建議與未來研究方向

本研究對於教師應用在教學上的設計、研究工具及未來研究的方向提出檢討與建 議。

一、 教學的設計建議

高二「簡諧運動」單元其教學規劃的時間節數約為三節左右，在有限的時間內要呈 現的物理觀念很多，在「解釋階段」可能導致學生尚未完全吸收且內化所建構的概念知 識，故若能夠增加延長教學進行時間，則各階段的學習歷程應該能安排更多的質性研究，

或許能更進一步觀察發現到其他學習因素所造成的差異。

在研究設計的設定上，研究對象的選擇盡量可能控制達水準一致，可避免其他環境 條件因素造成觀察誤差，進而影響分析歸納。

二、 研究工具的建議

以本研究的高二「簡諧運動」單元為例，發現網站、出版社提供的動畫或影片教材 都是以彈簧呈現為主，但是有些設計無法提供時間序列圖等資訊提供，有些則操作進行 不流暢，或者是內容有誤等，都不是合適的動畫教材。建議尋找挑選動畫前，要依據教 學目標及分析概念，逐一尋找相符的概念特性教材並測試操作。由於本研究需要時間序 列圖來呈現多項的時間與變數關係，對於複雜又抽象的簡諧運動來說，使用動畫輔助教 學，能夠得到好的學習成效，也經由研究結果得知動態表徵對於學習成效的確有正面的 助益。對於類似的單元課程，若想利用動態表徵教學得到良好學習成效，務必要挑選合 適的動畫多媒體教材輔助。唯有課程單元屬性與動畫屬性相符合時，才能夠達到最佳學 習成效(Gentner & Stevens, 1983)。

三、未來研究的方向提出檢討與建議。

許多研究都比較動態和靜態表徵對學習成效之影響，但較少有研究嘗試解釋動態和 靜態表徵如何建構學習者的概念，未來研究可針對動態和靜態表徵對概念解釋、概念建

構的影響機制作較深入之探討。

隨著數位教學的推廣與進步，未來除了融入動畫多媒體進行教學，也可發展融入電 腦動畫進行的內嵌式評量測驗，可以進一步了解學生如何整合和比較簡諧運動時所涉及 變數（時間與速度等）間的關係是如何建構。

綜觀目前國內外數位多媒體輔助教學或 5E 探究式學習環之相關研究，大多數為針 對動畫教材對學習者之學習成效的影響，或以學習環理論比較傳統教法之學習成效差異，

但較少為教師教學將探究式教學融入電腦動畫對學習成效之影響，故為驗證本研究之正 確性，研究者希望能夠有更多學者能夠投入心力來研究以不同表徵順序教學設計形式將 多媒體動畫融入教學對學習成效之影響。

參考文獻

國立臺灣師範大學，台北市。

黃志清（2001）。應用模擬動畫輔助國中理化實驗教學之研究。國立高雄師範大學物理 學系，未出版，高雄市。

黃福坤（2006）。透過物理模擬動畫進行物理教學與學習－介紹簡易模擬動畫設計環境 Easy Java Simulation。物理雙月刊物理雙月刊（物理教育專輯），28(3)，556-543。

劉光中（2007）。操作動態表徵教學對學習成效的影響-以「函數極限」「導函數」單 元為例。國立嘉義大學數理教育研究所，未出版，嘉義市。

蔡月卿（2012）。電腦動畫在教學上的應用－以粒子觀點解釋平衡概念。國立臺灣師範 大學化學系在職進修碩士班，未出版，台北市。

賴柏承（2012）。科學魔術融入 5E 探究教學對八年級學生之學習成效-以摩擦力單元為 例。國立彰化師範大學科學教育研究所，未出版，彰化市。

龍騰文化（2012）。第 5 章第 2 節：簡諧運動。高級中學基礎物理（二）B 上（158-166 頁）。台北市：龍騰文化。

薛文隆（2001）。動畫製作在基本粒子教學成效上之研究。國立高雄師範大學物理學系，

未出版，高雄市。

蘇育男（2009）。融入 Tyson's 多面向架構之 5E 教學策略發展國中自然與生活科技之 熱學單元之研究。國立彰化師範大學科學教育研究所，未出版，彰化市。

二、英文部分：

Ainsworth, S. (1999). The functions of multiple representations. Computers & Education,

33(2-3), 131-152.

Ainsworth, S. E. (2006). DeFT: A conceptual framework for considering learning with multiple representations. Learning and Instruction, 16(3), 183-198.

Ainsworth, S. & VanLabeke, N.（2004）.Multiple forms of dynamic representation. Learning

and Instruction,14（3）,241-255.

American Association for the Advancement of Science (1993). Benchmarks for Science

Literacy. Washington, DC: AAAS.

Baek, Y. K. & Layne, B. H. (1988). Color, graphic, and animation incomputer-assisted learning tutorial lesson. Journal of Computer-Based Instruction, 15(4), 131-135.

Belcher, J. (2001). Studio Physics at MIT. MIT Physics Department Newsletter, Fall, 1.

Bybee, R. F. & Landes, N. M. (1988). The biological science curriculum study (BSCS).

Science and Children, 25(8), 36-37.

Crouch, C. H., & Mazur, E. (2001). Peer instruction: Ten years of experience and results.

American Journal of Physic, 69(9), 970-977.

Driver, R., Asoko, H., Leach, J., Mortimer, E., & Scott, P. (1994). Constructing scientific knowledge in the classroom. Educational Researcher, 23, 4.

Gentner, D., & Stevens, A. (1983). Mental models. Hillsdale, NJ: Erlbaum.

Giunchiglia, F. & Walsh, T. (1992). A theory of abstraction. Artificial Intelligence, 57, 323-389.

Hammer, D. (1996). More than misconceptions: Multiple perspectives on student knowledge and reasoning, and an appropriate role for education research. American Journal of

Physics, 64(10), 1316-1325.

Hodson, D., & Hodson, J. (1998). From constructivism to social constructivism: a Vygotskian perspective on teaching and learning science. School Science Review, 79(289), 33-41

Keys, C.W., & Bryan, L.A. (2000). Co-constructing inquiry-base science with teachers:

essential research for lasting reform. Journal of research in science teaching, 38, 6.

Lewalter, D. (2003). Cognitive strategies for learning from static and dynamic visuals.

Learning and Instruction, 13(2), 177-189.

Lowe, R. K. (2003). Animation and learning: Selective processing of information in dynamic graphics. Learning and Instruction, 13(2), 157-176.

McDermott, L. C., & Shaffer P. S. (2002). Tutorials in introductory physics and homework package. Upper Saddle River, NJ: Prentice-Hall.

National Research Council. (1996) National science education standards. Washington, D.C.:

National Academy Press.

Poohkay, B., & Szabo, M. (1995). Effects of animation & visuals on learning high school

mathematics.

Rieber, L P. (1990). Using computer animated graphics in science instruction with children.

Journal of Educational Psychology, 82(1), 135-140.

Ritchie, S.M., & Rigano D.L. (1996). Laboratory apprenticeship through a student research project. Journal of research in science teaching, 33(6), 799-815

Rogoff, B. (1990). Apprenticeship in thinking: Cognitive development in social context. New York: Oxford university press.

Schnotz, W. & Bannert, M.（2003）. Construction and interference in learning from multiple representation. Learning and Instruction, 13（2）, 141-156.

Szabo, M. & Poohkay, B. (1996). An experimental study of animation ,mathematics achievement, and attitude toward computer-assisted instruction, Journal of Research

on Computing in Education 28 (3), 390-402.

Trowbridge, L. W. & Bybee, R. W. (1990). Becoming a Secondary School Science Teacher (5th ed.). New York: Merrill.

Tversky, B., Morrison, J. B., & Bétrancourt, M. (2002). Animation: Can it facilitate?

International Journal of Human-Computer Studies, 57, 247-262.

Von Glasersfeld, E.（1987）Learning as a constructive activity. In C. Janvier (Ed.), Problems

of representation in the teachingand learning of mathematics. Hillsadale, NJ:

Lawrence Erlbaum Associates.

Wheatley, G. H. (1991). Constructivist perspectives on science and mathematice learning.

Science Education,75(1), 9-21.

附錄

(前言 2：西元 1610 年伽利略發現木星有四個衛星，當時他看

二、配合講義說明衛星實際上是在作等速率圓周運動但當初伽利略

等速率圓周

觀念練習

第二堂課教學流程：

簡諧運動

範例 2.

範例 5.一質點作簡諧運動，當其距平衡點為 4 公尺和 3 公尺時的速

 　　sin



 d x　　

第三堂課教學流程：

附錄二 簡諧運動課程教案(學校編號：B)

第一堂課教學流程分析 一、教學進度：簡諧運動 二、教學目標：

1. 說明簡諧運動的定義。

2. 利用等速率圓周運動的投影說明簡諧運動。

三、教學準備：

1. 教師準備筆記型電腦與移動式單槍。

2. 學生攜帶物理課本、筆記本與文具用品等。

四、教學時間：50 分鐘。

五、教學對象：實驗組班級。

六、活動設計：（此堂課全程錄影）

教學

階段 教學流程 板書或多媒

體

時 間

（ 分）

參與 (Engagement)

一、前言（5 分鐘）

架設硬體設備，並舉生活中的簡諧運動實例引導學生進入主課 程。

(1) 由圓周運動出發，告訴學生圓周運動屬於轉動的運動形 式，現在要介紹第三種運動狀態---振動。

(2) 以尺或課本來回擺動，展示振動的運動形式，並請學生回 想生活中還有哪些現象屬於振動。

5 分鐘

探索

解釋

第二堂課教學流程分析

教學

第三堂課教學流程分析

附錄三 簡諧運動概念測驗試卷

（ ）3. 根據短文的敘述，若從彈簧原長開始，施力使彈簧向右伸長到端點 R 處 後放手使物體振動，其振動週期為 T1；施力使彈簧向左壓縮到端點-R 處 後放手使物體振動，其振動週期為 T2。(物體仍在彈簧的彈性限度內振動)，

則物體的振動週期比較為何？

(A) T1 > T2

(B) T1 < T2 (C) T1 = T2

（ ）4. 根據短文的敘述，若物體的質量增加後，振幅仍維持為 R，則物體的振動 週期會如何變化？

(A) 減少 (B) 增加 (C) 不變

（ ）5. 有一物體連接於彈簧的一端，在光滑水平面作週期性振盪。若改使用彈力 常數較大的彈簧進行實驗，則物體的振動週期會如何變化？

(A) 減少 (B) 增加 (C) 不變

（ ）6. 物體來回振動時，若物體其位移 x 與時間 t 的關係曲線如圖所示，在t4

秒時，此時在端點的質點為：

(A) 速度為正的最大值 (B) 速度為負的最大值 (C) 速度為零

（ ）7. 承第 6 題，在t4秒時，質點為：

(A) 加速度為正的最大值 (B) 加速度為負的最大值 (C) 加速度為零

（ ）8. 如果物體在某段時間內的 a  t 圖如下圖所示，則該時段物體呈現的 v  t

（ ）11. 考慮一物體受力 F

  k X

來回作週期性振動時，其中 C 點為 O、B 兩點之

（ ）16. 考慮一物體受力 F

  k X

來回作週期性振動時，其中O點為平衡點，A、

（ ）21. 考慮一物體受力 F

  k X

來回作週期性振動時，其中O點為平衡點，A、

附錄四 學習過程紀錄單

運動學定義：一物體在直線上做往返的週期性運動，且其和平衡點間的位移為 sin 或 cos 的形式

分析方法：藉由圓周運動的_________

位移

r

= ________________

= ________________

速度

v = __________________

= __________________

加速度

a = __________________

= __________________

= __________________

動力學定義：物體加速度與距平衡點的位移大小成正比，方向 相反

端點與平衡點分析：

振幅：

週期：

角頻率：

端點： 平衡點：

例題

某物做簡諧運動，其振幅為 10 公分，週期為 5 秒，請問：

1. 此簡諧運動最大的速率為？

2. 此簡諧運動最大的加速度大小為？

3. 距平衡點 5 公分時速率＝？ 加速度大小＝？

4. 速率＝2π 公分/秒 時，其位置距離平衡點幾公分？

5. 加速度大小為24 ²

25



公分/秒² 時，其位置距離平衡點幾公分？

6. 從平衡點右方 5 公分到平衡點左方 5 公分，至少需時幾秒？

7. 通過右方端點後 8

5秒物體距平衡點幾公分？

彈簧之簡諧振動 水平

週期 T ＝ _________________

鉛直

週期 T = _________________

單擺

在文檔中 探討運用不同表徵順序融入5E探究式學習環對概念學習成效影響之研究─以「簡諧運動」單元為例 (頁 66-98)