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2012 中華民國物理教育聯合會議 - 

物理教學與示範研討會、物理教育學術研討會、物理教育年會 

論文集 

主辦單位 : 陸軍軍官學校 

合辦單位 : 中華民國物理教育學會、中央大學科學教育中心 

協辦單位 : 中央大學物理系、高雄師範大學物理系、高雄師 

範大學科學教育研究所、高雄大學應用物理系、 

屏東教育大學應用物理系、輔仁大學應用物理 

系、中國文化大學物理系、中山大學物理系 

指導單位 ; 國科會自然處物理推動中心、教育部高教司、國 

防部陸軍司令部

2012 中華民國物理教育聯合會議論文集 

序 

物理教學及示範研討會近年來吸引三、四百位大、中、小學對物理教學及示範有興 

趣的學者專家、教師、學生與同好參與 , 堪為物理教育界的盛事之一。本校承蒙多位物 

理教學先進及物理教育學會推薦引領下 , 由陸軍軍官學校物理系首次以聯合會議方式 , 

同時接辦第十五屆『2012 中華民國年物理教學與示範研討會』及『2012 中華民國年物 

理教育學術研討會及年會』三個會議。本校期望能為國內科學探究教學教育改革盡一份 

心力 , 使科學學習回歸生活 , 推動注重具體實作的理念以活化教學 , 並藉此提供科學教 

育之學術與實務交流的機會 , 以達「開闊教師視野、活化科學教育」之目的。本次會議 

主題規劃乃以創新物理教育為主軸 , 從生活中學物理出發 , 藉由創意教具的設計 , 並透 

過適當的指導與經營 , 將科學教育推廣至大眾 , 以提升國人科學素養 , 最後達到創新教 

學之目的 , 並依此精神設計以下之研討主題 :1. 創新物理教育、激發獨立考與創新精神 ( 創 

新物理教育 );2. 體驗生活物理、發展演示實驗設計與製作 ( 生的活物理 );3. 創新物理教材教 

法、培養主動探索與問題解決 ( 創意教具 );4. 落實專題研究指導、經營優質研究團隊 ( 指導 

與經營 );5. 活化自然科學教育、全面提昇大眾科學素養 ( 物理與科普 );6. 實踐學習、訓練和 

評價多元化 , 增強學生自主學習 ( 創新教學 )。本次研討會之籌備委員 , 計有 28 個學術單 

位 , 共計 42 位委員組成 , 所邀請之委員均為國內各大學、中學長期投入物理或科學教 

育的教師與主管組成 , 所邀請之講者皆由籌備委員推薦後 , 由本校物理系邀請擔任之。 

完成之活動規劃 , 包括大會演講 1 場、專題演講 9 場、口頭論文發表 27 篇、教育論壇 2 

場、創意教學工作坊 4 場、動態演示觀摩 4 場、壁報論文展示 44 篇與競賽、科學儀器 

圖書展、校園特色導覽、音樂饗宴 - 歐式自助晚宴等十項 , 內容精彩多元 , 不但融入三 

種會議之精神與特色 , 同時也建立辦理聯合研討會之規模與範例。本次會議所邀請之講 

者均為物理界演示教學或科學教育之翹楚 , 內容生動活潑且能有效激發科學教育的創新 

與實用 , 報名人數已超過 400 餘人 , 以達往年之水準 , 本校期能為國內科學教育的創新 

與改善盡一份心力以回饋社會。 

陸軍軍官學校物理系 

系主任洪偉清謹誌 

中華民國 101 年 8 月 1 日

2012 中華民國物理教育聯合會議論文集


目錄 

大會演講 ................................................................................................................................................................ 1 

大會演講探索實戰學物理 ................................................................................................................................ 2 

專題講演 ................................................................................................................................................................ 3 

主題一 A1 場那一年 , 我們一起愛上的物理課 ............................................................................................ 4 

主題一 B1 場綠色能源教具之研發 ................................................................................................................ 5 

主題一 B3 場演示實驗融入國中自然科教學的示例 .................................................................................... 6 

主題二場生活 DIY 創意學物理 ............................................................................................................... 7 

主題三場月亮下的新鮮事 ........................................................................................................................ 8 

主題一 C1 場用實測教導模型歸納與分析 - 訊號之反射實驗為例 ............................................................... 8 

主題一 D1 場光碟玩科學 ............................................................................................................................... 9 

主題五場社區街頭物理需求的開發與經營 ............................................................................................ 9 

主題六場「你的想法是什麼呢 ?」 - 打破課堂的單行道 ................................................................... 10 

教育論壇 ............................................................................................................................................................... 11 

E 場落實專題研究指導、經營優質研究團隊 .............................................................................................. 12 

引言 1 - 大學生 ( 有練過的 ) 就很好用了 ! .......................................................................................... 12 

引言 2 - 好奇與興趣是實驗室動力的來源 .............................................................................................. 13 

引言 3 - 大學教師是伯樂還是千里馬 ...................................................................................................... 13 

創意教學工作坊 ................................................................................................................................................... 14 

A 場蚱蜢式史特林引擎製作工作坊 ............................................................................................................. 15 

B 場電磁學創意教具實作 ............................................................................................................................. 16 

C 場生活物理 - 光柵教具實作 ....................................................................................................................... 16 

D 場多款發電機的製作 ................................................................................................................................ 17 

動態演示教學觀摩 ............................................................................................................................................... 18 

A 場 " 聲聲 " 不息的創意教學演示 ................................................................................................................ 19 

D 場一張紙的飛行世界 ................................................................................................................................ 20 

口頭發表論文摘要 ............................................................................................................................................... 23 

創新物理教育 A2 場 ...................................................................................................................................... 24 

A2-1 牛頓馬戲團 - 演示教學開放課程 ...................................................................................................... 24 

A2-2 主動學熱忱的培養與創意之具體化 ................................................................................................ 25 

A2-3 自然科學測驗中表現標準與決斷分數的設定方法與應用 ............................................................ 29 

A2-4 中國文化大學物理系專題研究課程介紹與檢討 ............................................................................ 33 

A2-5 一個新的也是舊的方法 : 學生自編筆記學習法 ............................................................................ 37 

創新物理教育 B2 場 ....................................................................................................................................... 41 

B2-1 落實實作評量於中學的物理教學活動 ............................................................................................ 41 

I


B2-2 一些日常生活所見到的生活物理 .................................................................................................... 42 

B2-3 台東地區偏遠國小能源科學動手做教學設計與實施 .................................................................... 51 

B2-4 能源推廣教育 : 愛迪生出發 ............................................................................................................ 52 

創新物理教育 C2 場 ....................................................................................................................................... 53 

C2-1 投影日晷之電腦模擬 ....................................................................................................................... 53 

C2-2 利用微電腦為本實驗室 (MBL) 探究大學生對速度與時間關係圖之認知研究 ............................. 57 

C2-3 教科書中發現熵的推論值得商榷 ................................................................................................... 60 

C2-4 高中物理與大學普物之間的學習鴻溝 ........................................................................................... 64 

C2-5 利用創新物理實驗課程協助開發普通物理實驗項目 .................................................................... 68 

C2-6 振盪與傅立葉分析 ........................................................................................................................... 69 

創新物理教育 C3 場 ....................................................................................................................................... 70 

C3-1 物理系學生於「一維無限位能井」解題表現之探究 .................................................................... 70 

C3-2 看見「大氣壓力」- 點膠針筒千斤掛 ........................................................................................... 74 

C3-3 計算機在數值模擬與儀器控制之教學應用成效 ............................................................................ 77 

C3-4 雲霄飛車能量轉換之研究 ............................................................................................................... 77 

C3-5 黎開管之熱致發聲的震撼演示與其對航太及能源工業探討的重要影響 .................................... 78 

C3-6 概念構圖法輔助大學普通物理教學心得 ....................................................................................... 79 

創新物理教育 D2 場 ....................................................................................................................................... 80 

D2-1 博物館展品微小化 ........................................................................................................................... 80 

D2-2 因應 12 年國教高一基礎物理教學的建議 ..................................................................................... 81 

D2-3 科學模型本位探究教學增進科學解釋能力之課程設計 ............................................................... 85 

D2-4 單眼相機微距器材融入國中自然光學教學的設計 ....................................................................... 96 

D2-5 溝通能力融入 5E 探究式教學對九年級學生學習成效影響 - 以電路單元為例 .......................... 100 

D2-6 運用論證教學策略發展國小科學展覽社團之研究 ..................................................................... 101 

壁報論文摘要 ..................................................................................................................................................... 105 

中國文化大學物理系專題研究課程介紹與檢討 ........................................................................................ 106 

中國文化大學物理專題教育成果 – 以奈米碳管為基材之生物感測器 ................................................... 107 

中國文化大學物理專題教育成果 – 生長一維氮化鎵奈米線 ................................................................... 108 

中國文化大學物理專題教育成果 – 研究磁性材料特性 ........................................................................... 109 

中國文化大學物理專題教育成果 – 靜電紡絲製程一維氮化鋁奈米線 .................................................... 110 

中國文化大學物理專題教育成果 – 探討氮化鋁奈米陶瓷的介電性質 .................................................... 110 

中國文化大學物理專題教育成果 – 探討 ALN 奈米線的製程 .................................................................. 111 

中國文化大學物理專題教育成果 – 用 EASY JAVA SIMULATIONS 模擬蛋白質立體模型 ......................... 111 

中國文化大學物理專題教育成果 – 利用細胞自動機模型研究開放道路中的路隊長現象 .................... 112 

中國文化大學物理專題教育成果 – 全像光學元件 - 同軸及離軸式波帶板的製作 ................................... 113 

中國文化大學物理專題教育成果 – 為什麼又斷線了 ?!............................................................................. 114 

中國文化大學物理專題教育成果 – 都市街道標度性質 ............................................................................ 115 

中國文化大學物理專題教育成果 – 改善全像光柵繞射效率的定性測試 ................................................ 116 

中國文化大學物理專題教育成果 – 重複曝光產生多重影像的穿透式全像片 ........................................ 117 

II


中國文化大學物理專題教育成果 – 激子 - 極子的玻色 - 愛因斯坦凝聚 ...................................................... 118 

PVM 及 MPI 影像平行處理 ......................................................................................................................... 118 

十二年一貫自然與生活科技領域實驗課程之設計與實施 ......................................................................... 119 

利用 X 光繞射探討人蔘皂苷在脂膜中的狀態 ............................................................................................ 119 

薑黃素在脂膜中對抗菌小蛋白狀態之作用 ................................................................................................ 120 

太陽能爐具 .................................................................................................................................................... 121 

風帆物理與六分儀 ........................................................................................................................................ 125 

用低價 DVM 精確測量低溫 ........................................................................................................................ 129 

利用溶膠 - 凝膠法合成摻雜三價鉺離子之鋯酸鍶螢光體 (SRZRO 3 :ER 3+ ) 及其光放射行為研究 .............. 133 

利用溶膠 - 凝膠法合成摻雜三價鈧離子之鋯酸鋇螢光體 (BAZRO 3 :SC 3+ ) 及其光放射行為研究 .............. 133 

利用溶膠 - 凝膠法合成摻雜三價鉕離子之鋯酸鈣螢光體 (CAZRO 3 :PM 3+ ) 及其光放射行為研究 ............. 134 

利用溶膠 - 凝膠法合成摻雜三價釔離子之 Γ 相鋁酸鋰螢光體 (Γ-LIALO 2 :Y 3+ ) 及其光放射行為研究 ..... 134 

研究流體在十字型生醫晶片微管道中流動的濃度分佈情況 .................................................................... 135 

研究流體在雙 T 型生醫晶片微管道中流動的濃度分佈情況 .................................................................... 135 

天外飛來的輻射 ............................................................................................................................................ 136 

簡便型太陽爐 ................................................................................................................................................ 136 

因應 12 年國教高一基礎物理教學的建議 .................................................................................................. 137 

吸管排笛製作與國小聲音與空氣柱關係概念的探究 ................................................................................ 138 

與民間基金會合作之國小蝴蝶生態教材園經營管理個案研究 ................................................................ 142 

國高中力學實驗之新設計 ............................................................................................................................ 146 

「史萊姆與彈力球」之製作與教學 ............................................................................................................ 147 

電吉他科學營活動 ........................................................................................................................................ 151 

導電麵糰的設計與教學 ................................................................................................................................ 152 

雙平面鏡成像現象融入國中幾何正多邊形課程設計 ................................................................................ 156 

大學部光學實驗之設計與發展 .................................................................................................................... 160 

以協同教學理念發展高中物理流體力學主題式課程 ................................................................................ 161 

以分立式電子元件設計的鎖相環教學實驗 ................................................................................................ 162 

我的子彈會轉彎 PACINKO ........................................................................................................................... 169 

泰雅陀螺王 KONGMAH ................................................................................................................................. 170 

遠端遙控掃描式電子顯微鏡對於學生奈米科技學習動機與興趣之影響初探 ......................................... 171 

附錄 ................................................................................................................................................................ 175 

附錄一會議內容規劃 .................................................................................................................................. 176 

附錄二研討會議程表 .................................................................................................................................. 180 

附錄三與會人員名冊 .................................................................................................................................. 186 

附錄四研討會議紀實 .................................................................................................................................. 198 

III


IV


大會演講 

~~MEMO~~ 

1


大會演講探索實戰學物理 

探索實戰學物理 

伊林 

中央大學物理系 

lin@phy.ncu.edu.tw 

摘要 

如何使學生有效學習物理 , 日後投身物理專業 , 或其他相關應用 , 長久以來為困擾 

學生與教師的問題。受到千年專制與科舉文化的影響 , 我國的傳統物理教育 , 多以強 

化教師課堂口述、數學推演 , 學生課後讀書、解題為努力方向 , 事倍功半 , 成效不佳。 

難有效培養物理專業人才與自由公民。本報告中將分享本人近年來所研發之物理教學 

方式 , 由教師利用議題設定 , 誘導學生以教室或實驗室為探索實戰的道場 , 進行科研 

基礎方法學訓練 , 如自我或團隊自主學習、系統思考與辯證、研究工具掌控、團隊經 

營與計畫執行、口頭與文字論述等基礎能力 ; 對身、心、道、術 , 進行全方位鍛鍊 , 

開啟物理自我學習、自我成長超越之門。 

關鍵詞 : 探索式物理學習 

2


專題講演 

~~MEMO~~ 

3


主題一 A1 場那一年 , 我們一起愛上的物理課 

那一年 , 我們一起愛上的物理課 

朱慶琪 

中央大學物理學系 

聯絡人 E-mail:ccchu.ncu@gmail.com 

摘要 

無論是要學生愛「上」物理課、或是要學生「愛上」物理課 , 幾乎都是不可能的 

任務。但是仔細想想 , 我們每個人小時候總是對生活周遭事物具備源源不絕的好奇 

心 , 急切地想探究這個世界 , 卻隨著書愈念愈多 , 對科學的態度反而落得調查結果所 

呈現的 :「高成就、低興趣、低信心」 [1] 。打個比方 , 頂級冰淇淋好吃的程度總是令人 

幸福感動 ( 發現事物運作的道理時總是令人興奮不已 ), 但如果要你在幾年內每天吞 

下一桶冰淇淋、不能選擇何時吃 ? 吃多少 ? 什麼口味 ? 怎麼吃 ?( 固定的教材內容及 

進度、每天必須練習不同題型的考試題目 ) 而且必須訓練出迅速辨識品牌、口味、成 

分、配方等的能力 ( 要在很短的時間內解題完畢 ), 相信很多人一定會說我再也不想 

吃冰淇淋了 !( 我再也不想學物理了 !)。本來是一件愉悅的事 , 卻因為胃口壞了、 

變得再也不想碰。我常常開玩笑說 , 要讓學生討厭哪個科目 , 最簡單的方法就是把它 

變成必修課。人們對於不能選擇的東西 , 總是抗拒的多。 

面臨胃口被養壞的這群學生 , 我應該怎麼教大一物理 ? 面對這輩子再也不想碰物 

理的文科學生 , 有機會重啟他們的興趣嗎 ? 回到人們的初衷 : 對這個世界的好奇。是 

不是可以藉由激發學生原始的好奇心 , 慢慢帶領他們找回對知識的感動 ? 在這些想法 

下、中央大學開始一步步推動演示教學的發展。演講中我將介紹這段歷程 , 以及如何 

利用物理演示為核心、推動各式各樣的科普活動 , 同時也會分享將此方法應用於開發 

針對文科學生的通識課程經驗。最終的目的 , 當然希望學生們多年後對這些物理課的 

印象是 :「那一年 , 我們一起愛上的物理課。」 

註 1、2010 年 11 月 , 天下雜誌教育特刊《科學教育》 

4


主題一 B1 場綠色能源教具之研發 

綠色能源教具之研發 

周鑑恒 

萬能科技大學光電系 

聯絡人 E-mail:chou0717@gmail.com 

摘要 

為了開發綠色能源 , 科學家研發了許多能量轉換器 , 例如各種熱機 ( 即各種引擎 )、 

太陽能煙囪、核能反應器等 , 其中涉及許多簡單卻十分有趣的物理 , 略加巧思 , 很容易 

成為課堂上令學生驚奇與震憾的教具。本次演講在熱機方面 ; 將演示 : 太白粉噴火、大 

型通體透明蒸汽機、1200cc 透明保特瓶爆燃火箭、輕鬆組裝的透明史特林引擎、透明熱 

聲效應史特林引擎。此外還有演示太陽能煙囪原理的火樹銀花 , 演示連鎖反應原理的彈 

跳骨牌。希望能為臺灣各級學校物理教學帶來歡樂與驚奇。 

關鍵詞 : 教具、綠色能源。 

5


主題一 B3 場演示實驗融入國中自然科教學的示例 

演示實驗融入國中自然科教學的示例 

1 

林宣安 

台中市立長億高中 

2 

台中市自然與生活科技輔導團 

聯絡人 E-mail:l0930984547@yahoo.com.tw 

摘要 

近幾年來國內外教育學者普遍性重視科學實驗的重要性 ( 張惠博 ,1993), 九年一 

貫課程綱要中更進一步強調「主動探索與研究」, 希望可以激發學生好奇心及觀察力 , 

主動探索和發現問題 , 並積極運用所學的知能於生活中 , 若可以讓實驗教學生活化 , 

藉由這些實驗與活動 , 培養學生的科學興趣、熟練實驗方法。因此國內外諸多教育工 

作者積極研發許多演示實驗教具 , 其中美國麻省理工學院 (Massachusetts Institute of 

Technology, MIT) 的 Walter H. G. Lewin 教授的演示實驗課程 , 以及國內由林泰生與周 

建和等人發起的物理教學與示範研討會 (1997~)、中央大學的物理演示實驗與中正大學 

由 MIT 引進的 TEAL(Technology-Enabled Active Learning) 教室等 , 都強調了演示實驗 

在中學甚至大學教育可以實際應用的例子。 

有鑑於此 , 筆者與台中市自然科輔導團的夥伴們多年來研發超過 200 種適合中學 

老師在課堂上方便使用的演示教具與實驗 , 希望在有限的時間與空間裡提供老師另一 

種不同的教學選擇 , 不但可以活化學生的探究精神也更增進了課堂的師生互動 , 相關 

資料可參閱 http://98.to/ 林宣安。 

現場演示的項目有 : 

一、電學 

1. 簡易直交流電供應器 ─ 自製教具。利用可變電壓的整流變壓器改良可方便產生不同 

電壓的直交流電 

2. 筆心燈炮 ─ 示範實驗。利用 6V 的鉛電池在筆心通電使其因熱效應發光 , 如同燈泡 

發光的原理 , 產生的高溫足以點燃紙張。 

3. 搧風點燈 ─ 自製教具。將 110V100W 的燈泡和 2.5V 小燈泡串聯 , 當 100W 燈泡的 

燈絲溫度升降時 , 可觀察到小燈泡的亮度亦跟著改變 , 證明溫度和電阻的關係 

4. 燈泡的串聯與並聯 ─ 自製教具。將不同電壓的小燈泡串聯或並聯 , 觀察燈泡何者較 

亮 

5. 鉛筆可變電阻 ─ 自製教具。利用筆心當作電阻 , 串聯小燈泡可觀察長度和電阻大小 

關係 

6. 粗電線與細電線 ─ 自製教具。觀察電線租線和電阻大小的關係 

7. 開燈關燈誰危險 ( 千人震 )─ 示範實驗。關燈時因電流急速下降 , 造成極大電感產生 

火花 , 不但可感覺到觸電 , 還可點燃打火機 

8. 電的傳輸 ─ 自製教具。利用變壓器模擬高壓傳輸與低壓傳輸所消耗的電能 

二、電磁學 

1. 長直導線的磁場形狀 ─ 自製教具。可方便展示長直導線的磁場形狀 

2. 螺旋線圈的磁場形狀 ─ 自製教具。可方便展示螺旋線圈的磁場形狀 

3. 長直導線的磁場分布 ─ 自製教具。可方便展示長直導線的磁場方向 

4. 安培定律實驗板 ─ 自製教具。可展示安培定律〔電流大小、距離、線圈數〕對磁針 

6


偏轉角度的影響 

5. 鋁圈的吸引與排斥 ─ 自製教具。利用鋁圈及強力磁鐵的交互作用觀察鋁圈的吸引及 

排斥現象 

6. 各式發電機 ─ 自製教具。物理發電的原理 

7. 喇叭對講機 ─ 自製教具。連接兩個喇叭即可變成免插電對講機 

8. 簡易喇叭 ─ 自製教具。利用線圈、磁鐵、紙杯做成簡易喇叭 

9. 右手開掌定則 ─ 自製教具。方便展示載流導線在磁場中的作用力 

10. 電磁感應無線接收發射器 ─ 自製教具。利用電磁感應無線傳輸 

11. 自製電磁鐵打氣機 ─ 自製教具。利用交流電產生交換磁場與場磁鐵產生震動來打 

氣 

12. 交流馬達 ─ 自製教具。將線圈通以交流電 , 不斷交換的磁場會和上方的磁鐵產生 

交互作用 , 使磁鐵旋轉 

13. 電子流轉彎 ─ 自製教具。利用高壓在閃光燈中產生電子流 , 再以強力磁鐵接近 , 可 

發現電子流轉彎了。 

主題二場 

生活 DIY 創意學物理 

生活 DIY 創意學物理 

1 

陳秋民 

東吳大學物理系 

聯絡人 E-mail: 

摘要 

物理是各類自然科學中 , 和生活最緊密結合的科學。物理的教學和學習有許多的 

方式 , 從傳統嚴謹的板書 , 到絢麗的多媒體 , 生動的演示等 , 各有其教學效益。物理 

教學的目的 , 除了期望學生都具備物理的基本素養之外 , 更希望達到利用物理的原 

理 , 普及應用於生活當中。反之 , 利用生活的經驗 , 詮釋物理的原理 , 必能引起學生 

極大的興趣。本講題大要即以講者的物理知識背景 , 分享其創意應用於生活的經驗。 

講演除了口述外 , 並佐實物演示 , 期以經驗交流 , 提升教學成效。 

7


主題三場 

月亮下的新鮮事 

1 

月亮下的新鮮事 

汪治平 

中央研究院原子與分子科學研究所 

8 

1 

2 


3 

台灣大學物理系 

聯絡人 E-mail:jwang@LTL.iams.sinica.edu.tw 

摘要 

傳統普通物理實驗課程大多使用套裝的教具 , 學生只能按照講義的指示操作 , 實驗 

的結果也已經有標準答案 , 缺乏自行探索甚至創作的空間。物理實驗課程一方面應該 

啟發學生探索的精神 , 另一方面也要訓練學生探索的技術 , 也就是設計實驗和建造儀 

器的技術。少了後者 , 前者就變成空談。為了矯治目前普通物理實驗課程缺乏技術訓 

練這個問題 , 我在中央大學物理系試驗一種新的教學方式 , 帶領學生以實作來學習現 

代實驗所需的知識和技術。透過經常性的考查、演講、質疑、解說、答辯、設計、製 

作來培養學生『無師自通 , 同儕教學』的能力和執行計畫的自信。 

關鍵詞 : 普通物理實驗、月球、潮汐、腳踏車、蒸汽機、指南車。 

主題一 C1 場用實測教導模型歸納與分析 - 訊號之反 

射實驗為例 

用實測教導模型歸納與分析 -- 以訊號之反射實驗為例 

1 

林志民 

1,2,3 

中央研究院原子與分子科學研究所 

2 

國立臺灣大學化學系 

3 

國立交通大學應用化學系 

聯絡人 E-mail:jimlin@gate.sinica.edu.tw 

摘要 

相當多的研究是無法預知結果的 , 而是從現有的實驗結果 , 做分析與歸納 , 找出規 

律 , 進而建立物理模型 , 再而能預測類似實驗的結果或做出新穎的設計。個人發現 , 

學生普遍欠缺此類經驗。學生的物理模型 , 多由書本或教師告知而來 ; 學生研究工作 

中的預測或設計 , 常由老師代勞。畢竟 , 此類工作極依賴經驗 , 大部分的學生無法立 

即進行上述完整的研究流程。為此 , 本人設計了一套題目 , 要求學生在一週內 , 由自 

己的實驗結果建立模型 , 並互相驗證 , 優者可試著做出新設計。有趣的是 , 在此練習 

中 , 愈年輕的學生反應愈好。 

關鍵詞 : 實測、分析、歸納、模型、預測、設計實驗。


主題一 D1 場光碟玩科學 

光碟玩科學 

謝迺岳 

台東大學 


摘要 

台灣每年生產光碟片數以億計 , 佔世界市場 80% 以上。光碟片具有國際統一規 

格 , 回收率高 , 取得成本低 , 因此可以作為物理教學與科學玩具的良好材料。作者以 

行動研究的方式 , 用光碟配合測量學、光學、熱學與力學等主題 , 設計系列實驗與 

DIY 活動 , 在中小學實際教學成效良好。 

在測量學上 , 對於日常習見的光碟 , 很多人並知覺它的直徑、孔徑、厚度與質量 ; 

因此可以用光碟幫助學生熟練基本測量方法。 

在光學上 , 光碟片的奈米級小孔與柵距 , 配合紅與綠色雷射光束 , 可以成為繞射 

與干涉實驗的工具。若使用平面光源 ( 如陽光 )、線型光源 ( 如日光燈 )、與點光源 ( 如 

小燈泡或 LED), 可產生輻射狀、水滴狀與同心圓等圖樣 , 可作為科研的主題。在生 

活應用方面 , 用光碟驅趕蒼蠅或單車反光板已很普遍 , 並已在桃園國際機場大廳作為 

裝置藝術。 

在熱學方面 , 可對光碟加熱並彎曲延展成各種形狀 ( 如不倒翁 ), 以討論熱塑性。 

又可用細繩將光碟鋸斷 , 以討論散熱技術等等。 

主題五場 

社區街頭物理需求的開發與經營 

社區街頭物理需求的開發與經營 

周建和 

高雄師範大學服務單位 

聯絡人 E-mail:t1620@nknucc. nknu.edu.tw 

摘要 

科學普及是醞釀科學重大發現過程中不可缺少的奠基工作 , 科學普及工作不僅是針 

對一般的民眾或學生 , 即使是尖端科學不同研究領域之間也需要藉著科學的普及轉化 

來達成相互的溝通與交流 , 因此使科學普及工作展現許多不同的形式與面貌。社區「街 

頭物理」是一個以簡單器材設計動手做實驗為主軸的科學普及推廣活動 , 十四年來長 

期的開發與經營 , 在非制式科學學習上 , 成功地紮根社區 , 產生進一步的衍生推廣成 

果 , 本文以幾個案例作探討 , 分析出一些經驗 , 期望能作為社區科學普及工作的參考。 

關鍵詞 : 科學普及、科學動手做、非制式科學學習。 

9


主題六場 

「你的想法是什麼呢 ?」 - 打破課堂的 

單行道 

「你的想法是什麼呢 ?」— 打破課堂的單行道 

林秀豪 

國立清華大學物理系 

聯絡人 E-mail:hsiuhau@phys.nthu.edu.tw 

摘要 

授課的重要任務之一乃在於知識的傳遞。由於專業素養的不對等 , 往往造成老師在 

黑板上拚命寫 , 學生在下面死命抄 , 知識傳遞的管道幾乎是單行道。然而近年來的研 

究顯示 , 單向溝通無法持續 , 往往造成課堂學習效率低落。若能適度鼓勵學生發言或 

是提問 , 甚至藉由小組的討論 , 除了可以激發學生的興趣和參與感 , 也可以強化知識 

傳遞的效率。在此藉由過去幾年的教學經驗 , 我希望可以推廣雙向交流的教學方式 , 

也分享其局限性與可能面對的困境。 

10


教育論壇 

~~MEMO~~ 

11


E 場落實專題研究指導、經營優質研究團隊 

引言 1 - 大學生 ( 有練過的 ) 就很好用了 ! 

溫偉源 

中央大學物理學系 


摘要 

目前許多物理科系學生選擇在畢業後繼續升學 , 進入研究所攻讀碩士班乃是基於 

將來工作機會的考量。姑且不論其動機與目的 , 這些研究生確實提供了龐大及廉價的 

研究人力市場予各從事前沿研究的教師及研究人員們。然而很不幸的 , 由於大部分的 

碩士生在大學時期未曾參與真正的物理研究 , 因此不在少數的學生在面對研究上的困 

難與挫折時往往退縮及感到挫敗。以上負面經驗往往造成他們在碩士班修業期間未必 

能夠進入狀況並對所參與的研究產生實質貢獻。如果這些學生在大學時期曾經投入專 

題研究 , 瞭解研究方法並建立專業自信 , 對於上述情形是不是可以有幫助 ? 

一般而言 , 對物理的濃厚興趣、專注力、穩定性與抗壓性被視為是作物理研究必 

需的條件。然而現在的大學生常常被形容為如同草莓一般不耐壓力及缺乏穩定性的族 

類。同時由於當下可以吸引年輕人的有趣事物太多 , 學術研究因此變得很難成為一種 

大學生視為熱血或值得投注其青春及犧牲其他有趣事物的選項。因此除了少數對物理 

還抱有某種浪漫忡憬的學生 , 大部分的大學生寧可選擇把時間和精力放在其他更能吸 

引他們的事物上 , 導致到了大學畢業時 , 對時下物理研究的進展與研究方法所知甚少 

且懷有恐懼。這是必然的現象嗎 ? 當我們在嘆息學生好逸惡勞、貪玩、對物理研究興 

趣缺缺的時候 , 有甚麼是我們還能做的 ? 

在本座談 , 我將試著用本人在這幾年來帶領大學生投入前沿物理研究工作的實際 

事例 , 針對上述議題做一些分享與討論。我的結論是 : 透過適當的引導與陪伴 , 有練過 

的大學生比沒練過的碩博士生更能夠進入狀況並對所參與的研究產生實質貢獻。 

12


引言 2 - 好奇與興趣是實驗室動力的來源 

羅光耀 

成功大學物理學系 

聯絡人 E-mail:kuanglo@mail.ncku.edu.tw 

摘要 

會進入物理系的學生 , 除了喜歡物理 , 更比一般的大學生更好奇。物理系的課業 

是相當重的 , 尤其到了大二有電磁 , 理力 , 物數等份量相當大的科目 , 還加上實驗物 

理等實驗課 , 雖然辛苦 , 物理的基礎也建立了。結束大二課程是進入研究實驗是最佳 

時機 , 兩個多月的暑假 , 是最適合物理系的學生培育興趣及實踐好奇心的最佳時間。 

剛進入我實驗室的大學部專題生 , 會先見習兩個月並參與討論。了解實驗室的運 

作 , 儀器的操作與原理 , 還有所進行的題目。之後我會一一與他們晤談 , 詢問他們感 

興趣的題目及個人生涯規劃 , 我也在這段時間觀察他的態度與能力 , 才分派他研究方 

向。 

為提升他們的好奇心 , 用引導式的方式讓他們思索 ; 為讓他們體驗失敗 , 明知他們 

會做錯也不要是先制止他們 , 當然是在儀器及耗材損耗能容忍的範圍 ; 為了他們能夠有 

興趣的發揮 , 不會以發表文章為目的的情況下來引導他們方向。不約束他們的時間及 

過多的限制 , 在好奇心及強烈的興趣驅使下 , 大學部學生的表現會出乎你所想像的 

好 , 因為他們喜歡來實驗室揮灑他們的青春。 

引言 3 - 大學教師是伯樂還是千里馬 

吳仲卿 

彰化師範大學物理系教授 

摘要 

唐朝韓愈師說 :「師者 , 所以傳道、受業、解惑也。」為「教師」的行業立下「傳 

道、受業、解惑」的職責。基於此 , 一般的教師儘可能扮演「伯樂」的角色 , 期望培 

育更多的「千里馬」, 殊不知 , 在現實面上 , 千里馬可以區分為即時的千里馬及未來 

真正的千里馬 , 伯樂不可不察。然而 , 在大學任教的教師同仁 , 不可避免的也要同時 

扮演千里馬的角色 , 因為教育英才及發掘千里馬 , 固然是為人師者的人生一大樂事 , 

但是對於職級升等的幫助不大 ; 這與職業球隊教練角色不同 , 只要訓練好千里馬 , 他 

們的投資報酬率就大大的提升。影響所及 , 伯樂與千里馬兩種角色之間的拉距 , 必然 

造成大學教師的困擾。畢竟 , 伯樂需要時間去發掘與養成千里馬 , 但是千里馬也需要 

時間去成就功業。本文作者將分享二十年來 , 在彰化師大物理系教學、培育學生與從 

事研究的一點經驗與心得 , 提供不同屬性大專院校的教師同仁 , 扮演伯樂與千里馬之 

間 , 宜有不同的自我訂位之思維。 

13


創意教學工作坊 

~~MEMO~~ 

14


A 場蚱蜢式史特林引擎製作工作坊 

蚱蜢式史特林引擎製作工作坊 

蔡振明 

1 

台東縣國中小能源科技教育推動中心 

1 t401201@yahoo.com.tw 

摘要 

愛因斯坦 :「知識始於驚奇 !」蚱蜢式史特林引擎 (Stirling Engine) 是十分令人 

驚奇的教具 , 由於其運動方式十分特殊、好笑 ,「一見難忘」, 令人印象深刻 , 容易 

造成學生的「高峰經驗」, 進而提高學習成效 , 尤其在國小與國中階段。 

本工作坊內容包括 : 原理講解、引擎實作、趣味競賽。參加本工作坊 , 將可獲得 

一項吸睛的教具 ── 蚱蜢式史特林引擎 , 它將永遠陪伴您的教學生涯 , 除帶給學生不 

斷的歡笑聲以外 , 還能引發學生無窮的探究動機 ! 

史特林引擎是「後石油時代」的重要「多能源」外燃機之一 , 它以空氣為工作流 

體 , 利用空氣的熱脹冷縮進行作工 , 又名溫差引擎。由於化石能源逐漸耗竭 , 內燃機 

燃料 ( 石油、天然氣 ) 不但來源不繼 , 而且是排放溫室氣體的元兇之一 , 故而使用廢 

熱、太陽熱能、木材、垃圾等皆能運轉的史特林引擎 , 逐漸受到世人的重視。美澳等 

國已實際使用於太陽熱能發電 , 日本每年都舉辦全國史特林引擎大賽 , 由此可見一斑。 

史特林引擎是 1816 年由蘇格蘭史特林 (Robert Stirling) 牧師發明 , 其原始動機 

在於取代蒸汽機 , 因為當年蒸汽機設計不良 , 常導致操作人員嚴重燙傷。史特林引擎 

自發明迄今 , 已有 100 餘種式樣 , 但其基本工作原理皆源自史特林牧師。 

本工作坊製作之「蚱蜢式史特林引擎」, 主要特點是使用胡椒罐 ( 氣缸 )、鋼絲 

絨 ( 移氣器 )、氣球 ( 膨脹體 ), 此設計源自日本高工理科教師小林義行於 2002 年 

研發之「擊板跳躍式」史特林引擎 , 此類型引擎 ( 照片下 , 左 ) 除於日本全國史特林 

引擎大賽獲獎外 , 並廣受日本各級學校重視與採用。後經大同大學賴光哲教授引進 , 

並舉辦各種競賽加以推廣 , 逐漸在國內受到重視。後於 2011 年廖錫坤、鍾易道、蔡 

正立、葉博仁等研發「新式樣」之引擎驅動結構及懸掛系統 ( 照片下 , 中 ), 逐成為 

今天工作坊製作之「蚱蜢式史特林引擎」。對學生 , 它是十分吸睛的教具 , 必定帶給 

學生無限的歡樂與「高峰經驗」( 照片下 , 右 )。 

1 

關鍵詞 : 史特林引擎 (Stirling Engine)、趣味科學教具、高峰經驗 

15


B 場電磁學創意教具實作 

體感科學 

Line 1 可見光通信 

綠能通信未來式 

Line 2 人體收音機 2.0 

免電池攜式便 , 可調可轉可運動。 

是您在極度艱難環境下的好幫手。 

教學娛樂兩相宜。 

電磁學創意教具實作 

陳坤龍 

1 

台南縣立佳興國中 


摘要 

關鍵詞 : 

C 場生活物理 - 光柵教具實作 

生活物理 ~ 光柵教具實作 

1 

謝甫宜 

1 

高雄市陽明國中教師 


摘要 

「生活物理 ~ 光柵教具實作工作坊」之教學旨趣 , 在於提供物理教師發現生活中常見 

的光柵現象 , 並以「絹網」為主要的素材進行「光柵科學探究活動」, 並進一步設計與 

光柵相關的科學魔術 , 期以寓教於樂與簡化材料的方式讓光柵教學變得生動有趣與生活 

化。 

關鍵詞 : 光柵科學探究活動、光柵科學魔術、絹網。 

16


D 場多款發電機的製作 

多款發電機的製作 

曾秋雲 

1 

彰化縣南鎮國小教學組 

聯絡人 E-mail: 1 tel8227962@gmail.com 

摘要 

本課程以實作為主 , 製作搖搖發電、轉轉發電、風力發電等數款發電機 , 本課 

程所製作發電機 , 有費用節省、用料環保以及製作簡單等優點。藉由發電機的製 

作 , 讓學員很有成就感的同時 , 也讓學員思考 : 還可以用什麼辦法讓發電機動起來 

發電呢 ? 在能源危機迫在眉睫時刻 , 我們需要新的、乾淨的、省錢的發電方式 , 這 

不光是科學家的責任 , 也是全民必須了解的課題 ! 

以下是本課程所製作發電機簡介 : 

多多版風力水力兩電機 : 利用多多罐繞線圈 , 簡單的氧化磁鐵與寶特瓶風車與水車製 

成。 

1 

關鍵詞 : 紙飛機、飛行原理、科學教具 

17


動態演示教學觀摩 

~~MEMO~~ 

18


A 場 " 聲聲 " 不息的創意教學演示 

" 聲聲 " 不息的創意教學演示 

1 

謝甫宜 

高雄市陽明國中教師 

1 


摘要 

「聲聲不息動態演示教學觀摩」旨在以研製有趣的聲音教具為本位 , 包括肯特管、回 

聲筒、駐波觀測器以及運用多媒體與網路資源 , 期能提供物理教師更廣泛使用教具與 

多媒體豐富其聲音單元的教學 , 因而協助學生建構適切的聲波之科學模型與概念理解。 

關鍵詞 : 肯特管、回聲筒、駐波觀測器。 

19


D 場一張紙的飛行世界 

一張紙的飛行世界 - 紙飛機 

The world of flight for a piece of paper-paper wings 

蘇正男 

1 

飛行科學教育研究中心 

聯絡人 E-mail: 1 cl.su2001@gmail.com 

摘要 

1 

一張紙幻化成一隻飛翔於藍天、旋舞於林間的白鳥 , 是夢幻、驚奇、也是科 

學。一張紙的取材最容易、經濟 , 且兼具飛行安全與教育功能 , 在短短的 3 公尺內 

完整演繹翼型變動、飛行路徑與飛行原理之間的關聯 , 本動態演示教學以系統化的 

理論與技術 ( 最新紙飛機飛行原理、多種創新紙飛機研究經驗及飛行技術 ), 讓每位 

學員親手摺出滯空時間 10 秒以上 , 且具備可控制迴旋半徑之紙飛機 , 打破擲出既墜 

的傳統印象 , 體驗驚喜的飛行快感及體會飛行原理的成就感。經本演示教學後 , 盼 

飛行科學教育之推廣 , 可快速帶動國內紙飛機育樂之發展 , 並進一步與國際接軌。 

關鍵詞 : 紙飛機、飛行原理、科學教具 

壹、前言 

由於紙材料容易取得 , 台灣數十年來 

紙摺飛機被定位為童玩及兒時童趣的回 

味 , 至於如何讓紙飛機飛得更久、更遠、 

更完美有趣及附有科學教育性 , 很少人認 

真的去看待這個問題。 

紙飛機飛行的原理和動力飛機相同 , 

台灣開辦學校教育以來均以伯努力運動定 

律 (Bernoulli Law) 說明飛機升力 , 但它 

是否可完整的解釋飛行的升力 ? 事實上並 

不然 , 如加以引用康達效應 (Coanda 

Effect)(Raskin, 1994) 解釋翼形及攻角 

的設計 , 更能完整說明飛機升力的原理。 

印象中的紙摺飛機飛不出五步就墜 

地 , 這樣的飛行很難點燃對飛行的熱情 , 

當中的問題出於紙飛機的設計結構。30 餘 

年的研究成果 , 將以紙摺飛機呈現傳統之 

懷舊紙飛機、以卡紙飛機呈現擬真之現代 

飛機、以反傳統飛行呈現進化之紙飛機 , 

期具良好滯空飛行能力的紙飛機 , 可以打 

破人們的印象 , 並在神奇、美妙的飛行體 

驗中 , 喚起人人對於飛行科學的興趣。 

貳、經驗與成果 

一、紙飛機飛行研究經驗 

( 一 ) 曲解機翼翼形升力曲線 

經由電腦模擬運算或風洞實驗的結果 

皆顯示 , 氣流經翼形前沿分流後 , 頂部氣 

流到達機翼後沿比底部氣流快很多 , 而不 

是同時到達 (Waltham, 1998;Eastlake, 

20


2002)。 

單靠伯努利定律尚不足以解釋如何產 

生足夠令飛機升空之升力的原理 (Raskin, 

1994;Anderson 和 Eberhardt, 2001)。 

紙摺飛機之機翼是平面的 , 並沒有一 

般飛機翼形的曲線設計 , 沒有上下流速 

差 , 更沒有伯努力定律的升力效應 , 那紙 

摺飛機的飛行原理依據又是什麼 ? 

的作用力 , 因而空氣對舵翼產生反作用 

力 , 把舵翼推向下 , 故最佳的舵翼角 , 造 

就了最理想的下壓力 , 經重心為支點的作 

用 , 紙飛機頭部適當揚起 , 機翼得以最大 

面積駕馭空氣浮力 , 減少降速比以減緩下 

降及俯衝的現象 , 這就是紙飛機無動力飛 

行的現象 ( 請參考圖 3)。 

( 二 ) 康達效應 (Coanda Effect) 

流動中的物質有黏附接觸面的傾向 , 

把蛋殼的曲面接觸水龍頭流出的水柱 , 觀 

察水流過曲面後的情況 , 發現水流的方向 

改變了 ( 如圖 1 所示 ), 同時發現蛋殼被 

拉進水柱。依牛頓第三定律 : 因蛋殼改變 

水流的方向 ( 作用力 action), 蛋殼亦同 

時被拉向水柱 ( 反作用力 reaction), 這種 

現象被稱為康達效應 (Raskin, 1994)。 

圖 2 翼型、攻角及升力示意圖 

( 資料來源 : 蘇老師紙飛機飛行研究中心 ) 

圖 3 紙飛機飛行原理 

( 資料來源 : 蘇老師紙飛機飛行研究中心 ) 

圖 1 康達效應 ( 資料來源 : 蘇老師紙飛機飛行研 

究中心 ) 

( 三 ) 紙摺飛機飛行原理 

無動力的紙摺飛機其翼面上下都是平 

面 ( 請參考圖 3), 無一般飛機翼形曲線 

(A) 之升力現象 ( 請參考圖 2), 在滯空飛 

行時 , 因無外在的推進動力 , 故翼弦線與 

水平線所構成的衝角通常是零度或負角 , 

因其不具升力 , 那紙飛機如何產生滯空的 

飛行能力呢 ? 

當紙飛機被投擲於空中且平衡滑翔時 , 依 

康達效應水平運動的氣流因黏度而依附機 

翼的表面 , 則流經紙飛機機翼尾部的舵翼 

時 , 氣流流動的方向被舵翼生一推向上方 

( 四 ) 兩階段科學動手做 

飛行科學動手做不似靜態及兩軸性動 

態物件之工藝動手做 , 分為兩階段執行會 

優於單一階段。第一階段須先有完美設計 

之飛行體 , 引導學習者製作後 , 可易於觀 

察紙飛機飛行現象與操作變因改變的關聯 

性 , 獲取動手做「飛行調整」的科教效果。 

有了調整技巧與飛行能力後 , 可進行第二 

階段學習「動手做飛機與設計」, 則創造 

新飛行體的能力與機會隨之而來。故〝兩 

階段動手做〞可完整呈現飛行科學動手做 

的教育功效。 

二、紙飛機飛行研究成果 ( 參閱 

http://blog.xuite.net/scarelett901/paperfly 

) 

1. 傳統紙飛機 , 以紙摺飛機呈現 

21


飛行條件與功能 : 合於國際競賽規則 

(Paper Aircraft Association, 2012) 製作與 

擲法 

a. 滯空飛行 : 滯空 12 秒以上 

b. 高空迴旋 : 最大迴旋直徑 10 公尺以 

上 , 滯空 7 秒以上 

c. 水平迴旋 : 迴旋直徑 3~8 公尺 

d. S 曲線障礙飛行 

2. 現代紙飛機 , 以卡紙及珍珠板複合材料 

呈現擬真飛機飛行條件與功能 : 彈射或 

手擲 , 戶外三級風以下 

a. 雲端飛行紙飛機 : 滯空 30 秒以上 

b. 迴旋飛機 : 迴旋直徑 6~12 公尺 

3. 進化紙飛機 , 以反傳統飛行技法呈現飛 

行功能 : 

a. 微氣流飛行紙飛機 : 永不墜落 

b. 滾動飛行紙飛機 : 永不墜落 

c. 滿天飛行紙飛機 :20 架以上的紙飛機 

同時放飛 

參、分析、探討與建言 

1. 只要談到飛行都會說明翼型導致機翼 

上下氣流速率的差別 , 因機翼上面的長 

度比下面的要長 , 上下氣流為了要同時 

在機翼後沿會合 , 上面氣流的速率較 

快、壓力較小 , 下面氣流的速率較慢、 

壓力較大 , 故產生由下往上推的升力。 

伯努力定律升力說可以理解 , 但「上下 

氣流同時會合說」及「伯努力升力讓飛 

機升空說」是您我說的 , 伯努力沒說。 

上下氣流同時在翼形後面會合及伯努 

利定律是否為飛機升空的所有升力 , 建 

請相關教育單位 , 應速為學子正解。 

2. 沒有完美設計之飛行體 , 多次的動手做 

飛機就會有多次飛行的失敗 , 科學動手 

做須有更精細的階段區分與設計 , 方收 

科學動手做之教育功效。 

3. 紙摺飛機機翼是平的 , 無一般飛機之翼 

形曲線 , 與氣流相對運動時 , 不會有上 

下流速差所產生的升力 , 故紙摺飛機的 

飛行與「伯努利升力說」無關。 

4. 紙飛機只要重心理想與結構完整 , 就能 

掌控三軸線的平衡 , 創造各種紙飛機 , 

讓機體與您心靈合一 , 任意飛翔。 

5. 以飛行現象導入教學 , 把艱澀的飛行原 

理變得有趣 , 基礎飛行科學唯一能在 

1~3 公尺內 , 完整呈現飛行現象與機翼 

等變因的關聯性 , 目前只有紙飛機。 

6. 徵求科教界前輩指導與合作 , 提交 2012 

國科會科普計畫 , 以利推廣及培育 2015 

第四屆及 2018 年第五界紙飛機世界錦 

標賽選手。紙飛機為具高童趣之科教玩 

具 , 是兒童的最愛、是長青長輩最滿足 

的兒時回憶及家庭最理想的親子運動 

休閒活動 , 適宜科學教具 ( 玩具 ) 設計案 

及科普教育案。 

肆、參考文獻 

Anderson, D. F. & Eberhardt, S. (2001). 

Understanding Flight. New York: cGraw-Hill. 

Eastlake, C. N. (2002). An Aerodynamicist’s 

View of Lift, Bernoulli and Newton. The 

Physics Teacher, 40,166-173. 

Waltham, C. (1998). Flight without Bernoulli. 

The Physics Teacher, 36, 457-462. 

Raskin, J. (1994). Foiled by the Coanda Effect. 

Quantum, 5(1), 4-11. 

Paper Aircraft Association (2012). Red Bull 

Paper Wings International Qualiflyer Rules. 

Retrieved February 12, 2012, form 

http://www.redbullpaperwings.com/en/infor 

mation/infopoint 

22


口頭發表論文摘要 

~~MEMO~~ 

23


創新物理教育 A2 場 

A2-1 牛頓馬戲團 - 演示教學開放課程 

牛頓馬戲團 - 演示教學開放課程 

周祥順 

1 

國立台灣海洋大學光電科學研究所 

聯絡人 E-mail:hschou@mail.ntou.edu.tw 

摘要 

我們在國立台灣海洋大學學習 e-Go 網及國科會科技大觀園網站建立了演示教學 

開放課程。我們製作了 36 部影片 , 每部影片都附加文字檔詳細說明演示的物理原 

理。觀眾進入海洋大學首頁 (http://www.ntou.edu.tw/), 依序點選「學習 e-Go 網」、「播 

客行動學習系統」( 或「非同步遠距教學平台」)、「牛頓馬戲團」即可觀賞。觀眾也 

可進入國科會首頁 (http://web1.nsc.gov.tw/), 依序點選「科技大觀園」、「科普影視」、 

「牛頓馬戲團」。未來我們將繼續製作影片與大眾分享。 

關鍵詞 : 

1 

24


A2-2 主動學熱忱的培養與創意之具體化 

主動學習熱忱的培養與創意之具體化 

侯宗昆 

1 

1 

洪在明 

清大物理系博士生 

2 

清大物理系教授 

聯絡人 E-mail:d947311@oz.nthu.edu.tw 

摘要 

100 學年上學期普物實驗課程中 , 安排讓學生運用游標尺的精神與推廣 , 設計 

出一個精密偵測器。由引導學生從游標尺的主尺、副尺單位刻度差 , 如何來了 

解、體會出其間的放大精神 , 進而推廣運用到 , 設計各種普遍性精密偵測器一 

般性的過程。 

設計一個精密偵測器過程中 , 學習將創意具體化。例如引導學生了解偵 

測器的靈敏度與精密度要如何具體來實現 , 讓學生了解設計一個精密偵測器 

時 , 其靈敏度與精密度的一般性需求與如何具體實現。 

藉由尊重與耐心鼓勵的引導 , 學生從嚐試中 , 慢慢建構出自己的創意過 

程與信心。從這些過程中 , 我們普物實驗的學生 , 主動學習、探討的熱忱不斷提 

升 , 甚至學生會要求講師不要講答案 , 而讓他們先嚐試說看看 ! 

普物實驗學習的過程的引導很重要 , 其間培養的普遍化推廣的訓練與用心態 

度 , 對大一新生是很珍貴的學習體驗。 

關鍵詞 : 學習熱忱、創意、普遍化 

2 

壹、前言 

在物理觀念的吸收過程中 , 按部就班 

用自己的思路 , 建立自己的圖象語言 , 較 

能紮實地將所面對問題的物理觀念了解 

清楚 , 同時亦較能推演出其背後更一般 

性的共通特性 , 而能有更寬廣的應用推 

廣 ( 創意靈敏度的培養 ) 。如此 , 我們在 

普物實驗的學習上 , 在各題材上 , 則有更 

寬廣的空間 

來聯結推廣發揮。創意靈敏度因之能具體 

培養奠基 , 感受創意的成效、影響與衝擊 

震撼 , 自信與歡喜時時充滿 , 主動學習的 

熱忱隨之自我帶動出來。 

貳、例子 

一、解析度的衝擊與震撼 

量測解析度的改進與突破 , 往往會帶 

25 

動出新的發現與發明 ! 

從游標尺的原理的用心學習過程與啟 

發說起 : 

圖 1 游標尺量測圖 

例如游標尺主尺 40 格 = 40mm 

副尺 40 格 = 39mm, 

( 亦即副尺一格比主尺少 1/40 mm , 

累積 40 格後 , 累積總差 =1mm) 

若待測物 X = 整數倍的 y mm + 微 

量 z 長度 

若 z 長度 = 1/40 mm 則副尺 

第一格與主尺 1st 格對齊 

若 z 長度 = 2/40 mm 則副尺 

第二格與主尺 2 nd 格對齊 

若 z 長度 = 3/40 mm 則副尺


第三格與主尺 3rd 格對齊 

… 

( 亦即待測物的微量 z 長度若 

剛好補足副尺少於主尺的部份 

則副尺第 r 格與主尺第 r 格對 

齊 ) 

( 亦即待測物的 ” 微量 ” z 長度 

的 “ 量測 ” , 可以用 “ 巨觀觀 

察 “ 副尺 / 主尺的對齊動作來 

取代 ) ( 善用此放大觀念可 

推廣製作精密 Sensor) 

精密 Sensor: 

將所研究的問題 , 透過力學、光 

學、電磁學等方法 , 將之轉變成線 

性位移或角度的 ” 放大 ” 變化。 

從游標尺的原理與放大精神 , 

推廣出精密 Sensor 的設計實例 

(100 學年上學期普物實驗補充作 

業 ): 

( 一 ) 精密 Sensor 的靈敏度 : 

_ 致動 Source 端 : 

藉由 optical arm ,OP amplifier, 

" 變壓器原理 ", 不同 partitions' 

vol./pressure 的大小之不同的放大效 

應 ... 

( 二 ) 精密 Sensor 的精密度 : 

_ 讀取移動端 : 

21 藉由線性 / 角度位移主副尺的安 

排 

圖 2 普物實驗班級同學利用理想氣體方 

程式、不同體積大小之放大觀念 

設計的精密溫度計 

善用此觀念可發展其他各式各樣精密 

Sensor: 例如線性位移精密量測 _ 水位、水 

氣蒸發速率精密量測儀 

圖 3 水位精密量測儀 

圖 4 水位精密量測儀 _ 主副尺卡標製作 

26


圖 10 陀螺儀 (Free Top) 與 Euler Disk (Confined 

圖 5 水位精密量測儀 _ 水位精密量測數據 

to hard surface) 的相異處 

6 _ 引用高中學過之轉 

動頻率與觀測參考頻率之差 ( 類似電影影片中馬車 

車輪會倒轉 ) 來直接觀測。 

參、結論 

圖 6 水位精密量測儀 _ 水氣蒸發速率 

精密量測數據 

又如角度改變精密量測 _ 精密量角器 

圖 7 精密角度量測儀 

圖 8 精密角度量測儀 _ 主副尺卡標製作 

( 精密角度量測儀需搭配有精密的同心軸承技術 ) 

二、陀螺儀與 Euler Disk 的異同 

1 

在物理觀念的吸收消化過程中 , 按 

部就班用自己的思路 , 建立自己的圖象語 

言 , 將所面對的問題的來龍去脈了解清 

楚 , 則能推演出其背後更一般性的共通 

特性 , 而能有更寬廣的應用推廣。如 

此 , 施教者在學生能了解的基礎體裁上 , 

引導學生從基本的觀念出發 , 考慮目標 

與功能的特性需求 , 嘗試來聯結同圖像、 

功能、屬性的觀念與原理 , 例如上文中 :” 

精密 Sensor 的靈敏度 : _ 致動 Source 

端 ” 同屬可以達到放大功能的機 

構 , 將之具體分類引導出來 : 

” 藉由 optical arm ,OP amplifier, 

變壓器原理 , 不同 partitions' 

vol./pressure 的大小之不同的放大效 

應 ”, 反覆練習同圖像、功能、機構與 

屬性的觀念與原理 , 自然同步聯結出來。 

創意靈敏度能經常培養奠基 , 常感受 

到創意的成效、影響與衝擊震撼 , 自信與 

歡喜自然時時充滿 , 主動學習的熱忱 , 自 

然自我培養出來。 

2-5 

圖 9 陀螺儀與 Euler Disk 的相似處 

藉由尊重與耐心鼓勵的引導 , 學生從 

嚐試中 , 慢慢建構出自己的創意過程 

與信心。從這些過程中 , 學生主動學習、 

探討的熱忱不斷提升。 

普物實驗學習的過程的引導很重要 , 其 

間培養的普遍化推廣的訓練與用心態度 , 

對大一新生 , 是很珍貴的學習體驗。需 

27


要我們把握大一新生可塑性高的機會 , 以 

身教用心付出與耕耘啟發。 

3.Theoretical Mechanical , E. Neal 

Moore ,University of Nevada . U.S.A. 

4.Gyroscopic Theory, Design, and 

參考文獻 

1. 普物實驗輔助教學網站 ( 主副尺卡標製作 ) 

http://www.powercam.cc/slide/3740 

http://www.powercam.cc/slide/19549 

2.Classical Mechanical , Martin W. McCall , 

John Wiley(2001) 

Instrumentation, Walter Wrigley, 

Walter M. Hollister, The MIT Press (1969) 

5.Spinning Tops and Gyroscopic motion , 

Hardold Crabtree , Chelsea Publishing 

Company, NY(1967) 

6. 普物實驗輔助教學網站 (Euler Disk Motion ) 

http://powercam.cc/slide/14714 

28


A2-3 自然科學測驗中表現標準與決斷分數的設定方法與應用 

自然科學測驗中表現標準與決斷分數的設定方法與應用 

1 

蕭儒棠 

國家教育研究院測驗及評量研究中心 

聯絡人 E-mail:jthsiao@mail.naer.edu.tw 

摘要 

測驗反映考生的知識程度或技能表現 , 一般測驗將及格分數定為 60 分或 70 分 , 然 

而 , 這個「決斷分數」是否合理有據 , 卻常被忽視。因此 , 研發者依據測驗的特性與目 

的 , 以「表現水準描述」為依據 , 運用「標準設定」技術訂定適合的「決斷分數」, 以 

區分學生的學習表現。本文簡介近年來標準設定方法與議題的演進 , 期望能提供參與測 

驗的大眾相關概念 , 並於對研究者有不同的啟發與思考。 

關鍵詞 : 標準設定、精熟標準、決斷分數、Yes/No Angoff 法。 

1 

壹、簡介 

優劣程度 ; 而「標準參照」則著重於瞭解 

個別考生的學習表現是否達到某些預設的 

一、測驗及評量 

標準 (Linn & Miller, 2005)。 

「評量」(assessment) 是評斷學生「學常模參照適用於篩選或評定等第的 

習進展」、「學習成效」和「學習需求」的測驗。為擴大測驗分數的分布範圍 , 以有 

方法 , 它提供教師調整課程與教學的必要效區分考生的學習表現 , 常模參照測驗通 

資訊。「評量」可以獲得學生的學習表現訊常選擇難度中等的試題 , 捨棄所有考生都 

息 , 它包含傳統的紙筆測驗、論文、實驗可能答對的試題。標準參照的目的是描述 

及教室觀察等。而「測驗」(test) 則是「評學生對特定知識或技能的學習程度。標準 

量」的一種形式 , 它通常是一組試題 , 根參照測驗則應包含與預計測量的學習結果 

據學生對這組試題的反應狀況推論學生的直接相關的試題 , 不需考慮試題的難度 , 

學習表現 , 是校園中最常見的評量方式也不需刪除簡單的試題。 

(Linn & Miller, 2005)。評量不僅可查驗學 ( 一 )、常模參照 : 國中基本學力測驗 

生是否具備相關的能力 , 教師也可進一步將於 2013 年舉辦最後一次的「國中 

分析學生的解題過程 , 根據解題的錯誤類基本學力測驗」屬於常模參照測驗。國中 

型 , 採取可行的教學策略 , 以導正學生的基本學力測驗比較個別考生的分數和全體 

錯誤或迷思概念。 

考生的分數 , 測驗結果採用「量尺分數」, 

二、測驗的種類 

以百分等級 (PR 值 ) 呈現每位考生的在全 

無論測驗的特性與目的為何 , 每份測體考生中的相對位置。國中基本學力測驗 

驗最終將得到「分數」, 依據測驗對「分數」注重考生與考生之間的比較 , 以「相對比 

的解釋方式 , 測驗可分為「常模參照」較」的觀點呈現考生的測驗結果 , 多年來 

(norm-referenced) 與「標準參照」始終是高中、職及五專的入學依據。 

(criterion-referenced) 二種。「常模參照」 2007 年國中基本學力測驗首度加考 

注重個別考生與其他考生的比較 , 藉由與的「國文作文」, 是標準參照引入升學考試 

其他考生比較 , 瞭解個別考生學習表現的的嘗試。依照預先設定的「寫作測驗評分 

29


規準」, 將學生寫作能力由「劣」至「優」 

區分為 1 級至 6 級分。閱卷時依據考生的 

「整體寫作能力表現」直接給予整體評 

分 , 不單獨分項給分及加總。離題、只抄 

題目或缺考的考生 , 因無法判斷其寫作能 

力 , 給予 0 級分。此外 , 為使閱卷教師更 

能掌握各級分之間的差異 , 增加評分者信 

度 , 評分教師閱卷前必須完成「寫作測驗 

評分規準」與「樣卷」對照的專業訓練。 

( 二 )、標準參照 : 國中教育會考 

若測驗結果根據測驗的特性與目 

的 , 針對學生在某個學科中某些重要能力 

表現的程度 , 以「通過」、「未通過」或「待 

加強」、「基礎」、「精熟」、「進階」、「進階 

以上」等「標籤」表示時 , 這種測驗分數 

的解釋方式稱為「標準參照」。「標準參照」 

以「絕對比較」的觀點看待個別學生的測 

驗結果。常見的標準參照測驗有醫師、會 

計師、建築師、律師等證照考試 , 不需排 

名或與其他考生比較分數 , 只與某個預設 

的特定標準比較 , 若考生的分數高於此特 

定標準 , 即可獲得證書。 

預計於 2014 年首次舉辦的「國中教 

育會考」屬於標準參照測驗。「國中教育會 

考」的目的是評估與監控國中生離校前的 

學習程度 , 因此 , 必須對「能力」有更清 

楚的描述。「國中教育會考」除寫作測驗 

外 , 每一科目分為「待加強」、「基礎」和 

「精熟」三個「表現水準」等級 , 並透過 

嚴謹的程序擬定完成各科、各等級的「表 

現水準描述」(Performance level description, 

PLD)。其中自然科的「表現水準描述」描 

述如下 : 

精熟 : 能融會貫通學習內容 , 並能運用所 

培養的能力來解決需要多層次思考 

的問題。 

基礎 : 能知道及理解學習內容 , 並能運用 

所培養的能力來解決基本的問題。 

待加強 : 能部分知道及理解學習內容。透 

過「國中教育會考」, 教育決策者可由學生 

在各「表現水準」的比例瞭解學生的學習 

程度 , 學生則可透過「表現水準描述」瞭 

解「自身」的學習程度。 

貳、標準設定與決斷分數 

一、標準設定的意義 

參考「表現水準描述」將「表現標準」 

轉化為「決斷分數」的方法或程序則稱為 

「標準設定」(standard setting)。而進行轉 

化之前 , 必須於「政策性定義」(policy 

definition) 中清楚描述考生的「能力」。「政 

策性定義」是決策者跳脫年級與學科的侷 

限 , 根據測驗的特性與目的 , 針對不同的 

「表現水準」所陳述的一段概括性的描 

述 , 用以說明不同學習成就的考生應具備 

的表現內涵 , 它說明決策者對各「表現水 

準」的期望。政策性定義完成之後 , 決策 

者可進一步擬定各科、各層次的「表現水 

準描述」, 依據學科的內容標準 , 用幾段 ( 概 

括性或具體特定 ) 文字 , 描述各「表現水準」 

中 , 考生應具備的知識、技巧或能力等。 

根據測驗的特性與目的所定義的「表 

現標準」(performance standard) 是某個「表 

現水準」的「最低能力」。「表現標準」是 

考生通過測驗的「門檻」,「表現標準」轉 

換為「分數量尺」上的數 , 則稱為「通過 

分數」(passing score) 或「決斷分數」(cutting 

score) (Cizek & Bunch, 2007)。若僅區分 

「通過」、「未通過」, 則該測驗必須設定一 

個「表現標準」; 若考生的「表現水準」將 

區分為「待加強」、「基礎」、「精熟」, 則應 

有二個「表現標準」。「分數量尺」上的二 

個「決斷分數」各自對應二個「表現標準」, 

將考生區分為「待加強」、「基礎」、「精熟」 

三大「表現水準」。 

美國「國家教育進展評量」(National 

Assessment of Educational Progress, NAEP) 

定期對各個學科領域進行評量 , 以監控全 

美教育品質。NAEP 設定三個「表現標準」 

與對應的「決斷分數」, 將學生的「表現水 

30


準」分為「基礎以下」(below basic)、「基 

礎」(basic)、「精熟」(proficient) 和「進階」 

(advanced) 四類。若學生的分數低於第一個 

「決斷分數」, 則該名學生的「表現水準」 

屬於「基礎以下」; 若學生的分數介於第一 

個和第二個「決斷分數」之間 , 則該名學 

生的「表現水準」屬於「基礎」, 依此類推。 

二、標準設定的方法 

「表現水準描述」是執行標準設定的 

重要依據 , 它反映決策者對各層次能力表 

現的期望。「標準設定」小組的成員包含學 

科專家、測驗專業人士以及相關決策者 , 

依循預先規定的規則及程序 , 設定一個或 

一組數字以區分二種或二種以上的「表現 

水準」(Cizek, 2006)。 

標準設定的方法眾多 , 有 Angoff 法、 

Nedelsky 法、Bookmark 法、Ebel 法等。 

其中 NAEP 所採用的 Angoff 法是最普遍的 

標準設定方法。Angoff 法 (Angoff, 1971) 自 

提出之後 , 至今已衍生許多相關的方法 , 

通常將這類衍生的方法稱為 Angoff 家族 

(Cizek, 2006)。標準設定中 , 最低能力考生 

是重要的參照對象 ,Angoff 法要求每位成 

員審視測驗中的每一道試題 , 判定最低能 

力考生對每一道試題的「答對率」, 以每位 

成員對於每一道試題判定的答對率的平均 

值作為「表現標準」。判定「答對率」時 , 

參與成員必須確實審視每一道試題 , 經過 

二輪甚至更多輪的反覆判定 , 而新的一輪 

開始前 , 參與成員將檢視前一輪判定的數 

值資料。反覆判定是為了讓參與成員參考 

前一輪得到的數值資料 , 相互討論 , 交換 

意見 , 以降低判定結果的團體變異 (Cizek, 

2006; 謝進昌 ,2006)。 

由於 Angoff 法中每位參與成員必須 

逐題判定「最低能力」考生對每一道試題 

的「答對率」, 若試題數量較多 , 或需判定 

的「表現標準」增加時 , 將大幅增加參與 

成員的負擔。因此 , 學界開始思考相關的 

衍生方法 , 例如「改良式選擇型 Angoff 

法」(modified multiple choice Angoff 

method) (Berk, 1986) 及「Yes/No Angoff 法」 

(Angoff, 1971; Impara & Plake, 1997) 等。 

「改良式選擇型 Angoff 法」, 直接提 

供 5%、20%、40%、60%、75%、90%、 

95% 等七個答對率選項 , 要求參與成員選 

擇最接近自我主觀判斷的標準 , 若參與成 

員認為上述七個答對率選項仍不具代表 

性 , 則選擇「不知道」(Do not know)。同 

樣地 , 每位參與成員對每一道試題判定的 

答對率的平均值 , 即為測驗的「表現標 

準」。此一方法提供參與成員答對率的選 

項 , 減輕判定的負擔 , 也能有效凝聚參與 

成員的判定結果。「Yes/No Angoff 法」雖 

然仍須逐題判定 , 但不要求參與成員估計 

最低能力考生答對該題的比率 , 只須根據 

各層級的「表現水準描述」, 判斷各層級最 

低能力學生「能」、「否」答對該題 , 若能 

答對則寫「Yes」、不能答對則寫「No」。 

「Yes/No Angoff 法」同樣以參與成員判定 

結果的平均值作為測驗的決斷分數 , 這個 

方法的判斷較為直觀 , 降低了原始 Angoff 

法執行上的困難。 

參、討論 

標準設定最終得到「表現標準」的「決斷 

分數」是由參與設定成員共同討論得到 

的 , 屬於過程與經驗導向。因此 , 標準設 

定程序必須嚴格進行品質控管 , 每一個程 

序的執行過程都必須有完整的紀錄 , 作為 

標準設定在信度與效度方面的證據。此 

外 , 成員資格、成員挑選、成員數量、訓 

練內容、設定程序、回饋訊息以及成員間 

的互動與影響等 , 都是攸關標準設定結果 

的重要的因素 , 詳細的內容可參考《教育 

與心理測驗標準》(Standards for 

Educational and Psychological Testing) 

(AERA, APA, NCME, 1999)。 

此外 , 標準設定過程中 , 參與成員以 

各學科領域的「表現水準描述」為依據 , 

31


逐題判定最低能力考生對每一道試題的 

「答對率」或能否正確作答。這個過程通 

常假設「試題」的「信度」與「效度」符 

合要求 , 同時「表現水準描述」也針對測 

驗的需求完成。因此 , 除了測驗專業 , 設 

定程序同時必須與學科內容緊密結合。它 

與「評量目的」、「評量架構」、「試題編製」 

甚至「試題評分」等 , 每個步驟均息息相 

關。這也是評量由早期的「計畫」開始 , 

接著「命題」與「施測」, 直到後期的「評 

分」, 每個階段都必須有學科與測驗相關領 

域專業人士的共同參與。因此 , 無論是「常 

模參照」或「標準參照」, 評量不只是出題、 

施測、閱卷、統計和分析 , 必須結合不同 

領域的專業才能真正達到評量的預期效 

果。 

參考文獻 

1. 謝進昌 (2006)。精熟標準設定方法的歷史演進 

與詮釋的新概念。嘉義大學國民教育研究學 

報 ,16,157-193。 

2. American Educational Research Association, 

American Psychological Association, & National 

Council on Measurement in Education. (1999). 

3. Angoff, W. H. (1971). Scales, norms, and 

equivalent scores. In R. L. Thorndike (Ed.), 

Educational Measurement (pp. 508-600). 

Washington, DC: American Council on 

Education. 

4. Berk, R. A. (1996). Standard setting: The next 

generation (where few psychometricians have 

gone before!). Applied Measurement in 

Education, 9(3), 215-235. 

5. Cizek, G. J. (2006). Standard setting. In S. M. 

Downing, & T. M. Haladyna (Eds.), Handbook 

of test development (pp.225-258). Mahwah, NJ: 

Lawrence Erlbaum Associates. 

6. Cizek, G. J., & Bunch, M.B. (2007). Standard 

Setting: A guide to establishing and evaluating 

performance standards on tests. Thousand Oaks, 

CA: Sage. 

7. Impara, J.C., & Plake, B.S. (1997). 

Standard-setting: An alternative approach. 

Journal of Educational Measurement, 34, 

353-366. 

8. Linn, R. L., & Miller, M. D. (2005). 

Measurement and assessment in teaching (9th 

ed.). New Jersey: Pearson Education. 

Standards for Educational and Psychological 

Testing. Washington, DC: American Educational 

Research Association. 

32


A2-4 中國文化大學物理系專題研究課程介紹與檢討 

中國文化大學物理系專題研究課程介紹與檢討 

* 

王建亞江文中江丕智吳慧敏周玉蟇黃信健程思誠鄒忠毅蔣幼齡 

中國文化大學物理系 

聯絡人 E-mail:cichou@faculty.pccu.edu.tw 

摘要 

為了因應不同時代學生的特質 , 本系自 2004 年開始對專題研究課程進行了一系列 

的改革並取得了一定的成果。本系的專題系列課程有幾個特色 : 長時間實施 , 所有同 

學參與 , 所有老師參與 , 師徒制的教育方式 , 多樣的選擇性 , 多元評量方式。本課程 

幾年的實施結果顯示 , 的確可以提高同學的學習意願、態度與專業能力。我們想藉本 

次物理教學會議 , 介紹這套課程的理念與實施方式給與會同行參考。 

關鍵詞 : 大學物理教育、專題研究課程、師徒制。 

壹、動機 

傳統物理系教育採用的是 , 大班的課 

堂理論學習與實驗習作方式進行教學 , 並 

以刪除法逐漸篩選出適合從事進階物理研 

究工作的人員。 

但是近十年來 , 在廣設大學政策與少 

子化趨勢下我們觀察到 , 除了頂尖的大學 

外 , 傳統物理教育方式並不能符合一般大 

學物理系學生的需要。除了提高同學的程 

度外 , 我們必須使用一套方法幫助同學尋 

找他們的興趣 , 激發他們的熱情 , 協助他 

們完成大學階段的代表作品 , 讓他們在畢 

業時有信心與有能力邁向下一個階段。基 

於以上考慮 , 我們逐漸發展出了一套專題 

課程。 

文化大學物理系於 2004 年即在三年 

級下學期及四年級上學期開設書報討論及 

專題討論課程 , 前者每週邀請凝態物理、 

計算物理、天文物理及應用光學等領域的 

教授和研究者作專題演講 , 為同學介紹各 

領域之概況及展望 ; 後者則進一步依系上 

老師之專長 , 指導同學分組進行專題討論 

研究 , 使學生對特定問題能更深入探討 , 

做為未來深造或就業的基礎。2006 年大學 

評鑑之後 , 我們依評鑑委員建議 , 提前於 

二年級上學期開「書報討論」、二年級下學 

期開「專題討論 ( 一 ) 」, 並於三年級上學 

期及三年級下學期加開「專題討論 ( 二 ) 」 

及「專題討論 ( 三 ) 」, 最後在四年級上學 

期開設「專題研究」課程。我們希望為學 

生打造一個師徒制、學長制、分組學習、 

客制化學習的跨領域學習環境 [1]。 

貳、實施方式與特色 

這個課程的實施方式有幾個特色 : 

一、長時間實施 

本系在大二上開設「書報討論」課 

程 , 同學在此觀摩與欣賞物理學的新進 

展 , 作為選擇方向的參考。大二下至大四 

開設「專題討論一、二、三」及「專題研 

究」課程 , 同學在此進行他所選定主題的 

研究。由於時間長 , 同學可以選擇對一個 

主題 , 進行持續數年的較深入研究。或者 

他也可以選擇數個不同主題 , 分別進行體 

驗。 

值得一提的是 , 由於組內同時有新修 

33


習課程的學生與已經修過數個專題課程的 

學長姐。我們從他們的報告中 , 可以很明 

顯看出經過一年訓練的成果差異。 

入業界的同學 , 可以挑選實作練習。對於 

想要準備研究所考試或出國的同學 , 他可 

以針對一個主題研讀相關文獻並報告。 

二、所有同學參與 

本系所有同學必須修一個「書報討 

論」, 及至少兩個「專題」課程。這有兩個 

好處 , 一是對於較不主動學習的同學 , 這 

種方式可以導引他們思考他們的興趣與方 

向 , 進而開發他們的潛力。第二個好處是 

使高年級的專題課程一定開得成。理由是 

同學有時可能因為某些原因必須離開原來 

的專題組。這些原因包含 , 對原來題目沒 

興趣、想學的都學到了、想嘗試別的題目、 

達不到指導教師要求所以不能進行進階研 

究等等。這些同學在這個規定下仍必須轉 

換專題組完成課程要求。 

六、多元評量方式 

同學在「專題」課程的學期中 , 必須 

進行期中開題報告 ( 圖 1) 與期末成果報 

告。這些報告以發表會 ( 圖 2、[2] ) 方式進 

行 , 評審包含本系老師及校友 ( 圖 3 )。同 

學在這些發表會上不僅可以練習口頭報告 

技巧 ( 圖 4 ), 也可以聽到不同師長的意 

見。最後同學必須在學期末繳交一份統一 

格式 ( 包含題目、中英文摘要、內文、參 

考資料與工作日誌 ) 的書面報告 , 並進而 

練習寫作技巧 ( 圖 5)。 

三、本系所有老師參與 

本系共有九位專任老師 ( 就是本文的 

九位作者 ), 全部投入專題課程的指導工 

作。這非常重要 , 可以產生接下來的兩個 

好處與特色。 

圖 1 99 學年第 2 學期專題討論二期中報告 B 組 

四、師徒制的教育方式 

由於每個老師的學生不會太多 ( 約五 

到十人 ), 可以進行師徒制的教育方式。學 

生學習到的不只是科學方法與知識 , 也受 

到老師的身教。再加上同一個專題組中可 

能有不同年級的學生 , 有些專題組中也形 

成了學長姐協助老師指導學弟妹的學長 

制。有趣的是 , 各專題組也培養出了各自 

的風格與小組的榮譽感。 

圖 2 

本系黃信健主任主持 (99 學年第 2 學期 ) 專題 

討論期末報告發表會開幕式 

五、多樣的選擇性 

由於所有老師參與 , 同學可選擇以不 

同主題與方式進行專題。在主題方面 , 他 

可以選擇理論、實驗與計算等方面。在進 

行方式上 , 對於想投身物理研究的同學 , 

可以參加老師目前的研究工作。對於想進 

圖 3 本系老師及受邀校友參加專題討論期末報 

告發表會預備會議 , 分配各分組評審人選及討論評 

分標準。 

34


圖 4 同學在各分組教室進行期末報告。 

圖 6 本系舉辦的瑞澄杯壁報論文比賽 

參、成果 

經過幾年的實施之後 , 可以歸納出幾 

個成效。首先是 , 提高了同學的學習意願。 

我們常看到一些原本不怎麼用功的同學 , 

願意用很多的時間來完成他有興趣的專 

題 , 並且也較願意花時間在其他課上。其 

次 , 提高了同學的自信心。當同學的專題 

完成後 , 他不僅經歷過校內的幾次測試 , 

有些成果好的同學還將成果發表在校內壁 

報論文比賽 ( 圖 6) 或校外學術研討會 ( 圖 7,8) 

上。最重要的是 , 同學也在各老師的身教 

之下 , 逐漸學到了一個科學工作者的態度。 

肆、感想 

在執行這些年的專題系列課程之後 , 

我們有一些感想。近年來很多系的學生退 

學率都提高 , 但向來穩居三大當鋪前一、 

二位的物理系卻不升反降 , 退出三大當鋪 

之外。究其原因 , 實不能不歸功於專題研 

究拉近了師生的距離 , 更讓學生體認到學 

習是無可逃避的責任。老師並沒有放寬要 

求 , 而是學生的潛力逐步被激發出來。當 

然老師們投入的心力相當可觀 , 因此我們 

也盡力透過教育部跨領域人才培育計畫及 

學校的教學卓越計畫來推動配套措施 , 包 

括進行跨校系合作與觀摩、舉辦期中期末 

成果發表會、出版專書、舉辦暑期環島旅 

遊學習之旅等 , 以提振師生參與。 

圖 5 

各年的同學於學期末繳交的書面報告 

( 不同顏色代表不同年度與學期 )。 

圖 7 本系師生參加全球華人物理大會。 

35


圖 8 本系同學在全球華人物理大會上發表的部 

參考資料 

分論文。 

1. 請參考中國文化大學物理系網頁 , 在這裡有詳 

細的課程說明與活動資料。 

http://140.137.34.128/physics/ 

2. 我們以 101 年 5 月 26 日 ( 六 ) 舉辦的 100 學年度 

第 2 學期專題討論 ( 一 )、( 三 ) 期末發表會為例。 

共有 46 位同學依照抽籤分為八組報告。下表 

是同學們的報告題目 : 

姓名題目 

郭泰男重複曝光產生多重影像彩虹式全像片 

梁原肇檢測乳癌生物感測器之電性變化 

洪聖傑利用細胞自動機模型研究道路上的路隊長現 

象 

許郁婕用 Easy Java Simulations 模擬立體蛋白質結構 

李孟霖表面電漿子的激發模型 

林家賢非線性彈簧 

陳潮輝傅立葉轉換在組合振動系統上的應用 

謝宗庭將希爾伯特 - 黃轉換應用於自選的時間序列 

陳柏勳藉由氨化氧化鎵薄膜合成氮化鎵奈米線 

詹自在非線性阻尼單擺分析 

王柏欽台灣都市街道網路的標度性質 

呂松霖多重影像彩虹式全像片的製作 

范姜建名表面電漿的銀元子厚度 

張晉瑋 Graphene 在導體方面的發展與應用 

郭力云模擬城市道路的演化 

周冠任利用波長 671 nm 的雷射光製作全像光柵 --- 溫 

度的影響 

簡嘉億由實例分析認識電子自旋共振 

黃郁桂 Visual Fortran 影像處理系統的應用及擴充 

陳宜慶探討 XPS 的原理與應用 

李季霖螺旋軌道模型 

段文逸由實例分析認識 X 光電子能譜 

蘇莊恆氮化鎵奈米線的製程 

藍建智有機溶液的極性對單壁奈米碳管的影響 

陳俊杰溫度對全像底片 (PFG-01) 在顯影過程的影響 

古家豪對數螺旋軌道模型 

林志勇退火效應對氮化鋁的影響 

石育豪利用跳耀式光鉗探討氧化壓力對人類紅血球 

之彈性與黏滯性之影響 

劉韋廷麥克斯威爾速率分佈 

楊志勇生長一維氮化鋁奈米線 

邱顯勝利用量子力學的超對稱理論討論一維諧振子 

吳宗翰 ALN 燒結添加 MgO 和 Y2O3 的影響 

楊任凱 MPI Windows 分散式平行運算系統的建立與 

測試 

林傑敏利用波長 671 nm 的雷射光製作全像光柵 --- 曝 

光時間的選擇 

吳睿洋利用波長 671 nm 的雷射光製作全像光柵一曝 

光方式的影響 

許元睿同軸及離軸式波帶板 (Zone Plate) 的製作 

陳經瑞探討奈米氮化鋁陶瓷的特性 

蕭弘倫利用波長 671 nm 的雷射光製作全像光柵 --- 定 

影時間的選擇 

藍永智針對乳癌標誌物的奈米碳管生物感測器 

彭冠翔由實例分析認識 X 光繞射 

詹雯玲探討 XRD 的原理與應用 

林思瑩激子 - 極子的愛因斯坦波色凝聚 

范仕遠探討 ESR 的原理與應用 

劉詠仁利用一維無限方位井範例學習量子力學的超 

對稱理論 

陳稚存利用表面電漿子提升半導體之發光與吸收效 

率 

劉冠男 Temperature-controlled growth and 

photoluminescence of AlN nanowires 

36


A2-5 一個新的也是舊的方法 : 學生自編筆記學習法 

一個新的也是舊的方法 : 學生自編筆記學習法 

金自強 

1 

蔡桂芳 

2 

陳振明 

3 * 蔡源福 

1 

1 

屏東教育大學應用物理系 

2 

屏東教育大學特殊教育學系 

3 

嘉義大學特殊教育學系 

聯絡人 E-mail:tomson2@ms18.hinet.net 

摘要 

* 為通訊作者 

物理系課程艱澀難懂 , 學生讀了多少 , 懂了什麼 , 自己不清楚 , 別人無法知曉 , 

老師也無從幫忙。作者基於自身經驗歸納出「吸收新知的本質」, 再據此提出「學生自 

編筆記學習法」。此法要求學生將所學自行編寫成筆記 , 學生若能寫出 , 顯示其對學習 

內容有正確了解。若無法做到 , 就他們已撰寫的部份可了解其程度與遭受的困難 , 給 

予適時的協助。寫出來的筆記亦是學生知識的一部份 , 只要復習自編的筆記 , 很快就 

能鞏固所學 , 非常熟悉。而且再次閱讀自編筆記 , 程度將會更加精進。因此作者認為 

學生若能善用自編筆記之策略 , 將能更有效率的吸收新知 , 精進學習。 

關鍵詞 : 大學物理、物理課程、筆記、學習法。 

壹、源起 

或許是因為每年底碩士班推甄入學 

幾乎都要求申請者要有專題 , 作者所任教 

的物理系逐漸形成一種風氣 , 想參與推甄 

的學生在二、三年級時都會加入老師的實 

驗室。雖然專題課程是開在大四 , 但因為 

推甄是在四上 , 實際上進行專題的時間約 

在三下。這種老師帶領 , 由不同年級學生 

組成的緊密團隊 , 對本系的教育有著深遠 

影響。學生在實驗室團隊中學到的不只是 

專業知識、實驗技巧 , 還有做事的態度與 

方法。此外 , 學生都是主動加入的 , 其學 

習動機強 , 聽話 , 再加上有學長姊在 , 學 

習效果都比較好。作者之一也有實驗室團 

隊 , 學生們普遍成績較好、士氣也高。如 

何讓這些有為青年有更好的未來 ? 怎樣妥 

適安排學習教材與活動去滿足他們 ? 怎樣 

讓他們有成就感與適度面對小挫折維持衝 

勁與鬥志 , 是個挑戰。經營實驗室團隊是 

件複雜的工作 , 本文將只關注其中的一個 

項目 , 這些學生是如何吸收知識 ? 怎樣的 

學習策略能夠幫助他們真正理解學習內 

容 , 並終身受用。 

物理系的核心目標是傳授學生物理 

專業知識 , 學生們除修課時按部就班的學 

習外 , 實驗室裡也有很多專業知識要學 

習 , 還有日常生活中遇到的各類知識。對 

物理系學生而言 , 課堂外知識吸收的重要 

性不亞於課堂內的學習。如果吸收新知的 

策略不佳 , 不僅影響課堂上的學習 , 更妨 

礙課堂外的學習。要想改善物理系學生吸 

收新知的能力 , 首先要釐清吸收新知的本 

質 , 再據以發展出適當的教學策略與方 

法。本文中作者先根據本身讀書教學多年 

的經驗 , 歸納出吸收新知的本質 , 然後推 

薦「自編筆記學習法」, 希望能改善學生學 

習的成效。 

37


貳、吸收新知的本質 

知識吸收是以個人已具備的知識基 

礎為根本 , 興趣、習慣、自我期許、環境 

等四個因素為擴大知識基礎的原動力 , 簡 

化為圖 1, 分述如下。 

圖 1 吸收新知的本質 

一、知識基礎 

1. 個人心中的知識基礎是個複雜又持續變 

化的整體 , 此整體可被分成幾個領域 ( 自 

然科學、社會科學、文學等 )。每個領域 

又可再分為一些學門 ( 自然科學領域可再 

分為物理、化學、生物等 )。每個學門又 

可再分為科目 ( 例如物理學門可分為牛頓 

力學、電磁學、熱力學等科目 )。每個科 

目又可再分為單元。各領域、學門、科 

目、單元之間或多或少都會有一些關 

聯 , 無法明確區分。 

2. 過去我們曾經嘗試用一個簡單的模型進 

行闡釋 ( 金自強、蔡桂芳 ,2009), 每單元 

的知識可視為一些觀念及觀念間的關聯 

所建構出的一個架構 , 學生對於一個單 

元的學習均可視為在心中建構這樣的架 

構。初學者剛開始先模糊的將一個接一 

個的物理觀念放入心中 , 然後建立一個 

初步架構。接著用這個尚未完善的初步 

整體架構去加深對個別物理觀念的了 

解 , 再建立一個更正確的整體架構。如 

此反覆幾次後 , 學生應該對個別物理觀 

念及物理學科的整體架構都能有更正確 

深入的了解。 

3. 知識架構的建構過程是一輩子持續進行 

的 , 例如牛頓力學就分別在國高中、大 

一普物、大二牛頓力學、大四分析力學 

等階段以不同程度學習。每當進入更高 

階段學習時 , 知識架構都會被大幅擴充 

重整 , 除了注入新的觀念外 , 舊有的觀 

念也會被更深化了解。如果學生在最初 

或某一階段沒學好 , 沒能建立起該階段 

應有的知識架構 , 不具備下一階段學習 

該有的起點行為 , 下一階段學習通常得 

到只是挫折。另外學生自學、復習、準 

備考試、教導他人、在心中反思或隨時 

聽聞到相關訊息時 , 這個知識架構都會 

被加強、更新、修補與改善。這些行動 

幫助學生成為主動的參與者 , 不但可以 

反省所學 , 而且認知得以成長 ( 王雅玄 , 

1997)。 

4. 每個人心中的知識架構通常有錯漏、有 

問題且不完整 , 嚴重程度因人而異。在 

心中的知識也不可能長久保留 , 若不反 

思、溫習 , 它會衰減 , 了解較透徹的知 

識可保留較久。若最初就沒學清楚 , 沒 

能自圓其說的將觀念組合成知識架構 , 

很快就會遺忘。因而對於心中的知識基 

礎 , 除了要擴充增加新知外 , 還需要重 

視維護既有的舊知識。 

5. 建構論的重要內涵強調知識的成長是透 

過同化、調適及反思性抽取等歷程逐漸 

發展而成 ( 詹志禹 ,1996), 後續知識必須 

植基於先備知識且受限於先備知識。因 

此心中的知識基礎會影響其吸收新知的 

能力。若遇到的新知層次太高 , 學習者 

不具起點行為 , 就無法吸收。若遇到的 

新知剛好可以擴充、改善、澄清或復習 

學生心中的知識架構 , 學生就可輕易吸 

收進來。 

6. 語文與數學是用來表達知識的工具 , 若 

學生語文與數學程度不足 , 致使無法看 

清知識本身 , 當然就會妨礙知識的吸收。 

二、吸收新知的四個因素 

影響每個人擴充、改善、澄清與復習 

38


其心中知識基礎的因素除了心中知識基礎 

之外還有以下四點。 

1. 興趣 : 遇到新知產生好奇就是興趣 , 就 

會有衝動去尋找有關的事物。興趣通常 

有偏好 , 衝動常常針對某些特定領域。 

2. 習慣 : 學生若能有下列習慣一定不同凡 

響 : 對遇到的知識會多看一眼、多想一 

下 ; 能反覆思索心中的知識、發現疑問 ; 

對疑惑一定要弄明白才罷休 ; 能將知識 

自圓其說、整理出框架來 ; 能將知識寫 

成心得筆記等。 

3. 自我期許 : 對未來有夢想 , 有不服輸的 

心 , 習慣於高成就都是很多學生上進的 

動機。 

4. 環境 : 學校是獲取知識的主要環境。平 

時與同學討論也是獲得新知的環境。書 

報、網路、電視等也都是獲取新知的管 

道。家庭背景、生活習慣對每個人的知 

識程度有絕對的影響。檢視每週的生活 

作息 , 就可窺知其吸收新知 ( 課內、課外 ) 

的真實狀況。 

洪寶蓮 (2001) 曾對大學生進行影響學 

習因素的調查 , 發現大學生學習三大問 

題 , 一是對所學不感興趣 ; 二是學習方法 

僵化 ; 三是時間規劃不當。此說法與作者 

對吸收知識的四個因素也能相互呼應。因 

此幫助學生找出合宜的學習策略 , 從上述 

幾方面著手改善 , 乃解決學習成效低落的 

當務之急。 

參、自編筆記學習法 

隨著心理學的發展 , 許多學者嘗試由 

訊息處理學習論與建構論等觀點 , 來強化 

對學習行為與歷程的了解 , 強調學習者依 

據自我經驗、文化背景與目標等個別因 

素 , 對感官所接收的訊息 , 進行選擇、複 

誦、組織與精緻化 , 以便將知識用不同表 

徵方式儲存於長期記憶 , 內化成統整知識 

結構的歷程 ( 于富雲、陳玉欣 ,2006), 此 

種論述的發展 , 運用在物理系課程上亦有 

其深刻意義。 

物理系課程內容前後連貫性極強 , 每 

個單元都是一個嚴謹複雜的推導過程 , 學 

生學習時就像爬樓梯 , 完成一階才能進行 

下一階。另外 , 物理系課程內容艱澀難懂 , 

學生在推導過程中會遇到很多問題 , 推導 

完後還得反覆思索才可能逐漸了解。學生 

在學習中 , 讀到多少、懂了什麼自己都不 

清楚 , 別人更無從知曉。學生覺得自己不 

懂 , 常說不出那裡不懂 , 老師也不知如何 

幫忙。即使自認為懂 , 也是漏東漏西 , 而 

且自己看不見。一般教師除測驗之外 , 常 

沒有客觀的方法可檢視學生的程度。 

基於「吸收新知的本質」及作者所任 

教物理系學生 ( 包括教室裡的授課學生與 

實驗室專題生 ) 的特性 , 我們推薦一種「自 

編筆記學習法」, 以幫助學生學習。此方法 

非常簡單 , 就是要求學生自行將所學編寫 

成讀書筆記。學生若能寫得出來 , 表示他 

們對於從前提到結果的每個環節以及知識 

框架已有相當的了解 ; 若寫不出來 , 可就 

已寫出的部份了解他們的程度與所遭受到 

的困難 , 給予所需要的幫助。這個做筆記 

的過程與學習策略中的摘要非常類似 , 強 

調學習者將學習內容中的重要觀念 , 重新 

組織、整合與再建構 , 使它成為更精鍊的 

概念 , 這樣可以讓學習者對學習主題產生 

全盤與巨觀的結構 ( 張雅萍 , 2000), 由於作 

筆記的過程 , 學習者必需從教材中粹取出 

重要觀念 , 並利用刪除、概括、改寫等寫 

作技巧 , 用自己的話將學習教材中較瑣 

碎、繁雜的概念單位概括成一個較大的概 

念單位。為了達成此目的 , 學生也會重覆 

瀏覽教材內容 , 以抽離重要觀念 , 組織教 

材單元的學習行為頻率也會增加 ( 于富 

雲、陳玉欣 ,2006)。 

39


圖 2 自編筆記法加強後的吸收新知本質 

張新仁 (2006) 認為 , 學業成績好的學 

生較知道有哪些有效的學習策略 , 也較知 

道如何有效使用學習策略 ; 成績差者則相 

反。所幸西方一些研究者 (Gagne’, 1985; 

Levin, 1986) 認為學生經由學習策略訓練 

後 , 是可以有效提高學業成績 , 甚至彌補 

認知能力不足所造成的影響。 

研究者在本文中提出來的自編筆記 

嘗試著將物理知識結構運用精緻化 

(elaboration) 和自我解釋 (self- explanation) 

兩部分來著手。此法若用在第一次學習的 

內容上 , 會感到徬徨失措、舉步維艱 , 常 

需要重寫兩三次 , 不過這確實會是非常好 

的自我訓練。若用在整理曾經學過的知識 

時 , 感覺就會更精熟。學生最初的自編筆 

記常有一些缺點 : 贅述太多、沒注意到重 

點、邏輯性不夠、數學錯誤、有些奇怪的 

想法 , 或觀念繆誤 , 所以都需要與老師討 

論與訂正。另外 , 這些自編筆記確也是非 

常好的教材。學長姊使用自己的筆記去教 

導學弟妹 , 若能形成風氣 , 對整個物理教 

學成效會有莫大的助益。 

完成的自編筆記也可視為已具備知 

識的擴充 , 如圖 2 所示。只要再次閱讀自 

編講義 , 不但可以鞏固所學 , 甚至可以發 

現之前的疏漏與不足 , 程度自會更加精 

進。多年之後即使已經淡忘 , 只要復習自 

編的講義 , 很快就能非常熟悉。作者本身 

及認識的很多學者也都有自編讀書筆記的 

習慣。 

自編筆記是值得推薦的學習策略 , 學 

生可據以向前步步推進 , 也可回顧舊成品 

增加了解 , 在詢問老師學長姊時還可幫助 

討論。完成的講義也可算是成功的知識表 

徵 , 教師可就學生編寫講義的內容即時了 

解學生學習的情況。總之 , 學習者只要運 

用正確的策略 , 將能更有效率的吸收新 

知 , 精進學習。 

參考文獻 

1. 于富雲、陳玉欣 (2006)。不同知識表徵 

建構的學習策略對自然科學習成效之 

影響 , 科學教育學刊 ,15(1),99-118。 

2. 王雅玄 (1997)。教室對話在知識建構中 

的角色 , 國教月刊 ,44,1-2,12-18。 

3. 金自強、蔡桂芳 (2009)。以物理專家的 

學習經驗協助物理資優生學習 , 資優教 

育季刊 ,110,1-7。 

4. 洪寶蓮 (2001)。影響大學生學業學習之 

因素探討 , 通識教育年刊 ,3,7-27。 

5. 張新仁 (2006)。學習策略的知識管理 , 

教育研究與發展 ,2(2),19-42。 

6. 張雅萍 (2000)。摘要策略對網路化學習 

成效之研究。台北市 : 國立台灣師範大 

學碩士論文 ( 未出版 )。 

7. 詹志禹 ( 1996)。認識與知識 : 建構論 

VS. 接受觀 , 教育研究 ,49,25-38。 

8. Gagne’, E. D. (1985). The cognitive psychology of 

school learning. Boston: Little, Brown and Company 

9. Levin, J. R. (1986). Four cognitive 

principles of learning-strategy 

instruction. Educational Psychologist, 

21, 3-18. 

40


創新物理教育 B2 場 

B2-1 落實實作評量於中學的物理教學活動 

落實實作評量於中學的物理教學活動 

1 

傅祖怡 

1 

台師大物理系 

聯絡人 E-mail:phtifu@phy.ntnu.edu.tw 

摘要 

在近幾年協助台北市及新北市的資優鑑定實作評量的工作經驗中 , 促使筆者思考 

如何融合評量與教學活動 , 使更多學生的科學潛能得以開發 , 並營造更好的教學氣氛 

及培養正確的科學態度。由於特殊教育中學術性向資賦優異學生鑑定的需求 , 目前各 

縣市展開「實作評量編製實務工作坊」供教師研習 , 筆者認為老師們的努力不應僅限 

於資優生鑑定 , 其編製的實作評量亦為供一般生教學活動的良好教案。 

實作評量一向為重要之評量方式 , 然而在升學主義國中基測僅為紙筆測驗的壓縮 

下 , 甚少具體落實於教學活動中 , 當物理只剩下讀書、背公式與算題目 , 孩子們失去 

的不只是解決問題的實作能力 , 還有對自然與生活的好奇與熱情。在此 12 年國教即 

將施行的當下 , 筆者樂觀的認為是落實實作評量於教學活動的大好機會。 

在此報告中 , 筆者除了闡述不同教學評量方式對發掘培養不同才能學生的重要性 , 

也將舉幾個物理上實作評量的範例 , 討論其應用於教學上可能造成之效益。 

關鍵詞 : 實作評量、中學物理教學活動 

41


B2-2 一些日常生活所見到的生活物理 

一些日常生活所見到的生活物理 

陳義勳 

1* 

吳鴻欣 

1 

1,2 

劉美惠 

42 

1,3 

戴香梅 

1,4 

台北市立教育大學應用物理暨化學系 

2 

新北市板橋區板橋國小 

3 

新北市永和區育才國小 

4 

台北市萬華區福星國小 

5 

台北市內湖區新湖國小 

聯絡人 E-mail:shin@tmue.edu.tw 

摘要 

張耿福 

生活處處均是科學 , 從廚房煮開水到國際航線飛機之飛行均是物理科學 , 有力 

學、表面張力、光學、熱學、摩擦力外力矩造成倒立陀螺等等。本論文將介紹一些日 

常生活中接觸到的物理科學 , 一一介紹給物理教育的先進及國中小學自然與生活科技 

教師上課之參考。 

擬以一、力學的大氣壓力 ; 二、柏努利公式之應用氣球直昇機 ; 三、相親相愛的乒 

乓球 ; 四、表面張力的紙片船競航 ; 五、光學的肥皂泡泡為何會有七彩 ; 六、熱學的 

尿尿小童 ; 七、摩擦力外力矩造成的倒立陀螺 

關鍵詞 : 物理科學、表面張力、柏努利公式。 

文獻探討 

生活當中到處都是科學 , 科學可以啟 

迪人類的智慧 , 事實上許多科學的孕育也 

是受到生活的啟發 , 每天的日升日落 , 一 

年四季的變化 , 花開花謝、煮開水為何白 

色水氣往上升 , 等等均是科學。 

聯合國教科文組織 (UNESCO; United 

Nations Educational,Scientific ,and 

Cultural Organization ) 在 2005 年在泰 

國 Pattaya 開會提出了動手操作活動 

(Hands-on activities) 及以日常生活周 

遭來做科學、學習科學 , 諸如 : 透過生活 

中的玩具等等 , 研討會有一學者提出貼近 

生活的廚房科學 , 可見聯合國教科文組織 

也注意到科學的學習由生活下手的觀點。 

牛頓若非留意成熟的蘋果為何會往 

下掉就不會發明萬有引力定律 , 從蘋果受 

地心引力的拉力 , 推展到宇宙星體間的引 

力 , 引發出探測宇宙奧妙的太空科學 , 造 

就人類太空時代的來臨。如無伽利略留意 

到教堂吊燈來回一次具等時性的周遭小現 

象就沒有鐘的發明 , 也就無法讓吾人有方 

1,5 

便、正確計時工具 , 如果沒有 Redi 

Fransciso 的仔細觀察腐肉生蛆之現象 

(Wolfinger,1984), 進而以實徵性研究 , 

以紗布、羊皮紙 , 不蓋蓋子來驗證腐敗之 

肉之所以生蛆之原因 , 就不會推翻亞里斯 

多德腐肉生蛆的自然發生說 , 為人類科學 

往前邁進了一大步 , 故生活週遭的小現象 

就是科學大發現的好機會 , 生活物理其實 

就是科學之發端。 

在 2011 年 11 月份天下雜誌 ( 呂錦 

珍 ,2010) 提到科學教育決定一切中 , 科 

學教育學者如何以人的生活中探索科學、 

發掘科學 , 這種紮根於日常生活中的科學 

最容易引起興趣 , 也與學習者最貼切 , 符 

合科學教育學者 Piaget 提出心智發展第 

三階段 Concrete operational stage 

period 的具體操作 , 符合生活科學揭櫫的 

目標。郭重吉 (2012) 在科學研習的刊物提 

到裝熱咖啡的杯子會在玻璃板上不自主的 

滑動 , 又拿起海螺靠近耳邊會聽到遠處海 

潮的聲音 , 在在都強調生活物理 , 也就是 

生活處處是科學 ,Holstermann 等人 

(Holstermann,2010) 提到日常生活中所遭 

遇的科學 , 以 141 個 11 年級的學生在日常


生活中的經驗品質發現會使科學概念建 

立、科學興趣大大的提升 , 故生活科學是 

莘莘學子要留意也是要研究的 , 是生活物 

理的精髓。 

研究方法 

本研究採用質性研究之定性方式詮 

釋也兼具量的研究方式來詮釋 , 其中在原 

理、器材、步驟與說明 , 以 Hands-on 

activities 來敘述 , 荀子儒效篇中提到 

「不聞不若聞之 , 聞之不若見之 , 見之不 

若知之 , 知之不若行之」(Chen, 2005, 

2008), 在西方科學教育學者也提到 ”I 

hear and I forget, I see and I remember, 

I do and I understand. ” (Gregorio, 

2005) 

人類生活在充滿大氣的地球上 , 時時 

刻刻置身於大氣中 , 人們已習以為常 , 不 

覺得周遭的大氣是具有壓力存在 , 若人們 

以簡單的器材和過程便可以證明大氣壓力 

的存在。 

大氣壓力 

的本生燈上 , 加熱二分鐘 , 並以大鐵夾 

將加熱後的空罐倒蓋到小水槽中。 

5. 並一半騰空 , 一半沒入水槽中 , 啪 ! 一 

聲 , 空罐便會凹陷 ( 如下圖 )。 

說明 : 

因為水被加熱變成水蒸氣 , 水蒸氣一 

碰到冷水 , 水蒸氣又凝結成水滴 , 空罐內 

形成接近真空狀態 , 而罐外是充滿具有平 

均一大氣壓的大氣 , 故大氣壓力會將空罐 

壓扁了 ( 盛承堯與陳義勳 ,2005)。 

原理 : 

大氣存在於我們地球的外圍 , 具有壓 

力 , 正常的大氣為 1 大氣壓 , 本活動將使 

黑松汽水罐內的水加熱 , 形成水蒸氣 , 又 

罐子浸入水中驟然降溫 , 形成罐內接近真 

空 , 而罐外為一大氣壓 , 造成罐外壓力大 

於罐內壓力 , 故黑松汽水的罐子會受擠壓 

而變形。 

器材 : 

實驗器材為黑松汽水罐子一個、本生 

燈、小水槽 ( 可以讓黑松汽水罐倒蓋 )、大 

鐵夾。 

步驟 : 

柏努利公式之應用 

氣球直昇機 

原理 : 

(1) 利用氣球噴出 

的空氣沿著羽翼往 

尾端噴嘴噴出 , 在 

尾翼邊緣的 A、B、C 

三氣孔噴出後產生 

反作用力。 

1. 將黑松汽水的空罐從小口倒入約 15c.c 

的水。 

2. 置小水槽於一旁。 

3. 點燃本生燈。 

4. 以大鐵夾將黑松汽水的空罐置放於點燃 

由上往下看的逆時針方向旋轉 

43


到地面。 

(2) 由於 AO 線段、BO 線段與 CO 線段的 

葉片並非水平 , 而是有一個 θ=10 度的傾 

斜角度。 

相親相愛的乒乓球 

兩個乒乓球垂吊在一橫桿上 , 有一小距 

離但不遠 , 只要對他們吹口氣 , 他們便會 

互相靠近。這個動手操作活動主要目的 : 

原理 : 

由於旋轉時 , 反方向相對有個氣流 , 通 

過葉片上緣的流體是受較少阻力 , 依流體 

力學公式 : 流速快、壓力小 , 故平行於葉 

片之流速相對較快 , 而葉片下緣的流體受 

葉片阻力較多 , 平行葉片之流速相對較 

慢 , 壓力也較大。 

(3) 力的簡圖 

乒乓球會相互靠近是因為空氣流經兩 

顆球中間 , 中間流速快 , 乒乓球外緣流速 

慢 ( 接近 0), 故造成中間的壓力較小 , 而 

受乒乓球外緣較大壓力擠壓而互相靠近 , 

這就是柏努利定律。 

器材 : 

乒乓球 2 個、棉線 2 小段、膠帶 1 捲、吹 

風機 1 支 

步驟 : 

1. 將棉線的一端黏在乒乓球上 , 另一端黏 

在橫桿懸掛起來。另一顆依相同方式懸 

掛於另一顆的旁邊相距一些距離。 

2. 在適當距離處以吹風機對兩顆乒乓球中 

間吹氣 , 兩顆乒乓球即會相互靠近。 

(4) 依 Bernoulli’s equation 

故葉片上緣壓力小 , 下緣壓力大。上下壓 

力差 

挺升力 F= (A 為葉面投影到水平面之 

有效面積。) 故氣球一面旋轉一面上升 , 

直至氣球內氣噴完為止 , 重力又使其掉落 

說明 : 

葉片 

讓學生瞭解氣流速度與壓力的 

關係 , 進而認識柏努利定律 , 探究 

可能影響氣流速度及乒乓球相互 

靠近效果的因素 , 這些生活上的科學 , 例 

如 : 飛機的起飛及棒球投手投出的變化球 

即是此原理 , 可以讓學生親身體驗科學 , 

進而瞭解科學。 

44


肥皂泡為何會有七彩 

當小朋友在太陽光底下吹肥皂泡 , 而肥 

皂泡總會顯出繽紛的七彩 , 為什麼會如此 

呢 ? 

紙片船競航 ( 利用表面張力之 

破壞而航行 ) 

原理 : 

將甘油或肥皂塗到船型的後舷之紙片 

上 , 放在純水中 , 因為甘油或肥皂會破壞 

水之表面張力 , 故使水面無表面張力拉住 

船之後舷 , 而船之前緣並沒有這樣塗上甘 

油或肥皂 , 故水的表面張力將船往前拉 , 

故形成往前行的前進力量。 

器材 : 

步驟 : 

1. 甘油或肥皂 

2. 瓦楞紙 

3. 剪刀 

4. 水槽 

先以剪刀將瓦楞紙剪成船型的形狀 , 在 

船之後側之船舷兩側 , 均勻塗以甘油或肥 

皂 , 然後將此船型紙片放入水中 , 則船之 

後舷因塗有甘油或肥皂 , 甘油或肥皂破壞 

了水之表面張力 , 而船之前側船舷並無塗 

甘油或肥皂 , 未被破壞 , 故可拉此紙片船 , 

故可以以此來進行各類型紙片船之競航。 

說明 : 

此動手操作的生活科學可以訓練學生 

對於表面張力現象的瞭解 , 進而設計有力 

快速向前航行的幾何造型的紙片船 , 更符 

合生活科學的旨趣。 

原理 : 

當球型的肥皂泡 , 因為厚度非常的薄 , 

只有光波長的 1/4~1/2 倍 , 但其又受地心 

引力之影響 , 球狀肥皂泡的上緣較下緣來 

得薄 , 在陽光照耀下 , 由於光在肥皂泡外 

緣 ( 即肥皂泡外壁 ) 反射的光與經折射到內 

緣 ( 即肥皂泡內壁 ) 又反射再由外壁折射出 

兩束光產生了干涉 , 有建設性干涉 

(constructive interference) 與破壞性 

干涉 (desconstructive interference) 形 

成光的明暗條紋 

- 

+ 

+ 

d 

如 2d=λ/2,3λ/2…d=λ/4,3λ/4… 就 

會造成建設性干涉 

若 2d=λ,2λ…d=λ/2,λ… 就會造成 

破壞性干涉 

因球型肥皂泡愈靠近泡泡的下緣就 

愈厚 , 故欲達到建設性干涉的條件 , 也就 

是愈往波長長的色光才能產生建設性干 

涉 , 亦即由泡泡的上緣到下緣愈是由較短 

波長紫光到較長波長的紅光變化 , 故會有 

紫、靛、藍、綠、黃、橙、紅的繽紛七彩。 

器材 : 

1. 肥皂泡沫或洗髮精 

2. 吸管 

+ 

步驟 : 

1. 將肥皂泡沫或洗髮精調製到適當的濃 

度。 

45


2. 以吸管沾肥皂泡沫或洗髮精。 

3. 以嘴均勻地往外吹出肥皂泡。 

4. 即會在太陽光底下發出紅、橙、黃、綠、 

藍、靛、紫七彩的色光。 

說明 : 

利用肥皂泡在陽光底下造成建設性干涉的 

原理 , 又肥皂泡泡厚薄不一 , 愈往下肥皂 

泡下緣厚度愈厚 , 要形成建設性干涉的條 

件 , 就必須長波長 ( 往紅光方面 ) 形成建 

設性干涉。 

1. 將中空的尿尿小童內的空氣擠壓出 

來 , 並捏著不放 , 浸入 40℃ 左右的溫 

水中。 

2. 然後將緊捏的手放鬆 , 尿尿小童因而會 

吸入溫水。 

3. 將吸足溫水的尿尿小童直立置於常溫 

中。 

4. 以冷水澆在尿尿小童身上 , 尿尿小童就 

會由進水孔處噴出水來 , 煞是有趣。 

5. 此利用冷水澆著尿尿小童身上 , 由於冷 

縮現象 , 尿尿小童收縮 , 體積因而縮 

小 , 內部的水就被擠出 , 由下方的小洞 

噴出。 

說明 : 

尿尿小童雕像是比利時的觀光景 

點 , 以尿尿小童引入熱漲冷縮 , 可以引起 

生活科學的各項活動均來自週遭。也強調 

動手操作的身臨其境的寶貴經驗 , 就也是 

包括皮亞傑在內的科教所強調 concrete 

operation stage。 

尿尿小童 

原理 : 

因為尿尿小童吸足了溫水 ( 約 40℃ 左 

右 ) 橡膠受熱膨脹 , 但突然間尿尿小童被冷 

水澆淋 , 溫度迅速下降 , 尿尿小童外表橡 

皮快速收縮 , 體積變小 , 多餘的水便由孔 

洞噴出 , 形成尿尿小童的有趣畫面。 

材料 : 

1. 橡膠製的尿尿小童娃娃一個 ( 下半身有 

個進水的孔 ) 

2. 冷水、溫水 ( 約 40℃~45℃ 不可太熱 , 

溫度高會燙到學生的手 ) 

倒立陀螺 (Upside down Top) 

原理 : 

1. 滿足角動量守恆 

陀螺旋轉 

2. 滿足能量守恆 

步驟 : 

46


又尖端頂立的陀螺會較單純 , 當然尖端頂 

立的陀螺若旋轉軸並非垂直地面 , 則必須 

考慮到外力矩的效應問題 ( 陳義勳 ,2008)。 

O 與地面接觸點 

向相同之旋轉 , 但以當初旋轉的陀螺相比 

較 , 陀螺旋轉是倒立了。 

外力矩 

( 為陀螺角速度 ) 

為與 

構成平面垂直方向 

進動 : 

假設 

T 週期為陀螺進動週期 

假設倒立陀螺原先是以垂直於地面且朝上 

的速度 

旋轉 , 亦即原先以由上往下看逆 

時針方向旋轉陀螺的原先角動量 

也是朝上 ,I 為轉動慣量 ,I= 

, 但由於此陀螺並非有尖端抵住地面的旋 

轉軸 , 取而代之的是半球面的圓弧狀 , 此 

種陀螺經一段期間 , 由於弧面與地面有一 

摩擦力 , 接觸點 Q 其相對於重心 O。 

倒立陀螺並沒有尖端頂立之軸 , 取而代之 

的是半球面狀。當底面為半球面狀之陀 

螺旋轉時 , 由於半球面上與地面接觸點 

Q, 假若陀螺是逆時針方向 , 又已非垂直 

地面 , 故就會產生進動 (procession) 與章 

動 (notation), 但由於半球面與地面接觸 

點受順時針方面 ( 由上面往下看是順時針 

方向 ), 有一摩擦力 ,( 是切線方向 , 與其 

運動方向相反 ), , 垂直於 

與構成平面 , 由於陀螺軸受有向外之力 

矩 , 旋轉軸一直向外偏 , 直至倒立陀螺之 

一端頂住地面 , 站立起來。只要能量仍足 

夠 , 必然陀螺會以由上往下看為當初旋轉 

47 

有一位置向量 , 由於受摩擦力 , 

故會產生一摩擦力矩 

方向朝向與所構成平面之垂直方 

向 , 又 

亦即在 

角速度並非原 

先的方向了 , 也就是說陀螺之稍後旋轉軸 

有稍微傾斜 , 又陀螺在重心處受地心引力


造成外力矩 

, 

亦即在 

矩產生之而是 

並非受磨擦力 

此種陀螺會以當初假設之 

逆時針方向旋轉時 , 其旋轉軸會愈來愈向 

地面傾斜 , 其旋轉軸有類似進動的型態 , 

由如下圖中 Type I 演化到 Type Ⅱ, Ⅲ, 

Ⅳ, 最後直到此種陀螺之另外一端碰到地 

面 , 頂住地面 , 由於頂住地面之軸與地面 

摩擦力減少 , 且 

已接近原先之角速度 

旋轉 , 由於雖與不太一樣 , 但為滿足 

又 , 終究 

垂直於地面而形成陀螺會以原先顛倒的方 

式旋轉 , 形式看起來是倒立的現象。 

器材 : 

倒立陀螺一個 

步驟 : 

1. 以軸柄朝上 , 球面與桌面接觸順時針 ( 由 

上朝下看 ) 大力旋轉。 

2. 陀螺會快速旋轉而無法維持軸柄朝上。 

3. 漸漸地軸柄會頂住桌面 , 由上往下看仍 

維持順時針的旋轉。 

說明 : 

此倒立陀螺從造型來看就是與傳統 

陀螺相異。首先倒立陀螺下方是球面狀 , 

剛開始旋轉時軸柄朝上 , 在未達到軸柄朝 

下時 , 需快速旋轉 , 必須符合角動量守恆 

與角動能守恆 , 造成軸柄朝下 , 在人的視 

覺好像是倒立現象 , 但實際上仍是滿足角 

動量與角動能守恆。 

終究垂直於地面而形成 

( 即滿足角動量守恆 , 機械能守恆 ) 

但對於陀螺而言 , 原先朝上之軸柄 , 

目前是頂住地面之支軸了 , 對於觀察者而 

言 , 陀螺的旋轉原先球面接觸地面軸桿朝 

上 , 最終是軸柄接觸地面 , 而球面朝上看 

似乎倒立了 , 實際上由上往下看 , 旋轉方 

面並未改變。 

48 

結論 

生活物理存在於我們的生活周遭 , 本 

文列舉了大氣壓力會讓鋁罐壓扁的現象、 

氣球直升機挺升現象 , 透過流經兩垂吊乒 

乓球間氣團流動 ( 或對其間吹氣 ) 或以吹風 

機使兩乒乓球相互靠近情形 , 甘油破壞水 

的表面張力造成紙片船的航行之現象 , 光 

的干涉現象 , 會使肥皂泡產生絢麗七彩現 

象 , 熱漲冷縮使吸足 40℃ 左右的水之尿尿 

小童 , 會因冷水澆淋使其急遽收縮 , 而由 

孔洞處噴水出來的現象。另外最後一個活 

動是因外力摩擦陀螺半球面而遵守角動量 

守恆、 (Conservation of Angular 

Momentum)、機械能守恆 (Conservation of


Mechanics Energy), 產生視覺上的陀螺倒 

立現象。這些生活上的力學、表面張力、 

光學、熱學、摩擦力外力矩造成視覺上陀 

螺倒立現象 , 煞是有趣 , 也因此引起人們 

的好奇 , 進而引入科學原理。生活物理是 

人們唾手可得 , 只要稍稍留意周遭發生的 

現象 , 生活週遭處處都是科學 , 其他只要 

學生是對週遭現象隨時保持好奇 , 並且要 

追根究底 , 沒有無法解釋的現象 , 只要持 

之以恆 , 科學就產生了 , 寄望本人能拋磚 

引玉 , 拋出日常生活的小現象 , 引發出科 

學的大原理 , 小則培養學生對科學的興趣 

與熱忱 , 大則冀望培養出建立科學理論的 

諾貝爾獎的科學家。 

這些動手操作的活動 , 符合 Piaget 

具體操作期 (Concrete operation stage 

period) 心智發展階段及 Gange 科學 

SAPA(Science-A Process Approach) 科學 

過程技能的理念 ,2010 年 Holstermann 等 

及 Sabine 等也有量化研究證明生活物理 

活動對科學概念建立有正面效應 , 又可引 

起學生興趣及科學概念的建立 

(Holstermann, et.al, 2010, Sabine, 

et.al, 2010), 此文可提供科學教育學者 

參考並加深生活物理在科學教育之正面效 

應。 

參考文獻 

中文部分 

呂錦珍 (2010)。歐巴馬要用科學教育就 

經濟。天下雜誌 ,460。 

郭重吉 (2011)。幾個有趣的物理現象。 

科學研習 ,50(11),2-6。 

盛承堯與陳義勳 (2005)。趣味科學 , 五南 

圖書出版股份有限公司 , 臺北市。 

陳義勳 (2008)。探討國小五年級自然與 

生活科技以 Hands-on 教學之研究。中華 

民國第二十四屆科學教育學術研討會 ,12 

月 18-20 日 , 國立彰化師範大學。 

49 

英文部分 

Chen, I-Shin. (2005). Science Toys in 

Taiwan Elementary Schools. The 

ICASE International Workshop 

on Promoting Scientific and 

Technological 

Literacy 

Through Science Toys and 

Out-of-School Science Activities. 

April 4-7,2005, Pattaya, 

Thailand. 

Chen, I-Shin. (2008). The study of 

integrating hands-on activities 

into science courses for fifth 

graders. School Science and 

Mathematics Association 

Annual Convention. Nov. 

13-19,2008 Raleigh-Durham, North 

Carolina. 

Gregorio, L. C. (2005). Bringing 

science to everyone: Achieving 

scientific and technological 

literacy for all. The ICASE 

International Workshop on 

Promoting Scientific and 

Technological Literacy Through 

Science Toys and Out-of-School 

Science Activities.April 

4-7,2005, Pattaya, Thailand. 

Holstermann, N., Grube, D., & 

Bogeholz,S. (2010). Hands-on 

activities and their influence on 

students ’ interest. Research 

Science Education,743-757. 

Sabine, G., & Franz, X. B. (2010). 

Cognitive achievement and 

motivation in hands-on and 

teacher-centered science classes: 

Does an additional hands-on 

consolidation phase (concept


mapping) optimize cognitive 

learning at work stations? 

International Journal of Science 

Education. 32(7), 849-870. 

Wolfinger, D. M. (1984). Teaching 

science in elementary school content, 

process, and attitude. Little, Brown 

and Company, Boston, U.S.A. 

50


B2-3 台東地區偏遠國小能源科學動手做教學設計與實施 

台東地區偏遠國小能源科學動手做教學設計與實施 

1 

李偉俊 

國立台東大學教育學系 

聯絡人 E-mail:leew@nttu.edu.tw 

摘要 

本研究課程實施採取美塔學之三明治教學活動設計 , 整體課程設計以本人新創 

理論 - 美塔學 (Metalogy) 為基礎 , 並採取三階段的教學活動實施。第一階段以生活中節 

能減碳的基本概念與再生能源介紹 , 以教師直接教導和再生能源影片解說為主 ; 第二 

階段為能源科學動手做活動 , 以學生親自動手做能源科學玩具 ; 第三階段為能源科學 

的美塔思考 (meta-thinking) 教學 , 從酒精槍競賽中引導導學生思考生質能源 ( 如酒精 ) 的 

未來性與創新發展可能 , 並總結節能減碳生活對人類未來的影響與趨勢藉以深化學生 

對節能減碳的認知與態度。 

本研究教學活動實施的學校計有台東縣離島偏遠地區 ( 綠島、蘭嶼 ) 的國小、以及 

相對偏遠地區 ( 長濱鄉、大武鄉和海端鄉、池上鄉等 ) 國小 , 實施的學生人數達 389 人 

次 , 實施的學校數為 12 所 , 每次教學結束後便實施「能源科學動手做活動問卷」, 以 

五點評定量表方式 , 蒐集學生學習後對再生能源的感受與態度 , 以做為未來賡續能源 

教育的科普教學活動改進之依據。研究結果發現不論學生的性別和年級 , 對再生能源 

知識的瞭解與接受態度有正面感受 , 對再生能源的教學設計感到有興趣和有趣、好玩 

居多數 , 對教師的課程教學方式也給予正面的肯定與評價。因此 , 未來能源教育的科 

普教學活動設計可思考採行此教學法進行。 

1 

關鍵詞 : 科普教育、能源科學動手做、美塔學、偏遠地區。 

51


B2-4 能源推廣教育 : 愛迪生出發 

能源推廣教育 : 愛迪生出發 

張祐維 

1 

1 

黃明輝 

1 

薛康琳 

國立聯合大學能源工程系 

1 

楊希文 

2 

國立聯合大學理工學院暨材料科學系 

聯絡人 E-mail:mahuang@nuu.edu.tw 

摘要 

聯合大學理工學院及能源工程系參與台灣科學教育館的《『愛』迪生出發 — 到校服務 

學習公益活動》, 藉這活動推廣綠色能源教育到偏鄉地區國民小學 , 並且培養大學生科 

學推廣能力、提升服務與社區關懷之情操。每個學校的活動分成兩梯次進行。每次活動 

分為教學示範、操作體驗、機智問答等三部份。每梯次時間約為 6 小時。第一梯次教學 

課程為水力發電及分組教學 , 第二梯次教學課程為太陽爐、腳踏車發電、以及分組教學。 

分組教學為六站的闖關活動分成兩梯次舉辦 , 共有燃料電池、手搖發電機、風力發電、 

橡皮筋動力車、太陽能動力車、電動車。本年度共服務苗栗縣三灣國小、城中國小、同 

光國小、與建功國小四所小學 , 合計 186 位學童參與活動。 

2 

關鍵詞 : 科學推廣教育、科學教育館、水力發電、腳踏車發電、太陽爐、燃料電池。 

表 1、愛迪生出發 — 到校服務學習公益活動 

學校日期學生人數 

通霄鎮城中國小 4/3, 5/24 40 

三灣鄉三灣國小 4/28, 4/29 42 

後龍鎮同光國小 6/25, 6/26 40 

苗栗市建功國小 * 5/29 64 

* : 不在本計畫申請學校名單 , 受邀增加的場次。 

圖 2 張祐維老師與建功國小學童一講解水力發電 

系統原理、同時讓學童體驗發電過程與如何提供電 

力設備使用。 

圖 1 張祐維老師與建功國小學童一講解三人腳踏 

車發電系統原理、同時讓學童體驗發電過程與如何 

提供影音設備使用。 

52


創新物理教育 C2 場 

C2-1 投影日晷之電腦模擬 

投影日晷之電腦模擬 

蘇偉昭 

屏東教育大學應用物理學系 

聯絡人 E-mail:wjsu@mail.npue.edu.tw 

摘要 

投影日晷是起源於赤道日晷 , 由不同投影方向將赤道日晷上的晷針與平均分佈在 

圓周的 24 個小時點投影到不同傾斜角的平面所構成的日晷。投影日晷的晷針可以任意 

形狀 , 但其周圍需要有一直線 ( 稱為投影線晷針 ) 表投影方向 , 並以此直線所產生的影 

子當作晷針影用來指示日晷時。相對於赤道日晷的晷針固定不動 , 投影線晷針需隨著 

日期在晷面上的赤緯尺做南北移動 , 其移動速率和太陽赤經、晷面傾角、投影方向與 

緯度有關。也因為投影線晷針需要隨日期移動 , 所以投影日晷晷面上沒有固定的小時 

線 , 讀取日晷時是以固定的小時點為參考來判斷。由於投影日晷起源於赤道日晷 , 因 

此也會有時差問題 , 即不同日期其日晷時與平均太陽時並不一樣 , 在做投影日晷觀測時 

需要做時差校正。 

本研究主要目的是設計模擬投影日晷 , 讓使用者可以改變緯度、晷面傾角與投影方 

向等參數 , 並從不同視角觀看投影日晷 , 觀察不同日期時間與經度其晷針影在晷面變化 

情形 , 期盼使用者能透過此一模擬軟體學習不同投影日晷 , 建構與深化空間與時間概念。 

關鍵詞 : 日晷模擬、投影日晷、時間 

壹、研究動機 

到台中科博館可以在其周圍地面上看 

到一個沒有固定晷針的橢圓日晷 , 當要讀 

取日晷時 , 自己需要依照日期站在指定的 

位置 , 利用自己的身影為晷針影來讀取時 

間 , 所以有稱此日晷為人影日晷或變心日 

晷 , 英文稱為 analemmatic sundial。因為此 

日晷起源於赤道日晷 , 也就是將赤道日晷 

依某一方向投影到某一平面而得的日晷 , 

所以又稱為投影日晷 ( 邱紀良 ,2008)。 

此類日晷多為橢圓形 , 有別於常見的圓形 

赤道日晷 , 且晷針需隨日期移動 , 讓人懷 

疑此日晷是否準確可靠 ? 或者怎樣才能正 

確地使用此類型日晷 ? 本研究目的就是利 

用程式模擬不同緯度、投影方向與投影面 

的投影日晷樣態 , 同時模擬不同經度與時 

間日期 , 晷針移動的情形與如何利用晷針 

影讀取日晷時 , 讓使用者透過模擬學習、 

瞭解投影日晷概念及其變化情形。 

貳、投影日晷原理 

所謂投影日晷是指將一個假想赤道日晷依 

某個方向投影到某一平面上所構成的日 

晷 , 因為投影方向與平面 ( 即晷面法線 ) 

方向可以任意選擇 , 所以一般以這兩方向 

配對來對投影日晷做分類。 

其中方向多以當地水平面做參考 , 分 

成垂直水平方向、平行水平方向與斜交水 

平方向 ( 傾斜 ), 所以投影日晷分成垂直 

投影水平日晷、傾斜投影垂直日晷、垂直 

53


投影傾斜日晷、傾斜投影傾斜日晷、水平 

投影傾斜日晷、傾斜投影垂直日晷、水平 

投影垂直日晷共七種 , 而水平投影水平日 

晷與垂直投影垂直日晷並不存在 , 因為無 

法將假想赤道日晷投影在晷面上。 

原點 ( 圖 2)。圖 1 中 en 為赤道日晷側面 

圖、中心點為 m、軸線晷針為 dj ( 與地軸 

平行 ), 為天赤道 

與黃道夾角 ,n 為中午 12 時小時點 ,e 為 

深夜 0 時小時點。如果選 mj mntan 

, 

則在夏至正午時 , 點 j 的影子會落在 n 點 , 

同樣的如果選 md mntan 

, 則在冬至正 

午時 , 點 d 影子也會落在 n 點。如果將赤 

道日晷各點 (e、m、n、j、d) 垂直投影到地 

平面 (E、M、N、J、D), 則成為投影日晷。 

其中 DJ 為投影日晷的赤緯尺 ,AB 為投影 

線晷針位置則需隨著日期在赤緯尺上移 

動 , 如在夏至、冬至時 , 點 B 需分別移至 

J 點與 D 點 , 在春分與秋分時 , 點 B 需移 

一般為了說明投影日晷原理 , 其說明 

圖都將假想赤道日晷與投影面分開 , 再以 

投影方向連接線聯繫兩者的關係 ( 圖 1), 

不過為了電腦模擬上的方便 , 我們將假想 

赤道日晷晷心與投影面上的投影日晷晷心 

放置在一起 , 並重疊到所設定儀螢幕座標 

至 M 點。 AB 長度並沒有限定 , 不過不能 

太短 , 否則其晷針影無法到達小時點 , 不 

易閱讀日晷時。 

圖 2 為所模擬北緯 22° 的 3D 投影日 

晷 , 由於投影方向的關係 , 小時點呈現橢 

圓形的分佈。其中晷針為三角片 , AB 為 

54


其一邊 , 並符合平行投影方向的要求 , 

AB 所產生的晷針影就是用來讀取日晷時 

的。圖中點 B 至各小時點的線為當時小時 

線 , 因為點 B 會隨日期在赤緯尺移動 , 造 

成小時線並不固定 , 因此在實體的投影日 

晷並不會畫出小時線 , 以免重疊不易分辨。 

參、投影日晷模擬 

一、時差 : 

時差是來自於地球繞太陽並不是等速 

圓周運動 , 且太陽在天空的軌跡是黃道而 

不是天赤道 , 造成不同日期太陽每天在某 

地中天的時間並不一樣。再者 , 我們每天 

用的時間是地方標準時 ,15° 經度範圍共用 

一時區 , 也就是同一時區太陽到達不同經 

度的中天也會不一樣。因此 , 赤道日晷所 

標示的日晷時每天需要做不同的時差校正 

才能獲得地方標準時 , 而投影日晷起源於 

赤道日晷 , 因此觀測時也必須做時差修 

正 , 例如圖 2 中 , 模擬的日晷時為 16 點 , 

而觀測者參數時分秒為 15:39:00。 

二、地球日晷小圖示 : 

圖 2 中地球日晷小圖示主要是標示從 

地球外看日晷與地球的相對位置 , 以更宏 

觀的角度來理解投影日晷基本原理。小圖 

示中假設日晷固定在某一條經線上 , 此經 

線正好落在投影面 ( 螢幕 ) 上 , 也就是從 

側面觀看投影日晷面 ( 如圖 1), 投影日晷 

位置會隨著緯度調整而改變。模擬程式中 

的晷面傾角調整捲軸可以讓晷面做南北各 

90° 傾斜 , 當晷面傾角為 0° 時 , 晷面平行 

於水平面 ( 如圖 2)。而投影角度調整紐的 

角度表示投影方向與晷面法線的夾角 , 當 

投影方向垂直於晷面時 , 投影角度為 0°。 

三、圓形小時點分佈投影日晷 

投影日晷一般為橢圓 , 不過當其短軸 

半徑與長軸變徑比變小時 , 晷針影至某些 

相鄰兩小時點的夾角也會跟著變小以致不 

容易區別。相同傾角投影日晷 , 較佳的晷 

面為小時點圓形平均分佈 , 此時 , 不同日 

期晷針影至某些相鄰兩小時點的夾角也較 

為均勻 , 容易區分。當晷面傾角固定時 , 

只要選擇適當的投影方向 , 即可得圓形小 

時點分佈投影日晷 , 如圖 3 為圓形小時點 

分佈投影日晷方式 :OW 為 eOE 的角平 

分線 , 如果選擇投影方向垂直 OW , 則 

EN en , 晷面南北方向長度與赤道日晷 

直徑一樣 , 不像圖 1 中的 EN 被縮小 , 因 

此投影日晷為圓形 , 值得注意的是投影晷 

針線 AB 仍與投影方向平行 , 且 DJ 長度也 

和圖 1 不一樣。此類投影可藉由本模擬程 

式做進一步確認。 

四、不同緯度人影日晷 

人影日晷是一種以人為晷針的投影日 

晷 , 因為人垂直站立在水平面上較為容易 

且自然 , 所以要用垂直投影在水平面上的 

投影日晷 , 當緯度漸小時 , 橢圓形的投影 

日晷其短半徑與長半徑比也逐漸變小 , 在 

赤道上短半徑將為 0, 而晷針影至某些相 

鄰兩小時點的夾角也會太小或為 0° 以致 

不能區別 , 也就是說在緯度較低的地方或 

赤道上是不能使用人影日晷。相反地 , 人 

影日晷較適合在中高緯度 , 因為垂直投影 

在地平面的橢圓其短半徑與長半徑比較 

大 , 容易閱讀日晷時。到了北極 , 人影日 

晷中的小時點將成圓形分佈。不同緯度投 

影日晷形狀變化也可藉由本模擬程式做進 

55


一步瞭解。 

肆、結論 

國人從小學就知道可以用日晷來測 

量時間 , 但從國中至大學 , 因為教科書多 

不再談及日晷 , 所以絕大多數人對日晷的 

概念也僅只於小學階段 , 不但不瞭解日晷 

觀測原理 , 也不瞭解古人如何測量、定義 

時間的演進過程 , 相當可惜 ! 在國內 , 公 

共場域多設置水平日晷和赤道日晷 , 造成 

一般民眾誤認為日晷僅有這兩種。台中自 

然科學博物館是國內少數設置人影日晷的 

地方 , 不過相信多數去看過的人都不知道 

它是投影日晷的一種 , 當然更不會知道其 

原理 , 再者 , 使用人影當作晷針影看起來 

相當粗糙 , 很難令人相信其可以準確測量 

時間。 

直接用幾何數學去瞭解投影日晷原 

理 , 對多數人有其難處。其次 , 投影日晷 

形狀和緯度、晷面傾角與投影方向有關 , 

觀測時 , 晷針除了需平行投影方向外 , 也 

需要隨日期在赤緯尺上移動到正確位置 , 

再加上需要考慮時差問題才能正確量測日 

晷時 , 對一般民眾來說有一定的難度。 

本投影日晷模擬軟體是針對對此類日晷 

有興趣但不瞭解投影日晷原理的人設計 

的 , 透過程式不但可以立即模擬不同緯 

度、不同南北傾斜晷面和不同投影方向的 

投影日晷 , 也可以模擬如何利用投影線晷 

針影讀取日晷時 , 即日晷時與地方標準時 

的關係。 

參考文獻 

1. Mayall, R.N., & Mayall ,M.W.(2000). Sundials: 

Their Construction and Use. New York, Dover 

Publications. 

2. Rohr, R.J.(1996). Sundials: History, Theory, and 

Practice. New York, Dover Publications(1965 

1st ED). 

3. 邱紀良 (2008)。日晷百變。新竹市 : 國立清華 

大學出版社。 

4. 蘇偉昭 (2008)。平面日晷之電腦模擬。台灣教 

育學術研討會 , 台北市。 

5. 蘇偉昭 (2010)。平面日晷模擬、製作與觀測。 

數位內容與虛擬學習研討會 , 屏東市。 

6. 蘇偉昭 (2011)。球面日晷之電腦模擬。第 27 

屆科學教育研討會 , 高雄市。 

56


C2-2 利用微電腦為本實驗室 (MBL) 探究大學生對速度與時間關係圖之認知研究 

利用微電腦為本實驗室 (MBL) 探究大學生對速度與時間 

關係圖之認知研究 

1 

全中平 

國立臺北教育大學自然科學教育系 

聯絡人 E-mail:michael@tea.ntue.edu.tw 

摘要 

在普通物理學中 , 有關位置、速度與加速度對時間的關係圖表 , 常常困擾大學生 

對這半抽象關係的學習 , 尤其對解釋這樣的圖表需要什麼樣的技能 , 以及什麼方法可 

以幫助學生對解釋圖表技能的提升 , 這都是格外重要的探究議題。針對實驗車經過施 

與定力後爬上斜坡再倒退回來 , 有許多的大學生會將該車的速度對時間的關係呈現直 

線上坡與下坡的三角形圖表 , 亦即所謂圖表如照片 (graph-as-picture) 的呈現方式。由於 

圖表在科學社群中是一個很重要的符號系統 , 因而利用微電腦為本實驗室 

(Microcomputer-Based Labs, MBL) 很可能幫助學生對圖表解釋會有很大的助益。因此 , 

本研究有 51 名修習普通物理學的學生 , 進行加速度實驗之前 , 對於速度與時間的系列 

問題中 , 有近一半學生 (N=23) 以圖表如照片方式表現速度對時間的關係 ; 接著利用 

MBL 特性進行細緻的物理實驗之後 , 大多數學生能正確表達速度對時間的關係圖表 , 

經由重複量數 χ 2 考驗 (χ 2 =4.26) 達顯著差異。仔細分析學生對圖表的解釋 , 發現學生能 

根據實驗弧形圖形的結果 , 進行觀察與思考或計算 , 並確定速度對時間的關係。因此 , 

MBL 能呈現物理現象變化的圖表 , 並將速度變化的即時真實事件與其圖表表徵相結 

合 , 使得學生能夠確實學習物理概念的真實意義。 

關鍵詞 : 微電腦為本實驗室 MBL、速度對時間關係圖、圖表表徵 

1 

研究背景與研究目的 

所有的學習可以分為記憶與有意義 

的面向 (rote-meaningful dimension) 及接受 

與發現的面向 (reception-discovery 

dimension), 如果學生能處於一個有意義的 

學習狀態 , 而且學習教材本身也是潛在的 

有意義 , 那麼接受式與發現式的學習皆可 

稱為有意義的學習 (meaningful 

learning)。甚麼是有意義的學習呢 ? 

Ausubel, Novak, & Hanesian (1978) 說明當 

新的所要學習的資訊與學習者認知架構中 

已經存在的相關概念做一結合 , 這就是有 

意義的學習行為 , 也就是有意義的學習是 

將新的知識與我們認知架構做非任意且穩 

定的結合。 

在進行大學物理學教學前 , 許多大學 

生都有自己解釋真實世界有關運動的初始 

概念 (protoconcepts)。McCloskey (1983) 就 

表示這種對運動學的初始概念是在學生認 

知架構中深耕不變且直覺地存在著 , 而且 

這些運動概念與牛頓力學是不一致的 ; 同 

時 Halloun 與 Hestenes (1985) 也說明這種 

有關錯誤迷思的信念與直覺 , 普遍存在每 

一所大學中學習普通物理學的學生身上 , 

這種迷思概念還被大學生學習物理課程中 

做為物理現象的解釋與應用。 

針對在普通物理學中 , 有關位置、速 

度與加速度對時間的關係圖表 , 常常困擾 

57


大學生對這半抽象關係的學習 , 尤其對解計量、統計處理等等 , 數位資料傳達則有 

釋這樣的圖表需要什麼樣的科學過程技數字顯示、圖形顯示、曲線顯示、類比顯 

能 , 以及什麼方法可以幫助學生對解釋圖示、表格顯示、聲音表現、色彩顯示等等。 

表技能的提升 , 這都是格外重要的探究議不僅如此 , 動手做的實驗活動往往都是科 

題。針對如表一的問題敘述 , 

學家及教育學者視為重要且成功的科學教 

學核心 , 但是實驗過程中收集、分析及處 

表一實驗車經過施與定力後爬上斜坡再理資料是冗長且繁瑣的歷程 ,MBL 則可以 

倒退回來的問題敘述 

解決許多教學上的困擾。 

1. 有一滑車被用力一推之後 , 它自己沿無進一步來看 ,MBL 還有許多學習物理 

摩擦斜面直線軌道往上爬升 , 到了差不的優點。首先 MBL 是真實世界的實驗過 

多距離後 , 停止 , 它自己又自動後退折程經驗 , 學生所用的科學感應器等可說是 

回 , 沿無摩擦斜面直線軌道下滑 ; 請你科學家所用的利器 , 也是重要的科學探索 

說明並比較該滑車沿軌道爬升與下滑的與學習的工具。其次 ,MBL 可以協助學生 

加速度為何 ( 自訂加速度值 )? 

收集大量的資料 , 同時可協助學生依照探 

究的目的 , 進行快速的資料探測及收集 , 

或是慢則以秒、分、時、日等來進行長時 

間的資料收集 , 同時資料能夠迅速的轉換 

成曲線、長條、類比等圖形表徵 ,Brasell 

(1987) 發現如果收集數據到分析圖形顯示 

2. 請將第 1. 題的滑車運動情形 , 畫在下面結果延遲二十秒以上 , 就會減低學生對科 

位置、速度、加速度對時間的關係圖之中。學學習的興趣。第三 ,MBL 可以協助學生 

對科學做更深入的理解 , 尤其收集的數據 

即一輛實驗車經過施與定力後爬上斜坡再轉換成圖、聲、光等有意義的傳達形式 , 

倒退回來 , 有許多的大學生會將該車的速學生可以利用來建構更正確的自然科學概 

度對時間的關係呈現直線上坡與下坡的三念 , 因為 MBL 正好能配合人類對學習上 

角形圖表 , 亦即所謂圖表如照片 

短期記憶的本質 , 增進短期記憶的訊息 , 

(graph-as-picture) 的呈現方式 (Mokros & 使其更容易與人的認知架構做及時有意義 

Tinker, 1987)。 

的統整調和。因此 ,MBL 可以協助學生將 

利用以微電腦為基礎的實驗室或稱自然真實世界轉成量化、抽象、具有價值 

以微電腦為本的實驗室 

及可供學習的科學家世界 , 使得能協助學 

(Microcomputer-Based Labo- ratory, 簡稱生解決學習上的問題 , 並且扭轉自己的迷 

MBL) 可以做為學習並理解物理的有力工思概念。 

具。MBL 是結合各種感應器 (sensor) 與微因此 , 本研究的目的為利用 MBL 的 

處理器、微處理系統、微電腦等資訊設備 , 實驗學習 , 探討能否改進大學生解決有關 

對特定目標或環境等進行溫度測量、酸檢速度與時間關係圖的迷思概念。 

測量、力的測量、光度的測量等等 , 使得 

微電腦等能進行數位資料收集、分析、及 

研究方法與步驟 

傳達 (MacKenzie, 1988)。其中數位資料收 

集包括溫度、酸鹼、力大小、速度、風量本研究有 51 名修習普通物理學的學 

等等 , 數位資料分析可有資料處理、程式生 , 在物理實驗室進行速度實驗。而其研 

58


究過程如下 : 

一、進行運動學的實驗前 , 先給予學生如 

表一的前測題目 , 同時寫下自己根據 

什麼原因 ( 例如 : 看法、思考、計算、 

直覺、舊經驗、或其它原因等等 ), 而 

能畫出速度與時間的關係圖形。 

二、指導並進行 MBL 實驗 , 讓學生以實 

作的方式進行學習運動學的實驗活 

動。 

三、再次給予學生同樣的施測題目 , 同時 

寫下自己根據什麼原因而能畫出速 

度與時間的關係圖形。 

研究結果與討論 

進行 MBL 實驗之前 , 對於速度與時 

間的系列問題中 , 有近一半學生 (N=23) 以 

圖表如照片方式表現速度對時間的關係 ; 

接著利用 MBL 特性進行細緻的物理實驗 

之後 , 大多數學生能正確表達速度對時間 

的關係圖表 , 其前測與後測的交叉表如表 

二所式。 

表二利用 MBL 進行物理實驗之 

前測與後測的交叉表 

後測 

前測正確錯誤 

正確 27 1 

錯誤 18 5 

經由重複量數 χ 2 考驗 (χ 2 =4.26) 達顯著 

差異 ; 仔細分析學生對圖表的解釋 , 發現 

大部分的學生能根據 MBL 實驗弧形圖形 

呈現的結果 , 進行觀察與思考或計算 , 並 

確定速度對時間的關係 , 不再是呈現直線 

上坡與下坡的三角形圖表。因此 ,MBL 能 

呈現物理現象變化的圖表 , 並將速度變化 

的即時真實事件與其圖表表徵相結合 , 使 

得學生能夠確實改進有關速度與時間關係 

圖的迷思概念 , 並能確實學習物理概念的 

真實意義。 

參考文獻 : 

Ausubel, David P., Joseph D. Novak, and 

Helen Hanesian. (1978). Educational 

psychology: A cognitive view. 2nd edition. 

New York: Holt, Rinehart, and Winston. 

Brasell, H. (1987). The effect of real-time 

laboratory graphing on learning graphic 

representations of distance and velocity. 

Journal of Research in Science Teaching, 

v(24), no. 4, pp 385-395. 

Halloun, I. and Hestenes, D. (1985). Common Sense 

Concepts about Motion, Am. J. Phys. 53, 

1056-1065. 

MacKenzie, S. (1988). Issue and methods in 

the microcomputer-based lab. Journal of 

Computers in Mathematids and Science 

Teaching, v(5), 12-18. 

McCloskey, M. (1983). Intuitive physics. 

Scientific american. 

Mokros, J. & Tinker, R. (1987). The impact 

of microcomputer-based labs on children’s 

ability to interpret graphs. Journal of 

Research in Science Teaching. V(24), no.(4). 

pp. 369-383. 

59


C2-3 教科書中發現熵的推論值得商榷 

教科書中發現熵的推論值得商榷 

周鉴恒 

1 

台湾万能科技大学光电系 

聯絡人 E-mail:chou0717@gmail.com 

摘要 

理想氣體經任何可以時時刻刻清楚定義狀態的循環過程 , 此循環過程中每一微 

小變化時理想氣體獲得的熱 , 除以當時理想氣體得溫度 , 再全部加總起來 , 根據卡 

諾循環的結論 , 其總和為零。所有教科書為了定義熵 , 都會提到這個推論過程。但 

大部分教科書的推論都太粗糙 , 甚至禁不起推敲 , 讓真正認真的學生反而難以理 

解。本文針對國內外大部分教科書都沒說清楚的推推論過程 , 提出改進。 

1 

關鍵詞 : 熵、熱力學 

壹、引言 

理想氣體經過任何可以時時刻刻清 

楚定義狀態的循環過程 , 將此循環過程中 

每一微小變化時理想氣體獲得的熱 , 除以 

當時理想氣體的溫度 , 再全部加總起來 , 

其總和為零。亦即 : 

T 

dQ 0 

……………………(1) 

基於此重要結果 , 繼續推論出 : 

dQ T dS , S 即為熵 , 為狀態的變數 , 

並再以熵的變化情形 , 陳述熱力學第二定 

律。 

國內、外許多教科書 , 在展開這部分 

的推論時或多或少都有諸如 :『一可逆循 

環均可由許多無限多個小卡諾循環來近 

似』 1 、『設想用一系列微小的可逆卡諾循 

環代替該任意可逆循環過程 , 兩個相鄰的 

卡諾循環共用一條絕熱線 , 對不同的卡諾 

循環 , 絕熱過程進行的方向相反 , 效果抵 

60 

銷 , 因此這些小循環的總效果相當於圖中 

2 

鋸齒形的閉合曲綫。』、、『對於一個任 

意的可逆循環 , 我們總可以將其畫分為若 

3 

干微小的可逆卡諾循環。』、、『對於任意 

一個可逆循環 , 可用 PV 圖中的光滑閉合曲 

線表示。現用一系列微小的卡諾循環代 

替 , 由於曲線內的絕熱綫為相鄰兩個可逆 

卡諾循環所共有 , 過程在正反方自各進行 

一次 , 根據可逆過程的定義 , 效果應該相 

消 , 那麼 , 這些小循環的總效果 , 相當於 

4 

鋸齒形的閉合曲線。』 

但是 , 一系列某種過程與此任意一個 

循環過程等效的論述 , 在大一熱力學中此 

處首度突兀提出 , 事實上並無根據 , 以致 

於各教科書的說法不一 , 使學生誤以為 : 

任一循環過程與一系列卡諾循環等效 , 是 

 

任一循環過程中 dQ T 0成立的前提。 

即便著名的美國普物教科書也有同樣 

的問題 , 例如 :H.Beson 所著 University 

Physics 中的相關敘述為 :『Consider an 

arbitrary reversible cycle, depicted 

as a closed curve in figure. We may


approximate it by a series of Carnot 

cycles. 5 』;D. Halliday, 等人所著的 

Fundamentals of physics 6 , 在第四版之 

前也採取同樣的說法 , 發現問題重重之 

後 , 第八版和最新的第九版就揚棄了『疊 

加一系列卡諾循環逼近真實的任意循環』 

的說法 , 但卻無更好的說法。 

貳、一個直接了當的計算策略 

其實 , 發現 dQ T dS 的推論最好、 

也最有說服力的說法是 , 不要提出用什麼 

過程代替此任一循環過程 , 直接計算出此 

任一循環過程 dQ T 總和等於零。 

作者至此仍然不主張 : 循環過程中 

此一小段過程 , 可以用一條等溫過程 

加上兩絕熱過程替代 ; 而只推論出 : 此循 

環過程中此一小段過程的 dQ / T, 與這 

樣決定的一等溫過程 ( 和二絕熱過程 ) 的 

dQ / T 相同 ! 

( 甲 ) 此原本的一小段過程兩端點為 

, ; 而一段等溫線與二段絕熱線構成的 

變化之兩端點也為 , 。因為內能只與狀 

態有關 , 所以一段等溫線與二段絕熱線的 

變化過程中的 dE 

dE 

int 

一樣。即 

int 

, 與原本的這一小段的 

首先 , 利用一系列絕熱線 , 將圖 ( 一 ) 

所示的任一循環過程分成無數的微小過 

程 , 其中任一微小段過程 , 兩端點以 , 

標示。注意 : 此時絕熱線只是用來將此循 

環過程畫分成無數的微小過程 , 完全不存 

在那些過程與此任意一個循環過程等效的 

問題。 

dE ……(2) 

dE 

int 

= 

兩絕熱一等溫 int 原始詢環的段 

( 乙 ) 圖 ( 二 ) 為一小段過程的放 

大圖。從圖中可看出 : 二條絕熱線和一條 

等溫線的過程中理想氣體所作的功為 : 

dW 

 

 

 

a 

PdV 

b 

PdVPdV 

PdVPdV 

PdV 

 

a 

c 

b 

d 

c 

 

d 

c 

b 

PdV 

………(3) 

而原始真實循環過程中這一小段變化 

中理想氣體所作的功為 : 

圖一先用一系列緊密的絕熱線 , 分割任意一個循 

環過程成無數微小變化。 

求出以 , 標示兩端點的微小變化 

時氣體的平均溫度 T , 以此溫度 T 的等溫 

過程連接兩相鄰的絕熱線。此等溫線與原 

本這一小段必相當重合 , 但不完全相 

同 , 仍須經兩相鄰絕熱線的一小部份才能 

連接。 

 

dW PdV ……………(4) 

 

從圖 ( 二 ) 中斜線面積可看出 : 

dW 

兩絕熱一等溫 

 

c 

PdV 

b 

PdV dW 

……(5) 

 

原始循環的段 

61


dQ / T 

dQ T 。 

亦即 : 原始這一小段過程之 

, 等於相對應的小段等溫過程的 

( 戊 ) 以 i 編號每一個微小過程。 

這一小段過程之 dQ / T , 等於相對應 

的小段等溫過程的 dQ T 。因此 , 

i 

i 

i 

i 

圖二根據微積分的基本概念 , 這一小段與 

d 相等。的體積變化為 dV。 

abcd 這段的 W 

( 丙 ) 根據第一定 

律 : dQ dEint dW , 再根據 (2) 式與 (5) 

式 , 這兩條絕熱線和一條等溫線的過程中 

所吸收的熱 dQ ( 因絕熱過程沒有熱交 

換 , 所以就是該條對應的等溫過程中所吸 

收的熱 dQ ), 等於原始循環過程中這 

小段所吸收的熱 dQ 。即 : 

 

dQi 

T 

 

 

dQi 

T 

i, 小段 i i, 對應小段的等溫過程 i 

……(8) 

參見圖 ( 一 )、圖 ( 三 ), 因為循環過程 

是封閉曲線 , 相對應的小段等溫過程必成 

雙出現 , 求總和時將成雙出現的 d Q i 

Ti 

先 

安排在一組 , 即分別為圖 ( 一 ) 中某兩條 

絕熱線之間的高溫等溫時的 dQ 

低溫等溫時的 dQ 

Cj 

T C j 

環的高溫等溫時的 dQ 

Hj 

T H j 

及 

, 恰好是某卡諾循 

Hj 

T H j 

及低溫等溫 

dQ 

兩絕熱一等溫 

= dQ 

對應的等溫線 

= dQ 

原始詢環的段 

……………………(6) 

( 丁 ) 在原始過程這一小段中 , 理 

想氣體的平均溫度是 T , 實際溫度 T 。因 

為 : 原始循環過程中這段所吸收的熱 

dQ , 已證明等於該一條等溫線過程中所 

吸收的熱 dQ; 原始循環過程中這段的 

平均溫度 T , 等於該等溫過程中選定的溫 

度 T 。所以 , 根據微積分原理 : 

dQ 

T dT 

dQ 

 

T 



dQ dV 

1 

T V 

dQ 

 

T 該等溫過程 

 

dP 

 

P 

……(7) 

時的 dQ , 利用卡諾循環的計算結果 : 

dQ 

T 

Hj 

Hj 

即可得 : 

dQ 

T 

 

Cj 

T C j 

dQ 

 

T 

 

Cj 

Cj 

dQi 

T 

0 

 

…………………(9) 

 

dQi 

T 

i, 小段 i i, 對應小段的等溫過程 i 

dQHj 

dQCj 

( ) 0 

T T 

jcomot 

Hj 

Cj 

………(10) 

62


計算出任一循環過程 dQ T 總和等於零 , 

而避免了『疊加一系列卡諾循環如何逼近 

任意循環』之類經不起推敲的說法。 

參考文獻 

 

圖三計算 dQ 

i 

T i 

( 上 ),” 數值上 ” 就等於 

計算 i, 小段 

dQ 

i 

T i 

( 下 ), 而後者根據卡諾循環計 

算的結 i, 對果應等小段於的零等溫。過程 

1. 陳錫桓、林菲 ,『物理』,209 頁 , 臺灣滄 

海書局 , 民國 100 年 4 月。 

2. 天律大學物理編寫組 ,『大與物理』上柵 , 

132 頁 , 天津大學出版社 ,2010 年 2 月。 

3. 陸培民等 , 大學物理學 , 下冊 ,53 頁 , 清 

華大學出版社 ,2011 年 8 月。 

4. 王紀龍等 , 大學物理學 ( 第四版 ), 上冊 , 

181 頁 , 科學出版社 ,2010 年 12 月。 

5. H.Beson, University Physics rev. ed., 

page 428, John Willey &Sons, Inc. 1995. 

6. D. Halliday, R. Resnick and J. Walker, 

Fundamentals of physics 4 th 

ed., page 

618, John Willey &Sons, Inc. 1993. 

參、結論 

本文修改了一般教科書的說法 , 利用 

學生熟知常見的第一定律習題解法 , 直接 

63


C2-4 高中物理與大學普物之間的學習鴻溝 

高中物理與大學普物之間的學習鴻溝 

1 

邱韻如 

長庚大學通識中心物理科 

聯絡人 E-mail:yjchiu@mail.cgu.edu.tw 

http://memo.cgu.edu.tw/yun-ju/index.htm 

摘要 

作者長期任教大一理工科系的普物與普物實驗課程 , 常戲稱自己教的是高中物理 

教學補救班 , 近年來更加發現大一新生在學習普物與進行普物實驗時 , 相關的背景知 

識與各種學習能力越來越低落 , 不僅學生學習的挫折感越來越大 , 大學普物教師對普 

物教學也越來越使不上力。本文從大一學生的學習問題與困難出發 , 一方面探究與瞭 

解高中物理與大一普物之間的學習鴻溝為何會越來越大 , 一方面期能促進高中物理教 

師與大學普物教師對此問題的瞭解、重視與探究。 

關鍵詞 : 物理、教學、學習、教材教法。 

在這個幾乎人人可以考上大學的時代 

壹、前言 

作者任教大一理工科系的普物已進入 

第十五年 , 一直以來研究的關注重點在於 

學生的迷思概念與學習困難 , 本文從大一 

新生學習及各種概念表現來檢視高中物理 

教學的種種問題。 

近年來 , 在教學上陸陸續續發現許多 

問題。從數學方面來說 , 大一上的期中考 

前 , 講到積分時 , 看到學生一臉茫然 ; 從 

某年起 , 發現學生不認識 e; 最近更驚覺 

很多學生聽不懂『徑向』及『徑度』; 數學 

推導的能力更是越來越低落。就物理概念 

來說 , 問題更是一籮筐 , 舉例來說 , 講到 

『簡諧振盪』, 學生們唯一的反應就是『那 

個我不會』, 對於高中沒聽過或學過的概念 

, 接受度越來越差 ; 還有 , 學生們問出來 

的問題及問問題的方式越來越『笨』, 甚至 

只問答案而不思題目。 

劉源俊教授指出 , 我國的科學教育只 

注重知識層面、應用層面及功利層面 , 甚 

至在升學考試導引下 , 科學教育已淪為『 

兩出三不』的畸型發展 : 教師出選擇題、 

出難題的『兩出』, 以及學生不讀書、不做 

實驗及不思考的『三不』。 

1 

, 我們不能以『菁英』思維來思考評斷這 

些學生 , 更不能只怪學生一代不如一代 , 

或只是當掉他們罵他們不努力不用功。而 

是 , 要瞭解這些問題的根源是什麼 , 以及 

檢討相關的教材與教法。 

貳、學習鴻溝其來有自 

鴻溝是中國的古運河名。戰國時代 ( 約 

西元前 360 年 ) 連結黃河與淮河的運河。楚 

漢相爭時 ( 西元前 202 年秋 ), 項羽、劉邦 

雙方進入相持階段 , 商定劃鴻溝為界 , 即 

所謂的『楚河漢界』。 

高中物理與大學普物之間 , 是有一道 

鴻溝 , 要跨越 , 必須要知己知彼、要運用 

戰術 , 並且創造雙贏的局面。作者認為 , 

這道鴻溝的存在在於 (1) 升學主義對教學 

的嚴重影響、(2) 高中端與大學端彼此互不 

瞭解、(3) 教師未能真正體察學生的學習困 

難。 

一、升學主義嚴重影響教學 

( 一 ) 四十年來高中物理課程的變革 

隨著歷屆課綱的修改 , 學生在高中時 

所學的物理課本名稱、教材內容、上課時 

數與教學的安排迭有變更 ( 邱韻如 ,2010)。 

64


不變的是 , 升學考試的桎梏依然牽制著教 

學、歷屆考古題仍陰魂不散、課後補習的 

學生不減反增、學生的學習被動態度已成 

陳痾。 

( 二 ) 學測指考對教學的影響 

學測與指考的準備方向相當不同 , 對 

學生來說是雙重的負擔。為了迎戰考試 , 

各高中都安排許多次的模擬考 , 模擬考次 

數頻繁 , 對高中教學的影響不可小覻。在 

考完學測 , 推甄申請入學放榜之後 , 許多 

學生常常無心上課 , 這些經由推甄入學管 

道進入大學卻沒有完整讀完高三課程的學 

生 , 物理及數學程度和指考進來的學生有 

很大落差。以作者 100 學年度任教的大一 

學生為例 ,94 位學生 ( 不包含重修生 ) 的 

普物下學期的成績與其入學方式的關係如 

表 1。由此表可以看到 , 高分群 (85 分以上 

) 的學生幾乎都是以指考分發入學的 

(92%,11/12), 而以學測成績入學的 ( 包括申 

請、推甄、繁星等管道 ) 學生中 , 普物成績 

屬於低分群 (65 分以下 ) 的佔了 56% (15/27) 

, 遠高於以指考分發入學的 30%(20/67)。 

表 1、普物成績與入學方式關係 

(n=94 , 大一理工科系新生 ) 

大一下學期入學方式 

普物成績指考分發申請推甄等小計 

85 以上 11 1 12 

65~85 36 11 47 

65 以下 20 15 35 

小計 67 27 94 

學測有國、英、數、社會、自然等五 

科 , 只考高一和高二的內容 , 自然科是五 

科之一 , 其中物理只佔自然科的四分之 

一。因此光看學測成績 , 其實很難看出學 

生的物理程度如何。不少以學測成績入學 

的學生 , 是為了逃避指考 , 他們忽視高三 

的物理數學等課程 , 甚至無心讀高三下學 

期的功課 , 讓許多高三教師在教學上有很 

深的無力感。 

大一普物成績不佳的學生 , 不見得後 

65 

勢不看好 , 但這些提早達到『升學』目標 

卻荒廢高三物理導致物理背景知識嚴重缺 

乏的學生 , 在讀大一普物時所面臨的辛苦 

與挫折可想而知。高中階段絕非只為升 

學 , 應該想辦法引導鼓勵這些通過推甄入 

學的準大學生 , 好好運用高三這一段不必 

為考試讀書的時光 , 認真為學習而讀書。 

( 三 ) 技職體系的物理教學 

近二年 , 我任教的電子系收到幾位以 

推甄入學的高職生 , 這些原本在高職很優 

秀的學生的表現 , 讓我開始關心起技職體 

系的教學問題。一位高職電子科的學生 , 

英文數學不好 , 物理連 F=ma 都搞不清 

楚。另一位從高職資訊科來的學生 , 英數 

還可以 , 但他說他高職時幾乎可以說沒上 

過物理。這二位學生都還算是高職裡很不 

錯的學生 , 他們的物理程度讓我深切懷 

疑 , 各科技大學的普物課究竟該怎麼上 ? 

是不是要將程度降到國中程度來教學 ? 

( 四 ) 選擇題對教學的殘害 

學測與指考的題型以選擇題為主 , 在 

升學領導教學的桎梏下 , 學校的各種小 

考、段考也隨著以選擇題為主。學生從大 

量選擇題裡所學到的 , 只是破碎的片段知 

識及考完就忘的解題技巧。 

對於只出選擇題或者從題庫找題而不 

出題的教師 , 要他們從學生填選的選項得 

分來看出學生是否瞭解或者有什麼物理概 

念上的問題 , 根本是緣木求魚。學生以背 

誦大量公式不求甚解的策略在題海中求生 

存 , 在繁重的課業壓力下 , 需要時間的思 

考與探索成為極端奢侈的動作 , 在選擇題 

的題海浸潤下 , 學生的表達能力更是付諸 

闕如 , 雖然大考有少數的非選題 , 但學生 

的推導運算能力 , 在高中階段缺乏訓練 

下 , 越來越差。 

二、高中端與大學端彼此互不瞭解 

( 一 ) 高中教科書與大學原文書 

大學物理和高中物理最大的不同是


課本。絕大多數大學採用原文書 , 這些大 

學新鮮人卻對又厚又重又都是英文的課本 

無所適從。我通常會在上課的第一天就讓 

學生拿到課本 , 教他們怎麼讀原文書。許 

多學生並不知道也從沒想過或問過 , 為何 

速度是 v, 加速度是 a, 力是 F? 最近還遇 

到一位英文程度超級差的學生 , 他說他高 

中三年的英文從來沒有及格過。他的程度 

差到不認識 force、mass、motion 等等字 ! 

除了英文障礙之外 , 讀原文書更重要 

且需要的是足夠的物理背景知識。我常跟 

學生說 , 就算請英文老師來讀原文書 , 也 

不會比他們強。在一綱多本開放之後 , 幾 

乎每一版本的高中物理課本的文字都還算 

流暢 , 都可作為大一普物的參考書。我總 

在新生訓練前就通知學生把他們的高中物 

理課本找出來 , 哪一年的哪一版本都行。 

問題是 , 不少學生的物理課本早已送進廢 

紙回收廠。而且 , 絕大多數的新鮮人不曾 

讀過高中物理課本 ( 邱韻如 ,2010), 他們在 

高中物理課使用的多半都是所謂的講義。 

( 二 ) 輕鬆與放鬆 

我的學生絕大多數都非常訝異 , 理工 

科系的大一 , 課業竟如此繁重。他們都誤 

以為在經過辛苦的中學 K 書生涯之後 , 可 

以輕鬆快樂唸大學。每年我在大一新生的 

第一堂課 , 都會讓學生填寫資料 , 其中有 

一題是問 , 你期待大一普物的上課方式是 

什麼 ? 絕大多數的學生的答案是輕鬆、活 

潑、快樂 , 我曾很懷疑的問學生 , 難道你 

們高中物理課不輕鬆不活潑嗎 ? 

台灣的高中生不僅上課時數太多 , 許 

多學生課後還補習。學生花費絕大多數時 

間重複在做題目、聽老師解題 , 從這種學 

習中 , 是否能體會到追求學問的樂趣 ? 有 

多少學生能從這樣的學習中體會到學習之 

樂 ? 在如此升學的陰影下 , 他們想要『放 

鬆』, 他們覺得不要學習就是『快樂』。 

讀高中物理 , 所為何來 ? 對許多學生 

來說 , 讀高中物理的目的只是為了能考進 

好的大學或者是高中能畢業。許多學生都 

很怕物理 , 他們覺得物理是很難的科目 , 

除了解題還是解題。他們認為物理有許多 

公式 , 是用『背』的方式來學物理 , 將思 

考與理解棄如敝屣。 

( 三 ) 反覆演練考古題型與修練基本功 

物理重在思考與理解 , 除了動腦之外 

, 動手用紙筆推演作圖等基本訓練 , 也應 

該在中學時候就要紮根。我的大一學生 , 

在作力學題目時 , 基本的力圖都畫不好 , 

不認為力的長短畫正確是很重要的。作實 

驗時 , 發現有不少學生從來沒有用方格紙 

作過圖。校內的考試不應只配合大考的題 

型不斷演練而忽視基本能力的訓練。但是 

, 現在許多老師基於趕課等理由 , 很少會 

在課堂上要求學生正確畫圖、推導 , 所出 

的考卷也很少會有作圖、推導等等開放式 

題目。 

( 四 ) 修大學課 , 要能自主管理 

國高中的『考什麼讀什麼』的教學模 

式 , 塑造了學生不考試就不讀書的學習態 

度。理想的大學讀書態度 , 至少應該是每 

上一小時的課之後 , 學生至少要花 3 小時 

來複習。但是有鑑於大一理工科系修習的 

科目眾多 , 以及中學時養成的被動學習習 

慣 , 很少有學生能做到此。 

三、教師未能真正體察學生的學習困難 

( 一 ) 診斷學生的迷思概念 

不論是高中或大學的物理教師 , 都應 

該要有診斷學生迷思概念的能力。就像醫 

生看診一樣 , 要能診斷出問題 , 才能對症 

下藥。教師可以透過學生課後問問題、課 

堂上的互動、評量考試等等方式來診斷學 

生的迷思概念 , 前提當然是必須問對問題 

且靠經驗累積。如果上課只是單向傳授、 

考試只是考選擇題、在學生問問題時只是 

給詳解及答案 , 這樣永遠無從知道學生的 

問題在哪兒。 

( 二 ) 因材而施教 

大家都知道 , 光聽不練是沒有用的 , 

66


但是 , 絕大多數的教學還是停留在老師說 

學生聽的單向傳輸模式。與學生互動、教 

學生會問問題、傾聽學生的問題 , 才能有 

效掌握學生問題。如此 , 才能採取適切的 

教材及教法 , 帶領學生從學答到學問 , 化 

被動為主動。 

參、結論與建議 

一、培養紮實的基本能力 

以作者個人所見 , 大一理工科系的學 

生普遍的問題有 : 不會閱讀、不會讀英文 

版教科書、不會問問題、不會做筆記、不 

會推導、不願動腦、不會表達、不會做實 

驗、不會課後複習、以及不考試就不讀等 

等。面對這些越來越嚴重的學習問題 , 在 

中學階段就要積極培養正確的學習方法與 

態度 , 到了大學更要積極加強訓練 , 才能 

讓學生有足夠的能力及競爭力。 

二、不考試也願讀書 

大家都唾棄『考試領導教學』, 卻又 

試圖以考試想要改變教學 , 導致總是適得 

其反。身為教師的我們 , 如何引導學生能 

從認真學習中得到學習的樂趣 , 能因熱愛 

而真正投入學習 , 才是教學的根本目的。 

對物理這一個學科來說 , 不單單只有 

『升學』這一個目標 , 學生的基本能力如 

閱讀、推導、作圖、問問題及課後自學複 

習等等基本能力都應該好好紮根 , 培養學 

生在不需考試的脅迫下也會讀書的態度。 

尤其在十二年國教鬆綁升學考試的趨勢下 

, 教學方式要多元、教學環境要開放及支 

持互動教學等等 , 才能培養年輕人面對新 

世代的挑戰。 

三、協助學生跨越鴻溝 

熟練快速解題技巧、知其答案而不知 

其所以然 , 或許可以讓學生得分升學 , 但 

卻是短視近利揠苗助長的作法。面對學習 

鴻溝 , 教師不見得要築一條快速便利的大 

橋讓學生輕鬆通過 , 而是應該配合學生的 

程度 , 一個一個給墊腳石 , 甚至帶著學生 

找墊腳石 , 協助他們能以自己的方式憑自 

己的能力跨越鴻溝。 

參考文獻 

1. 邱韻如 (2010): 高中物理課程、教科書 

與教學 : 以『靜力平衡』為例 ,《物理 

教育學刊》, 第 11 卷第 1 期 ,45-56 

頁 ,2010 年春季刊。 

2. 邱韻如 (2008): 從座中學到做中學 - 談 

簡單實驗對教學的啟發 ,《華東理工大 

學學報》, 第 34 卷增刊 ,152~157 頁。 

3. 邱韻如 (2006): 大一普物教學的迷思之 

我見我思 ,《物理雙月刊》,28 卷 3 期 , 

554~562 頁。 

劉源俊 (2012): 十二年國教中的科學教 

育 ,《科學月刊》,43 卷第 9 期。 

67


C2-5 利用創新物理實驗課程協助開發普通物理實驗項目 

利用創新物理實驗課程協助開發普通物理實驗項目 

1 

齊祖康 

交通大學電子物理學系、交通大學普通物理教學小組 

聯絡人 E-mail:tkchyi@mail.nctu.edu.tw 

摘要 

傳統上普通物理實驗課程要引入新的實驗項目僅能依靠廠商提供測試儀器 , 並由普 

物實驗開發人員短期測試評估後決定 , 因整體評估時程短且儀器需要量大 , 在相關經 

費有限的情況下採購與否常是一個難以抉擇的決定。 

交通大學於 95 學年度開始開設了創新物理實驗課程 , 原意是引入一些與傳統普物實 

驗不同的項目讓同學們提早接觸並了解自己的興趣所在 , 但後來我們利用這個課程完 

成了掃描式穿隧顯微鏡實驗課程的開發 , 並已於 99 學年度正式將掃描式穿隧顯微鏡 

列入普通物理實驗課程 , 近期我們也利用這個課程完成磁學實驗儀器的測試以及實驗 

講義之編寫 , 準備於近期陸續購買相關設備 , 等到設備採購足以應付普通物理實驗課 

程所需後將正式納入普通物理實驗課程。 

1 

68


C2-6 振盪與傅立葉分析 

振盪與傅立葉分析 

1 

徐建興 

1 

陸軍軍官學校 

聯絡人 E-mail:shyu_david@yahoo.com.tw 

摘要 

我們設計一合併式的單元課程 , 在大二或大三的力學課程中 , 同時講授力學的振盪 

和數學的傅立葉分析 , 用以提升學習成效。課程內容除了正規的力學振盪與簡單的傅 

立葉分析課程講授之外 , 著重於幾個振盪實驗 , 用以測量簡諧振盪、不含阻尼的驅策 

振盪、含阻尼的驅策振盪以及 LRC 的電路振盪。學生藉實驗的過程 , 熟悉各種不同的 

振盪系統 , 同時配合課程講授、小組討論和數據分析 , 學習複數、傅立葉分析的數學 

工具和振盪力學之間的連結。 

關鍵詞 : 振盪、傅立葉分析。 

Oscillations and Fourier Analysis 

The oscillations and Fourier analysis course unit explores the dynamics of oscillation and 

the methodology of Fourier analysis. We begin by studying the simple dynamic oscillation 

to learn the principles of periodic motion, both harmonic and anharmonic. We then 

introduce driven oscillator and Fourier series which give insight into the frequency response 

and resonance. Damping is introduced to model real systems, and Fourier integrals are 

introduced near the end of the course as a limiting case of Fourier series. The course is 

centered on three laboratory activities (a physical pendulum, a driven LRC circuit, and a 

pulsed LRC circuit), supported by lecture/discussion and guided data analysis activities. We 

use complex numbers throughout the analysis so that students learn this important tool. 

Key Words: oscillation and Fourier analysis. 

69


創新物理教育 C3 場 

C3-1 物理系學生於「一維無限位能井」解題表現之探究 

物理系學生於「一維無限位能井」解題表現之探究 

金自強 

1 

2 

蔡桂芳陳振明 

1 

屏東教育大學應用物理系 

2 

屏東教育大學特殊教育學系 

3 

嘉義大學特殊教育學系 

聯絡人 E-mail:tomson2@ms18.hinet.net 

摘要 

「一維無限位能井」是大學生修習量子物理課程入門的第一個例題 , 此例題包含 

了量子力學大部份的觀念。本研究運用 S-P 表 (Student-problem chart analysis theory, 

S-P chart) 進行學生的學習表現與試題分析 , 透過此分析診斷 , 可瞭解學生學習狀況 , 

以供教師調整教學方式、提高學習成效。 

關鍵詞 : 量子物理、SP 表。 

3 

壹、緒論 

在台灣 , 近代物理課程是大學物理系 

三年級學生最主要的課程之一 , 其他很多 

理工科系也都有此課程。它的內容通常包 

括量子力學的發展、初等的量子力學、狹 

義相對論、分子物理、基本固態物理、原 

子核、基本粒子、量子統計等等內容。近 

代物理不同於古典物理 , 它描述的是微觀 

世界裡的現象 , 其觀念抽象難懂 , 加上常 

用到很複雜的數學 , 因此很多學生在修習 

此科目時倍感艱困。 

大多數學生在修習近代物理課程時 , 

探討的第一個量子力學問題就是一顆粒子 

在一維無限位能井中的情況 , 此例題是個 

很好的教材 , 包含了量子力學大部份的觀 

念 , 它的數學又相對簡單 , 學生們應能輕 

易解出 , 學生們若能充份了解此問題各環 

節的意含 , 對量子力學的整體概念將會有 

透徹的了解。可惜大多數的授課教師並未 

特別重視此例題的重要性 , 講授一遍就立 

刻進行後續的課程內容。就作者教授近代 

物理多年的經驗 , 認為有必要引導學生以 

不同的視角去思考此例題背後所蘊含的豐 

富物理意義。學生若能對此例題有更深入 

的了解 , 建立概念與概念間的正確連結 , 

其後續的學習只是反覆驗證此一概念架 

構 , 對學生後續學習會有所助益。 

基於上述研究背景與動機 , 本研究目 

的與問題為 : 

一 . 進行試題分析 , 以瞭解解題歷程步 

驟分類之合宜性。 

二 . 探討物理系學生於「一維無限位能 

井」之解題表現。 

以期深入瞭解學生在此題的學習狀況與困 

難。 

貳、研究方法 

本研究以學生在一維無限位能井解題 

表現為分析資料 , 原始資料為紙筆測驗 , 

研究者將解題歷程進行分析 , 轉換成評分 

準則 , 依據準則將學生解題的資料轉化成 

數據 , 以進行後續之分析。以下針對研究 

對象、研究工具、資料分析逐一敘述。 

70


( 一 ) 研究對象與場域 

本研究以研究者任教之某學年度物理 

系三年級修習近代物理課程學生為研究對 

象 , 有效樣本為 79 人 , 該系近幾年學生入 

學成績約為 PR 50, 學習意願普遍不高 , 研 

究者調查學生每日學習時數 , 分配在課業 

上時間平均不超過一小時。 

( 二 ) 研究工具 

本研究工具有二 , 一為研究者依據解題內 

容所建構之「無限位能井解題概念表」。 

將單一粒子在無限位能井例題中所應具備 

之概念進行分析 , 表左橫列由上而下顯示 

例題中解題的五個階段 , 每個階段由左而 

右又各細分為一到三個項目 , 每項目都建 

有操作型定義以作為評分依據 , 符合者就 

計為 1 分 , 未符合者計為 0 分 , 本表完成初 

稿後邀請兩位此領域專家教授進行審查、 

討論、修正 , 定稿後內容如表 1, 利用此工 

具將學生評量反應內容轉換成得分 , 以進 

行後續分析。研究工具二為依據工具一所 

編製之評量試題 , 題型為問答與計算 , 施 

測時間為兩小時。 

( 三 ) 資料分析 

本研究資料以學生與試題表 

(student-problem score table, 簡稱 S-P 表 ) 

(Sato,1980) 為分析方法 , 此法提供試題注 

意係數 (item caution index) 及學生注意係 

數 (student caution index), 能同時分析試題 

與個別學生之答題得分組型 , 有效地診斷 

學生學習困難。 

次要概念 

主要概念 

A: 瞭解 

系統的 

物理原 

理 

B: 解微 

分方程 

數學技 

巧 

C: 邊界 

條件 

D: 歸一 

化條件 

E: 量子 

力學趨 

向古典 

力學 

表 1、無限位能井解題概念表 

A1 對於各區域能 

正確寫出粒子的 

不隨時變的 

Schrodinger eqs 

B1 正確將各區域 

Schrodinger eqs. 

轉換成二階微分 

方程。 

C1 正確寫出邊界 

條件 

D1 正確寫出歸一 

化條件 

E1 能用 Heisenberg 

Uncertainty 

Principle 解釋量子 

數極大時 , 量子力 

學分析結果會符 

合古典力學分析 

結果 , 機率密度均 

勻分布 

參、結果與討論 

C2 引用邊界條 

件算出能階並 

計算各微分方 

程解的係數 

D2 能算出各能 

態機率分布 , 算 

出各位置上各 

能態的機率 

值」 

E2 能用 

Heisenberg 

Uncertainty 

Principle 解釋 

系統尺寸極大 

時 , 能階不可區 

分、機率密度均 

勻 

C3 知道 

邊界條 

件的來 

S-P 表除了可分析全測驗的差異係數 

之外 , 也可針對每個試題及每個學生分別 

計算其注意係數 (caution index)。試題注意 

係數簡稱為 CP, 學生注意係數簡稱為 CS。 

此種係數可用來判斷學生與試題之得分組 

型是否有異常現象 , 需加以「注意」。這 

些數據都可用來協助教師診斷學生表現、 

測驗品質 , 即教學成果的有效工具 , 以作 

為改進教學、命題與輔導學生之參考 ( 游森 

期、余民寧 ,2006)。以下針對試題品質、 

學生解題表現與類型以及學生解題表現與 

學習成績之相關分析逐一說明。 

( 一 ) 試題品質之分析 

本研究試題品質分析指標試採用答對 

率與注意係數 , 所謂的注意係數是指 S-P 

源 

71


表資料中的實際反應組型與完美反應組型 

間的差異 , 占完美反應組型之最大差異的 

比值。Sato(1980) 建議以試題注意係數為橫 

軸 ( 截斷點為 .5), 以答對試題的學生人 

數百分比為縱軸 ( 截斷點為 .5), 製成試 

題診斷分析圖 , 整個試題診斷分析圖將試 

題的屬性分成四類。分析結果如圖 1, 本 

研究九個評量項目 , 可分成兩大類 , 第一 

類屬於「試題相當適當 , 可以用來區別低 

成就者與其他學生的不同」, 屬於各解題 

階段較基本的項目 , 第二類屬於「試題困 

難度高 , 適合用來區別高成就者的好試 

題」, 試題編製品質良好 , 顯示此評量分 

類方式具有良好的建構效度。 

圖 1 試題品質分析圖 

圖一顯示前三階段 (A, B, C) 中 , 除了 

C3 外 , 答對率都高 ; 後二階段 (D, E), 除 

了 D1 外 , 答對率都低。此結果非常合理 , 

因為學生們在準備考試時大都會考慮先行 

強記 , 是否了解常是次要考量。至於 C1, 

D1 兩項純粹靠記憶 , 答對率自然高。C2 

雖是推導 , 過程可以背下 , 因此答對率也 

不低。C3 詢問的是計算的理由 , 思考的 

層次已經提升到理解 , 學生們若不透徹原 

因 , 答對率相形就低。D2 是將最後結果 

的數值算出 , 這部分涉及學生們的計算能 

力 , 因為計算能力普遍不高 , 答對率也就 

拉下。 

此外 , 由於 B1 是簡單的數學推導 , 

答對率高很合理。A1 是把物理定率寫出 , 

這應該最簡單 , 然而學生們初學加粗心 , 

答對率沒想像中理想。照理說 A1 的答對 

率應該最高 , 圖一中卻顯示好幾項的答對 

率比 A1 高 , 可能的原因是 , 學生們答題 

時多依賴背誦 , 並不是一步一步推導 , 因 

此 A1 中的小錯會在 B1 中更正回來。其他 

項目的答對率分布都很合理 ,B1 高於 C, 

D, E 所有項目 ,C, D, E 各項目答對率照 

層次排序 ,E 是進一步討論量子力學趨於 

古典的現象 , 思考的統整性比較高 , 因此 

答對率自然最低。 

( 二 ) 學生解題表現與類型 

表二是學生答對率與注意係數常用之 

雙向分類 ( 余民寧 ,1996), 答對率以 .75 

及 .50 為準分成 3 級 , 注意係數以 .50 為準 

分成 2 級 , 交叉作用結果可以分成 : 學習 

良好穩定性高 ; 學習尚稱穩定需要再用功 

一點 ; 學力不足 , 學習不夠充份 , 需要更 

加努力用功 ; 粗心大意 , 不細心所造成的 

錯誤 ; 偶爾粗心 , 準備不充份 , 需要再努 

力 ; 學習極不穩定 , 具有隨興的讀書習慣 , 

對考試內容沒有充份準備等 6 類。本研究 

學生的表現六類皆有 , 以「學力不足 , 學 

習不夠充份 , 需要更加努力用功」最多 , 

其次是「學習尚稱穩定 , 需要再用功一 

點」。 

72


表 2 學生表現結果評估摘要表 

學生表現 

學力不足 , 學習不 

夠充份 , 需要更加 

努力用功 

學習尚稱穩定 , 需 

要再用功一點 

學習良好 , 穩定性 

高 

學習極不穩定 , 具 

有隨興的讀書習 

慣 , 對考試內容沒 

有充份準備 

偶爾粗心 , 準備不 

充份 , 需要再努力 

粗心大意 , 不細心 

所造成的錯誤 

答對率 

範圍 

學生注 

意係數 

範圍 

人 

數 

百 

分 

比 

0-.50 0-.50 35 44.3 

.50-.75 0-.50 31 39.2 

.75-1.00 0-.50 3 3.8 

0-.50 .50-1 4 5.1 

.50-.75 .50-1 3 3.8 

.75-1.00 .50-1 3 3.8 

總和 79 100 

四、結論與建議 

本研究目的有二 : 一 . 進行試題分析 , 

以瞭解解題歷程步驟分類之合宜性。二 . 

探討物理系學生於「一維無限位能井」之 

解題表現 , 深入瞭解學生在此題的學習狀 

況與困難 , 結論與建議分述於下 : 

( 一 ) 結論 

1. 題目 SP 表分析顯示 , 試題品質良好 , 沒 

有不良試題。概念層次基本者 , 分析結 

果品質屬於試題相當適當 , 可以用來區 

別低成就者與其他學生的不同 ; 而概念 

屬性層次較高的項目屬於困難度高 , 適 

合用來區別高成就者的好試題。 

2. 透過 SP 表分析 , 學生在此題表現大多屬 

於「學力不足 , 學習不夠充份 , 需要更 

加努力用功」, 其次「學習尚稱穩定 , 需 

要再用功一點」。 

( 二 ) 建議部份 

1. 在研究限制方面 , 由於樣本來源只有一 

校 , 學生入學成績 PR 值約 50, 學習動 

機不高 , 推論範圍需謹慎為之。 

2. 研究方法部分 , 可採質性晤談方式針對 

不同表現類型學生繼續深入瞭解影響其 

表現之可能原因。 

3. 就樣本素質或範圍而言 , 可擴大研究對 

象數量 , 至各大專院校物理系 , 以探究 

各校學生於此題表現之異同 , 可作為教 

學與評量改進之依據。 

參考文獻 

Sato,T.(1980). The S-P chart and the caution 

index. NCE Educational 

Information Bulletin, 80-1. 

余民寧 (1996)。成就測驗的編製原理。台 

北 : 心理出版社。 

游森旗、余民寧 (2006)。知識結構診斷評 

量與 S-P 表之關連性研究。教育與心理研 

究 ,29(1),183-208。 

73


C3-2 看見「大氣壓力」- 點膠針筒千斤掛 

看見「大氣壓力」- 點膠針筒千斤掛 

楊美姍 

1 、唐健文、林宗正、蘇育彰、周建和 

1 

高雄師大 

1 

聯絡人 E-mail:maysun5433@gmail.com 

摘要 

本文旨在提供以工業點膠針筒 , 應用大氣壓力原理 , 製作大口徑含推柄的千斤 

掛 , 做為吊掛的主要裝置 , 進行吊掛時 , 最大可以產生 20 公斤重的拉力。教學上使 

用點膠針筒千斤掛較醫療針筒更具演示效果 , 利用大氣壓力來達成提升或支撐重物 , 

可吊掛真人 , 讓學生印象深刻。讓學生體會到「大氣壓力」是很大 , 並估算大氣壓力 

的量值。 

前言 

周建和 (2003) 使用醫療針筒設計示 

範實驗 , 學生有此可以看見大氣壓力的量 

值是非常大的。但是市售醫療塑膠針筒常 

見的最大規格是 50ml( 玻璃規格的醫療針 

筒不列入考慮 , 避免操做過程中不慎破裂 

產生危險。), 其筒身截面積約為 6cm 2 。 

忽略活塞的摩擦力下 , 將針筒的出液孔封 

閉 , 需要 6 公斤重的外力方使將活塞拉離 

針筒。 

換句話說 , 若針筒筒身的面積愈大 , 

則需更大的力量方能對抗大氣壓力將活塞 

大氣壓力量值非常大 

器材 

1. 工業用點膠針筒 (300c.c.) 2 隻 

2. 三通開關 3 個 

3. 自製木板架 1 個 

4. 塑膠管 (PU、內徑 4mm、長 20cm) 1 條 

5. 板凳 1 個 

6. 童軍繩 1 條 

7. 木梯或鋁梯 (5 尺或 6 尺高 ) 1 座 

8. 螺絲 ( 直徑 8 mm, 長 12cm) 1 支 

9. 螺帽 ( 配合螺絲 ) 1 個 

10.S 勾 ( 直徑 3cm、耐重 60Kg) 1 個 

11. 組合扣 ( 孔徑 3cm、耐重 60Kg) 2 個 

12. 水桶 1 個 

拉離針筒 , 更具演示效果。研究小組找到 

工業用 300c.c. 點膠針筒 , 其筒身截面積約 

為 20cm 2 , 製做成千斤掛 , 期待能成為中 

小學教師進行「大氣壓力」單元教學的法 

寶。 

圖 1: 工業用點膠針筒 

74


大靜摩擦力約為 10 公斤重 , 因此 , 一隻 

「千斤掛」可以支撐約 30 公斤重的重物。 

你猜對了嗎 ? 

兩隻「千斤掛」並聯後的最大靜摩擦 

圖 2: 自製木板架 

步驟 

自製教具 -「千斤掛」 

力約為 20 公斤重 , 每隻「千斤掛」理論上 

可支撐 19 公斤重的重物 , 實際實驗發現兩 

隻並聯的「千斤掛」可以支撐 57 1 公斤 

重的重物。你猜對了嗎 ? 

1. 將工業用點膠針筒的活塞裝上推柄 , 

並將推柄末端鑽孔 , 即為「千斤掛」。 

2. 用推柄將點膠針筒的活塞推至出液 

孔。 

3. 用三通開關將點膠針筒的出液孔封 

閉 , 使點膠針筒內部幾乎沒有空氣 , 

外界空氣無法進入點膠針筒內部。 

4. 推柄末端裝上組合扣、S 勾。 

5. S 勾勾住水桶。 

6. 放置重物到水桶內 , 可先請學生猜猜 

一隻「千斤掛」可以支撐多少公斤重 

的重物。( 裝置參見圖 3。) 

7. 將兩隻「千斤掛」放入自製木板架中 , 

將它們並聯。 

圖 3: 掛上水桶 , 承裝重物。 

8. 用童軍繩從並聯後的兩隻「千斤掛」 

下端穿出後 , 綁住板凳。請學生猜猜 

兩隻「千斤掛」可以支撐多少公斤重 

的人。( 裝置如圖 4。) 

原理 

假設點膠針筒內部完全沒有空氣 , 外 

界為一大氣壓。已知點膠針筒筒身截面積 

約為 20cm 2 , 則可支撐 20 公斤重的重物 ; 

然而 , 點膠針筒的活塞和其筒身之間的最 

75 

圖 4: 雙筒千斤掛能承重 52 公斤重。


「千斤掛」向上提升重物 

步驟 

1. 用推柄將點膠針筒的活塞從出液孔拉 

開 , 不脫離筒身。 

2. 用三通開關將出液孔封閉 , 使外界空 

壓力帶動活塞往上運動 , 直到內外壓力平 

衡。因此 , 實際實驗發現 : 一隻「千斤掛」 

最多可將 9 1 公斤重的重物往上提升 ; 兩 

隻並聯的「千斤掛」最多可將 19 1 公斤 

重的重物往上提升。( 如圖 3、圖 5。) 

氣和點膠針筒內部空氣無法相互流 

通。 

3. 推柄末端裝上組合扣、S 勾 ,S 勾勾 

住水桶。 

4. 用抽氣裝置將「千斤掛」內部空氣抽 

出 , 觀察現象。 

5. 放置重物到水桶內 , 請學生猜猜一隻 

「千斤掛」可以將多少公斤重的重物 

往上提升 , 若將兩隻「千斤掛」並聯 

又會是多少。( 裝置如圖 3、圖 5。) 

原理 

假設原先點膠針筒內部和外界均為一 

大氣壓。已知點膠針筒筒身截面積約為 

20cm 2 , 一隻點膠針筒的活塞和其筒身之 

間的最大靜摩擦力約為 10 公斤重。當抽氣 

裝置將「千斤掛」內部空氣抽出 , 則「千 

斤掛」內部的氣壓變小 , 外界仍為一大氣 

壓 , 活塞內外的壓力不一致 , 外界的大氣 

圖 5: 兩隻並聯的「千斤掛」將 21 公斤重 

的書本往上提升。 

誌謝 

本研究承蒙國家科學委員會之研究計 

劃經費補助 , 本研究小組的投入與付出 , 

特此致謝。 

參考文獻 

周建和 (2003)。動手 . 做 . 科學大師 — 幫伽 

利略設計真空力實驗。2003 物理教學及示 

範研討會論文集。海軍官校。 

76


C3-3 計算機在數值模擬與儀器控制之教學應用成效 

計算機在數值模擬與儀器控制之教學應用成效 

1 

蘇炯武 

國立嘉義大學電子物理系 

聯絡人 E-mail:cwsu@mail.ncyu.edu.tw 

摘要 

儀器之控制與數據擷取方法為各大學近年來實驗教學極力發展之首要 , 大學物理實驗 

教學中之結果經常必須以計算機來進行數據分析與理論模擬吻合性 , 本文基於近期講授 

計算機在物理之應用課程 , 提出部份個人之教學經驗及分享。本文分作兩個部份 , 第一 

部份著重在自由軟體之執行成效 , 使用 Maxima 作為程式學習之基礎。第二部份著重在 

教導儀器控制程式之邏輯基礎 , 由於學習時牽涉商業軟體之版權 , 執行方法為利用每本 

教科書所附贈光碟片上之試用版軟體搭配資訊教室還原電腦之設置 , 讓每一位學生可於 

每節上課前以個人單機自由安裝使用 , 在教學上十分便利。 

1 

C3-4 雲霄飛車能量轉換之研究 

雲霄飛車能量轉換之研究 

蔡政男 

1 

1 

謝政廷何尉仲 

正修科技大學電子系 

1 

聯絡人 E-mail:chenan@csu.edu.tw 

摘要 

運動學是物理力學的基礎。而拋體是運動學的平面運動。我們藉由研究雲霄飛車運 

動 , 探討機械能守恆與能量守恆之關係。 

我們成功分析雲霄飛車運動過程中 , 有摩擦能之消耗 , 由研究可知摩擦力消耗之能量 

達到 0.3% 至 21% 左右。由實驗結果可知要達到完全無摩擦力之機械能是不可能的。 

因儀器精準度之限制 , 無法成功求出拋體初速 , 我們成功利用球體軌跡與運動影片合 

成 , 進而求出拋體運動初速與角度 , 並進而驗證拋體之軌跡方程式。克服儀器的限制。 

關鍵詞 : 雲霄飛車、拋體、機械能守恆、能量守恆、摩擦能 

77


C3-5 黎開管之熱致發聲的震撼演示與其對航太及能源工業探討的重要影響 

黎開管之熱致發聲的震撼演示與其對航太及能源工業探討 

的重要影響 

邱昶幃李芳瑜王國至戴明鳳 

1 


聯絡人 E-mail:kevinkid.tw@gmail.com 

摘要 

具震撼且有趣的熱致發聲 (Thermoacoustics) 與黎開管 (Rijke tube) 物理現象早在 18 世 

紀就由玻璃工人發現 ,19 世紀也有 Lord Rayleigh 根據駐波共振模型提出了扼要的定性 

解釋 , 但之後近兩百年此議題並沒有引起科學家的興趣 , 及做更深入的探討 , 也因此使 

得科教或科普界鮮少探討和演示此具震撼之「熱」與「聲」結合的物理演示。 

20 世紀航太和能源工業的高度發展 , 使得煙囪內、燃燒腔體、航太噴射系統中的燃 

燒管或排氣管中 , 因溫度高度不均勻的分佈導致腔體內的壓力差 , 造成氣流快速流動 , 

進而在管內 / 腔體中發生顯著的共振駐波 , 甚而使腔體產生明顯的震動。但工業界常需要 

燃燒氣體和排放廢氣 , 或航運界大型輪船與飛機需燃燒化石燃料以產生動力推動引擎 , 

其排放廢氣之腔 / 管體的共振駐波及腔體晃動 , 將導致腔體的使用壽命大幅衰減 , 甚至造 

成嚴重損傷。因此 , 熱致發聲的研究近年來在學術界和工業界上受到廣泛的重視。 

如圖 1 所示 , 我們實驗室簡單地以氣體噴槍加熱置於足夠長之鋁管或 Pyrex 管內的 

鐵網數秒鐘後 , 移去噴槍加熱器 , 並使管子垂立於半空中 , 經短暫時間後即產生可持續 

十多秒以上的巨大聲響 , 此即所謂的黎開管熱致發聲演示實驗。在科普教學上 , 此實驗 

所需器材取得容易、成本低廉、操作簡易、又與工業及科技應用有密切關連性 , 但卻具 

相當震撼效果的演示實驗 , 總能受到觀眾極大的迴響和共鳴。在親眼見識、耳聞及感受 

到此效應後 , 必可使學習者對熱致發聲及其所衍伸的熱致共振的物理原理與在工業上的 

應用能有深刻的體驗和理解。本報告將詳細介紹本實驗原理、操作方式、各種實驗變因 

與其在科學與工業上的應用價值與展望。 

圖 1 黎開管之熱致發聲演示實驗器材和操作情形。 

78


C3-6 概念構圖法輔助大學普通物理教學心得 

概念構圖法輔助大學普通物理教學心得 

12 

呂維理 

1 

楊天行 

海軍軍官學校應用科學系 


摘要 

概念構圖 (Concept Mapping) 被認為是有意義的學習方法之一。學習者利用概念構圖 

法 , 透過學科裡重要概念的掌握以及概念與概念間的關連性 , 以有系統、有組織的方式 

掌握該學科的知識架構 , 並進一步能夠促成學科知識的應用。概念構圖法除了可以將學 

科的內容與以層級及關聯架構化外 , 也可以作為該學科學習的評量工具 , 甚至可以作為 

腦力激盪與創新發現之用。 

本教學研究目的 , 擬以概念構圖法作為大一學生學習普通物理知輔助教學工具 , 希 

望使學生自行製作概念圖以及參考老師製作的概念圖 , 進一步能夠有效掌握重要物理概 

念的定義以及各物理定律、方程式之間的階層性與關連性 , 從而達成以更有效、更有意 

義的方式學習物理知識。 

教學活動實施方式 , 先請同學進行課前預習報告 , 內容包括章節的重要名詞、定義、 

概念、定律、方程式的文字及方程式整理 , 並先畫出一張學生版本的概念圖。課堂教學 

時 , 老師會先畫出一張教師版本的概念圖 , 並詳細說明概念與概念的關連性 , 然後再以 

投影片方式 , 實施該章節的細部教學活動。 

經過一年的教學活動後 , 以自行設計的封閉式以及開放式問卷 , 了解學生對於此項 

教學實施的回應。初步發現此項教學活動 , 有助於學生對於物理知識的結構性、整體性 

以及關聯性掌握 , 也可以幫助學生對於物理知識的記憶與運用。 

2 

79


創新物理教育 D2 場 

D2-1 博物館展品微小化 

博物館展品微小化 

林宣安 

1 

1 

台中市立長億高中 

聯絡人 E-mail:l0930984547@yahoo.com.tw 

摘要 

台灣目前位於北中南三間自然科學相關的博物館 ( 台北科教館、台中科博館、高 

雄科工館 ), 幾乎是每個自然科老師必定去朝聖的重要場域 , 除了充實本質學能之外 , 

更重要的就是搜集教學資源 , 但博物館的展品主要以現場操作為主 , 因此體積與造價 

都頗具規模 , 除非直接帶學生到現場進行教學 , 否則老師要能夠將這些展品應用在課 

堂教學 , 還是需要許多轉化。因此筆者開始有將博物館的展品微小化的計畫 , 希望可 

以透過一些改良與材料的精簡 , 期望可以讓這些展品進入到一般教室 , 甚至讓學生可 

以人手一套。 

目前已微小化的展品有 : 

1. 龍捲風模型 ( 台中科博館 ) 

2. 吉他弦波動現形 ( 台中科博館 ) 

3. 白努利吸盤 ( 台中科博館 ) 

4. 角動量守恆 ( 台中科博館 ) 

5. 克拉尼圖形 ( 台北科教館 ) 

6. 機翼的形狀 ( 台北科教館 ) 

7. 光的三原色 ( 台北科教館 ) 

1. 龍捲風模型 

2. 吉他弦波動現形 3. 白努利吸盤 4. 角動量守恆 

5. 克拉尼圖形 6. 機翼的形狀 7. 光的三原色 

關鍵詞 : 博物館、微型實驗、自製教具 

80


D2-2 因應 12 年國教高一基礎物理教學的建議 

因應 12 年國教高一基礎物理教學的建議 

1 

張仁壽 

國立基隆女子高級中學 

1 

聯絡人 E-mail:manbeast@klgsh.kl.edu.tw 

摘要 

近年來 , 本校因入學方式的改變 , 班內學生的學習能力落差漸大 , 教師在課程進 

度壓力下無法顧及學習落後的學生 , 導致其學習成就低落。在教師社群的討論下 , 利 

用學習單引導教學 , 成為可以解決現狀的教學方式。12 年國教實施在即 , 因應就近入 

學等理念 , 可預見將使班內學生的學習能力落差更為加大。在此提出以本校學生為對 

象 ( 入學 PR 值範圍 40 - 90), 修正後的學習單引導教學模式 ( 尚未經具體實証 ) 供 

大家參考 , 來因應未來新生高一基礎物理的教學。 

關鍵詞 : 教師社群、學習單、12 年國教、教學模式 

前言 

的引導。 

12 年國教實施在即 , 因應就近入學等安置性評量以國中基測高通過率試題 

理念 , 可預見班內學生的學習能力落差更為主 , 可檢驗學生學習起點的準備度。形 

為加大。如何實施原班級學習輔導的有效成性 ( 或診斷性 ) 評量以高中學測高通過率 

教學 , 及時在每一作單元內 ( 困難概念 ) 作試題為主 , 可監督學生教學進展 , 偵測學 

診斷與補救 , 將成為未來教學的重點。習錯誤。以 PISA 評量閱讀素養的特徵 ( 文 

近幾年來 , 本校因入學方式的改變 , 本、歷程和情境 ) 來提升對科學的認識。 

班內學生的學習能力落差大 ( 入學 PR 值 

範圍 40 - 90), 教師在課程進度壓力下無 

法顧及學習落後的學生 , 導致其學習成就 

低落。在教師社群的討論下 , 利用學習單 

引導教學 , 成為可以解決現狀的教學方式。 

因應 12 年國教 , 在此提出以本校學 

生為對象 , 修正後的學習單引導教學模式圖 1 學習單引導教學模式設計流程示意圖 

供大家參考 , 以因應未來新生高一基礎物 

理的教學。 

學習單設計 

本文以基礎物理第一章序論與基本 

學習單引導教學模式 

測量 , 第二節物理量的單位為內容 , 依據 

配合教學目標 , 每一堂課的設計流程上述模式與流程來設計本節課程的學習 

( 如圖 1 所示 ): 前十分鐘施以安置性評量單 , 供大家教學參考。 

作為學習的起點 , 三十分鐘引導式閱讀講 ------------------------------------------------- 

解文本內容 , 再施以形成性 ( 或診斷性 ) 評【學習單】 

量 , 課後輔助增加深度的延伸閱讀 , 讓班基隆女中 100 學年度第二學期 

級內的高成就高意願學習群 , 能得到適度高一基礎物理學習單 : 

81


第一章序論與基本測量 

第二節物理量的單位 

安置性評量 

▋ 小真將某液體分次倒入量筒中 , 再利用 

天平依次測量液體和量筒的總質量 , 並分 

別記錄量筒中液體的體積 , 其實驗數據圖 

所示。下列關於此液體密度的敘述何者正 

確 ?(94-1 基測 ) 

(A) 液體的體積愈大 , 密度愈低 

(B) 液體的體積愈大 , 密度愈高 

(C) 體積 20 cm3 時計算密度為 1.0 g/cm 3 

(D) 體積 50 cm3 時計算密度為 1.2 g/cm 3 

可能造假摻了「銀」在裡面 , 但是又不能 

把王冠毀壞來鑑定。要怎樣才能檢驗王冠 

是不是純金的呢 ? 阿基米德想了好久 , 一 

直沒有好方法。有一天 , 他在洗澡的時候 

發現 , 當他坐在浴盆裡時水位上升了 , 這 

使得他想到了 :「只要拿與王冠等重量的金 

子 , 放到水裡 , 測出它的體積 , 看看它的 

體積是否與王冠的體積相同 , 如果王冠體 

積更大 , 這就表示其中造了假 , 摻了銀。」 

▋ 如圖所示 , 一懸吊之金屬球緩慢 

浸沒於大燒杯的水中 , 沉到底部 , 則 

溢出後流入小燒杯中的水和此金屬球的關 

係為何 ? ( 細繩之效果不計 ) 

(A) 兩者體積不相等 , 重量也不相等 

(B) 兩者體積相等 , 但小燒杯中的水較 

重 

(C) 兩者體積相等 , 但小燒杯中的水 

較輕 

(D) 兩者重量相等 , 但小燒杯中的水 

體積較大 

(E) 兩者重量相等 , 但小燒杯中的水 

體積較小 

(90 學測 ) 

▋ 已知 1 光年為以光速行進 1 年的距離 , 

且光速為 3 × 10 5 公里 / 秒 , 若阿信觀察 

到一顆距離地球 10 光年的恆星 , 則下列何 

者為最合理的推論 ?(99-1 基測 ) 

(A) 此恆星可能是天王星 

(B) 此恆星的半徑約為 10 光年 

(C) 阿信觀察到的是此恆星 10 年前發出的 

光 

(D) 此恆星距離地球 10×365×3×10 5 公里 

引導式閱讀講解文本內容 

阿基米德的故事 : 混合密度 

國王請金匠用純金打造了一頂純金王 

冠 , 做好了以後 , 國王懷疑金匠不老實 , 

▋ 由重量百分比 90% 的金與 10% 的 

銀打造而成的皇冠 , 重量為 500 公克。 

將它全部浸入水中時 , 可排開水的 

體積為多少立方公分 ? 

(A)17.6 (B)22.6 (C)28.1 (D)30.0 

(96 學測 ) 

82


光年 : 天體距離的單位 

「天狼星距離我們是 8.7 光年」, 光年 

到底是什麼呢 ? 光年是天文上用來表示 

「距離」的單位。天文上不用公里來表示 

距離 , 主要是因為在宇宙中 , 天體和天體 

之間的距離都太遙遠了。從地球到月球 , 

就大約有三十八萬公里 ; 地球到太陽 , 那 

就多達一億四千九百六十萬公里。所以 , 

我們必須有更大的單位來計算天文上的距 

離。 

為什麼用「光年」呢 ? 在宇宙間 , 光 

的速度最快的 , 每秒鐘差不多可以跑三十 

萬公里 , 光年就是光連續跑一年的距離。 

計算如下 : 

1 光年 = 300000 公里 ∕ 秒 × 60 秒 ∕ 分 

× 60 分 ∕ 小時 × 24 小時 ∕ 天 × 365 天 ∕ 

年 , 光一年可以跑大約 [ 九兆四千六百億 ] 

公里。 

▋ 光走一年的距離為 9.46 × 10 12 公里 , 天 

狼星距地球約 8.7 光年 , 由此可知光從天 

狼星到地球需時多少年 ?(91-2 基測 ) 

(A) 8.7 

(B) 8.7 ×(9.46 × 10 12 ) 

(C) 8.7/(9.46 × 10 12 ) 

(D)(9.46 × 10 12 )/8.7 

形成性 ( 或診斷性 ) 評量 

▋ 在熔製玻璃的過程中 , 其內部有時會混 

入一些小氣泡 , 今測得某種玻璃成品的密 

度為 2.3 公克 / 公分 

3 。已知該種玻璃不含 

氣泡時的密度為 2.5 公克 / 公分 

3 , 試計算 

該玻璃成品內所含的氣泡體積 , 佔全部體 

積的百分比值為多少 ? 

(A)4.0% (B)5.0% (C)6.0% (D)7.0% 

(E)8.0%。(94 學測 ) 

▋ 請閱讀下列敘述後 , 回答問題 

科學家定義「地球到太陽的平均 

距離」為「1 天文單位」, 並用此單位 

來表示太陽系中各天體之間的距離。 

例如 , 木星與太陽的平均距離約為 5 

天文單位 ; 土星與太陽的平均距離約 

為 9.5 天文單位。當彗星運行到太陽 

附近 , 尤其與太陽的距離小於 1.5 天 

文單位時 , 有些彗星會發展出很明顯 

的掃帚狀長尾巴 , 稱為「彗尾」。 

判斷下列各行星與太陽的平均距離 , 何者 

最合理 ?(99-1 基測 ) 

(A) 水星約 0.4 天文單位 

(B) 火星約 0.7 天文單位 

(C) 金星約 1.5 天文單位 

(D) 海王星約 8 天文單位 

延伸閱讀 1: 土壤液化 

重物可能伴隨地震而沉陷地裡 , 如果 

搖動造成地面液化 , 即土壤顆粒之間在彼 

此滑動經過時 , 會受到小量的摩擦力。此 

時地面實質上會變成流沙。砂土 

地面液化的潛在可能性可用地表樣本的孔 

隙比 e 加以預測 , 其中【e = 顆粒之間 ( 孔 

隙 ) 的總體積 / 樣本內砂土顆粒的總體 

積】。如果 e 超過臨界值 0.80 則液化將隨 

著地震發生。試問此時相對應的砂土密度 

為何 ? 二氧化矽 ( 砂的主要成份 ) 固體的密 

度為 2.600 x 10 3 kg/m 3 

延伸閱讀 2: 秒差距 

秒差距是一種最古老的 , 同時也是最 

標準的測量恆星距離的方法。它是建立在 

三角視差的基礎上的。從地球公轉軌道的 

平均半徑 ( 一個天文單位 ) 為底邊所對應 

的三角形內角稱為視差。當這個角的大小 

為 1 角秒時 , 這個三角形 ( 由於 1 角秒所 

對應的兩條邊的長度差異完全可以忽 

略 , 因此 , 這個三角形可以想像成直角三 

角形 , 也可以想像成等腰三角形 ) 的一條 

83


邊的長度即地球到這個恆星的距離 , 就稱 

為 1 秒差距。 

致謝 

本文承國立基隆女中「100 物理教學社群」 

討論 , 經廖淑芬、黃小芬、賴美娟、鄒軒 

辰等老師大力斧正在此一並致謝。 

參考文獻 

1. 楊宗哲主編。普通高中基礎物理 ( 一 ), 全華出 

版。pp.13-19 

2. David Halliday , Robert Resnick , Jearl 

Walker。物理 ( 上 ) 第八版 , 全華出版。pp.10-11 

3. 學測試題來自大學入學考試中心。[ 網址 

http://www.ceec.edu.tw/AbilityExam/AbilityExamP 

aper.htm] 

試問 :1pc = AU = 光年。 

------------------------------------------------- 

以上改寫 99 課綱第一次教學的學習 

單 , 希望能更貼進教學現場的差異 , 經由 

差異化教學引導能夠讓學生更有效學習。 

4. 基測試題來自基本學力測驗推動工作 

委員會。[ 網址 

http://www.bctest.ntnu.edu.tw/] 

84


D2-3 科學模型本位探究教學增進科學解釋能力之課程設計 

科學模型本位探究教學增進科學解釋能力之課程設計 

謝甫宜 

1 

1 

宋欣蓉 

高雄市立陽明國中 

2 

國立高雄師範大學科學教育研究所碩士班 

1 

聯絡人 E-mail:lkksfe@ms47.hinet.net 

2 

2 

聯絡人 E-mail:good650416@yahoo.com.tw 

摘要 

本研究旨在發展「科學模型本位探究教學」藉以增進學生科學解釋能力 , 以教科書 

中「熱與溫度」單元設計科學探究課程。研究樣本為兩班各 28 位八年級學生作為實 

驗組與對照組 , 分別以科學模型本位的探究教學與教科書本位的教學。本研究自行編 

製「科學解釋測驗題本」對於兩組學生進行前後測 , 並採用共變數分析 (ANOVA)。研 

究結果發現 , 實驗組在指出因果關係、科學推理能力、使用證據能力、對於科學解釋 

的評價等四項科學解釋能力的成份 , 皆優於對照組並具有高度實驗效果量 , 顯示科學 

模型為本位的探究教學增進學生科學解釋能力 , 優於以教科書本位的教學方式。本研 

究根據研究結果主張 , 發展適切的科學模型探究教學 , 有助於學生學習與運用概念 , 

並以概念的理解進行科學解釋 , 亦對於未來探討科學模型本位探究教學如何增進學生 

科學解釋能力之機制的研究提出建議。 

關鍵詞 : 科學模型、科學模型本位探究教學、科學解釋能力、建模 

壹、緒論 

一、研究動機 

科學解釋之核心能力包括指出因果關 

係、推理能力、與使用證據能力 ( 謝州恩與 

吳心楷 ,1995)。而過去的文獻中 , 較多以 

指導學生如何理解與建立模型 , 反而較缺 

乏如何應用建模的歷程進行解題的研究。 

但是 , 模型的主要功能除了對自然現象提 

出解釋與預測 , 科學模型需為一種應用於 

問題解決之工具 (Schwarz, Reiser, Davis, 

Kenyon, Acher, Fortus, Swartz, Hug & 

Krajcik, 2009), 研究者認為讓學生學習如 

何建模之外 , 更應提供他們應用他們所建 

立的科學模型進行解釋、預測與應用。 

此外 , 建模的歷程必須藉由科學探究 

尋得自然現象中主要的變因以及變因之間 

的關係 , 因此 , 培養探究能力對於學生的 

建模有著重要的影響 ; 而學生所建構的模 

型也必須以科學概念或科學原理為基礎 , 

從科學史中了解到科學家也透過科學建模 

的歷程理解科學概念。所以 , 研究者也認 

為建模的教學應包括指導學生進行科學探 

85 

究與概念引介等成分。 

Schwarz 等人 (2009) 提供的建模教學 

順序課程涉及以下教學歷程 , 包括 : 定錨 

於自然現象建構初始模型實際地 

測試模型評估模型測試模型反駁 

其他想法修正模型使用模型進行 

預測或解釋 , 這些建模的教學歷程除了較 

其他文獻所述的教學歷程完整外 , 也較為 

符合本研究想要讓學生達成的學習目標。 

綜合上述觀點 , 建模為本的探究教學 

能培養學生透過建模的學習途徑 , 產生概 

念改變、建構與理解概念和理論、瞭解與 

賞識知識的產出和應用、判斷知識的合理 

性、以及能運用知識培養學生的探究能力 

等優點。故本文旨在探討建模為本的探究 

教學 , 促進學生對於科學模型的改變之學 

習途徑 , 有助於研究者日後運用建模為本 

的探究教學培養學生建模的能力 , 並促進 

學生對模型之功能的理解 , 以及運用建模 

歷程做為一種解釋、預測與問題解決的思 

考工具。 

研究者曾以「喝水鳥」科學教具進行 

教學 , 探討學童對喝水鳥建模歷程保留的


概念 , 包括仍存在的迷思概念與正確科學 

概念、遺失的概念 , 以及他們是否產生新 

的迷思概念。然而 , 喝水鳥建模歷程涉及 

許多科學原理 , 包括學童在國小階段即學 

習過的科學概念 , 包括 : 槓桿原理、水蒸 

發時帶走熱量的吸熱反應、熱量是從溫度 

高的地方向溫度底的地方傳遞、與熱脹冷 

縮原理等較為簡易的科學概念。因為喝水 

鳥模型總是輕易的就吸引了學童的注意 , 

且容易引發學童主動學習的動機。但是 , 

研究者從演示喝水鳥的教學中發現 , 喝水 

鳥模型涉及的科學概念對中小的學生甚為 

複雜與難懂 , 所以其建模歷程必須以探究 

教學引導學生對於科學概念的理解 , 以及 

增進學生的科學解釋能力。 

二、研究目的與研究問題 

本研究旨在探索「科學模型本位的探 

究教學」, 對於增進學生科學解釋之能力是 

否具有較佳的學習成效 , 而科學解釋能力 

包括指出因果關係能力、科學推理能力、 

與使用證據能力、以及評價科學解釋的能 

力等。因此 , 本研究採取科學模型本位探 

究教學與教科書為本位的教學 , 分別對於 

實驗組與對照組進行教學處理 , 藉以了解 

兩組學生在科學解釋能力是否達顯著差 

異。本研究之研究問題羅列如下 : 

1. 實驗處理後 , 兩組學生指出因果關 

係能力之差異是否達顯著水準 ? 

2. 實驗處理後 , 兩組學生科學推理能 

力之差異是否達顯著水準 ? 

3. 實驗處理後 , 兩組學生使用證據能 

力之差異是否達顯著水準 ? 

4. 實驗處理後 , 兩組學生評價科學解 

釋能力之差異是否達顯著水準 ? 

5. 綜合上述第 1 至 4 點的研究問題 , 

「科學模型的探究教學」對於實驗 

組學生的科學解釋能力之主要影響 

為何 ? 

貳、文獻探討 

本研究旨在探討學生建模與應用建模 

之能力 , 發展建模為本位的探究教學課 

程。文獻探討包括科學模型與建模的本質 

和教學功能、探究教學對於學生建模的影 

86 

響、以及建模為本的探究教學對於學生科 

學概念之影響與相關研究等三部份。 

一、科學模型與建模的本質和教學 

功能 

( 一 ) 科學模型與建模的意涵和本質 

科學家最重要目標就是理解自然現象 

如何運作的機制 ? 而這個理解通常是透過 

把種種自然現象轉化為模型而完成 , 但是 

自然現象通常是複雜、隱晦、變因眾多 , 

應如何將自然現象轉換成簡易的科學模型 

呢 ? 而科學教學的過程又如何教導學生進 

行這種將自然現象轉換成科學模型 , 以增 

進學生理解模型與學習科學家如何建構科 

學模型呢 ? 

Hacking (1983) 指出 , 科學家以理論 

表徵世界 , 以實驗參與世界。模型的建立 

使科學家建構出實驗技術 , 進而瞭解複雜 

抽象的大自然現象。Lee (1999) 主張 , 大 

自然的現象通常是多變因、複雜、難解釋 , 

模型所表徵的自然現象都是較為簡化以方 

便我們進行探究。例如 , 伽俐略建立「擺」 

的模型 , 並未計算擺繩的質量、擺長粗細、 

擺角與擺幅 , 他將擺錘視為質點 , 方能將 

複雜的單擺運動簡化處理 , 成為容易進行 

探究的科學模型。所以 , 模型具有簡化、 

理想化的本質 , 只用了其所要表徵的現象 

最明顯的特點 , 忽略其他次要的變因。封 

中興與洪振方 (2011) 研究指出 , 科學模型 

具有理想化、多元性、暫時性的本質。 

科學家研究自然現象如何運作而提出 

模型可從科學史中找到許多例證 , 例如 , 

洪振方 (2000) 曾指出 , 物理運動學領域 

中 , 伽俐略的研究中包括有自由落體運動 

模型、斜面運動模型、單擺的等時性模型 

等。邱美虹 (2007) 指出 , 模型 (model) 和 

建模 (modeling) 是科學發展的重要元 

素 , 也是科學學習中不可缺少的認知與能 

力。模型被視為是某個想法、物體、事件、 

過程或現象的表徵 (Gilbert & Boulter, 

2000)。文獻指出模型是一種對真實世界的 

抽象描述 , 模型亦為科學家對複雜自然現 

象所提出合理而簡化的形式 (Acher, Arca, 

& Sanmarti, 2007; Develaki, 2007; Magnani, 

2004)。 

綜合上述學者們的觀點 , 將模型視為


一種為理解自然現象所形成的表徵。 

( 二 ) 科學模型與建模的教學功能 

Gilbert (1991) 主張 , 科學就是建模的 

歷程 , 而科學學習則為學習建模的歷程 , 

建模的教學歷程即教導學生學習科學概念 

與建構科學模型。Clement (2008) 也指出 , 

科學即建模的事業 , 理解建模與模型的意 

義、本質與結構甚為重要。 

Justi 與 Driel (2005) 指出 , 科學模型 

與建模對於科學教育的重要性主要基於三 

項學習的觀點 , 首先為「學習科學」, 學 

生應瞭解主要的科學與歷史模型 , 以及這 

些模型的範圍與限制 ; 第二點為「學習動 

手做科學」(doing science), 應提供學生機 

會進行建構、表達和測試他們的模型 ; 第 

三點為「學習科學本質」, 學生應學習和 

認識模型的本質與角色 , 以及科學探究之 

產物即模型的建構與傳播。根據上述觀 

點 , 科學模型與建模具有學習科學概念、 

學習動手做科學、學習科學本質等教學功 

能。 

雖然 ,Kipnis (1998) 以及 Justi 與 

Gilbert (2003) 皆提出科學發展的歷史本 

身就提供許多與理論相關的模型 , 透過科 

學史中科學家所建構的模型教導科學理論 

是達成科學學習的有效策略。但是 , 在國 

中或國小的教學若介紹科學史中所建立的 

科學模型 , 可能僅讓學生覺知到科學模型 

的意義、演進歷程、科學概念、或科學本 

質的意涵 , 卻無法提供學生透過探究的歷 

程以建構與修正模型進行建模。 

二、科學模型探究教學對於學生科 

學概念理解的影響 

探究與建模皆為科學的基本面向 

(Jonassen, 2008; National Research Council 

【NRC】, 1996), 而 Gilbert (2004) 也指 

出 , 探究扮演著統整科學知識的重要角 

色 , 建模則以模型作為基本工具進行科學 

推理 , 建模歷程包括模型的建構、評斷、 

修正與表現 , 而這些歷程可具體展現於科 

學探究的過程中。因此 , 建模過程中必須 

透過探究活動 , 方能了解自然現象的重要 

變因以及變因之間的因果關係 , 

科學概念的學習與建構 , 必需具備探 

87 

討變因關係、產生解釋與提出證據支持主 

張等科學推理能力 (Kuhn, 2005; Lawson, 

2003)。Passmore(2002) 主張 , 設計科學 

課程提供學生有機會參與使用、修正、評 

估與課程內容相關的多種模型的建模歷 

程 , 將有助於學生對科學概念的理解。 

Lehrer 和 Schauble(2005) 也指出 , 兒童 

會建構事物的屬性與描述變化 , 對於結構 

與功能進行猜測 , 並且比較前後屬性改變 

的發展階段。Duschl 等人 (2007) 也主張 , 

科學概念的理解需要個人統整許多複雜形 

式的知識 , 包括對科學的想法、想法之間 

的關係、對於這些關係的推理、運用想法 

解釋與預測其他自然現象的方法以及應用 

概念到許多事物上。 

Kuhn (2005) 主張 , 科學思考即是「以 

新證據對於心智模型的協調」 

(Coordinating mental models with new 

evidence, p69.), 也是科學探究的核心 ; 她 

明確指出 , 學生必須在衝突的主張之間 , 

以證據為本作出適當的選擇。 Clement 

(2008) 主張 , 對學生的科學學習而言 , 

學生的心智模型會不斷地隨著新證據的出 

現而演化 , 科學思考亦可視為「以證據為 

本的心智模型演化歷程」。 

NRC (2000) 提到探究式教學模式具 

有共同的特徵 , 例如給學生一個問題 , 然 

後用動手做實驗來測試假設、形成解釋、 

再分析詮釋其收集資料以建立模式 , 新知 

識形成 , 最終是回顧及評量全部的學習過 

程。李松濤、林煥祥、洪振方 (2010) 提 

出 , 個案教師使用探究教學「問題 - 討論 - 

評量 - 探索」之教學模式 , 對於學生進行深 

度思考是有幫助的 , 而楊明坤、李建璋、 

林淑惠、林依柔 (2010) 也提出教師要具 

有探究學習的能力才能在探究教學活動中 

適時給學生回饋 , 以期學生主動探究知 

識。洪振方 (2010) 指出探究的各個階段都 

有主要相應的科學思考策略。強調透過探 

究教學 , 期望引導學生理解科學概念及達 

到更高層次的科學思考。表 1 思考導向的 

探究式學習中與探究有關的科學思考策略 

( 洪振方 ,2010) 

探究的各個階段 

提出科學問題 

主要相應的科學思考策略 

科學探究通常以問題開始 , 

比較異同或觀察不一致的結


形成研究假設 

設計實驗 

蒐集與分析資料 

科學解釋 

得出結論 

交流 

果 , 而提出科學問題。 

能被檢驗的科學問題之可能 

答案 , 說明操縱變因與應變 

變因之間的關係。 

設計探制實驗 , 一次只變一 

個變因 , 其餘變因均不變 , 

以確定假說是否正確。 

記錄每項變因數據繪成座標 

圖 , 橫軸是操縱變因且縱軸 

是應變變因 , 藉著操縱變因 

與應變變因的變化 , 而作出 

預測。 

使用科學概念解釋研究結果 

中的關聯性。 

作出結論時 , 是否資料分析 

結果能支持先前的假說。 

交流時 , 詳細說明研究程序 

和實驗步驟 , 使他人均可檢 

驗或質疑。 

三、科學模型的探究教學對於學生 

科學解釋之影響 

謝州恩與吳心楷 (1995) 指出 , 科學 

解釋之核心能力包括「指出因果關係」、 

「科學推理能力」、與「使用證據能力」, 

國小學童科學解釋能力不佳 , 而探究教學 

可以增進國小學童科學解釋能力之成長。 

其研究發現 , 學生科學解釋核心能力以指 

出因果關係成長最多 , 其次是運用推理能 

力 , 最後是使用證據能力 , 而且以學生解 

釋提出主張成長最快。 

根據上述觀點 ,「評價科學解釋的能 

力」涉及更高層次的後設思考 (Kuhn, 

2009), 此即學生在整體的科學解釋過程 

中 , 對於自己本身以及他人所提出的科學 

解釋 , 是否具有評價優劣的能力呢 ? 本研 

究主張 , 對於「評價科學解釋的能力」可 

提供教師理解學生 , 能否進一步判斷本身 

以及他人所提出的科學解釋之優劣的能 

力 , 故本研究將對於此向度進一步分析。 

張志康與邱美虹 (2009) 的研究結果 

亦指出 , 學生的建模能力偏低 , 並與在校 

理科分數、建模能力 , 與在校學業成績之 

間的相關性均達顯著水準 , 低分群學生的 

建模能力與在校理科分數之相關性亦達顯 

著水準。此研究主張 , 學生的建模能力與 

科學學習有關 , 了解學生的建模能力 , 將 

可設計有效的教學活動以促進學生的科學 

學習。 

Stewart, Cartier 與 Passmore (2005) 主 

張 , 建模為本的探究教學 (Model based 

Inquiries, 簡稱為 MBI) 可發展學生對於 

科學之理解 , 包括熟悉概念、理論與模型 , 

以及能賞識知識是如何被創造出來與判斷 

知識的合理性 , 並讓學生具有使用這些知 

識進行探究之能力。Coll (2005) 指出 , 培 

養學生的建模能力與對模型之理解在其科 

學學習中是非常重要的。Schwarz, Reiser, 

Davis, Kenyon, Acher, Fortus, Swartz, Hug 

與 Krajcik (2009) 即指出 , 必須將模型作 

為解釋與預測之具有生產力的工具 

(Models as generative tools for explaining 

and prediciting), 建模之目的即在於發展與 

測試學生的想法。 

Stewart, Passmore, Cartier, Rudolph 

與 Donovan (2005) , 以及 Windschitl, 

Thompson 與 Braaten (2007) 亦主張 , 建 

模為本的探究教學是一種新的科學方法與 

研究科學教學的新典範。Khan (2007) 以建 

模為本進行探究教學的研究中指出 , 透過 

師生之間的互動 , 對於學生之假說的產 

生、評鑑與修正形成一種教學循環的型態 

(cyclical pattern), 讓學生能夠參與探究和 

模型的建構與修正 , 學生也因此獲得過程 

技能與達成科學課程的學習目標。就學生 

在不同學科之學習上的差異而言 ,Clement 

(2008) 指出 , 生物常常從觀察多個案例 

的關係中 , 運用推理能力而非進行實驗 ; 

但是物理與化學則多由實驗、思維實驗或 

心智模擬來建立模型。 

Stewart 等人 (2005) 指出 , 建模為本 

的探究教學中 , 學生需要具體的表徵工具 

(concrete representational tools) 以便討論 

抽象的實體 (abstract entities)。 

建模為本的探究教學乃藉由學生的探 

究過程以獲得證據為主 , 學生在建構模型 

之後所達成的共識可能為誤或不符合科學 

模型 , 也可能不是建構在正確的科學概念 

的基礎上 , 必須以科學概念為本方能建構 

正確的科學模型。 

此外 , 通常學生無法從探究自然現象 

的經驗中 , 即自行提出正確無誤的科學概 

念 , 必須藉由教師引介與說明方能提供學 

生理解科學概念 (Lawson, 1995), 缺乏教 

88


師的概念引介這項重要的教學成分 , 欠缺 

教師明示科學概念的教學階段時 , 即使學 

生從探究中獲得自然現象的規律性或證據 

並達成共識 , 也無法以科學概念為本而建 

構出科學模型。因此 , 經上述的文獻探討 , 

以建模為本的探究教學成分中 , 除了應包 

括探究教學的重要階段 , 包括實驗設計、 

進行實驗、與收集和分析資料等指導學 

生 , 也必須適切地加入概念引介的成分方 

屬完整。 

叁、研究方法 

根據研究目的、研究問題與上述的文 

獻探討 , 本研究旨在探討科學模型的探究 

教學對於學生科學解釋能力的影響 , 本研 

究採用準實驗研究法 , 設計「喝水鳥」科 

學模型提供實驗組理解「熱與溫度」的科 

學概念與增進其科學解釋能力 , 並選擇一 

組採用教科書教學為主的對照組 , 藉以比 

較兩組學生在教學處理前後 , 其科學解釋 

所包括各項能力之差異是否達顯著水準。 

本研究以國小自然科學課本的內容 , 

經個案教師提供科學模型的探究教學活動 

中引導學生能增進科學解釋能力。研究者 

經蒐集量化與質性資料 , 如 : 科學解釋前 

後測、教室錄影、問卷、訪談、學生成品、 

學習單等 , 分為量化前、後測資料與質性 

的方法分析。 

一、研究對象與情境 

本研究之研究對象為高雄市區的某大 

型國民中學 , 全校班級數 81 班 , 創校 21 

年 , 活動空間較大 , 教學時不易受干擾。 

研究者即個案教師 , 曾任國中各年級自然 

科教師十年 , 對於科學探究教學、建模與 

科學模型相當熟稔 , 長期實作而研製許多 

實體的科學模型作為科學教學之教具。 

採用方便取樣 , 本研究以自然科學習 

成就相近的兩班八年級學生作為實驗組與 

對照組 , 兩班各有 28 位學生 , 每班男女 

生各 14 人 , 皆分成人數不等距的異質分 

組 ( 各 5 組 ), 每組男女生人數不均。 

二、活動設計 

本研究以科學模型探究教學與根據教 

科書為本的教學方式 , 分別對實驗組與對 

照組進行教學 , 科學模型探究教學主要採 

用引導式探究方式 (guided-inquiry) 進行 

教學模組課程設計。改編八年級上學期某 

版本之自然科教科書 , 研究範圍為 4 個子 

科學模型探究教學活動 , 以「熱與溫度」 

單元所涉及的科學概念為主 , 並要求學生 

儘量以科學證據為本進行科學解釋。茲將 

本研究之課程設計詳加說明如下 : 

( 一 )「喝水鳥」科學模型探究教學 

「喝水鳥科學模型」(drinking bird 

scientific model) 涉及許多科學概念 , 例如 

水的蒸發、蒸發造成溫度降低、相對溫度、 

熱的傳導等概念 , 如圖 1 所示 : 

吸水海綿包覆頭部 

導流管 

裝有乙醚的玻璃 

圖 1 喝水鳥模型 

承上所述 , 因「喝水鳥科學模型」涉 

及許多科學概念 , 故可再分解為各項子模 

型來進行探索與設計科學活動 , 如圖 2 所 

示。 

圖 2. 喝水鳥科學模型涉及的科學概念 

根據圖 2「喝水鳥科學模型的各項子 

模型」所涉及的科學概念與其相關的探究 

教學活動 , 分別敘述如下 : 

1. 蒸發與溫度變化 - 溫度計模型 

裝水高腳杯 

89


如圖 3「溫度計模型」所示 , 沾有水 

的濕棉花置於密閉的玻璃球型之愛情溫度 

計上頭 , 濕棉花因蒸發使得上頭溫度下 

降 , 使得內部液體上升 , 此實驗效果類似 

在愛情溫度計或溫度計底部加熱。 

此科學模型探究教學活動可提供學生 

類比為「喝水鳥科學模型」, 因喝水鳥之頭 

部吸水與蒸發 , 使得溫度因而下降之概念 

理解。 

降溫 

升溫 

2. 溫度對於體積變化的影響 - 氣球縮脹模 

型 ( 如圖 4 所示 ) 

「氣球縮脹模型」除了提供學生理解氣 

球中的氣體受熱膨脹 , 而遇冷則收縮 , 本 

研究更進一步讓學生預測「當氣球灌滿水 

時 , 是否同樣會受熱膨脹 , 而遇冷收縮 

呢 ?」此目的在於澄清「喝水鳥科學模型」 

的永動機制 , 主要是「密閉容器內的氣體 

比液體更易受溫度影響而產生體積的變 

化」之概念 , 以期學生統整「愛情溫度計 

與溫度計模型」而理解與應用上述概念。 

浸泡冷水 ( 冰塊 ) 

圖 3 溫度計模型 

圖 4 氣球縮脹模型 

濕 

棉 

花 

溫 

水 

浸泡熱水 

濕 

棉 

10 

90 

80 0 

70 ℃ 

60 

50 ℃ 

40 ℃ 

30 ℃ 

20 ℃ 

10 ℃ 

℃ 

℃ 

花 

10 

90 

80 0 

70 ℃ 

60 

50 ℃ 

40 ℃ 

30 ℃ 

20 ℃ 

10 ℃ 

℃ 

℃ 

90 

3. 溫壓定律 - 液氣增壓模型 ( 如圖 5 所示 ) 

「氣體受熱較液體更易膨脹」的原理 , 

雖然已於上述第 1 項「溫度計模型」與第 

2 項「氣球縮脹模型」中進行探究教學活 

動 , 提供學生有初步的概念理解 , 本研究 

再設計「液氣增壓模型」探究教學 , 進一 

步澄清學生上可能存有的迷思概念。 

如圖 5 所示 , 以兩只同一種底部鑽有 

小洞的寶特瓶 , 分別裝入不同水量時 , 將 

高溫的熱水淋於裝水較少、空氣含量多的 

寶特瓶 , 將比裝水較多、空氣含量少的寶 

特瓶噴水較遠 , 藉此科學模型的探究教 

學 , 再提供學生進一步澄清與應用第 1 項 

和第 2 項所習得的科學概念。 

圖 5 液氣增壓模型 

4. 槓桿原理 - 力矩模型 

「力矩模型」則旨在提供學生理解槓 

桿兩端等長時 , 其物重一端會傾斜 , 物輕 

一端會上升的概念。 

提供上述本研究所設計的四項科學模 

型 , 提供學生進行科學探究以理解其所屬 

科學概念 , 應有助於學生進一步理解「喝 

水鳥科學模型」的永動機制 , 並且學習這 

些「熱與溫度」的相關概念。 

( 二 ) 運用模型對於其他現象進行預測與解 

釋的挑戰問題 

Schwarz 等人 (2009) 主張 , 必須將 

模型視為一種解釋與預測現象之具有生產 

力的工具 , 強調建構模型的目的就是發展 

想法與測試想法。Stewart, Cartier, & 

Passmore(2005) 指出 , 在建模的課室中 , 

對於學生理解科學內涵就是他們能作出合 

理的主張 , 並期盼學生能設身處地思考他 

們自己的思考、反思的實務則涉及學生對


於模型之解釋、且能運用此模型引導其探 

究能力、以及理解與參與評價科學模型的 

能力。 

因此 , 在學生建構出正確的喝水鳥模 

型後 , 進一步了解學生能否將建模的歷程 

與習得的科學概念應用於解決新的問題 , 

再以「愛情溫度計」與「尿尿小童」兩項 

和「熱與溫度」相關的科學教具 , 作為檢 

視學生運用喝水鳥建模歷程對於新問題情 

境之科學解釋能力。 

三、資料蒐集 

本研究設計喝水鳥科學模型為本位 

的探究教學 , 採用在「溫度與熱」單元的 

教學期間 , 故本研究所自行編製之測驗題 

本 , 以「熱與溫度」單元涉及的科學概念 

為主 , 並包括能評量學生「指出因果關係 

能力」、「科學推理能力」、「使用證據 

能力」以及「評價科學解釋能力」。每一 

題皆包括能測驗學生上述四項能力之子 

題 , 全對給 5 分 , 漏答或部分錯誤 , 則該子 

題給 0 分。 

例如 , 題目 1. 試根據表 1, 回答下列 

各問題。 

表 1 水的加熱實驗 

變 

因 

實 

驗 

水量 

(CC) 

加入 

的色 

素 

加熱 

時間 

( 分鐘 ) 

初溫 

(℃) 

末溫 

(℃) 

1 100 紅色 10 20 40 

2 100 紅色 20 30 70 

3 100 綠色 10 30 50 

4 200 綠色 20 30 50 

1. 指出因果關係能力測驗 

請你從上述各實驗中 , 判斷加熱時 , 

加入水的色素之顏色是否影響水溫的變 

化 ? 答 : 。並請你寫出你的理由 : 

2. 科學推理能力測驗 

請你從上述各實驗中 , 判斷加熱時 , 

影響水溫變化的主要因素有哪些呢 ? 答 : 

3. 使用證據能力測驗 

請你從上述各實驗中 , 你根據哪幾個實 

驗來判斷「加熱時間愈長時 , 水溫變化愈 

大或愈小呢 ?」答 : 

91 

並請你寫出你判斷的理由 : 

4. 評價科學解釋之能力測驗 

假如媽媽急著煮開水 , 泡 150cc 的牛奶 

餵小寶寶。小華說 :「以較少而溫度較低 

的水來煮比較快 ! 因為水量愈少、溫度愈 

低 , 水溫上升較快。」 

請你評價小華說的方法與解釋是否合 

理呢 ? 答 : 。 

你認為合理或不合理的理由是什麼 ? 

答 : 

。 

四、資料分析 

根據各項資料的性質 , 發展了不同的 

分析方法來回答本研究的研究問題。「科 

學解釋能力前後測」的題目 , 分析各科學 

解釋能力的成長 , 並以質性方法分析 , 分 

成提出主張、使用證據、運用推理能力三 

項作分析 , 比較前、後測學生的成長。「問 

卷」的問題使用相同的質性方法分析。「教 

室錄影」的資料作為檢核與解釋量化資料 

的結果。 

另外 , 就本研究的設計有關信、效度 

的部分 : 前後測、問卷與訪談經其他非研 

究班級學生試測 , 進行修改 , 並委請一位 

資深的自然科教師作為本研究科學解釋前 

後測的專家效度。而質性資料邀請 4 位研 

究者 , 協助錄影資料編碼的信度分析。本 

研究根據不同來源的資料所得結果 , 再進 

行信度的三角校正。 

肆、研究結果與討論 

一、兩組學生指出因果關係能力之 

差異 

實驗組與對照組在實驗處理前後之指 

出因果關係測驗得分 , 經組內回歸係數同 

質性考驗後 ,F= 3.5,p= .07, 大於 .05, 

未達顯著水準 , 符合組內回歸係數同質性 

檢定。兩組調整前後平均數與標準差 , 如 

表 2 所示 :


表 2 指出因果關係測驗之調整前後平均數與 

標準差 

組別 

實驗 

組 

對照 

組 

學 

生 

數 

28 

28 

調整前 

的平均 

數 

調整前 

的標準 

差 

3.9 1.9 

3.0 2.0 

調整後 

的平均 

數 

調整後 

的標準 

差 

3.9 .12 

2.9 .12 

由表 2 得知 , 兩組在指出因果關係測驗得 

分中 , 調整後平均數為實驗組 (M= 3.9) 優 

於對照組 (M= 2.9), 共變數分析結果如表 

3 所示 : 

表 3 指出因果關係測驗之共變數分析摘要表 

變異來 

源 

SS df MS F Sig. Partial 

Eta 

Squared 

共變項 

( 前測 189.5 1 189.5 504.6 

分數 ) 

組間 

( 教學 13.3 1 13.3 35.5 .000 .4 

模式 ) 

誤差 19.9 53 .38 

*** 

p< .001 

由表 3 得知 ,F= 35.5,p= .000 小 

於 .001), 達顯著水準 , 效果量為 .4 大 

於 .14, 顯示在教學處理後 , 實驗組在指 

出因果關係測驗成績的表現 , 優於對照 

組 , 且具有「高度的效果量」。 

二、兩組學生科學推理能力之差異 

兩組學生在實驗處理前後之科學推理 

能力測驗得分 , 經組內回歸係數同質性考 

驗後 ,F= .88,p= .35 大於 .05, 未達顯著 

水準 , 符合組內回歸係數同質性檢定。兩 

組在科學推理能力測驗得分之調整前後的 

平均數與標準差 , 如表 4 所示 : 

表 4 科學推理能力之調整前後平均數與標準 

差 

組別 

實驗 

組 

對照 

組 

學 

生 

數 

調整前 

的平均 

數 

調整前 

的標準 

差 

調整後 

的平均 

數 

調整後 

的標準 

差 

28 127.1 12.6 127.2 1.9 

28 117.1 14.8 117.1 1.9 

表 4 顯示 , 兩組調整後平均數 , 實驗組 

(M= 127.2) 優於對照組 (M= 117.1)。共變數 

分析結果 , 如表 5 所示 : 

表 5 科學推理能力測驗得分之共變數分 

析摘要表 

變異來 

源 


Eta 

Squared 

共變項 

( 前測分 4569.1 1 4569.1 

數 ) 

組間 ( 教 

學模式 ) 

1405.9 1 1405.9 13.3 .001 .20 

誤差 5625.7 53 106.2 

* 

* p< .01 

由表 5 得知 ,F= 13.3,p= .001 大 

於 .01, 達顯著水準 , 效果量為 .20 大 

於 .14, 表示實驗組在科學推理能力的表 

現優於對照組 , 具有「高度的效果量」。 

三、兩組學生使用證據能力之差異 

兩組學生在實驗處理前後之使用證據 

能力測驗得分 , 經組內回歸係數同質性考 

驗後 ,F= 1.58,p= .21 大於 .05, 未達顯 

著水準 , 符合組內回歸係數同質性檢定。 

兩組調整前後平均數與標準差 , 如表 6 所 

示 : 

表 6 使用證據能力測驗之調整前後平均數與 

標準差 

組別 

實驗 

組 

對照 

組 

學 

生 

數 

28 

28 

調整前 

的平均 

數 

調整前 

的標準 

差 

調整後 

的平均 

數 

調整後 

的標準 

差 

6.8 2.9 6.7 .23 

5.0 2.9 5.1 .23 

表 6 顯示 , 調整後平均數為實驗組 

(M= 6.7) 大於對照組 (M= 5.1), 共變數分析 

結果如表 7 所示 : 

92


表 7 使用證據能力測驗之共變數分析摘 

要表 

變異 

來源 

共變 

項 ( 前 

測分 

數 ) 

組間 

( 教學 

模式 ) 


Eta 

Squared 

386.3 1 386.3 262.7 

36.7 1 36.7 24.9 .000 .32 

誤差 77.9 53 1.47 

***p< .001 

由表 7 得知 , 經過共變數分析後 ,F= 

24.9,p= .000 (< .05), 達顯著水準 , 效果 

量為 .32 大於 .14, 顯示實驗組在使用證 

據能力的表現優於對照組 , 具有高度效果 

量。 

四、兩組學生對於科學解釋的評價 

之差異 

兩組學生在實驗處理前後之「對於科 

學解釋的評價」測驗得分 , 經組內回歸係 

數同質性考驗 ,F= 2.1,p= .15 大於 .05, 

未達顯著水準 , 符合組內回歸係數同質性 

檢定。兩組對於科學解釋的評價之得分 , 

調整前後平均數與標準差如表 8 所示 : 

表 8 對於科學解釋的評價得分之調整前 

後平均數與標準差 

組別 

實驗 

組 

D1 

對照 

組 

D2 

學 

生 

數 

28 

28 

調整前 

的平均 

數 

調整前 

的標準 

差 

調整後 

的平均 

數 

調整後 

的標準 

差 

59.6 16.4 59.4 1.29 

52.5 13.1 52.7 1.29 

由表 8 顯示 , 調整後平均數為實驗組 

(M= 59.4) 大於對照組 (M= 52.7), 共變數 

分析結果如表 9 所示 : 

93 

表 9 對於科學解釋的評價之共變數分析 

摘要表 

變異來 

源 

共變項 

( 前測分 

數 ) 

組間 ( 教 

學模式 ) 


Eta 

Squared 

9475.2 1 9475.2 

615.9 1 615.9 13.2 .001 .20 

誤差 2470.5 53 46.6 

**p< .01 

由表 9 得知 ,F= 13.2,p= .001 小 

於 .01, 達顯著水準 , 效果量為 .200 大 

於 .14, 表示實驗組在科學解釋的評價之 

表現優於對照組 , 具有高度的效果量。 

五、探討科學模型本位探究教學對 

於學生科學解釋能力之影響 

綜合上述一至四點 , 實驗組學生在「指 

出因果關係」、「科學推理能力」、「使用證 

據能力」、「對於科學解釋的評價」等四個 

層面 , 皆優於對照組且達顯著水準 , 而上 

述四個層面皆為科學解釋能力的主要成 

分 , 因此 ,「科學模型為本位的探究教學」 

對於學生科學解釋能力 , 優於教科書為本 

位的教學成效。 

伍、結論與建議 

根據本研究結果與討論 , 實驗組學生 

在科學解釋能力優於對照組 , 且達顯著水 

準 , 並具有高度實驗效果量。本研究顯示 , 

科學模型為本位的探究教學增進學生科學 

解釋能力 , 優於以教科書本位的教學方 

式。因此 , 本研究根據研究結果提出以下 

科學教學與研究上的建議 : 

1. 科學教學增進學生科學解釋能力 : 提供 

學生適當的科學模型進行探究教學 , 將 

有助於提升學生的科學解釋能力 , 包括 

「指出因果關係」、「科學推理能力」、 

「使用證據能力」、「對於科學解釋的評 

價」等四個層面。本研究以教科書「熱 

與溫度單元」為例 , 設計與喝水鳥科學 

模型相關的各個子模型 , 提供學生對於 

這些子模型進行探究實驗 , 未來將可進 

一步發展其他各單元適切的科學模 

型 , 有助於學生建構與這些單元相關的


科學概念並提升其科學解釋能力。 

2. 探討科學模型為本位的探究教學增進 

學生科學解釋能力之機制 : 以本研究為 

例 , 可進一步探討喝水鳥相關的各子模 

型 , 對於學生學習科學概念以及學生對 

於探究科學模型的歷程 , 學生何時產生 

認知衝突、發生概念改變、何時讓學生 

重新建構或澄清概念、以及何時能適切 

地運用習得的科學概念進行適切的科 

學解釋。了解此機制將有助於教師與研 

究者進一步理解與發展適切的科學模 

型。 

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95


D2-4 單眼相機微距器材融入國中自然光學教學的設計 

單眼相機微距器材融入國中自然光學教學的設計 

林瑞文 

高雄市立左營國中 

聯絡人 E-mail: tyjh057@gmail.com 

摘要 

數位單眼相機所用的微距鏡動輒萬元起跳 , 所以有些新手會使用「窮人的微距鏡」-- 

近攝環與倒接鏡頭的方式達到近攝的目的 , 本文將此兩種近攝器材的原理以 5E 學習 

環的模式設計成教案 , 作為國中理化光學的補充教材 , 讓學生以課本所學的透鏡成像 

知識加以延伸思考 , 進而探究此兩種近攝器材的原理 , 教案設計藉由透鏡成像作圖引 

導學生思考應如何改變物距與像距 , 才能使微小物體在感光元件上形成較大的清晰成 

像 , 希望藉由本教材讓學生體會雖然相機鏡頭是複雜的鏡片組 , 但其成像原理仍能用 

單一透鏡的成像加以理解 , 故學習貴在深耕基礎。 

關鍵詞 : 國中光學教學、近攝、微距鏡 

壹、5E 學習環教學模式 

5E 學習環教學法 (5E learning cycle 

teaching strategies) 是富含建構主義精神的 

教學法 , 共分為「投入 (Engagement)→ 探索 

(Exploration)→ 解釋 (Explanation)→ 精緻化 

(Elaboration)→ 評鑑 (Evaluation)」等五階段 

教學流程。分述如下 ( 林曉雯 ,2001): 

1. 投入階段 ( 簡稱 E1) 的主要目的是引導 

學生投入 , 以學習課程中的主要概念 ; 激 

發學習興趣與好奇心 ; 並探知學生先存知 

識的瞭解情形與能力。 

2. 探索階段 ( 簡稱 E2) 的目的是提供機會 

讓學生調查、探討某一觀念 , 建立一般的 

經驗基礎 , 分享先存知識 ; 然後學生能基 

於先存知識與新的經驗 , 澄清並且提出解 

釋。教師促成此一過程需要專注問題、評 

量進展、仲裁差異意見、挑戰學生澄清他 

們的解說。探討的過程要求手到 , 也要求 

心到。 

3. 解釋階段 ( 簡稱 E3) 是要鼓勵學生基於 

先存知識與探討經驗做合理的解釋 , 協助 

學生組織 , 並且澄清說明 , 使其接近科學 

家的觀點 ; 從探討實驗中使用操作型定 

義 , 發展相關的科學字彙 , 提供經驗 , 加 

強學生對的知識的瞭解。 

4. 精緻化階段 ( 簡稱 E4) 的目的是讓學生將 

他們所領悟到的概念應用或轉移到不同的 

情境中 , 重點放在應用在學生的日常生活 

與事件上 , 可以將類似的過程和概念與其 

他科目互相連結。 

5. 評量階段 ( 簡稱 E5) 的主要目的是鼓勵學 

生評量他們學到的概念或能力 , 並提供教 

師評鑑學生進步的情形的機會 , 使學生重 

複學習環的不同階段 , 以促進其概念與技 

能的成長與進步。 

貳、教學設計 

單眼相機所用的微距鏡頭可使物體 

在相機感光元件上形成等大小甚至更大的 

像 , 本教案以 5E 學習環模式 , 藉由對兩 

種微距攝影方法 -- 近攝環與倒接鏡頭的探 

討 , 讓學生運用所學的透鏡成像知識 , 解 

釋器材原理。 

本教案實施時機是在學生學過透鏡成 

像作圖 , 並進行過透鏡成像實驗後 , 教學 

活動共分為三部分 , 分別是相機成像探 

96


討、如何形成微距鏡效果與近攝環研究及 

倒接鏡頭形成微距鏡效果的研究。 

一、相機成像探討 :E1→E2→E3→E4 

E1 階段 : 教師提供一小段沖洗好的底片 , 

請同學觀察底片上的像 , 並討論其成像性 

質。 

E2 階段 : 進行燭火凸透鏡成像實驗 , 請同 

學記錄當燭火透過凸透鏡形成高 0.5cm 實 

像時的物距及像距 , 模擬相機底片成像的 

形情。 

E3 階段 : 請各組討論當照相時的成像條 

件 , 並以嘗試利用透鏡成像作圖法加以解 

釋。 

E4 階段 : 請各組參考圖 1, 以相似形原理 

討論當形成實像時 , 像的放大倍率 ( 像高 / 

物高 ) 與像距與物距的比值 ( 像距 / 物距 ) 有 

何關係。 

E4 階段 : 學生運用透鏡成像作圖 , 討論近 

攝環長短不同對放大效果造成的影響。 

圖 2 近攝還 

表 1、近攝環的微距效果 

圖 1 實像成像圖 

二、如何形成微距鏡效果與近攝環研 

究 :E1→E2→E2→E3→E4 

E1 階段 : 老師展示微距相片 ( 表 1 右下角的 

相片 ), 並解釋微距鏡的定義。 

E2 階段 : 再次進行凸透鏡成像實驗 , 使 

用與上次相同的燭火 , 請同學記錄當像高 

為 1.0cm 時的物距與像距 , 比較兩次實驗中 

像距與物距比值的大小。 

E2 階段 : 學生歸納出相機要拍出微距效 

果時 , 所應達到的條件。 

E3 階段 : 教師以實物介紹近攝環 ( 圖 2), 

分別接上不同長短的近攝環 , 比較像距與 

物距比值大小並討論所拍出相片的差別。 

( 參考表 1) 

97


未使用近攝環套接 1 號近攝環套接 (1+2) 號近攝環套接 (1+2+3) 號近攝環 

表 2、倒接鏡頭的微距效果 

定焦鏡頭正接 

標準鏡頭正接 

定焦鏡頭倒接 

標準鏡頭倒接 

三、倒接鏡頭形成微距鏡效果的研究 : 

E1→E2→E3→E5 

E1 階段 : 老師運用圖 3 解釋鏡頭上標示最短對焦 

距離的意義 , 並展示兩顆鏡頭倒接鏡頭拍出微距 

效果的相片 ( 表 2)。 

E2 階段 : 老師讓同學由相機螢幕觀看倒接鏡頭 

98


的結果。 

E3 階段 : 老師請同學利用圖 4 解釋倒接鏡頭的效 

果。 

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一般教學法探究「生鏽」概念改變成效之研究。台 

北市立教育大學。科學教育研究與發展季刊 39 期 

pp.16-38。。 

巨眼之門網站 (2006 年 2 月 7 日 )。基礎攝 

影光學理論。取自 

http://www.bigeye.url.tw/big5/d_opticstru.ht 

m 

圖 3 最短對焦距離 

圖 4 倒接鏡頭成像圖 

E5 階段 : 教師請學生判斷一般鏡頭可伸縮的自 

動數位相機 , 其中有如圖 5 的轉盤 , 如果要拍清 

楚較遠的物體 , 需把轉盤向甲方向推 , 此時鏡頭 

會如何移動 ? 其原因為何 ? 

圖 5 自動相機鏡頭伸縮轉盤 

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99


D2-5 溝通能力融入 5E 探究式教學對九年級學生學習成效影響 - 以電路單元為例 

溝通能力融入 5E 探究式教學對九年級學生學習成效影響 

- 以電路單元為例 

1 

林建隆 

1 

黃子欣 

國立彰化師範大學物理系 

2 

國立彰化師範大學科學教育研究所 

聯絡人 E-mail:phljl@cc.ncue.edu.tw 

摘要 

本研究將溝通能力融入 5E 探究式教學 , 設計國中電路單元教學模組。採詮釋性 

研究 , 探討教學模組 , 對學生溝通能力與探究能力的影響。 

本研究對象為中部一所大型國中常態班的九年級一個班學生 32 人 , 教學設計依 

照本研究發展的溝通能力融入 5E 探究式教學模組 , 研究工具包含電路單元成就測驗、 

電路單元學習單、3C 素養量表。資料蒐集包括 : 成就測驗前、後測 , 學習單 , 課室 

錄影錄音轉錄 , 師生晤談資料。主要以質性資料為主 , 量化資料為輔。 

本研究發現 : 在探究能力方面 , 研究班級在學習成就有顯著的進步 (t=-8.165) 

, 

科學探究能力教學後有顯著的進步 (t = -5.429), 並發現 :1. 學生會開始提問、2. 回答由 

簡單到複雜、3. 面對問題會由試誤法轉變成有計畫的嘗試、4. 學生能運用圖表工具整 

理出實驗的結果、5. 學生能藉由實驗的成果得到結論。在溝通能力方面研究班級的溝 

通能力也有顯著的進步 (t = -4.164) 

, 並發現 :1. 學生的表達由被動到主動、2. 學生能 

利用口語或文字圖表符號的方式描述資料間的關係、3. 學生能分辨同儕訊息 , 提出不 

同看法、4. 學生能判斷同儕的訊息、提出自己的看法、5. 能根據同儕意見修正自己的 

意見。 

關鍵詞 : 溝通能力、探究式教學、電路單元。 

2 

100


D2-6 運用論證教學策略發展國小科學展覽社團之研究 

運用論證教學策略發展國小科學展覽社團之研究 

陳健忠 

1,3 

林煥祥 

2 

王志賢 

101 

3 

1 

國立東華大學 

2 

國立中山大學 

3 

宜蘭縣二城國小 

蔡宜珍 

3 

張耀坤 

聯絡人 E-mail:95p4001@ems.ndhu.edu.tw 

摘要 

本研究利用一年的時間 , 透由參與觀察的方式 , 來探討運用論證教學策略發展國 

小科學展覽社團之可行性 , 進而建立國小科學展覽社團的實施流程。本研究的教師團 

隊皆為宜蘭縣郊區某國小教師 , 每位教師皆具有豐富的科展指導經驗 , 參與學生皆為 

國小四年級以上學童十二位。在此培訓課程中 , 研究者發現 :( 一 ) 以論證教學為基礎 

的培訓課程 , 對科學展覽作品的完整性似乎有著正向的效果 ;( 二 ) 科學展覽作品應從 

尋找合適且新穎的研究主題與研究目的著手 ;( 三 ) 科學展覽活動雖然著重學生的主 

動學習 , 但科學展覽作品仍需要由指導老師進行掌控整體架構。 

關鍵詞 : 論證教學、科學展覽、非制式學習。 

壹、研究背景與重要性 

「培養具有科學素養的公民」是科 

學教育的核心 , 目的在於讓學童具有 

「獨立思考及合理判斷」能力 ( 教育 

部 ,2008;AAAS, 1990), 儘管科學探 

究能力是學童需具備的基本能力 (NRC, 

1996; OECD, 2006), 但礙於教學現場的 

限制 , 教學者無法逃脫教師主導的教學 

情境 (Duschl & Osborne, 2002), 因此若 

能在課餘時間安排探究活動 , 學童將有 

更多自我探究的空間 (Abd-El-Khalick et 

al. 2004)。受到此潮流影響 , 科學展覽 

比賽逐漸強調「思考與判斷」能力 , 主 

題也聚焦在日常生活的問題 , 期待提昇 

「問題解決」能力 ( 國立台灣科學教育 

館 ,2011)。 

本研究的「論證教學」是依據 

Newton 等人 (1999) 論證模式 (Toulmin, 

1958) 為基礎所設計的引導活動 , 論證模 

式包含資料 (data)、主張 (claim)、推 

論 (warrant)、依據 (backing) 及反證 

(rebuttal) 等五個要項 ( 如圖 1)。 

資料 

推論 

依據 

3 

主張 

反證 

圖 1 Toulmin 的論證模式 (Toulmin, 1958) 

完整的科學展覽活動包含提出問 

題、設計實驗、收集數據、提出討論及 

形成結論等五個階段 ( 黃嘉郁 ,2003), 

儘管這五個階段和論證模式不盡相 

同 , 然而 Chen 等人 (2009) 提到 :「當 

數據和結論不一致時 , 牽動的是整個作 

品 , 甚至影響作品的完整性與嚴謹性 , 

故未來的活動中 , 若能把論證活動當作 

基礎課程 , 將有助於學童建立整體性與 

邏輯性。」因此 , 研究者將論證模式發 

展出新的研究架構 , 如圖 2 所示。總的 

來說 , 本研究將以論證教學策略為主 

軸 , 來發展一套科學展覽社團的實施流


程 , 進而提昇學童從事科學展覽所需的學展覽探究活動 : 十二名學生分別找出 

探究能力。 

六個研究主題 , 學生根據實驗主題 , 提 

資料 

實驗數據 

結論 

主張 

報告、分享 

理論 

反證 

依據 

與回饋 

原理 

論證模式要素 

討論 

論證教學活動 

科展作品內容 

推論 


圖 2 研究架構 

參與本研究的教師團隊皆為自然 

與生活科技領域教師 , 其中 , 二位具有 

科學教育研究所碩士學位 , 其餘二位為 

數理教育學系畢業 , 教師有多年指導科 

學展覽的經驗。參與本研究的學生為四 

年級以上之學生 , 十二位學生皆自願參 

與本活動。 

本研究採用參與觀察的方式 , 來探索 

學校在經營科學展覽社團中可行之實施策 

略 , 所收集的資料有討論記錄、錄影、討 

論大綱與開放式問卷、學生筆記、教師省 

思札記、錄影、訪談、上課教材與科展成 

果等內容。 

參、結果與討論 

一、科學展覽社團學習活動的擬訂與實施 

( 一 ) 科學展覽社團的學習活動 

1. 培養基礎能力 : 閱讀書籍與探索生活環 

境是學童尋找科學展覽研究主題的重要 

來源 , 像「會過濾的食鹽水」就是從書 

籍中所聯想到的研究主題 ;「建築物上的 

植物」則是從生活環境中所形成的研究 

主題。本研究以科學實驗書籍為題材 , 

讓學童親身體驗一連串的科學探究活 

動 , 進而培養基本的科學過程技能。本 

研究於暑假期間每天安排一小時的同儕 

互動時間 , 讓學童能介紹自己的實驗活 

出了實驗目的 , 訂定了實驗流程 , 進行 

了實驗 ( 或觀察 ) 活動 , 記錄與分析了 

實驗結果。然而 , 所訂定實驗流程只是 

暫時性 , 它必須經過一再地嘗試與修 

正 , 學生才能慢慢找出合適的實驗流程。 

2. 師生互動 : 當學生參與探究活動後 , 許 

多問題便隨之而來 , 像架構完整性、器 

材精密度、流程可行性、結果代表性及 

結論可靠性等 , 皆超出學生能力可以處 

理的範圍 , 為了解決這一連串的問題 , 

每週乙次的師生互動可適時地協助學生 

所面臨的問題。 

3. 作品的報告及回饋 : 報告與回饋是學生 

修正科學展覽作品的過程 , 當學生報告 

自己的作品時 , 不但可以加深對作品的 

熟悉度 , 還可以培養上台的穩定度。當 

報告者完成報告時 , 聆聽者則必須提出 

回饋 , 如此的歷程 , 不但有助於報告者 

反思自己的作品 , 而且可培養聆聽者的 

回饋能力。 

4. 科學學習活動 : 論證教學模式是本研究 

發展科學展覽社團課程的核心概念 , 透 

由論證教學活動中強調資料 (data) 與 

主張 (claim) 的關聯性 , 來引導學生思 

考「數據」與「結論」間的緊密性 , 進 

而擴展到整件作品的完整性 , 即帶領學 

生檢視作品內容的嚴謹程度。科學應用 

能力亦成為本研究所重視的教學目標之 

一 , 例如 : 水火箭活動及投石車製作 , 

期待培養學生具備科學應用的能力。觀 

察是所有實驗活動的基礎 , 唯有建立學 

生敏睿的觀察力 , 學生才容易產生新奇 

的發現 , 本研究安排了觀察教學活動 , 

期待學生能從細心的觀察中 , 發掘出更 

廣、更深入的觀察結果。 

( 二 ) 召開科學教育團體座談會 

動 , 同時針對別人的報告提供回饋。科 

透由第一次座談會規劃出「從欣賞 

102


大自然之美到體驗科學之美」的願景 , 

其中不但涵蓋了科學教育的意涵 ( 即科 

學教育為瞭解大自然現象的一個學 

科 ), 亦符合了科學展覽活動的目標 ( 科 

展作品應有其重複出現的一致性及預 

測性 )。第二次聚焦在實施情況的檢 

討 , 透由專家學者的指導 , 除了讓學生 

瞭解科學展覽作品的問題 , 也讓指導老 

師思考如何修正科學展覽活動的規 

劃 , 讓課程內容更符合學生的需求。 

( 三 ) 演講活動 

在第一場中 , 講師先以歷年科展指 

導作品為例 , 說明科學展覽活動的指導 

歷程 , 從問題的尋找 , 流程的規劃 , 到 

結果的整理 , 不但讓學生瞭解到科學展 

覽作品的製作過程 , 而且也讓研究團隊 

教師吸收到不同的帶領經驗。在第二場 

中 , 講師先介紹青少年發明展活動 , 透 

由小小的問題 , 來啟發學生思考問題的 

解決策略 , 進而引導找出問題與設計解 

決的方式 , 接著說明引導學生進行科學 

展覽活動的歷程 , 利用學習單來引起學 

生的思考 , 再透由討論來尋找可行的實 

驗流程 , 進而收集到合適的實驗結果 , 

提出精湛的實驗結論。 

教學法 , 其目的在於希望學生能有根據的 

提出自己的想法 , 經過這一年來的嘗試 , 

研究者發現到論證模式的要項可以來引導 

學生建立科展作品的內容 , 像動機、問題、 

實驗、結果及結論等 , 問題有如研究主題 , 

研究目的類似與主題有關的原因與條件 , 

實驗過程則是針對每個原因或條件所設計 

的實驗流程 , 結果則是實驗流程所產生的 

數據 , 從數據中所試著去找出想法來回答 

研究的主題 ( 即當時所產生的原因 ), 最後 

要去看看想法與主題之間的關聯性。 

四、科學展覽社團的實施流程 

為了發展科學展覽社團 , 本校以黃嘉 

郁 (2003) 所提出的五個科學展覽活動為 

基礎 , 搭配科展作品成果的八個要項 ( 國 

立台灣科學教育館 ,2011), 經過一年的實 

施與檢討 , 初步規劃出科學展覽社團的實 

施流程 ( 如圖 3)。 

形成 

問題 

設計 

實驗 

收集 

數據 

提出 

討論 

形成 

結論 

研究 

主題 

研究 

動機 

研究 

目的 

實驗 

器材 

實驗 

過程 

實驗 

數據 

研究 

討論 

研究 

結論 

尋找 

主題 

比較想法 

來源 

條件 

原因 

修正 

實驗 

流程 

修正 

實驗 

數據 

實驗 

討論 

反思實驗 

結論 

反思 

圖 3 科學展覽社團實施流程圖 

二、學生參與科學展覽活動的學習成果 

肆、省思與建議 

經過一年的參與 , 學生從喜愛科學在此培訓課程架構中 , 研究者發現學 

實驗 , 慢慢轉變喜歡參與科學展覽活生的科展作品架構似乎更為嚴謹 , 尤其是 

動 , 甚至能一個沒有什麼概念的初學者實驗流程、實驗數據、實驗討論與實驗結 

轉型為實事求是的實作者 , 學生不但對論等之間的關聯性更為密切 , 因此 , 研究 

科學展覽有著約略的認識 , 甚至對於科者認為培訓課程對學生在完成科展作品的 

學展覽活動的內涵也有深入的體會 , 更完整性有著正向的效果。 

重要的是學生不再害怕科學 , 而是慢慢當學生接受了進行一年的培訓課程 

想要接觸科學。 

後 , 參賽作品卻未得到評審的賞識 , 我們 

開始反省「這樣的科展作品到底有什麼問 

三、參與科學展覽社團的教師專業成長題呢 ? 難道是我們忽略了什麼關鍵之處 

論證教學法是最近科學教育中新與的呢 ?」經過研究小組的討論後 , 我們推測 

103


應該是「研究主題」與「研究目的」出現 

了問題 , 儘管科展作品具備完整性 , 若沒 

有一個新穎的主題 , 仍舊無法獲得他人的 

青睞。 

在培訓課程中 , 學生與指導老師的互 

動來產生了暫時性結論 , 進一步要求學生 

能從實驗數據找出證據來支持結論 , 雖然 

可建立學生「結論需要有實驗數據來支持」 

的想法 , 但是從實驗數據進行討論 , 甚至 

形成研究結論 , 需要未來更多的努力才行。 

在科學教育專家學者的互動中 , 我們 

得到一個新穎的想法 : 雖然科學展覽活動 

著重學生的主動學習 , 然而科學展覽作品 

的整體架構仍需要指導老師進行掌控 , 即 

給予學生自我探究的同時 , 教師需掌握好 

研究的方向 , 讓學生能朝向更合適的目標 

進行 , 而非全然由學生來進行整體研究。 

備註 : 本研究由教育部九十八學年度中小 

學科學教育專案計畫提供經費補 

助 , 特別感謝教育部、宜蘭縣政府 

教育處及國立台灣師範大學科學 

教育中心等單位的協助 , 讓本研究 

得以順利完成。 

伍、參考文獻 

一、國立台灣科學教育館 (2011): 中華 

民國中小學科學展覽會實施要 

點。台北市 ; 國立台灣科學教育館。 

二、黃嘉郁 (2003): 給有意從事科展 

的青年學子 ─ 如何完成一件的優秀 

作品。科學教育月刊 ,265,31-36。 

三、Abd-El-Khalick, F., BouJaoude, S., 

Duschl, R., Lederman, N. G., 

Mamlock, R., Hofstein, A., Niaz, M., 

Treagust, D., & Tuan, H. (2004). 

Inquiry in science education: 

international perspectives. Science 

Education, 88, 397-419. 

四、Chen, J. J., Lin, H. S., Hsu, Y. S. , 

Lee, H. (2009). Data and claim: The 

refinement of science fair work 

through argumentation. Paper 

presented at the annual meeting of 

National Association of Research in 

Science Teaching (NARST 2009), 

Orange County, CA, April 17-21, 

2009. 

五、Duschl, R. & Osborne, J. (2002). 

Supporting and Promoting 

Argumentation Discourse in Science 

Education. Journal of Studies in 

Science Education, 38, 39-72. 

六、Newton, P., Driver, R., & Osborne, J. 

(1999). The place of argumentation 

in the pedagogy of school science. 

International Journal of Science 

Education, 21, 553-576. 

七、OECD (Organisation for Economic 

Cooperation and Development). 

(2006). Assessing scientific, reading, 

and mathematical literacy: A 

framework for PISA 2006. Paris: 

OECD. 

104


壁報論文摘要 

~~MEMO~~ 

105


中國文化大學物理系專題研究課程介紹與檢討 

* 

王建亞江文中江丕智吳慧敏周玉蟇黃信健程思誠鄒忠毅蔣幼齡 



摘要 

本系自 2004 年開始 , 對專題研究課程進行了一系列的改革並取得了一定的成果。 

我們想藉本次物理教學會議 , 介紹這套課程的理念與實施方式給與會同行參考。 

傳統物理系教育採用的是 , 大班的課堂理論學習與實驗習作方式進行教學 , 並以 

刪除法逐漸篩選出適合從事進階物理研究工作的人員。但是近十年來 , 在廣設大學政 

策與少子化趨勢下我們觀察到 , 除了頂尖的大學外 , 傳統物理教育方式並不能符合一 

般大學物理系學生的需要。除了提高同學的程度外 , 我們必須使用一套方法幫助同學 

尋找他們的興趣 , 激發他們的熱情 , 協助他們完成大學階段的代表作品 , 讓他們在畢 

業時有信心與有能力邁向下一個階段。基於以上考慮 , 我們逐漸發展出了一套專題課 

程。 

這個課程的實施方式有幾個特色 : 

第一 : 長時間實施。大二上開設「書報討論」課程 , 同學在此觀摩與欣賞物理學的新 

進展 , 作為選擇方向的參考。大二下至大四開設「專題討論一、二、三」及「專題研 

究」課程 , 同學在此進行他所選定主題的深入研究。 

第二 : 所有同學參與。同學必須修一個「書報討論」, 至少兩個「專題」課程。 

第三 : 本系所有老師參與。這非常重要 , 可以產生接下來的兩個好處與特色。 

第四 : 師徒制的教育方式。由於每個老師的學生不會太多 , 可以進行師徒制的教育方 

式。學生學習到的不只是科學方法與知識 , 也受到老師的身教。 

第五 : 多樣的選擇性。由於所有老師參與 , 同學可選擇以不同主題與方式進行專題。 

在主題方面 , 他可以選擇理論、實驗與計算等方面。在進行方式上 , 對於想投身物理 

研究的同學 , 可以參加老師目前的研究工作。對於想進入業界的同學 , 可以挑選實作 

練習。對於想要準備研究所考試或出國的同學 , 他可以針對一個主題研讀相關文獻並 

報告。 

第六 : 多元評量方式。同學在「專題」課程的學期中 , 必須進行期中開題報告與期末 

成果報告。這些報告以發表會方式進行 , 評審包含本系老師及校友。同學在這些發表 

會上不僅可以練習口頭報告技巧 , 也可以聽到不同師長的意見。最後同學必須在學期 

末繳交一份統一格式 ( 包含題目、中英文摘要、內文、參考資料與工作日誌 ) 的書面 

報告 , 並進而練習寫作技巧。 

經過幾年的實施之後 , 可以歸納出幾個成效。首先是 , 提高了同學的學習意願。 

我們常看到一些原本不怎麼用功的同學 , 願意用很多的時間來完成他有興趣的專題 , 

並且也較願意花時間在其他課上。其次 , 提高了同學的自信心。當同學的專題完成後 , 

他不僅經歷過校內的幾次測試 , 有些成果好的同學還將成果發表在校內壁報論文比賽 

或校外學術研討會上。最後 , 同學也在各老師的身教之下 , 逐漸學到了一個科學工作 

者的態度。 

106


中國文化大學物理專題教育成果 – 以奈米碳管為基材之 

生物感測器 

梁原肇藍建智藍永智吳慧敏 



摘要 

原肇的話 

基於國、高中參與科展 , 藉由觀察、假設、實驗 … 等訓練培養出對科學的濃厚興趣 , 

也屢屢得到不錯的成績 , 上了大學藉著這一股熱忱 , 積極尋找極為興趣的實驗室 , 最 

後選擇了吳慧敏老師的實驗室 , 開始一連串實驗生活。 

剛開始都是著手於閱讀文獻 , 了解生物感測器相關領域的實驗原理及技術 , 不避諱的 

是閱讀第一篇文獻真的困難重重 !! 幸好實驗室的學長、姐皆會在旁協助、引導 , 這種 

傳習風氣相當好 , 如今閱讀文獻已是基本能力。有了基礎概念後 , 著手設計實驗 , 這 

過程更加艱辛 , 架構一奈米碳管生物感測器還必須運用到其他領域之觀念 , 如 : 物理、 

化學、生物、材料 … 等領域。從中還必須與其他實驗室合作 , 在這一來一往慢慢累積 

能量 , 培養解決問題及獨立思考之能力。當然紙上談兵不如實際操作 , 失敗根本是家 

常便飯 , 著實的沮喪 , 但每每如此 , 都會浮出老師給予我們的一個觀念 ,「失敗的實 

驗不見得不好唷 ! 在材料領域裡往往研究出缺陷就是得獎的契機」。這一路走來也確實 

如此 , 就是有了這些失敗的經驗 , 作為我專題研究的墊腳石 , 且往往為了解決問題還 

會發現到另一個世外桃源呢。 

建智的話 

奈米碳管被廣泛應用於生物傳感器的製作上 , 分散奈米碳管為製作上重要的一部 

份 , 其中有機溶劑的選擇 , 決定了單壁奈米碳管的分散情形與精準度的好壞。有機溶 

劑的極性是使單壁奈米碳管分散的主要因素 , 由於奈米碳管的糾結屬於靜電力糾結 , 

故在有機溶劑的選用為極性溶液。在極性溶劑裡 , 選擇了不同分子量與偶極距的差 

異 , 溶劑分散性的好壞也扮演的重要的角色。本實驗採用甲醇、乙醇、異丙醇三種不 

同的有機溶劑 , 將單壁奈米碳管放入甲醇、乙醇、異丙醇三種不同溶劑中 , 溶劑溶質 

之間利用 Dipole-induced dipole 互相作用機制。實驗中利用光學顯微鏡、離心機與 

UV/Vis 光譜儀觀察奈米碳管的分散情形、結構性、吸光率的差異。如此一來 , 判斷此 

三種溶液的分散情形 , 並比較時間與超音波震盪後是否影響分散情形。 

永智的話 

在我剛入學時 , 首次接觸到固態物理這個領域 , 發現物理這門學術領域比想像 

中的還要更為廣泛 , 於是並嘗試在本學期進入固態物理這門領域進行研究。 

我從中學習到了許多的實驗知識和技巧 , 其中包括了實驗儀器的操作、實驗時 

需要注意的事項還有各種生物感測器的製備等等。我也透過閱讀一些物理文獻 , 學 

習他人的想法和經驗 , 這些文獻裡往往也包含了一些自己所無法理解的地方 , 藉由 

詢問學長和搜尋各種相關資料 , 來一一理解和解答各種問題的答案 , 慢慢的來填滿 

這塊心中未知的物理領域。 

將來希望能夠藉由學習到的各種知識來突破各種進行實驗時所遇到的瓶頸 , 如果 

不行就再在換其他的方法和想法試試 , 直到成功完成實驗 , 並得到理想的實驗結果為 

止。 

107


中國文化大學物理專題教育成果 – 生長一維氮化鎵奈米 

線 

蘇莊恆陳柏勳吳慧敏老師 



摘要 

蘇莊恆的話 

本身對於實驗還蠻有興趣的 , 而在大一的時候聽了學長姐們的專題報告 , 發現了 

自己對奈米材料相關的報告印象比較深刻 , 因為能夠從奈米等級的材料再經過許多不 

同的加工製作成發光元件 , 這讓我產生了不少的興趣。 

在大二的時候我就決定進入了固態物理實驗室來做專題研究 , 而我目前所研究的 

題目是氮化鎵奈米線的穩定製成 , 但是在將大量奈米線製成發光元件的過程中還有許 

多是我不懂的未知的 , 於是我就先以能夠穩定大量的製成氮化鎵奈米線還有閱讀文獻 

資料 , 為了是能夠充實自己不足的地方 , 在更深入的去了解製成發光元件的過程。 

陳柏勳的話 

基於對科學的興趣 , 進而選擇了理工組 , 並輾轉來到物理系這個大家庭 , 物裡就 

像是座連接科學的橋梁 , 能使我們由物理的角度 , 有趣的看待人、事、物。 

在大學生活之初 , 幸運的加入了固態物理的專題研究 , 也因此對於奈米線的製程 

有了更多的了解 , 起初 , 藉由閱讀相關文獻 , 了解儀器運作原理 , 熟悉儀器操作 , 使 

實驗更加流暢 , 並進一步調整實驗參數 , 穩定樣品製程 , 由此觀察其變化和差異 , 相 

信藉由接觸這些訓練能解決更多實驗中所遇到的困難 , 也能使大學生活更充實。 

108


中國文化大學物理專題教育成果 – 研究磁性材料特性 

林志勇吳宗翰吳慧敏老師 



摘要 

吳宗翰的話 

磁性材料在我們生活中非常常見 , 也給我們生活許多便利 , 因此我想對磁性材料有 

更深入研究 , 而記憶磁帶給我們更多的便利。對磁記錄介質材料的磁特性要求主要是 : 

(1) 適當高的矯頑力 Hc,(2) 高的飽和磁化強度 Ms,(3) 高的剩磁比 ,(4) 高的穩定性。 

目前應用的磁記錄介質材料主要有 :(1) 鐵氧體磁記錄材料 , 如 γ 型三氧化二鐵 

(γ-Fe2O3) 等。(2) 金屬磁膜磁記錄材料 , 如鐵 - 鈷 (Fe-Co) 合金膜等。(3) 鋇鐵氧體 

(BaFe12O19) 係垂直磁記錄材料等。因此 , 我們以後希望能在低溫下找到有關記憶磁方 

面的新材料 , 它具備著低矯頑力 (Coercivity) 高穩定 , 高頻 … 等特性。 

林志勇的話 

磁性材料 (magnetic materials) 你我周遭俯拾即是的材料。較醒目的 , 如白板上的磁 

鐵、磁性跳棋下面的磁石、指南針、錄音帶、磁頭、軟式磁碟片等等 ; 另外有更大量 

包裝在某些裝置裏面的磁性材料 , 如馬達、電視機、變壓器、汽車等等內部 , 不一而 

足。可以說 , 磁性材料已與現代人的生活息息相關。 

磁性材料分為三種 

硬磁材料 ---- 可做為永久磁鐵 

軟磁材料 ---- 主要在馬達和發電機及變壓器方面 

半硬磁材料 — 可用來儲存資料如 : 硬碟 

因此我要測量多種材料的磁化率、矯頑力以期發現新材料對應不同的需求。 

近期目標及未來期許為下面兩點 : 

1. 使用現有容易取得的材料嘗試製作樣品進行測量如氧化鐵、過氧化鐵、氧化錳等 

材料在不同的條件下的 χac ( 磁化率 )。 

2. 找尋其它沒人做過的未知材料進行製作、檢測 , 以期能找到更好的材料。 

109


中國文化大學物理專題教育成果 – 靜電紡絲製程一維氮 

化鋁奈米線 

楊志勇吳慧敏老師 

1 



摘要 

當初會接觸到奈米材料領域是因為在高中有參加許多物理領域的報告會議 , 內容 

大多以奈米為主題去延伸與生活應用 , 而我發現傳統的塊材材料轉變成奈米材料時會 

產生許多不同的材料特性。因此對奈米材料的製程非常的有興趣 , 希望可以藉由實驗 

來增加自己對於奈米領域的認識 , 所以我加入吳慧敏老師的實驗室。 

一開始以閱讀文獻為主 , 第一次閱讀真的是非常困難 , 在實驗室學長、姐的幫助下我 

漸漸克服閱讀的問題 , 開始朝實驗著手。藉由研讀奈米相關文獻 , 結合「靜電紡絲技 

術」可以使針頭噴出的聚合物延展後變為奈米級纖維 , 可讓表面活性增加 , 有助於提 

高反應良率 , 再利用高溫反應製備出一維氮化鋁奈米線。然而在實驗過程中難免會遇 

到一些較難解決的問題 , 如何克服這些問題就是我們必須學習的課題 , 在學習克服問 

題的過程中 , 藉由匯整問題、搜尋資料、整理結論而得到問題的答案 , 在這樣的過程 

中雖然很辛苦 , 但是找到答案的喜悅是無人能及 , 藉由這樣一點一滴的累積能奠定自 

己解決問題能力的基礎。 

中國文化大學物理專題教育成果 – 探討氮化鋁奈米陶瓷 

的介電性質 

陳經瑞吳慧敏老師 

1 



摘要 

在大學一年級上實驗課時頗興奮地 , 或許因為比起其他人 , 我在高中的實驗經驗 

特別少。當我知道在大二有專題的時候 , 就已經打算參與一些有關動手做實驗的專 

題。在固態物理實驗室 , 看到奈米材料 , 不敢想像奈米材料在大學可以經由自己手可 

以做出 , 燃起了對奈米材料的興趣 , 因此就選擇了固態物理實驗室進行專題研究。 

一開始先以閱讀文獻了解奈米世界為主 , 國際期刊的文獻閱讀起來真是困難重 

重 , 在學長的耐心指導下 , 漸漸克服閱讀的問題。閱讀過幾篇文獻後 , 開始動手做實 

驗 , 將氮化鋁奈米粉末研磨後加壓成錠 , 去進行量測。在進行實驗難免會遇到一些問 

題 , 克服這些問題也就成為了必修課習 , 從彙整問題、尋找資料整理出問題的答案。 

110


中國文化大學物理專題教育成果 – 探討 AlN 奈米線的製 

程 

劉冠男吳慧敏 



摘要 

大一時參觀固態物理實驗室 , 對製程 AlN 奈米線有濃厚的興趣 , 到了大二開始學 

習 AlN 奈米線的製程 ; 在學習的過程中 , 一邊閱讀文獻來充實自己對 AlN 奈米線的 

知識 , 在過程中遇到不能解決的問題就詢問學長 , 與學長討論如何解決 , 一邊思考可 

以如何改進製程。 

本實驗室是使用高溫爐燒結製程 AlN 奈米線 , 製成後使用掃描式電子顯微鏡 

(SEM) 檢測 ; 我目前對於 AlN 奈米線的製程還不夠穩定 , 希望能夠製成大量 AlN 奈米 

線。 

中國文化大學物理專題教育成果 – 用 Easy Java 

Simulations 模擬蛋白質立體模型 

許郁婕鄒忠毅 * 



摘要 

老師的話 : 

許郁婕同學是本系大三學生 , 這篇報告取材於她的大二下的第一個專題報告。 

許同學這學期專題的主要目的 , 是挑選一個她有興趣的生物物理題目來練習程式寫 

作 , 所以我們討論出了這個題目。由於 Easy Java Simulations 是一個自由的適用於動 

畫模擬的軟體。同學不必花太多時間在程式寫作的細節上 , 而可以專注在演算法與它 

背後的原理上。由此 , 就算是非資訊專業的同學也可以在較短的時間裡完成較複雜的 

程式。 

郁婕的話 : 

這學期的專題目標首先是先學習蛋白質的相關知識 , 希望了解蛋白質的組成和成 

分 , 還有各種結構的形成樣式。再來就是學習如何使用 EJS(Easy Java Simulations) 去 

模擬出各種蛋白質結構的模型 , 最後就是做出與真實的蛋白質鏈相似的蛋白質的摺疊 

和螺旋結構。 

由於蛋白質鏈是由多個胺基酸結合而成的 , 而且蛋白質鏈裡面有兩個被稱為二面 

角的角度是可以轉動的 , 所以我們的目標就是建立一個依二面角變化而改變立體結構 

的蛋白質模型。具體的做法是先建立一個多原子的胺基酸單元 , 然後利用 EJS 的矩 

陣與自訂函數功能建立蛋白質鏈。透過 EJS 的控制介面 , 我們可以在程式執行時改 

變蛋白質結構。也可以藉由輸入真實的蛋白質二面角數據 , 產生對應的結構。 

經過這次的專題研究 , 讓我學習到了很多有關於蛋白質的基本知識。同時也學習 

到如何使用 EJS 寫程式 , 並用它寫出蛋白質的結構模型的模擬程式。 

關鍵詞 :Easy Java Simulations; 蛋白質結構。 

111


中國文化大學物理專題教育成果 – 利用細胞自動機模型 

研究開放道路中的路隊長現象 

洪聖傑鄒忠毅 * 



摘要 


洪聖傑同學是本系大四學生 , 這篇報告取材於他的大三下專題報告。 

這個題目屬於社會物理學 , 也就是將物理科學的方法應用到社會現象的一個物理 

學分支。在這個題目上 , 研究者將道路上的車輛視為非牛頓粒子單元。透過研究單元 

間的交互作用 , 與調整起始與邊界條件 , 可以得到許多與真實世界現象相符的結果。 

洪同學在這個題目上已完成了三個專題課程。除了專題一、二的基本訓練外 , 我 

們在最近的工作裡 , 看到了文獻中所未討論的現象 , 也即將整理發表。我覺得 , 透過 

這些專題課程的訓練 , 的確可以使我們的學生找到興趣、激發熱情、增強專業能力、 

並完成好的研究成果。 

聖傑的話 : 

在這兩年的專題討論課程中 , 我學習了細胞自動機模型 , 並將模型運用在模擬快 

速道路上的路隊長現象。路隊長是我們開車時有時會遇到前方有特別慢的車子 , 這些 

車子往往會造成後方車輛的堵塞。在這兩學期的模擬中我們觀察到了在封閉道路的條 

件下 , 單線道時所有的車子會堵在路隊長後面 ; 但是高密度時 , 會出現壅塞現象 , 此 

時有沒有路隊長並沒有明顯差別。在雙線道下低密度時所有的車子會順利的超車 ; 但 

是在密度到達一個臨界值時 , 會有部分的車子無法超車而堵在路隊長後面 ; 但是在高 

密度時 , 壅塞現象出現 , 並造成此時有無路隊長也無明顯的差別。而在開放道路中 , 

我們也發現了路隊長所帶的路隊長度呈現了指數遞減的分佈。 

在這次的專題討論課程我學到了基本的 JAVA 程式語言及細胞自動機的使用 , 也 

學習到如何將細胞自動機運用在道路交通問題上 , 在課程中我們也參加了很多的研討 

會 , 透過研討會的壁報論文也提昇了我的文章寫作能力 , 以及口頭表達的能力 , 同時 

也讓我對物理、程式寫作以及社會科學交叉問題更有興趣。 

關鍵詞 : 細胞自動機 ; 車輛動力學 ; 壅塞現象。 

112


中國文化大學物理專題教育成果 – 全像光學元件 - 同軸 

及離軸式波帶板的製作 

許元睿 

1 , 王建亞 

1 

中國文化大學物理系三年級 

2 


聯絡人 E-mail:cywang@faculty.pccu.edu.tw 

摘要 

波帶板 (Zone Plate) 是一種光學元件 , 製作基本原理與全像光柵類似 , 利用點光源球 

面波 ( 物光 ) 與平面波 ( 參考光 ) 的干涉 , 產生同心環圈狀的建設性和破壞性干涉結構 , 經 

過化學反應在感光底片上保存這些環圈條紋。本報告首先呈現同軸式與離軸式的製作 

方式與效果 , 藉助光學顯微鏡放大效果 , 可以清楚看到記錄在底片上的環圈條紋結 

構。此外也練習經由旋轉底片 , 利用重複曝光方法 , 製作產生多個聚焦點的波帶板元 

件。 

關鍵詞 : 波帶板、全像光柵、物光、參考光。 

2 

113


中國文化大學物理專題教育成果 – 為什麼又斷線了 ?! 

鄒老師的話 : 

詹智傑黃聖崴蔡宜展葉靖華鄒忠毅 * 



摘要 

這篇報告是我們系的老師們 , 想把專題研究系列課程延伸到大一的一個新嘗試的 

結果。今年度我們在學校的教學卓越計畫裡 , 規劃了一個「理學院創新智能科學人文 

跨科技人才培育先導計畫」的子計畫。這個子計畫配合原有的大一物理系與化學系的 

「基礎科學概論」課程實施 , 希望由此提高同學的熱情與能力。實施方式除原有課堂 

講授科學方法、科學內容與科學發展史外 , 參加的同學需於學期中前完成分組並選定 

題目 , 然後老師在學期後半依同學題目方向 , 安排專家講演與參訪活動。由於同學今 

年選定的題目多與能源議題有關 , 所以我們便安排了台電龍門電廠的參訪與相關的產 

學界專家演講。最後在學期末 , 同學便依照課程講授的收集與分析資料方法 , 完成期 

末報告並在期末發表會上以壁報及口頭方式報告。值得一提的是在期末發表會上 , 我 

們邀請了本校理學院院長及物理、化學系十幾位老師來做為評審並給予同學意見。 

在期末發表會上的許多報告裡 , 詹智傑、黃聖崴、蔡宜展、葉靖華這組的工作得 

到了最多的肯定 , 所以我希望將他們的成果帶來本次會議與大家交流。 

四位同學的話 : 

我們運用觀察與分析校園中的 Wifi 訊號在空間中的分布情形 , 來學習與驗證無線 

電波相關之物理概念 , 例如 : 電磁學、波的性質以及無線電波的原理。首先我們透過筆 

記型電腦和簡單的測量軟體對於校園中的 Wifi 的分佈範圍和強弱作測量。我們做的動 

作有 : 找出基地台的位置、對單一基地測量其強弱與距離之關係以及測出校園中基地 

台 wifi 訊號分佈含蓋的面積大小 , 並從中找出訊號較差的死角與有良好訊號強度的區 

域。然後根據測量結果去分析基地台的位置要如何擺設 , 才會達到最佳效率的應用。 

從上述的結果我們可以進一步去嘗試探討 , 不同頻率間的基地台是否有互相影響 

的問題存在。同時也可以延伸到建築物的材質不同 , 對於訊號的遮蔽或吸收的干擾程 

度的大小 , 並對比與 wifi 不同頻率的無線網路訊號所受到的影響是否也相同 , 也可以 

在 wifi 的傳輸方面與物理的波的性質上做些探討與教學的研究。 

透過完成這個報告 , 我們從日常生活的事物中 , 學習到了它的物理概念。 

關鍵詞 :Wifi; 訊號分佈。 

114


中國文化大學物理專題教育成果 – 都市街道標度性質 

王柏欽郭力云蔣幼齡 * 鄒忠毅 


聯絡人 E-mail:yuling@faculty.pccu.edu.tw 

摘要 


柏欽和力云都是第一次修專題討論課程的物理系二年級學生。柏欽利用地理資訊 

系統 GIS 討論台灣都市街道的標度性質 , 而力云則利用 Easy Java Simulation(EJS) 模擬 

都市的形成。 

社會現象的形成複雜又有趣 , 我們希望能利用物理學和統計的方法從中找到其邏 

輯或普適性 , 這樣的專題不僅學生很容易入手 , 藉此體會早年學派大師們從混亂的數 

據中找到規則的方法和艱辛 , 更可學習各種科學工具的使用。我期望他們在這次專題 

中能學會找資料、閱讀論文、學習使用科學工具、完成簡報 , 以下便是他們學習的成 

果。 

柏欽的話 : 

本學期是我第一次接觸社會物理學 , 這是一門需要大量資料收集與分析的學問。 

老師讓我研讀了相關書籍 , 我覺得很有趣 , 所以就以社會物理學為主的專題作研究。 

正好之前學長有類似的專題可以承接 , 讓我可以真正接觸社會物理學的領域並延續學 

長的工作。 

藉由物理系學長的相關專題 , 我先了解台灣都市街道標度性質的物理意義與現 

象 ; 接著請本校地研所學長教導 GIS 的使用和整理分析街道數據 ; 最後利用繪圖軟體 

Gnuplot 來繪製累計分佈圖以了解街道的標度性質。 

力云的話 : 

系上有鄒忠毅和蔣幼齡老師研究社會物理學的議題 , 我修專題討論課程時在老師 

的指導下 , 開始使用 EJS 來模擬都市的形成。 

我開始構想一個都市的建築和道路形成的規則 , 並學習如何將自訂規則的邏輯在 

EJS 上用指令實現。為使模擬都市接近真實 , 過程中要不斷修改自訂規則和在程式中 

除錯。最後我學習如何完成簡報和書面報告。 

柏欽同學探討了台灣都市街道的標度性質 , 我則可以探討我所模擬的都市之街道 

標度 , 如此可以將真實與模擬的都市來做比較 , 應該會有有趣的結論。 

關鍵詞 : 社會物理學 ;GIS;Gnuplot;EJS 

115


中國文化大學物理專題教育成果 – 改善全像光柵繞射效 

率的定性測試 

陳俊杰 

1 

1 

郭泰男 

許元睿 

1 

周冠任 

2 

2 

2 

1 

3 

吳睿洋蕭弘倫林傑敏王建亞 

1 


2 

中國文化大學物理系二年級 

3 



摘要 

本實驗動機為在全像光柵的製作經驗中 , 利用氦氖雷射 ( 波長 632.8nm) 或半導體 

雷射 ( 波長 671nm), 所拍攝的光柵繞射效果一直不佳。希望經由調整某些拍攝步驟 , 

達到改善繞射效率的問題 , 對條紋密度的估算 , 也希望有準確方便且不同於傳統的方 

法。對相同的感光底片 , 分析可能影響繞射效率的原因很多 , 包括 : 雷射光能量的穩 

定度、底片曝光時間、顯影時間、顯影劑的溫度、定影時間等 , 都可能影響成品的效 

果。本報告由七位同學分別只針對其中一個變因 ( 固定其他條件 ), 所做的定性測試結 

果所組成。首先由氦氖雷射的測試 , 找到利用兩次曝光方式及提高顯影劑溫度 , 可以 

明顯增進拍攝光柵效果。其後將類似方法 , 應用到波長 671nm 的半導體雷射。若定性 

的只從繞射頻譜圖的亮點數目比較 , 測試結果顯示對於半導體雷射 , 若分別採用 :(1) 

曝光方式為兩次 ,(2) 以光度測量計所量度值的 6~8 倍曝光 ,(3) 顯影劑溫度 40℃,(4) 

定影 3~4 分鐘 , 則所製作的全像光柵會有較好的繞射效率。 

關鍵詞 : 全像光柵、氦氖雷射、半導體雷射。 

116


中國文化大學物理專題教育成果 – 重複曝光產生多重影 

像的穿透式全像片 

郭泰男 

1 

1 

2 

呂松霖王建亞 

1 


2 



摘要 


本報告的原始概念由郭泰男所提出 , 經測試後與呂松霖共同完成 , 這套方法的建 

立使本系應用光學實驗室製作全像技術 , 向前推進一大步。一般穿透式全像片都只有 

重建參考光方向的立體影像 , 本報告將呈現在一張底片上經由重複曝光 , 記錄一個物 

體不同角度的多重立體影像。拍攝方法只是分別旋轉物體和底片 , 由於物體與底片旋 

轉後 , 物光會改變 , 底片處在不同方位 , 曝光時散射在底片上面的物光和參考光進行 

干涉 , 記錄在底片不同方位上。重建影像時只要在原參考光方向 , 旋轉底片就能呈現 

物體不同方位影像。 

同學的話 : 

一般穿透式全像片由於固定的參考光 , 只能在原參考光的方向重建拍攝方位的影 

像 , 無法看到物體其他方位角度影像 ; 或觀看者無法移動觀察點 , 在同一底片看見物 

體其他方位角度影像。本報告首先做以下兩個實驗 , 說明上述兩點可經由重複曝光產 

生 ,(1) 將物體與全像底片分別同軸旋轉相同角度 , 使不同的物光與參考光干涉 , 拍攝 

完成後 , 旋轉底片重建不同方位角度的物體影像。(2) 轉動全像底片平面 , 使參考光角 

度改變和不同的物光做干涉 , 重建影像時 , 觀察者移動看見不同的影像。本報告也將 

這種方法 , 應用到母片、白光全像片及單步驟彩虹全像片 , 做連續 12 次重複曝光 , 

檢視重建影像並不會有重疊問題。同時也利用光學顯微鏡 , 放大漂白後的底片 , 比較 

不同全像片紀錄訊息的光柵結構。 

關鍵詞 : 穿透式全像片、物光、參考光、母片、白光全像片、單步驟彩虹全像片。 

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中國文化大學物理專題教育成果 – 激子 - 極子的玻色 - 愛 

因斯坦凝聚 

林思瑩蔣幼齡 * 程思誠 


聯絡人 E-mail:yuling@faculty.pccu.edu.tw 

摘要 


系上的專題討論課程是為引起學生學習興趣及驗證課堂理論所設計 , 在二年級下 

學期即開始實施。量子物理課程是大學部高年級課程 , 當學生想要學習與量子物理相 

關的專題時會有一些困難 , 往往只能靠老師幫忙講解理論和提早閱讀資料。 

我期望思瑩在這次專題中能學會找資料、閱讀論文、細心推導理論並學習看懂與 

修改 Mathematica 程式的參數 , 以下便是她學習的成果。 

思瑩的話 : 

在上學期聆聽程思誠老師演講激子 - 極子的玻色 - 愛因斯坦凝聚時 , 對玻色 - 愛因斯 

坦凝聚產生了興趣 , 所以我這次的專題研究就以此為題目 , 希望能深入理解玻色 - 愛因 

斯坦凝聚。 

藉由研讀過去的相關論文 , 我先了解玻色 - 愛因斯坦凝聚 , 再理解激子和極子這些 

玻色子如何被產生。接著學習推導穩態凝聚的極子的波函數和極子分布的函數。最後 

我在解凝聚的激子 - 極子波函數的微分方程式內加入高斯分布的位能項 , 觀察凝聚的極 

子分布產生何種變化。 

我利用 Mathematica 數學計算軟體求解凝聚態極子的波函數 , 並畫出穩態的凝聚 

極子和非凝聚極子隨空間的分布。最後討論加入高斯分布的位能對極子分布的影響。 

關鍵詞 : 激子 - 極子 ; 玻色 - 愛因斯坦凝聚 ;Mathematica 軟體。 

PVM 及 MPI 影像平行處理 

黃郁桂黃信健 


聯絡人 E-mail:heidi4982002@hotmail.com 

摘要 

老師的話 

本報告是關於一系列以 Visual Fortran 處理數位影像的研究 , 我們在上一階段已完 

成各種影像的轉換與偵測 , 本研究繼續探討數位影像 , 包含碎形圖像的放大與縮小 , 

以之模擬碎形樹的生長、茁壯與枯萎的過程。此外也以先前利用 PVM 與 MPI 解 Laplace 

equation 的經驗 , 進一步擴展到影像處理 , 希望能提升其效率。 

郁桂的話 : 

我在開始規畫專題學習時 , 就想探討生醫影像處理領域。於是就開始依照老師的 

指導 , 學習各種影像擷取技術的原理與應用 , 及以 matlab 模擬 X 光影像重建。也了解 

到影像處理都需要龐大的運算與資料存取 , 所以繼續學習以 Visual Fortran 達成傅立葉 

轉換、Sobel、Laplace 及 Hough 線偵測 , 並利用 PVM 及 MPI 進行數位影像之平行處 

理。 

關鍵詞 : Visual Fortran、影像處理、PVM、MPI、碎形。 

118


十二年一貫自然與生活科技領域實驗課程之設計與實施 

許庭嫚陳怡妏黃郁桂劉韋廷古家豪江丕智黃信健 


聯絡人 E-mail:a8324546@yahoo.com.tw 

摘要 

老師的話 

本文針對文化大學物理系近十年來所設計與實施的趣味科學實驗做一簡要的報 

告。這些實驗是為了引發學生對物理的興趣 , 提升教學與學習效果而設計 , 其範圍涵 

蓋流體力學、結構力學、光學、電磁學與生理學 , 適用對象由學前至大學 , 因此也符 

合當前十二年一貫學制之需求。 

庭嫚的話 : 

今年暑假 , 系上辦理了好幾個暑期科學營隊 , 我幸運獲選 , 和同學及學長姐組成 

輔導團 , 在老師的教導以及學姐的指導下 , 把整個活動的實驗都做過了幾遍 , 並互相 

討論過各個實驗所用到的理論。藉由此次機會 , 讓我跳脫以往只從課本學習的模式 , 

必須透過網路及其他書刊查資料 , 更廣泛地探討相關的理論。 

關鍵詞 : 十二年一貫、自然與生活科技領域、結構力學、光學、生理學 

利用 X 光繞射探討人蔘皂苷在脂膜中的狀態 

賴瑋婷王柏閔高笙耀黎晉瑞洪偉清 


聯絡人 E-mail:hung.wc0602@msa.hinet.net 

摘要 

人參皂苷萃取自人蔘中且大多數的人認為他對健康是有益的。在臨床實驗發現部 

分的帶糖的人蔘皂苷具有抗癌、抑制腫瘤轉移及提高人體免疫力的功能 , 但對於運作 

的機制並未清楚地瞭解。本文將利用 X 光多片層繞射技術有系列地探討三種不同的人 

蔘皂苷 Rg3、Rh2 及 M1 與脂膜的交互作用 , 同時也與膽固醇的作用作比較 , 藉以瞭 

解這三種人蔘皂苷對脂膜結構之影響。實驗發現這三種人蔘皂苷均會導致脂膜變薄 , 

這顯示人蔘皂苷僅會在脂膜的親水與厭水介面上而形成表面吸附狀態 , 而不同於膽固 

醇插入脂膜的增厚作用 , 這結果顯示人蔘皂苷的糖基位置與數量為影響脂膜變薄程度 

的控制主因。 

關鍵詞 :X 光多片層繞射、人蔘皂苷、脂膜 

119


薑黃素在脂膜中對抗菌小蛋白狀態之作用 

賴亭緯蕭至洋刁仁豪吳東岳洪偉清 


聯絡人 E-mail:hung.wc0602@msa.hinet.net 

摘要 

薑黃素萃取自薑黃 , 長久以來薑黃素常用於香料與食物上 , 一般認為薑黃素具有抗 

發炎及抗癌等功用 , 在以往的研究中發現薑黃素與脂膜有很強的作用 , 將會導致脂膜 

明顯的變薄效應 , 而抗菌小蛋白在脂膜中也產生變薄效應 , 但對於薑黃素在脂膜中將 

如何影響抗菌小蛋白的狀態卻沒有相關的研究可以瞭解。因此本文將利用 X 光多片層 

繞射技術及指向性雙光譜儀 (OCD) 及 GUV 實驗 , 一系列地探討薑黃素如何調控抗 

菌小蛋白的貫穿機制。由 OCD 實驗發現薑黃素會導致抗菌小蛋白更容易形成貫穿脂 

膜的狀態 , 由 LXD 實驗發現抗菌小蛋白的變薄效應明顯減弱 , 由 GUV 實驗也證明 , 

在水中薑黃素會使抗菌小蛋白更容易形成孔洞。這顯示薑黃素會先吸附到脂膜並產生 

明顯的變薄效應以取代抗菌小蛋白的變薄效應 , 因此大量減少頭部區的空間 , 因此導 

致抗菌小蛋白再吸附到脂膜時產生更大的形變能 , 因此更容易由吸附表面的狀態相變 

成為貫穿脂膜的狀態。 

關鍵詞 :X 光多片層繞射、指向性雙光譜儀、脂膜、GUV 

120


太陽能爐具 

洪俊中吳紘丞金培豪許玉晶吳雨衡嚴祖強 

國立中山大學物理系 

聯絡人 E-mail:b992030054@student.nsysu.edu.tw 

摘要 

本實驗目的在以促使太陽能熱在日常生活中更為普及與便於實踐。主要利用的原 

理為反射定律、物質的熱傳導特性、光學性質與杜爾瓶等。本實驗討論的重點以箱型 

爐具為主 , 除了改善器材的設計 , 我們亦從保存熱能著手 , 並選擇不同材料 , 另一方 

面 , 實驗中亦對不同透光材料作選擇 , 比較在相同情形之下的加熱效果 , 希望找出最 

合適的工作組合。一般而言細菌的生存溫度為 4~60℃ 為食品危險溫度區間 , 而澳門民 

政總署食品安全資訊網更指出食物內部溫度至少應達到攝氏 75℃ 方為安全 , 大多數細 

菌並無法在此溫度以上生存生長 , 將此器材運用在實際的烹調中具有重要意義。 

關鍵詞 : 太陽能熱、熱物理、太陽能爐具、綠能、箱型爐具。 

壹、簡介 

生熟食是人類社會發展的重要指 

標 , 今日食用熟食是我們所習以為常的 , 

不但熱的來源卻有許多選擇 , 從最原始的 

燒柴到後來有了石油和各式電磁加熱器 

食物的取得也更加多元 , 除了要求吃飽更 

要求品質與環保。在部分較為貧窮的地 

區 , 環境衛生的提升是相當急迫的 , 飲用 

水的安全更式重要 , 如何在盡力避免環境 

破壞的前提之下 , 將有限的資源做有效的 

運用是當前的課題 , 太陽能爐具便是在這 

樣的背景中誕生的。 

過去太陽能的重要性之所以一直未 

受到應有的重視 , 除了在於技術與知識上 

的缺乏 , 還有對其的不可操縱性 , 受到天 

氣與地點影響 , 相較於更廉價的能源取得 

( 如 : 石油 ) 並沒有優勢 , 但在今天環保與 

節能的主流意識下 , 太陽等永續能源日益 

重要 , 在日照充足地區尤為如此。太陽能 

爐具具有廉價與便利的特徵 , 利用的原理 

也相當簡單 , 各式各樣的設計有不同的特 

色與優缺點 , 但皆是利用「太陽能」。本 

實驗主要針對箱型爐具在結構上的改良 

與效率提升多所討論。在後面的篇章中比 

較了不同導熱物質與不同光介質的效 

果 , 最後以所採行的實驗方法提出結論。 

貳、工作原理 

一、 

太陽輻射 

可見光位於太陽光譜中光強度最強的位 

置。我們主要運用的光譜區間以波長小於 

2500 奈米為主。紫外線依據波長不同又 

分為近 (UVA , 400 ~315 nm)、中 (UVB , 

315 – 280 nm)、遠 (UVC, 280 – 100 nm) 

紫外線 , 其中、遠紫外線對生物較為有 

害 , 大多在臭氧層被吸收 , 而近紫外線則 

可以穿透雲層及玻璃 , 是利用的重點。紅 

外線也可分為紅外線 - A(IR-A ,730~ 

3000 nm )、紅外線 - B ( IR-B , 3×10 3 ~ 5 

×10 4 nm)、紅外線 - C(IR-C, 5×10 4 ~ 10 6 

nm) 三種 , 由於我們希望利用光譜能量 

較高的部分 , 所以近紅外線 ( 紅外線 -A) 是 

我們關注的焦點。能利用的光譜的範圍越 

大、能量越強越多 , 加熱的的效果越好。 

121


圖 2: (A) 反射定律 (B) 拋物形爐具 [4] 

圖 1: 太陽輻射光譜波長對幅射照度 [3] 

二、熱接收與保存 

對於太陽輻射接收最為直接的方式 

便是對陽光直接反射至待加熱物上 , 反射 

定律更是大多太陽能爐具所運用的原 

理。為加強陽光的強度 , 也可以使反光面 

符合特定曲率 ( 如 : 拋物面等 ) 使陽光更加 

集中。 

表 1[2] 

壓克力玻璃 

透可見光 92% 86% 

光 

率 

特 

性 

紫外線 73% 0.6% 

紅外線 

(μm) 

λ


表 2 [1][2] 

物 

質 

比熱 

(cal/g/k) 

密度 

(kg/m 3 ) 

熱導率 

(Wm -1 K -1 ) 

紙 0.311 900 0.006 

空 0.246 1.1~0.9 26.14~36.13 

氣 

沙 0.181 1400~1500 0.6 

土 

四、有效溫度 

澳門民政總署食品安全中心 < 處理食 

物衞生守則 > 指出當食物處於 4~60∘C 時 

會讓細菌大量孳生造成食物中毒 , 而 60∘ 

C 以上則可抑制細菌孳生 , 而澳門民政總 

署食品安全資訊網更直接建議食物中心溫 

度至少應該保持在 75∘C 上 , 不同的食材 

有不同的溫度安全標準 , 澱粉類食物 

比蛋肉類來得更加安全。 

必要的熱損失是相當重要的課題 , 熱容越 

大升溫就越困難 , 降低熱容並增加熱導率 

變成了我們討論的另一個重點。對此我們 

分別比較了金屬容器、空氣、沙土、紙對 

於溫度變化的影響。 

肆、實驗結果 

一、蓋板物質對溫度的影響 

參、實驗方法與步驟 

一、實驗方法 

本實驗使用的「直接曝曬法」, 將太 

陽的光能直接的利用 , 使陽光直接照射爐 

具待加熱處量測並記錄其溫度隨時刻的 

變化 , 由於日照強度、角度和時刻息息相 

關 , 故時刻的選擇比加熱時間的長短來的 

重要許多。 

簡單、直接、實際是本法的優點而缺 

點是天氣系統的不確定性無法控制以及 

其他不可控制因素 , 為本實驗在量測上與 

分析帶來相當程度的挑戰。 

二、實驗步驟 

1. 比較蓋板物質 

理想的蓋板物質要有較高的透光率 

並對熱有良好的隔熱效果。為了解不同蓋 

板物質對於箱型爐具的影響 , 先製做幾個 

不同的箱型爐具 , 分別採用壓克力、玻 

璃、保鮮膜所製成的蓋板 , 對相同熱容的 

材料進行溫度測量。 

2. 熱效率 

使用良好的導熱物質 , 降低實驗中不 

圖 4: 蓋板物質討論 

圖 4 中的大、中、小分別代表壓可力、 

保鮮膜、玻璃 , 從圖中可以很清楚的發現 

壓克力在溫度上升過程中的貢獻 , 符合我 

們對壓克力和玻璃對不同光波段透光率的 

認識。( 另一方面 , 玻璃雖然略遜於壓克力 

的升溫效果但其保溫效果卻勝過保鮮膜與 

壓克力 , 超出原本壓克力較玻璃有較小的 

熱導率所以應該要有較好的保熱性的實驗 

預期。) 

二、比較熱介質的影響 

圖 5: 對沙與水的加熱比較 

123


針對不同物質熱傳導與吸收的影 

響 , 本實驗分別做了加熱沙與水的比較、 

水的加熱與水被沙包覆加熱兩個部分的 

實驗 , 其進行日期如下 : 

6 月 16 日 : 鐵杯、水 150cc 

7 月 17 日 : 沙 600cc 

7 月 19 日 : 沙 600cc、鐵杯、水 150cc 

從圖 5 中可以發現沙對於熱的吸收 

顯著 , 在短時間內可以有很高的溫度效 

果 , 其乃是因為有比熱小的緣故 , 另一方 

面沙中富含孔縫能夾藏空氣 , 使其有更佳 

的保熱性 , 另外也能使待加熱物更均勻的 

加熱。 

圖 7: 烤番薯 

針對烤番薯 , 本實驗做了實地烹煮兩 

天 , 使用鋁箔紙包復並以沙覆蓋 , 從圖 7 

中可以發現加溫效果出奇的好 , 約兩個小 

時可以到達溫度峰值 ; 另外 , 在高溫區間 

能有效持續 , 符合先前提到的有效溫度的 

要求 , 達安全食用與有效烹煮的目的。 

圖 6: 不同物質對水的間接加熱比較 

另一方面 , 如果我們將沙土拿來當作 

是太陽與待加熱物之間的媒介 , 在圖 6 中 

不難發現 , 沙土確實發揮其絕佳的保熱 

性 , 也使先前陽光未直接照射到鐵杯的部 

分 , 可以透過沙土的熱傳導增加熱效率 , 

故得到熱容溫度其颺的結果。 

三、烤番薯 

圖 8:(a) 烹調前 

伍、參考資料 

(b) 烹調後 

一、 Journal of Engineering Geology 

工程地质学报粉土热导率与含水 

二、 

量关系的实验研究 

株式会社センスビー Sensbey 

Co. 各種物質性質表 

三、澳門民政總署食品安全資訊網 - 

食物安全中心 < 處理食物衞生守則 > 

中山大學物理演示實驗太陽能熱專頁 

124


風帆物理與六分儀 

麥克 

1 

袁振凱 

2 

3 

陳育鋒 Shaham Quadir 4 許玉晶 


5 

吳雨衡 

6 

嚴祖強 

7 

聯絡人 E-mail:immichaelhaha@gmail.com 

superyama01@hotmail.com 

摘要 

此論文是探討風浪板以及帆船的航行原理與設計理念 , 關於白努力方程式和分力 

的向量分析 , 以及海上定位的儀器製作原理及背景 , 測經緯度的六分儀和經線儀囊括 

兩次反射原理、幾何、天體運行。古代的橫帆隨季風航行 , 無法逆風行駛 , 現今的縱 

帆可調整受風面以逆風而行 , 海上大船不易見 , 所以我們利用模型 , 模擬行駛受風與 

構造功能。六分儀也是遠洋漁船上的儀器 , 我們利用唾手可得的物件製作 , 並實際操 

作了解其原理的應用。對經線儀有所知曉能更清楚航海的演變。當看到帆船逆風而行 

時的情緒說是驚奇 , 更好的說法是一種物理貼近生活的親切感。 

關鍵詞 : 帆船、風浪板、六分儀、經線儀、流體力學、兩次反射。 

壹、風帆靜力平衡 

一、研究目的 

帆船的動力主要來自於風力 , 然而風 

可能來自四面八方。此時作用於帆上會有 

多個分力。本實驗利用向量分析解釋風力 

與帆之間的關係 , 並運用風力驅使帆船前 

進。 

迎風帶 , 必須依照圖 2 所示的「之」字形 

航行 , 才能到達目的地。 

二、原理 

帆船行進時一共分為迎風航行、側風 

航行、側順風航行以及順風航行 , 分成這 

四部分來做個別討論 

圖 1 固定風向 - 各航段示意圖 

( 一 )、迎風航行 : 

在迎風帶左右各 45 度角 , 一共 90 度 

的範圍是無法行駛的 , 如圖 1 表示。因帆 

面未受到風力的作用所以無法前進 , 除了 

迎風帶以外的帆面才會受到足夠的風力來 

推動帆船前進。[2] 

故欲迎風前進時 , 即圖 1 中的左右舷 

圖 2 迎風之字形行 

125


將風作用在帆面上的淨力 F Total 分成 

為使船往前的力 F R , 以及往側邊的力 F H , 

如圖 3 所分析。而 F H 會使帆船在迎風段 

航行時發生 " 側移 " 的現象。[1] 

在水面下的情況 , 如圖 6a 中。中央板能在 

抵銷橫向的力上發揮最大效用。若是壓艙 

之力矩不足 , 將導致船身是以傾斜的方式 

行進 , 此時中央板上的阻力變小 , 如圖 6b。 

圖 3 帆面上的力作用示意圖 

為抵銷往側邊的分力 F H 產生的側 

移 , 需在船上加裝一塊名為「中央板」的 

板子 , 如圖 4 所示。中央板的位置是架設 

在船的中央 , 同時也是重心的位置。 

圖 6 靜止時、b 傾斜時中央板示意圖 

傾斜的船體與正常航行的船體 , 如圖 

6 所示 , 中央板吃水的深度差了一截 , 這 

樣二者抵銷的力就相差許多 , 傾斜的船隻 

側移的力量較大 , 導致不容易準確向目標 

前進。 

圖 4 中央板示意圖 

當作用在帆面上的力大於中央板可抵 

消的力時 , 船隻會開始傾斜。為保持船體 

平衡 , 需運用身體的重量將船身壓回平衡 

狀態 , 稱作「壓艙」, 如圖 5。[1] 

圖 7 中央板傾斜靜止比對圖 

( 二 )、側風航行 

側風航行時 , 風向與行進方向夾 90 

度 , 此時需要抵銷之分力較迎風航行時 

小 , 所以通常會將中央板抽起一些 , 以減 

少水所產生的阻力 , 如圖 8a。 

圖 5 壓艙時力作用示意圖 (O 為支點 ) 

中央板的功能是抵銷橫向的力以防止 

側移。當船身與水面保持平行時 , 中央板 

圖 8 中央板位置示意圖 

126


( 三 )、側順風航行 

側順風航行是風向與前進的方向夾約 

為 135 度的方向 , 如圖 1, 此範圍是所有 

航段之中 , 速度最快的一段。此時風完整 

的作用在帆面上 , 由於順風 , 因此需要的 

抵銷的力很少 , 所以可將中央板大部分往 

上抽起 , 如上圖 8b 中。 

( 四 )、順風航行 

順風航行指的是風向與行進方向夾 

180 度 , 即圖 1 所示 , 即風為從船尾吹到 

船頭 , 與側順風航行一樣不需要運用中央 

板來抵銷側移的力 , 帆面是完整的受風力 

影響而前進。此時將船體視為支點 , 如圖 

9 中 , 作用在帆上的風力產生順時針力 

矩 , 造成船身傾前而減速。這就是順風航 

行的條件雖與側順風航行一樣 , 但是速度 

比較慢的原因。 

圖 10 順風力延切線方向示意圖 

圖 11 傾斜船使力作用於中心示意圖 

三、結論 

風帆 , 是結合力與美的運動。我們從 

上述的觀點中 , 以力方式來分析風帆是如 

何前進 , 以及為何不同的風段 , 會有快慢 , 

操作難度不同的差別。 

從此次的研究中 , 我們可以將得到的 

結果 , 運用在實務上 , 使我們操作更順利 , 

悠遊的徜徉在大海中。 

貳、六分儀 

圖 9 順風時力將船下壓示意圖 (O 為支點 ) 

然而在順風航行時 , 以上方觀察帆面 

所受之力 , 如圖 10 所示。將船體視為圓 

心 , 風作用在帆面產生一沿切線的力 , 使 

船身有順時針旋轉之力矩 , 將無法筆直的 

向前前進。為解決這個難題 , 會將船從水 

平的樣子刻意壓成傾斜的 , 如圖 11。使得 

風力產生之力矩為零 , 這樣就可以解決轉 

彎的問題。 

一、研究目的 

在茫茫大海上的航行 , 海上定位是最 

重要的課題 , 因此有個可以測量緯度的儀 

器產生 , 稱之為六分儀。儘管現在擁有許 

多高科技儀器 , 但六分儀依然不可或缺 

的。六分儀的物理原理探討及太陽、地球 

與觀察者之間的關係與幾何分析都是一門 

有趣的學問。 

二、原理 

( 一 )、兩次反射原理 

在同一個平面上 , 經過兩次反射之光 

線 , 其最初方向和最後方向之夾角為兩反 

射面夾角的兩倍。 

127


圖 12 兩次反射原理示意圖 

( 二 )、緯度計算方式 

1、計算方式 

當地緯度 =90°+ 太陽赤緯 - 太陽上中天 

時的水平高度 

圖 13 緯度計算方法 :S 為太陽 ,E 為地球 , 

P 為觀測點 ,1 趨近於零度 ,2 為太陽赤緯 ,3 

為緯度 ,4 為緯度與太陽赤緯差值 ,5 為六分 

儀觀測之太陽中天角 

緯度 3 為待求角 , 利用太陽上中天時 

的角度 5 求之 , 因為太陽位在無窮遠處 ,1 

可視為零度 ( 平行光 ), 根據三角形內角和 

為一百八十度 , 太陽中天角 5 和緯度與 

太陽赤緯差值 4 相加為九十度 

太陽中天角 + ( 緯度 - 太陽赤緯 ) = 九十度 

移項得知 

緯度 = 九十度 + 太陽赤緯 - 太陽中天角 

2、關於太陽赤緯 

關於太陽赤緯 ( 太陽與天球赤道的夾 

角 ) 黃道是個圓 , 將它分成 360 等分來表示 

太陽所處的位置 , 這個數值稱黃經。把黃 

道座標轉換成赤道座標 , 就能得知太陽赤 

緯。若 L < 0 則加上 360∘ 

太陽某一天的黃經 

L= ( ( D - 80 ) ÷ 365 ) × 360∘ 

太陽赤緯 = sin -1 (sinε× sin L) 

ε=23.4393∘ 為黃道面與赤道面的夾角 

( 此角度有周期變化 , 此值為近似值 )[3] 

3、關於太陽上中天時的高度 

太陽中天角會是一天之中太陽的最高點 

利用 98 年的數據觀察到中天範圍 , 得知太 

陽最高角度出現在 11:40-12:15 之間 , 取這 

段時間為觀察範圍 , 找到太陽最高點即為 

太陽上中天時的水平高度 

三、實驗結果 

( 一 )、求 11 月 5 日的太陽赤緯 

D = 309 (D 就是一年來的天數 31+28 

+31+30+31+30+31+31+30+31+5=309) 

L = (309-80) ÷ 365 × 360 °≒ 226° 

太陽赤緯 = sin-1(sin 23.4393°× sin 226°) 

≒-17° 

( 二 )、11/5 的測量 

測量所在地國立中山大學海堤 

太陽水平高度 51° 

理論緯度 22.638095( 高雄市 ) 

當地緯度 =90°+(-17°)-51°=22° 

四、結論 

在擁有六分儀之後 , 人類在海上的定 

位變得更加精準 , 六分儀測量緯度 , 經線 

儀測量經度 , 擁有經緯度的準確測量使得 

航海不再是冒險。進而更有效率的到達目 

的地 , 繪製的世界地圖及航海圖也更加準 

確。 

參考文獻 

[1] Halliday,David. (2010) ,Fundamentals of 

Physics,(9 edition).Ch.5、6、9、10。 

[2] 中華民國帆船協會 , www.ct-sailing.org.tw 

[3] 香港太空館 , hk.space.muse 

128


用低價 DVM 精確測量低溫 

劉祖嚴周雨吳徐玉許玉晶吳雨衡嚴祖強 


聯絡人 E-mail:luix81627@hotmail.com.tw 

missing1214@hotmail.com 

摘要 

本研究討論利用低價三用電表進行低溫測量及原理。市面上的三用電表在約攝氏 

-40 度以下量測會有嚴重誤差 , 而 K 型熱電偶的溫度測量範圍卻可以達攝氏 -200 度。 

本實驗改變境溫度並紀錄 K 型熱電偶之溫度變化 , 進而找出其變化公式的解讀方法 , 

並使用各種規格的三用電表 , 測量低溫環境造成的溫度誤差值 , 對溫度電表內部公式 

進行校正。實驗結果證明低價 DVM 可以精確測量攝氏 -200 度的低溫。 

關鍵字 : DVM、K 型熱電偶、低溫、三用電表。 

壹、簡介 

溫度測量有各種方法 , 從一般的水銀 

溫度計到專業用的熱敏電阻溫度計。一般 

市售的三用電表多數有測量溫度的功能 , 

通常使用 K 型熱電偶來測量溫度。 

K 型熱電偶本身測量溫度範圍可達到 

攝氏 -200 度 , 但一般三用電表卻只能準確 

測量到攝氏 -40 度。K 型熱電偶測量溫度時 

產生之端電壓 , 在低於攝氏 -40 度時其值為 

非線姓的變化。本實驗將對三用電表內的 

換算公式進行校正 , 使低於攝氏 -40 度的量 

測可以藉由代入校正多項式 , 以求得正確 

的溫度。 

本實驗所推導出的校正公式將可以讓 

大眾使用一般的三用電表進行低溫測量 , 

不需要額外購買低溫溫度計。 

熱電偶能夠被用來測量溫度 , 主要是 

利用兩種不同金屬接觸後 , 會產生的電熱 

效應。就是說當兩種不同的金屬導體相互 

接觸時 , 在接觸面上的電子就會以擴散的 

方式來消除電子密度的差異 , 而此時電子 

散逸的速度正好與溫度成正比如下圖 

2-1。 

圖 2-1: 熱電偶示意圖 , 當兩不同金屬接觸時產生 

的電壓正比於溫度差如 V f T T 

) [1] 

out 

( 

JUNC COLD 

大多數的熱電偶在做溫度對輸出電壓 

做函數圖時 , 呈現的圖形卻不是很完美的 

線性關係 , 而是彎曲的非線性關係 , 如下 

圖 2-2。若是使用的電表或溫度計無法正 

確的給予補償電壓 , 那得出的溫度自然會 

有很大的偏差。 

貳、校正原理 

一、熱電偶測量原理 

129


圖 2-2: 輸出電壓對溫度的函數圖 ,Y 軸為輸出電 

壓 ,X 軸是溫度 , 由圖可見完全的非線性 [2] 

二、三用電表測量溫度原理 

三用電表用熱電偶測量溫度時 , 讀取 

的電動勢是跟熱端與冷端的溫度差成正 

比 , 所以我們要先知道冷端的溫度 , 才能 

知道兩者間的溫度差。 

用 ( 圖 2-3) 解釋 ,AB 分別是熱電偶的 

兩種不同金屬 , 而兩金屬的接點 a, 就是 

時 , 溫差帶來的電壓差 , 我們要進行冷端 

補償 , 將非零時溫度帶來的電壓差給消除 

掉 , 這樣才能得到正確的熱端溫度值 , 而 

測量出冷端溫度值要補償多少電壓給熱 

端 , 可以藉由查表來得知。而要知道冷端 

當時的溫度 , 普通的三用電表應該是用熱 

敏電阻 , 或是矽溫度傳感器 IC 來得知 , 才 

能有較好的性價比。 

一般來說 , 三用電表測量溫度時的步 

驟就是 : 

1. 先確定冷端溫度。 

2. 透過 K 型熱電偶查找表 , 將冷端溫度轉 

換成對應的熱電電壓對熱端進行彌補。 

3. 將步驟 2 得到的彌補電壓與熱電偶產生 

的電動勢讀數相加得到一個值。 

4. 在透過查找表將步驟 3 得到的電壓值轉 

換回溫度 , 此溫度即是我們要求的溫度 ( 熱 

端溫度 )。 

參、實驗方法與步驟 

一、校正公式的推導 

K 型熱電偶是利用端電壓的變化來測 

量溫度 , 但在低於攝氏 -40 度之後其端電 

壓變化就不如同攝氏 -40 度以上那麼準確 

了。大多的三用電表用線性公式來轉換 K 

型熱電偶的電壓差 , 所以使用一般電表測 

量低溫時就會產生誤差 , 而此時我們就必 

需校正電表所測量出來的溫度。利用統計 

資料 

T d 

2 

N 

0 

d1E 

d2E 

...d 

NE 

(1) 上 

熱端 , 也就是待測溫度所在的地方。而 bc 

兩端則是三用電表與熱電偶的連接處 , 我 

們把它叫做冷端。 

圖 2-3: 熱電偶測溫度示意圖 [3] 

在熱電偶應用的初期 , 訂定冰點 ( 攝氏 

零度 ) 為標準點 , 但是冷端在測量時並不會 

永遠都在零度。為了彌補冷端在非零度 

130 

式 , 將電壓差用多項式整合起來就可以將 

誤差溫度做修正。而我們用三用電表的溫 

度測量範圍得知其測量溫度是由 

Tabs (E Ecj)/k (2) 攝氏 -40 度 

~1000 度的線性部分來將電壓差轉換為溫 

度。所以我們將此段斜率 k 求出 0.044762 

及可利用電表測出來的溫度 T 和式 (2) 求 

出原電壓差 , 在將原電壓差待入多項式 (1)


及 d 係數表 , 及可求得正確的溫度。 

圖 4-1: 快速升溫的溫度數據 

二、校正公式的驗證 

為了驗證此校正公式 , 我們使用液 

態氮並利用其沸點攝氏 -196 度的特性 , 

將待測的三用電表與 TES-1307 溫度計 , 

接在支架上 , 放入杜爾瓶中 , 接著倒入 

液態氮。因為在常溫下 , 液態氮的沸點 

為攝氏 -196 度 , 所以會直沸騰 , 而此時 

瓶中溫度因液氣共存的現象 , 溫度會保 

持在攝氏 -196 度 , 紀錄此時各電表、溫 

度計的溫度。待瓶中液態氮氣化完畢 , 

溫度會上升 , 此時將每個變化的溫度計 

錄下來 , 直至溫度回升至室溫。紀錄完 

畢後 , 將所得溫度數據輸入電腦 , 把待 

測三用電表的數據用公式校正後與 

TES-1307 溫度計的溫度數據做比較、做 

圖、並計算誤差值。 

圖 4-2: 緩慢取出的溫度數據 

根據上述方法得到的結果 , 又推論或 

許溫度變化較小 , 能得到更準確的實驗數 

據 , 因此將支架置於沸騰的液態氮降溫 

後 , 靜置於杜爾瓶內 , 蓋上蓋子自然升溫。 

過程雖然緩慢 , 但得到的誤差較小 , 結果 

如圖 4-3。 

肆、實驗結果 

一、校正結果 

將支架置於沸騰中的液態氮降溫後 , 

再藉由快速抽起的動作 , 使溫度上升回室 

溫 , 但此動作的升溫速度過快 , 紀錄的溫 

度數據所校正後的誤差值較大 , 其原因是 

TES-1307 溫度變化的速度不及待測電表如 

圖 4-1。 

於是改為緩慢取出 k 型熱電偶 , 讓 

TES-1307 趕的上溫度變化 , 結果如圖 4-2 

可以發現這種方法的誤差值明顯降低。 

圖 4-3: 自然升溫的結果 

但比較結果卻發現 , 圖 4-3 的誤差值 , 

雖然比圖 4-1 的結果要小 , 卻是比圖 4-2 的 

誤差值要大。所以只要環境溫度的變化不 

要過渡劇烈 , 所記錄的數據誤差值都不大。 

依據不同的三用電表也會有不同誤差 

值 , 利用圖 4-3 較穩定的結果來比較不同 

規格三用電表的結果。 

131


圖 4-4:GDM-350A 升溫結果 

圖 4-6:GDM350A、GDM356 校正結果比較 

圖 4-5:DT700C 升溫結果 

由上圖 4-4、4-5 可知 , 不同規格的三 

用電表在校正後 , 溫度誤差均較小 , 同時 

驗證靜置升溫的結果誤差值較小。把圖形 

放大比較後如下圖 4-6、4-7, 較低價的 

DT700C 在誤差值上較大 , 但整體校正後的 

誤差值都降低許多。 

在升溫過程中 , 使用迅速升溫 , 但會 

影響溫度的精準度 , 故在測量時需要使用 

緩慢升溫的方法 , 以免造成誤差。 

圖 4-7:GDM350A、DT700C 校正結果比較 

伍、結論 

本實驗使用最便宜的三用電表 

DT700C 市售價一個 75 元 , 利用以上的方 

法可以將誤差減少至 ±5 度以內 , 證明我們 

的方法是成功的。因此校正公式運用在一 

般的三用電表測量低溫是可行。 

參考文獻 

1. [1] [2] 台灣師大物理系物理教學示範實驗教室 

2.[3]http://china.maxim-ic.com/app-notes/ind 

ex.mvp/id/5032 

132


利用溶膠 - 凝膠法合成摻雜三價鉺離子之鋯酸鍶螢光體 

(SrZrO 3 :Er 3+ ) 及其光放射行為研究 

王柏彬 

1 

1 

李燕如 

1 

宋怡葶 

1 

楊文都 

國立高雄應用科技大學化學工程與材料工程系 

聯絡人 E-mail:1098403108@cc.kuas.edu.tw 

摘要 

本研究成功地使用溶膠 - 凝膠法合成了鋯酸鍶摻雜三價鉺離子之螢光體材料 , 分析結 

果表明 :( 一 ) 由 X 光繞射儀 (XRD) 的分析可得知鋯酸鍶摻雜三價鉺離子之螢光體材料 

的晶體結構屬於正交晶系鈣鈦礦結構 , 具有空間群 Pnma{62}, 且晶格參數分別為 

a=5.818Å ,b=8.204Å ,c=5.797Å ,c/a=0.996,Volume=276.7Å 3。( 二 ) 由光致發光光譜 

儀 (PL) 的分析中可以發現鋯酸鍶摻雜三價鉺離子之螢光體材料的放射光譜中放射峰值 

波長位於 540.6nm, 且屬於綠光放射。 

1 

關鍵詞 : 鋯酸鍶、三價鉺離子、綠光放射。 

利用溶膠 - 凝膠法合成摻雜三價鈧離子之鋯酸鋇螢光體 

(BaZrO 3 :Sc 3+ ) 及其光放射行為研究 

王柏彬 

1 

1 

李燕如 

1 

宋怡葶 

1 

楊文都 



摘要 

本研究成功地使用溶膠 - 凝膠法合成了鋯酸鋇摻雜三價鈧離子之螢光體材料 , 分析結 

果表明 :( 一 ) 由 X 光繞射儀 (XRD) 的分析可得知鋯酸鋇摻雜三價鈧離子之螢光體材料 

的晶體結構屬於立方晶系鈣鈦礦結構 , 具有空間群 Pm3m{221}, 且晶格參數分別為 

a=4.193Å ,b=4.193Å ,c=4.193Å ,c/a=1,Volume=73.7Å 3。( 二 ) 由光致發光光譜儀 (PL) 

的分析中可以發現鋯酸鋇摻雜三價鈧離子之螢光體材料的放射光譜中放射峰值波長 

位於 640.6nm, 且屬於紅光放射。 

關鍵詞 : 鋯酸鋇、三價鈧離子、紅光放射。 

1 

133


利用溶膠 - 凝膠法合成摻雜三價鉕離子之鋯酸鈣螢光體 

(CaZrO 3 :Pm 3+ ) 及其光放射行為研究 

王柏彬 

1 

1 

李燕如 

1 

宋怡葶 

1 

楊文都 



摘要 

本研究成功地使用溶膠 - 凝膠法合成了鋯酸鈣摻雜三價鉕離子之螢光體材料 , 分析結 

果表明 :( 一 ) 由 X 光繞射儀 (XRD) 的分析可得知鋯酸鈣摻雜三價鉕離子之螢光體材料 

的晶體結構屬於正交晶系鈣鈦礦結構 , 具有空間群 Pnma{62}, 且晶格參數分別為 

a=5.762Å ,b=8.017Å ,c=5.591Å ,c/a=0.97,Volume=258.3Å 3。( 二 ) 由光致發光光譜儀 

(PL) 的分析中可以發現鋯酸鈣摻雜三價鉕離子之螢光體材料的放射光譜中放射峰值波 

長位於 440.6nm, 且屬於藍光放射。 

1 

關鍵詞 : 鋯酸鈣、三價鉕離子、藍光放射。 

利用溶膠 - 凝膠法合成摻雜三價釔離子之 γ 相鋁酸鋰螢光 

體 (γ-LiAlO 2 :Y 3+ ) 及其光放射行為研究 

王柏彬 

1 

1 

李燕如 

1 

宋怡葶 

1 

楊文都 



摘要 

本研究成功地使用溶膠 - 凝膠法合成了 γ 相鋁酸鋰摻雜三價釔離子之螢光體材料 , 分 

析結果表明 :( 一 ) 由 X 光繞射儀 (XRD) 的分析可得知 γ 相鋁酸鋰摻雜三價釔離子之螢 

光體材料的晶體結構屬於正方晶系結構 , 具有空間群 P42I2{90}, 且晶格參數分別為 

a=5.172Å ,b=5.172Å ,c=6.284Å ,c/a=1.215,Volume=168.09Å 3。( 二 ) 由光致發光光譜 

儀 (PL) 的分析中可以發現 γ 相鋁酸鋰摻雜三價釔離子之螢光體材料的放射光譜的放射 

峰值波長位於 456.6nm, 且屬於藍光放射。 

關鍵詞 :γ 相鋁酸鋰、三價釔離子、藍光放射。 

1 

134


研究流體在十字型生醫晶片微管道中流動的濃度分佈情 

況 

1 

王柏彬 

1 

傅龍明 


2 

國立屏東科技大學材料工程系 


摘要 

本研究是利用數值模擬的方式來分析應用於微流體生醫晶片之微管道 , 設計不同幾 

何形狀的十字型微管道進行模擬分析 , 研究流體在微管道中濃度分佈的情況 , 其研究 

結果與實驗結果進行對照 , 顯示就不同管徑比例和漸擴管長度來觀察其流體濃度變 

化 , 發現隨著漸擴管長度的增加 , 可以很明顯的看出 , 在出口端流體濃度的輪廓會由 

半月形逐漸轉為越來越平坦。 

2 

關鍵詞 : 十字型微管道、數值模擬、漸擴管。 

研究流體在雙 T 型生醫晶片微管道中流動的濃度分佈情 

況 

1 

王柏彬 

1 

傅龍明 


2 

國立屏東科技大學材料工程系 


摘要 

本研究中利用數值模擬的方式來分析應用於微流體生醫晶片之微管道 , 設計不同幾 

何形狀的雙 T 型微管道進行模擬分析 , 並研究流體在微管道中濃度分佈的情況 , 由雙 

T 型微管道模擬結果與實驗結果來看 , 針對不同管徑比例和漸擴管長度來觀察其流體 

濃度變化 , 皆發現隨著漸擴管長度的增加 , 可以很明顯的看出 , 在出口端流體濃度的 

輪廓會由半月形逐漸轉為越來越平坦。 

關鍵詞 : 雙 T 型微管道、數值模擬、漸擴管。 

2 

135


天外飛來的輻射 

黃明輝 

1 , 歐喜強 

2 , 陳毓凱 

3 , 許珀瑋 

1 


2 

國立聯合大學華語文學系 

3 

國立聯合大學資訊管理學系 


摘要 

1912 年 , 海斯 (Victor Hess) 在幾次氣球飛行實驗後證實 , 在高空的游離輻射量比 

地面更強 , 後來稱這種來自地球以外的輻射源為宇宙線 , 海斯並因此發現宇宙線獲得 

1936 年諾貝爾獎。2012 年正是宇宙線發現 100 週年 , 本計畫以一系列活動慶祝這項 

發現 , 包含 2011 年 6 月份 ( 第 33 卷 ) 的物理雙月刊為《宇宙線發現百年專輯》及辦理 

八場巡迴演講。 

近年盛傳各種 2012 年世界末日的流言 , 其中許多牽涉天文、宇宙線、太陽風等 

課題。這些科幻情節大量引用民眾不熟悉的科學術語 , 將科學內容移花接木到八卦謠 

言 , 或者過度誇大效果 , 誤導大眾誤信駭人聽聞的情節。為此 , 在台北星空發表四篇 

序列文章 , 介紹許多末日預言及其背後的真相。本科普活動透過此序列文章及演講 , 

教導大眾認識自然輻射、太空天氣、天文 , 降低由 2012 末日謠言引起的誤解與憂慮。 

本計畫所有活動及刊印資料都刊登在網站 cosmicrays.tw 或宇宙線 .tw。 

關鍵詞 : 科學推廣教育、宇宙線、太空天氣、自然輻射、末日預言。 

王儀生 

1 

簡便型太陽爐 

1 

黃欣毅 

1 

黃明輝 



摘要 

太陽熱能佔太陽光譜約 54% 的能量 , 是最方便使用的能量。為推廣能源教育至國小 

學童 , 本系參與台灣科學教育館的『愛』迪生出發 — 到校服務學習公益活動 , 前往苗 

栗縣三所國小服務。本實驗室推出簡便型太陽爐 , 讓學生動手做出太陽爐 , 參與太陽 

爐烤雞蛋 , 與最後享用烤雞蛋。此太陽爐由僅由五個零件組成 , 且都可在一般商店買 

到 , 很容易製作。首先將廚房避免油煙沾黏的鋁箔貼紙 , 黏貼在西卡紙上 , 做成圓錐 

體。接著以呼拉圈做外框 , 套住圓錐體開口處。集熱的食物是用墨汁塗黑雞蛋 , 吸熱 

效率好。雞蛋再放入透明玻璃罐的溫室 , 以留住熱空氣與紅外線。最後將圓錐體放入 

固定用的紙箱 , 調整適當方向讓陽光能射入錐體 , 再將裝雞蛋的罐子倒置在錐體尖 

端 , 就可以開始烤雞蛋了 ! 完成品的截面積約 0.8m2。在實地測試時 , 晴朗的天氣時 , 

蛋殼的溫度可達 90C, 約 1.5 小時即可烤熟 6 顆雞蛋。即使在有雲無直射陽光時 , 也 

能維持在 60C 附近。實測結果證實本教具容易製做 , 且是有效的太陽爐。 

關鍵詞 : 太陽能、太陽熱能、太陽爐、科學推廣教育、科學教育館。 

1 

2 

136


因應 12 年國教高一基礎物理教學的建議 

張仁壽 

國立基隆女子高級中學 

聯絡人 E-mail:manbeast@klgsh.kl.edu.tw 

摘要 

近年來 , 本校因入學方式的改變 , 班內學生的學習能力落差漸大 , 教師在課程進度 

壓力下無法顧及學習落後的學生 , 導致其學習成就低落。在教師社群的討論下 , 利用 

學習單引導教學 , 成為可以解決現狀的教學方式。12 年國教實施在即 , 因應就近入學 

等理念 , 可預見將使班內學生的學習能力落差更為加大。在此提出以本校學生為對 

象 , 修正後的學習單引導教學模式 ( 尚未經具體實証 ) 供大家參考 , 來因應未來新生 

高一基礎物理的教學。 

關鍵詞 : 教師社群、學習單、12 年國教、教學模式。 

137


吸管排笛製作與國小聲音與空氣柱關係概念的探究 

葉麗如 

1 

葉聰文 

2 

1 彰化國聖國小 

2 

台中教育大學 

聯絡人 E-mail:osc099117@gmail.com 

摘要 

利用珍奶吸管製作吸管排笛 , 探究排笛發音音頻高低和空氣柱長短間的關聯 

性。透過音頻分析器測定吸管排笛各音管音階高低以製作出具有十二音律音階的吸管 

排笛。上述對吸管排笛所發出的音階高低與其音管長度間關係的分析結果與由聲波速 

度公式及聲音共振原理所獲得的結論一致。根據吸管排笛的科學探究結果設計趣味性 

教學活動 , 探究國小學生對聲音高低現象與空氣柱長度間關聯性的概念學習情形。 

關鍵詞 : 簡易樂器、聲波、共振原理。 

壹、緒論 

聲音是我們日常生活中接觸最多、體 

驗最多的一種物理現象 : 人與人之間的對 

話、下雨聲、樂器演奏等都是聲音的傳遞 , 

但聲音既看不到又摸不到 , 學生在學習聲 

音單元時 , 常會有一些似是而非的觀念 , 

依據張靜儀、余世裕 (2002) 的研究果發現學 

童普遍對聲音有本質的迷思概念、傳播的 

迷思概念、特性的迷思概念。根據邱郁雯、 

熊同鑫 (2009) 研究指出以樂器玩具進行「聲 

音概念」探討教學 , 可減少學生的迷思概 

念。 

我國教育 (2003) 部公佈的「國民中小學 

九年一貫課程綱要」的基本理念中強調「自 

然與生活科技之學習應以探究和實作的方 

式來進行 , 強調手腦並用、活動導向、設 

計與製作兼顧及知能與態度並重」。依 

Russell TYTLER(2002) 指出具有科學原理 

的玩具應用於課堂上會形成有趣的討論話 

題 , 兒童透過科學玩具加強學習動力。 

Mikko Korhonen(2010) 亦認為使用科學玩 

具能激勵孩子的學習動機 , 容易闡明某些 

138 

現象且不易造成觀念混淆。科學玩具能引 

起學生注意、提高學生學習興趣且科學玩 

具易於觀察 , 有助於啟發其認知、推理、 

思考等能力讓學生的概念更清楚 ( 邱郁 

雯 , 熊同鑫 ,2009)。依據賴慶三、王錦銘 

(2010) 的研究顯示科學玩具教學對國小學 

生科學學習成效、科學過程技能、科學態 

度 , 實驗組學生皆顯著優於對照組。 

因此本研究的目的依據九年一貫課程 

基本能力指標針對「聲音與吸管樂器」教 

學設計實驗 , 探索各音階頻率高低與空氣 

柱長度間關聯性 , 並根據十二平均律設計 

製作吸管排笛樂器玩具 , 依據所得結果對 

照 V= f × λ 做標準差分析。將此科學探究 

結果設計趣味性教學活動 , 幫助國小學生 

對聲音概念的學習。 


一、研究對象 

本研究採用行動研究法 , 針對國小「自 

然與生活科技領域」六年級上學期「聲音


與樂器」單元 , 透過自編教材及設計教案 

進行教學 , 使學習者經由自製「吸管排笛」 

的過程中探討各音階頻率與閉管吸管長度 

的關係。研究對象為國小六年級的一個班 

32 個學生 ( 分為 6 組 ) 及研究所 13 個同學。 

三、研究流程 

研究流程如下圖 1: 

學習者分析 

教學內容分析 

二、研究工具 

( 一 )、研究設備及器材 

1、耗材 

珍珠奶茶吸管 13 支、竹筷子、棉花、熱融 

膠、彩色 PP 板、標籤。 

2、使用工具 : 

剪刀、頻率分析器 ( 調音器 )、尖嘴鉗、打 

火機 ( 或熱烘機 )。 

( 二 )、C5~C6 音階 - 頻率對照表 

受限於吸管的長度及吸管吹口直徑大 

小 , 本實驗中的吸管笛音階採用 1939 年在 

英國倫敦所舉行的國際會議「國際標準音 

調」C5 到 C6 的頻率 , 如下表 1: 

文獻探討 

編寫教學目標及研發設計相關教材 

實際課程教學活動 

國小學生組研究生組 

蒐集教學活動資料並分析結果 

圖 1、研究流程圖 

表 1、C5~C6 各音階 - 頻率對照表 

叁、研究結果 

音階 ( 音名 ) 頻率 (Hz) 

C5 523.3 

C5# 554.4 

D5 587.4 

D5# 622.2 

E5 659.2 

F5 698.4 

F5# 740.0 

G5 784.0 

G5# 830.6 

A5 880.0 

A5# 932.4 

B5 987.8 

C6 1046.6 

資料來源 : 劉客養 (2003), 梁鈺昕 (2009)。 

139 

國小學生組實驗教學活動時間在 2011 

年 6 月初無冷氣的教室中 , 而研究生組則在 

7 月中有冷氣的實驗室中進行實驗教學活 

動。 

一、6 組學生實作所得到吸管長度之平均 

值與標準差摘要表 , 如表 2


表 2、學生組 C5~C6 各音階吸管笛長度之平均值與 

標準差摘要表 

表 3、13 位研究生 C5~C6 各音階吸管笛長度之平均 

值與標準差摘要表 

閉管吸管 

6 組學生實作結果 

理想吸管 

分析 

音階 

推算音速長度 

實作平 

(cm/s) L1’= V/ 

均長度標準差 

4 f(cm) 

L1 (cm) 

C5 15.8 0.42 33072.56 15.62 

C5# 15.1 0.20 33485.76 14.75 

D5 14.2 0.32 33364.32 13.92 

D5# 13.6 0.13 33847.68 13.14 

E5 12.6 0.20 33223.68 12.40 

F5 12.0 0.08 33523.20 11.71 

F5# 11.2 0.26 33152.00 11.05 

G5 10.2 0.48 31987.20 10.43 

G5# 9.5 0.33 31562.80 9.84 

A5 9.1 0.23 32032.00 9.29 

A5# 8.6 0.20 32074.56 8.77 

B5 8.1 0.15 32004.72 8.28 

C6 7.6 0.16 31816.64 7.81 

平均音速 32703.62 

依據聲音在閉管空氣柱產生 

共振形成駐波 , 駐波的頻率為 

f = nv /4L1 ,(3.1) 

13 位研究生實作 

結果分析 

音階 

實作平 

均長度標準差 

L2(cm) 

閉管吸管 

推算音速 

(cm/s) 

理想吸管 

長度 

L2’= V/ 

4 f(cm) 

C5 15.5 0.28 32444.6 15.10 

C5# 14.6 0.25 32376.96 14.26 

D5 13.8 0.40 32424.48 13.45 

D5# 12.9 0.33 32105.52 12.70 

E5 12.1 0.36 31905.28 11.99 

F5 11.4 0.32 31847.04 11.32 

F5# 10.6 0.45 31376.00 10.68 

G5 10.1 0.34 31673.60 10.08 

G5# 9.5 0.48 31562.80 9.51 

A5 8.9 0.38 31328.00 8.98 

A5# 8.3 0.33 30955.68 8.48 

B5 7.8 0.45 30819.36 8.00 

C6 7.2 0.39 30142.08 7.55 

平均音速 31612.42 

表 3 中之理想吸管長度 L2’ 推算方式 

與表 2 一致。 

當 n=1 時的聲音稱為基頻 , 則波長為 4 

倍吸管長 , 據此推算各音階音速 V= f × 

4L1, 再由平均音速算出各音階理想吸管 

長度 L1’= V/ 4 f , 如表 2。 

二、 13 位研究生實作所得到吸管長度之 

平均值與標準差摘要表 , 如表 3 

三、結論 : 

( 一 )、由國小學生組與研究生組所得的數 

據顯示 , 各音階長度之標準差值均不大 , 

代表平均而言 , 各組所得音階長度差異不 

大 , 其值是可供參考的。 

( 二 )、因實驗活動教學時的溫度不同會影 

響各組音階長度。 

140


肆、討論與建議 

一、討論 : 

( 一 )、因溫度對聲速的影響 , 在不同季 

所製得的吸管排笛長度會產生些微 

差異。 

( 二 )、各人吹奏技巧的差異性會影響響度 

及些微頻率差。 

( 三 )、由各組實作之音階平均長度以 V= f 

× 4L 推算出平均音速皆小於攝氏 15 

度時的音速 (34000cm/s), 因此需做 

管口修正 , 但不在此次研究範圍。 

( 四 )、從低音階開始製作 , 以 C5 音階為例 

找到長度之後 , 下一個 C5# 音階長 

度比 C5 音階稍短 , 依此類推 , 能快 

速找到各音階的大概長度 , 再以頻 

率分析器調出準確音高。 

( 五 )、封管時因空氣柱變窄會產生頻率誤 

差 , 因此需預留 0.2~0.5 公分的長 

度 , 封管後再試吹一次 , 若音頻太 

低將吸管長度做微調即可。 

二、建議 : 

( 一 )、pp 板長寬比以 6cm*28cm 為宜 , 每 

間隔 1.5cm 置放一根吸管音階 , 左 

右各預留 4~5cm 並可加上簡易握把 

以方使吹奏。 

( 二 )、吸管音階置放於 pp 板時 , 建議吹口 

端凸出 PP 板 1.5cm 以方便吹奏。 

( 三 )、吸管排笛製作應用在國小教學時 , 

可給予各音階吸管長度對照表 ( 如 

表 2 或表 3 之理想吸管長度 ), 學童 

只要能模仿並完成吸笛排笛且能說 

明頻率高低與空氣柱長短的關係即 

可 , 以免難度過高 , 扼殺了學童的 

學習興趣。 

( 四 )、可再進一步探討不同溫度對各音階 

吸管長度的影響。 

參考文獻 

1. Mikko Korhonen(2010). Capstone 

Project Physics Toys. 

Distinguished Fulbright Awards in 

Teaching Program 2010. 

2. Russell TYTLER (2002). Using toys 

and surprise events to teach about 

air and flight in the primary school. 

Asia-Pacific Forum on Science 

Learning and Teaching, Volume 3, 

Issue2, Article 3, p.1 (Dec., 2002) 

3. 邱郁雯、熊同鑫 (2009)。「玩樂器 , 

學聲音」- 樂器玩具在聲音教學的應 

用。中華民國第 25 屆科學教育學術研 

討會論文彙編 - 口頭發表 - 短篇論文 p 

372-378。 

4. 張靜儀、余世裕 (2002)。國小學童對 

迷失聲音概念之研究。屏東師院學報 

第 16 期頁 395-434。 

5. 梁鈺昕 (2009)。搖籃曲音樂特性分 

析。國立成功大學工程科學學系碩士 

論文。 

6. 教育部 (2003)。國民中小學九年一 

貫課程綱要。台北 : 教育部。 

7. 劉客養 (2003)。初探鋼琴十二平均律 

調音。國立臺灣藝術教育館美育雙月 

刊第 131 期 ,89-96 頁。 

8. 賴慶三、王錦銘 (2010)。科學玩具遊 

戲教學對國小五年級學生學習成效之 

研究。科學教育研究與發展季刊 , 第 

五十六期 ,29-52 頁。 

141


與民間基金會合作之國小蝴蝶生態教材園經營管理個案 

研究 

12 

林素華 

1 

陳玲 

2 

楊正澤 

國立臺中教育大學科學應用與推廣學系 

3 

國立中興大學昆蟲學系 

聯絡人 E-mail:w6605@yahoo.com.tw 

摘要 

本研究以台中市一所由民間基金會贊助興建蝴蝶教材園的國小為對象 , 調查研究 

負責人員經營管理模式以及蝴蝶教材園環境資源。本研究以環境資源調查法蒐集教材 

園內物種資料 , 以問卷及訪談法蒐集學校經營管理人員相關的想法與意見 , 最後進行 

質性詮釋分析。 

此研究成果可作為其他國小校園經營蝴蝶生態教材園的參考 , 並提供未來校園整 

體環境規劃設計時對生物棲地的保留與管理模式之借鏡 , 讓未來的校園能擁有豐富多 

樣的生態環境 , 使校園真正成為自然與環境教育最佳的場域。 

3 

關鍵詞 : 蝴蝶園、生態教材園、經營管理。 

第一章緒論 

在國小自然與生活科技領域課程 

中 ,「蝴蝶」常被視為極佳的教材之一 , 因 

為其完全變態的生活史 , 體型大 , 色彩多 

樣鮮豔 , 日常容易發現 , 因此在教材中應 

用極為普遍。學校若能利用校園空間與資 

源營造適合蝴蝶繁衍生長的棲息空間 , 除 

了可提供一定種類的蝴蝶作為課程觀察或 

是學生飼養小生命的教材外 , 另一方面更 

可藉由棲地環境的營造 , 改善校園環境 , 

讓學生深刻體會到蝴蝶與植物及棲息空間 

等彼此賴以維生的生態關係 , 更能激發學 

生在校園與蝴蝶相遇後引起關注與探索的 

興趣。 

一、背景與動機 

2009 年台中有十所國小獲得民間基 

金會「校園蝴蝶生態教育」計畫贊助 , 計 

畫內容包含「為學校興建蝴蝶生態教材 

園」、「種植蜜源植物」、「培訓種子教 

生飼養」。因為蝴蝶生態教材園本為封閉 

之網室空間 , 要發揮教材園的功能 , 使其 

擁有蝴蝶生態資源 , 使園區永續發展 , 就 

必須致力於營造類似蝴蝶生息的棲地環 

境 , 改善人造環境的生態條件 , 因此校園 

教材園的目標 , 必須配合適當的經營管理 

策略 , 否則 , 最終可能會面臨昆蟲材料無 

法利用或網室荒廢的局面。 

本研究為了解校園如何因應此一課 

題 , 採立意取樣以台中一所國小為個案研 

究對象 , 欲調查其校內設置蝴蝶教材園之 

後 , 經營管理運作的真實情況 , 以及所面 

臨的問題與該蝴蝶生態教材園環境品質的 

變化。期望研究能探討學校體系在推廣蝴 

蝶生態教育的同時 , 如何運用校內既有的 

資源來確保蝴蝶生態教材園的永續發展。 

二、研究目的 

( 一 ) 了解個案學校蝴蝶生態教材園環境資 

源現況。 

( 二 ) 了解個案學校蝴蝶生態教材園經營 

師」與「提供教材、食草和蝴蝶幼蟲給學管理模式與特色。 

142


( 三 ) 探討個案學校蝴蝶生態教材園經營管 

理人員之經營理念與態度。 

第二章文獻探討 

一、校園生物棲地 

動物的「棲息地」(habitat), 最簡單的 

定義 , 就是此生物生存的地方。當一個地 

區的資源和環境條件 , 可以提供動物生存 

與繁殖的需求時 , 便可成為此物種的棲息 

地 , 而棲息地所提供的要素就是遮蔽、食 

物和水 (Morrison, Marcot,& 

Mannan .2006)。 

因為不同的生物其生活習性與生理構 

造的不同 , 其自然棲息繁衍的環境也差距 

甚大 , 在人為環境中若要營造出適合生物 

的棲所 , 就必須針對該生物的生活習性與 

生理需求提供適切的環境條件 , 才能達成 

棲地營造的可能 , 讓該生物自在生存其間。 

在林明瑞、劉惠元及巫麗雯 2006 年的 

研究中也指出 , 有自然生物棲地的校園 , 

可以提供生物多樣性之生態教材讓學生在 

自然環境中學習 , 可以使其養成愛護動植 

物、尊重大自然的態度與習慣。因此校園 

生物棲地對生物物種 , 對環境生態、對教 

育學習都有正向助益。 

一個校園的生物豐富度除了受校園本 

身的條件 ( 校園大小、位置、學生人數、 

建築物密度 ) 影響外 , 學校周邊環境與設 

施的材質型式也有影響 , 而校園裡如果能 

夠多種生物的食草 , 不要過度干預生物生 

存 , 就能增加生物的棲地。 

植物多樣性不僅軟化人工化的工程、 

也能創造生物棲地、生物群落、生態歷程 

等多樣性生態因子 , 使其維持生態環境的 

平衡與資源永續利用 ( 林信輝、簡伃貞、 

黃俊仁 ,2004)。校園中植物雖然不如大自 

然種類的豐富多樣 , 但校園的綠地是城鄉 

生態環境系統中重要的一環 , 具有綠化、 

透水及生物棲息的重要功能 ( 林憲德 , 

2004), 透過植栽規劃與設計就可創造更理 

想的生態環境 , 在校園提供更佳的生物棲 

息空間。 

二、校園蝴蝶生態教材園管理 

台灣因為多樣性的地形與複雜的氣候 

因素 , 使台灣昆蟲中的蝴蝶種類數量繁多 

( 李俊延、王效岳 ,2002), 是台灣極重要 

的生物資源。雖然限於學校所在的位置與 

面積 , 一般人為管理的校園比野外自然環 

境的物種單調 , 但校園內還是可透過適當 

的管理設計來增加生物多樣性。校園的管 

理除了考慮學生的使用方便與美觀 , 為了 

讓校園的生態更加豐富 , 低頻度與低強度 

的管理措施有其必要 ( 吳勝斌、劉惠元、 

林明瑞 ,2004)。 

在人為經營管理的蝴蝶生態教材園 

中 , 必須將蝴蝶之生產達到永續利用之狀 

態 , 以達經濟與保育兩大功能 ( 黃龍椿、陳 

建志 ,2006)。透過蝴蝶生態教材園的經營 

可對基因庫的保留、蝴蝶物種保育、棲地 

的營造增加許多助益。蝴蝶生態教材園的 

經營方式 , 須以恢復當地原來蝶種及植栽 

為主。因此校園蝴蝶生態教材園的經營需 

以棲地營造的方式考量 , 並以校園當地原 

生的蝶種與植栽為主 , 才能達成有效正確 

的管理模式。 

第三章研究方法 

本研究採調查研究法 , 以台中市 2009 

年接受民間基金會贊助設置之校園蝴蝶生 

態教材園為研究對象 , 對基地進行現場踏 

勘 , 實施蝴蝶與植栽種類田野調查 , 針對 

該蝴蝶生態教材園經營管理人員進行管理 

策略之問卷與深度訪談蒐集資料 , 最後進 

行綜合分析。 

一、環境資源調查 

蝴蝶生態教材園環境資源調查包含基 

地大小、坐落方位、園內蝴蝶種類、植物 

種類數量與配置。首先進行蝴蝶生態教材 

143


園環境初勘 , 再據以設計為基地踏勘調查 

表以記錄調查資料。 

調查先以皮尺工具測量蝴蝶生態教材 

園網室硬體設施長度、寬度、高度 , 以指 

北針測定蝴蝶生態教材園入口與網室座落 

方位。蝴蝶種類則是在網室內以定點目視 

法與掃網捕捉法記錄 , 並參考蝴蝶圖鑑 - 

福爾摩沙彩蝶鑑賞 ( 李俊延、王效岳 , 

2000), 作為辨識參考用書。蝴蝶生態教材 

園內植栽種類與栽種配置位置均以拍照、 

攝影方式記錄影像 , 佐以手繪圖面及現場 

筆記方式記錄。基地踏勘結果中植栽配置 

最後以電腦繪圖建檔 , 植栽種類則以 

Excel 軟體將植栽名與功用建檔作為後續 

分析基礎。 

二、訪談調查法 

個案學校配合合作之基金會之要求 , 

設有執行長一職 , 其為蝴蝶生態教材園經 

營管理主要執行與負責人 , 故本研究立意 

取樣選擇執行長為訪談對象 , 期望獲得其 

關於蝴蝶生態教材園經營管理之事實與想 

法等質性開放性內容。研究首先經由文獻 

回顧與整理 , 並配合研究目的列出訪談大 

綱 , 訪談大綱經由環境教育專家與昆蟲分 

類學兩位專家進行審查 , 最後修正為 27 

題正式大綱。 

訪談工作前以電子郵件、電話接洽受 

訪者訪談時間 , 並提供訪談大綱供其閱讀 

了解 , 另準備受訪者小禮物 , 再進行訪談 

工作。訪談時間約一小時 , 由研究者擔任 

訪談員 , 經徵得受訪者同意採全程錄音 , 

訪談完成後根據語義整理為文字稿 , 再進 

行資料分析。 

三、問卷調查 

依據研究目的並參考相關研究 , 研究 

者自擬「國小蝴蝶生態教材園經營管理研 

究調查問卷」, 問卷內容為「填答者資本資 

料」、「學校背景環境」、「蝶園管理團隊結 

構」、「蝴蝶生態教材園資源現況」以及「蝴 

蝶生態教材園應用推廣」共五個面向。問 

卷設計過程經過環境教育專家與昆蟲分類 

學專家共兩位審查並提供修正意見 , 問卷 

修訂後進行預試 , 分析結果刪改不適的題 

目字句 , 最後編成共 47 題之正式問卷。 

本研究針對個案學校實際參與蝴蝶生 

態教材園經營管理人員 3-5 人發出問卷 , 

並提供填答問卷之小禮物 , 最後回收問卷 

進行質性詮釋分析。 

四、綜合分析 

調查後進行三角檢核法 , 透過蝴蝶生 

態教材園環境調查資料、參與人員問卷、 

執行長訪談等不同調查方法所得個案學校 

資料相互檢視 , 確認其結果之真實性與完 

整性 , 以達資料信度與效度的功能。 

第四章結果與討論 

一、蝴蝶生態教材園硬體環境資源 

民間基金會原始合作學校預定設置三 

十坪左右的空間 , 經調查個案學校蝴蝶生 

態教材園實際占地範圍長 14.5 公尺 ; 寬 

4.56 公尺 ; 高 2.85 公尺 , 容積 :188.44 立 

方公尺 , 面積約為 20 坪大小空間。蝴蝶生 

態教材園位於學校校舍東北側 , 緊鄰建築 

物 , 方位座西南朝東北。 

二、蝴蝶生態教材園植物資源概況 

依據調查記錄 , 個案學校蝴蝶教材園 

中喬木有 4 種 , 灌木 11 種 , 草本 7 種 , 藤 

本 3 種 , 共計 25 種。其中具蜜源功能者有 

13 種 , 佔全部種類的 52%, 具有食草功能 

者有 11 種 , 佔全部種類的 44%, 其餘 1 

種為低矮地被植物。 

三、蝴蝶生態教材園蝴蝶資源 

調查蝴蝶生態教材園內有蝴蝶種類共 

計 6 種 : 分別是鳳蝶科的無尾鳳蝶、玉帶 

鳳蝶、紅紋鳳蝶與蛺蝶科的大白斑蝶、樺 

144


斑蝶 , 粉蝶科的水青粉蝶。 

四、蝴蝶生態教材園其他動物資源 

根據問卷與現地調查結果得知 , 蝴蝶 

生態教材園中除了蝴蝶之外 , 還會出現其 

他動物 , 種類包含鳥類、蜘蛛、螳螂、螞 

蟻、蝸牛、蚊子、蚯蚓、瓢蟲、芽蟲、蛾 

類 , 其中除了鳥類會被人為移出之外 , 其 

他類動物該校則維持原來狀態 , 未加以干 

涉。 

五、蝴蝶生態教材園經營管理模式 

根據訪談與問卷分析 , 個案學校主要 

由教務處與教師共同負責基金會合作計 

畫 , 團隊人數共 6 人 , 其中行政人員 2 人 , 

教師有 4 人。此團隊以職務平行且獨立運 

作模式為主 , 最主要投入蝴蝶園經營管理 

者是執行長 , 而其環境管理原則以生態考 

量為主 , 約一週維護一次。 

六、蝴蝶生態教材園經營管理困境 

根據問卷、訪談資料整體分析 , 個案 

學校管理工作面臨的困境包括人力、物 

力、資金與時間不足 , 另外還有管理人員 

欠缺專業能力與參與人員意願不高。 

七、管理者對蝴蝶教材園的期許 

經問卷與訪談分析 , 管理人員期望獲 

得更多人力資源投入蝴蝶園的管理 , 該校 

也希望校園引來更多的蝶種、增加喜愛蝴 

蝶的人數以及蝴蝶園永續經營。 

一、結論 

( 一 ) 個案蝴蝶教材園運作三年期間 , 能穩 

定維持網室內蜜源與食草植物共計 25 

種 , 蝴蝶 6 種 , 校園生物資源種類確實有 

所增加。 

( 二 ) 蝴蝶園雖設有名義上的管理組織團 

隊 , 但介入環境實質管理者僅 1-2 人 , 管 

理人力不足 , 對蝴蝶園的永續運作產生不 

利因素。 

( 三 ) 經營管理團隊人員期望蝴蝶園能永續 

運作並增加喜愛蝴蝶的人數 , 顯見其對蝴 

蝶園的設置皆持正面肯定看法。 

二、建議 

( 一 ) 學校應善用綠美化的資源與機會 , 多 

栽種有利於生物生長繁衍的原生植栽 , 如 

蝴蝶的食草與蜜源 , 以生態的角度進行管 

理 , 創造校園更豐富珍貴的環境資源。 

( 二 ) 學校應明確組織校園生態資源的管理 

團隊 , 落實權責分工 , 引入學生與志工等 

人力資源 , 整合校內具專長、興趣的人員 

投入 , 共同探索經營校內的生態資源。 

( 三 ) 學校應推廣師生建立對校園環境品質 

的共同遠景 , 營造關注環境的組織氣氛 , 

讓校園環境成為更受重視的一環 , 使環境 

教育的理念真正落實。 

※ 參考文獻請逕洽作者 

第五章結論與建議 

145


國高中力學實驗之新設計 

陳翰諄 

1 

1 

溫育斌 

2 

國立彰化師範大學 

林踐 

聯絡人 E-mail:chiohunpp@hotmail.com 

摘要 

現今的國高中物理課本內 , 力學的部分一直是學生學習路程上的一到高牆 , 因此讓學 

生最好理解力學這個區塊的方法 , 就是直接讓學生進行力學實驗 , 給學生自己觀察物 

體受到力的影響後 , 是怎麼樣運動的 , 本設計將讓學生自行組裝實驗教材 , 並以攝影 

的方式 , 配合公眾授權的免費影像分析軟體 , 讓學生或校方不需花費大量的經費與心 

力 , 即可觀察到清楚又明顯的力學運動過程。 

關鍵詞 : 力學實驗、Tracker、攝影。 

3 

146


「史萊姆與彈力球」之製作與教學 

孔繼緯 1 邱文弘 2 葉聰文 3 宋晏卿 

1234 國立台中教育大學科學應用與推廣學系 

聯絡人 E-mail:cone0629@yahoo.com.tw 

摘要 

現行國中自然與生活科技教材之聚合物單元 , 尚缺乏能夠讓學生實際體驗的「科學 

動手做活動」, 本研究擬利用生活上容易取得的材料 , 藉由膠水 ( 含聚乙烯醇 ) 與硼砂 ( 硼 

酸鈉 ) 反應而設計成的「史萊姆與彈力球」科學動手作活動 , 讓學生認識聚合物的性質 

並體驗交聯反應。 

經過教學實施後 , 對學生實施「科學動手做活動問卷調查」, 統計結果顯示學生經過 

本活動後 , 在對科學的「興趣」、實驗「容易完成及操作」及對自然與生活科技領域學 

習有「實際幫助」面向均持正向肯定的態度。 

4 

關鍵詞 : 科學動手做活動、聚合物、交聯反應、彈力球。 

壹、緒論 

教育學家盧梭 (Rousseau) 認為學童應 

直接從體驗中學習 , 而非間接的書本。杜 

威 (John Dewey) 也主張教育活動是「做中 

學」。近代科學教育已由教師為主的傳授式 

教學演變為以學生動手操作為主的活動式 

教學 , 因此本研究擬透過學生有興趣的「科 

學動手做活動」著手 , 以親自動手操作科 

學活動的方式來提昇學生學習的興趣 , 引 

發學生的好奇與學習 , 以生活經驗為素 

材 , 動手操作簡便的科學活動。現行國中 

自然與生活科技教材之聚合物單元 , 尚缺 

乏能夠讓學生實際體驗的「科學動手做活 

料 , 藉由膠水 ( 含聚乙烯醇 ) 與硼砂 ( 硼酸鈉 ) 

反應而設計成的「史萊姆與彈力球」科學 

動手作活動 , 讓學生認識聚合物的性質並 

體驗交聯反應。 

貳、相關文獻探討 

一、聚合物 

原子數大於 1000 的物質 , 稱為聚合 

物或高分子化合物 , 是由許多小單元連接 

而成的巨大分子。常見的聚合物如澱粉、 

纖維素、蛋白質、橡膠、塑膠和布料等物 

質。 

二、聚乙烯醇 (PVA) 

動」, 本研究擬利用生活上容易取得的材外觀一般為透明無色之膠狀物。是一 

147


種鏈狀聚合物 , 具有黏性 , 緩慢的流動性 , 

是一種水溶性的合成黏合劑。其構造式如 

下 : 

入的硼酸鈉 ( 硼砂 ) 越多 , 則聚乙烯醇 

(PVA) 膠水與硼砂結合力變大 , 會形成 

具有彈性的物體。 

( 三 ) 聚乙烯醇與硼酸鈉水溶液的交聯反應 

式如下 : 

圖 1 聚乙烯醇構造式 

(2.2) 

一般市售膠水含 12% 的聚乙烯醇及 88% 的 

水。能溶解於水 , 亦能溶解於含有羥基的 

極性溶液 ( 如甘油、乙二醇、醋酸、乙醛、 

苯酚 ) 中 , 但易於凝膠 ; 而不溶於一般非 

極性有機溶劑 , 亦不溶解於無機酸中 , 如 

硫酸、鹽酸等溶液 ; 當將硫酸鈉、硫酸鉀、 

硫酸銨等無機鹽類加入後皆會產生凝膠。 

加入硼酸鈉 ( 硼砂 ) 則會形成 “ 硼化聚乙烯 

醇 “, 過量的上述無機鹽類會導致聚乙烯 

醇析出。 

三、硼酸鈉 ( 硼砂 ) 

硼酸鈉 (sodium borate) 俗稱硼砂 , 為無色半 

透明的結晶或白色結晶性的粉末 , 無臭 , 

味鹹。主要是在食品品質改良的應用。我 

國自古就習慣使用硼砂 ( 臺灣話叫做冰西 ) 

於食品 , 舉凡年糕、油麵、燒餅、油條、 

魚丸等 , 多用硼砂做為增加彈性、韌性、 

脆度以及改善食品保水性、保存性的添加 

物。硼酸鈉 (Na2B4O7)(borax) 於水溶液中 

解離成硼酸根離子 (B(OH)4 — )(borate)。 

Na2B4O7+7H2O 

(borax) 

— 

2B(OH)4 +2Na + +2B(OH)3 (2.1) 

(borate) 

四、聚乙烯醇與硼酸鈉水溶液的交聯作 

用 

( 一 ) 交聯作用 : 是指具有一定聚合度的鏈 

狀聚合物 , 在交聯劑的作用下形成新的 

鍵結 , 使得聚合物相互連接形成具有一 

定交聯密度的網狀結構。 

( 二 ) 硼酸鈉 ( 硼砂 ) 當作交聯劑 , 將聚乙烯醇 

(PVA) 膠水的醇基反應脫去水分子 , 由 

液體狀變成固體狀 , 而具有彈性。若加 

(PVA) 

(borate) 

(PVA) 

(2.3) 

其中 K1、K2 為平衡常數。而此 B(OH)4 — 

離子於 PVA 溶液中則易與其相鄰兩個 

碳原子上之 - OH 基反應 , 結合而成帶 

電荷之錯離子化合物如 (2.2) 式。因 PVA 

為一多元醇之聚合體 , 故如其濃度高於 

C * 重疊濃度 (overlap concentration)( 約 

— 

15g/L), 則 PVA 與 B(OH)4 離子則可 

能經由反應 (2.2) 式及 (2.3) 式 , 產生分子 

間 (inter-molecular) 的交聯而形成一個網 

狀結構 , 凝聚成大分子而沈澱。但如果 

濃度低於重疊濃度 C * , 則 PVA 與 

B(OH)4 — 反應可能多為單獨分子之分子 

內 (intra-molecular) 交聯反應。 

參、教學活動設計 

一、鼻涕蟲史萊姆 

( 一 ) 實驗器材 

每組準備含 12% 聚乙烯醇 (PVA) 膠水 

1 罐、硼酸鈉 ( 硼砂 )1 罐、25mL 量筒 1 個、 

150mL 燒杯 2 個、玻棒 2 支、滴管 1 支、 

刮勺 1 支、電子秤 1 台、秤量紙 2 張、夾 

鏈袋數個。 

( 二 ) 鼻涕蟲史萊姆製作方法 

1. 用電子秤量取 12% 聚乙烯醇 (PVA) 膠 

148


水 40g 置於 150mL 燒杯中 , 記為燒杯甲。 

2. 取另一個 150mL 燒杯內裝 50g 水 , 用 

電子秤量取硼酸鈉 ( 硼砂 )0.5g 加入其中 , 並 

攪拌使硼酸鈉完全溶解 , 記為燒乙。 

3. 用 25mL 量筒量取燒杯乙中的硼酸 

鈉 ( 硼砂 ) 水溶液 10mL, 加入燒杯甲中 , 用 

玻棒攪拌即可得到鼻涕蟲史萊姆。 

肆、問卷設計 

二、彈力球 


每組準備含 12% 聚乙烯醇 (PVA) 膠水 1 

罐、硼酸鈉 ( 硼砂 )1 罐、25mL 量筒 1 個、 

150mL 燒杯 2 個、玻棒 2 支、滴管 1 支、刮勺 

1 支、電子秤 1 台、秤量紙張、夾鏈袋數個、 

不同顏色食用色素各 1 瓶。 

( 二 ) 彈力球製作方法 

1. 用電子秤量取 12% 聚乙烯醇 (PVA) 膠 

水 40g 置於 150mL 燒杯中 , 並添加食用色素 

1 滴 , 用玻棒攪拌均勻 , 記為燒杯甲。 

2. 取另一個 150mL 燒杯內裝 50g 水 , 用 

電子秤量取硼酸鈉 ( 硼砂 )0.5g 加入其中 , 並 

攪拌使硼酸鈉完全溶解 , 記為燒乙。 

3. 用 25mL 量筒量取燒杯乙中的硼酸 

鈉 ( 硼砂 ) 水溶液 , 每次加 2mL 硼酸鈉 ( 硼砂 ) 

水溶液到燒杯甲中 , 用玻棒攪拌後 , 將彈 

力球拿出來用手搓圓並測試彈跳力 , 測試 

到最佳彈跳力為止。 

在科學動手做活動設計完成後 , 對 

學生實施教學 , 並針對科學動手做活動的 

內容作問卷調查。為符合研究的目的 , 設 

計生活化、安全、有趣、操作簡單且有意 

義的科學動手作活動 , 研究者發展了「鼻 

涕蟲史萊姆與彈力球科學動手作活動問卷 

調查表」, 以作為本研究活動設計的優缺 

點與改進建議之參考。 

一、問卷內容如下 : 

( 一 ) 第一題 , 探討科學動手做活動 , 是 

否能引起參與者對科學的「興趣」。 

( 二 ) 第二題、第三題及第四題 , 探討科 

學動手做活動 , 是否具有實驗「安全 

性」、器材「容易取得」且實驗「容 

易完成及操作」。 

( 三 ) 第五題 , 探討科學動手做活動 , 能 

讓參與者對自然與生活科技領域學 

習有「實際幫助」。 

149


二、問卷對象如下表 1: 

表 1、問卷調查對象背景資料 

參與科學動手 

做活動對象 

男生 

人數 

女生 

人數 

全班 

人數 

國中二年級 

甲班學生 

17 人 14 人 31 人 

圖 1 

伍、研究結果與討論 

經過教學實施後 , 對學生實施「科學 

動手做活動問卷調查」, 統計結果顯示學 

生經過本活動後 , 在對科學的「興趣」、 

實驗「容易完成及操作」及對自然與生活 

科技領域學習有「實際幫助」面向均持正 

向肯定的態度。 

陸、應用發展 

鼻涕蟲史萊姆由於具有黏性及吸附 

性 , 所以可以作為一種去除髒汙的清潔軟 

膠 , 例如用在鍵盤、手機的清潔 , 和市面 

販賣的產品很類似 , 如下圖 1; 鼻涕蟲史萊 

姆雖然是固態物質但又具有液態物質的流 

動性 , 而且具有保溫效果 , 所以可以拿來 

用做為熱敷或冰敷之用 , 和市面販賣的產 

品很類似 , 如下圖 2。 

柒、結論與建議 

圖 2 

學生做完「史萊姆與彈力球」科學動 

手作活動後 , 除了可以玩之外 , 還可以認 

識聚合物的性質並體驗交聯反應背後的科 

學原理 , 並且還知道如何應用到日常生活 

用品上 , 是個值得推廣的寓教於樂的科學 

活動。 

參考文獻 

1. Cheng, A. T. Y.,&Rodriguez, F.(1981). 

Mechanical properties of borate crosslinked 

poly(vinyl alcohol) gels, Journal of Applied 

Polymer Science, 26. 

2. 劉遠鋒 (2001)。聚乙烯醇 - 硼酸鈉錯離子稀釋及 

半稀釋水溶液之動態光散射及黏彈性研究。私 

立元智大學化學工程與材料科學學系碩士論 

文 , 未出版 , 桃園縣。 

150


電吉他科學營活動 

吳明德 

1 、金佳龍 

1 

臺北市立麗山高級中學 


摘要 

電吉他科學營隊課程包含物理學與生活科技 , 除了學習波動 , 還有電磁學等物理 

學概念 , 還能動手學會木工和電子電路製作 , 對學生而言是個能將學理與實務結合的 

好課程。在多年前 , 我曾在士林科學教育館進行此課程 , 今年 (2012) 的七、八月在 

科學教育館要再次進行電吉他營隊 , 特別將此活動分享給物理先進們。 

吉他是弦樂器 , 撥動琴弦會發出聲響。你可以隨手拿一個直尺作實驗 , 將一端固 

定於桌緣並撥動尺的另一端 , 可以聽到直尺振動發聲 , 如果逐漸縮短直尺振動的長 

度 , 會聽到直尺振動頻率會增加。如果在此直尺表面黏上物體 , 會發現物體越重 , 振 

動的頻率越低。所以知道物體越長或是越重 , 振動的頻率會越低 , 除此外材質間緊密 

程度也會有影響。 

吉他一般有六條粗細不同的弦 , 越重 ( 越粗 ) 的弦彈奏的聲音越低沈 , 越輕 ( 越 

細 ) 的弦彈奏的聲音越高亢。吉他弦如果用手指按著部分長度 , 讓振動的弦長縮短 , 

音調會變高。弦的此外一端是可以調整弦的鬆緊 , 如果扭的越緊 , 弦張力越大會發出 

頻率較高的聲音。 

傳統吉他除了弦以外 , 剩下的是個空箱子 , 空箱子的功能是將弦振動的聲音共鳴 

放大 , 但是電吉他沒有共鳴箱 , 如何將弦振動的聲音變得更大聲 ? 這個答案很複雜 , 

首先電吉他的弦必須是由鐵磁材料所製 , 而弦的下端附有拾音器 , 拾音器包含強力磁 

鐵及線圈 , 強力磁鐵能將鐵磁材料的鋼弦磁化 , 振動磁化後的弦 , 會使線圈發生電磁 

感應產生電訊號 , 電訊號經由擴大機放大後 , 其電流就足以推動喇叭發出聲響。 

本營隊有四個目標 : 

第一目標 : 是能使用線鋸、電鑽、砂紙與噴漆完成電吉他的木工部份。 

第二目標 : 瞭解鐵磁材料的磁化 , 和以強力磁鐵與線圈相對運動感應生電。 

第三目標 : 在電路板上鑽孔並銲上電子元件 , 製作放大電路 

第四目標 : 以電腦音效卡測試放大訊號 , 並調整電吉他音頻。 

1 

致謝 : 感謝士林科學教育館實驗組同仁協助課程。 

151


導電麵糰的設計與教學 

邱文弘 

123 

1 

孔繼緯 

2 

葉聰文 

3 

郭婉容 

國立臺中教育大學科學應用與推廣學系 

聯絡人 E-mail:243155@cd.org.tw 

摘要 

科學教育特別強調生活化的科學動手做活動 , 活動設計的題材與生活密切結合並 

融入相關的科學概念。黏土是一種深受兒童喜愛的手工藝術 , 一般市售的黏土有些含 

有化學成份 , 操作把玩可能有安全上的顧慮。本研究利用生活中容易取得的麵粉為主 

要材料 , 製作成麵粉黏土 , 可替代市售黏土 , 另外具有導電功能 , 可當作國小電學教 

學的輔助材料 , 及發展科學動手做活動。 

實施教學後 , 對學生實施「科學動手做回饋單」, 結果顯示大部份學生對這次活 

動在「新奇趣味性」、「對科學的興趣」、「動手操作」、「獲得科學知識」等方面 , 持正 

向肯定的態度。 

4 

關鍵詞 : 導電麵糰、科學動手做活動。 

壹、背景與動機 

愛因斯坦曾說過 :「興趣是最好的老 

師。」杜威在教育心理學上的主張之 

一 :「學校課程必須符合學生的興趣和能 

力 , 教學活動以學生為中心 , 而非以教師 

為中心。」( 張春興 ,2000), 由上述可知 

「學習興趣」是一種學習驅力。 

目前我國中小學教育受到杜威教育思 

想正面的啟發與影響 , 九年一貫的自然與 

生活科技課程 , 考慮了學生的興趣 , 設計 

以學生為本位的課程 , 強調學生主動探索 

與操作參與的歷程 , 啟發學生的思考與創 

造力 , 培養科技素養 ( 林佩蔘 ,2001)。我 

們更深信 : 動手做活動對中小學的教育影 

響特別大。 

科學教學特別著重課程內容與日常生 

活密切結合 , 更強調以生活化的實驗與動 

手操作活動來培養學生的科學興趣 , 並且 

建立正確科學知識與概念。 

黏土是一種深受兒童喜愛的手工藝 

術 , 用麵粉做黏土是一項新奇有趣的活 

動 , 如果麵粉黏土還具有導電功能那就更 

152 

特別驚奇了 , 一般市售的黏土有些含有化 

學成份 , 操作把玩會擔心學童摸到含化學 

成份的黏土 , 可能會對人體造成影嚮。研 

究者希望利用生活中容易取得的麵粉為主 

要材料 , 製作成麵粉黏土 , 此麵粉黏土具 

有天然、安全、有趣、可操作把玩的特性 , 

重要的是具有導電功能。 

所以 , 本研究的目的為探討導電麵糰 

的製作方式、基本導電性質及其科學動手 

做活動。 


一、科學動手做 

科學動手做活動是由實驗教學發展 

而來 , Dewey 於 1938 年提出「做中學 

(learning by doing)」的實用主義學習 

理念 , 認為學生學習科學不只是學習知識 

而已 , 同時應該也要學習過程與方法 , 所 

以當時以學生活動為中心的實驗教學、探 

究教學在美國即非常盛行 ( 林琬縈 , 

2009)。動手操作除了能幫助學生學習及體 

驗科學知識的應用 , 也能夠引導學生建構 

科學概念。研究結果顯示科學動手做活動


在幫助學生學習、增加學習意願、提升學 

習興趣、提升學習態度、使活動趣味化、 

培養科學創造力、提高專注力等方面均有 

正向的幫助。 

二、電解質 

一物質的熔融狀態或溶液 , 如能夠導 

電時 , 這化合物叫做電解質 

(electrolytes), 不能導電時 , 則叫做非電解 

質 (nonelectrolytes)。例如氯化鈉晶體在固 

態時為電的不良導體 , 但將氯化鈉加熱到 

熔點以上或溶解於水時 , 均可導電。酸、 

鹼、鹽等均為電解質 ( 王澄霞、魏明通 , 

1991)。 

電解質溶液的導電能力稱為電解質導 

電性 (electrolytic conductivity), 或簡稱電導 

(conductance)。電解質溶液與金屬的導電 

情形有所不同。金屬的導電主要是藉電子 

的移動。在電解質水溶液中 , 主要的電流 

擔體 (carriers) 為能移動的離子。金屬的 

導電性隨溫度之增加而降低。然而在電解 

質溶液的場合 , 由於溫度之增加使溶液的 

黏度以及離子的水合 (hydration) 程度減 

小 , 因而使離子較容易在溶液中移動。因 

此 , 溫度愈高電解質溶液的導電性愈大 ( 杜 

逸虹 ,1983)。 

我們可以歸納下列兩項影響電解質導 

電的結論 :( 一 ) 電解水溶液的濃度越大 , 

則導電度變大 , 但濃度增加到某一程度 

時 , 濃度再增加時 , 解離度反而變小 , 因 

此導電度的增加量卻減少了。( 二 ) 溫度升 

高 , 解離度變大 , 離子數目增加 , 而且離 

子具有較多的動能 , 移動的速度變快 , 因 

此電流變大 , 導電度增加。 

本研究是以麵粉為主要材料 , 加入食 

鹽水等添加物做成麵糰 , 因為可以當作黏 

土操作把玩及具有導電性 , 故稱為導電麵 

糰。導電麵糰因含有食鹽水 , 食鹽水為電 

解質 , 當施以某個電壓後即可導電 , 主要 

是因為食鹽水中解離出自由離子 (Na+, 

Cl-) 來形成電流 , 因而有導電的特性。 

參、教學活動設計 

一、導電麵糰的製作 


加熱器 1 台 , 不鏽鋼鍋 1 個 , 不鏽鋼盤 1 

個 , 不鏽鋼湯匙 1 支 ,100ml 塑膠燒杯 5 

個 , 塑膠湯匙 3 支 , 塑膠滴管 2 支 , 電子 

磅砰 1 台。 

( 二 ) 第一代導電麵糰的製作方法 

1、在不鏽鋼鍋加入 60 克水。 

2、量取食鹽 16 克、塔塔粉 6 克、沙拉 

油 2 克分別加入不鏽鋼鍋內 , 並攪拌 

之 , 務必使食鹽完全溶解。 

3、將 40 克麵粉加入不鏽鋼鍋內 , 以小火 

加熱 , 並不斷攪拌避免燒焦。 

4、待麵糰水份減少並呈現稠狀 , 停止加 

熱 , 讓麵糰冷卻。 

5、在不銹鋼盤撒一些麵粉 , 將麵糰放入 

盤中與麵粉混合並揉捻之。 

6、如此即完成麵粉黏土。 

( 三 ) 第二代導電麵糰的製作方法 

1、將食鹽 8 克倒入 28 克水中 , 攪拌之 , 

此即是食鹽水。 

2、將食鹽水倒入 40 克麵粉中 , 攪拌之。 

若太乾 , 則緩慢加入少許水 

若太溼 , 則緩慢加入少許麵粉 

3、如此即完成麵粉黏土。 

( 四 ) 第一、二代導電麵糰的比較 

1、第一代可溶解較多的食鹽 , 製作完成的 

導電麵糰 , 以 4.5V 的電壓即可使 2.5V 

燈泡發亮 , 並可使 LED 燈發亮及小馬 

達旋轉。缺點是製作較費時 , 必須使用 

加熱器 , 有添加物。 

2、第二代可溶解較少的食鹽 , 製作完成的 

導電麵糰 , 以 6V 的電壓才可使 2.5V 

燈泡發亮 , 並可使 LED 燈發亮及小馬 

達旋轉。優點是製作較簡單 , 不須使用 

加熱器 , 不加添加物。 

( 五 ) 導電麵糰成品 

153

I(mA) 

R 


將電流值換算成電阻值 , 將電阻與時間之 

關係做成圖 3 

圖 1 導電麵糰 

圖 1 左邊為原色 , 右邊加了食用色素 , 經 

學生操作把玩測試 , 學生普遍較喜歡有顏 

色的導電麵糰。 

二、導電麵糰的導電性質 


電源供應器 , 安培計 , 伏特特 , 塑膠盒 , 

三號四入電池盒 1 個 , 三號電池 4 顆 , 鱷 

魚夾數條 , 燈泡座 ,2.5V 燈泡 , 燈泡座 , 

LED 燈 , 小馬達 , 碳棒。 

( 二 ) 探討第一代導電麵糰「電流」與「電 

壓」的關係。 

固定 : 導電麵糰的食鹽水濃度、時間 

改變 : 電壓 ( 保持伏特計讀取的數據 ) 

測量 : 電流 

分析 : 做成圖表 , 探討導電麵糰「電流」 

500 

400 

300 

200 

100 

0 

與「電壓」的關係 , 如圖 2。 

高筋麵粉 40g, 水 60g, 鹽 16g, 塔塔粉 6g, 沙拉油 2g 

I-V 圖 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 

V(V) 

圖 2 導電麵糰 I-V 

10min 

20min 

30min 

40min 

50min 

60min 

由圖 2 可知 , 電壓於 4~10 伏特時 ,「電流」 

與「電壓」成正比的關係 , 符合歐姆定律。 

( 三 ) 探討第一代導電麵糰「電阻」與「時 

間」的關係。 

2hr 

154 

140.0 

120.0 

100.0 

80.0 

60.0 

40.0 

20.0 

0.0 

鹽 16g,V=4~10,R-T 圖 

10min 20min 30min 40min 50min 60min 2hr 3hr 

T 

圖 3 導電麵糰 R-T 

V=4 

V=5 

V=6 

V=7 

V=8 

V=9 

V=10 

由圖 3 可知 , 電壓於 6~10 伏特時 , 固定 

電壓下 , 其電阻呈現穩定的狀態。 

肆、問卷設計 

本研究在探討導電麵糰的製作方式及 

導電性質後 , 設計科學動手做活動 , 並於 

教學活動後 , 針對科學動手做活動做問卷 

調查 , 問卷目的是想了解學生對導電麵糰 

科學動手做活動的感想與看法 , 以作為改 

進活動設計之參考 , 期使科學動手做活動 

更符合學生的需求。 

研究問卷以意見勾選及感受的方式為 

主。第 1~15 大題為意見勾選題 , 利用李克 

特量表 (Likert scale), 採用五等級的態 

度類別量表 , 即「非常同意」、「同意」、「無 

意見」、「不同意」、「非常不同意」, 主要探 

討科學動手做活動是否能引起學生對科學 

的學習興趣、新奇特別、情意上的感受、、、 

等等。第 16~17 題為開放性填答 , 沒有標 

準答案 , 也採無記名方式作答 , 希望學童 

可以把心裡真實的想法表達出來 , 包含其 

他的感想、收穫、需改進之處 , 以利研究 

者了解科學動手做活動的教學方式 , 對學 

生的的心理感受與學習狀況。問卷設計成 

適合研究目的的問卷 , 並徵詢過專家意見。


伍、研究結果與討論 

一、問卷分析與討論 

實施教學後 , 對學生實施「科學動手做回 

饋單」, 回饋單分成四大部份 , 第一部份為 

學生對於活動的情意感受 ; 第二部份為學 

生對課程的想法感受 ; 第三部份為動手操 

作及小組合作。第四部份為開放性問答。 

結果顯示大部份學生對這次活動在「新奇 

趣味性」、「對科學的興趣」、「動手操作」、 

「獲得科學知識」等方面 , 持正向肯定的 

態度。 

二、導電麵糰的應用 

1、替代市售黏土 : 第二代導電麵糰經改良 

後製作方式簡單 , 學生學過後可自行 

DIY, 操作把玩具趣味性 , 麵糰無化學 

成份較安全 , 另外 , 製作成本也比市售 

黏土便宜。 

2、電學教學輔助材料 : 

國小部份 : 一般電學課程內容只把電 

池、電線、燈泡接成電路裝置 , 測試是否 

形成通路 , 若加入導電麵糰可增加不同電 

路組合及操作趣味性。 

國中部份 : 由於目前的國中理化電解 

質水溶液導電的性質之研究大都著重於電 

解槽中的電解反應 , 而鮮少有針對電解質 

加入麵糰的導電性質作研究 , 因此 , 可藉 

由設計一系列的實驗 , 探討導電麵糰的基 

本導電性質 , 驗證歐姆定律及電解質導電 

性質 , 以提供相關單元活動設計及輔助教 

學之參考。 

3、科學知識 : 

學生認知只有金屬是導體能導電 , 打 

破只有金屬能導電的迷思。 

參考文獻 

1. 王澄霞、魏明通 (1991)。普通化學。臺北市 : 

三民。 

2. 杜逸虹 (1973、1983)。物理化學。臺北市 : 三 

民。 

3. 林佩蔘 (2001)。九年一貫課程自然與生活科 

技領域教師創意微型教學實驗之設計研究 - 微 

型木材乾餾有機化學實驗。國立高雄師範大學 

化學研究所碩士論文。 

4. 林琬縈 (2009)。以 5E 學習環教學模式融入高 

職進修學校物理教學之行動研究 - 以摩擦力單 

元為例。國立高雄師範大學物理學系碩士論 

文。 

5. 張春興 (2000)。教育心理學。台北 : 東華。 

155


雙平面鏡成像現象融入國中幾何正多邊形課程設計 

陳嘉宏 

1 

1 

葉聰文 

台中市立大業國民中學 

2 

國立台中教育大學 

聯絡人 E-mail:fbi0913@hotmail.com 

摘要 

在國中數學幾何裡 , 正七邊形因內角度數不能整除精算 , 故目前尚無法利用尺規作 

圖將其準確繪製出來。因此本研究利用光的直進與反射定律 , 搭配雙平面鏡多重反射 

之現象 , 將雙平面鏡壓放在白紙邊緣上 , 以不同的開合角度觀察雙平面鏡所呈現之虛 

像 , 發現於特定開合角度時會產生出相對應的正多邊形虛像。同時研究者以所呈現出 

的正多邊形虛像為教材 , 並以數學幾何學中的線對稱圖形為基礎 , 利用對稱點、對稱 

角、對稱邊、對稱軸的概念來解釋成像過程 , 進而討論雙平面鏡的開合角度與所呈現 

之正多邊形邊數對應的關聯 , 並探討開合角度與正多邊形內角和外角之間的關係。 

關鍵詞 : 光的直進與反射定律、多重平面鏡、線對稱圖形、正多邊形。 

2 

壹、研究動機與目的 

從小到大我們的數學幾何學習過程 

中 , 一些簡單的正多邊形 , 如正三角形、 

正方形、正五邊形等形狀 , 時常出現在課 

程或生活中。然而某些正多邊形卻不常 

見 , 如正七邊形、正十一邊形等等。當然 

這些正多邊形是因其內角度數不能整除精 

算 , 故無法用尺規作圖將其準確的繪製出 

來。 

在目前強大的升學壓力下 , 國中數學 

教師對於課程教學時常只能利用傳統講述 

法來呈現 , 加上教科書內容為了顧及數學 

結構上的嚴謹性 , 所以編排方式很少考量 

到學習者立場 , 其結果就是教材刻板生 

硬、較不生動活潑 ( 莊麗嬌 ,2002)。 Russell 

TYTLER(2002) 指出具有科學原理的玩具 

應用於課堂上會形成有趣的討論話題 , 孩 

童藉此能加強學習動力。Mikko 

Korhonen(2010) 亦認為使用科學玩具能激 

勵孩童的學習 , 容易闡明某些現象且不易 

造成觀念混淆。基於此促使了研究者對於 

正多邊形的教材與玩具設計產生興趣。 

本研究之研究目的為探討如何利用 

雙平面鏡成像原理融入國中幾何正多邊形 

課程 , 並設計適當之教材與玩具 , 以符合 

國民中小學九年一貫數學學習領域課程綱 

要。 


本研究之文獻探討主要分為兩部 

份 , 第一部份為線對稱的幾何意義 ; 第二 

部份為平面鏡成像。 

一、線對稱的幾何意義 

自然界中各種物體的形狀 , 絕大部分 

都具有對稱的特性 , 而對稱又包含了線對 

稱及點對稱。所謂線對稱圖形 , 是以「一 

條線」為基準 , 在線的兩側以「等距離延 

展開」, 兩側所形成的圖形須形狀與顏色相 

同 , 稱為「線對稱圖形」或「軸對稱圖形」; 

此基準線可以是鉛直、水平或傾任一角度 

( 傅銘傳、林品章 ,2002)。換言之 , 將圖 

形沿基準線對摺 , 基準線兩側圖形可以彼 

156


此全等疊合 , 此種圖形稱為「線對稱圖 

面垂直的距離 ( 像距 ) 與物到鏡 

形」, 基準線則稱為「對稱軸」( 王世鑫 , 

面的垂直距離 ( 物距 ) 相等 , 即 

2007)。 

物距等於像距。 

而在九年一貫課程中 , 國中階段關於 (2) 平面鏡成像大小與物體的大小相 

線對稱的概念有 ( 陳義隆 ,2000): 

等 , 但左右相反。 

( 一 ) 分段能力指標 : 能利用形體的性質 (3) 平面鏡成像為正立虛像。 

解決幾何問題。 

2. 原理 : 

( 二 ) 分年細目 : 能理解平面圖形線對稱鏡前物體發出 ( 或反射 ) 的光線 , 

的意義。 

經平面鏡反射後進入我們的眼睛 , 由於 

( 三 ) 分年細目詮釋 : 

我們認為光線是直線前進的 , 因此我們 

1. 以生活中的平面圖形為例 , 來理解單會以為又有一個物體在鏡子後面 , 其實 

一圖形透過格子點作出線對稱的鏡射那是物體的像 ( 國立編譯館 ,2001)。 

圖形。 

( 二 ) 兩平面鏡夾 θ 角之成像 : 

2. 認識對稱點、對稱邊、對稱角、對稱若按照一般高中物理對於平面鏡成 

軸。 

像的敘述 : 

3. 兩對稱點連線被對稱軸垂直平分。 1. 只要「物」或「像」在平面鏡「之前」, 

因此從線對稱圖形的概念中 , 我們可就會成像 , 所謂「之前」是包括鏡面 

以發現一些的性質 : 

的延長線 ( 面 )「之前」, 但不包括該 

( 一 ) 對稱邊等長 , 對稱角相等。 

延長線。 

( 二 ) 對於一組對稱點 , 其兩點到對稱軸 2. 上述規則是遞迴定義 , 一直畫到所成 

之垂直距離會相等。 

的像落於在鏡後 , 則停止作圖。 

若以平面鏡成像的物理現象來說 , 就 3. 如果是成像正好在平面鏡的延長線 

如同將鏡子放置在對稱軸上 , 圖形上的每上 , 視為在鏡後 ( 成像在鏡後 , 停止作 

一點都可在鏡子所呈現的鏡像中找到相對圖 )。 

應的點。因此我們可以用翻轉的動作及平因此 , 若將物體放在夾 θ 角的兩平面 

面鏡成像的物理加以說明並表示線對稱圖鏡間觀察所成之像 ( 物體放置在鏡面夾 θ 

形的關係 ( 陳莉萍 ,2002)。 

角之分角線上 , 且夾角 θ 可整除 360° 時 ), 

360 

則其成像數為 N n 1, 其中 n 。 

二、平面鏡成像 

 

從眾多研究學生概念的文獻中可以而成像數另一個意義是光線在兩平面鏡之 

看到 , 雖然每個人幾乎每天都有看到平面間會產生幾次反射。如圖 1, 成三個像 , 兩 

鏡成像的經驗 , 但是對於平面鏡成像的原個一次反射的像 , 一個二次反射的像 , 表 

理性質常常無法正確說明 , 即使是大學示光線最多只能有二次反射。因此計算出 

生、甚至連中學自然科教師也存有不少迷成像數 , 也就可以回答光線在兩平面鏡之 

思概念 ( 黃鴻達 ,2002)。故以下將先針對間最多會有幾次反射 ( 邱博文 ,2010)。 

「單一平面鏡成像」與「兩平面鏡夾 θ 角 

成像」作說明 : 

一次反射 

物體 

( 一 ) 單一平面鏡成像 : 

1. 性質 : 

(1) 成像在鏡後的對稱位置。像到鏡 

二次反射 

一次反射 

157


参、研究工具 

圖 1 

一、器材 

兩個平面鏡、量角器。 

二、操作方法 

( 一 ) 利用膠帶將兩個平面鏡接合 , 且可 

任意開合 ( 如圖 2)。 

形狀正五邊形形狀正六邊形 

鏡面夾角 72 鏡面夾角 60 

成像數 4 成像數 5 

膠 

帶 

黏 

貼 

圖 2 接合方法 

( 二 ) 將兩平面鏡壓在紙張的邊緣上 , 且 

可任意開合 ( 如圖 3)。 

圖 3 平面鏡壓在紙張邊緣 

( 三 ) 將兩平面鏡任意開合 , 並從鏡面中觀 

察有哪些正多邊形 , 同時用量角器 

量取兩鏡面夾角度數 ( 如圖 4)。 

形狀正七邊形形狀正八邊形 

鏡面夾角 ? 鏡面夾角 45 


二、分析討論 

( 一 ) 研究者透過肉眼目前最多能清楚看 

到正十八邊形。 

( 二 ) 透過數字稠密性可在鏡面開合連續 

過程中看到正 n 邊形 (n 為質數 ), 

但鏡面夾角無法準確量取。 

360 

( 三 ) 若為鏡面夾角 , 則 n 所算 

 

出的 n 值 , 即為正多邊形的邊數。 

( 四 ) 研究者以鏡面夾 90 為例畫出成像 

過程 , 如圖 5。 

B’ A’ 

O 

圖 4 量取鏡面夾角度數 

肆、初步結果與討論 

一、初步觀察 

經初步觀察 , 觀察結果記錄於表 1。 

表 1、觀察記錄表 

對稱軸 ( 鏡面 ) 

A B 

對稱軸 ( 鏡面 ) 

圖 5 正四邊形成像過程 

1. 以線對稱概念分析 : 

(1) AA ' ' 

與 BB 均為對稱軸。AA’ 

' 

(2) AB 、 BA 分別以 AA 、 BB ' 為對稱 

' 

軸之對應邊為 AB 、 BA ' 。 

形狀正三角形形狀正方形 

鏡面夾角 120 鏡面夾角 90 


(3) AB ' 、 

' 

' 

BA 分別再以 BB 、 AA ' 為對 

' ' 

稱軸之對應邊均為 AB 。 

158


(4) A 、 A ' 為一組對稱點 , B 、 B ' 為另 

一組對稱點。 

2. 以平面鏡反射分析 : 

' 

' 

(1) BO B O 、 AO AO 。 

' 

(2) AB 、 BA 分別以 AA 、 BB ' 為鏡面 

' 

做第一次反射成像為 AB 、 BA ' 。 

(3) ' 、 ' 

' 

分別再以、 ' 鏡 

三、小結 

' ' 

面做第二次反射成像為。 

在成像過程中 , 發現線對稱圖形與平 

面鏡成像彼此間有關聯 , 且正多邊形內 

角、外角和鏡面夾角亦有關係。 

( 一 ) 對稱軸就是鏡面。 

( 二 ) 線對稱的「垂直平分」就是平面鏡 

「物距等於像距」的性質。 

( 三 ) 將物體根據對稱軸以 180 翻轉做 

出鏡射圖形 , 造成兩者左右相反。 

( 四 ) 對於觀察到的正多邊形內角度數為 

參考文獻 

中文部分 : 

180 , 外角度數為。 

1. 王世鑫 (2007)。線對稱概念結構分析研究 - 以 

國小五年級學童為例 -。國立臺中教育大學教 

育測驗統計研究所教學碩士論文。 

2. 邱博文 (2010)。物體在任意夾角 θ 的兩平面 

鏡之間會成幾個像。科學教育月刊 ,335, 

2-20。 

3. 陳義隆 (2000)。國小六年級學童線對稱概念 

類型之研究。台北市立教育大學數學資訊教育 

教學碩士學位班。 

4. 陳莉萍 (2002)。一位國小五年級兒童的平面 

線對稱前置概念 - 實際與 GSP 情境中的意義。 

國立台北師範學院數理教育研究所碩士論 

文 , 未出版 , 臺北。 

5. 莊麗嬌 (2002)。應用問題中心教學與合作學習 

理論於高職數學教室支行動研究。國立彰化師 

範大學科學教育研究所在職進修專班碩士論 

文。 

6. 黃鴻達 (2002)。國中學生平面鏡成像概念之 

研究。國立臺灣師範大學科學教育研究所在職 

進修碩士班。 

7. 傅銘傳、林品章 (2002)。幾何圖形對稱性之喜 

好調查。設計學報 ,7(2),P47-60。 

英文部分 : 

1. Mikko,K. (2010). Capstone Project Physics Toys. 

Distinguished Fulbright Awards in Teaching 

Program 2010. 

2. Russell, T. (2002). Using toys and surprise 

events to teach about air and flight in the primary 

school. Asia-Pacific Forum on Science Learning 

and Teaching, Volume 3, Issue2, Article 3, p.1 

(Dec., 2002) 

159


大學部光學實驗之設計與發展 

Development of University Optics Teaching Laboratory 

Hsin-Ta Lin( 林欣達 ) Jow-Tsong Shy( 施宙聰 ) 

1 


1 

Department of Physics, National Tsing-Hua University, Hsinchu, Taiwan, 30013 

聯絡人 E-mail:xup6vup286@gmail.com 

摘要 

現行實驗課的課程主體一般以流水式的實驗進度為主 , 實驗講義則以食譜式按部 

就班的形式呈現 , 這種設計的好處是教學者對於課程掌控度比較高、實驗室管理員對 

於器材管理比較方便 , 但是這樣的實驗設計並不利於學生對於光學知識的建構及發 

展 , 同時也比較無法透過實驗培養學生的探究能力。在現今的教學現場逐漸從以教師 

為中心轉換成以學生為中心的潮流下 , 我們嘗試以探究式教學理念 , 透過「預測 - 實 

驗 - 修正 (Predict-Test-Reconcile)」的模式來設計發展大學部一學期的光學實驗課程。 

我們實驗課程的主體是採兩階段主題式實驗進行 , 每一主題包含 1 週的基礎訓 

練、4 週的一般實驗、與 1 週的增能課程 , 並且在每一主題之前搭配 1 至 2 週的講解 

課程。實驗講義則以 P-T-R 的模式設計 , 增加講義與學生之間問答的互動 , 同時教學 

者也視不同學生的個別差異給予補充的問答 , 引導學生建構出解決問題的方法。評量 

的部分以實驗記錄簿及實驗結報的評量作為階段性形成性評量 , 給予學生及時回饋 , 

提供修正與改進的機會 ; 另外於期末時以筆試、操作考、與海報製做作為學生學習成 

效的總結性評量。 

對於實驗課程本身的評鑑我們針對課程安排、講義設計、實驗器材、與報告撰寫為主 , 

透過教學者與助教的自評、學生問卷調查的回饋與學生學習成效的評量等指標 , 做為 

實驗課程的修正與調整的依據。期望以這種模式提升大學部光學實驗課程的品質並且 

能夠穩定且永續的發展。 

160


以協同教學理念發展高中物理流體力學主題式課程 

Development of University Optics Teaching Laboratory 

林欣達 

1 *、黃頌喬 

1 、趙振良 

2 、劉揚安 

2 、王建揚 

1 

國立竹北高中實習老師 

2 

新竹市立建功高中實習老師 

3 

國立苑裡高中專任老師 

聯絡人 E-mail:*xup6vup286@gmail.com 

摘要 

這個主題式課程是開設於學校寒假輔導期間 , 為高中二年級的學生所設計。為了 

符合學校對課程內容的需求、以及考慮學生的先備知識與學習需求後 , 我們決定以流 

體力學為主題發展課程。 

我們以國中理化的浮力、壓力、帕斯卡原理為基礎 , 加入高中物理 95 課綱中的 

表面張力與白努利原理的概念。嘗試透過實驗、討論、講述 , 讓學生建立流體力學概 

念的輪廓。我們以協同教學的理念出發 , 以單一科目多位老師的模式 , 發展高中流體 

力學課程 ( 如圖 1 所示 )。在互動、觀摩、回饋、成長的循環中 , 將課程內容、實驗操 

作建立得更加完整。 

透過這次協同教學的經驗 , 我們發現發展協同教學確實會面臨許多行政上的困 

難、備課上的挑戰 , 但是我們著實從過程中體會到夥伴合作的優點與重要性 , 無論是 

課前的準備或是教學過程中的協助與觀摩以及課程結束後的評鑑 , 都是有達到相當程 

度的自我提升。 

我們也期待透過協同教學的歷程 , 夥伴教師們能將課程不斷精緻化 , 當課程進行 

一個段落後 , 所有的夥伴教師都能夠掌握課程中每個主題的所有教學活動 , 未來每個 

教師都有獨立教授這個課程的能力。 

3 

圖 1 課程發展架構圖 

161


以分立式電子元件設計的鎖相環教學實驗 

羅道正 

逢甲大學光電學系暨物理教學研究中心 

聯絡人 E-mail:djlwo@fcu.edu.tw 

摘要 

本文介紹以基本電子零件設計的電壓控制振盪器實驗電路、相位偵測器、及低通 

濾波器的實驗電路 , 可以用函數訊號產生器組成基本的鎖相環迴路 , 適合控制系統之 

捕取及鎖定的演示教學 , 與其相關聯的基礎物理概念搭配亦為講授相關學系之物理課 

時良好的應用實例。 

關鍵詞 : 電壓控制振盪器 (VCO)、相位偵測器 (PD)、相位頻率比較器 (PFD)、低通濾波 

器 (LPF)、鎖相環迴路 (PLL) 

壹、緒論 

一、研究動機 

自動控制是日常生活中經常要操作的 

系統 , 而鎖相環迴路是控制系統中十分常 

見的重要技術 , 可視為是藉由頻率變化的 

負回授以達成穩定控制的系統 , 該迴路內 

部的主要模組包含 : 電壓控制振盪器、相 

位偵測器、低通濾波器。 

因為電子電路的基礎教學實驗設計通 

常會受限於初學者的熟練程度不足 , 在有 

限的實驗時數內只能針對最重要的一些單 

一模組做實驗分析 , 所以有需要設計一些 

包含多重模組的小專題 , 銜接基礎電子電 

路的教學實驗課程和大學部終端課程學生 

的專題研究。 

研究的動機是希望藉由電腦的電路模 

擬分析、電子實驗室的實作測量、及演示 

教具的實務觀摩提升學生的學習效果 , 達 

成銜接基礎電子電路的教學實驗課程和大 

學部終端課程學生專題研究的效果。 

二、研究目的 

162 

鎖相環迴路的廣泛應用使得它被製作 

成積體電路 (IC) 大量銷售 , 例如最常見到 

的 CD4046B, IC 的體積小巧且性能較人 

工組裝的系統穩定可靠 , 是商品的必然趨 

勢 , 但是 IC 應用時只能在已經限定的範圍 

內工作 , 對實驗教學而言缺乏彈性 , 而以 

分立式基本電子零件組裝的電子電路可以 

保有應用時的修改彈性 , 比較適合電子電 

路的教學實驗量測操作和演示教具的實物 

觀摩討論。 

本文介紹以分立式電子零件設計的鎖相環 

迴路實驗模組教具 , 適合自動控制系統的 

捕取範圍、保持範圍及鎖定範圍演示教 

學 , 可以作為應用電子學和線性控制系統 

的專題實驗教材或是演示教具。 

貳、相關文獻探討 

一、鎖相環 

基本的鎖相環迴路介紹可以由網路查 

閱參考文獻 [1] 之項目 14, 以及參考文獻 

[2]、[3]、[4], 是 1930 年代就已經確立的 

重要工程技術 , 迴路的訊號流程如圖一 , 

輸入參考訊號的相位為 Φ 1 , 相位偵測器產


生誤差訊號 V 1 , 迴路濾波器產生致動訊號 

V 2 , 電壓控制振盪器輸出訊號的相位為 

Φ 2 。 

圖一 : 基本的鎖相環迴路 

如果鎖相環迴路處於鎖定的狀態 , 則 

輸入參考訊號 x(t) 和電壓控制振盪器輸出 

訊號 y(t) 如圖二。 

率比較器可以調變電壓控制振盪器 , 使輸 

出的頻率修正到與輸入參考訊號的頻率相 

同 , 進而控制 2 個訊號之相位差到達適當 

的固定值。 

類比式的相位偵測器可以參考 

Motorola 的 MC1496 [2], 數位式的相位頻 

率比較器可以參考 MC4044 [5], 以上 2 款 

IC 只要照著製造廠商提供之內部線路圖 

即可用分立式元件在麵包板上實驗製作 , 

是很適合教學使用的資料 ,MC4044 的數 

位邏輯電路如圖四 , CD4046B 或是 

HEF4046B 之 PC2[6] 的基本工作原理與其 

相同。 

圖二 : 鎖相環迴路鎖定的狀態 

如果鎖相環迴路於 t=0 時受到擾動進 

入非鎖定的狀態 , 則輸入參考訊號 x(t) 和 

電壓控制振盪器輸出訊號 y(t) 如圖三。 

圖三 : 於 t=0 時受到擾動進入非鎖定的狀態 

圖四 :MC4044 的寬頻帶相位頻率比較器 

眾多資料內的數位式低雜訊相位偵 

測器可以參考圖五 , 以互斥或邏輯閘產生 

出脈波寬度依相位差調變的誤差訊號 

V 1 , 例如 HEF4046B 內的相位比較器 PC1 

即為此一電路 , 在數位邏輯設計中 [7], 互 

斥或邏輯閘是布林代數內的奇函數 ,Φ 1 和 

Φ 2 的電位相同時輸出邏輯低態 ,Φ 1 和 Φ 2 

的電位不同時輸出邏輯高態 , 是設計相位 

比較器的基本作法。 

以低通濾波器對 V 1 積分即可產生致 

動訊號 V 2 , 對相位差 △Φ=0~ 的 2 個訊 

號輸入 , 可輸出連續掃瞄 0~V DD 的電壓範 

圍 , 達到控制 VCO 的效果。 

二、相位偵測器 

函數訊號產生器輸入的參考訊號和電 

壓控制振盪器輸出訊號的初始狀態可以是 

頻率不同的 2 個獨立訊號 , 寬頻帶相位頻 

163


圖五 : 互斥或邏輯閘的 0~ 低雜訊相位偵測 

可以選擇 74HC00 或是 4011 製作互斥 

或邏輯閘 , 它們內部的 4 個萬用基礎邏輯 

閘 (NAND gate) 剛好可以組成 1 個互斥或 

邏輯閘 [8], 4011 的工作電壓為 3V~18V, 

應用時的設計彈性大很多 , 其 Multisim 模 

擬分析如圖六。 

號的頻率做電壓及相位角變化的轉換控 

制 , 即可產生適當的致動訊號 V 2 , 達到使 

電壓控制振盪器輸出特定頻率和特定相位 

角變化量之訊號的目標。 

迴路濾波器可分為被動式和主動式 

的 , 圖七為被動式落後 - 前進濾波器的 

Multisim 電路模擬圖 , 落後 - 前進的意思是 

低通濾波器會隨輸入訊號頻率的開始增加 

而輸出相位開始落後的訊號 , 但是輸入訊 

號的頻率增加到某一大小之後 , 輸出訊號 

的相位會停止繼續增加落後量 , 然後反而 

會隨輸入訊號的頻率增加而減少落後量 , 

其 Bode 圖的衰減分析如圖八 a, 相位分析 

如圖八 b。 

圖六 a:4 個 NAND 閘組成 1 個互斥或邏輯閘 

圖七 : 被動式落後 - 前進濾波器電路圖 

圖六 b: 互斥或邏輯閘的相位比較波形模擬 

使用互斥或邏輯閘工作的低雜訊相位 

比較器會有無法分辨是否鎖住高次諧波的 

問題 , 因此通常是先使用雜訊比較大但是 

同時具備頻率比較功能的寬頻帶相位頻率 

比較器 , 例如使用 HEF4046B 時 , 在 PC2 

鎖住之後才視工作狀況考慮是否需要切換 

到低雜訊相位比較器 PC1。 

三、迴路濾波器 

四、電壓控制振盪器 

迴路濾波器為低通濾波器 , 依誤差訊 

164 

圖八 a: 圖七的 Bode 圖衰減分析 

圖八 b: 圖七的 Bode 圖相位分析


以分立式電子零件組裝的電壓控制振盪器 

可以參考文獻 [9], 實驗電路如圖九 , 其基 

本架構為電晶體組成的無穩態多諧振盪 

器 , 是電子學實驗的重要基本電路 [10], 

搭配以可變電阻器 R6 調整電流的電流鏡 

恆流源即可控制振盪器的工作頻率 , 

XSC1 示波器的模擬結果如圖十 , 其中準 

位調整電晶體 Q6 是模擬輸出負載而加上 

的 , 亦可將電晶體 Q6 改為運算放大器的 

比較器 , 電壓控制振盪器的頻率可調變範 

圍即為鎖相環的最大工作範圍。 

圖十 : 上 : 電壓控制振盪器的輸出訊號 

下 : 準位調整電晶體的輸出訊號 

參、研究工具與方法 

一、研究工具 : 

電路模擬軟體及基礎電子教學實驗室 

圖九 : 電流模式射極結合型電壓控制振盪器 

165 

的實驗設備為本研究的工具 ( 普通物理實 

驗室通常就有這些基礎配備 ), 本文所使用 

電路模擬軟體為 NI LabVIEW 之 Multisim 

及 Altera 公司的 MaxPlusII, 基礎電子教學 

實驗設備為示波器、函數訊號產生器、限 

流穩壓電源供應器 , 耗材部份只取用學生 

基礎電子教學實驗室的常備電子零件。 

二、研究方法 

將複雜的系統分離為個別單一模組 , 

用電路模擬軟體設計及模擬各部分模組 , 

找出適當的理論值 , 然後研究如何組合各 

部分模組 , 並以電路模擬軟體設計及模擬 

完整系統的工作是否適當 , 確定開發此專 

案的可行性。 

再以麵包板實作系統的各部分模組 , 

驗證理論值和實驗值是否相同 , 然後組合


各部分模組 , 並實際測試完整系統的工作 

表現是否適當 , 反覆修正以達到最佳組合。 

修正成功之後可以找適當困難程度的 

其它控制系統做為練習 , 研究控制系統工 

程實務的設計和物理理論模型的正確配 

合。 

肆、教學實驗的設計 

一、基本鎖相環的組合 

以分立式電子零件設計的鎖相環實驗 

電路即為圖六、圖七及圖九的組合 , 要搭 

配的實驗設備為限流穩壓電源供應器、雙 

軌示波器及函數訊號產生器 ( 請參考附件 

照片 1 和照片 2)。 

先移除電壓控制振盪器的可變電阻器 

R6 及準位調整用電晶體 Q6, 改用 Op-Amp 

LF356 組成的電壓比較器取代 , 將電壓控 

制振盪器的 Q1 和 Q2 集極輸出端接到電壓 

比較器的輸入端 , 電壓比較器的輸出端接 

到相位比較器的受控制訊號輸入端 , 以達 

成電壓控制振盪器模組到相位比較器模組 

之間的訊號匹配。 

基本鎖相環實驗電路使用之低雜訊相 

位偵測器可以是 74HC00 或是 4011 內部 4 

個 NAND gate 組成的 1 個互斥或邏輯閘來 

達成 , 如果實驗室 TTL 零件盒內還有早期 

的 74LS00, 其工作電壓及腳位可以和 

74HC00 互通 , 也可以替換作比較。 

函數訊號產生器輸出的參考用控制脈 

波接到相位比較器的另外一個訊號輸入 

端 , 以互斥或邏輯閘工作的數位式低雜訊 

相位偵測器 , 其參考用控制脈波的正半週 

期和負週期必須相同 , 因此模擬時函數訊 

號產生器之設定如圖十一。 

再將數位式低雜訊相位比較器的輸出 

訊號接到被動式落後 - 前進低通濾波器的 

輸入 , 最後再將被動式落後 - 前進低通濾波 

器的輸出接入電壓控制振盪器的電阻 R7 

輸入端 , 形成完整的迴路 ( 圖十二 )。 

以 5V 的電壓操作時 ,74HC00 可以在 

4kHz~400kHz 的範圍工作良好。以 5.5V 

或更高的電壓操作時 ,4011 亦可以在 

4kHz~400kHz 的範圍工作 , 示波器之模擬 

波形如圖十三。 

圖十一 : 函數訊號產生器之設定 

166


圖十二 : 鎖相環電路圖 

圖十三 : 波形由上向下 1. 函數訊號產生器的輸出 2.LF356 電壓比較器的輸出 3. 相位比較器的輸出 4. 低通濾 

波器的輸出 

二、基本鎖相環的實驗 

當系統處於鎖定的狀態時 , 以快速的 

變化率改變函數訊號產生器的輸出訊號頻 

率 , 觀察鎖相環能保持鎖定工作的最大頻 

率偏差量 , 此一單位時間內頻率偏差量的 

上限值即為鎖相環的鎖定範圍 (lock 

range)。 

若是系統已經處於鎖定的狀態 , 以緩 

慢的速度改變函數訊號產生器的訊號頻 

作的頻率上限及下限 , 此頻率上限及下限 

之間的範圍即為鎖相環的保持範圍 (hold 

in range), 保持範圍與 VCO 的工作範圍有 

關。 

若是系統已經進入脫離鎖定的狀態 , 

亦可以緩慢改變函數訊號產生器的訊號頻 

率 , 找出可以重新進入鎖定狀態的上限及 

下限頻率範圍 , 此範圍即為鎖相環的訊號 

捕取範圍 (pull in range), 因為捕取範圍越 

大時雜訊頻帶寬度就會越大 , 所以迴路濾 

率 , 觀察 VCO 能以相同訊號頻率同步工波器 LPF 的設計要兼顧捕取範圍和雜訊對 

167


鎖定狀態品質的影響。 

由圖十三的示波器模擬結果 , 可以預 

估到達鎖定需要多少的時間 , 稱為鎖定時 

間 (lock up time)。 

伍、結果與討論 

一、研究結果 

本文將基本鎖相環的一些麵包板實驗 

照片作為附件 , 請大家參考。 

二、應用討論 

以基礎物理學的簡諧運動系統來比較 

負回授的控制系統 , 兩者可以找到對應的 

關係 , 簡諧運動系統必須要有的線性回復 

力 , 即為負回授的控制機制 , 可以使簡諧 

運動系統達到穩定的振動頻率。 

參考文獻 

〔1〕 http://mysite.du.edu/~etuttle/electron/el 

ecindx.htm , Composed by J. B. 

Calvert,Created 24 July 2001,Last 

revised 10 September 2007。 

〔2〕陳連春編譯 ,PLL 相位鎖定迴路應 

用技術 ,P.19, 建興出版社 ,1998。 

〔3〕 H. de Bellescize : “La Reception 

Synchrone”,Onde 

Electr.,Vol.11,pp.230~240,June 

1932.。 

〔4〕何中庸編譯 ,PLL 頻率合成與鎖 

相電路設計 , 全華科技圖書公司 , 

2001。 

〔5〕同 [2],P.70。 

〔6〕遠坂俊昭原著 , 宋國明譯 ,PLL 

電路設計及應用 ,P4-15, 全華科技 

圖書公司 ,2006。 

〔7〕 M.MORRIS MANO,MICHAEL D. 

CILETTI,DIGITAL DESIGN,4th 

EDITION , P.161 , PEARSON 

EDUCATION,2007。 

〔8〕同 [7],P.118。 

〔9〕陳連春譯 , 振盪電路設計應用鐵 

則 ,P.239, 建興出版社 , 民 88。 

蕭敏學編著 , 大學電子學實習 (I),P.284, 

台科大圖書公司 ,2008。 

168


我的子彈會轉彎 pacinko 

陳佳妏 

1 

高峰國小 

1 


摘要 

最近風靡的憤怒鳥 , 讓我們想到古老的童玩 --- 彈弓。於是我們邀請原民臺科學小 

原子的主持人道武司來學校 , 教我們利用九芎樹的 eida( 樹型為ㄚ的樹幹 ) 做成巨無霸 

的彈弓 pacinko。我們發現在準備發射時 , 必須要對彈弓橡皮筋做出最大的功 , 以及 

選出最適合的子彈 , 才能做出射最遠的彈弓。所以製作彈弓時 , 利用並聯和串聯橡皮 

筋得到最佳組合 , 而做出適合自己能力並產生最大位移的功 , 並挑重量適中、選體積 

小、密度大的子彈 , 才能發射最遠。 

我們用桌子自製了彈弓發射器 , 研究彈弓與子彈的條件對彈弓射程的影響。結果 

發現 : 在相同的橡皮筋位移下 , 串聯的橡皮筋數目越少、並聯的數目越多 , 就能射得 

越遠 ; 而子彈截面積越小 ( 所受到的空氣阻力越小 )、重量適中 , 就能射的越遠。 

最特別的是 : 我們發現如果彈弓兩邊橡皮筋拉力不同 , 使球旋轉前進時 , 球的一 

側氣流較快、氣壓較小 ; 另一側的氣流氣流較慢、氣壓較大 ; 就像「刺客聯盟」的電 

影一樣 , 子彈會轉彎唷 ! 

169


泰雅陀螺王 kongmah 

陳佳妏 

1 

高峰國小 

1 


摘要 

們學校有一間原住民科學展覽館 , 展示的原住民陀螺種類繁多、打法也不同。我 

們請了一位達人來學校 , 教我們利用青剛櫟木削成橄欖形狀的泰雅陀螺。我們發現打 

這種陀螺時 , 必須將陀螺底部朝上往前甩出 , 並使陀螺落在指定的盤子中。所以打陀 

螺的繩子必須同時具有使陀螺減緩移動速度、反轉陀螺、以及使陀螺轉動等三個作用。 

我們又利用多多罐模擬泰雅陀螺 , 研究重量分佈與外在因素對陀螺轉動的影響。 

結果發現 : 陀螺越重、重心越高 , 則轉動時間越久 ; 而繞繩圈數越多、繞繩順序為先 

細後粗 , 也可讓陀螺轉的更久。 

最特別的是 : 我們發現用較大的力量打陀螺 , 陀螺不見得轉得越久 ; 每個陀螺都 

有最合適它的拉力。愈重的陀螺 , 最合適的拉力反而會愈小 ! 

關鍵詞 : 

170


遠端遙控掃描式電子顯微鏡對於學生奈米科技學習動機 

與興趣之影響初探 

葉孟考 

1 

1 

開執中 

2 

蔡碩承 

國立清華大學動力機械工程學系 

2 

國立清華大學工程與系統科學系 

2 

楊惠婷 

聯絡人 E-mail:htyang@mx.nthu.tw 

摘要 

近年來 , 奈米科技已成為新興科技議題之一 , 隨著奈米科技相關理論與應用之發 

展 , 培育奈米科技相關人才亦成為重要的課題。行政院國家科學委員科學教育發展處 

自 2007 年起 , 推動「奈米國家型科技人才培育計畫」, 旨在於培育奈米科技相關人才 , 

自小學、中學、大學皆為培育對象 , 以讓奈米科技相關知識向下紮根 , 為未來之產業 

發展做準備。 

奈米科技與日常生活息息相關 , 在實行奈米科技教學時 , 學生對於從未接觸過之 

科學名詞會有所恐懼 , 因此引起學生之學習動機與學習興趣是很重要的。如何透過簡 

單有趣的方法 , 讓學生對於物質之奈米結構有所認識與理解 , 並引起學生學習奈米科 

技之動機與興趣 ? 本研究旨在討論遠端遙控掃描式電子顯微鏡對於學生在學習奈米 

科技之動機與興趣之影響。遠端遙控掃描式電子顯微鏡由國立清華大學電子顯微鏡中 

心所發展 , 其目的在於 , 讓中小學生於課堂教室中直接觀察物質結構 , 以了解不同尺 

度下的物質所有具有的相關性質 , 進而影響學生之學習動機與興趣。 

關鍵詞 : 奈米科技教育、學習動機、學習興趣 

1 

壹、研究背景與目的 

近年來 , 奈米科技已成為新興科技議 

題之一 , 日常生活中許多現象或事物與奈 

米息息相關。奈米科技已逐漸廣泛應用於 

材料、化學、電子、資訊、紡織等不同產 

業與領域中 (S.Y. Stevens, & Sutherland et 

al.,2009) 。透過奈米科技相關之產品與 

產業開發 , 將使得人類的日常生活更加便 

利。隨著奈米科技相關理論與應用之發 

展 , 培育奈米科技相關人才亦成為重要的 

課題。盧秀琴、宋家驥 (2010) 指出 , 培育 

奈米科技領域之相關人才為當務之急。除 

此之外 , 將奈米科技等相關知識推廣至大 

眾是必要的 , 如此將可避免一般大眾對於 

奈米科技有錯誤的迷思或認知 ( 邱文正 , 

2008)。兒童是國家的未來主人翁 , 將一個 

新興科技議題融入學童所學之相關科目 

中 , 將能夠使學童了解與學習科學新知 , 

並進而發展相關職涯規畫 , 以提升國家產 

業競爭力 ( 李世光等 ,2003)。為培育奈米 

科技人才 , 行政院國家科學委員科學教育 

發展處自 2007 年起 , 推動「奈米國家型科 

技人才培育計畫」, 旨在於培育奈米科技相 

關人才 , 自小學、中學、大學等各階段學 

制之學生為培育對象 , 以讓奈米科技相關 

知識向下紮根 , 為未來之產業發展做準 

備 , 同時 , 亦將奈米科技等概念推廣至社 

會大眾。透過「奈米國家型科技人才培育 

計畫之執行」, 將能夠增進科學教育之品 

質 , 培養國民具有奈米科技素養 , 提升國 

民之科學素養 ( 奈米科技教育學院 ,2009)。 

171


在推廣奈米科技教育之時 , 如何引起 

學生學習奈米科技之動機與興趣為一重要 

的課題。學習動機與興趣是引導一個學習 

者進行學習活動的重要因素。在科學教育 

相關研究調查顯示 , 許多亞洲地區學生 ( 例 

如 : 台灣、香港、日本等地區 ) 對於科學相 

關科目之學習具有優秀之學習表現 , 然 

而 , 卻缺乏對於科學之學習興趣與動機 ( 余 

民寧、韓珮華 ,2009)。若一個學生對於科 

學學習之動機與興趣低落 , 將會影響其日 

後之學習與生涯發展 , 因此 , 引發學生學 

習科學之動機及促進學生之情境興趣便顯 

得重要。教師在制式教育課堂中 , 可利用 

各種不同方式 , 以引發與刺激學生之學習 

興趣 , 以增進學生之學習興趣與專注力 , 

同時可減少學習焦慮 ( 鄭瑞洲、洪振方、黃 

台珠 ,2011)。在學習動機方面 , 教育部於 

國民中小學九年一貫綱要中提出 , 自然與 

生活科技領域課程注重培養學生主動探索 

科學與獨立思考之精神。在自然科學之學 

習中 , 若能運用實體、日常生活案例、實 

際實驗等方式 , 將能夠引起中小學生之學 

習動機 , 並培養學生問題解決與獨立思考 

之能力 ( 邱文正 ,2004)。 

本研究與國立清華大學工程與系統 

科學系之電子顯微鏡中心合作 , 利用遠端 

遙控掃描式電子顯微鏡 (SEM) 的技術 , 讓 

學生直接於課堂教師中觀察物質之結構。 

透過遠端遙控 SEM 之教學目的在於讓中 

小學教師與學生 , 在不需進實驗室的情況 

下 , 便可直接觀察到電子顯微鏡中的物質 

結構 , 並能夠比較在肉眼、一般顯微鏡或 

電子顯微鏡的不同變化。本研究將透過文 

獻分析之方式 , 討論在遠端遙控顯微鏡的 

教學過程中 , 學生對於學習奈米科技之動 

機與興趣是否被激發 , 以及透過遠端遙控 

顯微鏡之教學 , 能否使學生持續對於奈米 

科技之學習 , 並將之應用於日常生活中。 


一、奈米科技教育 

1959 年 , 美國物理學家費曼揭開了奈 

米科技的新一頁 , 為科技發展邁向新的里 

程碑 ( 費曼 ,2001)。「奈米」, 為一尺度單 

位 , 當物質在奈米尺度下時 , 其性質與巨 

觀尺度下可能有所改變。因此 , 利用此種 

特性 , 在不同領域中可做不同之應用與發 

展。近年來 , 許多國家紛紛投入奈米科技 

之研究 , 奈米科技為 21 世紀以來之新興科 

技議題 , 不同領域之專家、產業皆重視奈 

米科技之發展。學者莫雷 ( 洪國展 ,2010) 

曾經指出 , 奈米科技對於人類有莫大的貢 

獻 , 包含人類的健康、生活等。 

當一個新科技正在起步發展時 , 由於 

影響一個國家之發展與進步 , 因此培育相 

關之科技人才是必要的。奈米科技之出 

現 , 也代表著培育相關人才是必須的 , 唯 

有將奈米科技概念向下紮根 , 才能夠帶領 

國家科技之進步 ( 李世光 ,2003)。在培育 

奈米科技相關人才之時 , 將奈米科技推廣 

至一般大眾能夠使更多人了解奈米科技之 

基本概念 , 同時 , 能夠在日常生活中尋找 

到相關之概念 , 如此 , 將增進國民之科學 

素養 ( 溫明正 ,2005; 黃佳媛 ,2007)。 

在進行奈米科技教學或是科學教育 

時 , 若使學生經由實作實驗或探究式學習 

等方式學習時 , 將能夠培養學生具有觀 

察、獨立思考之精神 , 同時 , 學習如何推 

理、歸納與應用科學概念 , 並從日常生活 

中了解科學概念與解決問題亦為重要的課 

題。奈米科技人才培育為近年來國家科學 

教育發展重點之一 , 因此 , 奈米科技教育 

已行之有年 , 擁有豐碩之成果。中小學教 

師們相繼開發奈米科技教材教案 , 並將奈 

米科技核心概念融入各教學科目中。教師 

們利用淺顯易懂的方式 , 例如 : 圖像化、 

遊戲、實驗、參觀等教學活動 , 以協助對 

於中小學生而言 , 較困難理解的奈米科技 

172


概念之學習 ( 王宗坤 ,2001)。中小學生若 

能透過具體的圖像觀察或有趣的遊戲從中 

學習 , 將能有助於學習抽象之奈米概念 , 

並擴展學生之視野 ( 吳政忠 ,2004)。 

二、學習動機 

學習動機指的是教師依據設定之學 

習目標 , 帶領學生進行學習活動時 , 一種 

驅使學生學習 , 並能夠讓學生持續學習的 

力量 , 其為一種內在之心理歷程 ( 張春興 , 

1997)。在學習過程中 , 如何激勵學習者願 

意參與學習活動 , 並且提高其學習動機與 

調整教學策略 , 為教師所需關注的部分。 

在中小學自然與生活科技領域之教學中 , 

必須更加注重學生是否能夠自主性學習 , 

因此刺激並提升學生之學習動機是必要的 

( 洪國展 ,2010)。在社會認知理論中提到 , 

個人 (person)、環境 (environment)、行為 

(behavior) 三者之交互作用會影響學習行 

為 (Bandura, 1997)。在學習活動中 , 個人 

因素包含學習者的自我效能、情緒、焦慮 

等 ; 行為指的是學習者外在表現 , 如學習 

成效、自我控制等 ; 而外在環境將會對於 

個人、行為有莫大的影響 , 例如 : 教師教 

學方式、學習硬體設施、資訊科技融入教 

學環境等 , 皆會影響到學習者之學習動機。 

在學習活動中 , 需考量學生之需求與 

個人特質 , 以發展適合激發學習動機之教 

學策略 , 並且隨時進行修正與評估 (Keller 

& Koop, 1987)。在學習動機論中 ,Keller 

提出 ARCS 模式 , 在學習過程中 , 有四個 

提升學習動機的要素 , 分別為注意 

(Attention) 、相關 (Relevance) 、信心 

(Confidence)、滿足 (Satisfaction)。在學習 

活動之初 , 必須引起學習者之注意力 , 以 

吸引學生之專注 , 之後必須使學習活動與 

學習者之生活經驗或切身經歷有相關性 , 

以增加學習者之信心 , 當學習者完成學習 

活動後 , 便會使得學習者獲得滿足感或成 

就感 ( 陳李綢、郭妙雪 ,1998)。 

三、學習興趣 

興趣為一個人對於一個事件、科目、 

任務的心理想法 , 興趣會經由個人與環 

境、情境互動所產生 (Krapp, 2005; 

Schiefele, 1991)。興趣可分為情境興趣與 

個人興趣兩種。情境興趣較為短暫 , 是經 

由外在環境刺激所產生 , 較不穩定 , 會隨 

著外界情境而有所變化。個人興趣則是一 

個人固有之特質 , 不易改變 , 較為穩定。 

在興趣發展的歷程中 , 一開始為觸發情境 

興趣 , 喚起興趣 ; 之後將維持情境興趣 , 

將情境興趣與個人經驗做連結 ; 而後喚起 

個人興趣 , 最後再成為個人興趣 , 對於一 

項任務將會主動積極並有正面之態度與情 

緒 (Hidi, 1990)。學習興趣則是指一位學習 

者對於某學習任務有所偏好 , 有正向之學 

習動機於學習上。 

参、研究方法 

本研究與桃、竹、苗三地區之中小學 

合作 , 透過遠端遙控清華大學電子顯微鏡 

中心之掃瞄式電子顯微鏡 , 讓中小學師生 

在課堂教室中進行奈米科技之教學。透過 

質性訪談與觀察法 , 在教學過程中 , 中小 

學學生認為電子顯微鏡是新奇有趣的 , 尤 

其透過遠端系統觀看電子顯微鏡下物質的 

小尺度結構 , 對於奈米概念的學習是有幫 

助的。而中小學教師認為透過遠端遙控電 

子顯微鏡進行教學 , 能夠引起學生之學習 

動機與學習興趣 , 進而蒐集相關資料 , 並 

學會解決問題與獨立思考。 

肆、結論與建議 

由以上之文獻探討與實際教學之進 

行可知 , 奈米科技為現今重要之新興科技 

議題之一 , 而培育奈米科技人才是必要 

的。由於中小學學生心智發展尚未成熟 , 

173


抽象之奈米概念較為不易理解 , 善用具體 

之圖像較為容易協助中小學學生理解抽象 

概念。本研究採用遠端遙控電子顯微鏡進 

行奈米科技教學 , 其目的在於引起學生學 

習奈米科技之學習動機與學習興趣。未 

來 , 將實際進行量表施測 , 以了解學生在 

遠端遙控電子顯微鏡課程學習前、後之學 

習表現與學習動機、興趣之差異性 , 並依 

此發展更加完善之教學活動與學習教材。 

致謝 

本研究感謝行政院國家科學委員會 

科學教育處經費補助 ( 計畫編號 :NSC 

101-2120-S-007-001-) , 也一併感謝參與 

本計畫研究的所有同仁與標竿學校教師的 

投入與付出 ,。 

參考文獻 

1. Bandura, A. (1997). Self-efficacy: The exercise of 

control: New York: Freeman. 

2. Hidi, S. (1990). Interest and its contribution as a 

mental resource for learing. Review of 

Educational Research, 60, 549-571. 

3. Keller, J.M. (1987). Stratagies for stimulating the 

motivation to learn. Performance & Instruction, 

26(9), 1-8. 

4. Krapp, A. (2005). Basic needs and the 

development of interest and intrinsic 

motivational orientations. Learning and 

Instruction, 15, 381–395. 

5. Krapp, A., Hidi, S., & Renninger, K. A. (1992). 

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Hillsdale, NJ: Erlbaum. 

6. Schiefele, U. (1991). Interest, learning, and 

motivation. Educational Psychologist, 26, 

299–323. 

7. Stevens S.Y., Sutherland L.A.M., and Krajcik 

J.S., The Big Ideas of Nanoscale, Science & 

Engineering—A Guidebook for Secondary 

Teachers, National Science Teachers Association 

Press, America, 2009. 

8. 王宗坤 (2001)。從「自然與生活科技」領域課程 

的目標談科普教育的做法。研習資訊 ,18(1), 

79-85。 

9. 吳政忠 (2004)。往下紮根的奈米教育。2004 年 

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10. 李世光、林宜靜、吳政忠、黃圓婷、蔡雅雯 

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11. 奈米科技教育學院 (2009)。http://nano.narl. 

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13. 余民寧、韓珮華 (2009)。教學方式對數學學習興 

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18. 溫明正 (2005)。奈米科技融入教學之應用。師友 

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19. 鄭瑞州 , 洪振方 , 黃台珠 (2011)。情境興趣 -- 

制式與非正式課程科學學習的交會點。科學教 

育月刊 ,340,2-9。 

20. 盧秀琴 , 宋家驥 ,2010。高中奈米科技課程的 

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8. 費曼 (2001)。費曼的主張 ( 吳程遠、師尹睿、尹 

平、王碧譯 )。台北市 : 天下遠見出版。( 原著 

出版年 :1959 年 ) 

174


附 

錄 

~~MEMO~~ 

175


附錄一會議內容規劃 

一、會議主題 : 

本次會議主題規劃乃以創新物理教育為主軸 , 從生活中學物理出發 , 

藉由創意教具的設計 , 並透過適當的指導與經營 , 將科學教育推廣至大 

眾 , 以提升國人科學素養 , 最後達到創新教學之目的 , 並依此精神設計以 

下研討之主題 : 

1. 創新物理教育、激發獨立考與創新精神 ( 創新物理教育 ) 

2. 體驗生活物理、發展演示實驗設計與製作 ( 生活物理 ) 

3. 創新物理教材教法、培養主動探索與問題解決 ( 創意教具 ) 

4. 落實專題研究指導、經營優質研究團隊 ( 指導與經營 ) 

5. 活化自然科學教育、全面提昇大眾科學素養 ( 物理與科普 ) 

6. 實踐學習、訓練和評價多元化 , 增強學生自主學習 ( 創新教學 ) 

二、內容規劃 : 

本次研討會之籌備委員 , 計有 28 個學術單位 , 共計 42 位委員組成 , 

所邀請之委員均為國內各大學、中、小學中 , 長期投入物理或科學教育的 

教師與主管所組成 , 所邀請之講者皆由籌備委員推薦後 , 由本校物理系邀 

請擔任之。完成之活動規劃 , 包括大會演講 1 場、專題演講 9 場、口頭論 

文發表 27 篇、教育論壇 2 場、創意教學工作坊 4 場、動態演示觀摩 4 場、 

壁報論文發表 43 篇、科學儀器圖書展、校園特色導覽、音樂饗宴 - 歐式自 

助晚宴等十項 , 內容精彩豐富 , 不但融入三種會議之精神與特色 , 同時也 

建立辦理聯合研討會之規模與範例 , 更積極融入學校特色之介紹 , 讓與會 

者能同時走一趟軍校深度之旅。 

三、籌備委員 

籌備委員名單 ( 依主辦、合辦、協辦、其他由單位北至南排序 ) 

單位 

陸軍官校物理系 ( 主辦 ) 

中華民國物理教育學會 ( 合辦 ) 

中央大學科學教育中心 ( 合辦 ) 

高雄師範大學理學院 ( 協辦 ) 

176 

洪偉清主任 

賈至達教授 

易台生主任 

何明宗院長 

高雄師範大學科學教育研究所 ( 協辦 ) 劉嘉茹所長 

高雄大學應用物理學系 ( 協辦 ) 

屏東教育大學應用物理系 ( 協辦 ) 

文化大學物理系 ( 協辦 ) 

輔仁大學物理系 ( 協辦 ) 

中山大學物理系 ( 協辦 ) 

孫士傑主任 

李建興主任 

姓名 

黃信健主任、鄒忠毅教授 

林更青教授 

郭啟東主任


台北市立教育大學自然科學教育系 

台灣師範大學物理系 

台灣師範大學科學教育研究所 

台灣大學物理系 

東吳大學物理系 

淡江大學物理系 

國家教育研究院 

長庚大學通識中心 

清華大學物理系 


中正大學物理系 

中興大學物理系 

逢甲大學物理教學研究中心 

台中第一高級中學 

彰化師範大學物理系 

成功大學物理系 

高雄師範大學物理系 

東華大學物理系 

台東大學應用科學系 

吳月娥教授 

高賢忠主任、傅祖怡教授 

楊文金教授 

傅昭銘教授 

任慶運主任、劉源俊教授、陳秋民教授 

曾文哲主任 

蕭儒棠研究員 

邱韻如教授 

戴明鳳教授 

朱慶琪教授 

包建華系主任 

林中一主任 

林泰生教授 

王昭富老師、張宇靖老師 

洪連輝教授、吳仲卿教授 

盧炎田主任 

周建和教授 

葉旺奇教授 

林自奮教授 

四、經費籌劃 

項次補助單位補助經費合計 

1 國科會自然處物推中心 16.0 萬 

2 教育部高教司 3.5 萬 

3 陸軍軍官學校 3.5 萬 

4 中央大學科學教育中心 5.0 萬 60.0 萬 

5 中國文化大學物理系 2.0 萬 

6 

自籌款項 

( 報名費、晚宴費及廠商參展費 ) 

30.0 萬 

五、執行人員 

( 一 ) 指導委員 

劉得金校長張勉主任黃興祿部主任 

洪偉清系主任藺凱莉副處長林憲慶副處長 

張國斌處長郭峻德指揮官毛世威主任 

177


( 二 ) 行政工作人員 

徐建興教授徐鳳麟教授廖志雄副教授 

陳谷良助理教授黃仁偉助理教授林建宏助理教授 

劉永道助理教授徐明生講師鄭祥熙 

祁任理郭峻源田家琳 

蘇琮耀 

黃鐙平 

( 三 ) 會場接待人員 

柯明斌康瑋庭鄧錦龍張榮文 

李威廷王柏閔黎晉瑞陳俞如 

褚克彥吳東岳羅文佑張家瑋 

沈冠宇刁仁豪曾吉祥蘇怡寧 

蘇敬中高笙耀余國禎黃億豐 

洪大佳關量允盧彥霖呂育嘉 

蔡庭毅賴亭緯賴暐婷王鏡瑋 

陳佾琦蕭至洋吳承翰徐煒翔 

保瑞軍 

許小凡 

( 四 ) 勤務支援 

陳聖嶽郭適偉陳怡學石博億 

178


六、著作權聲明 

2012 中華民國物理教育聯合會議著作權聲明 

一、「2012 中華民國物理教育聯合會議」( 以下簡稱「本研 

討會」) 之內容及產出均受到中華民國著作權法及國際著 

作權法律的保障。 

二、除有特別聲明 , 本研討會所刊載之內容 ( 包括文字、插圖 

、影像、動畫、影音、軟體及程式 ) 的著作權均屬各相關 

作者所有。 

三、作者所提供、建置相關連結 , 或該等連結指向之網頁、資 

料 , 均為被連結網站所提供 , 相關權利為該等網站或合法 

權利人所有 , 本研討會不擔保其正確性、即時性或完整性 

。 

四、在未獲得著作權所有人書面同意之前 , 任何人不得以任何 

形式抄襲、變更、發行、編輯、播送、轉賣、重製、改作 

、或散佈本研討會的內容以取得商業上的利益。 

五、個人得使用本研討會提供之內容與服務從事非商業用途 , 

包括資料蒐集、研究參考、教學示範或臨時性教材編製 , 

但必須遵守著作權法的所有相關規定 , 且須註明文章出處 

為本研討會以及作者姓名及其隸屬單位。 

六、如欲將本研討會內容轉載於其他媒體或印製成教材時 , 必 

須徵得本研討會及著作權所有人的書面同意。 

七、本研討會之內容 , 除有關著作權之聲明外 , 本研討會不負 

任何保證、合用或無侵害第三人智慧財產權之責任。 

179

( 

) 


附錄二研討會議程表 

第一天 8 月 20 日 ( 一 ) 

時間活動內容地點 

10:00-13:00 報到 ( 理監事改選 ) 

11:00-12:30 午餐 

12:30-12:50 

會員大會 

主持人 : 物理教育學會理事長賈至達教授 

12:50-13:30 開幕 ( 貴賓致詞、頒獎 ) 

13:30-14:40 

14:40-14:55 大會合影 

大會演講 (70 分鐘 ) 

題目 : 探索實戰學物理 

演講者 : 中央研究院伊林院士 

主持人 : 中山大學理學院院長羅奕凱教授 

14:55-15:20 開幕茶會暨分場時間 ( 理監事改選開票 ) 

15:20-16:10 

主題一、創新物理教育、激發獨立思考與創新精神 

創 

新 

物 

理 

教 

育 

A 

場 

大 

學 

物 

理 

教 

育 

A1 

場 

16:10-16:15 中場休息 

16:15-17:30 A2 

場 

A1 專題講演 (50 分鐘 ) 

題目 : 那一年 , 我們一起愛上的物理課 

演講者 : 中央大學物理系朱慶琪教授 

主持人 : 屏東教育大學物理系主任曾耀霆教授 

A2-1 論文發表 (15 分鐘 ) 

題目 : 牛頓馬戲團 - 演示教學開放課程 

演講者 : 台灣海洋大學光電科學研究所周祥順教授 

A2-2 論文發表 (15 分鐘 ) 

題目 : 主動學習熱忱的培養與創意之具體化 

演講者 : 清華大學物理系侯宗昆博士生 

A2-3 論文發表 (15 分鐘 ) 

題目 : 自然科學測驗中表現標準與決斷分數 

的設定方法與應用 

演講者 : 國家教育研究院測驗及評量研究中心 

蕭儒棠研究員 

A2-4 論文發表 (15 分鐘 ) 

題目 : 中國文化大學物理系專題研究課程介 

紹與檢討 

演講者 : 中國文化大學物理系鄒忠毅教授 

中正堂 1F 

大廳 

中正堂 1F 

禮堂 

中正堂 1F 

禮堂 

中正堂 

正門廣場 

中正堂 1F 

大廳 

中正堂 3F 

演講廳 

180

( 

) 


A2-5 論文發表 (15 分鐘 ) 

題目 : 一個新的也是舊的方法 : 學生自編筆 

記學習法 

演講者 : 嘉義大學特殊教育學系陳振明教授 

A2 場主持人 : 陸軍軍官學校物理系黃仁偉教授 

時間 

15:20-16:10 

活動內容 


創 

新 

物 

理 

教 

育 

B 

場 

中 

、 

小 

學 

自 

然 

科 

學 

教 

育 

B1 

場 

B1 專題講演 (50 分鐘 ) 

題目 : 綠色能源教具之研發 

演講者 : 萬能科大光電系周鑑恒教授 

主持人 : 長庚大學通識中心邱韻如教授 

16:10-16:30 中場休息暨分場時間 

16:30-17:30 

16:30-17:30 

B2 

場 

B3 

場 

B2-1 論文發表 :(15 分鐘 ) 

題目 : 落實實作評量於中學的物理教學活動 

演講者 : 台灣師範大學物理系傅祖怡教授 

B2-2 論文發表 :(15 分鐘 ) 

題目 : 一些日常生活所見到的生活物理 

演講者 : 台北市立教育大學科學碩士教育學位 

學程陳義勳教授 

B2-3 論文發表 :(15 分鐘 ) 

題 

目 : 台東地區偏遠國小能源科學動手做教 

學設計與實施 

演講者 : 台東大學教育學系李偉俊教授 

B2-4 論文發表 :(15 分鐘 ) 

題目 : 能源推廣教育 : 愛迪生出發 

演講者 : 聯合大學能源工程系黃明輝教授 

B2 場主持人 : 陸軍軍官學校物理系林建宏教授 

B3 專題講演 :(60 分鐘 ) 

題目 : 演示實驗融入國中自然科教學的示例 

演講者 : 台中市國民教育輔導團 ( 自然與生活科 

技領域 - 國中組 ) 

主持人 : 長億高中林宣安老師 

181 

地點 

中正堂 1F 

禮 

堂 

志清樓 2F 

階梯教室 

15:20-17:30 科儀、圖書展及海報展中正堂 1F 

17:30-18:30 晚餐中正堂 1F 

18:30-20:30 壁報論文競賽 

中正堂 1F 

環 

廊


時間 

18:30-20:30 

18:30-20:30 

18:30-20:30 

18:30-20:30 

A 

場 

B 

場 

C 

場 

D 

場 

活動內容 

創意教學工作坊 

題目 : 蚱蜢式史特林引擎製作 

演講者 : 蔡振明老師 

主持人 : 陸軍軍官學校物理系廖志雄副教授 

題目 : 電磁學創意教具實作 

演講者 : 陳坤龍老師 

主持人 : 陸軍軍官學校物理系黃仁偉助理教授 

題目 : 生活物理 - 光柵教具實作 

演講者 : 謝甫宜老師 

主持人 : 陸軍軍官學校物理系陳谷良助理教授 

題目 : 製作一系列發電機 

演講者 : 曾秋雲老師 

主持人 : 陸軍軍官學校物理系林建宏助理教授 

地點 

智遠樓 2F 

普通物理 

實驗室 

智遠樓 2F 

近代物理 

實驗室 

智遠樓 3F 

階梯教室 

智遠樓 2F 

實驗物理 

教室 

第二天 8 月 21 日 ( 二 ) 


08:00-09:00 報到 

09:00-10:10 

主題二、體驗生活物理、發展演示實驗設計與製作 

專題講演 (70 分鐘 ) 

題目 : 生活 DIY 創意學物理 

演講者 : 東吳大學物理系陳秋民教授 

主持人 : 輔仁大學物理系林更青教授 

10:10-10:20 中場休息 

10:20-11:30 

主題三、創新物理教材教法、培養主動探索與問題解決 


題目 : 月亮下的新鮮事 

演講者 : 中央研究院及中央大學物理系合聘汪治平教授 

主持人 : 高雄大學應用物理系主任馮世維教授 

11:30-12:30 午餐 

中正堂 1F 

大廳 

中正堂 1F 

禮堂 

182

( 

) 




12:30-13:20 

創 

新 

物 

理 

教 

育 

C 

場 

大 

學 

物 

理 

教 

育 

C1 

場 

13:20-13:40 茶敘交流暨分場時間 

13:40-15:10 

13:40-15:10 

C2 

場 

C3 

場 

C1 專題講演 (50 分鐘 ) 

題目 : 用實測教導模型歸納與分析 - 以訊號之反 

射實驗為例 

演講者 : 中央研究院原分所林志民研究員 

主持人 : 中正大學物理系主任包建華教授 

C2-1 論文發表 (15 分鐘 ) 

題目 : 投影日晷之電腦模擬 

演講者 : 屏東教育大學應用物理系蘇偉昭教授 

C2-2 論文發表 (15 分鐘 ) 

題目 : 利用微電腦為本實驗室 MBL 探究大學 

生對速度與時間關係圖之認知研究 

演講者 : 臺北教育大學自然科學教育系全中平教授 

C2-3 論文發表 (15 分鐘 ) 

題目 : 教科書中發現熵的推論值得商榷 

演講者 : 萬能科大光電系周鑑恆教授 

C2-4 論文發表 (15 分鐘 ) 

題目 : 高中物理與大學普物之間的學習鴻溝 

演講者 : 長庚大學通識中心物理科邱韻如教授 

C2-5 論文發表 (15 分鐘 ) 

題目 : 利用創新物理實驗課程協助開發普通物理實驗項目 

演講者 : 交通大學電子物理學系齊祖康教授 

C2-6 論文發表 (15 分鐘 ) 

題目 : 振盪與傅立葉分析 

演講者 : 陸軍軍官學校物理系徐建興教授 

C2 場主持人 : 陸軍軍官學校物理系徐建興教授 

C3-1 論文發表 (15 分鐘 ) 

題目 : 物理系學生於「一維無限位能井」解題表現之探究 

演講者 : 嘉義大學特殊教育學系陳振明教授 

C3-2 論文發表 (15 分鐘 ) 

題目 : 看見「大氣壓力」- 點膠針筒千斤掛 

演講者 : 高雄師範大學物理系楊美姍博士生 

C3-3 論文發表 (15 分鐘 ) 

題目 : 計算機在數值模擬與儀器控制之教學應用成效 

演講者 : 嘉義大學電子物理系蘇炯武教授 

C3-4 論文發表 (15 分鐘 ) 

題目 : 雲霄飛車能量轉換之研究 

演講者 : 正修科技大學電子工程所謝政廷碩士生 

C3-5 論文發表 (15 分鐘 ) 

題目 : 熱致發聲物理演示教學暨科學應用探討 

演講者 : 清華大學物理系邱昶幃研究助理 

C3-6 論文發表 (15 分鐘 ) 

題目 : 概念構圖法輔助大學普通物理教學心得 

演講者 : 海軍軍官學校應用科學系呂維理教授 

C3 場主持人 : 陸軍軍官學校物理系陳谷良教授 

中正堂 3F 

演講廳 

中正堂 3F 

走廊 

中正堂 3F 

演講廳 

志清樓 2F 

演講廳 

183

( 

) 

( 

) 

( 



12:30-13:20 

創 

新 

物 

理 

教 

育 

D 

場 

中 

、 

小 

學 

自 

然 

科 

學 

教 

育 

D1 

場 

13:20-13:40 茶敘交流暨分場時間 

13:40-15:10 

15:20-16:20 

15:20-16:20 

D2 

場 

D1 專題講演 (50 分鐘 ) 

題目 : 光碟玩科學 

演講者 : 謝迺岳老師 

主持人 : 高雄師範大學科學教育研究所所長劉嘉茹教授 

D2-1 論文發表 (15 分鐘 ) 

題目 : 博物館展品微小化 

演講者 : 長億高中林宣安教師 

D2-2 論文發表 (15 分鐘 ) 

題目 : 因應 12 年國教高一基礎物理教學的建議 

演講者 : 基隆女中張仁壽教師 

D2-3 論文發表 (15 分鐘 ) 

題目 : 科學模型本位的探究教學增進學生科學解釋能力 

演講者 : 陽明國中謝甫宜教師 

D2-4 論文發表 (15 分鐘 ) 

題目 : 單眼相機微距器材融入國中自然光學教學的設計 

演講者 : 左營國中自然科林瑞文教師 

D2-5 論文發表 (15 分鐘 ) 

題目 : 溝通能力融入 5E 探究式教學對九年級學 

生學習成效影響 - 以電路單元為例 

演講者 : 彰化師範大學科學教育研究所黃子欣碩士生 

D2-6 論文發表 (15 分鐘 ) 

題目 : 運用論證教學策略發展國小科學展覽社團之研究 

演講者 : 東華大學課程設計與潛能開發學系陳健忠博士生 

D2 場主持人 : 陸軍軍官學校物理系廖志雄教授 

主題四、落實專題研究指導、經營優質研究團隊 

指 

導大 

與學 

經物 

營理 

教 

育 

場 

E 

E1 分享與座談 (15 分鐘 ) 

題目 : 大學生 ( 有練過的 ) 就很好用了 ! 

引言人 : 中央大學物理系溫偉源教授 


題目 : 好奇與興趣是實驗室動力的來源 

引言人 : 成功大學應物系羅光耀教授 


題目 : 大學教師是伯樂還是千里馬 

引言人 : 彰化師範大學物理系吳仲卿教授 

綜合座談 (15 分鐘 ) 

主持人 : 高雄大學應用物理孫士傑教授 

物理教學在十二年國教中應有之調整與作為 

物 

理 

教 

育 

論 

壇 

F 

場 

中 

) 

、 

小 

學 

自 

然 

科 

學 

教 

育 

F1 分享與座談 (15 分鐘 ) 

引言人 : 林宣安老師 

F2 分享與座談 (15 分鐘 ) 

引言人 : 曾博淵老師與團隊 

綜合座談 (30 分鐘 ) 

主持人 : 物理教育學會理事長賈至達教授 

中正堂 1F 

禮堂 

中正堂 3F 

演講廳 

中正堂 1F 

禮堂 

184


16:20-17:50 

16:20-17:50 

16:20-17:50 

16:20-17:50 

16:20-17:50 

A 

場 

B 

場 

C 

場 

D 

場 

E 

場 

動態演示觀摩 

題目 :" 聲聲 " 不息的創意教學演示 

演講者 : 謝甫宜及王德麟老師 

主持人 : 陸軍官校物理系劉永道教授 

主辦 : 錫昌科技股份有限公司 

題目 : 超越傳統 . 大開眼界一場來自 PASCO 全新 

850 的物理科學實驗秀 

演講者 :Mr. Andrew Spoone 

主持人 : 陸軍官校物理系徐明生講師 

主辦 : 遠流出版公司科學人雜誌 

題目 : 燃燒物理魂 - 把彩虹捧在手心 

演講者 : 逢甲大學理學院光電學系林泰生教授 

主持人 : 中央大學物理系朱慶琪教授 

題目 : 一張紙的飛行世界 

演講者 : 飛行科學教育研究中心創辦人蘇正男老師 

主持人 : 陸軍官校物理系林建宏教授 

題目 :LabQuest2 無線實驗室以 LoggerPro 科學解 

析您所不知道的林書豪 

演講者 : 廣天國際有限公司產品技術經理楊天鐸 

主持人 : 東吳大學物理系陳秋民教授 

智遠樓 3F 

物理系 

階梯教室 

中正堂 3F 

演講廳 

智遠樓 3F 

外文系 

階梯教室 

中正堂 1F 

禮堂 

志清樓 2F 

演講聽 

18:00-20:30 音樂饗宴 - 歐式自助晚宴黃埔賓館 

第三天 8 月 22 日 ( 三 ) 


08:00-09:00 報到 

主題五、活化自然科學教育、全面提升大眾科學素養 


09:00-10:10 題目 : 社區『街頭物理』需求的開發與經營 

演講者 : 高雄師範大學周建和教授 

主持人 : 成功大學物理系主任盧炎田教授 

10:10-10:20 中場休息 

10:20-11:30 

主題六、實踐學習、訓練和評價多元化 , 增強學生自主學習 


題目 :「你的想法是什麼呢 ?」-- 打破課堂的單行道 

演講者 : 清華大學物理系林秀豪教授 

主持人 : 高雄師範大學物理系主任李孟恩教授 

10:20-11:30 科儀圖書展及海報展 

11:30-13:00 閉幕茶會 

13:00-14:30 

校園導覽 

參觀教育展示館、校史館 (90 分鐘 ) 

中正堂 1F 

大廳 

中正堂 1F 

禮堂 

中正堂 1F 

環廊 

中正堂 1F 

大廳 

教展館 

校史館 

15:00-16:30 鳳凰山健行 (90 分鐘 ) 鳳凰山 

1630 珍重再見 

185


附錄三與會人員名冊 

一、演講者名冊 ( 依場次排序 ) 

報名編號類別姓名級職單位 

177 大會演講伊林教授中央大學 

157 

88 

63 

94 

189 

52 

73 

28 

57 

178 

161 

197 

63 

140 

1 

主題一 

A1 專題講演 

主題一 

B1 專題講演 

主題一 

B3 專題講演 

主題一 

C1 專題講演 

主題一 

D1 專題講演 

主題二 

專題講演 

主題三 

專題講演 

主題四 

E 場引言人 

主題四 


主題四 


主題五 

專題講演 

主題六 

專題講演 

教育論壇 

F 場引言人 

教育論壇 

F 場引言人 

工作坊 A 

演示觀摩 A 

朱慶琪助理教授中央大學 

周鑑恆助理教授萬能科技大學 

林宣安教師長億高中 

林志民研究員中央研究院原分所 

謝迺岳講師台東大學 

陳秋民副教授東吳大學 

汪治平教授中央研究院分所及中央大學 

吳仲卿教授彰化師範大學 

羅光耀教授成功大學 

溫偉源助理教授中央大學 

周建和副教授高雄師範大學物理系 

林秀豪教授清華大學物理系 

林宣安教師長億高中 

曾博淵教師三重高中 

蔡振明教師初鹿國中 

36 工作坊 B 陳坤龍教師佳興國中 

186


12 工作坊 C 謝甫宜教師陽明國中 

46 工作坊 D 曾秋雲資訊組長南鎮國小 

74 演示觀摩 A 王德麟教師大橋國中 

114 演示觀摩 C 林泰生教授逢甲大學 

190 演示觀摩 D 蘇正男教師飛行科學教育研究中心 

二、主持人名冊 ( 依報名編號排序 ) 


14 主持人徐建興教授陸軍軍官學校 

16 主持人廖志雄副教授陸軍軍官學校 

17 主持人徐明生講師陸軍軍官學校 

18 主持人陳谷良助理教授陸軍軍官學校 

19 主持人黃仁偉助理教授陸軍軍官學校 

20 主持人劉永道助理教授陸軍軍官學校 

22 主持人林建宏助理教授陸軍軍官學校 

27 主持人邱韻如助理教授長庚大學 

47 主持人羅奕凱教授國立中山大學 

48 主持人盧炎田教授成功大學 

49 主持人林更青副教授輔仁大學 

75 主持人賈至達教授國立臺灣師範大學 

82 主持人包建華教授中正大學 

99 主持人李孟恩副教授高雄師範大學 

144 主持人孫士傑教授高雄大學應用 

169 主持人馮世維副教授高雄應用大學 

179 主持人曾耀霆副教授屏東教育大學 

260 主持人劉嘉茹所長國立高雄師範大學 

三、與會人員名冊 ( 依報名編號排序 ) 


2 與會人員柯明斌大學生陸軍軍官學校 

3 與會人員李威廷大學生陸軍軍官學校 

4 與會人員褚克彥大學生陸軍軍官學校 

5 與會人員沈冠宇大學生陸軍軍官學校 

6 與會人員蘇敬中大學生陸軍軍官學校 

7 與會人員洪大佳大學生陸軍軍官學校 

8 與會人員蔡庭毅大學生陸軍軍官學校 

9 與會人員陳佾琦大學生陸軍軍官學校 

10 與會人員保瑞軍大學生陸軍軍官學校 

11 與會人員黃億豐大學生陸軍軍官學校 

187


13 與會人員洪偉清教授陸軍軍官學校 

15 與會人員徐鳳麟教授陸軍軍官學校 

21 與會人員孫培明組長安順國中 

23 與會人員高茂誠教師正興國中 

24 與會人員蘇怡寧大學生陸軍軍官學校 

25 與會人員康瑋庭大學生陸軍軍官學校 

26 與會人員李偉俊副教授台東大學 

29 與會人員翁世勇主任文林國小 

30 與會人員王柏閔大學生陸軍軍官學校 

31 與會人員吳東岳大學生陸軍軍官學校 

32 與會人員刁仁豪大學生陸軍軍官學校 

33 與會人員高笙耀大學生陸軍軍官學校 

34 與會人員關量允大學生陸軍軍官學校 

35 與會人員許景喬教師三民國中 

37 與會人員賴亭緯大學生陸軍軍官學校 

38 與會人員蕭至洋大學生陸軍軍官學校 

39 與會人員王克文大學生陸軍軍官學校 

40 與會人員許小凡大學生陸軍軍官學校 

41 與會人員呂育嘉大學生陸軍軍官學校 

42 與會人員段清文教師瑞祥高中 

43 與會人員邱彥文教師至正國中 

44 與會人員蕭百修教師前峰國中 

45 與會人員鄧錦龍大學生陸軍軍官學校 

50 與會人員凃博維教師義仁國小 

53 與會人員吳韻麗編審東吳大學 

56 與會人員吳麥生教師光復國小 

58 與會人員林志隆教師中崙國中 

59 與會人員楊雅玲教師三民家商 

60 與會人員陳順豐主任港東國民小學 

61 與會人員董又誠教師忠孝國小 

62 與會人員林作賢主任香港新亞研究所哲學組博士班 

64 與會人員黎晉瑞大學生陸軍軍官學校 

65 與會人員周祥順教授海洋大學 

66 與會人員羅文佑大學生陸軍軍官學校 

67 與會人員李通全教師勝利國小 

68 與會人員焦恒永教師民族國小 

69 與會人員張詠慈教師中興國中 

70 與會人員蔡志申教授臺灣師範大學 

71 與會人員吳重寬教師橋頭國中 

188


72 與會人員楊宜樺教師民德國中 

76 與會人員許惠妙教師板橋國小 

77 與會人員劉晏企教師民族國小 

78 與會人員葛建志教師民族國小 

79 與會人員林鴻旭教師文林國小 

80 與會人員許泰記教師大仁國中 

81 與會人員柯人彰教師正義高中 

83 與會人員曾吉祥大學生陸軍軍官學校 

84 與會人員余國禎大學生陸軍軍官學校 

85 與會人員盧彥霖大學生陸軍軍官學校 

86 與會人員趙臨軒教師臺東高中 

87 與會人員莊婷媜教師文府國小 

89 與會人員吳秀錦教師民生國小 

90 與會人員賴暐婷大學生陸軍軍官學校 

91 與會人員羅道正講師逢甲大學 

92 與會人員羅伊君教師台南女中 

93 與會人員張金龍教師大業國中 

95 與會人員宋欣蓉碩士生高雄師範大學 

96 與會人員黃明輝副教授聯合大學 

97 與會人員陳珮文教師高雄女中 

98 與會人員江淞承教師嘉義女中 

100 與會人員趙大偉教師清水國中 

101 與會人員張一州教師新上國小 

102 與會人員黃冠華教師五甲國中 

103 與會人員吳承翰大學生陸軍軍官學校 

104 與會人員陳倫佳教師大溪高中 

105 與會人員黃郁桂大學生中國文化大學 

106 與會人員沈長憲教師大林國中 

107 與會人員莊豐謙教師高樹國小 

108 與會人員徐煒翔大學生陸軍軍官學校 

109 與會人員胡修慎教師五權國中 

110 與會人員邱玉明教師台南大學附屬中學 

111 與會人員林真彥教師漢口國中 

112 與會人員曾耀寰研究副技師中央研究院 

113 與會人員朱元隆教師鼓山高中 

115 與會人員馮志國教師北興國中 

116 與會人員侯宗昆博士生清華大學 

117 與會人員王柏彬博士生高雄應用科技大學 

118 與會人員凌美璦教師台中一中 

189


119 與會人員廖信雄教師實踐國中 

120 與會人員林欣達教師竹北高中 

121 與會人員王鏡瑋大學生陸軍軍官學校 

122 與會人員徐莉涵教師東山高中 

123 與會人員蘇琮耀助教陸軍軍官學校 

124 與會人員田家琳助教陸軍軍官學校 

125 與會人員郭峻源助教陸軍軍官學校 

126 與會人員嚴文宏教師惇敘工商 

127 與會人員謝隆欽教師來義高中 

128 與會人員謝福財教師餐旅國民中學 

129 與會人員林美菊教師忠孝國中 

130 與會人員侯美玲教師新港國中 

131 與會人員謝文山教師五甲國小 

132 與會人員蔣淳斌助教東海大學 

133 與會人員石豫臺副教授彰化師範大學 

134 與會人員林映序教師竹東國小 

135 與會人員楊美姍博士生高雄師範大學 

136 與會人員孔繼緯碩士生台中教育大學 

137 與會人員林宗正教師建國國小 

138 與會人員許詩涵教師淡水正德國中 

139 與會人員江筱筠教師屏東高工 

141 與會人員李冠瑩教師大同高中 

142 與會人員張仁壽教師基隆女中 

154 與會人員高賢忠教授台灣師範大學 

163 與會人員許時嘉教師左營高中 

164 與會人員楊博凱教師鹿寮國中 

165 與會人員詹佳霖組長埤頭國中 

166 與會人員沈新富副教授吳鳳科技大學 

167 與會人員邱文弘碩士生臺中教育大學 

168 與會人員陳家騏教師陽明國中 

170 與會人員謝振豪助理教授高雄應用大學 

171 與會人員李宛真助教高雄應用大學 

172 與會人員余青展教師北斗家商 

173 與會人員林麗華教師後甲國中 

174 與會人員祁任理助教陸軍軍官學校 

175 與會人員賴奕豪教師臺中一中 

176 與會人員施昆易博士生彰化師範大學 

180 與會人員許華書助理教授屏東教育大學 

181 與會人員蘇偉昭副教授屏東教育大學 

190


182 與會人員金自強副教授屏東教育大學 

183 與會人員蕭博仁教師西苑高中 

184 與會人員王俊乃教師臺南一中 

185 與會人員蔡馨嬅教師北政國中 

186 與會人員丁群權碩士生屏東教育大學 

187 與會人員李敏淑教師私立技術學院退職 

188 與會人員周子聰教授淡江大學 

191 與會人員蔡雪花教師光武國中 

192 與會人員柯閔耀教師豐原高中 

193 與會人員賴彥良教師嘉義高工 

194 與會人員黃春菊教師賢北國小 

195 與會人員蘇育彰大學生高雄師範大學 

196 與會人員蘇炯武副教授嘉義大學 

198 與會人員劉安治教師福山國小 

199 與會人員謝政廷碩士生正修科技大學 

200 與會人員白東益教師二崙國中 

201 與會人員伍瀀肇教師 

202 與會人員許郁婕大學生中國文化大學 

203 與會人員洪聖傑大學生中國文化大學 

204 與會人員郭力云大學生中國文化大學 

205 與會人員王柏欽大學生中國文化大學 

206 與會人員簡志娟教師稻江科技暨管理學院 

207 與會人員楊宗泰教師九如國中 

208 與會人員郭泰男大學生中國文化大學 

209 與會人員吳睿洋大學生中國文化大學 

210 與會人員施雅分教師前峰國中 

211 與會人員張嫈嫈教師萬華國中 

212 與會人員林春煌教師大理高中 

213 與會人員蔡政男教師正修科技大學 

214 與會人員許元睿大學生中國文化大學 

215 與會人員呂松霖大學生中國文化大學 

216 與會人員陳怡學助教陸軍軍官學校 

217 與會人員吳昭蓉助教陸軍軍官學校 

218 與會人員張仲志助理教授陸軍軍官學校 

219 與會人員石博億助教陸軍軍官學校 

220 與會人員蔣幼齡副教授中國文化大學 

221 與會人員周冠任大學生中國文化大學 

222 與會人員林思瑩大學生中國文化大學 

223 與會人員蘇莊恆大學生中國文化大學 

191


224 與會人員陳柏勳大學生中國文化大學 

225 與會人員楊志勇大學生中國文化大學 

226 與會人員梁原肇大學生中國文化大學 

227 與會人員王建亞副教授中國文化大學 

228 與會人員蕭弘倫大學生中國文化大學 

229 與會人員陳俊杰大學生中國文化大學 

230 與會人員王欣蕾博士生成功大學 

231 與會人員詹智傑大學生中國文化大學 

232 與會人員蔣信萮教師永清國小 

233 與會人員施嶸旭教師湖口高中 

234 與會人員林志勇大學生中國文化大學 

235 與會人員吳宗翰大學生中國文化大學 

236 與會人員范素梅課長桃園縣蘆竹鄉公所 

237 與會人員鄭秉忠教師輔仁大學 

238 與會人員劉冠男大學生中國文化大學 

239 與會人員徐玉碩士生中山大學 

240 與會人員陳經瑞大學生中國文化大學 

241 與會人員蔡智恆教師大成國中 

242 與會人員陳育鋒大學生中山大學 

243 與會人員袁振凱大學生中山大學 

244 與會人員劉祖嚴大學生中山大學 

245 與會人員葉靖華大學生中國文化大學 

246 與會人員陳玲教師樹義國小 

247 與會人員吳雨衡博士生中山大學 

248 與會人員洪俊中大學生中山大學 

249 與會人員陳澤瑩大學生彰化師範大學 

250 與會人員趙曉薇教師香山高級中學 

251 與會人員周雨吳大學生中山大學 

252 與會人員許庭嫚大學生中國文化大學 

253 與會人員楊任凱大學生中國文化大學 

254 與會人員麥克大學生中山大學 

255 與會人員藍永智大學生中國文化大學 

256 與會人員林方庭教師中平國中 

257 與會人員陳建成教師安定國中 

258 與會人員蔡雅惠助教輔仁大學 

259 與會人員藍建智大學生中國文化大學 

262 與會人員蘇裕年教師虎尾高中 

263 與會人員陳義勳教授台北市立教育大學 

264 與會人員張慧貞教授逢甲大學 

192


265 與會人員張惠博校長彰化師範大學 

267 與會人員劉美惠碩士生台北市立教育大學 

268 與會人員吳鴻欣碩士生台北市立教育大學 

269 與會人員張耿福碩士生台北市立教育大學 

270 與會人員戴香梅碩士生台北市立教育大學 

271 與會人員鄭建宗副教授中興大學 

272 與會人員金培豪大學生中山大學 

273 與會人員劉芝辰助理中央大學 

274 與會人員李中傑助理教授真理大學 

275 與會人員陳怡妏大學生中國文化大學 

276 與會人員黃聖崴大學生中國文化大學 

277 與會人員蔡宜展大學生中國文化大學 

278 與會人員鄭祥熙助教陸軍軍官學校 

279 與會人員黃鐙平助教陸軍軍官學校 

280 與會人員張國志教師彰化女中 

281 與會人員林瑞文教師左營國中 

282 與會人員張祐維講師聯合大學 

283 與會人員黃子欣碩士生彰化師範大學 

284 與會人員全中平教授台北市立教育大學 

285 與會人員吳隆枝教師台南二中 

286 與會人員郭霞翰碩士生中山大學 

287 與會人員林建隆助理教授彰化師範大學 

288 與會人員楊和學碩士生彰化師範大學 

289 與會人員齊祖康助理教授交通大學 

290 與會人員金佳龍教師麗山高中 

291 與會人員方文宗教師北港高中 

292 與會人員李建邦碩士生彰化師範大學 

293 與會人員張婍慧教師燕巢國中 

294 與會人員林財庫教授高雄師範大學 

295 與會人員鄭瑋凌教師旗美高中 

296 與會人員陳勇志上尉連勤第四支部 

297 與會人員陳曉萱教師 

298 與會人員黃明豐教師山上國小 

299 與會人員陳麗惠教師福原國小 

300 與會人員廖坤烽教師福原國小 

301 與會人員鄭志鵬教師龍山國中 

302 與會人員吳筱芸教師潮東國小 

303 與會人員陳培凱教師彌陀國中 

304 與會人員鄧昌萍教師光武國中 

193


305 與會人員郭毓文教師大社國中 

306 與會人員潘宜欣教師旗山國中 

307 與會人員林淑真教師維多利亞實驗高中 

308 與會人員蔡境益教師雅加達臺灣學校 

309 與會人員劉佳雲教師實踐國民中學 

310 與會人員賴妙宣教師新明國中 

311 與會人員羅焜哲教師臺南一中 

312 與會人員蘇育誠教師左營國中 

313 與會人員陳玲君主任桃源國中 

314 與會人員陳至曄教師中正國中 

315 與會人員黃冠華教師五甲國中 

316 與會人員劉淑惠教師六嘉國中 

317 與會人員謝麗娥主任瑞祥高中 

318 與會人員李璧如教師五福國中 

319 與會人員馬榮華副教授陸軍軍官學校 

320 與會人員黃興祿教授陸軍軍官學校 

321 與會人員湯家智副教授陸軍軍官學校 

322 與會人員鍾瑞卿副教授陸軍軍官學校 

323 與會人員洪淑玲副教授陸軍軍官學校 

324 與會人員理筱龍副教授陸軍軍官學校 

325 與會人員江文川副教授陸軍軍官學校 

326 與會人員柯世勇副教授陸軍軍官學校 

327 與會人員林國棟副教授陸軍軍官學校 

328 與會人員陳璧輝教師正義高中 

329 與會人員陳振明助理教授國立嘉義大學 

330 與會人員邱昶幃研究助理國立清華大學 

331 與會人員劉得金校長陸軍軍官學校 

332 與會人員張勉政戰主任陸軍軍官學校 

333 與會人員藺凱莉副處長陸軍軍官學校 

334 與會人員吳祖洋處長陸軍軍官學校 

335 與會人員楊建基處長陸軍軍官學校 

336 與會人員蘇志成主任陸軍軍官學校 

337 與會人員毛世威主任陸軍軍官學校 

338 與會人員郭峻德指揮官陸軍軍官學校 

339 與會人員張國欽組長陸軍軍官學校 

340 與會人員何尉仲碩士生正修科技大學 

341 與會人員蔡沛霖助理臺中第一高級中學 

342 與會人員陳健忠博士生東華大學 

343 與會人員許芳文副教授嘉義大學 

194


344 與會人員林淡宜助教臺灣師範大學 

345 與會人員陳嘉宏教師大業國中 

346 與會人員莊雅如教師金沙國中 

347 與會人員葉麗如教師國聖國小 

348 與會人員劉芝葳助理東華大學 

349 與會人員簡伶鈺技術師東華大學 

350 與會人員陳翰諄碩士生彰化師範大學 

351 與會人員溫育斌碩士生彰化師範大學 

352 與會人員呂維理副教授海軍軍官學校 

353 與會人員陳佑成教師三重高中 

354 與會人員王基根教師三重高中 

355 與會人員潘鈺婷教師三重高中 

356 與會人員邱麟雅教師三重高中 

357 與會人員陳聖嶽助教陸軍軍官學校 

358 與會人員郭適偉助教陸軍軍官學校 

359 與會人員楊蕭銘講師大同大學 

360 與會人員廖彥霖大學生中央大學 

361 與會人員陸健榮教授台灣師範大學 

362 與會人員解宗翰教師淡江大學 

363 與會人員蕭先雄副教授東吳大學 

364 與會人員林孝柏教師中山工商 

365 與會人員楊立群教師前金國中 

366 與會人員葉尚祐大學生中央大學 

367 與會人員施堡仁大學生中央大學 

368 與會人員周美娟教師義學國小 

369 與會人員凌佩瑜教師楠梓國中 

370 與會人員邱瑋國大學生中央大學 

371 與會人員彭大立教師程峰高中物理補習班 

372 與會人員戴鑑廷副教授陸軍軍官學校 

373 與會人員黃鴻達教師旗津國中 

374 與會人員張仁聰教師大葉大學 

375 與會人員梁立國教師輔英科技大學 

376 與會人員陳淑滿教師輔英科技大學 

377 與會人員洪國勝教師海青工商 

378 與會人員陳佳妏教師高峰國小 

379 與會人員張榮文大學生陸軍軍官學校 

380 與會人員陳俞如大學生陸軍軍官學校 

381 與會人員張家瑋大學生陸軍軍官學校 

382 與會人員楊惠婷助理清華大學 

195


383 與會人員蕭宏蘭教師潮州高中 

384 與會人員陳正治教師國立科學工藝博物館 

385 與會人員陳怡真教師國立科學工藝博物館 

386 與會人員陳培亮教授中央大學 

387 與會人員房漢彬教授台北科技大學 

388 與會人員簡麗賢教師北一女中 

389 與會人員鍾博霖教師屏東縣高樹國小 

390 與會人員張捷教育長陸軍軍官學校 

391 與會人員江政諳學生彰化師範大學 

392 與會人員胡宇光助教中央大學 

393 與會人員陳怡惠職員費因曼科技 

394 與會人員沈奕樟學生彰化師範大學 

395 與會人員楊偉杰學生中山大學 

396 與會人員林世閔學生中央大學 

397 與會人員溫智元學生逢甲大學 

398 與會人員戴伯誠學生中央大學 

399 與會人員簡順永教師武陵高中 

400 與會人員王藤億教師台中一中 

401 與會人員黃建彰教師岡山高中 

402 與會人員黃鈺心教師後甲國中 

403 與會人員賴季如教師太平國中 

404 與會人員王國至助理清華大學 

405 與會人員沈識鶴教師新生國小 

四、眷屬人員名冊 ( 依報名編號排序 ) 

報名編號類別姓名報名編號類別姓名 

49( 眷 ) 眷屬白知方 196( 眷 1) 眷屬郭錦治 

52( 眷 ) 眷屬陳佳妤 196( 眷 2) 眷屬蘇詠愛 

52( 眷 ) 眷屬陳亮竹 207( 眷 1) 眷屬黃品函 

62( 眷 ) 眷屬林薇 207( 眷 2) 眷屬阮羿寧 

63( 眷 1) 眷屬劉明真 212( 眷 1) 眷屬林世帆 

63( 眷 2) 眷屬林忻嬡 212( 眷 2) 眷屬林世芸 

75( 眷 1) 眷屬張雅鈴 348( 眷 ) 眷屬黃翰韋 

75( 眷 2) 眷屬賈以竹 363( 眷 ) 眷屬郭宗儀 

75( 眷 3) 眷屬賈以芊 371( 眷 1) 眷屬倪玫娟 

75( 眷 4) 眷屬賈以祁 371( 眷 2) 眷屬蔡凱竹 

116( 眷 ) 眷屬林惠珠 371( 眷 3) 眷屬蕭文婷 

161( 眷 ) 眷屬王毅勤 374( 眷 1) 眷屬張海諾 

196


162( 眷 ) 眷屬陳彥洋 374( 眷 2) 眷屬張白寧 

191( 眷 ) 眷屬林雋雅 374( 眷 3) 眷屬張景浩 

五、科儀陳展人員名冊 ( 依報名編號排序 ) 

報名編號類別姓名單位 

c1-1 廠商全治國錫昌科技股份有限公司 

c1-2 廠商陳一男錫昌科技股份有限公司 

c1-3 廠商鍾承勳錫昌科技股份有限公司 

c1-4 廠商劉益宏錫昌科技股份有限公司 

c1-5 廠商張雁茹錫昌科技股份有限公司 

c1-6 廠商 Andrew Spoone 錫昌科技股份有限公司 

c1-7 廠商 Laurie Chiu-Mar 錫昌科技股份有限公司 

c2-1 廠商黃新龍宏惠光電股份有限公司 

c2-2 廠商楊于慶宏惠光電股份有限公司 

c2-3 廠商謝馨瑩宏惠光電股份有限公司 

c3-1 廠商陳漢忠實密科技股份有限公司 

c3-2 廠商游智偉實密科技股份有限公司 

c3-3 廠商陳依希實密科技股份有限公司 

c4-1 廠商邱銘義遠流出版事業股份有限公司 

c4-2 廠商金多誠遠流出版事業股份有限公司 

c5-1 廠商黃廣福廣天國際有限公司 

c5-2 廠商楊天鐸廣天國際有限公司 

c5-3 廠商董舒清廣天國際有限公司 

c5-4 廠商李睿紘廣天國際有限公司 

c6 廠商陳景嵐全華圖書股份有限公司 

c8-1 廠商王國山元利儀器股份有限公司 

c8-2 廠商吳宗嚴元利儀器股份有限公司 

c8-3 廠商王振宏元利儀器股份有限公司 

c10-1 廠商洪少華尚偉股份有限公司 

c10-2 廠商陳勇先尚偉股份有限公司 

c10-3 廠商江致平尚偉股份有限公司 

c10-4 廠商張涵筠尚偉股份有限公司 

c11-1 廠商康俊卿康樺科技股份有限公司 

c11-2 廠商周濬耆康樺科技股份有限公司 

C13-1 廠商黃立峰博揚儀器股份有限公司 

C13-2 廠商林仙玉博揚儀器股份有限公司 

C13-3 廠商江惟倫博揚儀器股份有限公司 

197


附錄四研討會議紀實 

第一天 

頒發物理教育特別貢獻獎林明瑞教授 

( 由傅祖怡教授代理受獎 ) 

頒發大學組物理教育推廣獎房漢彬教授 

頒發中小學物理教育推廣獎蔡振明教師頒發大學組物理教育教學獎劉源俊教授 

頒發中小組學物理教育教學獎謝甫宜教師 

頒發中小組學物理教育教學獎 

簡麗賢教師 

198


物理教育聯合會議合影 

大會演講 : 探索實戰學物理伊林院士 

A1 場專題講 : 演那一年 , 我們一起愛上 

的物理課朱慶琪教授 

B1 場專題講 : 綠色能源教具之研發 

周鑑恆教授 

工作坊 A: 蚱蜢式史特林引擎製作 

蔡振明老師 

工作坊 B: 電磁學創意教具實作 

陳坤龍老師 

工作坊 C: 生活物理 ~ 光柵教具實作 

謝甫宜老師 

工作坊 D: 製作一系列發電機曾秋雲老師 

199


第二天 

主題二場 : 生活 DIY 創意學物理 

陳秋民教授 

主題三場 : 月亮下的新鮮事汪治平教授 

C1 場 : 用實測教導模型歸納與分析 -- 以訊 D1 場 : 光碟玩科學謝迺岳老師 

號之反射實驗為例林志民研究員 

指導與經營 E 場 : 主持人孫士傑教授 

指導與經營 E 場 : 引言人溫偉源助理教授 

指導與經營 E 場 : 主持人羅光耀教授 

指導與經營 E 場 : 主持人吳仲卿教授 

200


教育論壇 F 場 : 主持人賈至達理事長 

教育論壇 F 場 : 引言人林宣安教師 

教育論壇 F 場 : 引言人曾博淵教師 

動態演示觀摩 B 場 : 超越傳統 . 大開眼界 

一場來自 PASCO 全新 850 的物理科學實 

驗秀 Mr. Andrew Spoone 

動態演示觀摩 D 場 : 一張紙的飛行世界 

蘇正男教師 

動態演示觀摩 E 場 :LabQuest2 無線實驗 

室以 LoggerPro 科學解析您所不知道的林 

書豪楊天鐸 

歐式自助晚宴 

歐式自助晚宴 

201


參加壁報論文競賽獲獎人員 

第三天 

主題五場 : 社區『街頭物理』需求的開發 

與經營周建和教授 

主題六場 :「你的想法是什麼呢 ?」打破 

課堂的單行道林秀豪教授 

校園導覽 : 教展館 

202 

校園導覽 : 校史館

國家圖書館出版品預行編目 (CIP) 資料 

中華民國物理教育聯合會議論文集 . 2012 / 洪偉清 

主編 . - - 出版 . - - 高雄市 : 陸軍官校 , 民 

101.08 

面 ; 公分 21×29.5 

ISBN 978-986-03-3361-9( 平裝 ) 

1. 物理學 2. 文集 

330.7 101015865 


發行人 : 劉得金 

主 

編 : 洪偉清 

出版機關 : 陸軍軍官學校 

出版機關地址 : 高雄縣鳳山市維武路一號 

出版機關網址 :http://www.cma.edu.tw 

出版機關電話 :(07)07-7462151 

排版印刷 : 陸軍官校印製中心 

排版印刷電話 :(07)07-7462151#742225 

版 ( 刷 ) 次 : 初版 

中華民國一 0 一年八月三十日 

著作版權所有 ( 非賣品 )

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