資訊科技融入物理科教學 2.達到資訊科技融入物理科教學，利用資訊科技輔助教師知能 3.運用資訊科技輔助學生學習 1.增進教師運用電腦技能，提升教學效能 2.達到資訊科技融入物理科教學，利用資訊科技輔助教師知能 3.運用資訊科技輔助學生學習

問題導向學習法在高中物理教學上的應用 褚德三 國立交通大學 電子物理系

高中教育的目的 應該培養出什麼樣的學生？(聯合國教科文組織UNESCO 的「學習：內在的財富」：成就教育的四個支柱) 學會學習（learn to learn） 學會做事（learn to do） 學會發展（learn to develop） 學會共同生活（learn to live together） 目前的科學教學環境~考試領導教學 費曼（R. P. Feynman）：「大家都努力地在考試，也教下一代如何考試，然後大家什麼也不懂！」

傳統教學法的優點 傳統教學的特色與優點： 知識架構完整 教學效率高 學生學習快 可以應付任何考試

傳統教學法的缺點 填鴨式教學 個別式學習不注重學習成效 學生只有競爭、少有機會合作 學生會考試、不會做事、不善溝通、不夠合群、被動、依賴心重、欠缺獨立解決問題的能力…

我們能多做什麼？ 1.能不能讓學生快樂一點學習？ 2.能不能讓學生自動一點學習？ 3.能不能讓學生多一點合作，少 少一點對立？ 4.能不能幫助學生多學一些解決 問題的能力

用什麼方法能達到？ 1.暫時拋開學生升學的壓力 2.暫時忘了學生家長的期待 3.暫時忘了長官的叮懧 4.暫時記起以前曾有過的理想 5.那麼PBL可以是一種可行方法

什麼是PBL(問題導向學習法)？ 2.問題導向學習的學理基礎 3.問題導向學習的特色 4.問題導向學習的功效 5.問題導向學習的實施方式 1.問題導向學習的起源與發展 2.問題導向學習的學理基礎 3.問題導向學習的特色 4.問題導向學習的功效 5.問題導向學習的實施方式 6.問題導向學習的進行流程

1.問題導向學習的起源與發展 ․源自於杜威的教育理念： ․從做中學，教學時應激發學生的潛能。 ․以生活經驗吸引學生學習和引起學習動機。 ․從解決實際問題時，建構其知識及技能。

解決問題的五個步驟(杜威) 1.提出問題 2.確定問題 3.提出可能解決的方案和假設 4.選擇合理的假設 5.驗證假設的正確性

問題導向學習法 1.師生之間不再只是單方向溝通的 傳授者與吸收者角色 2.老師扮演指導者角色，除傳授知 識外，更要教導學生學習的方法 3.學生不僅是吸收，還要學習搜集 資料、分析整理、解決問題

4.學生在與老師、同儕的互動中， 培養出自己主動有效學習的能力 5.問題導向學習法不 是培養理論專 家，而是培養活用理論的實踐家， 以及具備反思能力的決策者

6.問題導向學習在學習的過程中，學 習者依問題中所知道的事實、概念 與原則，找出和問題相關的資訊， 並以小組方式針對問題個案的文獻 資訊進行討論，藉由討論的過程中 確定問題的內涵與範圍，並嘗試驗 證各種問題可能解決的途徑

7.PBL由主題中挖掘問題，由解決 問題過程中學習。從解決過程裡 得到成就感，與同儕互相學習， 藉由討論、溝通、協商、統整學 習了包容、合作，由此得到滿足 與快樂

提昇教學品質的基本要件 1. 激發學生學習動機、培養學習 興趣，滿足學習需求，維持良 好的師生關係，建立互動式的 教學環境 2.合理的行政支援、充分的互動 機會與品質，是決定教學成敗 不可或缺的關鍵因素。

3.學校教育的目的在於傳遞社會 生活的經驗，因此，學校須提 供學生生活化的問題情境及可 從不同角度審視及解決問題的 機會，以提昇知識遷移的機率

PBL的實施方式 遭遇真實的、生活的問題 分析問題與發展規畫 針對問題，搜集與分享必要的資訊 應用測試、發現新問題，資料再搜集與分享討論 綜合分析和小組成果發表及演示 學習者的學習、問題的設計及教師本身在學習過程中的引導，都要作反省評鑑

PBL的特色 實際生活情境為學習的起點。 遭遇的問題為非結構式的。 透過分析、討論及互助合作方式進行。 教師為引導、協助者。 學生主動學習。

PBL的學理基礎-1 PBL與建構理論 建構主義基本上是在解釋「知識是什麼？」和「學習是什麼？」 以學習者為中心，先備知識為背景，由經驗建構知識。 PBL與問題解決 Deway 認為問題解決之能力一般皆建立在思考能力的培養之上

PBL的學理基礎-2 PBL與認知取向學習 PBL與合作學習 與同儕合作去解決問題，以及同儕之間的互相學習中，建構團隊合作的能力 認知發展與既存知識有關聯性，新知識的建立須透過同化與調適。

PBL的功效 Taylor & Francis(2002) PBL較能引起學生的學習動機 PBL較能達到學生的自我滿足 較傳統方式實用且生活化 可培養學生自我學習的技巧 可培養學生終生學習的能力

PBL的進行流程 分析學習目標、選定問題 分析設計階段 發展問題呈現格式 確認教與學的模式 發展階段 安排活動 發展評量工具 實施應用階段 討論、分析、資料搜尋及統整 了解學習成效，以利改進 評鑑階段

問題導向學習與醫學教育 1985 Barrows提倡了應用問題導向學習於醫學教育中，發現PBL對醫學教育有以下五點好處：    •臨床實習有助於知識的成長。 •臨床理論可互相映證。   •有效能自我引導學習策略。 •能增加學習動機。 •能使同儕成為有效能的合作者。

PBL與醫學教育 •早在1968年，加拿大Hamilton的McMaster大學便首先建立以PBL為主的教育改革課程，並引起共鳴。 •1970年代新設的醫學院（如荷蘭的Marrstricht、澳洲的Newcastle）亦採用McMaster的問題導向學習課程。

• 1980年代New Mexion是美國第一個採用PBL課程的學校。以傳統與PBL並行的課程。 • 1982年，喬治亞州的Mercer大學醫學院成為全美首先採用PBL的醫學院校。 • 1977夏威夷大學及加拿大的Sherbrooke大學醫學院也直接改為PBL課程。至1991年全美己經有100個以上的醫學院採用問題導向學習。

國內醫學教育 •台大於民國83年9月進入全面實施的階段 •長庚大學 •高雄醫科大學 •成大醫學院也以PBL為主要的教育方式

PBL 的優點 較能引起學生的學習動機。 較傳統方式實用且生活化，因此較能與日常生活相配合。 可以培養學生自我學習及終身學習的能力。 可以培養學生較高層次的思考能力。 可以強化學生後設認知的能力。 可以提升學生問題解決的能力。 學生較能夠自我滿足。

PBL的缺點 花費較多時間，學生較會覺得不耐煩。 知識的獲得較沒系統性，有時流於破碎零亂。 實施過程較會為學生帶來較大的壓力。 若無學校或家長配合，成功機會不大。 受升學壓力影響，成功機會打折。

研究工具 物理科某單元電腦前、後、延宕命題系統 雙層式命題系統 物理科某單元電腦成就測驗卷 對自然科學態度問卷 PBL小組網路討論系統及問卷

多層式電腦命題系統 多層式的命題架構 不同選項產生不同下層次題目。 不同層次問題應有不同評分標準。 題目中儘可能包含圖檔。 學生作答的資料處理。

一般與改良多層式測驗

雙層式測驗題之例子 如右圖，將一條繩子縍在一個小石子上，在水平面上旋轉，不計重力、空氣阻力的影響。若突然放手，則在放手瞬間小石子的運動方向為何！ (a).路徑a (b).路徑b (c).路徑c (d).路徑d (e).路徑e a c b d e

選(a)的理由 (a)-1. 小石子仍具有運動的慣性 (a)-2.小石子仍受到繩子的拉力 (a)-3.小石子仍受到向心力

選(b)的理由 (b)-1. 小石子在運動平面只受到切線方向的力 (b)-2.小石子仍受到繩子的拉力 (b)-3.小石子仍受到向心力 慣性

選(c)的理由 (c)-1. 小石子在運動平面多受到切線方向的力 (c)-2.小石子仍受到繩子的拉力 (c)-3.小石子仍受到向心力

選(d)的理由 (d)-1. 小石子在運動平面多受到切線方向的力 (d)-2.小石子仍受到繩子的拉力 (d)-3.小石子仍受到向心力

選(e)的理由 (e)-1. 小石子在運動平面仍受到繩子的拉力 (e)-2.繩子斷了小石子當然沿半徑掉出圓周外

PBL實施實例 1.國中力學單元物理概念之建立與修正 2.國中浮力單元另有概念之診斷 3.國中電磁學單元物理概念(利用電動機實 作)之建立

研究實施過程 前測－教學單元成就測驗 實驗教學－實驗組：問題導向學習 對照組：其他方式學習 後測－教學單元成就測驗 對自然科學態度問卷 實驗教學－實驗組：問題導向學習　 　　　　　　　對照組：其他方式學習 後測－教學單元成就測驗 　　　 對自然科學態度問卷 　　 PBL分組討論問卷 延宕測驗－教學單元成就測驗

收集文獻 確立研究主題 收集相關文獻 設計課程內容 課前準備訓練 發展雙層次 診斷測驗及態度問卷 實施前測 實施PBL教學 實施後測

實施延宕測驗 分析問卷及 測驗結果 提出結論與建議

PBL對建立物理概念的成果 建立的物理觀念 定義 應用 長期記憶 速度 ˇ 加速度 慣性(第一定律) 牛頓第二定律 Δ 牛頓第三定律 ˇ顯著 Δ不顯著

PBL發掘及修正學生另有概念研究結果~高成就 編號 題號 前測 後測 延測 學生浮力概念的另有概念 M1 111 41.9% 19.4% 12.9% 將兩物體放入水中體積大小對浮力沒影響 M2 121 32.3% 9.7% 將兩物體放入水中體積越大浮力越小 M3 221 35.5% 3.2% 0% 在水中浮力比在鹽水較大 M4 322 48.4% 25.8% 物體一半沉入水中的浮力比完全沉入較大 M5 421 38.7% 物體密度越大浮力越大 M6 422 22.6% 物體密度越大浮力越小 M7 522 沉入水中越深浮力越小 M8 722 71.0% 物體重量越重浮力越小

發掘及修正學生另有概念研究結果~低成就 編號 題號 前測 後測 延測 學生浮力概念的另有概念 M1 121 44.4% 20.7% 17.2% 將兩物體放入水中體積越大浮力越小 M2 211 33.3% 13.8% 6.9% 鹽水與水的差異不影響浮力，所以浮力一樣 M3 322 37.0% 31.0% 27.6% 物體一半沉入水中的浮力比完全沉入較大 M4 421 40.7% 物體密度越大浮力越大 M5 422 34.5% 物體密度越大浮力越小 M6 521 24.1% 沉入水中越深浮力越大 M7 522 沉入水中越深浮力越小 M8 722 48.1% 物體重量越重浮力越小

電動機單元研究結果 學習成效差異 學習成就進步 物理學習態度與學習成就進步差異 題型分類與學習進步差異 作答計分 答題正確率 認知題型 理解題型 應用題型 實驗組  Δ 控制組  項目 組別

研究結果與討論~ 物理學態度表現->PBL高低成就二組 參考楊坤原&鄭湧涇教授(1995) ~ATBS 態度與後測成就表現 ->低度或微弱或無相關 兩組的態度總分平均數差為1.69 ->未顯著 態度向度 PBL高成就組 PBL低成就組 S1 對物理學的態度 30.84 33.59 S2 學習物理學的態度 40.45 43.62 S3 參與物理活動的態度 24.65 24.17 S4 對物理學家和物理相關生涯的態度 22.52 19.38

研究結果與討論~ PBL分組討論的問卷 向度 組別 分析 參與度 PBL高成就 69.35 PBL低成就 68.28 實用性 79.68 結果平均 分析 參與度 PBL高成就 69.35 同學都能參與、分享 別人較自己努力 PBL低成就 68.28 自己較別人努力 實用性 79.68 提升自我學習、解決問題增進同儕情感 73.55 提升自我學習、解決問題的 能力 困難度 34.19 討論時間太少 29.03

結論 1.PBL可以較有效修正學生的另有概念 2.PBL可以較有效訓練學生的合作學習 3.PBL可以較有效學生自我的概念建構