭科學與物理教育點滴 Play-Create-Learn 2017

2017年，Year 13 物理學：RC 共振電路

一年又到了尾聲，這是第二年為《物理雙月刊》寫專欄，雖然有找題材與截稿的壓力，但還是非常感恩有這樣的機會。

這兩年寫下來，不僅為自己的教學過程，留下一點紀錄，更是讓自己有許多專業反思（reflective practice）的機會。從編輯與其他同為物理教師的讀者傳來的回饋，更是讓我受益良多。歲末年終，也剛好是紐西蘭的暑假期間（連同聖誕節、新年的一個長假），回顧今年的這五篇文章，想想明年在物理與科學的教學上，需要做些什麼改變？也想想，有什麼值得與台灣的物理老師、同學分享的教學想法。

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 實驗成績不該只是「平時成績」

 我們在台灣的理化或生物試卷，一般都會包含實驗題，然而，就答題本身，學生其實未必真的需要做過該實驗，對吧？更多的情形是，我們所謂的實驗題本身，很可能也只是個「假想實驗」，重點在測驗出學生是否理解某個科學觀念，是否知道某個重要的實驗步驟，或是否知道某項儀器的操作方法。

 如果學校老師很負責的讓學生做實驗、寫實驗報告，學生所獲得的只能算是「平時成績」，或出現在學校給家長的成績單上面。然而，萬一在年底正式的入學測驗中，學生寫錯答案，那麼，他先前在學校的實驗課裡，無論有多麼努力，結果一樣是付諸東流。NCEA就是以「內部評量」的方式，避免了這樣的遺憾。只要學生有做實驗，並達到要求，他的努力便會被記錄在他所獲得的教育成就國家證書(NCEA) 裡，是一份正式的成績。




 相信大家都知道，能讓飛機平穩地在空中飛行，背後的原理是白努利定律。然而，指引飛機，對準跑道，安全降落的原理又是什麼呢？從乘客的角度而言，就是空服員在飛機起降時，一再提醒的：關閉手中的電子通訊設備，如手機、筆電或平板等。很直覺地，我們不難想像，這些電子通訊設備所發出的電磁波，會「干擾」到飛機與塔台之間的導航設備。然而，具體而言，這些電磁波會如何「互相干擾」呢？



著名美國認知心理學家奧蘇貝爾 (David Ausubel，1918 – 2008) 在他於1968年出版的《教育心理學》扉頁中寫道：
如果我必須把所有的教育心理學濃縮成一個原理，那我會說：影響學習最為重要的因素是，學習者已經知道的東西。弄清楚這些東西，並根據它們來教學。
The most important single factor influencing learning is what the learner already knows; ascertain this and teach him accordingly.

 如果我們暫不深究教育心理學的術語與學術上的細節，奧蘇貝爾的這段話，其實和孫子兵法裡的「知己知彼」，可謂異曲同工。我從「知己」開始，介紹一下紐西蘭課程裡的牛頓力學內容，之後再分享一些物理教育研究上的成果，亦即「知彼」的部分，最後以我自己的一個教學活動作為總結。

扎爾達(Zadar) 是中歐克羅埃西亞共和國(Republic of Croatia) 的第五大城，位於地中海水域的亞得里亞海沿岸。該市有一座著名的海風琴(Sea Organ)，藉由海風與海浪，以及一組藏於巨型大理石階梯下方的空管與共振腔，隨機吹奏出不同的優美音符，如上圖所示。這種具有隨機性元素的音樂創作形式稱為隨機音樂(Aleatoric music，或Chance Music)。

 海風琴源自於札爾達的一項都市計畫，原本是希望修復在二戰時遭破壞的海岸線，但由於缺乏妥善的規劃，結果，在本該優美的海岸線上築起了一片片笨重又單調的水泥牆。2005年，建築師Nikola Bašić以管樂器的物理原理為基礎，設計出這座利用海浪與海風演奏的海風琴，成為當地的著名景點，並贏得2006年歐洲城市公共空間獎(European Prize for Urban Public Space)。



 親眼目睹「電子」的風采！

 三年前，我初到本校服務，資深同事領著我參觀本校的儀器設備，當我看到陰極射線管時，心裏所生的那份震撼至今仍舊記憶猶新。其實，陰極射線管對我而言，並不陌生，因為我不僅已經讀過很多次，也口沫橫飛地教過很多年了。然而，我獨獨沒做過的，就是拿「真的陰極射線管」來教學！

 看著擺在眼前的這支陰極射線管，我好奇的向同事請教，該如何使用它？眼見同事以鱷魚夾測試線，把它與電源供應器，像連接普通燈泡那樣，以最基本的串聯電路把它接好。然後，打開開關，管中隨即出現了一條淡淡的綠色光線，當然，這就是我「在理論上」已經非常熟悉的陰極射線！

 或許大家會笑我「少見多怪」，但是，當下的我真是感到既驚又喜，特別是我不曾預期，這樣幾個簡單的高中實驗儀器，就能讓人親眼目睹到電子的風采！那份感受真是筆墨難以形容！於是，無暇顧及凌亂的桌面，我情不自禁地拿出手機拍照留念 (上圖)。







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