國立中興大學物理學系

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2019-05-15

系上活動報導:物理系實驗課程之創新與規劃 (記者:欒俊彥 中興大學物理系學生)

 (記者:欒俊彥 中興大學物理系學生)


四月二十七日,一個平常的星期六早晨,來自全台各大學的物理相關科系的老師們齊聚在中興大學物理系,參與由台灣物理學會及物理推動中心主辦,中興大學物理系協辦的會議-「物理系實驗課程之創新與規劃」。

這次的主辦人是中興大學物理系的孫允武教授,他在台灣物理學會裡除了是常務理事外,也是物理教育委員會的召集人。這次會議主軸,是希望可以提供一個平台供大家交流討論及精進在物理實驗方面的教學;孫老師提到有別於以往各校教授們都是在「單兵作戰」,互相的資訊交流才能有效的提升教學品質。孫老師:「現在的世界不斷地再創新,不論是設備、環境亦或是學生對實驗課的想法都有大幅度轉變,若各校教授們在面對這種情況下,仍用三十年前的教育方式是不負責任的。」
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之前,台灣物理學會也曾舉辦過類似的會議,但這次的會議中各個分享的老師呈現的內容和以往大不相同。教授們紛紛鎖定在如何運用新型的科技,去和傳統的物理實驗進行結合,實驗前的程式模擬或是利用自動化設備來避免人為的誤差,讓學生在理解古典物理奧妙的同時,也不失在未來的競爭能力。

前來參與這次分享的教授們,來自私立大學共有九位,而來在國立大學則有四十一位,每位教授都有提出針對不同學校的教學方式與見解,有些更是搬出一套新的教學理念,希望藉由這次的聚會收集各地教授們的意見。

羅光耀教授目前正負責國立成功大學普通物理實驗課程,他所提出的教學模式和當日的主題直接劃上等號,若用一句去形容他所講述的內容,便是「結合時下的科技但仍保留傳統元素。」在做實驗的同時,他要求學生要會利用軟體去進行原理的分析以數據的處理;在課程的方面,捨棄了熱功當量以及光學的內容,添加了python以及物理辯論等活動。在他的理念下,學生的表達能力以及程式能力是需要大量的時間去投入。在師資方面,採用輪調式的安排方式,讓每位老師都參與這整個實驗過程,每次實驗課也都會同時有兩名老師進行指導,學生遇到問題便能即時解決也不會有學生對老師不適應的情況發生。在學分方面,由於必修學分的濃縮,羅教授不得不將電子學列為選修的課程,但他卻從沒有要動實驗課程必修學分的念頭,他說到:「雖然一開始進行實驗內容時,學生們紛紛怨聲載道,但他希望學生能藉由自己動手做去發現他們在學術領域的不足,必設法用自己的方式去彌補,這樣的作法會比純粹坐在教室聽一整個學期的課程來使同學印象深刻。」最後,羅教授補充到,在實施這項計畫的前提便是要有足夠的師資,單憑少數的教授是不能撐起這項改革的。記者以物理系學生思考這樣的課程改革認為,在沒有課程知識的基礎下直接進行實驗是很沒有安全感的,教授在這方面必須要給學生建立自信心,利用引導式的教學和講義,由淺入深,進而去培養學生們在探究新知識與新技巧的耐心,才能達到預期的效果。
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同樣是下午場,另一位教授的分享也令人印象深刻,「余進忠」教授目前任教於國立高雄大學,在演講的一開始他便說明他在高雄大學任教的困境,針對此問題可以分為三大類:經費不足、學生的積極度不高以及學校並沒有提供給學生提升社交能力的機會。在經費不足以及師資不夠充裕的條件下,余教授將實驗課程轉變為累積學分制,每次上課同學都能去選擇他們自己有興趣的實驗儀器,並在老師的指導下進行學習與操作,實驗內容包含3D印表機、雷切、2.5D CNC雕刻機等等,在這種教學模式下,每次教具的學習僅會有兩個小時,而學生每參與一次授課內容便可獲得0.1學分,他們必須在學期結束前累積到2學分才能通過這門課。這樣的作法不僅解決了實驗儀器不足的問題,也能將實驗課的時間均勻地切碎並分配在每個物理系老師的身上,大大減輕了一名教授帶整個學期實驗課的負擔。在學生自主學習能力的方面,余教授針對物理知識和語言能力這兩點進行切入,他強迫學生要進入不同教授的實驗室,利用模組課程去提升學生的品質。所謂的模組課程就是針對每個實驗所用到的背景知識去做加強的學習,讓學生在下次遇到不熟悉的領域時,也能有自己尋求解決之道的能力。在語文方面,教授鼓勵學生參加各種國際會議,讓學生了解到自己在語言方面的不足,並加開針對物理系的外語班,以此克服學生不論是在研讀論文或是口說方面所受到的阻礙。余教授提到:「若在經費條件允許的情況下,他希望學生們都能有機會出國留學,讓學生擁有完整的表達能力和國際的視野。」最後,針對同學普遍都活在自己的舒適圈,他也開放許多服務學習的課程,希望高雄大學物理系的學生能多和不同的人進行接觸,精進自己社交的能力。余教授認為,這項技能不論是要繼續往學習這條路上邁進或就職,都是不可或缺的一項技巧。雖然稱不上甚麼大項目,余教授的作法是值得肯定的,學生能依據自己的學習狀況,去進行「對症下藥」,在不耗費大量人力以及經費下,教授所採取的方案對學生來說CP值是相當高的,若真能實施肯定會獲得良好的評價。
 
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地主中興大學物理系也有兩位教授進行分享,分別是黃家建與吳秋賢教授。黃教授所提的學習方式是利用學校的PBL計畫(Problem based learning),計畫內容為要求系上每位教授皆開放他們自己的實驗室讓學生在大二的物理實驗課程中就可以開始進行專題的學習。目前中興大物理系參與PBL計畫老師及專題主題有:何孟書教授-奈米球自我組裝、張茂男教授-薄膜掃描影像處理、林彥甫教授-二維材料的製作與其厚度判別等多達十二項實驗內容。透過讓學生針對自己的興趣挑選實驗室,並且每6週便要交出此次實驗的成果進行發表。協助課程的教授每周都會和每位學生進行一對一的面談,關心學生的學習狀況與實驗進度。黃教授說:「此計畫的目的是要讓學生自己動手做、培養解決問題的能力,最後提升學生的想像力與創造力。」中興大學物理系另一位老師-吳秋賢教授的課程規畫則要求學生進行實驗之前,必須先用程式進行實驗模擬,幫助學生做預習以及加深學生對實驗的印象;在事後的討論方面,教授會要求學生提出改進實驗的方法,除了讓下次進行相同內容的同學不再重蹈覆轍,更能激發每位學生的創造力。若從學生的角度出發,PBL計畫可說是進入研究所的暖身活動,了解研究所的生態和運作,無一不是在學士部的學生好奇的,能讓我們學習的路上沒有斷層,教授在這項實施方面對學生來說是很貼心的,此外,能藉由實驗課程去進行程式的訓練可說是獲益良多,但前提是學生都有掌握電腦語言的能力,這方面希望教授能開類似程式訓練的課程,讓學生在進行模擬與分析時,不會受到任何的阻礙。

除了上述所提及的分享,還有像是逢甲大學的江俊明教授所講述針對非物理系學生來設計實驗的方式、以及臺灣師範大學的駱芳鈺教授所分享的將數位儀器取代傳統的教學理念等等,都讓這次會議增添不一樣的色彩。在會議的最後,還有讓各個教授進行綜合討論,深怕有漏網之魚,讓這次聚會的意義發揮到淋漓盡致。除了做教學方面的交流,研討會更是一種凝聚各校物理系教授的向心力,為了下一代的物理人,互相檢討並規畫最有效率的學習模式,讓物理這塊領域的香火,不會因時代的轉變而熄滅。

 
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