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1 亚 太 科 学 教 育 论 坛, 第 四 期, 第 二 册, 文 章 六, 第 一 页 ( 二 零 零 三 年 十 二 月 ) 陈 正 治 国 立 科 学 工 艺 博 物 馆 科 技 教 育 组 807 高 雄 市 三 民 区 九 如 一 路 720 号 电 邮[email protected] 徐 国 文 国 立 高 雄 应 用 科 技 大 学 ( 应 外 系 ) 807 高 雄 市 三 民 区 建 工 路 415 号 收 稿 日 期.. 二 零 零 三 年 十 月 三 十 日 ( 于 十 二 月 十 一 日 再 修 定 ) 内 容 摘 要 一 绪 论 二 文 獻 探 討 三 進 行 方 式 四 實 例 說 明 五 教 学 成 效 评 量 六 结 语 七 参 考 文 献 摘 要 以 验 证 戴 尔 (Edgar Dale) 之 经 验 塔 理 论 杜 威 (Dewey. J.) 之 实 践 中 学 习 (Learning by Doing) 皮 亚 杰 (J.Piaget) 之 形 事 操 作 期 认 知 理 论 以 及 班 杜 拉 (A. Bandura) 之 社 会 学 习 理 论 为 理 论 基 础, 本 文 介 绍 科 学 工 艺 博 物 馆 所 提 供 的 活 动 单 元 设 计 与 成 效 首 先, 以 看 电 影 并 择 定 战 争 动 作 片 电 影 U-571 作 为 行 为

2 亚 太 科 学 教 育 论 坛, 第 四 期, 第 二 册, 文 章 六, 第 二 页 ( 二 零 零 三 年 十 二 月 ) 的 引 发 物, 从 趣 味 中 引 起 动 机, 接 着 安 排 七 个 单 元 主 题 来 让 学 生 从 实 践 中 学 习 的 学 习 模 式 中 去 探 索 科 学 现 象, 从 而 探 讨 电 影 内 所 呈 现 的 科 学 情 节 的 真 实 性 ; 另 在 每 一 个 活 动 过 程 中, 学 生 必 须 透 过 团 队 协 调 合 作, 完 成 作 品, 从 而 探 究 各 项 科 学 教 具 或 玩 具 所 应 用 的 科 学 原 理 关 键 词 : 经 验 塔 实 践 中 学 习 形 式 操 作 期 社 会 学 习 理 论 一 绪 论 对 近 几 年 来, 不 论 是 政 府 或 民 间 皆 全 力 推 展 教 改 工 作, 而 强 调 以 学 生 能 力 为 本 位 的 九 年 一 贯 课 程 安 排 即 应 运 而 生 牟 中 原 教 授 在 远 哲 科 学 教 育 基 金 会 所 出 版 的 生 活 科 学 系 列 套 书 中 有 一 篇 写 给 家 长 老 师 的 文 章 中 提 到 : 我 们 将 来 需 要 的 是 能 活 学 活 用 知 识 的 青 少 年 知 识 不 是 书 上 的 死 东 西, 它 应 该 可 以 透 过 活 动 发 掘 所 以 学 校 里 要 准 备 更 多 丰 富 的 活 动, 来 做 主 题 教 学 ; 老 师 要 有 更 多 的 点 子, 来 活 化 课 堂 然 而, 处 在 现 今 生 活 便 利, 许 多 老 师 反 应, 大 部 份 学 生 对 于 探 索 生 活 周 遭 自 然 现 象 总 是 兴 趣 缺 缺, 甚 至 于 连 寻 找 科 展 题 目 都 颇 感 捉 襟 见 肘, 有 的 甚 至 避 之 惟 恐 不 及 ; 即 使 参 与 科 展 者 所 研 究 的 题 目, 与 其 生 活 经 验 无 关 者 也 不 少, 一 般 学 校 内 实 验 课 程 虽 能 满 足 学 生 动 手 操 作 需 要, 然 大 多 局 限 于 验 证 现 有 的 科 学 原 理, 学 习 过 程 中 着 重 于 知 识 的 灌 输 而 轻 忽 主 动 探 究 的 过 程, 况 且 如 实 验 空 间 经 费 不 足 者, 往 往 不 是 每 位 学 生 可 以 享 有 参 与 实 验 的 机 会, 此 时 科 学 知 识 的 取 得 及 应 用 往 往 只 有 教 师 的 口 述 (Oral Expression) 而 已 二 文 献 探 讨 著 名 的 美 国 2061 计 划 在 开 头 就 叙 明 ( 魏 明 通, 民 86), 教 育 的 最 高 目 的 为 使 每 一 个 人 都 能 过 发 挥 个 人 潜 力, 过 有 责 任 的 生 活 政 府 推 动 九 年 一 贯 教 育 改 革 计 划 之 七 大 领 域 内 特 别 有 关 自 然 科 技 数 学 艺 术 人 文 健 康 体 能 团 队 活 动 语 文 及 表 达 等 重 点, 无 非 是 在 强 调 教 学 者 需 具 备 统 整 教 学 的 能 力, 试 着 提 供 国 民 中 小 学 的 学 生 全 人 教 育 的 机 会 本 文 就 自 然 科 技 领 域 为 主 体, 带 引 学 生 进 入 其 它 的 学 习 领 域 内, 使 科 学 类 博 物 馆 提 供 非 体 制 教 育 (Informal education approach) 时, 也 能 兼 顾 体 制 内 学 校 教 育 (Formal education approach) 之 需 求 著 名 的 瑞 士 教 育 心 理 学 家 吉 恩. 皮 亚 杰 (J.Piaget) 之 认 知 发 展 理 论 提 出, 十 二 岁 至 十 五 岁 学 习 者, 为 形 式 操 作 期, 现 阶 段 国 民 中 学 学 生 应 具 备 有 反 省 思 考 的 能 力 假 设 与 演 绎 推 理 的 能 力 进 行 控 制 变 因 的 实 验 等 等 能 力

3 亚 太 科 学 教 育 论 坛, 第 四 期, 第 二 册, 文 章 六, 第 三 页 ( 二 零 零 三 年 十 二 月 ) 认 知 心 理 学 家 奥 斯 贝 (Ausubel D.P) 主 张 学 生 受 教 时, 新 旧 学 习 材 料 间 适 当 的 关 联, 是 增 进 有 效 学 习 的 关 键 因 素 乃 至 于 近 年 来 教 育 学 者 积 极 探 讨 与 研 究 的 教 育 建 构 论, 鼓 励 教 师 与 学 生 学 生 与 学 生 之 间 的 利 用 语 言 活 动 沟 通 讨 论 甚 至 于 辩 论 方 式, 用 以 建 构 知 识 教 育 学 家 戴 尔 (Edgar Dale) 提 倡 之 经 验 塔 (The Cone of Experience), 阐 释 科 学 教 育 基 本 的 一 般 学 习 途 径, 也 为 科 学 教 师 提 供 教 学 媒 体 教 学 模 式 或 教 学 数 据 的 选 用 原 则 戴 尔 的 经 验 塔 共 有 十 一 层 ( 如 图 一 ), 塔 底 的 三 层 强 调 学 生 自 身 经 验 感 受 及 参 与 学 习 的 重 要 性 ; 第 四 至 第 六 层 为 学 生 运 用 全 部 或 部 份 的 感 官 从 事 学 习 活 动, 如 野 外 教 学 或 博 物 馆 的 展 示 教 学 等, 此 三 层 的 学 习 经 验 比 底 三 层 抽 象 些 ; 第 七 至 第 九 层 为 视 听 教 学 应 用, 学 生 透 过 电 影 或 电 视 的 学 习 经 验 仅 能 运 用 视 觉 (Vision) 与 听 觉 (Hearing) 两 个 感 官 去 学 习 别 人 所 表 演 或 拍 摄 的 效 果 而 已 ; 最 上 三 层 透 过 视 觉 符 号 或 口 述 符 号, 学 生 仅 能 大 量 使 用 听 觉 感 官 学 习, 效 果 往 往 不 理 想 替 代 经 验 11 口 述 符 号 10 视 觉 符 号 9 录 音 广 播 静 画 8 电 影 7 电 视 间 接 经 验 6 展 览 5 实 地 参 观 4 演 示 直 接 经 验 3 演 剧 性 经 验 2 设 计 的 经 验 1 有 目 的 直 接 经 验 图 一 : 戴 尔 经 验 塔 美 国 教 育 哲 学 家 杜 威 (Dewey. J ) 提 倡 实 践 中 学 习 ( 或 边 做 边 学

4 亚 太 科 学 教 育 论 坛, 第 四 期, 第 二 册, 文 章 六, 第 四 页 ( 二 零 零 三 年 十 二 月 ) Learning by doing) 的 理 论, 亦 即 主 张 教 学 应 以 儿 童 或 学 习 者 为 主 体, 让 学 习 者 亲 自 观 察 与 经 验, 用 脑 去 想, 用 手 去 做, 以 培 养 学 习 者 愿 意 主 动 且 自 动 自 发 的 学 习 精 神 杜 威 认 教 育 的 目 的 在 于 发 展 启 发 儿 童, 使 其 有 能 力 解 决 问 题 适 应 新 的 环 境 等 等 的 能 力 倡 导 社 会 学 习 理 论 的 先 驱 班 杜 拉 (A. Bandura,1986) 认 为, 在 任 何 时 刻, 影 响 行 为 的 诸 多 线 索 中, 最 常 见 的 莫 过 于 他 人 的 行 为 ( 吴 幸 宜 译, 民 83), 换 言 之, 学 习 者 透 过 外 来 事 物 的 引 起 注 意 (Attention process) 保 持 (Retention process) 行 为 复 制 (Behavior re-production process) 及 动 机 导 引 (Motivational process) 等 学 习 步 骤, 从 事 学 习 活 动 三 进 行 方 式 本 教 学 探 讨 以 学 生 当 作 受 教 主 体, 随 队 教 师 及 助 教 为 辅 体, 首 先 采 电 影 欣 赏 为 动 机 导 入, 一 如 班 杜 拉 所 倡 导 之 社 会 学 习 理 论, 学 习 者 透 过 电 影 情 节 的 欣 赏, 当 学 生 对 电 影 情 节 产 生 高 度 兴 趣 并 保 持 其 新 鲜 感 的 同 时, 老 师 从 旁 提 问 一 些 问 题, 并 请 求 学 生 思 考 甚 至 复 制 或 模 仿 电 影 情 节, 藉 以 引 发 学 生 产 生 强 烈 的 学 习 动 机 教 师 紧 接 着 再 提 供 部 份 研 制 好 的 科 学 教 具 作 为 科 学 演 示 引 发 学 生 的 好 奇, 学 生 再 在 教 师 引 导 下 自 制 一 份 属 于 自 己 的 科 学 玩 具, 教 师 再 解 说 各 项 教 具 所 运 用 或 延 伸 的 科 学 概 念 (Concept of science) 或 使 用 科 学 原 理 (Applied ), 并 透 过 小 组 间 的 比 赛 或 讨 论 以 精 进 自 己 的 教 具 功 能, 如 此 一 来 学 生 可 以 透 过 成 果 ( 反 应 变 因 ) 再 反 推 回 去 寻 找 改 变 成 果 的 原 因 ( 操 纵 变 因 ), 学 生 也 可 藉 此 原 因 探 究 激 发 不 同 的 思 维 模 式 及 创 作 兹 将 本 教 学 步 骤 绘 制 如 下 图 二 : 动 机 导 入 科 学 演 示 原 理 说 明 科 学 动 手 做 及 参 观 展 示 厅 竞 赛 活 动 电 影 欣 赏 : 猎 杀 U571 1 在 半 空 栏 截 2 射 击 飘 浮 球 3 终 极 密 码 战 1 帕 斯 卡 原 理 2 阿 机 米 得 原 理 3 电 路 串 联 与 并 联 4 简 单 机 械 - 杠 杆 斜 面 与 螺 旋 应 用 5 三 角 测 量 1 浮 沉 偶 水 中 蛟 龙 2 连 发 竹 枪 3 密 码 机 4 螺 旋 飞 鱼 5 旋 动 汽 球 火 箭 6 简 易 经 纬 仪 1 射 击 飘 浮 球 2 在 半 空 拦 截 3 终 极 密 码 战 4 观 测 官 报 告 图 二 : 看 电 影 学 科 学 教 学 步 骤 图

5 亚 太 科 学 教 育 论 坛, 第 四 期, 第 二 册, 文 章 六, 第 五 页 ( 二 零 零 三 年 十 二 月 ) 使 用 工 具 本 文 从 一 部 电 影 的 欣 赏 以 激 发 学 习 动 机, 并 从 电 影 中 所 看 到 的 情 节, 就 其 旧 经 验 判 断 可 能 性, 接 着 提 供 多 样 实 验 材 料 供 学 生 具 体 操 作, 以 探 究 (Explore) 其 真 实 性, 学 生 进 而 利 用 相 关 材 料 并 组 装 成 一 件 可 带 走 的 科 学 玩 具 作 为 自 己 的 发 明 (Invention), 教 师 并 告 知 下 一 次 上 课 时, 将 利 用 自 己 的 发 明 作 品 进 行 各 项 团 队 比 赛, 学 生 可 藉 由 团 队 比 赛 方 式, 不 论 输 赢, 均 可 透 过 比 赛 进 而 归 纳 那 些 操 纵 变 因 是 影 响 比 赛 成 绩 ( 即 反 应 变 因 ) 的 重 要 因 素 如 此 一 来, 学 生 不 仅 可 以 由 比 赛 结 果 反 推 至 操 作 过 程, 应 用 奥 斯 贝 的 学 习 理 论 基 础 进 行 学 习 活 动 同 时, 本 教 学 活 动 进 行 时, 大 量 引 用 皮 亚 杰 的 形 式 操 作 期 之 学 习 理 论 模 式, 大 部 份 时 间 均 属 学 生 自 我 操 作 或 制 作 教 具 为 主, 为 提 供 学 生 多 元 的 创 意 讨 论 与 思 考, 并 延 伸 各 种 竞 赛 活 动, 藉 以 激 发 学 生 群 组 间 充 份 讨 论 与 思 考 改 善 之 计, 学 生 们 可 以 透 过 语 言 活 动 沟 通 讨 论 再 建 构 出 符 合 自 己 需 要 自 己 的 学 习 模 式 最 后 再 实 地 参 观 科 学 工 艺 博 物 馆 ( 简 称 工 博 馆,National Science and Technology Museum) 相 关 展 示 厅 及 科 学 演 示 活 动, 填 写 学 习 单 等 透 过 此 种 活 动 安 排, 可 充 份 且 弹 性 运 用 戴 尔 的 经 验 塔 理 论 基 础, 例 如 动 手 操 作 或 制 作 满 足 塔 底 直 接 经 验 之 需 求 ; 参 观 展 示 厅 满 足 间 接 经 验 需 求 ; 视 听 教 学 等 替 代 经 验 激 发 探 究 的 学 习 兴 趣 与 动 机 ( 附 注 : 任 何 比 赛 总 是 有 输 有 赢, 所 谓 胜 不 骄 败 不 馁 的 风 度, 可 透 过 谢 让 活 动, 如 打 油 诗 一 首 一 二 三 ; 三 二 一 ; 你 输 我 赢 没 关 系 ; 下 次 机 会 让 给 你 ; 一 二 三 ; 三 二 一 ; 有 本 事, 再 来 比 一 比 ; ( 胜 者 面 对 大 家, 且 深 深 一 鞠 躬 ) 谢 谢 各 位 的 承 让 如 此 一 来, 胜 者 不 骄, 谦 冲 为 怀 ; 输 者 仅 是 暂 时, 绝 非 永 远, 且 接 受 赢 方 之 鞠 躬 道 谢, 并 以 此 谦 让 为 荣, 满 足 彼 此 心 理 的 需 要 ) 四 实 例 说 明 本 猎 杀 U-571 一 片 是 在 描 述 第 二 次 世 界 大 战 时, 美 军 为 夺 取 一 艘 受 创 之 德 军 U 型 潜 舰 上 的 密 码 机, 派 遣 一 艘 美 制 S 型 潜 舰 前 往 完 成 任 务 的 海 战 动 作 片 欣 赏 猎 杀 U-571 电 影 后, 老 师 利 用 暂 停 播 放 DVD 机 制, 控 制 影 片 播 放 速 度, 适 时

6 亚 太 科 学 教 育 论 坛, 第 四 期, 第 二 册, 文 章 六, 第 六 页 ( 二 零 零 三 年 十 二 月 ) 提 问 下 列 问 题 : 1. 潜 望 镜 的 结 构? 2. 如 何 测 量 两 物 间 的 水 平 距 离? 3. 如 何 测 量 观 测 物 高 度? 4. 为 何 深 水 炸 弹 爆 炸 时, 潜 艇 会 发 生 激 烈 震 动? 5. 当 潜 艇 发 生 激 烈 震 动, 潜 艇 内 部 人 员 要 采 取 怎 样 的 防 护 自 保 措 施? 6. 当 船 舰 使 用 声 纳 设 备 时, 为 何 要 静 音? 7. 鱼 雷 的 密 度 与 海 水 密 度 的 关 系 8. 击 发 鱼 雷 时, 鱼 雷 的 运 动 方 式 是 怎 样 前 进 的? 9. 航 海 时 船 速 的 计 量 单 位 为 什 么 使 用 节 (Nautical mile per hour) 作 为 单 位, 换 算 成 一 般 道 路 行 车 速 度 (Kilometer per hour) 有 何 不 同? 10. 潜 艇 外 壳 为 何 总 是 类 似 拱 型 结 构? 与 一 般 鸡 蛋 外 形 有 何 相 似 之 处? 11. 控 制 潜 艇 沉 与 浮 的 机 制 是 什 么? 12. 何 谓 摩 斯 密 码 (Morse code)? 你 能 自 制 一 台 密 码 机 吗? 13. 为 何 潜 舰 沉 入 海 底 越 深, 潜 舰 内 部 管 线 会 有 漏 水 现 象? 透 过 上 述 题 目 的 提 问 当 作 研 究 教 学 之 动 机 导 入, 紧 接 着 教 师 表 演 几 项 会 引 起 现 场 惊 呼 的 科 学 游 戏, 例 如 利 用 自 来 水 装 入 宝 特 瓶 内 产 生 类 似 开 香 槟 现 象 的 喷 水 香 槟 ; 利 用 灯 光 进 行 密 语 通 讯 ; 利 用 连 发 竹 枪 击 落 飘 浮 球 ; 利 用 旋 动 气 球 火 箭 进 行 在 半 空 拦 截 等 科 学 游 戏 随 后 分 多 次 单 元 指 导 学 生 科 学 动 手 做 并 完 成 几 件 作 品, 例 如 : 浮 沉 偶 连 发 竹 枪 密 码 机 螺 旋 飞 鱼 旋 动 汽 球 火 箭 及 简 易 经 纬 仪, 作 为 学 员 可 携 带 返 家 的 作 品 教 师 并 随 后 讲 解 各 件 作 品 所 应 用 的 科 学 原 理 或 可 传 达 的 科 学 现 象, 并 藉 由 科 工 馆 相 关 展 示 厅 之 参 观, 增 强 其 学 习 的 深 度 与 效 果 将 各 本 教 学 研 究 中 学 员 自 制 的 科 学 玩 具 名 称 电 影 情 节 应 用 所 欲 阐 述 之 科 学 意 涵 及 科 工 馆 相 关 之 展 示 厅 表 列 如 下 表 一 :

7 亚 太 科 学 教 育 论 坛, 第 四 期, 第 二 册, 文 章 六, 第 七 页 ( 二 零 零 三 年 十 二 月 ) 表 一 科 学 玩 具 与 延 伸 教 育 关 联 表 科 学 玩 具 名 称 电 影 情 节 内 容 应 用 原 理 延 伸 展 示 厅 与 展 品 浮 沉 偶 深 水 炸 弹 爆 炸 时, 为 何 潜 水 艇 会 产 生 激 烈 的 震 动 及 控 制 潜 水 艇 浮 与 沉 的 机 制 是 什 么? 帕 司 卡 原 理 解 释 水 压 的 传 递 现 象 阿 基 米 得 原 理 探 讨 影 响 物 体 在 水 中 沉 或 浮 的 变 因 交 通 与 文 明 展 示 厅 海 上 运 具 射 击 飘 浮 球 : 连 发 竹 枪 冲 锋 枪 枪 身 为 何 要 有 托 把 及 连 动 机 械? 船 体 后 方 涡 流 产 生 现 象 枪 枝 的 几 何 构 图 及 重 力 场 中 抛 物 体 运 动 的 路 径 流 体 动 力 学 动 力 与 机 械 展 示 厅 简 单 机 械 之 杠 杆 与 斜 面 密 码 机 什 么 是 摩 斯 密 码 及 其 传 讯 的 技 巧? 如 何 自 制 一 台 有 线 密 码 机? 电 路 的 串 联 与 并 联 应 用 摩 斯 密 码 内 容 电 子 世 界 展 示 厅 电 路 计 算 机 与 通 讯 展 示 厅 摩 斯 密 码 交 通 与 文 明 展 示 厅 - 船 上 通 讯 旋 动 汽 球 火 箭 鱼 雷 击 发 后 如 何 能 稳 定 前 进? 动 力 源 是 什 么? 牛 顿 第 三 运 动 定 律 ( 作 用 力 与 反 作 用 力 ) 简 单 机 械 之 螺 旋 应 用 航 空 与 太 空 展 示 厅 -- 火 箭 介 绍 动 力 与 机 械 展 示 厅 -- 螺 旋 结 构 简 易 经 纬 仪 炮 艇 击 发 炮 弹 时 落 弹 点 位 置 与 仰 角 之 测 量 三 角 函 数 应 用 及 测 量 交 通 与 文 明 展 示 厅 水 平 测 量 仪 及 经 纬 仪 水 中 蛟 龙 潜 艇 沉 与 浮 的 控 制 机 制 阿 基 米 得 原 理 应 用 交 通 与 文 明 展 示 厅 - 我 找 到 了 (EUREKA) 水 压 的 测 量 潜 艇 沉 入 水 中 越 深, 艇 身 承 受 的 水 压 力 越 大, 艇 身 内 部 管 线 漏 水 液 体 压 力 = 液 体 密 度 * 深 度 交 通 与 文 明 展 示 厅 - 潜 舰 结 构 陀 螺 仪 潜 舰 或 飞 行 航 空 器 在 爬 升 或 下 降 时, 依 赖 之 导 航 设 备 之 一 转 动 力 学 应 用 交 通 与 文 明 展 示 厅 - 潜 舰 与 飞 行 航 空 器 潜 望 镜 潜 舰 人 员 观 测 水 面 上 物 体 的 仪 器 光 的 反 射 应 用 交 通 与 文 明 展 示 厅 - 潜 舰 汽 车 后 视 镜 学 员 利 用 自 制 之 科 学 玩 具 完 成 后, 即 可 获 得 相 关 知 识 的 应 用, 并 可 以 利 用 小 组

8 亚 太 科 学 教 育 论 坛, 第 四 期, 第 二 册, 文 章 六, 第 八 页 ( 二 零 零 三 年 十 二 月 ) 讨 论 时 间 或 课 余 时 间 寻 找 相 关 信 息, 以 精 进 其 科 学 玩 具 之 准 确 度 与 精 密 度, 用 以 激 发 其 发 现 不 同 知 识 应 用 或 扩 展 其 视 野 为 激 励 学 员 创 作 或 创 新 的 意 愿, 本 教 学 研 究 特 别 规 划 一 些 以 组 为 单 位 之 竞 赛 活 动, 提 升 本 项 教 学 研 究 之 趣 味 性, 相 关 之 竞 赛 活 动 方 式 简 介 如 下 : 1 射 击 飘 浮 球 ( 如 图 三 ): 学 员 每 人 各 自 制 一 把 连 发 竹 枪, 比 赛 时 以 小 组 为 单 位, 一 组 负 责 控 制 飘 浮 球, 并 观 察 球 体 在 空 气 喷 流 束 外 运 动 的 情 行, 另 一 组 负 责 持 连 发 竹 枪 将 飘 浮 球 击 落 活 动 目 的 在 于 观 察 流 体 通 过 圆 柱 型 障 碍 物 后 的 运 动 情 形, 并 进 而 观 察 飘 浮 球 成 因 与 应 用 1 观 察 气 流 绕 经 圆 柱 体 后 吹 熄 烛 火 2 观 察 气 流 绕 经 二 圆 柱 体 间 后 对 烛 火 3 观 察 飘 浮 球 形 成 现 象 4 射 击 飘 浮 球 竞 赛 图 三 : 射 击 飘 浮 球 2 在 半 空 栏 截 ( 如 图 四 ): 学 员 每 人 各 自 制 一 枚 旋 动 汽 球 火 箭, 比 赛 时 以 小 组 为 单 位, 一 组 负 责 发 射 旋 动 汽 球 火 箭, 并 观 察 火 箭 运 动 的 方 式, 另 一 组 负 责 持 连 发 竹 枪 将 火 箭 击 落 藉 本 活 动 观 察 不 同 汽 球 火 箭 尾 翼 形 状 与 黏 贴 方 式 所 产 生 之 运 动 情 形 及 稳 定 度, 同 时 进 而 认 识 牛 顿 第 三 运 动 定 律 弹 力 位 能 与 动 能 之 互 换 关 系

9 亚 太 科 学 教 育 论 坛, 第 四 期, 第 二 册, 文 章 六, 第 九 页 ( 二 零 零 三 年 十 二 月 ) 1 无 尾 翼 火 箭 2 直 尾 翼 火 箭 3 斜 尾 翼 火 箭 4 发 射 汽 球 火 箭, 观 察 运 动 方 式 5 分 组 竞 赛 图 四 : 在 半 空 栏 截 3 终 极 密 码 战 ( 如 图 五 ): 学 员 每 人 各 自 制 作 一 架 密 码 机, 并 利 用 电 路 串 联 与 并 联 的 结 构, 以 观 察 对 方 的 灯 号 是 否 正 常 运 作 ( 电 路 串 联 应 用 ), 并 共 享 一 组 电 源 节 省 电 力 ( 电 路 并 联 应 用 ), 比 赛 时 以 小 组 为 单 位, 一 人 负 责 将 他 人 所 提 供 的 简 易 信 息 转 化 成 摩 斯 密 码 (Morse code), 再 利 用 密 码 机 上 的 微 动 开 关 按 扭, 传 送 至 另 一 端 并 由 该 端 负 责 解 碼 并 回 传 确 认 有 无 疏 漏

10 亚 太 科 学 教 育 论 坛, 第 四 期, 第 二 册, 文 章 六, 第 十 页 ( 二 零 零 三 年 十 二 月 ) 1 认 识 电 路 图 2 安 装 串 联 与 3 操 作 密 码 并 联 电 路 机 图 五 : 终 极 密 码 战 4 测 量 员 报 告 (Surveyor reporting) 如 图 六 ): 学 员 以 组 为 单 位, 在 户 外 择 定 一 建 物, 先 目 测 一 建 物 高 度, 再 利 用 简 易 经 纬 仪 测 量 其 高 度, 最 后 再 利 用 卷 尺 实 际 测 量 建 物 高 度, 再 进 行 误 差 值 之 计 算 1 自 制 经 纬 仪 2 简 易 经 纬 仪 成 品 3 操 作 简 易 经 纬 仪 - 测 高 4 操 作 简 易 经 纬 仪 - 测 远 图 六 : 测 量 员 报 告 5 水 压 测 量 ( 如 图 七 ): 液 面 下 物 体 承 受 液 体 压 力 与 液 体 密 度 及 深 度 成 正 比, 电 影 中 的 潜 水 艇 沉 入 水 中 越 深, 艇 身 所 受 到 的 水 压 力 越 大, 潜 水 艇 内 管 线 承 受 不 了 压 力, 产 生 漏 水 现 象 同 时, 潜 水 艇 为 了 有 效 抵 抗 强 大 的 水 压, 艇 身 外 表 大 都 采 椭 圆 体 ( 如 同 鸡 蛋 蛋 壳 ) 拱 形 结 构 ( 附 注 : 此 作 法 引 用 2002 年 11 月 26 日 南 区 中 学 示 范 实 验 研 习 会 中 发 表 作 品 )

11 亚 太 科 学 教 育 论 坛, 第 四 期, 第 二 册, 文 章 六, 第 十 一 页 ( 二 零 零 三 年 十 二 月 ) 物 体 在 液 面 下 受 压 实 验 水 压 力 使 物 体 外 形 产 生 变 化 ( 往 内 凹 陷 ) 图 七 : 水 压 测 量 6 水 中 蛟 龙 与 浮 沉 偶 ( 如 图 八 ): 控 制 潜 水 艇 浮 与 沉 是 依 赖 潜 水 艇 内 浮 力 舱 的 控 制 机 制, 当 艇 身 内 部 水 往 外 排, 艇 身 变 轻, 只 要 艇 身 整 体 密 度 比 水 小 时, 即 往 上 浮 ; 反 之, 往 下 沉 ; 艇 身 整 体 密 度 与 水 相 等 时, 潜 水 艇 即 可 在 水 面 下 随 处 飘 浮, 此 时 潜 水 艇 所 受 重 力 (Gravity) 与 水 浮 力 (Buoyancy) 相 等, 潜 水 艇 处 于 失 重 或 无 重 量 (Weightless) 状 态, 此 即 是 阿 基 米 得 原 理 应 用 同 时, 利 用 浮 沉 偶 教 具, 可 以 发 现 液 体 内 部 压 力 产 生 变 化 时, 压 力 的 改 变 也 会 向 四 面 八 方 传 播, 使 部 份 水 挤 入 浮 沉 偶 内, 当 浮 沉 偶 整 体 密 度 比 水 大, 即 下 沉 ; 反 之 上 浮

12 亚 太 科 学 教 育 论 坛, 第 四 期, 第 二 册, 文 章 六, 第 十 二 页 ( 二 零 零 三 年 十 二 月 ) 物 体 在 液 中 重 量 变 轻 气 体 进 入 瓶 内, 瓶 子 浮 起 自 制 浮 沉 偶 图 八 : 水 中 蛟 龙 与 浮 沉 偶 7 陀 螺 仪 ( 如 图 九 ): 转 动 的 陀 螺 仪 (Gyroscope) 可 观 察 到 转 动 惯 量 角 动 量 守 恒 等 应 用, 可 以 观 察 到 陀 螺 仪 在 导 航 设 施 上 的 应 用 特 别 是 电 影 中 潜 舰 的 两 具 螺 旋 桨, 转 动 方 向 相 反 ; 又 如 直 升 机 配 置 两 具 螺 旋 桨 之 目 地, 均 可 藉 由 陀 螺 仪 运 动 加 以 解 释

13 亚 太 科 学 教 育 论 坛, 第 四 期, 第 二 册, 文 章 六, 第 十 三 页 ( 二 零 零 三 年 十 二 月 ) 1. 内 框 转 动 带 动 外 框 亦 转 动 2. 转 动 时 转 轴 可 轻 易 悬 吊 在 绳 上 3. 转 动 时, 转 轴 放 在 倾 斜 笔 杆 上 仍 保 持 直 立 4. 转 动 时 可 轻 易 站 立 在 绳 上 图 九 : 陀 螺 仪 8 潜 望 镜 ( 如 图 十 ): 利 用 光 的 二 度 反 射 即 可 隐 身 暗 处 并 观 察 到 另 一 处 物 体, 并 利 用 街 目 镜 与 接 物 镜 相 对 位 置 不 同, 观 察 像 的 变 化 当 接 物 镜 与 接 目 镜 平 行 时, 成 正 立 像 当 接 物 镜 与 接 目 镜 不 平 行 时, 成 横 立 像 图 十 : 潜 望 镜 9 参 观 展 示 厅 ( 如 图 十 一 ): 当 进 行 完 上 述 一 些 科 教 活 动 后, 再 带 领 学 员 进 入 工 博 馆 ( 相 关 展 示 厅 内 参 观, 以 获 取 积 极 实 时 且 有 效 的 学 习 效 果, 并 提 供 学 员 自 由 参 观 与 探 索 的 开 放 式 学 习 机 会

14 亚 太 科 学 教 育 论 坛, 第 四 期, 第 二 册, 文 章 六, 第 十 四 页 ( 二 零 零 三 年 十 二 月 ) 参 观 展 示 厅 - 经 纬 仪 参 观 展 示 厅 - 船 舰 区 图 十 一 : 参 观 交 通 与 文 明 展 示 厅 五 教 学 成 效 评 量 本 教 学 研 究 旨 在 提 供 一 个 异 于 学 校 体 制 内 现 行 的 教 学 模 式, 例 如 老 师 讲 授 实 验 指 导 或 团 体 活 动 及 校 外 教 学 参 观 等, 本 教 学 研 究 中 以 电 影 欣 赏 作 为 动 机 导 入 要 引, 提 供 学 员 休 闲 娱 乐 结 合 教 学 活 动, 以 满 足 学 生 休 闲 娱 乐 兼 顾 学 习 的 需 求 ; 提 供 科 学 原 理 应 用 与 延 伸 满 足 教 师 对 教 育 性 的 需 求 ; 提 供 学 员 自 制 科 学 教 具 的 机 会 及 携 带 回 家 的 实 体, 以 满 足 家 长 对 价 值 性 的 需 求 本 项 教 学 探 讨 将 活 动 中 所 有 规 划 之 内 容 ( 含 电 影 欣 赏 科 学 动 手 做 等 七 项 展 示 厅 参 观 导 览 解 说 及 科 学 演 示 等 ), 为 求 客 观 标 准, 本 文 将 活 动 的 评 量 基 准 分 为 教 育 性 (Education) 趣 味 性 (Entertainment) 及 价 值 性 (Valuation) 等 三 个 指 标, 兹 将 三 个 指 标 内 容 分 述 如 下 : A 教 育 性 (Education): 本 教 学 活 动 是 否 能 满 足 学 生 追 求 知 识 的 渴 望, 是 否 能 让 学 生 能 自 我 学 习, 是 否 能 与 学 校 体 制 教 育 内 的 课 程 进 度 衔 接, 是 否 能 让 学 生 对 新 的 科 学 专 有 名 词 产 生 强 烈 的 印 象 并 且 会 使 用 等 等, 凡 此 种 种 均 列 为 本 教 学 方 法 是 否 能 满 足 学 生 对 追 求 新 知 或 接 受 教 育 的 评 点 指 标 B 趣 味 性 (Entertainment): 大 部 份 的 学 生 都 爱 玩 乐, 如 何 让 教 学 活 动 能 寓 教 于 乐 且 易 于 被 学 生 接 受, 教 学 方 式 是 否 活 泼, 教 具 是 否 好 玩 有 趣, 竞 赛 活 动 是 否 充 满 挑 战 及 创 意, 凡 此 种 种 被 归 类 为 是 否 具 有 趣 味 性 一 般 而 言, 具 有 趣 味 性 的 教 学 活 动, 学 生 比 较 乐 于 学 习, 甚 至 主 动 积 极 地 参 与 学 习 活 动 C 价 值 性 (Valuation): 本 系 列 教 学 活 动 在 科 工 馆 进 行, 学 生 利 用 周 末 假 期 且 采 选 修 方 式 参 加, 对 一 般 学 生 而 言, 假 期 就 是 休 闲 和 玩 乐, 因 此 本 系 列 教 学 活 动 是 否 被 认 为 有 价 值 参 与, 教 具 的 制 作 与 功 用 是 否 与 购 买 材 料 所 花 费 用 等 值, 学 生 家 长 是 否 支 持 并 鼓 励 学 生 参 与 学 习 等 等, 均 列 为 是 否 具 有 价 值 性

15 亚 太 科 学 教 育 论 坛, 第 四 期, 第 二 册, 文 章 六, 第 十 五 页 ( 二 零 零 三 年 十 二 月 ) 就 以 上 三 项 评 点 基 准, 学 生 分 分 别 针 对 各 次 教 学 活 动, 自 行 评 价 其 得 点, 最 低 0 分 最 高 10 分, 兹 将 所 得 结 果 平 均 得 点 表 列 如 表 二 表 二 各 项 活 动 评 点 平 均 得 点 活 动 内 容 学 生 ( 样 本 数 :55) 教 育 性 趣 味 性 价 值 性 科 学 内 涵 电 影 欣 赏 浮 沉 偶 水 中 蛟 龙 终 极 密 码 战 探 讨 情 节 的 真 实 性 帕 斯 卡 原 理 与 水 压 传 递 阿 基 米 得 原 理 与 浮 力 原 理 电 路 的 并 联 与 串 联 应 用 射 击 飘 浮 球 简 单 机 械 与 机 构 应 用 柏 努 利 原 理 在 半 空 拦 截 测 量 员 报 告 导 览 解 说 牛 顿 第 三 运 动 定 律 三 角 测 量 展 示 品 参 观 教 学 科 学 演 示 科 学 表 演 活 动 (1) 由 于 问 卷 表 采 无 记 名 方 式 调 查, 学 生 的 喜 恶 不 会 有 作 假 之 虞, 其 中 水 中 蛟 龙 评 价 皆 比 其 它 项 目 偏 低 ( 但 仍 在 一 般 水 准 5.0 之 上 ), 经 与 带 队 教 师 讨 论, 原 因 之 一 是 在 学 校 上 课 时 有 类 似 的 动 手 操 作 经 验 ( 如 浮 体 与 沉 体 单 元 中 之 水 中 蛟 龙 ) (2) 终 极 密 码 战 是 结 合 电 路 的 串 联 与 并 联 使 用, 这 与 密 码 机 因 电 路 结 构 细 致, 施 作 难 度 高 且 学 生 对 摩 斯 密 码 的 使 用 不 熟 悉, 因 而 虽 具 有 教 育 价 值, 趣 味 性 却 偏 低 的 现 象 (3) 导 览 解 说 的 运 作 方 式 是 由 专 业 解 说 员 就 展 示 厅 之 展 品, 透 过 学 员 目 睹 展 示 品, 及 主 要 目 地 是 配 合 科 学 动 手 做 的 延 伸 及 推 广, 使 科 工 馆 展 示 品 能 透 过 科 学 动 手 做 的 方 式, 使 学 员 能 清 楚 且 明 白 展 示 厅 内 展 示 品 所 欲 呈 现 或 传 达 的 科 学 意 念 或 应 用 每 次 参 观 一 个 展 示 厅, 解 说 员 可 以 讲 解 多 项 展 品, 唯 学 生 所 扮 演 是 听 与 看 的 角 色, 教 育 价 值 十 足 (4) 科 学 演 示 是 由 科 工 馆 解 说 员 示 范 多 项 神 奇 的 科 学 现 象, 学 生 仍 是 听 与 看, 学 生 普 遍 认 为 很 精 彩 且 具 教 育 价 值, 此 与 学 生 在 时 间 之 内 可 以 看 到 多

16 亚 太 科 学 教 育 论 坛, 第 四 期, 第 二 册, 文 章 六, 第 十 六 页 ( 二 零 零 三 年 十 二 月 ) 项 神 奇 的 科 学 现 象 应 有 直 接 感 受, 并 认 为 深 具 教 育 性 有 关 六 结 语 本 教 学 探 讨 透 过 理 论 基 础 探 讨 应 用 电 影 选 片 课 程 安 排 活 动 设 计 及 问 卷 调 查 与 分 析, 可 以 发 现 几 项 有 趣 的 现 象 : 1. 提 供 一 个 富 教 育 具 趣 味 且 超 价 值 的 科 学 研 习 活 动, 在 科 学 类 博 物 馆 内 再 结 合 相 关 展 示 品 参 观, 以 满 足 学 校 教 师 学 生 与 家 长 的 需 求 2. 科 学 教 育 着 重 于 知 识 面, 而 科 技 教 育 强 调 应 用 面, 如 何 透 过 各 项 活 动 激 发 学 生 思 考 探 究 的 心, 并 以 科 学 教 育 为 体, 科 技 教 育 为 用, 让 学 生 知 其 然 并 知 其 所 以 然, 透 过 竞 赛 活 动 鼓 励 学 生 团 队 合 作, 激 发 创 意 从 探 究 (Explore) 科 学 现 象 进 而 发 明 (Invent) 科 学 教 具 或 产 品, 并 透 过 各 项 活 动, 提 供 学 生 发 现 (Discover) 科 学 新 知 等 科 学 创 意 活 动 3. 观 看 电 视 欣 赏 电 影 无 疑 是 一 般 学 生 喜 爱 的 休 闲 活 动 之 一, 将 看 电 影 延 伸 至 科 学 教 育 活 动, 更 能 激 发 其 看 电 影 时 有 不 同 的 目 地 与 角 度 观 察 周 遭 事 物 团 队 间 竞 赛 活 动 激 发 学 生 间 的 团 队 合 作 创 意 思 考 团 队 间 竞 赛 后 的 谢 让 让 学 生 彼 此 间 有 谦 让 及 感 恩 的 心 6. 一 般 学 校 体 制 内 教 育 大 都 有 所 谓 的 进 度 要 求, 可 是 此 种 方 式 似 乎 并 不 能 满 足 学 生 甚 至 教 师 的 需 求 7. 规 划 具 操 作 性 的 科 学 探 索 教 学 活 动 ( 如 教 具 制 作 工 具 操 作 创 意 竞 赛 参 观 导 览 等 ) 并 能 应 用 在 日 常 生 活 中, 必 单 纯 的 知 识 传 授 或 实 验 观 察 要 来 得 受 学 生 欢 迎 8. 类 似 博 物 馆 这 类 非 体 制 教 育 (Informal education) 场 所, 活 动 的 规 划 必 须 异 于 一 般 体 制 内 正 式 教 育 (Formal education), 并 且 充 满 新 鲜 有 趣 创 意 且 是 现 行 学 校 体 制 内 教 育 内 涵 的 延 伸, 让 学 生 获 得 学 习 广 度 与 深 度 口 述 或 背 诵 科 学 仅 能 赶 赶 进 度, 对 学 生 的 科 学 教 育 帮 助 明 显 不 受 欢 迎 教 育 的 主 体 是 学 生, 不 是 教 师, 教 师 有 责 任 让 课 程 丰 富 活 泼 且 富 挑 战 性 虽 然, 从 本 文 中 所 欲 呈 现 的 从 电 影 中 引 发 与 设 计 科 学 教 育 活 动 之 探 讨, 不

17 亚 太 科 学 教 育 论 坛, 第 四 期, 第 二 册, 文 章 六, 第 十 七 页 ( 二 零 零 三 年 十 二 月 ) 是 要 去 批 评 学 校 体 制 教 育 的 不 是, 而 是 提 供 一 个 另 类 的 教 学 方 式 或 模 式 供 参 考, 当 进 行 完 本 系 列 教 学 后, 也 有 部 份 建 议 如 下 : 1. 教 师 选 片 时 宜 先 注 意 电 影 情 节 与 学 生 的 旧 经 验 是 否 有 关, 同 时 电 影 内 容 能 否 提 供 新 知 2. 部 份 光 怪 离 奇 或 不 合 理 的 情 节 ( 如 高 楼 坠 地 却 毫 发 无 伤 ) 也 可 以 让 学 生 进 行 各 项 实 验, 进 而 探 讨 电 影 情 节 是 虚 构 还 是 特 技 手 法, 避 免 学 生 模 仿 3. 市 面 上 部 份 电 影 都 有 不 错 的 科 学 知 识 可 供 教 学 应 用, 如 浩 劫 重 生 (cast away) 谈 野 外 求 生 铁 达 尼 号 (Titanic) 谈 浮 力 与 冰 山 冰 峰 极 限 (Summit) 谈 雪 崩 与 硝 化 甘 油 悍 卫 战 警 谈 速 度 悍 卫 战 士 (Top-gun) 谈 飞 机 的 运 动 及 雷 霆 喷 射 手 (Fire ice & dynamite) 谈 力 与 运 动 学 等 4. 博 物 馆 可 先 请 教 师 莅 馆 进 行 教 师 研 习, 并 合 作 编 写 活 动 学 习 单 5. 教 师 可 在 学 校 预 告 参 观 活 动 会 应 用 到 那 些 旧 经 验 或 科 学 原 理, 再 透 过 电 影 欣 赏 动 手 作 (Hands-on) 及 展 示 品 参 观, 增 加 学 生 学 习 或 认 知 的 深 度 广 度 与 应 用

18 亚 太 科 学 教 育 论 坛, 第 四 期, 第 二 册, 文 章 六, 第 十 八 页 ( 二 零 零 三 年 十 二 月 ) 七 参 考 文 献 ( 一 ) 中 文 部 份 : 1. 郭 生 玉 ( 民 85): 心 理 与 教 育 研 究 方 法 台 北 : 菁 华 书 局 2. 张 春 兴 与 林 清 山 ( 民 83) : 教 育 心 理 学 台 北 : 东 华 书 局 3. 林 进 材 ( 民 88) : 教 学 理 论 与 方 法 台 北 : 五 南 图 书 出 版 公 司 4. 朱 敬 先 ( 民 87) : 教 育 心 理 学 台 北 : 五 南 图 书 出 版 公 司 5. 胡 学 俪 译 ( 民 84) : 测 量 - 量 度 与 时 间 台 北 : 文 库 出 版 事 业 公 司 6. Margaret E. Gredler 着, 吴 幸 宜 译 ( 民 85): 学 习 理 论 与 教 学 应 用 台 北 : 心 里 出 版 社 有 限 公 司 7. 李 祖 寿 ( 民 70): 教 学 原 理 与 教 法 台 北 : 大 洋 出 版 社 8. 国 立 台 湾 师 范 大 学 学 术 研 究 委 员 会 ( 民 79): 教 学 法 研 究 台 北 : 五 南 图 书 出 版 公 司 9. Mary B. Rowe 着, 魏 明 通 译 ( 民 76): 科 学 探 究 教 学 法 台 北 : 国 立 编 译 馆 10. 魏 明 通 ( 民 86), 科 学 教 育 台 北 : 五 南 图 书 出 版 公 司 11. 杨 荣 祥 ( 民 68), 戴 尔 的 经 验 塔 ( 上 )- 教 学 资 源 应 用 的 原 则, 科 学 教 育 25 期 12. 杨 荣 祥 ( 民 68), 戴 尔 的 经 验 塔 ( 下 )- 教 学 资 源 应 用 的 原 则, 科 学 教 育 26 期 13. 邵 瑞 珍 皮 连 生 主 编, 王 文 科 校 订 ( 民 80): 教 育 心 理 学 台 北 : 五 南 图 书 出 版 公 司 物 理 教 学 及 示 范 研 讨 会 论 文 集 物 理 教 学 及 示 范 研 讨 会 论 文 集 物 理 教 学 及 示 范 研 讨 会 论 文 集 17. 科 学 工 艺 博 物 馆 网 页 (

19 亚 太 科 学 教 育 论 坛, 第 四 期, 第 二 册, 文 章 六, 第 十 九 页 ( 二 零 零 三 年 十 二 月 ) ( 二 ) 西 文 部 份 : 1. MacKay, A. (1982). Project quest: Teaching strategies and pupil achievement. Occasional Paper Series. MacKay, A. in Center for Research in teaching, Faculty of Education. Edmonton, Alberta, University of Alberta. 2. Rogers, C. R. (1961). On becoming a person:a therapist's view of psychology. Boston: Houghton Mifflin. 3. Rogers. C. R. (1969). Freedom to learn: A view of what education might become. Columbia: Charles & Merrill. 4. Hewson. P. W. & Hewson, M.G.. (1988). An Appropriate Conception of Teaching Science: A View from Studies of Science Learning. Science Education, 72(5), Lawrenz, F. (1986). Misconception of Physical Science Concepts among Element School Teachers. School Science and Mathematics, 86(8),