創新物理教材教法創新物理教材教法::七年成果七年成果

張慧貞 教授

逢甲大學 光電系/物理中心

wjchang@fcu.edu.tw中正大學95年度TEAL創意互動優質教學研習

個人經歷個人經歷

物理碩士

物理講師12 yrs:傳統教法科學教育博士 (NZ)

Since 1999

–課堂改革教師

–科教研究

–七年成果

理論/教學互利

大綱大綱: : 物理創新教材教法物理創新教材教法Ch1:學習理論

Ch3:教法改革策略

Ch4-5:生活化教材的開發/引用

Ch6-8:統整主題式單元

靜電學/電路學/氣體動力論

Ch2:力學瓶頸(社會建構)

實例

實例

實例

學習觀的發展學習觀的發展

個人建構個人建構 ⇒⇒ 社會建構社會建構學習瓶頸學習瓶頸::––數學差數學差//頭腦不好頭腦不好

––迷思概念迷思概念

–工具不足/語言/文化隔閡??

實例闡述:–力學瓶頸

–啟發 教學/研究 取向…

單元實例單元實例

教學理論教學理論//學習瓶頸學習瓶頸//教學重點教學重點

教學流程教學流程//時間時間

補充補充教材教材//教具教具//問題問題((組組))

學生學生迴響迴響//提問提問

考題範例考題範例//難度難度

參考資源參考資源

The Physics Teacher (AAPT)

網站:哈佛概念題庫、How things work …

Thinking Physics (Epstein)

科普書/科教文獻

教學研討會

週遭訊息/資源

哈佛概念題庫哈佛概念題庫

如圖,兩個正電荷向原點移動，q2作用在q1的磁力方向為何？( 44%)

一導線電流，一正電荷靜止置於此導線旁。請問導線施在粒子上的是甚麼力？1.電力 2.磁力 3.兩者皆有

4.兩者皆無 ( 10%)

Why 生活化+課堂互動?提高學習動機

賦予概念意義

凸顯課程價值

體會概念(工具)價值

誘導學習參與

挑戰學習瓶頸

提昇學習成效:知識與態度

生活化套餐

單元前:開胃菜

單元後:題組/單題

–光球學靜電

–聖誕燈學電路

單元再測

數單元統整

–力學統整

–微波爐/太空任務

動量動量::開胃菜開胃菜 + + 後測後測

沙漏的所秤到的重量是沙漏的所秤到的重量是否隨沙子的位置而有所否隨沙子的位置而有所不同？不同？

dtpdFvv

=

跳高比賽的厚墊，可以降低選手落地時的哪些物理量？

衝量、能量、動量、力量

電容電容: : 開胃菜開胃菜 + + 統整統整

電擊器電擊器須能須能刺激心臟刺激心臟,,又又不造成不造成傷害傷害,,故故「電能」與「電能」與「電功率」何者須極大「電功率」何者須極大? ? 何者不可太大何者不可太大? ? VV、、CC、、II、、Q Q 哪些需極大哪些需極大? ? 已知已知 C, U, C, U, ∆∆t; t; 求求V,I,Q,V,I,Q, PP??

手搖後可以產生電__?電能儲存元件為何？電容結構如何? 電容如何種儲存電能?

電磁感應:開胃菜 + 回顧

手電筒如何發亮？

主要元件？磁極方向？

「磁生電」與「電生磁」之差異？

磁鐵從木板與鋁板滑下，何者滑得較快？

比較 ∆Φ, ε, Iin, Bin, FB?

主題單元題組

太空任務

靜電學

電路學

牛頓力學

Ch5:太空任務

統整萬有引力、、力力、、能量能量、、轉動轉動、、運運動學動學、、簡諧運動簡諧運動、、觀點的調整觀點的調整

重力與太空任務

圭亞納是最熱門的火箭發射點，其地點為何？物理上有何特點？

監視蘇俄的同步衛星，為何無法保持在蘇俄上空？

根據紀念幣指出牛頓在物理上的貢獻? 請找出圖中錯誤之處。

太空任務太空任務

太空梭失重的原因太空梭失重的原因為何為何??哪些力為零哪些力為零? ? 與噴射機的失重有與噴射機的失重有何相同何相同//相異點？相異點？

太空筆的設計須考慮哪些功能?

尋找市面上相似的筆.

課後挑戰

靜電學:教學困境/挑戰

術語繁多、觀念抽象

缺乏電學實例/理論化

數學繁複/枯燥

物理概念需琢磨

–單一術語之意義

–術語間統整 概念網

11. . 微波爐加熱食物原理？微波波長?

2. 需避免的器具與原因？

3. 防止微波外泄的方法？

4. 轉盤的目的及原因？

5. 光碟置於爐內,可見藍色火花,原理？為何藍色？

6. 微波爐如何使燈泡發亮？

7. 如何使日光燈管發亮？

8. 磁控管如何製造微波?

微波爐魔法電電//磁磁

//熱熱

//原子物理原子物理

課後提問

CD成分不是金屬，也能尖端放電，非金屬也能產生尖端放電嗎?

微波爐防止外洩之原理，是否同隱形戰機防雷達偵測？

微波爐門上的金屬網不會尖端放電嗎？

沒水分的話，能微波加熱嗎？

除了磁控管，還有方法製造微波嗎？

神秘光球神秘光球

光球發光原理？內部之氣體、氣壓？發光條紋/顏色如何變化？與靜電學何關?光球如何點亮燈管? 與微波爐點燈有何不同?點燈後如何熄燈?觸摸為何不觸電?如何藉由某人摸光球，點亮另一手上之燈管？

Ch6:Ch6:直流線路直流線路 (4 (4 hours)hours)

學生認知:

– 原理簡單

– 與高中重複

– 物理與生活無關

教學策略:

– 提高挑戰性

– 統整相關原理

– 生活融入原理

開胃菜開胃菜

看到什麼現象?

原理為何?

–小組討論 (10 min)

講解:(15 min)

–電阻串/並聯、R(T)、電功率–P=V2/R=I2R=IV

開胃菜開胃菜::引題引題

克希荷夫定則∆ I = 0; ∆V = 0

等效電阻(Req)

討論題組: 5~10題

1. 1. 如圖, 其功率之大小 PA < ， > ， = PB？其電阻之大小 RA < ， > ， = RB？

2. 三個大小不同的電阻，以所有可能的方式連接，且三個全部使用，則最多可接出幾種不同的總電阻值？

討論題組討論題組

聖誕燈聖誕燈::

1. 1. 畫出線路圖畫出線路圖

2. 2. 線路圖與外觀線路圖與外觀

3. 3. 等效電阻等效電阻++功率功率

4. 4. 閃爍原理閃爍原理

5. 5. 燈組損壞連鎖效應燈組損壞連鎖效應((挑戰挑戰))

題組壓軸題組壓軸::挑戰哈佛挑戰哈佛

A,BA,B燈泡相同，燈泡相同，則當開關接通，則當開關接通，

A A 燈亮度燈亮度 ↑↑ 、、 ↓↓、、==、、00？？B B 燈亮度燈亮度 ↑↑ 、、 ↓↓、、==、、00？？((答對加分答對加分,,自由參與自由參與))

解答解答: : ∆∆V V ((迴路迴路) ) = 0 = 0

再測

右圖示範

–現象為何?

–原理為何?

–小組討論(10 min)

原理:電阻與溫度+串聯+電功率

考題範例

將左側電池上下倒轉，R=20Ω ，求VA? IB?

接通後,第4顆燈泡何項隨時間遞增?

R4, I4, V4, P4

Ch2:Ch2:力學瓶頸力學瓶頸超越 數學/迷思概念/思考

教科書不足/誤導

牛頓力學–三大定律

–力的形式/公式

–力圖分析流程

–迷思警語

社會建構看學習–新工具/新術語/新觀點/新文化

新工具新工具//新觀點新觀點::

力力::

––成因成因::作用者作用者

––立足點立足點::慣性座標慣性座標

––本質本質::交互作用交互作用

加速度加速度::

––分量分量

力與加速度力與加速度::

––因果因果::力力⇒⇒加速度加速度––推導流程推導流程::力力⇔⇔加速度加速度

amF vv=

力的誤判力的誤判 amF vv=

向/離心力: 44%

向心力： 成因施力者⇒作用力

⇒加速度運動⇒加速度

⇒力

離心力： 立足點慣性座標觀察力

超越迷思

力的本質力的本質

硬幣摩擦力大小比較硬幣摩擦力大小比較::

快彈快彈 < < 慢拉慢拉 (55%)(55%)

““快彈快彈來不及來不及產生摩擦力產生摩擦力＂＂

⇒⇒ 力需時間累積力需時間累積反作用反作用力力

新工具新工具++新觀點新觀點

加速度的分析加速度的分析

取分量取分量 ; ; 十字架十字架

方位方位

amF vv=

思考前的準備

加速度方向加速度方向PP點的加速度點的加速度

↘↘ 3939﹪﹪↓↓ 3131﹪﹪↗↗ 1010﹪﹪→→ 77﹪﹪

““因為因為 的力的力抵銷抵銷,,所以所以aa ＂＂ ((倒果為因倒果為因))或或→→ : 38% : 38% ((觀點不合宜觀點不合宜))

多重瓶頸:求a與T

1. 畫力圖T + mg 61%2. 垂直分解 55%3. 加速度含at +aR 8%4. 分量 ，不是 37%5. (計算開始) F=ma 100%6. 切線: 由Fg求 a 25%7. 向心: 由a求F(張力) 3%8. 由能量轉換求aR 8%

P

30°

amF vv=

規則/工具/觀點

心得心得

教材資源＋互動策略

提昇學習動機

自我實現/成就：老師＆學生–多元發揮

–傳統課程目標

持續修正/開發 …–學理+經驗–物理/教育知識+資源蒐集+學生背景/回應

本書目的

反思傳統教學之不足

體認課堂互動的重要

補充教科書之不足

–生活題材(問題組)

–傳統教材

落實教材與教法之革新

改進學習成效…

概念

術語/工具/規範