亞 太 科 學 教 育 論 壇, 第 四 期, 第 二 冊, 文 章 六, 第 一 頁 ( 二 零 零 三 年 十 二 月 ) 陳 正 治 國 立 科 學 工 藝 博 物 館 科 技 教 育 組 807 高 雄 市 三 民 區 九 如 一 路 720 號 電 郵..nelson@mail.nstm.gov.tw 徐 國 文 國 立 高 雄 應 用 科 技 大 學 ( 應 外 系 ) 807 高 雄 市 三 民 區 建 工 路 415 號 收 稿 日 期.. 二 零 零 三 年 十 月 三 十 日 ( 於 十 二 月 十 一 日 再 修 定 ) 內 容 摘 要 一 緒 論 二 文 獻 探 討 三 進 行 方 式 四 實 例 說 明 五 教 學 成 效 評 量 六 結 語 七 參 考 文 獻 摘 要 以 驗 證 戴 爾 (Edgar Dale) 之 經 驗 塔 理 論 杜 威 (Dewey. J.) 之 實 踐 中 學 習 (Learning by Doing) 皮 亞 傑 (J.Piaget) 之 形 事 操 作 期 認 知 理 論 以 及 班 杜 拉 (A. Bandura) 之 社 會 學 習 理 論 為 理 論 基 礎, 本 文 介 紹 科 學 工 藝 博 物 館 所 提 供 的 活 動 單 元 設 計 與 成 效 首 先, 以 看 電 影 並 擇 定 戰 爭 動 作 片 電 影 U-571 作 為 行 為 的 引 發 物, 從 趣 味 中 引 起 動 機, 接 著 安 排 七 個 單 元 主 題 來 讓 學 生 從 實 踐 中 學 習 的 學 習 模 式 中 去 探 索 科 學 現 象, 從 而 探 討 電 影 內 所 呈 現 的 科 學 情 節 的 真 實 性 ; 另 在 每 一 個 活 動 過 程 中, 學 生 必 須 透 過 團 隊 協 調 合 作, 完 成 作 品, 從 而 探
亞 太 科 學 教 育 論 壇, 第 四 期, 第 二 冊, 文 章 六, 第 二 頁 ( 二 零 零 三 年 十 二 月 ) 究 各 項 科 學 教 具 或 玩 具 所 應 用 的 科 學 原 理 關 鍵 字 : 經 驗 塔 實 踐 中 學 習 形 式 操 作 期 社 會 學 習 理 論 一 緒 論 對 近 幾 年 來, 不 論 是 政 府 或 民 間 皆 全 力 推 展 教 改 工 作, 而 強 調 以 學 生 能 力 為 本 位 的 九 年 一 貫 課 程 安 排 即 應 運 而 生 牟 中 原 教 授 在 遠 哲 科 學 教 育 基 金 會 所 出 版 的 生 活 科 學 系 列 套 書 中 有 一 篇 寫 給 家 長 老 師 的 文 章 中 提 到 : 我 們 將 來 需 要 的 是 能 活 學 活 用 知 識 的 青 少 年 知 識 不 是 書 上 的 死 東 西, 它 應 該 可 以 透 過 活 動 發 掘 所 以 學 校 裡 要 準 備 更 多 豐 富 的 活 動, 來 做 主 題 教 學 ; 老 師 要 有 更 多 的 點 子, 來 活 化 課 堂 然 而, 處 在 現 今 生 活 便 利, 許 多 老 師 反 應, 大 部 份 學 生 對 於 探 索 生 活 週 遭 自 然 現 象 總 是 興 趣 缺 缺, 甚 至 於 連 尋 找 科 展 題 目 都 頗 感 捉 襟 見 肘, 有 的 甚 至 避 之 惟 恐 不 及 ; 即 使 參 與 科 展 者 所 研 究 的 題 目, 與 其 生 活 經 驗 無 關 者 也 不 少, 一 般 學 校 內 實 驗 課 程 雖 能 滿 足 學 生 動 手 操 作 需 要, 然 大 多 侷 限 於 驗 證 現 有 的 科 學 原 理, 學 習 過 程 中 著 重 於 知 識 的 灌 輸 而 輕 忽 主 動 探 究 的 過 程, 況 且 如 實 驗 空 間 經 費 不 足 者, 往 往 不 是 每 位 學 生 可 以 享 有 參 與 實 驗 的 機 會, 此 時 科 學 知 識 的 取 得 及 應 用 往 往 只 有 教 師 的 口 述 (Oral Expression) 而 已 二 文 獻 探 討 著 名 的 美 國 2061 計 畫 在 開 頭 就 敘 明 ( 魏 明 通, 民 86), 教 育 的 最 高 目 的 為 使 每 一 個 人 都 能 過 發 揮 個 人 潛 力, 過 有 責 任 的 生 活 政 府 推 動 九 年 一 貫 教 育 改 革 計 畫 之 七 大 領 域 內 特 別 有 關 自 然 科 技 數 學 藝 術 人 文 健 康 體 能 團 隊 活 動 語 文 及 表 達 等 重 點, 無 非 是 在 強 調 教 學 者 需 具 備 統 整 教 學 的 能 力, 試 著 提 供 國 民 中 小 學 的 學 生 全 人 教 育 的 機 會 本 文 就 自 然 科 技 領 域 為 主 體, 帶 引 學 生 進 入 其 它 的 學 習 領 域 內, 使 科 學 類 博 物 館 提 供 非 體 制 教 育 (Informal education approach) 時, 也 能 兼 顧 體 制 內 學 校 教 育 (Formal education approach) 之 需 求 著 名 的 瑞 士 教 育 心 理 學 家 吉 恩. 皮 亞 傑 (J.Piaget) 之 認 知 發 展 理 論 提 出, 十 二 歲 至 十 五 歲 學 習 者, 為 形 式 操 作 期, 現 階 段 國 民 中 學 學 生 應 具 備 有 反 省 思 考 的 能 力 假 設 與 演 繹 推 理 的 能 力 進 行 控 制 變 因 的 實 驗 等 等 能 力 認 知 心 理 學 家 奧 斯 貝 (Ausubel D.P) 主 張 學 生 受 教 時, 新 舊 學 習 材 料 間 適 當 的 關 聯, 是 增 進 有 效 學 習 的 關 鍵 因 素 乃 至 於 近 年 來 教 育 學 者 積 極 探 討 與 研 究 的 教 育 建 構 論, 鼓 勵 教 師 與 學 生 學 生 與 學 生 之 間 的 利 用 語 言 活 動 溝 通 討 論 甚
亞 太 科 學 教 育 論 壇, 第 四 期, 第 二 冊, 文 章 六, 第 三 頁 ( 二 零 零 三 年 十 二 月 ) 至 於 辯 論 方 式, 用 以 建 構 知 識 教 育 學 家 戴 爾 (Edgar Dale) 提 倡 之 經 驗 塔 (The Cone of Experience), 闡 釋 科 學 教 育 基 本 的 一 般 學 習 途 徑, 也 為 科 學 教 師 提 供 教 學 媒 體 教 學 模 式 或 教 學 資 料 的 選 用 原 則 戴 爾 的 經 驗 塔 共 有 十 一 層 ( 如 圖 一 ), 塔 底 的 三 層 強 調 學 生 自 身 經 驗 感 受 及 參 與 學 習 的 重 要 性 ; 第 四 至 第 六 層 為 學 生 運 用 全 部 或 部 份 的 感 官 從 事 學 習 活 動, 如 野 外 教 學 或 博 物 館 的 展 示 教 學 等, 此 三 層 的 學 習 經 驗 比 底 三 層 抽 象 些 ; 第 七 至 第 九 層 為 視 聽 教 學 應 用, 學 生 透 過 電 影 或 電 視 的 學 習 經 驗 僅 能 運 用 視 覺 (Vision) 與 聽 覺 (Hearing) 兩 個 感 官 去 學 習 別 人 所 表 演 或 拍 攝 的 效 果 而 已 ; 最 上 三 層 透 過 視 覺 符 號 或 口 述 符 號, 學 生 僅 能 大 量 使 用 聽 覺 感 官 學 習, 效 果 往 往 不 理 想 替 代 經 驗 11 口 述 符 號 10 視 覺 符 號 9 錄 音 廣 播 靜 畫 8 電 影 7 電 視 間 接 經 驗 6 展 覽 5 實 地 參 觀 4 演 示 直 接 經 驗 3 演 劇 性 經 驗 2 設 計 的 經 驗 1 有 目 的 直 接 經 驗 圖 一 : 戴 爾 經 驗 塔 美 國 教 育 哲 學 家 杜 威 (Dewey. J. 1859-1952) 提 倡 實 踐 中 學 習 ( 或 邊 做 邊 學 Learning by doing) 的 理 論, 亦 即 主 張 教 學 應 以 兒 童 或 學 習 者 為 主 體, 讓 學 習 者 親 自 觀 察 與 經 驗, 用 腦 去 想, 用 手 去 做, 以 培 養 學 習 者 願 意 主 動 且 自 動 自 發 的 學 習 精 神 杜 威 認 教 育 的 目 的 在 於 發 展 啟 發 兒 童, 使 其 有 能 力 解 決 問 題 適
亞 太 科 學 教 育 論 壇, 第 四 期, 第 二 冊, 文 章 六, 第 四 頁 ( 二 零 零 三 年 十 二 月 ) 應 新 的 環 境 等 等 的 能 力 倡 導 社 會 學 習 理 論 的 先 驅 班 杜 拉 (A. Bandura,1986) 認 為, 在 任 何 時 刻, 影 響 行 為 的 諸 多 線 索 中, 最 常 見 的 莫 過 於 他 人 的 行 為 ( 吳 幸 宜 譯, 民 83), 換 言 之, 學 習 者 透 過 外 來 事 物 的 引 起 注 意 (Attention process) 保 持 (Retention process) 行 為 複 製 (Behavior re-production process) 及 動 機 導 引 (Motivational process) 等 學 習 步 驟, 從 事 學 習 活 動 三 進 行 方 式 本 教 學 探 討 以 學 生 當 作 受 教 主 體, 隨 隊 教 師 及 助 教 為 輔 體, 首 先 採 電 影 欣 賞 為 動 機 導 入, 一 如 班 杜 拉 所 倡 導 之 社 會 學 習 理 論, 學 習 者 透 過 電 影 情 節 的 欣 賞, 當 學 生 對 電 影 情 節 產 生 高 度 興 趣 並 保 持 其 新 鮮 感 的 同 時, 老 師 從 旁 提 問 一 些 問 題, 並 請 求 學 生 思 考 甚 至 複 製 或 模 仿 電 影 情 節, 藉 以 引 發 學 生 產 生 強 烈 的 學 習 動 機 教 師 緊 接 著 再 提 供 部 份 研 製 好 的 科 學 教 具 作 為 科 學 演 示 引 發 學 生 的 好 奇, 學 生 再 在 教 師 引 導 下 自 製 一 份 屬 於 自 己 的 科 學 玩 具, 教 師 再 解 說 各 項 教 具 所 運 用 或 延 伸 的 科 學 概 念 (Concept of science) 或 使 用 科 學 原 理 (Applied ), 並 透 過 小 組 間 的 比 賽 或 討 論 以 精 進 自 己 的 教 具 功 能, 如 此 一 來 學 生 可 以 透 過 成 果 ( 反 應 變 因 ) 再 反 推 回 去 尋 找 改 變 成 果 的 原 因 ( 操 縱 變 因 ), 學 生 也 可 藉 此 原 因 探 究 激 發 不 同 的 思 維 模 式 及 創 作 茲 將 本 教 學 步 驟 繪 製 如 下 圖 二 : 動 機 導 入 科 學 演 示 原 理 說 明 科 學 動 手 做 及 參 觀 展 示 廳 競 賽 活 動 電 影 欣 賞 : 獵 殺 U571 1 在 半 空 欄 截 2 射 擊 飄 浮 球 3 終 極 密 碼 戰 1 帕 斯 卡 原 理 2 阿 機 米 得 原 理 3 電 路 串 聯 與 並 聯 4 簡 單 機 械 - 槓 桿 斜 面 與 螺 旋 應 用 5 三 角 測 量 1 浮 沉 偶 水 中 蛟 龍 2 連 發 竹 槍 3 密 碼 機 4 螺 旋 飛 魚 5 旋 動 汽 球 火 箭 6 簡 易 經 緯 儀 1 射 擊 飄 浮 球 2 在 半 空 攔 截 3 終 極 密 碼 戰 4 觀 測 官 報 告 圖 二 : 看 電 影 學 科 學 教 學 步 驟 圖
亞 太 科 學 教 育 論 壇, 第 四 期, 第 二 冊, 文 章 六, 第 五 頁 ( 二 零 零 三 年 十 二 月 ) 使 用 工 具 本 文 從 一 部 電 影 的 欣 賞 以 激 發 學 習 動 機, 並 從 電 影 中 所 看 到 的 情 節, 就 其 舊 經 驗 判 斷 可 能 性, 接 著 提 供 多 樣 實 驗 材 料 供 學 生 具 體 操 作, 以 探 究 (Explore) 其 真 實 性, 學 生 進 而 利 用 相 關 材 料 並 組 裝 成 一 件 可 帶 走 的 科 學 玩 具 作 為 自 己 的 發 明 (Invention), 教 師 並 告 知 下 一 次 上 課 時, 將 利 用 自 己 的 發 明 作 品 進 行 各 項 團 隊 比 賽, 學 生 可 藉 由 團 隊 比 賽 方 式, 不 論 輸 贏, 均 可 透 過 比 賽 進 而 歸 納 那 些 操 縱 變 因 是 影 響 比 賽 成 績 ( 即 反 應 變 因 ) 的 重 要 因 素 如 此 一 來, 學 生 不 僅 可 以 由 比 賽 結 果 反 推 至 操 作 過 程, 應 用 奧 斯 貝 的 學 習 理 論 基 礎 進 行 學 習 活 動 同 時, 本 教 學 活 動 進 行 時, 大 量 引 用 皮 亞 傑 的 形 式 操 作 期 之 學 習 理 論 模 式, 大 部 份 時 間 均 屬 學 生 自 我 操 作 或 製 作 教 具 為 主, 為 提 供 學 生 多 元 的 創 意 討 論 與 思 考, 並 延 伸 各 種 競 賽 活 動, 藉 以 激 發 學 生 群 組 間 充 份 討 論 與 思 考 改 善 之 計, 學 生 們 可 以 透 過 語 言 活 動 溝 通 討 論 再 建 構 出 符 合 自 己 需 要 自 己 的 學 習 模 式 最 後 再 實 地 參 觀 科 學 工 藝 博 物 館 ( 簡 稱 工 博 館,National Science and Technology Museum) 相 關 展 示 廳 及 科 學 演 示 活 動, 填 寫 學 習 單 等 透 過 此 種 活 動 安 排, 可 充 份 且 彈 性 運 用 戴 爾 的 經 驗 塔 理 論 基 礎, 例 如 動 手 操 作 或 製 作 滿 足 塔 底 直 接 經 驗 之 需 求 ; 參 觀 展 示 廳 滿 足 間 接 經 驗 需 求 ; 視 聽 教 學 等 替 代 經 驗 激 發 探 究 的 學 習 興 趣 與 動 機 ( 附 註 : 任 何 比 賽 總 是 有 輸 有 贏, 所 謂 勝 不 驕 敗 不 餒 的 風 度, 可 透 過 謝 讓 活 動, 如 打 油 詩 一 首 一 二 三 ; 三 二 一 ; 你 輸 我 贏 沒 關 係 ; 下 次 機 會 讓 給 你 ; 一 二 三 ; 三 二 一 ; 有 本 事, 再 來 比 一 比 ; ( 勝 者 面 對 大 家, 且 深 深 一 鞠 躬 ) 謝 謝 各 位 的 承 讓 如 此 一 來, 勝 者 不 驕, 謙 沖 為 懷 ; 輸 者 僅 是 暫 時, 絕 非 永 遠, 且 接 受 贏 方 之 鞠 躬 道 謝, 並 以 此 謙 讓 為 榮, 滿 足 彼 此 心 理 的 需 要 ) 四 實 例 說 明 本 獵 殺 U-571 一 片 是 在 描 述 第 二 次 世 界 大 戰 時, 美 軍 為 奪 取 一 艘 受 創 之 德 軍 U 型 潛 艦 上 的 密 碼 機, 派 遣 一 艘 美 製 S 型 潛 艦 前 往 完 成 任 務 的 海 戰 動 作 片 欣 賞 獵 殺 U-571 電 影 後, 老 師 利 用 暫 停 播 放 DVD 機 制, 控 制 影 片 播 放 速 度, 適 時
亞 太 科 學 教 育 論 壇, 第 四 期, 第 二 冊, 文 章 六, 第 六 頁 ( 二 零 零 三 年 十 二 月 ) 提 問 下 列 問 題 : 1. 潛 望 鏡 的 結 構? 2. 如 何 測 量 兩 物 間 的 水 平 距 離? 3. 如 何 測 量 觀 測 物 高 度? 4. 為 何 深 水 炸 彈 爆 炸 時, 潛 艇 會 發 生 激 烈 震 動? 5. 當 潛 艇 發 生 激 烈 震 動, 潛 艇 內 部 人 員 要 採 取 怎 樣 的 防 護 自 保 措 施? 6. 當 船 艦 使 用 聲 納 設 備 時, 為 何 要 靜 音? 7. 魚 雷 的 密 度 與 海 水 密 度 的 關 係 8. 擊 發 魚 雷 時, 魚 雷 的 運 動 方 式 是 怎 樣 前 進 的? 9. 航 海 時 船 速 的 計 量 單 位 為 什 麼 使 用 節 (Nautical mile per hour) 作 為 單 位, 換 算 成 一 般 道 路 行 車 速 度 (Kilometer per hour) 有 何 不 同? 10. 潛 艇 外 殼 為 何 總 是 類 似 拱 型 結 構? 與 一 般 雞 蛋 外 形 有 何 相 似 之 處? 11. 控 制 潛 艇 沉 與 浮 的 機 制 是 什 麼? 12. 何 謂 摩 斯 密 碼 (Morse code)? 你 能 自 製 一 臺 密 碼 機 嗎? 13. 為 何 潛 艦 沉 入 海 底 越 深, 潛 艦 內 部 管 線 會 有 漏 水 現 象? 透 過 上 述 題 目 的 提 問 當 作 研 究 教 學 之 動 機 導 入, 緊 接 著 教 師 表 演 幾 項 會 引 起 現 場 驚 呼 的 科 學 遊 戲, 例 如 利 用 自 來 水 裝 入 寶 特 瓶 內 產 生 類 似 開 香 檳 現 象 的 噴 水 香 檳 ; 利 用 燈 光 進 行 密 語 通 訊 ; 利 用 連 發 竹 槍 擊 落 飄 浮 球 ; 利 用 旋 動 氣 球 火 箭 進 行 在 半 空 攔 截 等 科 學 遊 戲 隨 後 分 多 次 單 元 指 導 學 生 科 學 動 手 做 並 完 成 幾 件 作 品, 例 如 : 浮 沉 偶 連 發 竹 槍 密 碼 機 螺 旋 飛 魚 旋 動 汽 球 火 箭 及 簡 易 經 緯 儀, 作 為 學 員 可 攜 帶 返 家 的 作 品 教 師 並 隨 後 講 解 各 件 作 品 所 應 用 的 科 學 原 理 或 可 傳 達 的 科 學 現 象, 並 藉 由 科 工 館 相 關 展 示 廳 之 參 觀, 增 強 其 學 習 的 深 度 與 效 果 將 各 本 教 學 研 究 中 學 員 自 製 的 科 學 玩 具 名 稱 電 影 情 節 應 用 所 欲 闡 述 之 科 學 意 涵 及 科 工 館 相 關 之 展 示 廳 表 列 如 下 表 一 :
亞 太 科 學 教 育 論 壇, 第 四 期, 第 二 冊, 文 章 六, 第 七 頁 ( 二 零 零 三 年 十 二 月 ) 表 一 科 學 玩 具 與 延 伸 教 育 關 聯 表 科 學 玩 具 名 稱 電 影 情 節 內 容 應 用 原 理 延 伸 展 示 廳 與 展 品 浮 沉 偶 深 水 炸 彈 爆 炸 時, 為 何 潛 水 艇 會 產 生 激 烈 的 震 動 及 控 制 潛 水 艇 浮 與 沉 的 機 制 是 什 麼? 帕 司 卡 原 理 解 釋 水 壓 的 傳 遞 現 象 阿 基 米 得 原 理 探 討 影 響 物 體 在 水 中 沉 或 浮 的 變 因 交 通 與 文 明 展 示 廳 海 上 運 具 射 擊 飄 浮 球 : 連 發 竹 槍 衝 鋒 槍 槍 身 為 何 要 有 托 把 及 連 動 機 械? 船 體 後 方 渦 流 產 生 現 象 槍 枝 的 幾 何 構 圖 及 重 力 場 中 拋 物 體 運 動 的 路 徑 流 體 動 力 學 動 力 與 機 械 展 示 廳 簡 單 機 械 之 槓 桿 與 斜 面 密 碼 機 什 麼 是 摩 斯 密 碼 及 其 傳 訊 的 技 巧? 如 何 自 製 一 台 有 線 密 碼 機? 電 路 的 串 聯 與 並 聯 應 用 摩 斯 密 碼 內 容 電 子 世 界 展 示 廳 電 路 電 腦 與 通 訊 展 示 廳 摩 斯 密 碼 交 通 與 文 明 展 示 廳 - 船 上 通 訊 旋 動 汽 球 火 箭 魚 雷 擊 發 後 如 何 能 穩 定 前 進? 動 力 源 是 什 麼? 牛 頓 第 三 運 動 定 律 ( 作 用 力 與 反 作 用 力 ) 簡 單 機 械 之 螺 旋 應 用 航 空 與 太 空 展 示 廳 -- 火 箭 介 紹 動 力 與 機 械 展 示 廳 -- 螺 旋 結 構 簡 易 經 緯 儀 砲 艇 擊 發 砲 彈 時 落 彈 點 位 置 與 仰 角 之 測 量 三 角 函 數 應 用 及 測 量 交 通 與 文 明 展 示 廳 水 平 測 量 儀 及 經 緯 儀 水 中 蛟 龍 潛 艇 沉 與 浮 的 控 制 機 制 阿 基 米 得 原 理 應 用 交 通 與 文 明 展 示 廳 - 我 找 到 了 (EUREKA) 水 壓 的 測 量 潛 艇 沉 入 水 中 越 深, 艇 身 承 受 的 水 壓 力 越 大, 艇 身 內 部 管 線 漏 水 液 體 壓 力 = 液 體 密 度 * 深 度 交 通 與 文 明 展 示 廳 - 潛 艦 結 構 陀 螺 儀 潛 艦 或 飛 行 航 空 器 在 爬 升 或 下 降 時, 依 賴 之 導 航 設 備 之 一 轉 動 力 學 應 用 交 通 與 文 明 展 示 廳 - 潛 艦 與 飛 行 航 空 器 潛 望 鏡 潛 艦 人 員 觀 測 水 面 上 物 體 的 儀 器 光 的 反 射 應 用 交 通 與 文 明 展 示 廳 - 潛 艦 汽 車 後 視 鏡 學 員 利 用 自 製 之 科 學 玩 具 完 成 後, 即 可 獲 得 相 關 知 識 的 應 用, 並 可 以 利 用 小 組
亞 太 科 學 教 育 論 壇, 第 四 期, 第 二 冊, 文 章 六, 第 八 頁 ( 二 零 零 三 年 十 二 月 ) 討 論 時 間 或 課 餘 時 間 尋 找 相 關 資 訊, 以 精 進 其 科 學 玩 具 之 準 確 度 與 精 密 度, 用 以 激 發 其 發 現 不 同 知 識 應 用 或 擴 展 其 視 野 為 激 勵 學 員 創 作 或 創 新 的 意 願, 本 教 學 研 究 特 別 規 劃 一 些 以 組 為 單 位 之 競 賽 活 動, 提 升 本 項 教 學 研 究 之 趣 味 性, 相 關 之 競 賽 活 動 方 式 簡 介 如 下 : 1 射 擊 飄 浮 球 ( 如 圖 三 ): 學 員 每 人 各 自 製 一 把 連 發 竹 槍, 比 賽 時 以 小 組 為 單 位, 一 組 負 責 控 制 飄 浮 球, 並 觀 察 球 體 在 空 氣 噴 流 束 外 運 動 的 情 行, 另 一 組 負 責 持 連 發 竹 槍 將 飄 浮 球 擊 落 活 動 目 的 在 於 觀 察 流 體 通 過 圓 柱 型 障 礙 物 後 的 運 動 情 形, 並 進 而 觀 察 飄 浮 球 成 因 與 應 用 1 觀 察 氣 流 繞 經 圓 柱 體 後 吹 熄 燭 火 2 觀 察 氣 流 繞 經 二 圓 柱 體 間 後 對 燭 火 3 觀 察 飄 浮 球 形 成 現 象 4 射 擊 飄 浮 球 競 賽 圖 三 : 射 擊 飄 浮 球 2 在 半 空 欄 截 ( 如 圖 四 ): 學 員 每 人 各 自 製 一 枚 旋 動 汽 球 火 箭, 比 賽 時 以 小 組 為 單 位, 一 組 負 責 發 射 旋 動 汽 球 火 箭, 並 觀 察 火 箭 運 動 的 方 式, 另 一 組 負 責 持 連 發 竹 槍 將 火 箭 擊 落 藉 本 活 動 觀 察 不 同 汽 球 火 箭 尾 翼 形 狀 與 黏 貼 方 式 所 產 生 之 運 動 情 形 及 穩 定 度, 同 時 進 而 認 識 牛 頓 第 三 運 動 定 律 彈 力 位 能 與 動 能 之 互 換 關 係
亞 太 科 學 教 育 論 壇, 第 四 期, 第 二 冊, 文 章 六, 第 九 頁 ( 二 零 零 三 年 十 二 月 ) 1 無 尾 翼 火 箭 2 直 尾 翼 火 箭 3 斜 尾 翼 火 箭 4 發 射 汽 球 火 箭, 觀 察 運 動 方 式 5 分 組 競 賽 圖 四 : 在 半 空 欄 截 3 終 極 密 碼 戰 ( 如 圖 五 ): 學 員 每 人 各 自 製 作 一 架 密 碼 機, 並 利 用 電 路 串 聯 與 並 聯 的 結 構, 以 觀 察 對 方 的 燈 號 是 否 正 常 運 作 ( 電 路 串 聯 應 用 ), 並 共 用 一 組 電 源 節 省 電 力 ( 電 路 並 聯 應 用 ), 比 賽 時 以 小 組 為 單 位, 一 人 負 責 將 他 人 所 提 供 的 簡 易 資 訊 轉 化 成 摩 斯 密 碼 (Morse code), 再 利 用 密 碼 機 上 的 微 動 開 關 按 扭, 傳 送 至 另 一 端 並 由 該 端 負 責 解 碼 並 回 傳 確 認 有 無 疏 漏
亞 太 科 學 教 育 論 壇, 第 四 期, 第 二 冊, 文 章 六, 第 十 頁 ( 二 零 零 三 年 十 二 月 ) 1 認 識 電 路 圖 2 安 裝 串 聯 與 3 操 作 密 碼 並 聯 電 路 機 圖 五 : 終 極 密 碼 戰 4 測 量 員 報 告 (Surveyor reporting) 如 圖 六 ): 學 員 以 組 為 單 位, 在 戶 外 擇 定 一 建 物, 先 目 測 一 建 物 高 度, 再 利 用 簡 易 經 緯 儀 測 量 其 高 度, 最 後 再 利 用 捲 尺 實 際 測 量 建 物 高 度, 再 進 行 誤 差 值 之 計 算 1 自 製 經 緯 儀 2 簡 易 經 緯 儀 成 品 3 操 作 簡 易 經 緯 儀 - 測 高 4 操 作 簡 易 經 緯 儀 - 測 遠 圖 六 : 測 量 員 報 告 5 水 壓 測 量 ( 如 圖 七 ): 液 面 下 物 體 承 受 液 體 壓 力 與 液 體 密 度 及 深 度 成 正 比, 電 影 中 的 潛 水 艇 沉 入 水 中 越 深, 艇 身 所 受 到 的 水 壓 力 越 大, 潛 水 艇 內 管 線 承 受 不 了 壓 力, 產 生 漏 水 現 象 同 時, 潛 水 艇 為 了 有 效 抵 抗 強 大 的 水 壓, 艇 身 外 表 大 都 採 橢 圓 體 ( 如 同 雞 蛋 蛋 殼 ) 拱 形 結 構 ( 附 註 : 此 作 法 引 用 2002 年 11 月 26 日 南 區 中 學 示 範 實 驗 研 習 會 中 發 表 作 品 )
亞 太 科 學 教 育 論 壇, 第 四 期, 第 二 冊, 文 章 六, 第 十 一 頁 ( 二 零 零 三 年 十 二 月 ) 物 體 在 液 面 下 受 壓 實 驗 水 壓 力 使 物 體 外 形 產 生 變 化 ( 往 內 凹 陷 ) 圖 七 : 水 壓 測 量 6 水 中 蛟 龍 與 浮 沉 偶 ( 如 圖 八 ): 控 制 潛 水 艇 浮 與 沉 是 依 賴 潛 水 艇 內 浮 力 艙 的 控 制 機 制, 當 艇 身 內 部 水 往 外 排, 艇 身 變 輕, 只 要 艇 身 整 體 密 度 比 水 小 時, 即 往 上 浮 ; 反 之, 往 下 沉 ; 艇 身 整 體 密 度 與 水 相 等 時, 潛 水 艇 即 可 在 水 面 下 隨 處 飄 浮, 此 時 潛 水 艇 所 受 重 力 (Gravity) 與 水 浮 力 (Buoyancy) 相 等, 潛 水 艇 處 於 失 重 或 無 重 量 (Weightless) 狀 態, 此 即 是 阿 基 米 得 原 理 應 用 同 時, 利 用 浮 沉 偶 教 具, 可 以 發 現 液 體 內 部 壓 力 產 生 變 化 時, 壓 力 的 改 變 也 會 向 四 面 八 方 傳 播, 使 部 份 水 擠 入 浮 沉 偶 內, 當 浮 沉 偶 整 體 密 度 比 水 大, 即 下 沉 ; 反 之 上 浮
亞 太 科 學 教 育 論 壇, 第 四 期, 第 二 冊, 文 章 六, 第 十 二 頁 ( 二 零 零 三 年 十 二 月 ) 物 體 在 液 中 重 量 變 輕 氣 體 進 入 瓶 內, 瓶 子 浮 起 自 製 浮 沉 偶 圖 八 : 水 中 蛟 龍 與 浮 沉 偶 7 陀 螺 儀 ( 如 圖 九 ): 轉 動 的 陀 螺 儀 (Gyroscope) 可 觀 察 到 轉 動 慣 量 角 動 量 守 恆 等 應 用, 可 以 觀 察 到 陀 螺 儀 在 導 航 設 施 上 的 應 用 特 別 是 電 影 中 潛 艦 的 兩 具 螺 旋 槳, 轉 動 方 向 相 反 ; 又 如 直 升 機 配 置 兩 具 螺 旋 槳 之 目 地, 均 可 藉 由 陀 螺 儀 運 動 加 以 解 釋
亞 太 科 學 教 育 論 壇, 第 四 期, 第 二 冊, 文 章 六, 第 十 三 頁 ( 二 零 零 三 年 十 二 月 ) 1. 內 框 轉 動 帶 動 外 框 亦 轉 動 2. 轉 動 時 轉 軸 可 輕 易 懸 吊 在 繩 上 3. 轉 動 時, 轉 軸 放 在 傾 斜 筆 桿 上 仍 保 持 直 立 4. 轉 動 時 可 輕 易 站 立 在 繩 上 圖 九 : 陀 螺 儀 8 潛 望 鏡 ( 如 圖 十 ): 利 用 光 的 二 度 反 射 即 可 隱 身 暗 處 並 觀 察 到 另 一 處 物 體, 並 利 用 街 目 鏡 與 接 物 鏡 相 對 位 置 不 同, 觀 察 像 的 變 化 當 接 物 鏡 與 接 目 鏡 平 行 時, 成 正 立 像 當 接 物 鏡 與 接 目 鏡 不 平 行 時, 成 橫 立 像 圖 十 : 潛 望 鏡 9 參 觀 展 示 廳 ( 如 圖 十 一 ): 當 進 行 完 上 述 一 些 科 教 活 動 後, 再 帶 領 學 員 進 入 工 博 館 (http://www.nstm.gov.tw) 相 關 展 示 廳 內 參 觀, 以 獲 取 積 極 即 時 且 有 效 的 學 習 效 果, 並 提 供 學 員 自 由 參 觀 與 探 索 的 開 放 式 學 習 機 會
亞 太 科 學 教 育 論 壇, 第 四 期, 第 二 冊, 文 章 六, 第 十 四 頁 ( 二 零 零 三 年 十 二 月 ) 參 觀 展 示 廳 - 經 緯 儀 參 觀 展 示 廳 - 船 艦 區 圖 十 一 : 參 觀 交 通 與 文 明 展 示 廳 五 教 學 成 效 評 量 本 教 學 研 究 旨 在 提 供 一 個 異 於 學 校 體 制 內 現 行 的 教 學 模 式, 例 如 老 師 講 授 實 驗 指 導 或 團 體 活 動 及 校 外 教 學 參 觀 等, 本 教 學 研 究 中 以 電 影 欣 賞 作 為 動 機 導 入 要 引, 提 供 學 員 休 閒 娛 樂 結 合 教 學 活 動, 以 滿 足 學 生 休 閒 娛 樂 兼 顧 學 習 的 需 求 ; 提 供 科 學 原 理 應 用 與 延 伸 滿 足 教 師 對 教 育 性 的 需 求 ; 提 供 學 員 自 製 科 學 教 具 的 機 會 及 攜 帶 回 家 的 實 體, 以 滿 足 家 長 對 價 值 性 的 需 求 本 項 教 學 探 討 將 活 動 中 所 有 規 劃 之 內 容 ( 含 電 影 欣 賞 科 學 動 手 做 等 七 項 展 示 廳 參 觀 導 覽 解 說 及 科 學 演 示 等 ), 為 求 客 觀 標 準, 本 文 將 活 動 的 評 量 基 準 分 為 教 育 性 (Education) 趣 味 性 (Entertainment) 及 價 值 性 (Valuation) 等 三 個 指 標, 茲 將 三 個 指 標 內 容 分 述 如 下 : A 教 育 性 (Education): 本 教 學 活 動 是 否 能 滿 足 學 生 追 求 知 識 的 渴 望, 是 否 能 讓 學 生 能 自 我 學 習, 是 否 能 與 學 校 體 制 教 育 內 的 課 程 進 度 銜 接, 是 否 能 讓 學 生 對 新 的 科 學 專 有 名 詞 產 生 強 烈 的 印 象 並 且 會 使 用 等 等, 凡 此 種 種 均 列 為 本 教 學 方 法 是 否 能 滿 足 學 生 對 追 求 新 知 或 接 受 教 育 的 評 點 指 標 B 趣 味 性 (Entertainment): 大 部 份 的 學 生 都 愛 玩 樂, 如 何 讓 教 學 活 動 能 寓 教 於 樂 且 易 於 被 學 生 接 受, 教 學 方 式 是 否 活 潑, 教 具 是 否 好 玩 有 趣, 競 賽 活 動 是 否 充 滿 挑 戰 及 創 意, 凡 此 種 種 被 歸 類 為 是 否 具 有 趣 味 性 一 般 而 言, 具 有 趣 味 性 的 教 學 活 動, 學 生 比 較 樂 於 學 習, 甚 至 主 動 積 極 地 參 與 學 習 活 動 C 價 值 性 (Valuation): 本 系 列 教 學 活 動 在 科 工 館 進 行, 學 生 利 用 週 末 假 期 且 採 選 修 方 式 參 加, 對 一 般 學 生 而 言, 假 期 就 是 休 閒 和 玩 樂, 因 此 本 系 列 教 學 活 動 是 否 被 認 為 有 價 值 參 與, 教 具 的 製 作 與 功 用 是 否 與 購 買 材 料 所 花 費 用 等 值, 學 生 家 長 是 否 支 持 並 鼓 勵 學 生 參 與 學 習 等 等, 均 列 為 是 否 具 有 價 值 性
亞 太 科 學 教 育 論 壇, 第 四 期, 第 二 冊, 文 章 六, 第 十 五 頁 ( 二 零 零 三 年 十 二 月 ) 就 以 上 三 項 評 點 基 準, 學 生 分 分 別 針 對 各 次 教 學 活 動, 自 行 評 價 其 得 點, 最 低 0 分 最 高 10 分, 茲 將 所 得 結 果 平 均 得 點 表 列 如 表 二 表 二 各 項 活 動 評 點 平 均 得 點 活 動 內 容 學 生 ( 樣 本 數 :55) 教 育 性 趣 味 性 價 值 性 科 學 內 涵 電 影 欣 賞 7.26 8.37 7.56 探 討 情 節 的 真 實 性 浮 沉 偶 水 中 蛟 龍 終 極 密 碼 戰 7.00 6.91 5.96 6.40 5.93 5.96 7.53 6.96 7.42 帕 斯 卡 原 理 與 水 壓 傳 遞 阿 基 米 得 原 理 與 浮 力 原 理 電 路 的 並 聯 與 串 聯 應 用 射 擊 飄 浮 球 7.16 8.78 7.73 簡 單 機 械 與 機 構 應 用 柏 努 利 原 理 在 半 空 攔 截 測 量 員 報 告 導 覽 解 說 7.29 8.53 7.25 7.84 6.20 7.60 7.64 5.73 7.39 牛 頓 第 三 運 動 定 律 三 角 測 量 展 示 品 參 觀 教 學 科 學 演 示 8.35 7.76 7.94 科 學 表 演 活 動 (1) 由 於 問 卷 表 採 無 記 名 方 式 調 查, 學 生 的 喜 惡 不 會 有 作 假 之 虞, 其 中 水 中 蛟 龍 評 價 皆 比 其 它 項 目 偏 低 ( 但 仍 在 一 般 水 準 5.0 之 上 ), 經 與 帶 隊 教 師 討 論, 原 因 之 一 是 在 學 校 上 課 時 有 類 似 的 動 手 操 作 經 驗 ( 如 浮 體 與 沉 體 單 元 中 之 水 中 蛟 龍 ) (2) 終 極 密 碼 戰 是 結 合 電 路 的 串 聯 與 並 聯 使 用, 這 與 密 碼 機 因 電 路 結 構 細 緻, 施 作 難 度 高 且 學 生 對 摩 斯 密 碼 的 使 用 不 熟 悉, 因 而 雖 具 有 教 育 價 值, 趣 味 性 卻 偏 低 的 現 象 (3) 導 覽 解 說 的 運 作 方 式 是 由 專 業 解 說 員 就 展 示 廳 之 展 品, 透 過 學 員 目 睹 展 示 品, 及 主 要 目 地 是 配 合 科 學 動 手 做 的 延 伸 及 推 廣, 使 科 工 館 展 示 品 能 透 過 科 學 動 手 做 的 方 式, 使 學 員 能 清 楚 且 明 白 展 示 廳 內 展 示 品 所 欲 呈 現 或 傳 達 的 科 學 意 念 或 應 用 每 次 參 觀 一 個 展 示 廳, 解 說 員 可 以 講 解 多 項 展 品, 唯 學 生 所 扮 演 是 聽 與 看 的 角 色, 教 育 價 值 十 足 (4) 科 學 演 示 是 由 科 工 館 解 說 員 示 範 多 項 神 奇 的 科 學 現 象, 學 生 仍 是 聽 與 看, 學 生 普 遍 認 為 很 精 彩 且 具 教 育 價 值, 此 與 學 生 在 時 間 之 內 可 以 看 到 多
亞 太 科 學 教 育 論 壇, 第 四 期, 第 二 冊, 文 章 六, 第 十 六 頁 ( 二 零 零 三 年 十 二 月 ) 項 神 奇 的 科 學 現 象 應 有 直 接 感 受, 並 認 為 深 具 教 育 性 有 關 六 結 語 本 教 學 探 討 透 過 理 論 基 礎 探 討 應 用 電 影 選 片 課 程 安 排 活 動 設 計 及 問 卷 調 查 與 分 析, 可 以 發 現 幾 項 有 趣 的 現 象 : 1. 提 供 一 個 富 教 育 具 趣 味 且 超 價 值 的 科 學 研 習 活 動, 在 科 學 類 博 物 館 內 再 結 合 相 關 展 示 品 參 觀, 以 滿 足 學 校 教 師 學 生 與 家 長 的 需 求 2. 科 學 教 育 著 重 於 知 識 面, 而 科 技 教 育 強 調 應 用 面, 如 何 透 過 各 項 活 動 激 發 學 生 思 考 探 究 的 心, 並 以 科 學 教 育 為 體, 科 技 教 育 為 用, 讓 學 生 知 其 然 並 知 其 所 以 然, 透 過 競 賽 活 動 鼓 勵 學 生 團 隊 合 作, 激 發 創 意 從 探 究 (Explore) 科 學 現 象 進 而 發 明 (Invent) 科 學 教 具 或 產 品, 並 透 過 各 項 活 動, 提 供 學 生 發 現 (Discover) 科 學 新 知 等 科 學 創 意 活 動 3. 觀 看 電 視 欣 賞 電 影 無 疑 是 一 般 學 生 喜 愛 的 休 閒 活 動 之 一, 將 看 電 影 延 伸 至 科 學 教 育 活 動, 更 能 激 發 其 看 電 影 時 有 不 同 的 目 地 與 角 度 觀 察 週 遭 事 物 4. 團 隊 間 競 賽 活 動 激 發 學 生 間 的 團 隊 合 作 創 意 思 考 5. 團 隊 間 競 賽 後 的 謝 讓 讓 學 生 彼 此 間 有 謙 讓 及 感 恩 的 心 6. 一 般 學 校 體 制 內 教 育 大 都 有 所 謂 的 進 度 要 求, 可 是 此 種 方 式 似 乎 並 不 能 滿 足 學 生 甚 至 教 師 的 需 求 7. 規 劃 具 操 作 性 的 科 學 探 索 教 學 活 動 ( 如 教 具 製 作 工 具 操 作 創 意 競 賽 參 觀 導 覽 等 ) 並 能 應 用 在 日 常 生 活 中, 必 單 純 的 知 識 傳 授 或 實 驗 觀 察 要 來 得 受 學 生 歡 迎 8. 類 似 博 物 館 這 類 非 體 制 教 育 (Informal education) 場 所, 活 動 的 規 劃 必 須 異 於 一 般 體 制 內 正 式 教 育 (Formal education), 並 且 充 滿 新 鮮 有 趣 創 意 且 是 現 行 學 校 體 制 內 教 育 內 涵 的 延 伸, 讓 學 生 獲 得 學 習 廣 度 與 深 度 9. 口 述 或 背 誦 科 學 僅 能 趕 趕 進 度, 對 學 生 的 科 學 教 育 幫 助 明 顯 不 受 歡 迎 10. 教 育 的 主 體 是 學 生, 不 是 教 師, 教 師 有 責 任 讓 課 程 豐 富 活 潑 且 富 挑 戰 性 雖 然, 從 本 文 中 所 欲 呈 現 的 從 電 影 中 引 發 與 設 計 科 學 教 育 活 動 之 探 討, 不
亞 太 科 學 教 育 論 壇, 第 四 期, 第 二 冊, 文 章 六, 第 十 七 頁 ( 二 零 零 三 年 十 二 月 ) 是 要 去 批 評 學 校 體 制 教 育 的 不 是, 而 是 提 供 一 個 另 類 的 教 學 方 式 或 模 式 供 參 考, 當 進 行 完 本 系 列 教 學 後, 也 有 部 份 建 議 如 下 : 1. 教 師 選 片 時 宜 先 注 意 電 影 情 節 與 學 生 的 舊 經 驗 是 否 有 關, 同 時 電 影 內 容 能 否 提 供 新 知 2. 部 份 光 怪 離 奇 或 不 合 理 的 情 節 ( 如 高 樓 墜 地 卻 毫 髮 無 傷 ) 也 可 以 讓 學 生 進 行 各 項 實 驗, 進 而 探 討 電 影 情 節 是 虛 構 還 是 特 技 手 法, 避 免 學 生 模 仿 3. 市 面 上 部 份 電 影 都 有 不 錯 的 科 學 知 識 可 供 教 學 應 用, 如 浩 劫 重 生 (cast away) 談 野 外 求 生 鐵 達 尼 號 (Titanic) 談 浮 力 與 冰 山 冰 峰 極 限 (Summit) 談 雪 崩 與 硝 化 甘 油 悍 衛 戰 警 談 速 度 悍 衛 戰 士 (Top-gun) 談 飛 機 的 運 動 及 雷 霆 噴 射 手 (Fire ice & dynamite) 談 力 與 運 動 學 等 4. 博 物 館 可 先 請 教 師 蒞 館 進 行 教 師 研 習, 並 合 作 編 寫 活 動 學 習 單 5. 教 師 可 在 學 校 預 告 參 觀 活 動 會 應 用 到 那 些 舊 經 驗 或 科 學 原 理, 再 透 過 電 影 欣 賞 動 手 作 (Hands-on) 及 展 示 品 參 觀, 增 加 學 生 學 習 或 認 知 的 深 度 廣 度 與 應 用
亞 太 科 學 教 育 論 壇, 第 四 期, 第 二 冊, 文 章 六, 第 十 八 頁 ( 二 零 零 三 年 十 二 月 ) 七 參 考 文 獻 ( 一 ) 中 文 部 份 : 1. 郭 生 玉 ( 民 85): 心 理 與 教 育 研 究 方 法 台 北 : 菁 華 書 局 2. 張 春 興 與 林 清 山 ( 民 83) : 教 育 心 理 學 台 北 : 東 華 書 局 3. 林 進 材 ( 民 88) : 教 學 理 論 與 方 法 台 北 : 五 南 圖 書 出 版 公 司 4. 朱 敬 先 ( 民 87) : 教 育 心 理 學 台 北 : 五 南 圖 書 出 版 公 司 5. 胡 學 儷 譯 ( 民 84) : 測 量 - 量 度 與 時 間 台 北 : 文 庫 出 版 事 業 公 司 6. Margaret E. Gredler 著, 吳 幸 宜 譯 ( 民 85): 學 習 理 論 與 教 學 應 用 台 北 : 心 裡 出 版 社 有 限 公 司 7. 李 祖 壽 ( 民 70): 教 學 原 理 與 教 法 台 北 : 大 洋 出 版 社 8. 國 立 臺 灣 師 範 大 學 學 術 研 究 委 員 會 ( 民 79): 教 學 法 研 究 台 北 : 五 南 圖 書 出 版 公 司 9. Mary B. Rowe 著, 魏 明 通 譯 ( 民 76): 科 學 探 究 教 學 法 台 北 : 國 立 編 譯 館 10. 魏 明 通 ( 民 86), 科 學 教 育 台 北 : 五 南 圖 書 出 版 公 司 11. 楊 榮 祥 ( 民 68), 戴 爾 的 經 驗 塔 ( 上 )- 教 學 資 源 應 用 的 原 則, 科 學 教 育 25 期 12. 楊 榮 祥 ( 民 68), 戴 爾 的 經 驗 塔 ( 下 )- 教 學 資 源 應 用 的 原 則, 科 學 教 育 26 期 13. 邵 瑞 珍 皮 連 生 主 編, 王 文 科 校 訂 ( 民 80): 教 育 心 理 學 台 北 : 五 南 圖 書 出 版 公 司 14. 2001 物 理 教 學 及 示 範 研 討 會 論 文 集 15. 2002 物 理 教 學 及 示 範 研 討 會 論 文 集 16. 2003 物 理 教 學 及 示 範 研 討 會 論 文 集 17. 科 學 工 藝 博 物 館 網 頁 (http://www.nstm.gov.tw)
亞 太 科 學 教 育 論 壇, 第 四 期, 第 二 冊, 文 章 六, 第 十 九 頁 ( 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, 42-44. 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), 45-48. 5. Lawrenz, F. (1986). Misconception of Physical Science Concepts among Element School Teachers. School Science and Mathematics, 86(8), 80-83.