本節將包含國內學生普通物理實驗能力低落之探討、國內大學普通物理實驗 教學現況及國外大學普通物理實驗教學分析。
壹、國內學生普通物理實驗能力低落之探討
國中、高中學生的學習深受一般考試方式影響，考試領導教學的現象實為相 當普遍，教師的教學必須以考試作為依歸，學生的學習也以考試得高分為主要目 標。邱韻如（2006）指出臺灣的中學生為了升學反覆練習測驗題，追問原因比直 接記憶浪費時間，快速的解題技巧遠比按部就班的推導來得重要。郭重吉和江武 雄（1995）指出學生所學過的科學概念在資料處理與解釋和形成假設的能力很差。
數理成績很高的學生，科學概念的試題通過率很高，但在資料處理中：（1）自行 設計表格將實驗數據展現出來（2）自行設計繪製自變數和應變數的關係圖（3）
解釋實驗的結果（4）形成假設等能力很差。換句話說：學生只記憶科學概念，但 不了解科學概念的意義，很難應用所學的概念去解決需要推論和統整的問題。國 內學者楊文金與許榮富（1987）即指出高中物理教育不重視實驗，以致不做實驗，
或以「乾實驗」（dry laboratory）在紙上、黑板上教導實驗。這群高中生進入大學 後接觸到普通物理實驗，因缺乏實驗操作經驗，形成學習障礙。
在實驗教學方面，普遍存在兩種現象：教師寧願實施課堂教學而不進行實驗 教學、實驗教學效果不佳。造成教師帶學生進實驗室的意願低落或是使得實驗教 學成效不彰的原因大概有下列幾項（羅慶璋，2004）：
一、 教師本身對教材或器材不熟悉 二、 設備不足
三、 時間不足:一堂課45 分鐘太短或是趕課 四、 人數太多，不易掌控
五、 學生配合度差，實驗室秩序難掌控 六、 硬體設備不足，專人管理支援不夠
教學困難的最重要因素是學生沒有預習準備，其次是學生的學習動機低落。
綜合以上言論，學生受中學教育影響造成下列結果：
一、學生對實驗課程較不重視。
二、學生在實驗過程中的操作、資料處理、解決問題、探究等方面能力較差。
針對上述結果，要提昇實驗教學成效則必須在教學設計上有更好的規劃，並提升 學生對實驗學習的興趣。
貳、國內大學普通物理實驗教學現況
國內學者傅昭銘（2006）整理國內多數大學普通物理實驗課程，指出其實驗 的屬性為驗證性實驗和測量性實驗；驗證就是驗證理論定律，測量就是測量物理 常數。一般的普通物理實驗教學的模式，會對物理概念、儀器原理及操作示範說 明，學生可依據實驗手冊，按部就班去做，像烹調書籍按表操作則會有數據或現 象產生。如此的驗證式實驗造成同學們普遍對普通物理實驗課程的輕忽，因為可 以輕易依樣畫葫蘆完成實驗或甚至抄襲同學實驗報告。因此造成的結果是同學們 普遍動手能力相當缺乏，更不用談創造力（吳仲卿，1999）。亦有學者指出學生在 學習科學知識或技能時，常常是在不瞭解實驗的本質或目的的情況下進行實驗（李 銘崇，2007）。White（1996）也批評學生在做實驗時只動手而不動大腦。Roth（1994）
指出學生喜歡開放式的實驗，對於無法主動探究的驗證式實驗之學習興趣與意願 較低，亦認為實驗的過程和方法都較不具意義。驗證式實驗也限制了學生分析、
討論、設計實驗的能力。
現行多數大學的普通物理實驗教學，在實驗內容安排方面，包括實驗誤差分 析、力學、熱學、電學、光學及近代物理等內容的基礎性實驗，每週主題都不相 同。多數學校因儀器不足，必須實施分組每週輪換進行實驗。劉得光（2009）針 對大學生實施的普物實驗教學問卷中指出，學生在課堂中最想學到的是儀器操作 能力，最需要幫助的課程內容為實驗流程及注意事項。針對目前的實驗課程內容 安排，學生必須每週學習新的實驗儀器操作方法，雖然助教會在課堂上先行講解 或以影片方式解說，但儀器的使用屬於操作技能，學生很難在解說中就學會及熟 練，唯有親自操作才能習得相關技能。邱韻如（2006）也指出大一學生進行電路 實驗時，學生因為無法掌握示波器的各個按鈕的使用，而造成對學習有很大的折
學習才有幫助。
傅昭銘（2006）針對普物實驗課的學生進行問卷及晤談，意見反應較多前五 項為：
一、對按表操作的實驗方法感到枯燥無味。
二、儀器簡陋易壞、實驗數據誤差大。
三、實驗相關理論的先備知識不足。
四、套數不足無法配合普物課程進度進行實驗。
五、疑慮實驗單元無法反應前沿科學、希望採用新進科技儀器與電腦介面操 控實驗。
李銘崇（2007）針對國內大專院校普通物理實驗教學進行研究，其中授課教 師提出的教學困擾，歸納如下：
一、學生方面：學生實驗基礎能力不足與科學概念不清楚；學生對實驗的預 習不足；學生對當天的實驗內容不清楚；每班實驗課學生人數過多；批 改實驗報告需要許多時間。
二、學校方面：學校不重視；各系可自行決定開不開課；儀器不足且經常損 壞；實驗空間不足；儀器損壞難修復；無實驗室管理人員；無助教。
劉得光（2009）蒐集國內專家意見後指出，專家認為最難達到的教學目標前 三項為：（1）探究與設計驗證理論的能力（2）運用數學描述問題的能力（3）分 析思考能力。
綜合以上所述，目前的普物實驗教學因為課程本身設計的因素、儀器太少和 良率不佳、學生本身心態不正確、學生對儀器操作不熟及對原理不夠瞭解、學生 學習興趣不高等，造成教學成果不彰，尤其在探究能力的培養上更是難以達成既 定目標。因此，針對這些影響教學的因素，提出下列改進方法：
一、重新檢視實驗教學目標，針對目標進行適當的教學設計。
二、實驗活動安排需依目標的不同進行不同類型的實驗教學
三、實驗的主題與內容，需考量學生的先備知識，並在教學中做適當的引導
五、ELVIS系統將傳統實驗儀器整合於一個系統中，包括硬體的工作平台及軟 體的操作介面，能符合學生希望採用新進科技儀器與電腦介面操控實驗 的需求，因此本實驗將以ELVIS系統進行相關實驗。
參、國外大學普通物理實驗教學分析
德國大學會要求學生自己組裝儀器後再進行測量，對學生動手能力要求非常 高。實驗指導老師會在實驗開始前以口試方式對學生的預習情況進行檢查，學生 必須認真進行預習準備。在口試時實驗指導老師能和學生對實驗中出現的各種問 題進行深入的討論，並檢查學生對實驗本身和相關的背景知識的掌握情況。德國 大學中普通物理實驗教學針對物理系與其他相關科系兩類做區分，物理系的普通 物理實驗分為三個學期，每學期有十二個實驗要完成，之後進入中級物理實驗；
其他相關科系則針對與該科較相關的實驗進行。
哈佛大學的Home Lab特色為：發給學生一個實驗箱，裡面有各種小工具或簡 單儀器，將實驗作為家庭作業可以帶回家去完成，並有專門設計的教材供學生參 考，另外還設立Help Lab，每天有專人在那幫助學生解決這種Home Lab中遇到的 問題。
哥倫比亞大學、麻省理工學院的『Upper Division』實驗課，與史丹佛大學、
哈佛大學的『Project』形式的實驗課符合有『設計性、探究性的實驗』。其特點為 替學生提供足夠條件，讓學生自行選擇實驗題目、擬定實驗方案、配置實驗設備、
測量數據、分析結果、完成報告。對實驗的時間和最終結果不作規定，學生可根 據自己的時間、能力及興趣來安排。許多學生在實驗室中要度過 30 多個小時，一 個實驗題目要花費約 10 周的時間，總計 300 多個小時以上。這種教學模式提升了 學生的興趣和積極性，培養了學生的科學研究能力和創新能力。
『發表和討論』是東京理科大學物理系，物理實驗教學的一大特色，所謂『發 表和討論』是學生作完實驗後，在報告會上將實驗結果作約 10 分鐘的口頭報告，
然後有 5 分鐘針對老師或學生提出的問題回答和討論。每次報告會有 15 名學生和 1 名教授組成，小組中 2 名學生分別準備，但報告同一實驗，其內容包括實驗目的、
原理、實驗裝置和方法、實驗結果和結論以及考察與討論等。（劉得光，2009）
在英國國家課程中，學生探究的過程大致是：確定研究議題—擬定初步計畫—
讀取實驗資料—分析實驗結果—寫出實驗報告—反思研究過程。在這一探究過程 中，以實驗設計、操作、資料記錄、分析為核心，通過實驗加深學生對科學知識 的理解，經歷科學發現的過程，在潛移默化中建立學生科學認識論和方法論的認 知結構，以培養學生的科學素養。（李銘崇，2007）
加州大學伯克萊分校的物理實驗室近年來修改新教材的重點在「提問」，以啟 發學生開闊創新思考。認為物理實驗的目的不只是教學生使用各種儀器設備，也 不僅是讓學生學會一些實驗的方法與手段；主要是讓學生通過實踐真正掌握物理 規律的真諦，學會用實驗方法去證明或推翻理論。因此，必須讓學生「在實驗中 既動手又動腦」，「用動腦來指導動手」。在教材中提出許多問題，指導學生在實驗 前、實驗中和實驗後思考，還組織師生共同討論實驗問題。
加州大學伯克萊分校的物理實驗室近年來修改新教材的重點在「提問」，以啟 發學生開闊創新思考。認為物理實驗的目的不只是教學生使用各種儀器設備，也 不僅是讓學生學會一些實驗的方法與手段；主要是讓學生通過實踐真正掌握物理 規律的真諦，學會用實驗方法去證明或推翻理論。因此，必須讓學生「在實驗中 既動手又動腦」，「用動腦來指導動手」。在教材中提出許多問題，指導學生在實驗 前、實驗中和實驗後思考，還組織師生共同討論實驗問題。