研究目的

本計畫的研究主題為:因應大一普通物理修課學生普遍的量化估算能力不足，以至於在實際應用物理原理時，無法做出合理快速的判斷，影響問題解決方案的品質及有效性，故研究者設計了一系列融入課程的教學內容，試圖提升學生的量化估算能力，打造有感的物理學習。本研究採用行動研究法，研究者即為教學者，一方面設計課程並教學，一方面藉由自編問卷評量學生的量化估算能力、應用於實際生活的能力;佐以訪談、教學日誌、研究者自我反思等資料來評鑑教學成效。研究目的羅列如下:
a. 探討大一理工科系學生量化估算能力及習慣。
b. 設計融入量化估算能力訓練的大一普通物理課程單元。
c. 分析量化估算能力的變化以及其與學科成就間的關係。
d. 提升大一普通物理修課學生之量化估算能力。

研究問題

我們的十二年國民義務教育中，自然領域(或物理科)的學習內容及學習表現中，普遍並不強調估算能力的重要性，相較於條件定義得非常清楚的 well-structured questions(problems)，學生普遍不擅長回答 ill-structured questions (problems)，然而後者科學發展的進程上，或者在跨領域問題的處理上都相當重要。因此本研究循序漸進地融入了量化估算課程內容，來提升學生的量化估算及應用的能力。本計畫之研究問題為：融入量化估算之普通物理課程如何影響大學生量化估算能力？

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計畫簡介

本研究依據探究與實作(Inquiry and Practice)課程的脈絡與精神，以探究學習內容與實作學習內容的重點，來設計一學年開給非理工科系(non-STEM)大學生的通識物理課，期待透過實作(practice)的過程，訓練學生的科學推理(scientific reasoning)能力及批判思考能力。探究與實作的課程主旨即點出，「以實作的過程，培養學生發現問題、認識問題、問題解決，以及提出結論與表達溝通之能力，透過適當提問的主題探討和實作活動，引導學生體驗科學實踐的歷程，循序建構高層次獨立思考及團隊合作的能力，進而成為具有科學素養並能理性積極參與公眾決策的未來公民，以達適性揚才的教育目標。」(教育部，2016)
本研究將針對開設的兩門物理通識課：「物理之美」及「生活中的物理學」，引入10週的探究實作活動，針對新的教材教法，探討以下問題。

研究題目為：
A.探究與實作的活動能否加強非理工科系學生的科學推理能力？
B.探究與實作的活動能否培養非理工科系學生的批判思考能力？

計畫成果

根據施測數據分析顯示，導入探究與實作精神的物理通識課程能夠讓非理工科系學生的科學推理能力顯著進步，對文學院學生以及高中類組為理組的學生的進步尤其明顯。然而在批判思考能力方面，課程實施的前後則無明顯差異，進一步單因子變數分析顯示，對文學院、男生以及高中為理組的學生而言，批判思考能力其實是有明顯的進步。這些分析可以作為我們在未來設計非理工科系學生的通識物理課時，課程內容及教材教案的重要依據及參考。

 學生最喜歡的實作單元

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計畫簡介

一、研究動機與目的

無論是世界經濟論壇所列出的未來人才十大技能，或者是美國新世代科學標準中所訂定的跨領域實作能力，未來人才競爭力的重要指標為：是否具備跨領域的核心知識與技能，來解決複雜問題。然而通常大學裡提供的標準講述式課程，對於提升大學生的問題解決能力並沒有太大的幫助，如果要增強這項重要的能力，教師們必須採取更主動的態度來思考課程的內容及設計。根據計畫主持人過去在理工科系教授專題課程的經驗顯示，學生常有以下狀況： 第一、眼高手低； 第二、學用落差； 第三、欠缺專案時程控管概念； 第四、目標不明確，缺乏動機。故本計畫與科學傳播企業合作，設計研發了一門3學分的通識課程：「應用於科學傳播之科學演示產品設計」，期望回應並解決上述狀況。修習本課程的理工科系學生，實際走完一次產品設計流程，體驗專業知識與技能如何應用於真實產業，同時培養了跨領域溝通能力。

根據Chan在2018最新的研究，學習應該從興趣開始，並透過興趣的培養，延伸至創造，最終期盼學生養成習慣，終身學習。根據過去計畫主持人執行科普推廣的經驗，透過動手做、觀察、體驗等親身經歷的方式提供科學學習環境，正是透過激發學生興趣作為學習的起點。Chan在創造環(creation loop)中提到，創造的第一步，就是先從模仿(Imitating)開始。在此課程中，設計的初始階段，將會要求學生「複製」他人的作品，並從這個過程中認識製作的流程，了解教具製作的方法、材料、限制等。在「複製」階段完成後，學生必須要能夠進一步針對新的主題進行教具設計，這些設計必須結合「複製」階段所習得的方法與知識，正是IDC理論中所提到的結合元素(Combining)。而創造環的最後一個元素：舞台(Staging)，是希望提供適當的舞台，讓學生學習的內容有發揮的空間，進而帶給學生成就感的回饋。因此，我們與科學傳播媒體「一傳十文教」合作，將學生設計的成品透過「科普一傳十」這個科學直播節目讓更多人看見，不僅讓學生的設計成果有展現的空間，同時也提供了適當的壓力，刺激學生學習。

本計畫之研究主題與目的為：開設一門3學分的通識課程「應用於科學傳播之科學演示產品設計」，帶領學生透過設計科學演示實驗或虛擬實驗，來解決科學傳播業界需求，尤其以新媒體互動模式的科學傳播為主，最終培養理工科系學生應用專業知識的能力。因此來自各理工科系的學生，所設計的作品必須能為業界所認可並實際使用，所以他們除了必須具備扎實的專業知識以外，還需將其知識及技能發揮出來，依客戶需求，設計實際可用於科學直播現場的科學演示作品。

目標為提升學生以下8項能力：

1. 問問題跟定義問題的能力Asking questions (for science) and defining problems (for engineering)

2. 發展及使用模型的能力Developing and using models

3. 擬定及執行計畫的能力Planning and carrying out investigations

4. 分析與詮釋數據的能力Analyzing and interpreting data

5. 使用數學和資訊思考的能力Using mathematics and computational thinking

6. 解釋推理及問題解決能力Constructing explanations (for science) and designing solutions (for engineering)

7. 依據證據提出科學性論證的能力Engaging in argument from evidence

8. 獲取資訊 評估資訊 溝通與表達的能力Obtaining, evaluating, and communicating information

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