2017年物理教育聯合會議   演示教學工作坊

 

 

 

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時間

8/25

講員與團隊

洪連輝

賈至達

林宣安

陳育霖

全 中 平

主題

虛擬實境帶回家-動手做VR工作坊

方格紙的實作教學工作坊

利用PVC管製作的物理

教室內探究與實作教學的理性與感性

 

建立有意義的數位化自然科學探究與實作課程

內容

 

虛擬實境(Virtual Reality, VR),是透過電腦軟體產生一個模擬立體三度空間,提供視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬。當使用者穿戴上特殊的顯示裝置 (VR眼鏡) 進入虛擬世界時,會產生如同身歷其境般的錯覺,並透過控制器在虛擬的環境下恣意活動,感受彷彿身處現實的強烈沉浸式體驗。特別的是,2016年被稱為虛擬實境元年,許多遊戲、電子商務、教育應用以及各種不同的應用軟()體如雨後春筍一般的蓬勃發展。

然而,目前市面上許多精密的VR體感(顯示)裝置都非常昂貴,動輒數萬元,並不利於進行普遍的推廣。本團隊設計一款低成本、容易動手做自己組裝,且能夠隨身攜帶的VRBOX教學教具。搭配智慧型手機,就能夠非常輕鬆簡單的體驗虛擬實境VR。在本次工作坊中,透過使用不同的應用軟體(app),演示各種不同層次的VR應用。除此之外,還會讓與會者自己攝影,製作自己專屬的虛擬實境,不但可以帶回家與家人朋友同樂,更能上傳至網路與全世界分享。

 

方格紙的實作教學工作坊分成兩部分;第一個部分是讓學生產生好奇心,利用類似魔術的方式讓,接著第二部分是帶動學習者進行馬呂士定律的驗證,利用手機APP測量兩偏振片角度與光強度的關係,此時需要用方格紙訂出角度、繪圖驗證馬呂士定律。對於進階者還有更多的學習活動,可以利用塑膠尺、彈性透明片或保鮮膜皆具有雙折射性,再與方格紙配合可以進行很多雙折射實驗的觀察,因為本次物理教學演示時間有限,這部分應該就留給學員回去驗證。

第一部分:讓玻璃珠穿越障礙活動

第二部分:利用方格紙、偏振片和手機APP驗證馬呂士定律

 PVC塑膠管是非常容易取得的材料、易加工且強度高,加上有許多制式的管徑與配件,很容易組合。此場次教學演示將介紹多種利用PVC塑膠管製作的物理教具與生活用品,包含力學、光學、聲音、壓力等單元,方便老師重製與模仿,並應用在日常教學。

 九年一貫教育改革之前,台灣的科學教育就希望走向探究學習(inquiry-based learning)精神的基本理想。政府由上而下經歷九年一貫、十二年國教課綱; 基層教師從2005探索物理博覽會,走過10年科學動手實驗與演示實驗,各地自發性的教師共備平台與教師社群,兩者之間或許在探究式學習上找到共同出路,就發生在教室內、課本當中。



 

 

「自然科學探究與實作」是高中自然科學領域規劃新的課程,它強調統整性的跨科概念,並且它是科學核心素養能力之實踐。在這樣的基本學習理念之下,自然科學領域包括共同的物理、化學、生物、地球科學科目,以及領域必修的自然科學探究與實作課程,它們有科學學習的認知內容,以及科學學習的科學過程。探究與實作的科學認知的依據,可以以「普通高中必修課程學習重點」的內容作為參考,而有關科學過程技能方面,則以自然科學探究與實作課程之「探究學習內容」與「實作學習內容」為主;為了課程設計運作與發展,學校的探究與實作教學研究會可以從必修課程學習重點、領域或教師群、或是個別老師加以計畫產生。

由於自然科學探究與實作課程是一門跨學科的統整課程,概念圖(concept mapping)是一個有效的規劃工具,它把概念之間呈現有意義的關係,並以命題(proposition)方式展示出來,使得教學上能培養「學生即是科學家」的概念;不僅如此,課程的探究與實作可以以微電腦為基礎的實驗室或稱以微電腦為本的實驗室(Microcomputer-Based Laboratory,簡稱MBL)為之,讓學生感覺到「我也是科學家」。

針對科學探究與實作的評量方面,教育部(2015)即倡導學習評量應該秉持著真實性評量(Authentic Assessment)的理念,並採用多元評量的方式來實施,以確保學生是否能達到學習目標。探究與實作的實作評量在於瞭解學生對探究的理解及對探究能力的發展,由於評量是一個學生學習的過程,其目的在於進行蒐集學生的學習資料,這樣說來,要確實做到實作評量的基礎,老師應該給予學生在科學探究與實作上的學習機會(Opportunity to Learn)。有了學生的探究與學習機會,那麼對學生的預期表現(Performance Expectation)則可以利用評分檢核表(scoring rubrics)來處理之。

最後,科學探究與實作的課程需要多次的回饋與反思,以達成「自發」、「互動」、「共好」的基本學習理念。

地點

人文大樓H103

人文大樓H104

人文大樓H105

茂榜廳

 人文大樓H106

 

 

 

 

時間

8/26

講員與團隊

東海東華太陽能教育團隊

曾耀寰

余進忠

張仁壽

主題

將太陽能應用在身邊

手機玩物理

Arduino於實驗上的應用

物辯的實作與分享-之蛋蛋的憂傷

內容

 由每一個人身邊每天用電的習慣出發,示範說明不同大小的太陽能板,如何藉由提升電壓及降低電壓的功能,以完成日常的應用,例如汽機車上的太陽能,可以對手機充電。熟悉太陽能供電的方式後,再進而示範家庭用途可簡易完成的微型太陽能系統,包括發電、用電、儲電及控制器各模組的使用注意事項及匹配組合,以滿足生活的應用及提升學習太陽能應用的樂趣。

 

根據最新公布的「2017 台灣寬頻網路使用調查」報告,推估全國上網人數經推估已達 1,879 萬,整體上網 率達 80.0%。而上網最主要的方式是用行動電信網路,占 39.1%,是自 2003 年進行該調查以來首度超越 ADSL(含 ADSL+WLAN)/VDSL(光纖到府/ 光纖到宅),這也表示網民絕大多數是用智慧型手機上網,智慧型手機開始取代傳統電腦的許多功能,並有極大淺力開發新功能。

 

智慧型手機除了基本通話功能外,還具備許多微機電系統(MEMS),可以收集偵測周遭的物理資料,例如將周圍聲音錄製下來。透過這些偵測功能,可以進行一些常見的物理實驗,本次活動將介紹如何用智慧手機進行都卜勒效應、斜面分力、單擺和彈簧等實驗,希望能讓一些物理實驗無須在實驗室內進行,讓學生更有機會隨時動手做實驗。

 

 

 

Arduino係由Banzi、Cuartielles和Mellis於2005年開發出的電子電路,內部包含一微控制器能接收感應器送回之類比訊號或是輸出(/入)數位訊號,所需操作電壓僅DC 5V即可,並能進行 3.3V-5V的電壓輸出,並可透過USB、藍牙、wifi等將數據傳送至電腦、平板或手機。由於Banzi、Cuartielles和Mellis三人公開電路設計圖於網路上並保持設計的開放源碼理念,因此任何人都被允許生產銷售Arduino印刷電路板的複製品,並能重新設計電路。透過網路社群的互助與開源,大眾可快速研發並大量散佈其構想、程式碼、電路設計等,透過市場的自由競爭因而創造低廉的價格並帶動創客(Maker)社群的蓬勃發展。

除了主板外,Arduino相關電子元件主要圍繞在感測器,以感測器為基礎去架構量測方式,繼而由接收到的感測器提供之資訊使程式進行後續的動作或是回饋,因此感測器的運用是Arduino架構中非常基礎且重要的一環,所以感測器的認識及其極限是一個重要的課題。而Arduino相關電子電路亦有其限制,例如:透過USB傳輸訊號往往僅可得到約200Hz的傳輸速度,與諸多文獻對USB的傳輸描述差異甚大,又如該主板雖可提供3.3V-5V電源,但對於有大電流需求的馬達驅動就必須借助額外的大電流電源供應。

在物理實驗的運用上,目前大多是運動學相關的實驗項目,主要透過超音波測距、紅外線感測、光電閘等可測定距離、速度、加速度及轉動相關的物理量。針對其他物理領域,例如:光學、熱學則少有相關實驗被設計後投入教學。在此講題中除基礎介紹外,將針對Arduino相關電子元件及感測器的使用場合、使用方式及其限制作一概括性介紹,最後針對目前已開發的實驗套件做分享。

 

 

利用力量感應板與

實驗數據收集座來看看蛋蛋有多硬

地點

人文大樓H103

茂榜廳

人文大樓H104

 人文大樓H105

 

 2017-8-26_物理教育年會_漫談Arduino於實驗上的應用 YuCC

 

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