受到新冠病毒肺炎疫情影響,本校許多課程都改為遠距教學。本周起更突破距離限制,共有近7百位修習「大一普通物理實驗」課程的學生在家裡及宿舍運用上周發放的實驗套件材料包,跟著講師及助教的線上直播指導,展開「居家實驗」。不少學生表示,比起在校內的實驗室裡是兩人一組共同合作,在家實驗全得靠自己一步步獨立完成,學習更紮實。
本校從3 月16日起即展開為期一周的遠距教學演練,目前建議人數在40人以上的課程均採遠距教學,但需要使用實驗設備的課程改採遠距教學仍有難度。因此,本校普通物理實驗召集人、物理系戴明鳳教授早在數周前就開始規畫,設計並採購光學、電學兩套實驗套件材料包,上周發給學生,並針對線上授課的講師與助教展開視訊教學教育訓練。
戴明鳳教授表示,清華理工、原子科學與生命科學等學院的大一生都必修普物實驗,這也是銜接未來更高階實驗的基礎,「實驗就是要動手做才有意義,不能光看影片,也不應該受疫情影響而馬虎帶過。」
因此,戴明鳳教授與施宙聰教授、普物實驗團隊苦思後,特別為本學期課程設計出電學與光學兩套實驗套件組。其中的電學實驗套件組主要利用市面上的電子積木,結合創客常用的微控制卡,設計出一套可攜式電路套件,學生可依實驗需求進行各種組合;只要將電路板透過微控制卡連接電腦,就可以快速地測量出精確的實驗數據與結果。
戴明鳳教授說,市面上現成的電子積木並不符合所需,因此,這套材料是與廠商溝通協調後趕工特製的。每套的成本不到1千元,實驗的精確度卻不輸實驗室中數萬元的儀器。但戴明鳳教授也坦言,有些比較複雜的實驗還是得到實驗室操作精密儀器才能完成;本學期還需進行的8項實驗中,有5項可讓學生在家操作,但仍有3項必須安排學生分批進實驗室完成。
修這門普物實驗的清華物理系大一生林上景表示,原先普物實驗是由二人一組共同完成,一人操作儀器,另一人負責記錄數據;這個星期開始在家做實驗,得靠自己獨立完成,「每一個步驟都要很清楚,感覺很紮實。」他也認為,遠距實驗不需跟別人共用儀器,在疫情期間感覺比較安心。
清華物理系大一生紀宇恆表示,以前覺得做實驗就是要到實驗室,沒想到利用這些簡易器材也能得到準確的結果,「以後也會試著利用手邊小工具,把實驗融入生活中。」
清華物理系大一生張宸勻說,她原先聽到實驗課要改遠距上課,還以為是在線上看講師示範操作,沒想到是每人發一套實驗套件,讓大家在家自己動手做。她非常感謝學校在疫情期間重新設計課程、開發新的教學方法。
戴明鳳教授也是本校跨領域科學教育中心主任,為中小學生舉辦過許多科普課程及營隊。她指出,108課綱上路後,更強調培養高中生跨域實作的能力,但是許多高中並沒有經費購買昂貴的實驗設備。因此她多年前就開始思考,如何利用手邊現有的工具稍作改良來做實驗,如用於運動學實驗的感測器與自動控制器動輒要價數千、甚至數萬元,但改用僅30元的紅外線感測器模組與2百元不到的微控制卡,也能得到精準度相當的實驗結果。
光學實驗套件組
內容物
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實驗內容
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紅光雷射筆X1
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透鏡成像、偏振、干涉與繞射
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綠光雷射筆X1
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壓克力三稜鏡X1
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單狹縫片X1
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雙狹縫片x 1
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普通放大鏡 x 1
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壓克力條 x 1
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名片型放大鏡x 1
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厚正方形壓克力平板x 1
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偏振片x 1
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條紋片 x 1
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1000 line/1mm繞射光柵(紫色外框) x 1
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1000 line/1mm繞射光柵(紫色外框) x 1
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手機光譜儀與普朗克(Planck)常數測量
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光譜儀外殼 x 1
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單狹縫片x 1
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發光二極體紅、黃、藍色x 1
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20k歐姆可變電阻 x 1
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470歐姆限流電阻 x 1
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麵包板 x 1
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杜邦線x 1
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Arduino UNO板 x 1
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電學實驗套件組
內容物
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實驗內容
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Arduino UNO板 x 1
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電阻、電感、電容震盪電路(RLC震盪電路)自動測量實驗
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USB線x 1
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10歐姆電阻x 2
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1k歐姆電阻x 1
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10k歐姆電阻x 1
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0.1微法拉電容x 1
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10微法拉電容x 1
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100微法拉電容x 1
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100毫亨利電感x 1
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1000毫亨利電感x 2
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名片型放大鏡x 1
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外加元件的彈簧模組x 4
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連接線x 3
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跳線x 8
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紅/黃雙色逆向配置LED模塊x 1
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