第二章 文獻探討
第一節 實驗活動在科學教育的重要性
實驗活動在科學教學中已存在許久，幾乎被視為最重要且神聖的一環，大多 數的科學知識來自於科學實驗，因此實驗是獲得科學知識的基本工具，許多學者 皆肯定實驗活動在科學教育的重要性（劉銀姬，2002；高涌泉，1991；Tamir，
1976；Shulman及Tamir，1973）。Renner（1985）認為學生在學習科學的概念或 定律時必先擁有經驗，而這些經驗最適當的來源就是實驗活動，學生可以在實驗 中了解這些概念。物理教學中，完整的實驗活動能使學生具有正確科學方法與素 養，能夠批判既有物理知識的可信度，甚至突破其規範，創造新領域，因此實驗 對於物理學的發展及物理學家的重要性，是無庸置疑的（楊文金、許榮富，1987）。
因此物理實驗是人類認識世界的一種重要方法，也是進行科學研究的基礎。
對學生而言，在實驗過程中需要腦、眼、手綜合運用，能夠動手操作絕對比 枯坐聽取實驗操作流程與結果或是只在嘴上做實驗有趣多了，也較能引發學習興 趣與動機，培養學生觀察、思維、操作等各種能力，學生能經由實驗活動學習科 學探究的方法，進而了解科學本質及學習從事科學的態度；而好的實驗活動可以 提供學生進行知識建構的機會（Tobin，1990）。藉由實驗活動，可提供學生探 究與發現的機會，實驗的經驗增進了技能的發展，學生一旦喜歡實驗活動，將更 有興趣於科學的探究（何俊彥，2002）。基本上，實驗室提供學生進行彰顯、演 示與驗證已知概念與定律的場所，實驗室教學不但能發展科學實驗過程技能，而
且在實驗過程中，可以培養學生具備正確的科學態度、理解科學本質與發展更高 的認知能力（許榮富、趙金祈，1987）。傅昭銘（2006）亦認為從社會需求的角 度來看，世界各先進國家以把增進學生對科學本質的瞭解列為科學教育領域的重 要目標。
Hofstein和Lunetta（1982）回顧實驗活動在科學教育的角色和演進，歸納 如下：（引自劉銀姬，2002）
一、在19世紀，實驗活動是用以增加物質與概念之經驗為主。
二、在1910年後，Dewey提倡「做中學（learning by doing）」的學習理 念下，實驗活動手冊是比較為試用而且實用的方式編制。
三、第一次世界大戰之後，實驗活動是被用以驗證所傳授的科學知識。
四、在1960年代以後，重視從實驗活動中，培養高層次認知的科學過程技 能，藉由實驗活動，提供學生探究與發現的機會，給予學生感受科學 精神、科學方法-問題解決、分析、推論，並提供學生了解科學本質。
Klopfer（1971）認為實驗教學具有下列的功用：
一、傳播科學知識與理解科學。
二、培養操作技能。
三、發展科學探究技能，包括：
（一）觀察與測量。
（二）解釋數據。
（三）辨認問題。
（四）尋求解決問題的方法。
四、鑑賞科學方法。
五、強化科學態度和興趣。
六、應用科學知識及方法。
Shulman及Tamir（1973）則認為實驗教學具有：
一、發展技能：操作、探究、組織、溝通等技能。
二、灌輸概念：如假說、理論模型、分類等概念。
三、培養認知能力：批判思考、解決問題、應用、分析、綜合能力。
四、理解科學本質：科學領域、科學家彼此間的工作、科學方法的多樣性。
五、強化科學態度：好奇心、冒險性、一致性、合作性、客觀性、精確性。
Tamir（1976）綜合學者意見提出支持實驗活動的四大要素：（引自許榮富、
趙金祈，1987）
一、科學概念包括高度抽象及複雜的主題，初級及一些未達形式操作期的 中學生，在沒有具體事物操作機會時會無法瞭解其含意。
二、實驗室的工作可以予以學生鑑賞科學之方法及精神。
三、實際之經驗增進技能的發展，連帶則有廣泛的類化效應。
四、學生一旦喜歡實驗活動，將更有興趣於科學的研習。
前中研院院長李遠哲曾於1996年天下雜誌的專訪中表示：「從人的生物發展 過程來看，腦部發展和動手經驗很有關係，小時候常動手做東西，腦部會發展比 較快。」而做實驗是實現之示與實作能力的轉換方法之一。
李琳（1989）認為一個好的實驗在設計上應該具有下列幾個特點：
一、讓學生有思考的空間可供討論。
二、在實驗進行中，學生需要自行做某種程度的判斷。
三、實驗方法活潑，並可追求一些變化。
四、可以學習實際有用的數據分析方法。
高業安（2001）認為物理實驗具有下列幾個特點和作用：
一、可以簡化和純化研究過程。
二、可以強化研究條件。
三、可以加速或延緩物理過程。
四、可以重複和再現物理過程。
五、可以對物理現象和物理過程進行定量研究。
由上述得知國內外科教學者多認為實驗活動是科學教育所不可或缺的一環。
而普通物理實驗除了可以幫助學生瞭解科學家探索和發現物理規律的過程外，還 可以實際的讓學生印證生活週遭的物理法則，結合生活經驗，讓學生在實驗過程 中不斷激盪出新的想法，發展並培養學生對於物理強烈的好奇心和邏輯思維，透 過實驗還能增強對科學本質的認識和科學概念的發展，並且培養科學態度、過程 技能和解題的能力，因此「普通物理實驗」實為一門基礎且重要的入門學科。
第二節 國內外物理實驗能力低落之狀況
民國78年，中央研究院院長吳大猷先生曾對國內十餘所大學的物理系畢業生
（入學時應在74年）做了一次測驗，有四百多位同學應試，結果平均分數是「22 分」，50分以上的只有6人，60分的只有1人。當然，分數是相對的，因為出題的 標準因人而異，不過，吳院長顯然以此做為參考指標，進而論斷國內的物理教育 是令人失望的（台灣日報，1992）。
在民國70年代以前，國內對於科學實驗的教學並不重視，除了設備儀器不足 外，對教學的方法也不甚講求，多半只是原理的驗證（陸業堯、許榮富，1988）。
民國72年後，教育部與國科會聯合推動了支援國內公立大學院校及專科學校改善 普通物理實驗之規劃，按各校所提改進計畫之實際需要，予以分期專案補助購置 實驗儀器設備的經費。每年以一千萬以上經費補助全國大學購買普通物理實驗用 的器材，各校在實驗教學方面的內容已經有了顯著的改進，實驗與普通物理課程 的配合也較數年前為佳（吳秀錦，1989）。
物理學是一門實驗與理論結合發展得很成功的科學，所有事實的成立都需要
經由實驗手段的進行以取得確認，在透過實驗的操作中來建構學生的物理概念，
這是一門基礎的實驗課程，亦為銜接各學系後續專業實驗課的入門課程。傳統實 驗課程，要求學生透過操作儀器、進行儀器測量、紀錄實驗數據、分析實驗數據 等步驟來完成實驗，在經過冗長的實驗步驟後，常因實驗時間的限制、實驗課程 設計或學生個人的學習動機等因素影響，學生對於利用實驗來幫助建構個人物理 概念的效益仍是相當有限（Hewitt，1994）。
國內普通物理及實驗的學習成果深受傳統考試方式影響，大學入學考試對許 多高中學生而言是一個相當重要的考試，甚至可用「一試定生死」來形容，長久 以來，考試領導教學的現象實為相當普遍，高中教師的教學必須以大學入學考試 作為依歸，雖然考題中有實驗題，但是面對升學壓力和大大小小的考試，時間分 秒必爭，力不從心之下最終仍回歸到「紙筆測驗」範疇中，如何得到高分遠比如 何做實驗、實驗數據為何更重要。物理學科是一門思考性的學科，長期來在大學 入學考試中命題偏難，題目難度高，被定位為「投資報酬率低」的學科（黃文龍，
2002），在重視多元智能發展的今日，這樣的測驗方式是否真能反映出學生實驗 的能力實令人存疑，得到高分與實驗操作能力似乎不存在必然的關係，而且把原 本生動豐富的物理知識轉變為枯燥難懂、死記硬背的材料。台灣的中學生為了升 學而反覆練習測驗題，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（邱韻如，2006），補習班的名師因此產生。故有學者認為，
目前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（楊文金、許榮富，1987）。這群高中生進入大學後接 觸到普通物理實驗，入學基礎參差不齊，升學壓力的消失，加上過去缺乏實驗操 作經驗，形成學習障礙，所以有學者指出學生學習科學知識或技能時，常常是在 不了解實驗的本質或目的的情況下進行實驗。Millar（1989）與White（1996）
也批評學生在做實驗時只動手而不動大腦。甚至研究在職進修教師的調查問卷中
有七、八成表示自己在中學或大學變得不喜歡物理，這種態度當然是不利學習的
（張自立，2005）。
興趣是最好的老師！當學生對於物理實驗產生興趣時，會自發性的進行深入 的探討，這種動力一旦被激發，將產生難以預測的成效。張敏（2004）認為在傳 統普通物理實驗教學中，教師先介紹實驗目的和原理，學生只要依照實驗步驟依 序操作，便能得到實驗的結果和數據，這種方式學生只是被動的重複實驗步驟，
易抹煞學生對於物理實驗的興趣與創造力，若能先以物理學中較生動有趣並能引 起學生震撼的實驗做起，點燃學生的興趣之火，並在課程中加入自由探究的實驗
，以學生周遭熟悉的事物和現象為探討的主題，讓學生在生活化中發揮創意並討 論設計實驗，擬定實驗方案和實驗步驟，自我探索、自我發現，必定能增進學生
，以學生周遭熟悉的事物和現象為探討的主題，讓學生在生活化中發揮創意並討 論設計實驗，擬定實驗方案和實驗步驟，自我探索、自我發現，必定能增進學生