模擬實驗設計

一、 良好的模擬實驗設計

Ronen 與 Eliahu（2000）認為電腦模擬實驗是理論與現實之間的橋樑，利用 電腦模擬實驗中建構的回饋機制，有助於學生發現與修正迷思概念。Sethi（2005）

指出，電腦模擬實驗藉由提供完整的互動，並結合多媒體及圖像，可讓複雜概念 視覺化；透過給予學習者適當的回饋可使複雜概念的學習變得有趣。。

Barbeta（1998）針對使用者介面與功能提出良好的電腦模擬實驗設計須具備 之特性如下：

1. 即時性：所謂即時性是指可以模擬出真實現象中依時間變化而改變狀態 的一系列事件。這類的電腦模擬實驗必須使用更有效率的演算法，並且 小心的設計出可能得到的合理結果。一般的實驗課程較喜歡使用會即時 呈現變化的電腦模擬實驗，它可以讓學習者觀察到瞬間的變化。若現象 發生的太快而無法觀察到，設計者可以考慮用慢動作呈現結果。

2. 清晰的使用者介面：使用工具幫助學習者了解物理概念是最重要的。但 是電腦模擬實驗中若有太多的選項與變數設定，會讓學習者難以使用。

3. 一致的使用者介面：一致的使用者介面來設計可以讓電腦模擬實驗操作 變得簡單。

4. 高互動性：在電腦模擬實驗中讓學習者有機會改變較大參數的範圍以觀 察現象的差異。

5. 能夠收集實驗數據：收集數據可以做為進一步的分析。

6. 用動畫呈現現象：可以讓電腦模擬實驗更真實，而且更容易了解。

二、 模擬實驗的訊息回饋

Hirsch（2006）認為電腦模擬實驗須與學習者的生活經驗連結，讓學習者能 輸入各種參數並觀察結果，同時提供好的即時引導（built-in tutorial），並適時給 予足夠的訊息來解釋模擬的結果，進而引導學習者探索更深入的問題。

Finkelstein 等（2004）提出電腦模擬實驗必須提供有趣且具高互動性的開放 學習環境，給予學習者視覺上的即時回饋，讓學習者透過真實且正確的動態呈現 方式來建構物理概念模型。

Steinberg（2000, 2003）指出電腦模擬實驗中若僅呈現理論數據，並直接進行 資料處理，學習者會不知道如何解釋實驗的不確定性（uncertainty），故其解釋實 驗測量結果的能力會變弱，不僅無法鼓勵學習者思考做實驗的過程，也會使他們 學習科學變得非常被動。

Ronen 和 Eliahu（2000）建議在模擬實驗中加入誤差回饋訊息，可以幫助學 生在實體實驗中，學會處理儀器操作或測量過程產生的問題。

三、 國內外電腦模擬實驗發展現況

電腦輔助教學可以針對學生的學習行為提供個別化的立即回饋。現今國內外 學者在物理教育上發展的模擬實驗網站，大多是為了提昇學生對科學概念的理解

與物理現象的驗證而設計，運用物理定律與公式之理論值來模擬物理現象；僅有

http://www.hgjh.hlc.edu.tw/~drop/ Flash Flash 理化練功房

林大欽（2002）

http://enjoy.phy.ntnu.edu.tw/mod/resource/view.php?id=8067

Flash

國中理化地科 涂維聖（2005）

http://w3.sljhs.ylc.edu.tw/bandit/Flash_PC.htm

Flash

Demolab 物理教學示範實驗教室 黃福坤（2005）

http://www.phy.ntnu.edu.tw/moodle/index.php Java Applets Pascal Renault http://mysite.verizon.net/vzeoacw1/applet_menu.html

Interactive Physics and Math with Java Sergey Kiselev,

Tanya

Yanovsky-Kiselev http://www.physics.uoguelph.ca/applets/Intro_physics/kisalev Java Applets Interactive Plasma Physics Education Experience

The Princeton Plasma Physics

Laboratory （PPPL） http://ippex.pppl.gov/

Java Applets

Java Applets on Physics Walter Fendt

http://www.walter-fendt.de/ph14e/ Java Applets The Physics Classroom Tutorial

Tom Henderson http://www.glenbrook.k12.il.us/gbssci/Phys/Class/BBoard.ht ml

Java Applets

本研究嘗試設計兩種不同回饋策略之模擬實驗，提供學習者即時性回饋，並 探討在實體實驗前運用不同回饋策略的電腦模擬實驗輔助實驗教學，對學生在實

體實驗後的實驗技能與實驗態度之影響。