課程安排與內容

因課程實施於台北某市立高中高一多元選修課程，研究者須配合該校可進行課程的 時間將各個主題概念切分，安排進度、落實課程。如下表2-4-1 呈現之主題。

表 2-4-1

課程單元及時間表

課堂次數 實行日期 單元主題 知識架構對應

一 09/01 課程分組與課程介紹

二 09/08 繞射觀察：水波現象與波動原理 水波觀察 三 09/15 尋找單狹縫繞射實驗變因 單狹縫繞射 四 09/22 單狹縫繞射公式建構與實驗操作1 單狹縫繞射 五 09/29 單狹縫繞射公式建構與實驗操作2 單狹縫繞射 六 10/06 單狹縫繞射公式建構與實驗操作3 單狹縫繞射 七 10/27 單狹縫繞射公式建構與實驗操作4 單狹縫繞射 八 11/10 單狹縫繞射公式建構與實驗操作5 單狹縫繞射 九 11/24 細線繞射與測微工具1 細線繞射 十 12/01 細線繞射與測微工具2 細線繞射 十一 12/08 細線繞射與測微工具3 細線繞射 十二 12/15 彈簧繞射實驗與Tacker 介紹 1 彈簧繞射

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十三 12/22 彈簧繞射實驗與Tacker 介紹 2 期末報告準備

彈簧繞射

十四 12/29 學校成果發表，學生報告與教學

下面依照表格中每一個單元主題進行課程目標以及內容說明，並且附上課程的流程 圖以及時間安排表。

一、 分組與課程介紹

螺旋結構繞射課程的教學目標為帶領同學慢慢熟悉科學探索的每一個步驟，並養成 探究的習慣，亦期盼學生能對科學現象更為敏銳，且能迅速朝正確的方向搜尋資料。但 是，在進行科學探究時，伙伴的互相支援、交流也是非常必要的。因此，本單元中培訓 學生如何尋求同儕協助的能力。

大地遊戲可以帶動氣氛也可以增進學生之間的熟悉度(范惠華，2007)，參考多種大 地遊戲並融合分組活動進而設計了關於認識科學家的分組遊戲。第一次課程開場時，利 用簡單的遊戲勾起學生對此門課程的興趣，並從遊戲中瞭解全班的同學都可以成為互相 協助、互相學習的夥伴，活動過程滿足一個極為簡易的探究歷程，同時完成分配組別。

科學探究是針對未知的事物進行探究，所以給予學生的提示皆為他們國中階段不會 接觸到的內容。在分組同時讓學生上網搜尋他們手中所得的提示，利用網路資源取得資 訊與答案，經由討論確認結果，找出自己的組員。

本堂課程的第二階段是訓練學生分享成果的能力，並於過程中認識自己的組員。在 大地遊戲結束後同組成員開始交流、整理彼此在遊戲中得到的資訊，並且互相自我介紹，

最後上台介紹自己的組員及代表科學家。授課流程設計如下圖2-4-1 呈現。

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圖 2-4-1 課程分組與課程介紹課程架構圖

課程前教師的準備工作為：(一)、完成課程簡報。簡報內容包含課程大綱、課程介 紹、八組科學家照片以及Google classroom 的使用說明。(二)、分配完成各組成員(此次 課程共16 位，兩人一組共分八組)。(三)、設計提示內容。給予每一位同學該組別的相 關資訊。例如：本次課程利用科學家為組別名稱，因此給予學生的訊息則為該科學家的 成就、貢獻、實驗…….等。(四)、完成名牌。讓學生去探尋該資訊對應之科學家。大地 遊戲中使用的提示名牌如附錄四呈現。(五)、開設完成 Google classroom，並且將合作教 師加入共同合作者，方便每位教師批改、閱讀學生作業。課堂中教師協助學生蒐集資料，

並練習使用Google classroom 繳交作業 正確結果

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表 2-4-2

課程分組與課程介紹詳細時間安排及內容說明表

課程內容 時間安排

(一)、分組活動：

1.學生排隊領取遊戲使用之名牌。

2.學生使用手機或是電腦上網搜尋得到的資訊，提出可能的科學家 是誰。

3.同儕討論，確認自己搜尋的結果，並找到組員。

20 分鐘

(二)、課堂報告(一組五分鐘)：

1.組員間相互自介紹。

2.組員一起討論大地遊戲中各自取得的資料，並共同整理一份簡短 的口頭報告。

3. 採取介紹對方的方式介紹組員，讓每位學生都有發表機會。

4.介紹代表科學家的生平與貢獻。

50 分鐘

(三)、課程講解：

1.打開課程代碼讓學生於課堂中直接加入課程。

2.現場示範操作一次如何繳交作業。

3. 學生上傳自己的班級、姓名與座號，練習繳交作業。

30 分鐘

二、 繞射觀察：水波現象與波動原理

本次活動透過水波槽實驗期望學生能藉由觀察肉眼可見的水波，了解波的特性。課

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程中讓學生利用網路資源搜尋資料，並分組討論個人收集之資訊、進行訊息的過濾篩選、

整理課堂報告。學生可以透過網路資料收集、小組討論以及課堂分組報告理解惠更斯原 理與疊加原理，並連結至單狹縫繞射，瞭解何謂繞射現象。觀察活動開始之前，讓學生 認識本次實驗器材─水波槽，並回顧國中已學概念：直線起波源產生直線波，點波原則 產生圓形波。活動分為兩部分的觀察，第一部分對應的知識概念為惠更斯原理與疊加原 理，第二部分是繞射現象。

第一部分觀察過程中學生自由提出各自觀察到的現象並作為假說。教師依照學生提 出假說的內容將學生分為兩大組，分別以惠更斯原理和疊加原理作為主題，讓同組同學 一起上網搜尋資料、討論整理，並嘗試解釋驗證各組提出的假說，最後上台報告。以上 流程培養學生與他人溝通協調合作學習探究科學的能力以及成果表達與分享的能力。第 二部分則因時間關係，學生自由提出各自觀察到的現象後，各自提出假說進行資料收集，

瞭解繞射現象。授課流程設計如下圖2-4-2 呈現。

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障。因應學校擁有的器材數量，本次課程8 人一組，共 2 個組別。分組方式以原有的 8 個組別1-4 組為第一大組 5-8 組為第二大組，口頭報告亦依照此方式分組。

第一部分觀察以直線起波器產生之直線波開始，學生會看到水波投影後亮暗相間的 條紋，亮的部分對應凸起的水波，暗的部分對應凹下的水波。接著改為單一點狀起波器，

讓學生察覺無論是直線或單一點狀起波器起波，亮點與暗點都會連成一條一條的線(一 直線條紋或一圈一圈的條紋)。最後，以兩點波源同時起波，並與單一點波源起波進行 比較，幫助學生發現波有相消與相長的現象。第二部分觀察實驗一樣分別用直線和單一 點起波器起波，但是差別在本次實驗水波槽中間放上兩方型木塊障礙物，做成狹縫形狀，

並給予學生自由調整兩木塊之間的寬度、角度和相對位置，觀察水波通過障礙物後形狀 的改變以及兩木塊之間寬度、角度和相對位置不同所造成的波形變化之機會。

課程中教師激發學生對波是如何傳播的好奇心、協助學生理解網路資料，並且在學 生課堂報告中給予學生引導，協助學生思考。

表 2-4-3

繞射觀察：水波現象與波動原理詳細時間安排及內容說明表

課程內容 時間安排

(一)、水波槽觀察：

1.將學生分為兩大組，以直線起波器讓學生觀察波的形狀。

2.改為般一點波源讓學生觀察其與直線起波器相同處或是相 異處。

3.改為兩個點波源讓學生觀察其與單一點波源相同處或是相 異處。

40 分鐘

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(二)、搜尋資料：

1.兩組學生分別上網搜尋惠更斯原理和疊加原理，並討論彼此 搜尋得到的資訊，得出最後最佳的解答方式。

30 分鐘

(三)、課堂報告：

1.各組推派代表上台分享、報告，讓同儕彼此互相學習。

2.剩餘同學自由提出問題，相互刺激思考，更深入了解。

10 分鐘

(四)、繞射現象：

1.以直線起波器搭配障礙物讓學生觀察波的形狀改變。

2.改為單一點波源搭配障礙物讓學生觀察與直線起波器相同 處或是相異處。

3. 讓學生去搜尋繞射的相關資料，並討論彼此搜尋得到的資 訊，連結繞射現象。

20 分鐘

三、 單狹縫繞射公式建構與實驗操作

本活動以短片介紹前人利用 X 射線照射 DNA 得到的繞射圖形，發現其結構為雙股 螺旋結構的歷程作為開場。透過前人建立DNA 結構的方法，了解完整的探究過程。但 是，學生需要了解繞射圖型與被繞射物體的關係是什麼，才能進行後續以彈簧模擬DNA 繞射的實驗。因此，以單狹縫繞射實驗的活動，讓學生在實驗中由雷射光觀察單狹縫繞 射結果建構數學關係式。

本活動的目的不僅讓學生瞭解何謂光的繞射現象，更為提供學生體驗實驗物理學家如何 由實驗數據分析獲取結果與問題解決的訓練機會。教學內容包含四大重點。(一)、讓學 生認識如何辨明變因。在實驗過程中一次只能變動一個因素是一個重要的觀念，但是對

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於缺乏實作經驗的學生來說，容易在不知情的情況下一次調整多項實驗條件。因此，課 程中教師引導學生發現：多個因素一起改會無法確定是何項因素影響實驗結果。(二)、

讓學生認識如何設計實驗，並且學會辨識實驗中需要紀錄的重要數值。活動進行的過程 中教師引導學生如何擬定研究計畫，再經由小組討論，完成實驗流程規劃及數據紀錄表 格。(三)、實驗結束後讓學生認識如何進行數據整理並且驗證假說或是下新結論。教師 介紹相關電腦軟體及數學方法，協助學生整理實驗數據得到實驗成果。(四)、培養學生 與他人溝通協調的能力合作學習探究科學。本次課程分為5 次進行，授課流程設計如下 圖2-4-3 呈現。

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紹相關的資訊與數學等方法，協助學生有效地整理數據資料，最後製作出數據圖表，獲得 變因間的數學關係。

表 2-4-4

單狹縫繞射公式建構與實驗操作 1 詳細時間安排及內容說明表

單狹縫繞射公式建構與實驗操作 1 詳細時間安排及內容說明表