亞太科學教育論壇, 第五期, 第一冊, 文章五(二零零四年四月) 張慧貞 建構式物理教學的理論與實踐：以氣體動力論為例
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教學單元實例

教材內容主題

為了提供讀者對建構式教學的特徵有具體的認識，本文以氣體動力論單元的 教學流程作介紹。首先，將簡介此一單元所包含的原理主題，本單元涵蓋課本某一章之全 部，共三項原理主題，個別之授課重點依教學順序簡述如下：

1. 理想氣體方程式(PV=nRT)：學生對其原理概念並不陌生， 對大一物理課程而言，教授之重點著眼於強化同學體會此一定律在熱力學的重要性，在需要的時候具能主動運用此定律，並能正確地做單位換算。

2. 氣體動力論：探討微觀物理量與巨觀物理量間的關係，如分子平均 動能與溫度之關係。多數學生在中學物理所學，似乎僅侷限於背誦公式計算的層次，未能完整進行 數學推導並理解公式的物理意義。故此一任務即成為大一物理之重點。此重點所涉及公式之數學推導與物理意義之了解，份量與難度都偏高，故此一主題將是本單元 之教學重點。

3. 膨脹係數：探討固體與液體的熱膨脹現象，因熱脹冷縮之概念在高 中教材即已詳細探討，原理之難度也較低，故此一主題採取「先問後教」的策略，原理之講解安排 在小組討論之後，提供學生檢驗先前所學的機會，以提高課程挑戰之策略以刺激學生之思考(Chang & Bell, 2002)。實施建構式教學的目的之一，是期望學生不只是能被動地理解所講授的物理原理，也能主動聯想學過之物理原理，應用於新穎的題目情境中。另一方 面，藉由此一主題也可引導學生體會固、液體的熱膨脹原理與氣體之不同點，壓力的變因通常在前者被忽略，但在後者則扮演著重要的角色。

限於授課時數的限制，此一單元僅允許3×50分的授課時數，在這三節課 中，除了教師講授與示範實驗之外，還包含小組討論與全班對話，以及課後作業小考的時 間。考量教學任務與時數，作者之設計流程與其背後之目標敘述如下，並配合課堂實況之剪輯片段，以利讀者之了解。

　

教學流程與策略

首先，作者以探討熱氣球上升原理為題，引導學生主動聯想到過去所學過的定律：理想氣體方程。此一全班性的對話不僅為了 強化物理概念理解，也具有「暖身」與「聚焦」的功用，引起全班之注意力，並刺激學生回顧先前之熱學知識。此一全班之對話在學生主動說出相關原理：PV = nRT後結束，共花費3分鐘。(片段一)

問題：熱汽球如何提起重物？相關的原理為何？

當熱汽球噴出之氣體溫度越高，則熱汽球所受的浮力應越大、越小、 不變、或無法判斷？為什麼？

接著，作者再花費10分鐘，針對此公式之使用條件與適用單位體制作講 解。

其次，作者的講解則進入氣體動力論，從解釋推導之目標開始，利用牛頓力 學定律， 引入巨觀之氣體壓力與微觀之平均速率之關係，再引到溫度與分子動能、與方均根速率之關係，一系列的理論推導共花費 35分鐘，結束第一節課。

從摘錄的課堂實況顯示，長達35分鐘的數學推導過程，完全由教師講授， 未見師生間的互動，似乎令部分學生逐漸感到吃不消，注意力逐漸降低，甚至有人已趴下 休息，值得教師警惕。(片段二)

第二節課堂由教師帶領同學瀏覽手上講義開始，對前段之數學推導做一回顧 與概念之總結，費時8分鐘，至此，教師的講解暫告一段落。(片段三)

接著，教師穿插一項示範與提問之活動，再度將課堂之重心引至學生，刺激 其檢驗先前學過之數項概念，並強化所學其概念間之統整。首先，作者利用示範器材提 問，引導全班進行對談，但未立即給答，而是進行示範實驗觀察，這段活動用了5分鐘。(片段四)

問題：高矮蠟燭一起在密閉室內燃燒，何者將先熄滅? 理由為何?

此題的解答與封閉盒之體積有關，較小之容器，上下溫差明顯，須利用理想 氣體方程式，以解釋二氧化碳因熱上昇之現象；而若選用夠大之容器，則溫差效應可忽 略，不同氣體密度之差異所造成之影響則會顯現，兩種不同的情境將導致原理與結論的分歧。故本題除強調先前所學概念的統整之外，更驗證了社會建構主義其中一 項重要論點：科學理論並非追求絕對的真理，而是對所探討的情境提供一合適的詮釋，情境的差異可以導致不同適用之理論，以闡述其現象之分歧。

示範與提問之後，接著作者發下預先準備好之題組，共6題(包含蠟燭燃燒示範題)給每位學生(附註1)，請他們進行小組討論，歷時20分鐘。過程中，作者巡 視各小組之進展，一方面適時給予提示，另一方面也督導學生用心參與討論。(片段五)

討論進行約10分鐘後，作者抽點其中之數組上台作答。當部分學生上台作 答時，其餘同學仍繼續討論，作者則一方面與小組對話，一方面催促上台做答之進度。(片段六、片段七)

下課前13分鐘，迫於時間的限制，當部分學生仍在台上作答的同時，作者 開始帶領全班檢討台上之解答，複習較困難之概念並補充相關之科普知識，花費10分 鐘，留下2題尚未討論。(片段八)

最後的3分鐘，則是交代課後需繳交之習題，以及解釋一題挑戰題(附註2)。習題每人皆須繳交，選自課本每章之後的problems，需要基本物理概念理解 與數學推導。而挑戰題則為作者精心開發之題目，難度頗高，需要統整不同單元之概念及多重能力的整合，此種題目是為程度較高，且願意接受更多挑戰的同學所設 計，採自由參加，額外加分之計分法。以本題為例，解釋九大行星大氣組成的規律性，需先將行星依其氣體組成歸納出三類，並統整氣體動力論與萬有引力之兩項原 理。(片段九、片段十)下 課後，可見數位學生自動驅前向老師請益，其問題皆為課 堂中所探討的生活化觀念題，顯示此課程似乎能達到誘導學生推理與思考之既定目標。(片段十一)

上述之教學流程共用了2節課，本單元剩餘的第3節課堂時間，則用於講解 剩餘的討論題，並引到熱膨脹係數之原理，共約為24分，以及14分鐘的作業測驗與8 分鐘之講解。

最後，本單元所含三節課的教學流程與重點總結如下表：

表一：教學流程與重點
教學(課堂)活動	主題	時間長度(分鐘)
提問、聚 焦、引入主題	熱汽球之上 升原理	3
原理講解	PV= nRT	10
	氣體動力論	35
課間休息
檢視講義/ 原理總結		8
概念檢驗， 全班對話	蠟燭燃燒示 範	5
小組討論/ 黑板作答/ 介入教學	生活化觀念 題組	20
檢討作答/ 原理回顧		10
指定課後作 業	習題與挑戰 題	3
課後諮詢	熱汽球之原 理
五天之後
檢討題組/ 原理推導	熱膨脹係數	24
作業小考		14
作業考檢討		8

　

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Copyright (C) 2004 HKIEd APFSLT. Volume 5, Issue 1, Article 5 (Apr., 2004). All Rights Reserved.