大学物理实验教学的思维

大學物理實驗教學的思維文/傅昭銘物理是一門重視實驗實證的科學，物理學中的任何創新成果都必須經過實驗的檢驗，物理學本身及理工應用科學的發展無不與物理實驗密切聯繫，因此，實驗教學在物理教學中佔有重要的地位

大學物理實驗教學的思維 / 文傅昭銘 物理是一門重視實驗實證的科學，物理學中的任何創新成果都必須經過實驗的檢驗，物理學本身及理工應用科學的發展 無不與物理實驗密切聯繫，因此，實驗教學在物理教學中佔有重要的地位，一方面為使學生鞏固所學理論知識和加深對物理 現象和規律的理解，另一方面又可培養動手解決實際問題技能及提高觀察和分析能力，成為培養科技創造性的重要訓練。本 文介紹物理實驗教學的相關科教理論背景及舉述近年國際著名大學的物理實驗教學變革，其中建構學習觀、探究性和創造性 。 實驗能力、提示問題教學、人本素質教育等為現行物理實驗教學所必要的觀念元素科學探究能力與創新思維的教學目標 需要仰賴改革性實驗課程與創意化的教學模式。 為「理想實驗」的結果。 — 前言實驗物理在物理學發展的角色 物理科學的進展過程中，理論物理與實驗物理相 Physics 物理學一詞的英文早先是源於希臘文 輔相成地配合，然而理論上美妙的假設或推理，要成 ó ，原意是指自然。整個物理學的發展為人類不斷探 為被公認的物理規律，都必須通過實驗的驗證；任何 索企圖瞭解自然的思惟進程，希臘哲學家亞里斯多德 的理論，在未經實驗證實前都只能當作猜測，反之， Aristotlefacts （）十分重視經驗，認為「事實」（）為 理論內所涉及的必要觀念，必需可以真正被實驗測量 從諸觀察中歸納而來的普遍敘述結果。到了十七世紀， 出來，即「現象事實」是檢驗物理模型及確立物理規 自然研究者以事實做為分析與評斷經驗的基礎，強調 律的終審裁判，也即物理實驗在物理科學的發展有其 matters of 經驗中最精純的部分才是「事實真相」（ 重要性。 factDescartes, Rene du Perron ）。法國哲學家笛卡兒（） 認為研究者在報導實驗時會為了適應自己的原則而扭 物理學科由原先的探究自然現象規律發展至微觀 [1] 曲結果，主張唯有透過嚴格的方法才能得到事實 物質世界的理解並為理工生醫等學科的基礎，其知識 領域分為力學、熱學、電磁學、光學、近代物理等範 物理學其現代內涵已泛指研究物質與其動力學的 疇，近年熱門的奈米科技、光電產業技、生物醫學等 一般規律、探索物質基本結構與原理、及相關應用的 也有物理領域的參與貢獻，物理學逐漸的發展已經改 科學。現代內涵物理學的概念和規律是通過現象觀察， 變了和正在繼續改變著整個世界的面貌。由社會需求 從事詮釋、推理、歸納，再藉由其他證據反覆驗證予 角度來看，近世紀科技研發與產業技術能力主導國家 以回饋修，以建構出普適性的定律。歸納與演繹為建 競爭力與基礎民生發展，增進學生「對科學本質的瞭 構物理科學理論系統的方法。而數學的運用才將定性 解」成為世界先進國家之科學教育領域所重規的目標。 現象發展為定量數理模式。 因此現代各階級教育皆將物理當成必要基礎科目，以 數學由基本公設出發並具嚴謹演繹性，已成為物 此達到培養科學知識及科學方法的目標。 理科學非常得力的推論演繹工具，現在所有物理學理 物理學既為理、工、生醫等學科之基礎，物理教 論通常以數學的形式表達，而微分方程則為普遍接受 學自然負有教育現代國民科學素養及為學習專業知識 的動力學理論表述形式。理論物理運用數理邏輯推導 準備的教育責任。學生所受教育被認為應包括：科學 得到的理論，也發現預測過不少新的現象和規律，並 Product of science 知識與概念的理解（）、科學探究 後來經由實驗設計所證實，愛因斯坦把物理理論稱之