模擬式軟體

模擬式軟體意指學生能在其中進行物件、變數的操弄，於操弄完畢後可透過 電腦螢幕進行觀察所產生的物理變化，或者提供虛擬的測量工具讓學生進行操作，

部分軟體更提供圖表呈現與物理現象之間的關係，如運動現象發生時，一並提供

「速度與時間關係圖」，可提升學生的圖形解讀能力。在過去使用模擬式軟體進 行的學習活動中，可培養出學生觀察、應用空間與時間關係、分類、應用數字、

測量、傳達、預測、推理、控制變因、形成假設以及實驗，共 11 項技能。

 觀察：使用模擬式軟體操弄其物件與變數，並能即時地從電腦螢幕中觀察到 操弄後的物理現象。

示例 1：Jaakkola, Nurmi and Veermans (2011) 的研究中，學生依照學習單的 指引做實驗，先在模擬軟體中，使用滑鼠拖拉燈泡、電路、電阻等物件組織 電路，並在連接完畢之後能立即看到結果，如燈泡的明暗變化等現象。

示例 2：Wu and Huang (2007) 學生操作模擬軟體，模擬兩個物體的運動情形 並呈現 V-T 圖供學生觀察。

 應用空間與時間關係：於模擬式軟體中試驗時，能操弄物件使其在空間中移 動理解物體在空間、時間與物理現象之間的關係。

示例 1：Borghi, Ambrosis, Lamberti and Macheretti (2005) 的研究中，學生在

模擬軟體中做速度實驗（3D 畫面），學生可以自由改變障礙物與小球的初始

位置，執行實驗後可在 2 維畫面中看到小球軌跡圖。

示例 2：Zucker and Hug (2008) 的研究中，學生使用 Moving Man，操弄裡面 的數值，觀察位移、速度與加速度間的變化。

 應用數字：操作模擬式軟體時，為達教師要求的目標，必須使用數字進行運 算以求出正確的數值。

示例 1：Vick (2010) 的研究中，教師介紹串聯、並聯時同時給予公式。操作 軟體階段教師給予學生總電阻，要求學生接出電路以達到所指定的電阻數值，

學生必須借由老師所給予的公式進行計算，並試圖接出正確的電路圖。

示例 2：使用 IVPL 做實驗，學生必須要將實驗中所得的資料填入表格或以 圖形表示。

 測量：於模擬軟體中，使用虛擬工具練習測量。

示例 1：Jaakkola and Nurmi (2008) 的研究中，使用學習單引導學生建立不同 的電路裝置，在軟體中透過虛擬三用電表可以測得電壓、電流、電阻的大小。

 傳達：在使用模擬軟體時，學生以口頭傳達或以文字的方式記錄物理現象。

示例 1：Kong, Yeung and Wu (2009) 的研究中，老師介紹軟體，並使用軟體 示範作實驗，要求學生試著說出他們在影片中所觀察到現象。

示例 2：Chang, Chen, Lin and Sung (2008) 的研究中，在模擬軟體中做實驗時，

學生選定問題後，自行輸入假說，實驗過程中有提示出現（例如一次只能改 變一個變數）輔助學生做實驗。在實驗過程中學生可適時的修改假說，並在 最後將結果輸入結論欄內。

 預測：透過模擬式軟體所呈現的資料，作為學生對未來現象預測的依據。

示例 1：Wu and Huang (2007) 的研究中，以老師為中心或以學生為中心操作 模擬軟體，模擬倆物體的運動情形以及呈現 V-T 圖供學生觀察。學生透過速 度與時間的關係圖預測物體的未來位置。

 推理：學習活動中，在學生熟悉基本物理概念後，教師提出問題以刺激學生 進行推理，同時操作模擬式軟體進行測驗。

示例 1：Goodison (2003) 的研究中，在學生理解基本電路的連接後，老師提 問：電鈴的電路應該是怎樣設計的？ 學生試著回答問題，並上台使用模擬 軟體於電子白板上操弄。

 控制變因：為了解各種變因對物理現象的影響，學生於模擬軟體中學習控制 變因的技巧。

示例 1：Lazonder and Kamp (2012) 教師解釋實驗應該用來檢驗改變單一變因 的效果，並示範做實驗以解釋特定變因會影響回聲的時間。隨後讓學生做在 軟體上進行實驗以回答學習單上的四個小問題。

示例 2：McElhaney and Linn (2011) 的研究中，要求學生看汽車碰撞實驗的 影片後說出哪些因素可能會造成駕駛人受傷。學生自由操作軟體，測試有些 因素會造成安全氣囊使駕駛人受傷。操弄完畢後，軟體中提供提示給學生，

使學生利用模擬實驗中的所得到的數據來建構自己的論點。

 解釋資料：經由操作模擬式軟體所觀察到的現象，建構出學生自己的論點或 者針對特定物理現象進行解釋其造成的原因與過程。

示例 1：McElhaney and Linn (2011) 的研究中，要求學生看汽車碰撞實驗的 影片後說出哪些因素可能會造成駕駛人受傷。學生自由操作軟體，測試有些 因素會造成安全氣囊使駕駛人受傷。操弄完畢後，軟體中提供提示給學生，

使學生利用模擬實驗中的所得到的數據來建構自己的論點。

示例 2：Yang and Heh (2007) 的研究中，使用 IVPL 軟體做實驗流程: （1）

了解問題：給予動畫呈現日常中活中的物理現象，讓學生描述動畫的內容並 解釋動畫內容所包含的物理概念，以及解釋他們選擇該問題的答案的理由。

再要求學生提供生活中相對應的經驗，以上內容都寫進軟體中的記事本。（2）

Transforming Problems:閱讀實驗目標，測試虛擬實驗中的工具。觀察影片(真 實)所呈現的問題，學生必須嘗試著在實驗中找出各種變因。（3） Planning: 學

生在小組中討論要如何執行實驗。（4）做實驗並記錄資料（填入表格以及畫

圖），並依照所得到的結果給予解釋。（5）評估結果：藉由回答老師及電腦

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表 4-9 文獻整理表（模擬式軟體）（續）

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