網路資訊環境的輔助教學功能 : 

物理教學示範實驗教室輔助教學網站為例
 

http://www.phy.ntnu.edu.tw/demolab/

 

黃福坤 副教授

 

國立台灣師範大學 物理系

摘要

 

資訊的成長與擴散度是科技與文明發展的表徵與推動力。以硬體為主『船堅砲利』式的時代逐步走入歷史中,即將上台的是一個以軟體為核心的資訊新世紀。在資訊爆炸性成長的環境下,如何擷取適當的資訊並與外界傳達、分享與溝通的能力是生活於現代社會所需培育的基本資訊素養。現代的孩童在多元資訊的複雜環境中成長,著重『知識傳授』而忽略資訊素養培育的學校教學與家庭及社會教育,使得學習者對良莠不齊的資訊照單全收。負荷不良的過度吸收不僅造成學習的迷失,也造就了更多混亂不安的社會亂象。倡導學習的同時,更需著重所學習資訊內涵的選取與過濾。

教學不應侷限於教師具備良好的資訊溝通能力,將本身的知識傳授給學習者,也要培養學習者選取適當與有效資訊的能力。師資的培育過程中,除基本學識能力的養成、資訊溝通能力的訓練,更需孕育資源分享的理念。教師間若能相互分享教學經驗與教學內容,則能促進教師本身的自我學習與成長,才是推動『終身學習』的良好示範。對學習者而言,網路開拓了較不受時空限制更寬廣的學習環境。但是也需要學習者更主動的參與並調適發展不同於傳統的學習模式,才能達成有效率的學習。理想的網路學習環境除了提升學習興趣外,應能引導學習者發展有效率的學習策略以達到實質的學習成效。本文將以『物理教學示範實驗教室』網站建構的實例,分享如何運用網路科技的發展,形成有效率的輔助教學工具,達到資訊交流與資源共享的實踐。

 

資訊素養與教學

 

物理教學示範實驗教室輔助教學網站為例

http://www.phy.ntnu.edu.tw/demolab/

 

資訊的成長與其擴散的廣度及速度是科技與文明發展的表徵與推動力,隨著時代的演進,資訊傳播的廣度與速度有如爆炸式的拓展。由於交通與各種傳播媒體的快速成展,使得人們在個人生活的空間內,經由各種不同形式公共媒體的傳播能夠隨時目睹世界各地事件發生的即時資訊。近幾年來網路資訊科技更如指數函數般的快速成長,使得我們能更進一步透過『網際網路』主動的搜尋所需要的資訊,同時藉由各種網站建立個人對外傳達訊息的管道,形成雙向的溝通。達到『資訊溝通、資源分享』地球村的新境界。

以硬體為主『船堅砲利』式的時代逐步走入歷史中,迎接我們的是一個以軟體為核心的資訊新世紀。在資訊爆炸性成長的環境下,如何擷取適當的資訊並與外界傳達、分享與溝通的能力,將是生活於現代社會所需培育的基本資訊素養。是否我們已經準備好接受資訊科技軟硬體快速成長時代的來臨,是迎接與期待的心情,還是仍處於徬徨不安的處境。

我們都能體認到現代的兒童和當初我們成長時的環境大不相同,傳播媒體的發達使得複雜社會的資訊直接傳達到家庭中,現代的孩童在多元資訊的複雜環境中成長。著重『知識傳授』而忽略資訊素養培育的學校教學與家庭及社會教育,在缺乏適當管制的情況下,使得學習者對良莠不齊的資訊照單全收。負荷不良下的過度吸收不僅造成學習的迷失,也導致了更多混亂不安的社會亂象。倡導學習的同時,更應著重所學習資訊內涵的選取與過濾。

資訊的蒐集只是學習的開始,它是一種方法而不是學習的目的。沒有經過整理的資訊不過是一堆資訊垃圾,雖然網路上有收尋引擎(網站)的出現,提供初步整理與過濾的功能。然而其功能不過類似圖書館中索引書目的目錄區。使用者從目錄區查詢出所需要的書籍後,需要的是進一步從所閱覽的書刊中,擷取資料並建構形成個人的知識。網路所提供的是一個更巨大無圍牆的世界圖書館,只是資料來源不限制於出版社,而是人人都可以提供資料,只要能接觸到相關的設備,人人也都可以瀏覽網路資訊。而且這個圖書館更能提供最新最先進的聲光多媒體,具有資訊即時更新且能相互交流互動式的使用介面。

網路的功能不應只侷限於資訊的交流,適當的規畫與運用更可能達成整合資訊形成資源,發揮資源共享的教育學習功能。同樣的教學不應侷限於教師具備良好的資訊傳輸能力,將本身的知識傳授給學習者,更需培養學習者選取適當與有效資訊,然後消化資訊轉化成知識,甚至進一步運用知識及推廣知識的能力。因此在師資的培育過程中,除基本學識能力的養成、資訊溝通能力的訓練外,更應孕育資源分享的理念。教師間若能相互分享其教學經驗與教學內容,則能促進教師本身的自我學習與成長,才是推動『終身學習』的良好示範。教師若能將個人豐富的教學經驗與教學資源,藉由個人的網頁將資訊整理後分享,將是師資培育過程中最寶貴的資源。尤其教師本身整理資訊的過程也是一種學習,因為資訊的呈現必須注意對象的不同,而提供適度的解說。這樣的思維與實作的過程,對於實際教學將有所助益。

本文將以台灣師大物理系由筆者所建構『物理教學示範實驗教室』網站建構的歷程與經驗(網址:http://www.phy.ntnu.edu.tw/demolab/),分享如何運用目前網路科技的發展,形成有效率的輔助教學工具。期望更多的教育工作者投入類似的行列,共同建構完善的教學資源網,達到資訊溝通與資源分享的實踐。

 

 

緣起

當我在美國馬里蘭大學求學時,最另人印象深刻的事是在每學期開學前,全系的教師與助教研究生共聚一堂,觀賞系上教授Dr. Berg 所展示的物理教學示範實驗 (Berg , 1998)。由於曾擔任教學助教有幸參觀其內部陳列,發現有千種以上的教學示範實驗。最讓我印象深刻的是初次見到兩個大小原來一樣的氣球,吹一大一小後套於暫時封閉的管子兩端(黃福坤, 1998)。他當時問到:當打開開關讓氣體可流通時,兩氣球會發生怎樣的變化呢?這樣的問題似乎不像是研究所學生通常遭遇的問題,但是給我相當大的震撼。曾經研讀多年的物理,卻被這樣看似簡單日常生活中的現象所困惑。而且最後的結果是大家所料想不到的。整個過程激發了腦力的思考,也對於所相關的物理概念有更深入一層的認識。當初便下定決心回國後必定要好好推廣如此有趣且深信教學效果良好的示範實驗。從此每當系上舉辦類似的活動時,必然前去參觀學習。

回國在台灣師範大學物理系任教後,便開始於空閒時留意坊間與物理原理相關能用於教學用的禮品、玩具或用品等。也同時收集並且設計、整理了一些物理教學的示範實驗。經過數年的努力也累積了近四十種的示範項目(黃福坤, 1997),所採用的器材也都盡量取材於日常生活的用品,以利於推廣。甚至將自己小學時『抓錢幣』的遊戲,以物理的觀點瞭解其道理並用於平日教學中。筆者也開始藉著在台北附近的高中以及國中的研習活動中演講推廣示範實驗活動。其中多數的器材都是日常生活中容易取得的,將物理的概念以問題的方式呈現,配合趣味性的引導當場表演示範。不僅學生覺得非常有興趣.,也讓很多中學老師興趣盎然。利用簡單有趣的教學示範實驗,讓學生從親眼觀看以及實際操作中,學習了物理知識並真正領悟其中蘊涵的物理概念。

在經常與中學生接觸的經驗中,發覺學生考試時即使答對問題,並不代表學生已經理解了該問題的概念,經常只是將記憶的結果填在答案卷上,如果相同的概念但題目的呈現方式改變,不是曾經見過的題型或說法,則往往學生就不知如何回答,無從下手。這也是一般學生學習物理最感頭疼的問題。由於僵化的學校教育,我們已經很有效率的將許多學生訓練成不想自己思考,只想知道標準答案以便應付考試的學習模式。因此我面對學生從事示範實驗演示時,並不會直接告訴學生為什麼會有所看到的結果。我的開場白通常是:今天各位同學會看到很多有趣的現象,有些很像魔術的表演。但是所有活動都是運用簡單的物理概念便可以理解的。如果同學們肯自己思考所看到的現象,並且嘗試提出說明。我會另外以問問題的方式,引導同學自己想出其中的答案與原因。但是如果沒有人回答,則各位將只會看到表演,我不會詳細的說出為什麼,留待各位繼續回味思考。只有當自己嘗試思索問題的答案時,才是學習的開始。

於是同學們會開始主動思考,雖然由於缺乏練習,有時候思考方向不太對,我會以更簡化的問題提示他們思考的方向,最後的答案必須由同學自己答出。同學們發現思考問題不再是那樣的困難,偶而也會產生精闢的見解。我們的學生並不是不夠聰明,只是他們的理解與自由思考的能力往往被壓抑了。小孩子是最會問問題的,但是學校所謂的「(對考試)有效率的學習方式」將學生問問題的習慣給「有效率的」消除了!學生所想要知道的是「題目的標準答案」,而不是如何得到答案的思考模式與解決問題的方法。教師們經常忽略了給予學生主動思考問題或學習內容的機會,卻又往往覺得學生缺乏主動思考問題的習慣,實在是很不公平的指責。

為了進一步推廣成效,於是藉著每年暑期教師來進修時便展示給中學教師觀看,深獲教師的喜愛,趁勢鼓勵中學教師採用「物理教學示範實驗的輔助教學方式」。由於教師們平日教學工作繁重,雖然感覺示範實驗對於教學必有相當助益,但是對於本身是否有時間與精力收集或從事類似示範實驗的開發與嘗試提出疑惑。為了鼓勵中學教師模仿、改良與推廣。因此提出如下『資源分享』的概念:如果每一位教師一季或一年的時間當中各自參考坊間現有書籍的示範實驗活動,親手嘗試並設計改良一項物理示範實驗,就不會是沈重的負擔。然後教師們第二年再度返校進修時,彼此可以互相分享所設計的實驗活動,溝通呈現器材準備的方式與實施的經驗。則每個人都能很快擁有多項成功可行的示範實驗適用於教學活動中。雖然每人只設計一樣,但溝通分享後就成為三四十件可運用於實際教學活動中有效的物理示範實驗,負擔不會太重卻能達到預期的成效。雖然不是每位教師在第二年都做到,但是逐年的成果展示都發現有更多教師的投入。

但是只靠個人的演講與示範演示影響有限,為了更有效推廣示範實驗活動,於是想到運用當時正在國內萌芽的台灣學術網路。希望藉由網站的設置,將示範實驗的演示活動拍攝成影片或圖片,放置於網站上提供更多教師與有興趣的網友參考,同時提供教師教學時的輔助教學資源,成為學生或一般社會大眾理解學習物理概念的另一種個管道,因此網站定名為『物理教學示範實驗教室』。

雖然我們的小孩從小學便開始學習自然,進入國中便繼而學習物理與化學。只可惜大多數學習的方式不理想,不僅未能體會物理的樂趣,往往考試完畢便趕緊將頭疼的內容交還給老師了! 也因此多數人無法將所應學習的物理概念應用於周遭生活之中,幫忙解決問題或更有效率的工作。更不用談藉由物理教學,訓練個人思考與解決問題的能力。物理有它趣味、有意思的一面,只可惜大多數人選擇了較沒有效率學習物理的方法—完全只顧著吸收資料如上課聽講、補習、看參考書等,除了記憶外還是記憶。大多數忽略了消化、吸收並轉化建構完整知識的過程。學生們聽或看了太多而缺少思考整理的過程。腦海中記憶的是書本片段的資料,而不是完整的知識。熟記『十萬個為什麼』或『科學百科全書』並不是學習科學的正確方法,這類書籍所提供的是思考問題的片段背景資料,是繼續思索學習的起點,而不是終點。但是這樣的學習方式卻通常符合當前學校一般學習測驗答案的需求,養成學生遇到問題便只想馬上知道標準答案,而不尋求為什麼該是如此的答案或別人是如何思索解決出問題的方式。學校教育所提供的內容不可能完全符合就業所需,而是提供個人發揮專才的基本能力。藉由問題解決的過程,培養處理問題與思考並解決問題的能力才是學習的重點。

因此網站建立的目的不是提供完備的學習參考資料庫,而是希望能藉由適當資料的引導,開拓學生思維想像的空間。以別於傳統追求完整灌輸的教學傳授方式。最好的教師不應該只是將資料做完整的整理,然後提供給學生的媒介

,而應該是能依據對象的不同提供適度的資料後,引導學生整理後建構自我的知識體系,達成學習的目的。這是網站內容建構時所依循的精神,也是本網站所希望具有的特色。

 

網站建構的歷程與經驗

 

網站建立的構想雖起源於示範實驗演示活動的推廣,然而建構網站的初期,由於國內網路頻寬與影像多媒體的傳輸技術仍不夠成熟,而影像檔案往往相當龐大,若勉強上網,一般網友瀏覽影片時將耗費相當多的傳輸時間,效果必然大打折扣。示範實驗演示活動若僅靠文字說明不易領會其內涵,也因此暫緩拍攝錄製實驗演示的影片。恰好當時美國昇陽公司(http://www.sun.com/)剛發展出一種新的『結構化物件導向的程式語言』— java (http://www.javasoft.com/ )—它最大的特色是經過編譯後的程式,可以在不同的電腦作業系統下執行而不需要重新編譯,這是過去電腦語言所缺乏的。由於透過網路相互溝通的電腦形形色色,作業平台(系統)也不相同,彼此的程式無法相互溝通。這樣的程式語言在電腦資訊網路發展的時代環境裡更加顯得重要。

Java是如何讓程式在不同電腦作業平台下皆能夠執行呢?基本方法是將電腦程式細分為最基本的工作項目。例如:開啟檔案,畫一個點等共通使用的項目,然後事先在不同電腦作業平台下建立程式庫(library),然後安裝在電腦上。所有的電腦作業平台只要有人依照相同java規格發展出一套程式庫便可以共用。而Java程式編譯時,便將程式轉換成一項項的基本工作項目。由於java編譯後的程式可視為工作項目的編碼(byte code),主要工作都在程式庫裡完成,因此java編譯後的程式即使短短幾個kByte的程式碼,相當於其他語言數十倍程式碼所能完成的功能。當然程式執行時必須重新與程式庫相連結,執行速度上會稍慢,這是它的缺點。但是在電腦日新月異的現代,硬體上快速的發展使得大多數程式的設計發展時(除了學術上的研究外),速度已經不再是最主要考量因素。現代網路蓬勃的使用是java能夠快速發展的主要因素。Java程式可以透過網路傳輸後,在任何一個已經事先安裝java程式庫的電腦上直接執行。由於java的執行程式小,因此在網路傳輸擁擠的現況,更顯得重要。又由於程式是在傳輸到使用端電腦上直接執行,因此程式執行速度快。現今網路上的主要瀏覽器,如Netscape (http://www.netscape.com/) Internet Explorerhttp:// www.microsoft.com)都已經內建java程式庫,因此當閱覽具有java程式的網頁(Web Page) 時,便會自動將java程式透過網路傳輸到使用端(client),然後自動執行,完全不需要受限於使用端電腦的類別或作業系統的限制。更重要的是當伺服器端(Server)將程式更新時,全球透過網路使用的程式便自動執行最新版本的程式。由於java設計時便包含網路功能,也就是可以將電腦程式在伺服器上執行,然後將結果在使用端顯示出來。這對於需求快速運算速度的學術研究上尤其重要,在具有高速運算能力的電腦上執行運算需求高的工作,然後將結果透過網路顯示在具有完善圖形使用者介面(Graphic User Interface)java環境下,可說是完美的組合。由於它Write once, Run everywhere的特性,自動販賣機、金融提款機、電器機械自動控制系統等,各種需要在不同環境下使用的程式系統都已經開始朝java招手。Java已經不再只限於是一種程式語言,目前已經朝成為一種新的電腦工作環境發展,讓所有不同電腦的軟硬體資源皆能夠共享。完全符合網路『資訊互通、資源共享』的精神,

當時瀏覽國外的輔助教學網站時,恰好觀賞到美國奧瑞岡大學(Univ. of Oregon, http://jersey.uoregon.edu/vlab/)利用java所寫成的物理動畫程式。例如一個燈泡與電阻及電源串接的線路,使用者可以憑藉滑鼠的操作移動上述元件,模擬真實實驗的情景。這種學習內涵的互動式操作與傳統學習流程互動式的電腦輔助教學CAI是更進步的設計。尤其可以透過網路將設計的成果分享給上網的使用者,學生學習時不受「空間」與「時間」的限制。在全球各地的學生都可以透過網路學習,沒有上下課的區別。即使學習時有問題,也可透過電子郵件很快與設計者相互溝通。於是心想為何不自己也來試一試!便開始學習java的程式寫作,一個月後完成了第一個國人自己設計的java物理動畫程式—透鏡成像的虛擬操作(黃福坤 , 1996)。使用者可以學習當物體放在透鏡前時,光線如何經透鏡的作用形成實像或虛像。藉由滑鼠的操作可以選擇凹透鏡或凸透鏡,也可以改變透鏡的焦距,物體的位置與大小...等,所有實驗室內實際操作的過程,藉由滑鼠更輕易的模擬。而且藉由動畫的顯示,更能清楚提示學習的重點。我也同時撰寫了英文的網頁,並在全球放置物理相關java動畫的網站 TIP/TOP VLAB(http://physicsweb.org/TIPTOP/VLAB/)向站長登記註冊,隨即收到站長很高的評價。他也同時以電子郵件通知世界各地對物理動畫有興趣的人士。很快的我的信箱充滿很多的讚許以及對程式的改進意見。考量他們的建議並重新思考整理後將該動畫程式設計的更具有學習功能。全球陸續有教師來信告之,當他們上完透鏡成像單元時,都會請他們的學生上網站玩一玩透鏡成像動畫程式。

往往教師想傳授的內容與希望學生學習的概念,和實際的學習程度有一段的差距。藉由通常口述的教學方式時,這種差距更大。例如:路人向你問路時,由於對方對當地不熟悉才會迷路。當你告知對方時,由於腦中已有附近環境的圖像,因此很清楚所告訴對方的內容(何時左轉或再右轉等)。可是對方不見得完全清楚,何處會碰到被告知的特殊標誌然後轉彎。如果稍複雜的路線,往往需要再繼續問路。但是如果以描繪簡圖的方式或使用地圖則較清楚。事先如果看過動態的畫面,則不需要邊看地圖,也可以更方便的找到目的地。學習時如果能配合圖形或實物影像的方式,學生更容易領會課堂內容的情景,如果有動態畫面則學習效果將更好。 Java 物理動畫就是利用java所設計的物理教學動畫程式,用來幫助學生更容易學習或領悟所介紹的物理概念。

這兩年來網站上已經陸續設計超過60java物理動畫程式,是全球設計最多適合中學生的java物理動畫程式網站。由於所設計的物理動畫受到全球各地網友,尤其中學及大學普通物理授課教師的喜愛,而國外地區連線到台灣的網路傳輸速度稍慢,因此同意各地的教育學術單位設置複製的網站,以方便當地的網友瀏覽。目前全球各地共有22個複製鏡射網站(http://www.phy.ntnu.edu.tw/ java/mirrorSites.html)放置相同的英文網頁,包含美國奧瑞岡大學的教授也來信聯絡。也同意他們翻譯或修改網頁成為當地語言,以方便學生學習。曾收到小學四年級學生抱怨網站中只有適合中學程度以上的教學動畫,也有多位小學教師希望我添加適合小學生的動畫,只是因為個人時間有限,尚未在這方面發展。筆者更期待有中小學教師一起加入這樣的行列。

物理的學習之中,操作與實作的經驗是很能幫助學習的。光靠聽講,不如加上圖片說明來得有效果。如果是配合動作的動畫,那學習效果將更好。學生更能感受教學的情境。現代很多學生因為聯考的因素不得不學習物理,他們多數懼怕物理。因為沒有發覺正確的學習方法,光靠記憶是學不好物理的。筆者有一個想法:「要是學習物理,能讓學生感覺像在玩電動玩具一樣,讓他們著迷那有多好!」。好希望能讓上網者認識到物理趣味的一面,有意思而且對他們日常生活應用有幫助的一面。將個人所享受物理趣味的層面分享給有興趣的網友,也希望傳播給物理教師,提供作為輔助教學資源。透過java程式將物理概念的學習融入虛擬的實驗過程中。也因此本網站英文的名稱定為 Virtual Physics Laboratory at NTNU (http://www.phy.ntnu.edu.tw/java/index.html)台灣師大虛擬物理實驗室。

學習物理的過程中有些較抽象,缺乏實際經驗不易說明的概念。藉由動畫的呈現,可以讓學生對於學習的情境更有感受,自然增加學習的效果。有些更可增加趣味性,例如:反應時間—煞車距離的動畫,除了可以讓網友測量自己的反應時間,體會實際生活中車速與煞車距離間的關係。也同時能領略出動畫中隱含的物理概念:物體的加速運動以及摩擦力等。因此設計每一個動畫時都盡量將相關的物理量,以不同方式呈現出來。只是因為人力不足,較偏重於概念的呈現與程式的發展。網頁中物理方面的解說仍不夠詳細,未來希望同時也加強這方面的內容。但是並不希望將內容寫得太詳細。因為現代的學生碰到一個新的問題,很想知道書上是怎麼說的或是聽老師如何解說。而忽略了運用學過的概念自己去思考答案。這才是學習物理的精神—訓練獨立思考,解決問題的能力。網頁中會提示思考方向當作建議,不做全盤的解說,以免抹殺了網友思考的機會。因此設計的方向是以提供教師作為輔助教學工具為主,或提供學生輔助學習的活動。也將網站的功能定位為輔助教學網站。

這個網站不會提供類似「百科全書」或「十萬個為什麼」的內容。因為那樣不是學習科學的方式。記憶:是電腦最大的優點之一,我們留給電腦去記憶/去儲存。人類最大的優點是「創造思考與發明」新的事物、新的觀點、新的概念。希望網友能多思考網頁中所提出的問題,用自己的想法去解釋,java動畫的部份依網頁上面的說明,嘗試不同的變化方式,學習並領悟其中的物理概念。千萬不要只是想在腦海多記憶一項物理內容,當碰到新的形式的問題只能記憶一個新的解題方式,這樣絕對不是學習科學的方法。目前政府的政策正朝網路資訊島大力推進,不久全國學校都有電腦連上網路。更能減低教學資源差距的問題java物理動畫不至於因為缺乏儀器或儀器故障而無法作實驗。當然它無法完全取真正實驗的功能,但確是很好的輔助教學功能。這也正是電腦輔助教學的功能不是嗎?電腦不可能完全取代教學,但輔助教學是它最大的特點。正如現代的飛行員仍然需要實際飛行經驗,但電腦模擬飛行增加他的經驗,模擬時意外犯得錯誤可以重來,那些經驗幫助他實際飛行時的熟練程度。

Java 物理動畫外,本網站最大的特色便是提供一些運用物理概念於日常生活相關活動或事件中的網頁單元—日常生活中的物理。以下是該單元在網頁上所呈現的簡介(http://www.phy.ntnu.edu.tw/demolab/everydayPhysics/):

 

 

本單元的基本目的:

    1. 瞭解物理與日常生活的關係。
    2. 運用物理幫助/有效率解決工作中的問題。
    3. 激發對物理學習的興趣。
    4. 幫助學習/運用基本的物理概念。
如果你是生產業的老闆: 如何利用基本物理原理 改善/增加產品的附加價值?

如果你是建築業的老闆:

如何利用基本物理原理 有效增加房子隔音,隔熱效果?

如果你是採購的消費者:

如何利用基本物理原理判斷商品的廣告是否真實?

多理解這些基本的物理知識, 能夠讓你在工作/生活時,更有效率的解決問題。 讓你我的生活過得更美好!

 

例如:『衣服和絕熱』的網頁將熱學中的傳導、對流與輻射等 垓z概念與體溫、運動流汗、穿衣、保溫瓶等日常生活的 瑣事相連接。87年華航空難時也針對報章雜誌的報導以物理的觀點,分析報導內容的合理性。報紙刊登國內下冰雹時便新增網頁說明冰雹形成的原因與相關現象。其他還有『為何看見藍天、白雲、紅夕陽與彩虹的形成?』、腳踏車、電燈泡、耳溫槍的物理原理等數十篇相關網頁內容。讓感覺生硬的物理知識於居家生活中凸顯出來。認識科學不僅僅只是考試中的問題與答案,科學就在我們的日常生活當中。物理知識的學習在於幫助我們更瞭解周遭的事物,讓我們能夠更有效率的解決問題。物理運用數學與公式當作溝通的語言,但更重要的內涵是物理的概念與架構。認識科學的學習是靠理解而不是記憶。物理的研究讓我們瞭解自然界各種變化所遵循的基本法則。我們所要學習的是這些基本的法則,而不是片段的科學知識。同時學習邏輯的思考與推理,並用以幫助解決所遭遇的問題。運用這些基本的法則讓我們理解周遭所發生事件的因果關係,並推斷可能發生的情形,做出最有利於我們的作為。瞭解並欣賞自然界在法則下運行的情形,當欣賞美麗的日落的同時,也瞭解日落形成的原因與紅紅夕陽的源由,將更能體會大自然的『美』。這類型的網頁內容相當受到歡迎。

為了能夠更進一步推廣物理教學示範實驗教室的教育功能,又 ㄔX新的個想法:利用網站做為對物理教學有興趣的教師以及同學溝通相互學習的管道。(http://www.phy.ntnu.edu.tw/demolab/class.html) 註:目前已經啟用新的 物理問題討論區 透過網 隋言葖堨蔇u上共同討論區,讓有興趣參加註冊的網友(稱為學員)彼此間以代號相互溝通 P討論,筆者也參與並幫忙提供思考方向與相關資料與物理概念的解說。另外每位學員提供 茪H專屬討論網頁,當學員增加新討論資料時,會有電子郵件自動告知筆者有新的內容。當 妒怞^覆新資料時,也會有電子郵件告知學員已經有回應。討論的內容與主題,完全由學員 D動提出。當學員提出問題或迷惑的概念時,需先提出自己對於問題的想法與看法及瞭解的 {度,筆者會依據不同的對象提出不同程度的對談參與討論。筆者的角色是幫助學員思考/解決問題,幫助學員自己找出答案。主要目的不在於提供問 D的解答,若是需要相關資料時,願意提供現有資料以幫助理解概念或解決問題。網頁內會自動記錄所有討論過的內容與流程。學員可以看出個人的討論與學習歷程。讀取網頁時需要個人的專屬密碼,否則無法閱覽,屬於學員與筆者間專屬的討論區域。這樣參加的學員或許可以更盡情的發言,較無顧慮。簡單的說:就是同時提供線上個別輔導與小組討論的功能。藉由問題的探討,學習並建構個人的物理概念。利用網頁/電子郵件的討論,一起探索有興趣的物理主題。與現有BBS/郵件討論區不同的地方是:選定探討研究的主題後,要實際彼此研討,也可能需要分別做觀察、實驗,直到獲得結論,同時建立網頁資料。強調學習不該只是提出問題,等待別人來回答或解說。而是主動思考問題,互相討論並提出解決/處理方式,提出問題者也要主動參與解答的過程。筆者也會主動提出一些與日常生活相關的物理現象,轉化成問題形式後放置於『想一想』單元,例如:雲是由很多小水滴所組成(氣體看不見),可是水的密度比空氣大,為何不見『雲』如一般物體受重力影響而『掉落』下來呢?這一類的小問題供網友討論思考。

筆者與數位中學教師過去幾年參與教育部教育研究委員會的專案計畫:『國中數學及自然科學生活化實驗設計學習模組的研究開發與推廣計畫』,藉由動手做的實驗活動與學習手冊提供為國中生學習物理的輔助教材。筆者將所製作的成品轉換成網頁格式提供教師或學生做為教學參考!希望同學能跟著模組的內容,動動手!做一做!在觀察與活動中學習,也動動腦!想一想所建議的問題!最好是能自己又想出相關的問題。關於設站最初將示範實驗編製成影片線上播放的構想,由於網路傳輸與播放軟體技術的發展,開發出影像資料傳輸的同時可以播放已經傳輸部份資料的影像,使得大量資料的影像傳輸在擁塞的網際網路上成為可行的方式,終於將過去筆者示範實驗演示時所拍攝的錄影帶,轉換成Real Video的格式,放置於網頁上讓網友可以線上觀賞實際操作的過程,完成當初的心願。未來將繼續編製新的內容,且隨時配合更新的網路技術呈現更高品質的影像資訊。

本網站所設計的物理動畫受到全球各地網友的肯定,其中二十多個動畫在版面重新設計後被收錄於1998年9月已出版的法國百科全書光碟版中(第四版http://www.encyclopaedia-universalis.fr/)。另有25個物理動畫程式則被收錄於Johns/Childers 所編著Contemporary college physics隨教科書附贈的輔助教學光碟中(http://mhhe.com/jones/)該光碟共收錄全球相關物理動畫75個,筆者所設計的動畫佔三分之一的份量)。網站的動畫已經成為全球不少中學教師上課時的輔助教學工具或作為學生課後的專題研究教材,日常生活相關物理網頁說明更獲得國內學生喜愛。因為網站所發揮的輔助教學功能於民國87年獲得教育部頒發第三屆『台灣學術網路TANet傑出貢獻人員獎』(教育部,1998)。

  

結語

 

國內雖然正在大力推廣網路教學的應用,然而多數注重於硬體設備的改良,普遍缺乏相對應的軟體與教學內容。這樣的工程需要現職的教師多花心思將本身教學資源公開分享才容易完成。也呼籲相關主管單位人員重視軟體的建設,才能在全國中小學都上網後,有實質的內容可以交流而不是淪為消遣娛樂的工具而已。本物理教學/示範實驗教室,歡迎有興趣一起開發本網站的現職教師一起加入共同開發。使其功能更廣闊,提供更完善的中學物理輔助教學資源。

 

補充說明(更新)06/15/2001

 

天下雜誌2000年教育特刊: 12月份主題為網上學習,特別評選出國內外200教育標竿網站。本系『物理教學示範實驗教室』輔助教學網站名列『自然與科技類』38個網站第一位。目前所製作的java動畫英文網頁,在全球已經有56個複製的鏡射網站,分佈於全球很多著名大學物理系或相關科系的網站。參見http://www.phy.ntnu.edu.tw/java/mirrorSites.html國內外物理或相關科系教師對本網站動畫的評價請參看http://www.phy.ntnu.edu.tw/java/comments.html 美國物理教師學會來函邀請黃福坤教授前往參與2001年年會並提出Java動畫應用於物理教學的專題演講。新加坡也邀請暑假前往針對中學教師提供java物理動畫設計一週的workshop. 所建立的物理輔助教學網站獲得國內外一致的肯定。網站提供的內容不僅是國內中學理化教師或學生的最愛,也是香港、大陸與新加坡教師或學生經常瀏覽的園地。目前網站中文網頁累積瀏覽人次已經超過31萬人次,英文網頁則將近20萬人次,若加上全球56個複製鏡射網站則人數更多。每日都會收到國外教師、家長或學生傳來email感謝或討論相關教學問題。國內的email相對於國外約僅1/4左右,且主要以問題求解居多。國外教師則經常會針對教學相關事宜進行討論。我們除提供中學教師教學網頁的資源,更鼓勵中學教師將多年的教學經驗建立網頁與更多的教師與學生分享。因此針對進修中學教師開設物理教學媒體、教學動畫設計製作等課程,也透過email指導中學教師相關設計製作經驗。成果參見http://teacher.phy.ntnu.edu.tw/activity/2000.html 收集整理後設計了很多中學教學實驗活動。我們也透過網路與對物理教學動畫或網頁製作有興趣老師的討論。這些老師的成果也逐漸在個人網站上展現成效。例如:宜蘭囝仔物理網站http://uuu.to/ttmmff、動態物理教室http://residence.educities.edu.tw/sstrong/index.htm、高逸物理教室http://user.nksh.tp.edu.tw/Tause/等都是教師們所建構的網站,個別單元的網頁有波的模擬實驗程式(樹林中學史金財老師)、電流磁效應與地震(高雄市五福國中李碧如老師)等參見本網站首頁連結。我們也每週三定期與6位中學老師聚會,針對目前國中教材設計教學活動。這些活動也經由參與教師實際在國中實施,學生反應相當良好,我們也將學生操作的過程以數位相機拍攝後放在網站上,也呈現學生所完成的活動報告。請參考 http://www.phy.ntnu.edu.tw/teacher/activity/。關於物理教學相關內容請參考 網站首頁 物理教師園地 單元。

 

參考資料

 

  1. Richard, Berg (1998). The University of Maryland Physics Lecture-Demonstration Facility from the World Wide Web: http://www.physics.umd.edu/deptinfo/facilities/lecdem/
  2. 黃福坤 (1998) 有趣的教學示範實驗: 小氣球與大氣球http://www.phy.ntnu.edu.tw/demolab/demo/氣球.html
  3. 黃福坤 (1997) 有趣的教學示範實驗演示項目http://www.phy.ntnu.edu.tw/demolab/demoList.html
  4. 黃福坤 (1996) 薄透鏡/凹凸面鏡成像http://www.phy.ntnu.edu.tw/demolab/java/Lens/index.html
  5. 教育部(1998)台灣學術網路(TANet)傑出貢獻人員選拔」http://www.edu.tw/tanet/tanet-man-meeting/27th-meeting.html
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