國內外大學普通物理實驗教學現況

在美國物理教學中，只要教師能夠用實驗說明的一般就不用語言說明，這樣 就增加了實驗的數量；同時，教師鼓勵學生根據自己的興趣和知識基礎來設計實 驗，自由的研究、提問，採集和分析資料，驗證假設和寫實驗報告；最後，美國

理科教師在傳授知識之前，鼓勵學生觀察思考和實驗，這樣一節課中往往先做實 驗，有時甚至大部分時間在做實驗（陳嫻，1999）。以近年來致力於物理實驗教 學教材創新的加州大學柏克萊分校為例，將普通物理實驗課分為三個部分：實驗 前的預習、實驗具體操作和實驗報告的書寫。實驗手冊提供很多思考題目和參考 書目，學生預習時必須查閱大量資料，而指導老師則是在實驗前先針對學生的預 習狀況進行檢查；實驗結束後則進行討論以加深學生印象。

MIT所推動的計畫受到美國許多學校的肯定，其推動的方式是：摒除傳統口 述式的教學方式，透過現代影音動畫多媒體科技的實驗室，結合虛擬視覺動畫模 擬與數為資料分析硬體，將授課、實驗、演習融為一體，營造出一種讓學生主動 參與學習的氣氛和環境，並透過同儕間的團隊合作，解決因學生程度不齊所造成 的學習落差與教學困難（張世欣等，2004）。希望透過這個課程幫助學生實際看 見物理現象，發展出更好的直覺和概念模式。

除了針對理工科系學生設計的課程外，也針對非理工科系的學生設計了許多 有趣的實驗，結合日常生活經驗，深受學生的歡迎，從這裡也可以看出美國對於 學生實驗興趣及能力培養的重視。另外，為了節省實驗儀器購買的經費支出，各 大學也積極與民間機構或是一些科學研究實驗室合作，將汰換下來的儀器提供大 學使用（沈元華，2001）。

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作區分(如附 錄一)，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，總 共有三十六個實驗，完成後才能進入中級物理實驗；而其他相關科系則針對該科 系較相關的實驗進行，實驗項目八至十個不等。歐盟諸國於物理實驗教學的改進 也正在進行新一波的研究團隊規劃招募，強調重視創新精神和創新能力的培養，

與美國的教學思想趨勢相謀合（傅昭銘，2006）。

在英國國家課程中，學生探究的過程大致是：確定研究課題—擬定初步計

畫—查找文獻資料—修改研究課題—制定研究方案—選擇實驗設備—觀察實驗 現象—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（姜濤，2006）。

中國長久以來亦採傳統的教學法，將普通物理實驗劃分為力、熱、電、光等 各自獨立的主題，單向填鴨式的講述造成學生缺乏作實驗的主動性和創造性漸為 人所詬病，成效亦不彰，實驗內容和現代科學技術成果嚴重脫節。根據高業安

（2001）針對物理實驗教學現況的研究，發現了許多令人不滿意的地方，如：

一、器材不足：許多學校因多方面的原因，教材中規定的實驗和學生分組 實驗器材不足，導致實驗教學存在很大的困難。

二、物理教師對實驗教學重要性認識不夠：有些物理教師只重視物理理論 知識的教學，輕視實驗教學，實驗變成了紙上談兵式，教師講授學 生背誦的實驗。

三、學生不重視物理實驗教學：有些學生隱藏身於分組中，不動手也不思 考，只想抄寫別人的實驗數據與結論報告。

四、學生實驗能力不強：學生要自己設計出一個實驗方案是件很困難的事，

而且女生的實驗能力較男生弱。

自 1995 年來中國亦逐步檢討，在教學內容上，減少驗證性實驗，增加探索 性實驗；在教學方法上，減少口授，增加操作；在考核體系上重視實驗技能與創 意，更積極打破了傳統的力、熱、電、光、近代物理實驗的封閉體系，改進分割 過細、實驗內容重複、綜合實驗和設計性實驗不足的缺點，建立以基本實驗、綜 合性實驗、設計性實驗、研究性實驗等組成的新的實驗課程體系，並透過虛擬實 驗儀器將物理實驗與現代科學技術接軌，以激發學生的學習積極性與熱情，學生 可以在學習物理概念、思想、方法的基礎上，有目的的去設計實驗，完成實驗；

又能通過實驗深化對物理概念、思想的理解，同時克服了實驗教學長期受到課 堂、課時限制的困擾，使實驗教學內容在時間和空間上得到延伸。（劉新、申万 兵、陳万平，2005）依照中國「高等院校大專物理實驗基本要求」將實驗內容區 分為(如附錄二)：

一級物理實驗（基礎物理實驗）

包含兩個部分，第一個部分是培養學生基本操作能力，主要以基本物理量 的測量、基本實驗儀器的使用、基本實驗技能的訓練和基本測量方法與誤 差分析等，希望學生能掌握分析與數據處理的基本能力，第二個部分是操 作基本的經典性實驗，涉及到力、熱、電、光、近代和物理各個學科，是 大學物理實驗的入門實驗，也是適合於各專業的普及性實驗。

二級物理實驗（綜合性、設計性實驗）

以綜合性、設計性為主的實驗，應用綜合實驗方法和技能系統研究力、熱、

電、光學物理量的測量，並且逐步引進綜合現代物理實驗和方法，培養學 生綜合思維、綜合應用知識和技術的能力，強調學生動手操作的能力、解 決和分析問題的能力。

三級物理實驗（現代物理實驗技術）

以綜合現代物理實驗和現代物理技術為主的實驗。學生在本級物理實驗中 將學習現代物理實驗技術的思想、方法、技術和應用。

四級物理實驗（研究型實驗）

以科學小實踐為主題，組織若干個圍繞基礎物理實驗的課題，以科研方式 進行實驗，培養學生的創新思維和研究、開發應用能力。學生在教師指導 下，在自行調研的基礎上選擇課題、寫出調研報告、實驗方案、完成課題 和寫出研究論文。

而國內的物理實驗項目一般而言包括實驗誤差分析、力學、熱學、電學、光 學、近代物理等內容的基礎性實驗，課程分為驗證性實驗和測量性實驗，多數屬 於普通物理課程的從屬地位，實驗步驟多以條理詳盡敘述在實驗手冊中，學生可

以按部就班就像依食譜一般操作，就能獲得實驗數據，多數學校因儀器不足，分 組每週輪換以進行實驗。傅昭銘（2006）指出，根據對於上普通物理實驗課的學 生所進行的晤談和問卷調查歸納，最多的學生反應對於按表操作的實驗方法感到 枯燥乏味，第二則是覺得實驗儀器簡陋易壞，造成實驗數據的誤差大。由此可知，

國內的普通物理實驗課程仍有相當大的改進空間。

這兩年，台灣在教育部等單位的支持下，投入大筆經費進行大學理學院基礎 課程改進，有些物理系已經開始投入培養學生設計並製作新實驗儀器能力的計 畫，另外也有學系為了增進學習物理概念成效，製作示範實驗的設計等，使物理 實驗教學獲得改進的機會（傅昭銘，2006）。以台灣大學物理系為例，從民國 86 年起對於普通物理實驗的功能和架構重新做了檢討，嘗試對現代科學與科技作配 合與調整，增加了近代物理方面的實驗，將普通物理實驗課程定位為一個獨立而 完備的課程，並且因應不同科系而設計了不同的實驗項目（鄭伯昆等，2000），

希望能夠將知識轉化以適合各種科系之程度的學生。

綜觀各國在普通物理實驗教學的發展趨勢上有一個明顯的轉變，就是從單純 的累積知識逐漸轉變為注重知識的探索過程。也就是說，對於普通物理實驗教學 之定位，已不再是單純針對普通物理課程的驗證，而是希望透過這個課程達到更 深層的目的，亦即是實驗並不只是為了驗證普通物理課程上的原理、規律或是理 論，更重要的是隱藏在實驗操作中的謹慎規劃的研究方式、按部就班的操作實驗 步驟、與同儕間的創意激盪，從提升學生學習興趣為出發點，結合現代物理的發 展結果與產業需求的人才，進而希望從中培養現代科技產業所需的創造力，不過 分強調原理的嚴謹性和實驗測量的精密性，而是透過探究的過程，讓學生不斷地 反思自己的觀念和操作流程，在實驗的操作過程中吸取經驗，建構自己的知識，

強調學習的主動性和積極性，這也是學生日後就業或繼續從事研究工作的重要精 神與態度。為了達到這樣的目的，教學方法也由教師為主體的單向灌輸式教學，

轉變為以學生為主體的發現式教學。

另外值得注意的一點是各國也逐漸重視中小學的理科教育。從 1985 年英國 教育和科學署頒佈的理科 5~16 歲的政策文件中指出，科學教育的重點是培養科 學方法。明確確定在理科教學中學生應學得的能力：（舒康云等，2001）

一、良好的觀察力。

二、能選擇與所研究項目有關的觀察數據。

三、能找出數據間相互關係及變化趨勢。

四、能舊這些關係作出評估、解釋與假設。

五、能設計實驗來測試所提出的假設之可信性。

五、能設計實驗來測試所提出的假設之可信性。