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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。



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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