TEAL教學法

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TEAL 教學法－

技術協助主動學習正在變化物理教育

張財福黃鼎凱張世欣廖先彬湯兆崙譯

SPECTRUM, Winter 2004, Volume XVI, Number 1, MIT.

場景：在美國麻省理工學院 (MIT) 一間名為d'Arbeloff 的多媒體教室中，不同於傳統的座位排列，而是有13 張大圓桌分散在教室四周。圖片解說：一組在 MIT 教室中的師生，從左到右，依序為 Jennifer Wong， Danielle Wen，助理教授授 Eric Hudson，和 Rayal Johnson。

大一同學圍坐在圓桌邊，注視著正在白板上演示著方程式和圖形的物理老師 Dourmashkin 博士。內容是有關於如何定義一塊材料棒的長度與外形之間的彈力性質，書寫的同時，Dourmashkin 也談及這樣的結構遇到壓力變形時所含的物理。他停了下來，並提問說：「有誰可以解釋，這個 I 字型樑柱，為什麼要做成如此的形狀？」相同場景，大約二十分鐘後：每 3 人為一討論小組，進行與上課內容相關的桌上型實驗，將一鋁條橫跨在兩木塊中間，做成橋的形狀，對鋁條施力的同時，注視筆記型電腦上所顯示的鋸齒狀圖形。顯示在電腦螢幕上的圖形，是由儀器所測量出，同學施壓在鋁棒上的彈力大小，和頻率的變化所產生的。(譯註一) 這像是一場演講？益智問答？還是一堂實驗課？答案為：以上皆是！這些學生正在進行 MIT 課堂中最著名，且有時也是學生們會敬而遠之的大一普物課程。但他們不是僅坐在大教室中聽教授們講課，而是正透過一個新的學習方式進行相同的教材。這個嶄新教學形式就是所謂的 TEAL （Technology-Enabled Active Learning）(譯註二)。雖然有許多的呈現方式參考自他人的教學，但整個TEAL 計畫卻是獨一無二的。

圖片解說： TEAL 教學法的創始者 John Belcher 教授

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掌握概念

這個新教學形式反映出，MIT 正努力面對嘗試著，克服大一普物教學的挑戰。有朝一日，它將不單只是出現在MIT 的其它科目教學上，也會在其他大學裡獲得回響。為什麼需要TEAL 教學法？據 TEAL 教學創始者，同時本身也擔任 TEAL 課程老師的John Belcher 教授指出，進入 MIT 的學生通常都具有相當好的數學技巧，面對大一的普物課程應該是綽綽有餘。但是，他們經常在掌握物理概念上有一段陣痛期。這反映出在物理教學上的現實性。舉例而言：「譬如，你將一個環形線圈放在一個磁場中」，Belcher 教授説：「如果有一道電流，開始流經那個線圈時，會在環形線圈上產生一個力矩，結果將使得環形線圈的軸轉到它所處的磁場方向上」。換句話說，線圈將會轉動。如果物理學家和其它的人能夠再得到一些事實，他們就可以精確地預測線圈會往哪一個方向轉動。但是，看似容易的事件，卻由於電學與磁學的呈現，無法被肉眼看見，對大多數人而言，電磁之間的交互作用，可謂是一種神秘難懂的力，在教學上也不易呈現出來，縱使MIT 的學生能對線圈轉動方向做出正確預測，也不太容易教導這些物理。 Belcher 教授又說：「像參與 TEAL 教學的助理教授Hudson，是負責講授上述這現象的老師，我認為他在課堂上已經給予學生相當清楚的說明，可以解釋上述的電磁現象。但是上課之後他請學生說明，並預測這個電磁實驗的結果時，大多數的學生仍然無法說出，線圈該朝哪個方向轉動。」 Belcher 教授認為錯不在學生，他指出：「這是一件相當複雜的事情，也很明顯的指出，只靠教師上課的講述，是無法將物理概念完整的傳達給學生。」

超越粉筆和講授

TEAL 教學是為解決上述問題而設計的。這個新的教學方式包含了教師的口述授課方式，但是這僅佔一小部份。更包含了模擬動畫，利用視覺來讓學生看到，如先前 Belcher 教授舉例的電磁現象中，磁力如何運作的過程。（在TEAL 的教室中，這些影像不只投影在一個銀幕，而是顯現在環繞教室的八個大型銀幕上。）(譯註三) TEAL 教學還包含了下述的幾項特點： z針對著每天上課中相關主題，所量身訂造的桌上型實驗。 z利用網路教學系統設施，授課前教師可直接透過網路與學生互動，進行個別指導，因材施教，並且藉此掌握學生在課堂上最容易感到困惑的概念，提升教學效率。 z由物理示範工作團隊的成員中擔任助教，協助解答學生在課堂，或作實驗時所遭遇到的困難。 z 建構所謂個人回應式的即時投票系統 (Personal Response System, PRS)，讓學生利用身邊和家中電視遙控按鈕類似的設施，以不記名方式，來回答選擇授課老師所提出的各種觀念問題，授課老師可藉此精確即時掌握，學生對課堂講授內容的理解程度與上課成效，對學生觀念不足之處，進行有效的

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補強指導 (因此，如果當天的課程是介紹，每一作用力，會伴隨另一個大小相同但方向相反，的反作用力的概念，則會有類似「當一輛馬克牌的貨車，撞上一輛福斯汽車，那一輛受力最大?」的隨堂機智問答)。支持贊助，使上述教學特點以及專屬教室建立，都能付諸實現的，有來自於 iCAMPUS 教育科技創意中心、 MIT-MICROSOFT 聯盟、以及 MIT 創辦人 d'Arbeloff 先生和以他的妻子 Brit 女士，所命名為 MIT 卓越教育計畫，提供專款經費的 d'Arbeloff 基金會等相關單位。但TEAL 教學確實可行嗎？

圖片解說：Bill Walsh 說他最喜愛 TEAL 的部份是電子以及互動式教學法 Belcher 教授與他的同事，以及一位來自於以色列的科學教育研究專家(譯註四)，針對 TEAL 教學方式的成效，用許多技術進行調查瞭解。其中一種方法，是同時對參加 TEAL 教學的學生以及在傳統大班教室上課的學生，在學期前後進行數次特別的考試與測驗。據Belcher 教授所言，參與 TEAL 的學生的學習成效，為在其它傳統課堂上課同學的兩倍。類似的結果，也出現在其他大學的互動式教學研究上。這個新教學方式，對學生掌握棘手的概念方面有特別的幫助。Belcher 教授解釋說：「研究結果顯示，兩種不同教學方式下的學生，在計算解題的能力上都做的相當好。但在觀念的掌握上，TEAL 教學方式所教出來的學生，卻有更佳的成績。」 Belcher 教授無法斷論，在上述幾個特點中，那一項是這個新型教學法的成功關鍵，但是他認為 TEAL 教學中的互動方面，絕對是一個明顯的因素。

學生的看法

來自學生的意見，似乎也與物理教師們的看法不謀而合。去年選修 TEAL 課程，雙主修工程及電腦的大二學生 Walsh，是愛荷華州人，相當喜歡 TEAL 課程中，視訊電子科技和人之間的互動設計。她說：「TEAL 使我很容易對課程內容著迷，教授時常走到你桌邊，同時也得對PRS 投票系統的按鈕，按下你的回答，所以你會維持著和課堂間的互動。學生的學習情形，也會影響 TEAL 的課程設計。來自巴基斯坦，在MIT 主修大氣物理以及天文學的大二學生 Imam 說：「TEAL 的教師們，能夠在學生感到實驗和課程內容無法充分結合在一起的時候，在接下來的課堂上作出適當的改變。」由於對學生反應的觀察和重視，使得Belcher 教授及他的團隊能夠朝著正確方向邁進。

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圖片解說：大二生 Mubarik Imam 相當欣賞 TEAL 的課程設計但是令人好奇的是，什麼原因讓Belcher 教授能夠從一位天文物理學者，轉變成為一位教育的改革者呢？「我成長於德州西部，那是個美式足球地位，遠超過微積分的地方」，Belcher 教授補充說明，「因此當我進入萊斯大學就讀時，大一時的學習是非常艱難的」。相同的問題也發生了，目前能進入MIT 的學生，雖然已經擁有足夠的微積分訓練，但面對普通物理學的課程時，仍舊存在著許多的挑戰，這使得 Belcher 教授，想要盡其所能的幫助這些學生。 Belcher 教授也曾在一間大講堂中，面對著七百位同學上普通物理學的課程，雖然他的學生大都給予他的講課很高的評價，但是他認為，充其量這不過是一種大班級和小班級教學，混合在一起的經驗罷了，部分原因是一些大一新生總是不來聽物理課。 Belcher 教授曾經參與，航海家太空船「行星間」的研究，並擔任首席科學家。在研究天文學術發表會的經驗，他發現影像的呈現，在科學意識的傳達上，占有相當重要的角色。他舉例說：「我發現在一個科學發表的記者會上，假如可以採用影像的方式來解說呈現，記者們都會非常全神貫注的聆聽著，但是假如你拿起粉筆用板書的方式來解說時，相當意外的，許多記者們都會選擇走向盥洗間，而無意專心聆聽。」

物理影像

事實上，從影像中獲取重要物理概念，是促使Belcher 教授致力於發展，新式物理教學法的泉源。他專攻電學與磁學，加上認為迷你動畫，應有助於學生獲取該領域的概念。他得到一位麻省理工學院動畫模擬專家 Bessette 的協助，所發展出的動畫，現在已成為 TEAL 電磁學課程中的關鍵部分。在吸收其他學校所發展創新教學法的同時，他使計劃更加擴展，而TEAL 正是今日所見的成果。圖片解說：一個小組的學生正一起討論他們的實驗 TEAL 教學法，已在 MIT 內引起了廣泛的興趣。大學部教務長 Redwine 指出：「我

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們看到了，愈來愈多教育上的努力，強調主動參與學習的學生。」他補充道，TEAL 絕對是這些努力中的要角。在這同時，為電腦、資訊與人工智慧科學中心，剛新成立的Stata 大樓，也建構一座 TEAL 教室 (雖然其開放時間，因室內裝設經費不足而延後)，此外，MIT Solan 管理學院，也正計畫在新蓋的大樓中建造一個 TEAL 教室。 Belcher 教授與同事們，曾在許多國內與國際會議上談論到TEAL，他們發現 MIT 之外，有很多單位對於 TEAL 有很大的興趣。他本人雖不願預測 TEAL 能散播多廣，但他認為 TEAL 或其他類似的教學法，具有極大的潛力。 Belcher 教授說：「互動教學將是未來的趨勢所在，你愈能讓學生參與學習，學生的學習成果就愈好。」譯註一：在MIT TEAL 教學中，設計許多桌上型實驗，實驗內容和課堂講述課程緊密結合，並且直接在圓桌上做實驗，不需到實驗室。教室即實驗室！譯註二： MIT TEAL 的教學網頁 : http://web.mit.edu/8.02t/www/。譯註三：MIT TEAL 的教室中配備八部投影機及十三部攝影系統，可將電腦的動畫呈現環繞教室的銀幕上，甚至將提問的同學影像或實驗中所遇到的現象，都即時投影到銀幕上。

譯註四：該專家是Yehudit Judy Dori 博士。張財福、黃鼎凱、張世欣、廖先彬、湯兆崙譯著自 SPECTRUM, Winter 2004, Volume XVI, Number 1, MIT.

原文網頁：

http://web.mit.edu/giving/spectrum/winter04/te al-teaching.html