HDMI 物理教師專業學習社群的點點滴滴
林春煌
臺北市大理高中 springhuan@gmail.com壹、 前言
新課綱的實施是危機也是轉機，一群由高中物理老師所組成的教師專業社群，在教材設 計耕耘了好幾年。他們完成了 DeltaMoocx 數位學習影片並且設計了幾個素養導向物理教案 ，到各地推廣。他們的共備過程與社群經驗，相信很多物理老師想要了解。本文介紹 HDMI 社群的組成、演進、課程設計、共備過程與未來展望，期望能提供清楚過程，給想要成立物 理教學共備社群的同好參考。 新課綱的素養導向教學與評量風潮之下，老師們的教學方法需要調整改變。其實老師目 前的工作量已經滿載，如要多負擔全新的教學設計工作，勢必會壓垮認真付出的老師。如能 應用教師專業學習社群（professional learning community，簡稱 PLC）的機制，讓老師們一 起設計教案，相信在這個課綱改變的轉捩點，可以提供老師們專業的支持，度過轉變的陣痛 期。貳、 本文
一、HDMI 物理教師專業學習社群簡介
「專業學習社群」簡稱為PLC，根據教育部在 2012 年「師資培育白皮書」中所指出：是 指由一群專業工作者所組成的學習與成長團體，強調「合作」的概念，成員之間對專業有共 同的信念、願景或目標，透過成員之間省思對話、探索學習、協同合作及分享討論等方式， 來提升服務對象的學習成效，並精進自身的專業素養。為了因應新課綱素養導向教學與評量 的需求，我們組織了幾位經常討論物理教學的好友，發展符合新課綱需求的教案與評量。社 群名稱簡寫為 HDMI，H 係指 Hard working 認真共備、D 是 Dynamic，指我們需要因應變化 劇烈的教育現場，使用 Mooc 的 M 是因為社群的前身是台達電數位學習方案 DeltaMoocx 專 案的主要成員，討論教案的同時也繼續創造更素養的 MOOC 教法。最後的 I 則是採用 Innovation 強調革新的理念。成員約 20 人，多為高中物理老師，任教地點涵蓋臺北到南投， 共備時間為周六整天，每月一次，以下為本社群共備過程的詳細介紹。二、社群的演進過程
10.6212/CPE.201907_20(1).0007(一) MOOC 教材討論時期(2014-2017) 社群剛開始成立於 2014 年，主要功能是討論 DeltaMoocx 的物理教學流程，成員約有十 人，以製作講述教學投影片為主。為了要讓多數的學生聽得懂物理，授課內容多數從生活現 象出發，再從觀察發現逐漸歸納出定理，經歷了 4 年多，我們完成高中物理全部內容大約５ ００支教學影片，全部都已上傳到 Youtube 頻道供大眾學習（見圖 1）。 (二) 教案設計時期(2017-2018) 兩年前，筆者借調臺北市課程與教學協作中心擔任課程督學，身負發展素養導向教學範 例之責任。便邀請社群成員一起討論設計（見圖 2），符合新課綱素養的教案，這時期共備時 間是星期四晚上 6-10 時，每兩月 1.5 次左右。我們針對基礎物理最重要的 10 個物理概念， 設計可以培養學生能力(學習表現)的教案，在那時期完成了光的雙狹縫干涉的教案，也試教 了很多次，有了素養導向教學大致雛型。但其餘多數教案都只停留在設計，還沒變成學習單 也沒試教，還需要很多後續努力才能完成。 (三) 教案調整與評量設計時期(2018 迄今) 去年因筆者借調國教院測評中心，便順勢將原來的社群目標，轉為素養的教學評量設計。 因為牽涉到的相關教育理論較多，社群需要多花時間學習，共備時間增加為一整天每月一次。 早上多是讀書會討論為主，下午針對素養的教學與評量設計教案與題目（見圖 3）。 圖 1：DeltaMoocx 教學影片 圖 2：教案共創討論 圖 3：教案調整評量討論
三、 主要共備歷程與成果
以下介紹社群主要的教案討論流程與共備模式，分別就教案共創、教案試教觀課、情境 教案腦力激盪與讀書會，四個主要歷程說明： (一) 課程共創教案設計 新課綱的素養導向教學，以學生為主體，讓學生主動探究學習，跟過去以知識為主體的 講 述 法 完 全 不 同 。 我 們 為 了 設 計 新 的 教 案 ， 採 取 了 新 的 共 創 教 案 模 式 ， 參 考 UbD (Understanding by Design)教學設計理念與劉恆昌所譯「創造思考的教室-概念為本的課程與教 學」一書的設計理念，重新檢視教學目標與教學活動設計。流程簡述如下： 1.釐清學科本質：多數的老師認為學校教學的目的是準備升學考試，只要將課本知識灌 輸給學生，就完成了老師的工作，教學過程以老師講課與解題為主要教學活動，學生多數學 習活動是聽講跟抄筆記。但經過反思討論之後，多數老師都可以找回當初選擇科學教師的初 衷，把教學生「探索世界、解決生活中的科學問題」當成學科的本質。打開這結之後，我們 的課程設計才有機會跳脫舊想法，重新思考一個科學教師應有的作為。2.選擇教學內容：為了因應新課綱推動示範素養導向教學，我們試著在基礎物理課程中， 選出 10 個學生國中沒學過且重要的課程內容，設定在 1 節課就能教完的知識，如雙狹縫干 涉，進行教學設計。 3.尋找「核心概念」：素養導向的教學著重學生探究過程，教學時間較長，如果沒有化簡 馭繁，可能會出現課程內容教不完的窘境。使用核心概念可以協助統整不同章節內的概念， 找到相似處，減少教學負擔。舉例來說：「守恆概念」是自然課程中經常用到的核心概念， 在教授碰撞時，有些老師會著重在動量變化，有些老師著重在守恆概念。如果將重點設定在 系統守恆，則可以結合學生過去學過能量守恆、質量守恆的相關學習經驗，觸類旁通容易理 解。另一個目的是重新檢視過去的教學過程，是否能掌握學科知識脈絡。例如我們在討論雙 狹縫干涉教學時，過去課本的公式推導教學，使用了兩個三角形的相似性質(y/L=λ/d=sinθ)， 核心概念是邊長的「關係」。但干涉的發生也能使用兩波源「交互作用」來思考。我們在討 論時，重新挑了「交互作用」作為核心概念來設計教案，創造出新的教案，這個教案我們已 經公開授課推廣辦理了十多次相關研習。 4.設定學習目標：過去的教學只強調「知識」，素養導教學則同時重視「知識」、「技能」 與「態度」，在這個流程中，我們會依照知識與學科脈絡的特性，從學習表現中找到相關的 技能與態度。自然領域學習表現有三類，分別是「思考智能」、「問題解決」與「科學態度」。 其中「問題解決」適合有實驗數據的探究，「思考智能」適合模型推理或思考實驗，「科學態 度」的學習表現則需要長時間浸潤在科學學習情境中。除了知識之外我們在技能和態度各選 一個適合達成的目標，跟學習內容組合之後當作學習目標。 5.設計情境脈絡：在「創造思考的教室」一書中，作者提到:教學的內容是精煉過的原理 原則，學生腦海中存在的舊有知識與目前感官所觀察到的現象表徵有一段落差。學校老師的 工作是引導學生從雜亂的事實，找到規則形成通則，如圖 4 所示。課程活動的設計係從學生 已知出發，藉由老師的提問逐步將事實引導到概念與原理原則。 我們在課程設計討論時會將過程寫在 A5 紙上，再貼到討論牆，讓大家都能看到別人的 想法跟自己的貢獻，討論現場狀況如圖 5 所示。 圖 4：情境脈絡關係圖-參考「創造思考教室」 一書內容重繪 圖 5：課程共創討論現場
(二) 教案修正試教與觀課、議課 教案設計只是教學的大方向，在教室裡進行教學，需要更明確的教學材料，俗稱「學習 單」。將教案分工之後，讓各個負責的老師撰寫學習單，此時的學習單尚未成熟，如果貿然 直接拿到 40 人的大班級教室上課，恐怕會有很多意想不到的問題。根據我們多次嘗試新教 案的經驗，至少需要有下列流程才是較成熟的好教案。 1.同科老師專業諮詢：初版的學習單先給物理科老師批評指教除錯一番，雖然被批評指 教之後主筆的老師有點不舒服，但專業老師找出來的疏漏之處，會在後續幾天突然被想到更 好的設計。 2.非本科老師試答：本科的專業老師畢竟對相關的專業知識很熟悉，可以清楚瞭解教案 脈絡，即使文本中有部分敘述不清楚，本科老師仍可完成學習單。但是，當學習單給非本科 老師回答時，文本的敘述表達與概念脈絡連結不清，在這裡可以很容易被看見。圖 3 為輔導 老師試作冷次定律教案。 3.小班學生試教：在學生為主體的教案中，經常有機會讓學生相互討論，流程中設計個 別回答，小組回答，老師引導等不同的互動歷程。沒有足夠經驗的老師可能會因為討論時間 過長或問題無法被學生理解，導致教學流程不順暢，實施小班級的試教，可以找出這些問題， 提供修正建議。 4.一般教室授課：進到教室上課是極大的挑戰，尤其是多數學生沒有跟同學討論的習慣， 要讓學生願意討論分享需要一段時間，如何轉化原來教案成為四十人可以一起討論的教學活 動的確是需要很多努力。以筆者自己的親身經驗，以學生為探究主題的課程，即使是在早八 學生沒精神的第一節，仍可以讓多數學生參與討論。 5.公開觀課：推動素養導向教學的最後一哩路是教學推廣，經過了在教室授課的挑戰， 教案也修正得差不多了，再來就是要推廣教案。最直接最有效的推廣就是公開觀課，經過下 面三個歷程，「1.說課-說明設計理念」、「2.觀課-觀察學生學習過程」與「3.議課-討論觀察到 的現象與教學流程」多數老師可以更清楚理解教學實施的全貌。團隊曾在陽明高中進行數次 公開觀課，其中有一位 64 歲待退老前輩老師跟我們表示他的感想：「雖然剛開始他覺得學生 好像只是在做物理活動而已，但對比幾乎都在睡覺的班級，至少每一位學生都在學習」，也 許一次的觀課，老師無法馬上認同，授課老師的功力也不夠將每個概念都帶到，我們相信專 業的公開觀課，未來將是推動教學改革的最大助力(圖 6.1-圖 6.4)。 圖 6.1:陽明高中智詠老師在景文高中公開授課 (雙狹縫干涉) 圖 6.2:大理高中春煌在忠孝國中老師公開授課 (雙狹縫干涉)
圖 6.3:松山高中皓偉老師公開授課 (雙狹縫干涉) 圖 6.4:木柵高工冠宏老師在景文高中公開授課 (雙狹縫干涉) (三)5E 學習環進行腦力激盪開發情境教案 生活情境的發想經常需要靈感，靈感的發生來無影去無蹤很難掌握，我們使用 5E 學習 環 (5E learningcycle）腦力激盪的創造大家平常都想不到情境。這種學習環的教學法在 1967 年由 Karplus 和 Their 首先提出，本來只有探索(Exploration)、發明(Invention)和發現(discovery) 三個階段，經過多次調整之後形成五個階段(Bybee & Landes，1988)，包括：
1.參與（Engagement）：討論學生生活中相關的情境。 2.探索（Exploration）：提供可以讓學生探究的情境。 3.解釋(Explanation)：可以拿來解釋現象的情境。 4.精緻化(Elaboration)：提供學生練習應用解決問題。 5.評鑑(Evaluation)：原本是評量學生能力，我們在討論時修改成跨領域的問題解決。 討論的進行方式，是每人針對一個主題，在 5E 的各個面向舉出 2 個生活例子，例如當 我們討論加速度時，每位參與討論的夥伴要寫出跟學生生活相關的加速度情境，或提供學生 探索的情境等等。討論時最大的收獲是藉由別人的情境，我們想到了原來大家想不到的跨域 情境，例如：物理課中的加速度連結到地球科學課程的地震級數，最後再連結到建築業的抗 震係數，應用這個方法我們討論了不少主題，以下提供加速度的腦力激盪給大家參考(見表 1)，討論過程參考圖 7。 表 1：5E 腦力激盪加速度情境 5E 項目 生活情境 Engagement 1-1.坐電梯判斷體重 1-2.溜滑梯-感受速度 1-3.坐捷運-判斷加減速 Exploration 2-1.分析自由落體軌跡 2-2.調查交通工具的加速度-分析不同交通工具的加速度 Explanation 3-1.斜面下滑運動 Elabortion 4-1.觀看 G5 影片-判斷加速度大小 4-2.看特斯拉汽車加速影片-分析官方與實測的加速度 Evaluation 5-1.地震-分析房屋廣告 DM 分析耐震程度 5-2.公車上何時離座-分析安全性與加速度
圖 7:5E 學習環進行腦力激盪開發情境教案情況 (四)讀書會 夥伴們幾乎都是物理相關系所畢業，物理方面的專業很強，所有科學問題的討論大致都 能迎刃而解，在教育學方面卻因為專有名詞太多有點難接受。實務上我們需要教學理論與教 材教法的新知，但市面上的教育學叢書專有名詞太多，對大家而言也是另一種語言上的障礙。 考量這個問題，我們選讀了劉恆昌博士所譯的「創造思考的教室-概念為本的課程與教學」與 David A。 Sousa 所著「How the Brain Learns」， 討論的方式先分配老師比較擅長的章節，讀 完之後先分組進行「Gallery walk」報告(如圖 8)，每組留一位報告者，其餘夥伴到下一組聽 講(如圖 9)，聽者提問討論，最後再進到大場分享，討論情境如照片(如圖 10) 圖 8:Gallery walk 示意圖 圖 9:讀書會小組分享照片 圖 10:讀書會大場分享照片
四、未來展望
社群去年一整年幾乎都是在研發教案與討論評量，在 6 月底最後一次共備時進行了「策 略分析」的討論共創(依序討論:立足點-願景-矛盾點-策略)，擬定了來年的方向，提供給大家 參考 (一)個別協助：當老師真的要帶領學生討論時，會有很多經驗或習慣上的問題，直接入 班觀察壓力太大，我們選擇用錄音的方式，作初步判斷提供意見，小組成員配對之後，兩兩 一組，互相交換上課錄音檔，幫對方找到引導學生討論的問題。 (二)社群授課推廣：示範公開觀課，提供素養導向的教案與教法，到外校示範教學。 主題 1 主題 2 主題 3 主題 4(三)素養評量與命題精進：目前素養題一般說法是情境命題，與本社群主要研發方向不 同，我們主要設定的方向是 Bloom 認知分類中的高層次認知能力，尤其著重在分析與評鑑。 這方面的提問我們過去較少涉略，新年度將導入「批判性思考：跳脫慣性的思考模式」這本 書的相關知識，提升批判思辨方面的出題能力。
(四)讀書會：社群的老師對於教育專有名詞較生疏，接受度不高。經過一段時間的嘗試， 我們發現理科老師對腦神經在教育相關的研究知識較能接受，今年主要以 David A。 Sousa 撰寫的 How the Brain Learns Mathematics
與
批判性思考：跳脫慣性的思考模式這兩本書為主。 大腦如何學數學這本書提供了腦神經如何影響理科學習的研究，可以幫助我們在設計課程時， 選擇比較有效率的方法。批判思考這本書則是提供高層次認知評量的方法。 (五)推廣工作坊：過去幾年，社群成員一起辦理了數十場教師研習，相關的工作坊有下 列幾種：(1)素養導向教學體驗。(2)素養導向課程設計。(3)素養導向評量體驗與評量設計。(4) 如何帶領學生討論與問題設計。(5)探究與實作課程設計。(6)實驗誤差與分析。未來的一年我 們將定期辦理相關研習，讓社群夥伴輪流上場擔任講師，除了幫忙推動新課綱也提升自己的 能力。參、 結論
帶領社群的過程中，要幫助大家獲得哪些知識與能力，一直是帶領者的壓力。其
實壓力也是助力，這樣的壓力讓我主動多念了一些平常啃不下去的教育書籍。帶領者
會以為要教夥伴新知，但其實討論的過程中，引導者的收獲常常比付出還多。
參考文獻
1. 教育部(2012)。中華民國師資培育白皮書。 2. Wiggins, G.與 McTighe, J.著，賴麗珍譯（2008）。重視理解的課程設計。新北：心理。 3. 劉恆昌譯(2018)「創造思考的教室-概念為本的課程與教學」台北市：心理。4. Bybee, R.W. & Landes, N.M.(1988). The biological science curriculum study (BSCS). Science and Children, 25(8), 36-37.
